(57)【要約】【課題】消費電力を増大させることなく、かつ映像を破綻させることなく、画面がさらに明るく見えるようにする。【解決手段】アドバンスト輝度レベル設定部２では、ＡＰＬなどの映像特徴量から、バックライト光源の発光輝度レベルを設定するための参照用の発光輝度レベルを設定する。アドバンスト輝度変調部３では、参照用の発光輝度レベルに連動させて視覚上の輝度を保つためのゲインを設定し、そのゲインに基づいてトーンカーブを生成する。一方、ジオメトリック補正部４では、映像のヒストグラムに基づいて生成した映像について、ジオメトリック平均値を求め、そのジオメトリック平均値に基づいてゲインを計算し、計算したゲインに基づいて補正用のトーンカーブを生成する。そしてこの補正用のトーカーブにより、上記の参照用の発光輝度レベルに連動するトーンカーブを補正して、映像信号に適用する。【選択図】図２
2010271480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力映像信号による映像を表示する液晶パネルと、該液晶パネルを照射する光源とを備えた表示装置において、
前記光源の発光輝度に連動させて映像信号に適用するトーンカーブを生成するトーンカーブ生成部と、
該トーンカーブ生成部で生成したトーンカーブを補正するための補正用トーンカーブを生成する補正用トーンカーブ生成部とを有し、
該補正用トーンカーブ生成部は、映像信号の特徴量に基づいて所定の演算式により定められるジオメトリック平均値を算出し、該算出したジオメトリック平均値に基づいて前記補正用トーンカーブを生成することを特徴とする表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の表示装置において、前記補正用トーンカーブ生成部が生成する前記補正用トーンカーブは、入力階調を横軸、出力階調を縦軸にとったときに、上に凸の形状を有し、中間階調域に凸の頂部を有することを特徴とする表示装置。
【請求項３】
請求項２に記載の表示装置において、前記補正用トーンカーブ生成部が生成する前記補正用トーンカーブは、低階調部分の特定領域でゲインが１であることを特徴とする表示装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の表示装置において、前記補正用トーンカーブ生成部は、映像信号の特徴量から所定の演算式に従って前記ジオメトリック平均値を計算するジオメトリック平均値計算部と、
予め定められたジオメトリック平均値とゲインとの関係に基づいて、該ジオメトリック平均値計算部で計算されたジオメトリック平均値に対応するゲインを計算するゲイン計算部と、
該ゲイン計算部で計算したゲインを用い、低階調の特定領域では該計算したゲインを適用し、高階調になるに従って前記適用したゲインを低減させて凸形状のトーンカーブを生成する凸状トーンカーブ生成部と、
該凸状トーンカーブ生成部が生成したトーンカーブの低階調部分の特定領域のゲインを１とするように修正する低階調リニア化処理部とを有し、
該低階調リニア化処理部で修正されたトーンカーブを前記補正用トーンカーブとすることを特徴とする表示装置。
【請求項５】
請求項４に記載の表示装置において、前記予め定められたジオメトリック平均値とゲインとの関係は、ジオメトリック平均値が特定の値以下の場合には、１より大きいゲインを設定し、ジオメトリック平均値が前記特定の値より大きい場合には、ゲインを１とする関係であることを特徴とする表示装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１に記載の表示装置において、入力映像信号の特徴量に対する前記光源の発光輝度を規定した輝度制御特性に基づいて、参照用の発光輝度レベルを設定する輝度レベル設定部を有し、
前記トーンカーブ生成部は、前記入力映像信号のヒストグラムを用い、前記液晶パネルに設定した目標コントラストのときに表示可能な映像輝度範囲のうち、前記光源の発光輝度レベルに応じて変化するヒストグラム上の表現不可能な映像の頻度を評価し、該評価した値に基づいて、前記光源の発光輝度の制御に使用する発光輝度レベルを選択する輝度レベル選択部を有し、
該輝度レベル選択部で選択された発光輝度レベルと、前記輝度レベル設定部から出力された参照用の発光輝度レベルとを用いて前記トーンカーブに適用するゲインを決定し、該決定したゲインを低階調部分に適用するとともに、前記決定したゲインより小さいゲインを高階調部分に適用したトーンカーブを生成することを特徴とする表示装置。
【請求項７】
請求項６に記載の液晶表示装置において、前記輝度レベル選択部は、前記ヒストグラムにおいて、前記目標コントラストのときに表示可能な映像輝度範囲のうち、前記光源の特定の発光輝度レベルにおいて表現できない映像輝度範囲の画像の頻度に所定の重み係数を乗算して評価し、選択可能な前記光源の発光輝度レベルの全てについて前記評価を実行し、前記評価によって得られた評価値が最も低い発光輝度レベルを、前記輝度レベル設定部で設定された前記参照用の発光輝度レベルを超えない範囲で選択することを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置、より詳細には、映像信号の特徴量に連動させて表示パネルを照明する光源の発光輝度と、映像信号のトーンカーブとを調整する機能を備えた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶テレビなどの液晶パネルを用いた表示装置においては、消費電力を低減させるための対策として、液晶パネルを照射するバックライトの発光輝度と、映像信号のゲインとを連動して設定する機能をもつものが知られている。
このような機能においては、例えば、映像信号の特徴量を検出して、低いダイナミックレンジの映像（暗い映像）の場合にはバックライトの発光輝度を低下させるとともに、バックライトの発光輝度の低下を補償するために映像のゲインを上げることによって、表示画面の明るさを一定に保つようにしている。この場合、ゲインを適用したトーンカーブを生成し、そのトーンカーブを映像信号に適用して変換するようにしている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、映像信号のヒストグラムが表示可能帯域の所定比率以下である場合（輝度分布が暗い場合）に、バックライトの輝度を落とすとともに入力映像信号のゲインを上げて、映像表示輝度を保ちながらコントラスト感の向上を図る技術が示されている。また、特許得文献２には、映像信号の最大輝度レベル、最初輝度レベル、平均輝度レベルに応じてダイナミックレンジ幅まで入力映像信号のゲインを上げるとともに、バックライトの輝度を調整することが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３０９４７１号公報
【特許文献２】特開２００１−２７８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のようなこのようなバックライトの発光輝度と映像信号とを連動して制御する機能を備えた表示装置では、発光輝度と映像信号を制御するための映像特徴量としてＡＰＬ（Average Picture Level）を用いることが一般的である。しかしながら、ＡＰＬは信号輝度の平均レベルであるため、液晶パネルの表示輝度の平均レベルとは異なるものである。ＡＰＬを用いて映像信号の輝度のゲインを決定すると、中間輝度で暗く感じる場合があることが知られている。
【０００６】
また、このような場合に、従来の制御機能では、バックライトの発光輝度の低下に応じて映像のダイナミックレンジが限界まで引き伸ばされるため、他の映像処理機能を使用することができない。その結果、入力映像信号の明るさを維持することが限界となって十分な映像処理を行うことができず、視聴者に対して上記の連動機能を備えた表示装置は画面が暗い、という印象を与えていた。ここで単純に映像信号のゲインを大きくするのみでは、例えば高階調の白がつぶれて表現できなくなり、映像が破綻するなどの問題が生じる。
【０００７】
このため、バックライトの発光輝度と映像信号とを連動して制御する場合に、消費電力を増やすことなく、かつ映像を破綻させることなく、視聴者に対してさらに画面を明るく見せたい、という課題があった。特に人間の視覚特性に合致した映像特徴量を用いて制御を行うことで、人間が暗く感じないような輝度及び信号制御を行うことが好ましい。
特許文献１，２では、入力映像のゲインと連動させてバックライトの発光輝度を変調させる技術を開示しているが、このような課題を解決するための技術思想については触れられていない。
【０００８】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、入力映像信号による映像を表示する液晶パネルと、該液晶パネルを照射する光源とを有し、前記光源の発光輝度と、映像信号のゲインとを連動して設定する表示装置において、消費電力を増大させることなく、かつ映像を破綻させることなく、画面がさらに明るく見えるようにした表示装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、入力映像信号による映像を表示する液晶パネルと、液晶パネルを照射する光源とを備えた表示装置において、光源の発光輝輝度に連動させて映像信号に適用するトーンカーブを生成するトーンカーブ生成部と、トーンカーブ生成部で生成したトーンカーブを補正するための補正用トーンカーブを生成する補正用トーンカーブ生成部とを有し、補正用トーンカーブ生成部は、映像信号の特徴量に基づいて所定の演算式により定められるジオメトリック平均値を算出し、算出したジオメトリック平均値に基づいて前記補正用トーンカーブを生成することを特徴としたものである。
【００１０】
第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記補正用トーンカーブ生成部が生成する前記補正用トーンカーブが、入力階調を横軸、出力階調を縦軸にとったときに、上に凸の形状を有し、中間階調域に凸の頂部を有することを特徴としたものである。
【００１１】
第３の技術手段は、第２の技術手段において、補正用トーンカーブ生成部が生成する補正用トーンカーブは、低階調部分の特定領域でゲインが１であることを特徴としたものである。
【００１２】
第４の技術手段は、第２または第３の技術手段において、補正用トーンカーブ生成部が、映像信号の特徴量から所定の演算式に従って前記ジオメトリック平均値を計算するジオメトリック平均値計算部と、予め定められたジオメトリック平均値とゲインとの関係に基づいて、ジオメトリック平均値計算部で計算されたジオメトリック平均値に対応するゲインを計算するゲイン計算部と、ゲイン計算部で計算したゲインを用い、低階調の特定領域では計算したゲインを適用し、高階調になるに従って適用したゲインを低減させて凸形状のトーンカーブを生成する凸状トーンカーブ生成部と、凸状トーンカーブ生成部が生成したトーンカーブの低階調部分の特定領域のゲインを１とするように修正する低階調リニア化処理部とを有し、低階調リニア化処理部で修正されたトーンカーブを前記補正用トーンカーブとすることを特徴としたものである。
【００１３】
第５の技術手段は、第４の技術手段において、予め定められたジオメトリック平均値とゲインとの関係は、ジオメトリック平均値が特定の値以下の場合には、１より大きいゲインを設定し、ジオメトリック平均値が前記特定の値より大きい場合には、ゲインを１とする関係であることを特徴としたものである。
【００１４】
第６の技術手段は、第１〜第５のいずれか１の技術手段において、入力映像信号の特徴量に対する前記光源の発光輝度を規定した輝度制御特性に基づいて、参照用の発光輝度レベルを設定する輝度レベル設定部を有し、トーンカーブ生成部は、入力映像信号のヒストグラムを用い、液晶パネルに設定した目標コントラストのときに表示可能な映像輝度範囲のうち、光源の発光輝度レベルに応じて変化するヒストグラム上の表現不可能な映像の頻度を評価し、評価した値に基づいて、光源の発光輝度の制御に使用する発光輝度レベルを選択する輝度レベル選択部を有し、輝度レベル選択部で選択された発光輝度レベルと、輝度レベル設定部から出力された参照用の発光輝度レベルとを用いてトーンカーブに適用するゲインを決定し、決定したゲインを低階調部分に適用するとともに、決定したゲインより小さいゲインを高階調部分に適用したトーンカーブを生成することを特徴としたものである。
【００１５】
第７の技術手段は、第６の技術手段において、輝度レベル選択部が、ヒストグラムにおいて、目標コントラストのときに表示可能な映像輝度範囲のうち、光源の特定の発光輝度レベルにおいて表現できない映像輝度範囲の画像の頻度に所定の重み係数を乗算して評価し、選択可能な光源の発光輝度レベルの全てについて評価を実行し、評価によって得られた評価値が最も低い発光輝度レベルを、輝度レベル設定部で設定された参照用の発光輝度レベルを超えない範囲で選択することを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、入力映像信号による映像を表示する液晶パネルと、該液晶パネルを照射する光源とを有し、前記光源の発光輝度と、映像信号のゲインとを連動して設定する表示装置において、消費電力を増大させることなく、かつ映像を破綻させることなく、画面がさらに明るく見えるようにした表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ＣＲが３０００と６０００の液晶パネルについて、入力階調レベル（映像信号レベル）と液晶パネル上での輝度値との関係を示すグラフである。
【図２】本発明の一実施形態に係る表示装置のシステム構成例を示すブロック図である。
【図３】図２の表示装置におけるディストーションモジュールで実行される発光輝度レベル選択処理の一例を説明するための図である。
【図４】図２の表示装置におけるアドバンスト輝度変調処理の具体例を説明するための図である。
【図５】選択対象の一つである発光輝度レベル１００％のときの映像輝度範囲Ｃを示す図である。
【図６】選択対象の一つである発光輝度レベル７０％程度のときの映像輝度範囲Ｃを示す図である。
【図７】選択対象の一つである発光輝度レベル５０％程度のときの映像輝度範囲Ｃを示す図である。
【図８】ゲイン設定に基づき生成されるトーンカーブの例を示す図である。
【図９】人間の視細胞の輝度に対する応答曲線を示す図である。
【図１０】ゲイン計算部で計算するゲインについて説明するための図で、ＧＡｖｅとゲインとの関係を示すものである。
【図１１】ジオメトリック補正部のトーンカーブデザイン部で生成するトーンカーブの一例を示す図である。
【図１２】低階調リニア化処理部で修正するトーンカーブを示す図である。
【図１３】低階調リニア化処理部におけるリニア領域の設定例を示す図である。
【図１４】トーンカーブと補正用トーンカーブの生成例、及びこれらを用いた補正後のトーンカーブの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の表示装置に係る好適な実施の形態について説明する。以下に説明する本発明に係る実施形態は、光源としてのバックライトを備えた表示装置において、入力映像信号の映像特徴量に応じて入力映像信号の増幅の度合い（ゲイン）を調整し、そのゲイン従ってトーンカーブを生成するもので、このときに、目標コントラスト（ターゲットＣＲ）を設定し、バックライト光源の発光輝度の制御と、ゲインの制御によりそのターゲットＣＲに近づけるように映像表現を行う。このような映像信号とバックライトの輝度変調処理を本明細書ではアドバンスト輝度変調処理とする。
【００１９】
アドバンスト輝度変調処理では、ＡＰＬなどの映像特徴量から、バックライト光源の発光輝度レベルを設定するための参照用の発光輝度レベルを設定する。参照用の発光輝度レベルに連動させて視覚上の輝度を保つためのゲインを設定し、そのゲインに基づいてトーンカーブを生成する。
一方、映像特徴量（ここではヒストグラム）に基づいて生成した映像について、ジオメトリック平均値を求め、そのジオメトリック平均値に基づいてゲインを計算し、計算したゲインに基づいて補正用のトーンカーブを生成する。そしてこの補正用のトーカーブにより、上記の参照用の発光輝度レベルに連動するトーンカーブを補正して、映像信号に適用する。ジオメトリック平均値は、人間の感覚的な量に近い映像特徴量であり、これを利用して映像信号に適用するトーンカーブを補正することで、消費電力を増大させることなく、かつ映像を破綻させることなく、画面がさらに明るく見るようにすることができる。
【００２０】
＜本発明に係る輝度変調処理の概要＞
表示装置から発せられる光量は、表示する映像信号のレベルを忠実に再現するのが理想である。つまり、黒画面を表示する場合、画面から発せられる光量は理想的には０でなければならない。しかし、現実の液晶表示装置では、若干の光漏れがあり、黒画面を表示する場合にも黒ではなくグレー表示となる。
【００２１】
表示装置の重要な性能の一つとしてコントラスト比（以下ＣＲともいう）がある。表示装置において、ＣＲは表示パネル上の最大輝度と最小輝度の比である。液晶表示装置の場合、最大輝度は光源の最大発光輝度で決まり、最小輝度は黒表示時の光漏れ量によって決まる。よって、光源の発光輝度が一定の場合、同一の液晶パネルにおいてコントラスト比は一定となる。
【００２２】
図１は、ＣＲが３０００と６０００の液晶パネルについて、入力階調（映像信号レベル）と液晶パネル上での輝度値との関係を示すグラフである。最大輝度は共に同じ４５０ｃｄであるが、入力階調（画素値）０での液晶パネル上の表示輝度（最小輝度）はＣＲ３０００の場合に０．１５ｃｄ、ＣＲ６０００の場合に０．０７５ｃｄとなり、２倍の差がある。
【００２３】
ここで、ＣＲ３０００の液晶パネル使用時に光源の発光輝度を５０％まで下げるとともにゲイン設定で入力映像信号を所定量増幅させると、入力映像信号の画素値と液晶パネルの表示輝度値との関係は、図１において点線で示すような関係となり、画素値０〜１２８においてはＣＲ６０００の液晶パネルに近い輝度表現をさせることが可能になる。しかしながら、画素値１２８より大きい映像は階調表現できず、いわゆる白つぶれを起こすことになる。従って、入力映像信号の特徴量に応じてバックライトの発光輝度の調節と、ゲイン設定を行う必要がある。
【００２４】
例えば、入力映像信号の輝度のヒストグラムが画素値１２８以下の輝度分布を示す場合に、上述の図１で示すようにバックライトの輝度を５０％まで下げるとともにゲイン設定で所定入力映像信号を所定量増幅させるような制御を行うようにすればよい。このように入力映像信号の特徴量に応じてバックライトの発光輝度の制御及びゲイン設定を行うことにより、コントラスト感を高めることができると同時にバックライトの発光輝度を下げることによる省電力化を図ることが可能になる。
【００２５】
上記では入力映像信号の輝度のヒストグラムが画素値１２８以下の輝度分布を示す場合を例に挙げて説明したが、上記の例以外でも、例えば、映像中の白部分が極めて少ない場合には、白部分の重視度を下げ、黒表現の向上を同様にして図ることができる。このとき、重視しない部分の白つぶれは無視してもよいし、ターゲットＣＲを実現させるゲイン設定によっても白つぶれが緩和できるように、白側領域でのゲインを決めるようにしてもよい。
【００２６】
本発明に係る実施形態では、入力映像信号の映像特徴量に応じて入力映像信号の増幅の度合い（ゲイン）を調整する。このときに、目標コントラスト（ターゲットＣＲ）を設定し、バックライト光源の発光輝度の制御と、ゲインの制御によりそのターゲットＣＲに近づけるように映像表現を行う。ここでは、ＡＰＬなどの映像特徴量から、バックライト光源の発光輝度レベルを設定するための参照用の発光輝度レベルを設定する。そして参照用の発光輝度レベルと映像ヒストグラムとを用いてバックライトの発光輝度レベルを決定するともに、その発光輝度レベルに連動させて視覚上の輝度を保つためのゲインを設定し、そのゲインに基づいてトーンカーブを生成する。
【００２７】
さらに映像特徴量（ここではヒストグラム）に基づいて生成した映像について、ジオメトリック平均値を求め、そのジオメトリック平均値に基づいてゲインを計算し、計算したゲインに基づいて補正用のトーンカーブを生成する。そしてこの補正用のトーカーブにより、上記のバックライトの発光輝度レベルに連動するトーンカーブを補正して、映像信号に適用する。ジオメトリック平均値は、人間の感覚的な量に近い映像特徴量であり、これを利用して映像信号に適用するトーンカーブを補正することで、消費電力を増大させることなく、かつ映像を破綻させることなく、画面がさらに明るく見るようにすることができる。
以下に本発明に係る実施形態の構成及び動作をさらに具体的に説明する。
【００２８】
＜本発明に係る輝度変調処理を行う表示装置のシステム構成例＞
図２は、本発明に係る表示装置のシステム構成例を示すブロック図である。図２で例示する表示装置は、ヒストグラム・ＡＰＬ検出部１、ＢＬ（バックライト）輝度レベル設定部２、アドバンスト輝度変調部３、ジオメトリック補正部４、画質補正部５、ＲＧＢ調整部６、ＦＲＣ（Frame Rate Control）部７、及び乗算器８を備える。
【００２９】
アドバンスト輝度変調部３及びジオメトリック補正部４は、本発明に係る輝度変調処理の主な部分を実行する部分であって、アドバンスト輝度変調部３がバックライトの発光輝度に連動させて映像信号に適用するトーンカーブを生成する本発明のトーンカーブ生成部に該当し、ジオメトリック補正部４は、アドバンスト輝度変調部３で生成したトーンカーブを補正するための補正用トーンカーブを生成する本発明の補正用トーンカーブ生成部に相当する。
【００３０】
アドバンスト輝度変調部３は、ディストーションモジュール３１、テンポラリフィルタ３２、トーンカーブデザイン部３３を有する。また、ジオメトリック補正部４は、ジオメトリックＡｖｅ計算部４１、ゲイン計算部４２、テンポラリフィルタ４３、トーンカーブデザイン部４４、及び低階調リニア化処理部４５を備えている。
【００３１】
アドバンスト輝度変調部３による処理は、ＡＰＬ等の特徴量に応じた動的な光源の発光輝度制御を行うだけでなく、その映像特徴量の所定の条件により決定される光源の参照用の発光輝度レベルＢＬrefに対しさらにコントラスト感を出すような発光輝度レベルＢＬreducedを選択する処理である。ここでは、発光輝度レベルＢＬreducedと、参照用の発光輝度レベルＢＬrefとに基づいて映像信号に適用するゲインが選択され、そのゲインに基づいたトーンカーブが生成される。
また、ジオメトリック補正部４は、映像信号のヒストグラムを用いてその映像信号のジオメトリック平均値（以下、ＧＡｖｅ、もしくはジオメトリックＡｖｅとする）を算出し、ＧＡｖｅに基づいて補正用のゲインを計算し、さらにそのゲインに基づいて補正用トーンカーブを生成する。この補正用トーンカーブによって、アドバンスト輝度変調部３で生成されたトーンカーブを補正することで、さらに人間の視覚に適合した映像設定を行うことができる。
【００３２】
まず、図２の表示装置における各ブロックの概要について説明する。
入力映像信号としては、例えば放送波として受信した映像信号を復調した信号、通信ネットワーク経由で受信した映像信号、内部記憶装置に記憶された映像信号を読み出した信号、各種レコーダや各種プレーヤやチューナ機器といった外部機器から受信した映像信号などが該当し、あるいはそれら映像信号に対して各種映像処理を施した後の映像信号が該当する。図示しないが、図２の表示装置は、このような映像信号のいずれかを取得可能なように構成しておけばよい。入力映像信号は、液晶パネルの解像度等に応じて、入力された映像信号（入力映像信号）が示す映像フレームの画素数、あるいはその映像フレームのアスペクト比を演算によりスケーリングしたものとすることができる。
【００３３】
ヒストグラム・ＡＰＬ検出部１は、入力映像信号からＹヒストグラムと、ＡＰＬとを検出するブロックである。ヒストグラム検出においては、映像フレームを画素単位等に分割し、各画素の輝度値の発生頻度を表したヒストグラムを生成する。生成されたヒストグラムは、例えば輝度値（Ｙ）０〜２５５のそれぞれに対して頻度の値を持つ。また、ＡＰＬ検出においては、映像信号の平均輝度レベルを、映像フレーム毎に算出する。算出される値としては、全画面で黒の場合には０％を示す値となり、全画面で白の場合には１００％を示す値となる。
【００３４】
また、ヒストグラム・ＡＰＬ検出部１では、生成されたＹヒストグラムから、アドバンスト輝度変調部３で使用する範囲を設定するヒストグラムストレッチを行うことができる。例えば、ディストーションモジュール３１が最小値０〜最大値２５５で演算を実行するモジュールであり、且つ入力映像信号が元々最小値１０〜最大値２３５の値をとるような信号であった場合を想定する。このような場合には、ディストーションモジュール３１での演算に合わせるために、最小値１０〜最大値２３５のそれぞれに対する頻度値を、最小値０〜最大値２５５のそれぞれに対する頻度値に当てはめるように引き伸ばしてストレッチする。
【００３５】
画質補正部５は、ヒストグラム・ＡＰＬ検出部１から出力された映像信号に対し必要に応じてＩＰ変換を行ったり、ノイズリダクションを施す。また、ユーザ設定等により、映像のコントラストや色味等を変更する。
ＲＧＢ調整部６は、画質補正部５から出力された映像信号に対し、アドバンスト輝度変調部３とジオメトリック補正部４の処理に基づいて生成されたトーンカーブを適用して映像信号を変換する。トーンカーブは、映像信号の画像値を変換するために入力値に対する出力値を定めたもので、ＬＵＴ（ルックアップテーブル）として生成されたデータである。ＲＧＢ調整部６に入力されるトーンカーブは、アドバンスト輝度変調部３で生成されたトーンカーブを、ジオメトリック補正部４で生成した補正用トーンカーブで補正（加算部８で加算）して得たものである。
【００３６】
ＲＧＢ調整部６は、画質補正部５から出力された映像信号に対し、上述のトーンカーブで変換を行う処理の他、映像の絵作りのためのγ調整処理、ＷＢ調整処理、さらにはＣＴ（色温度）等の調整も行うことができる。このようなＲＧＢ調整部６で実行される各処理は、映像信号のＲ，Ｇ，Ｂのそれぞれに対して独立して実行される。その際、トーンカーブによる変換処理、γ調整処理は、Ｒ，Ｇ，Ｂで同一のカーブによる演算がなされ、ＷＢ調整処理／ＣＴ調整処理についてはＲ，Ｇ，Ｂそれぞれ別個の特性のカーブによる演算がなされる。
ＲＧＢ調整部６でトーンカーブを適用することで、アドバンスト輝度変調部３におけるバックライトの発光輝度レベルを低下させる制御に対して、ジオメトリック補正部４の補正を加味した上で、バックライトの発光輝度の低下分を補償する。
【００３７】
ＦＲＣ部７は、フレームレートコンバータであり、ＲＧＢ調整部６から出力された調整後の映像信号に対し、映像の動きベクトルを検出し補完映像を生成することによって、通常６０Ｈｚの表示周波数から１２０Ｈｚ、もしくはそれ以上の表示周波数に変換するものである。ＦＲＣ部１７から出力された映像信号は、液晶パネル駆動のための信号に変換され、液晶パネルに出力されて表示される。
【００３８】
アドバンスト輝度変調部３のディストーションモジュール３１は、ヒストグラム・ＡＰＬ検出部１から出力されたヒストグラムと、後述するＢＬ輝度レベル設定部２で設定された参照用の発光輝度レベル（バックライト目標値ともいう）ＢＬrefとから、実際に設定する発光輝度レベル（バックライト値ともいう）ＢＬreduced、すなわちバックライトの制御に使用する発光輝度レベルを選択する。選択は、予め定められた複数の発光輝度レベルの中からＢＬ輝度レベル設定部２で設定された参照用発光輝度レベルＢＬrefを超えない範囲で行う。また、ここでは、ターゲットＣＲをもつ液晶パネルにより近い表示映像を実現できるバックライト値ＢＬreducedを選択する。ターゲットＣＲ等のディストーションパラメータは、図示しないメインＣＰＵから設定すればよい。ディストーションモジュール３１は、本発明の輝度レベル選択部に相当するブロックである。
【００３９】
テンポラリフィルタ３２は、ディストーションモジュール３１で選択された発光輝度レベルＢＬreducedが急激に変化した場合に生じる視覚上の違和感を防止するために設けられたものであり、発光輝度レベルＢＬreducedの変化量を時間的に緩慢なものにした後、実際に設定する発光輝度レベルＢＬreducedとして後段に出力する。ここではローパスフィルタが用いられる。
また、緩慢な発光輝度レベルＢＬreducedの変化を施すと返って違和感を持つことがあるため、図示しないシーンチェンジ検出部を設け、シーンチェンジ検出信号により、テンポラリフィルタ３２の値を変えて、比較的早い変化ができるようにしてもよい。
【００４０】
ＢＬ輝度レベル設定部２は、本発明の輝度レベル設定部に相当するブロックで、ヒストグラム・ＡＰＬ検出部１から出力されたＡＰＬ及びヒストグラムなどの映像特徴量を参照して、バックライトの発光輝度レベルの最大値を決定する。このとき、図示しないメインＣＰＵから出力されたＯＰＣ（Optical Picture Control；明るさセンサともいう）の値やユーザ設定値などをさらに参照して、上記発光輝度レベルの最大値を決めるようにしてもよい。
例えば、ＡＰＬが高い場合には、バックライトの発光輝度レベルの最大値を低い値とすることで、眩しさを感じない映像とすることができる。このバックライトの発光輝度レベルの最大値が、アドバンスト輝度変調部３で実行されるアドバンスト輝度変調の参照用の発光輝度レベル（バックライト目標値）ＢＬrefとなる。
【００４１】
参照用の発光輝度レベルＢＬrefを決定するための映像特徴量としては、上述のようにＡＰＬやヒストグラムを用いることができ、実施形態に応じて使用する特徴量が選択される。ヒストグラムには、映像のピーク値（最大輝度値）や、最大輝度より小さい所定輝度の間に含まれる映像信号の割合などが使用される。本実施形態では、ＢＬrefを決定するための映像特徴量としてＡＰＬを使用するものとする。
【００４２】
なお、ディストーションモジュール３１での選択が、ＢＬ輝度レベル設定部２で設定された参照用発光輝度レベルＢＬrefを超えない範囲で行われることから、ＢＬ輝度レベル設定部２では、参照用発光輝度レベルＢＬrefとしてバックライトの発光輝度レベルの最大値が設定されると説明している。また、ＢＬ輝度レベル設定部２とディストーションモジュール３１との間に図示しない他のテンポラリフィルタを設けてもよい。
【００４３】
ディストーションモジュール３１の後段のテンポラリフィルタ３２から出力された発光輝度レベルＢＬreducedは、図示しない光源ユニットに送られて、バックライト発光輝度が制御される。光源ユニットは、蛍光管で構成されるランプと、そのランプを駆動するランプ駆動回路とを有し、液晶パネルを背面や側面から照射する光源（バックライト光源）を構成する。本実施形態に係る輝度変調処理においては、このランプが発光輝度制御の対象となる。
【００４４】
発光輝度レベルＢＬreducedは、例えばデューティ信号であり、光源ユニットでは、アドバンスト輝度変調部３から出力された発光輝度レベルＢＬreducedに従って、ランプ駆動回路（例えばインバータ回路）で実際に調光するための信号（例えばパルス幅変調等の駆動に適した信号）に変換し、バックライトの発光輝度を制御する。ランプとしては、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）で構成されるものや、ＬＥＤと蛍光管の組み合わせで構成されるものを採用してもよく、同時にそれに対応したランプ駆動回路を設けておけばよい。
【００４５】
トーンカーブデザイン部３３は、ＢＬ輝度レベル設定部２で決定された参照用発光輝度レベルＢＬrefとディストーションモジュール５によって選択された発光輝度レベルＢＬreducedとに基づき、映像信号のゲインを決定し、さらにそのゲインに基づいて映像信号に適用するためのトーンカーブを生成する。なお、図２の例ではＢＬreducedはテンポラリフィルタ３２を通過したレベルを用いている。
参照用発光輝度レベル（バックライト目標値）ＢＬrefと選択された発光輝度レベル（バックライト値）ＢＬreducedが同じであれば、映像信号の輝度レベルを変更する必要はなく、ゲインは１である。また、参照用発光輝度レベルよりも選択された発光輝度レベルが低い場合は、その値に応じて、映像信号の輝度レベルを上げる方向にゲイン設定を行う。ゲイン設定に基づくトーンカーブの具体的な生成処理については後述する。
【００４６】
ジオメトリックＡｖｅ計算部（ジオメトリック平均値計算部）４１は、ヒストグラム・ＡＰＬ検出部１で検出された映像信号の特徴量であるヒストグラムに基づいて、所定の演算式に基づいてＧＡｖｅを計算する。ジオメトリックＡｖｅ計算部４１から出力されたＧＡｖｅの値は、ゲイン計算部３２に入力され、ＧＡｖｅの値に基づいてゲインが計算される。計算されたゲインは、テンポラリフィルタ４３によって急激な変動が緩和され、トーンカーブデザイン部４４にて補正用のトーンカーブの基礎とするものが生成される。
【００４７】
低階調リニア化処理部４５では、トーンカーブデザイン部４４で生成したトーンカーブの低階調をリニアすることで、低輝度領域についてゲインを付与した場合に生じるノイズの増大や黒浮き量の増大を抑えるようにする。このリニア領域の大きさは、ＧＡｖｅの値に応じて変化させる。低階調リニア化処理部４５の処理によって、アドバンスト輝度変調部３から出力されたトーンカーブを補正するための補正用トーンカーブが得られる。
【００４８】
乗算器８は、アドバンスト輝度変調部３から出力されたトーンカーブに対して、ジオメトリック補正部４から出力された補正用トーンカーブを乗算することで、補正されたトーンカーブを得る。つまり、アドバンスト輝度変調部３から出力されたトーンカーブの各画像ごとの出力値に対して、ジオメトリック補正部４から出力された補正用トーンカーブにおけるゲイン１からの変位分の値を乗算器８で乗算し、最終的にＲＧＢ調整部６で映像信号に適用するトーンカーブを生成する。ＲＧＢ調整部６では、画質補正部５から出力された映像信号に対して、乗算器５から出力されたトーンカーブを適用して変換を行う。
【００４９】
＜本発明に係る輝度変調処理を実行する主要ブロックの説明＞
図２の表示装置における主要ブロックとして、ＢＬ輝度レベル設定部２、トーンカーブデザイン部３３、ジオメトリック補正部４をさらに詳細に説明する。
【００５０】
<<ＢＬ輝度レベル設定部２>>
ＢＬ輝度レベル設定部２には、ヒストグラム・ＡＰＬ検出部１で検出された映像信号のＡＰＬが入力される。このときに、周囲の明るさ（周囲の照度）を測定する図示しない明るさセンサの検出情報に基づく制御信号、及び液晶パネルの明るさを設定するユーザ設定に基づく制御信号を入力させて、これらを用いてさらにバックライト発光輝度を変化させることができる。
映像特徴量として、映像信号を仮に伸張したときに表現できない頻度、あるいは映像信号の最小輝度及び最大輝度などの情報を使用する場合には、ヒストグラム・ＡＰＬ検出部１から、映像信号の画面単位（フレーム単位）で必要とするこれら情報（ヒストグラム情報とする）が入力される。また、ＡＰＬとヒストグラム情報の両方を使用する場合には、それぞれの情報がＢＬ輝度レベル設定部２に入力される。
【００５１】
ＢＬ輝度レベル設定部２では、これらの制御信号とＡＰＬとに基づいて、参照用発光輝度レベルＢＬrefを出力する。より具体的には、画面単位（フレーム単位）で変化する入力映像信号のＡＰＬに応じて、バックライト輝度を動的に調整する方式を適用し、これにより得られた発光輝度レベルを参照用発光輝度レベルＢＬrefとして出力する。
【００５２】
参照用発光輝度レベルＢＬrefの生成には、ＢＬ輝度レベル設定部２に保持されている輝度制御テーブル（ルックアップテーブル）が用いられる。輝度制御テーブルは、入力映像信号の映像特徴量（ここではＡＰＬ）に応じたバックライトの発光輝度レベルの関係、すなわち輝度制御特性を定めるものである。そして予め選択可能な複数の輝度制御テーブルを用意し、ＢＬ輝度レベル設定部２が備えるＲＯＭ（Read Only Memory）等のテーブル格納メモリに保持させておく。
【００５３】
液晶表示装置周囲の明るさを用いる場合、その明るさを検出するための明るさセンサには、例えばフォトダイオードが適用される。明るさセンサは、検出した周囲光に応じた直流電圧信号を生成し、図示しないメインＣＰＵに出力する。メインＣＰＵは、周囲光に応じた直流電圧信号に応じて輝度制御テーブルを選択する制御信号をＢＬ輝度レベル設定部２に出力する。
【００５４】
さらに、メインＣＰＵは、液晶パネルの明るさを設定するユーザ設定に基づく制御信号として、輝度制御テーブルの輝度制御値を調整するための輝度調整係数を出力する。輝度調整係数は、ユーザ操作に応じて画面全体の明るさ設定を行うために使用される。例えば、表示装置が保持するメニュー画面には、画面の明るさ調整項目が設定されている。ユーザは、その設定項目を操作することによって、任意の画面明るさを設定することができる。メインＣＰＵは、その明るさ設定を認識し、設定された明るさに従ってＢＬ輝度レベル設定部２に輝度調整係数を出力する。
【００５５】
ＢＬ輝度レベル設定部２では、明るさセンサの検出情報に従ってメインＣＰＵから出力された制御信号により、テーブルＮｏを指定して輝度制御テーブルを選択する。若しくは選択する輝度制御テーブルを演算によって生成するようにしてもよい。そして、選択した輝度制御テーブルの輝度変換値に対して、ユーザ設定に基づく制御信号として得た輝度調整係数を乗算し、輝度制御テーブルの輝度制御特性の傾きを変化させ、最終的に、参照用発光輝度レベルＢＬrefの生成に使用する輝度制御テーブルを決定する。そして、ＢＬ輝度レベル設定部２は、決定した輝度制御テーブルの輝度制御特性を使用し、ヒストグラム・ＡＰＬ検出部１から出力されたＡＰＬに応じて参照用発光輝度レベルＢＬrefを生成して出力する。
【００５６】
輝度制御テーブルは、上述したように、入力映像信号の特徴量であるＡＰＬとバックライトの発光輝度レベルとの関係を定めるものであって、例えば、ＡＰＬが大きいときにはバックライトの発光輝度レベルが小さくなるように設定することで、高輝度の映像のときに眩しさを感じないようにバックライトの発光輝度を抑えるようにしている。輝度制御テーブルの輝度制御特性に従って、映像信号のＡＰＬの変化に応じて発光輝度レベルＢＬrefが動的に変化する。本発明においては、輝度制御テーブルにおける輝度制御特性については特に限定されるものではなく、入力映像信号の特徴量に応じてバックライトの発光輝度レベルを動的に変化させる特性を規定するものを適宜適用することができる。
【００５７】
このようにしてＢＬ輝度レベル設定部２から出力された参照用発光輝度レベルＢＬrefは、トーンカーブデザイン部３３に入力し、映像ゲインの演算に使用されるとともに、ディストーションモジュール３１に入力して、ヒストグラムに応じた発光輝度レベルＢＬreducedの決定に使用される。
【００５８】
図３は、図２の表示装置におけるディストーションモジュール３１で実行される評価値の演算処理例を説明するための図である。図３において、ｈ１は映像信号のＹヒストグラムを示している。ここで横軸は映像信号の入力階調（映像信号としてとりうる画素値、又は映像信号レベルともいう）を示し、縦軸は各映像信号レベルの頻度を示している。
【００５９】
このような映像のヒストグラムｈ１に対して、使用する液晶パネルにおいてバックライトの発光輝度レベルが１００％の時に表示可能な映像輝度範囲をＡとする。また、ターゲットＣＲの液晶パネルで表示可能な映像輝度範囲をＢとする。また、ディストーションモジュール３１で選択可能な発光輝度レベルのうち、ある特定の発光輝度レベルで表示可能な映像輝度範囲をＣとする。そして、ヒストグラムｈ１において、映像輝度範囲Ｃの両側で映像輝度範囲Ｂと重なる部分が、ディストーションとして数値化を行う部分であり、評価値算出部分である。この評価値算出部分のうち、低輝度部分をＤ１、高輝度部分をＤ２とする。
【００６０】
評価値（ディストーション；Distortion）は、選択可能な発光輝度レベルに対して、頻度と重み付けによって下式（１）によって算出する。
Distortion＝Σ｛（映像輝度範囲Ｄ１＋Ｄ２の頻度）×（距離重み）｝・・・（１）
【００６１】
重みとしては、評価値算出対象となる発光輝度レベルで表示可能な映像輝度範囲Ｃから遠ざかる程大きくする距離重みを用いる。ここでは、低輝度部分Ｄ１の距離重みをＥ１、高輝度部分Ｄ２の距離重みをＥ２とする。従って、同じ頻度値であっても、表現できる範囲から遠いほうが、評価値は大きくなる。これは表現できる範囲から遠いほうが、映像として表現できない影響が大きいためである。頻度と重み付けによって算出した値はＦ１（低輝度部分）、Ｆ２（高輝度部分）である。評価値はＦ１とＦ２の面積（累計）を合計した値となる。
【００６２】
ディストーションモジュール３１では、各発光輝度レベルに対して評価値を算出し、後述する手法によって評価値とゲインとの関係を算出し、評価値とゲインとの関係から、バックライトに設定すべき発光輝度レベルＢＬreducedを選択する。発光輝度レベルＢＬreducedは、この後、テンポラリフィルタ３２を介してトーンカーブデザイン部３３に出力され、映像信号に適用するゲインが決定され、そのゲインに基づいてトーンカーブが生成される。上記の発光輝度レベルＢＬreducedを選択する際、ディストーションモジュール３１では、ＢＬ輝度レベル設定部２で設定された発光輝度レベルＢＬrefを越えない範囲で、発光輝度レベルＢＬreducedを選択する。
【００６３】
このような評価値の算出は、ディストーションモジュール３１で、選択可能な発光輝度レベルの全てについて行うことが理想である。しかし、処理時間等の制限があるため、選択可能な発光輝度レベルの輝度制御範囲を均等に分け、例えば１０％程度毎の発光輝度レベルについて算出すればよい。
【００６４】
つまり、上式（１）の特定の発光輝度レベルで表示可能な映像輝度範囲をＣとして、選択可能な発光輝度レベルを順次適用し、発光輝度レベルごとに評価値を算出する。そして算出した評価値とゲインとの関係を算出する。そして算出した評価値の中から、最も低い評価値をもつ発光輝度レベルを、選択した発光輝度レベルＢＬreducedとし、この値をテンポラリフィルタ３２に出力してバックライトの調光制御に用いるとともに、トーンカーブデザイン部３３に出力して、トーンカーブを生成するためのゲイン設定に用いる。
【００６５】
ディストーションモジュール３１での選択処理を、図４〜図７を参照して具体的な数値で説明する。図４は、本発明に係る表示装置における輝度変調処理の具体例を説明するための図で、映像ヒストグラムにおけるパネルＣＲとターゲットＣＲとの関係の一例を示す図である。ここでは、使用する液晶パネルのＣＲ（パネルＣＲ）が２０００、ターゲットＣＲが３５００、バックライトの輝度制御範囲が２０〜１００％で、バックライト輝度１００％のときの液晶パネルの最大輝度は４５０ｃｄとする。また、図４における各アルファベット記号は図３に準拠する。
【００６６】
この例において、使用する液晶パネルで表示可能な映像輝度範囲Ａは、４５０ｃｄ〜０．２２５ｃｄである。また、目標とする液晶パネルの表示可能な映像輝度範囲Ｂは、４５０ｃｄ〜０．１２８ｃｄである。そして、各映像信号レベル０〜２５５に対する頻度を映像輝度範囲Ｂに合わせるように割り付ける。この場合、映像輝度範囲Ａと映像輝度範囲Ｂとの差は５デジット程度である。
【００６７】
ヒストグラムｈ１において、映像輝度範囲Ｂと映像輝度範囲Ａとの差の部分に映像があれば、バックライトの発光輝度レベルを下げることで、よりターゲットＣＲに近い輝度表現が可能になる。しかし、高輝度側にも映像が分布していると、バックライトの発光輝度レベルを下げることで表現できない部分が発生する。そこで、上述したように、評価値を算出して最適な発光輝度レベルＢＬreducedを求める。
【００６８】
図５は、選択対象の一つである発光輝度レベル１００％のときの映像輝度範囲Ｃを示す図、図６は、選択対象の一つである発光輝度レベル７０％程度のときの映像輝度範囲Ｃを示す図、図７は、選択対象の一つである発光輝度レベル５０％程度のときの映像輝度範囲Ｃを示す図である。図５〜図７における各アルファベット記号は図３に準拠する。
【００６９】
図５で示したように、発光輝度レベルが１００％を示すものである場合、低輝度部分の評価値Ｆ１には或る程度の値があり、高輝度部分の評価値Ｆ２には値がない。また、図６で示したように、発光輝度レベルを７０％程度に下げた場合、低輝度部分の評価値Ｆ１及び高輝度部分の評価値Ｆ２ともに、低い値を持つ。また、図７で示したように、発光輝度レベルを５０％程度に下げた場合、低輝度部分の評価値Ｆ１には値がなく、高輝度部分の評価値Ｆ２には大きな値を持つ。図５〜図７で例示した各発光輝度レベルでの評価値算出結果の面積（累積）を比較してみると、発光輝度レベルが７０％のときが最も低い。従って、ディストーションモジュール５では発光輝度レベル７０％を選択し、出力することになる。
【００７０】
<<トーンカーブデザイン部３３>>
トーンカーブデザイン部３３では、トーンカーブを生成するために用いるゲインをまず計算する。
液晶パネルへ入力される画素値と液晶パネルでの表示輝度との関係を示す基本的なモデルは、下式（２）により示される。ここで、Ｙは液晶パネルでの表示輝度、ＢＬはバックライトの発光輝度レベル（バックライトＤＵＴＹ）、ＣＶ（Code Value）は液晶パネルへ入力される画素値である。また、この例では映像信号の階調は０〜２５５で量子化されているものとする。
Ｙ＝ＢＬ（ＣＶ／２５５）γ          ・・・（２）
【００７１】
トーンカーブデザイン部３３は、ディストーションモジュール３１で選択された発光輝度レベルＢＬreducedによってバックライトの発光輝度が低下したときに、画面上の輝度を上げるように映像ゲインを調整する。ゲインをかけた画素値をＣＶreduced とするとき、発光輝度レベルを低下させたときの画面の明るさ（液晶パネルでの表示輝度）は、ＢＬreduced（ＣＶreduced／２５５）γである。
一方で、参照用発光輝度レベルＢＬrefでバックライトを制御したときの画面の明るさは、ＢＬref（ＣＶref／２５５）γとなる。これらの値を等しくさせ、発光輝度レベルＢＬreducedによって生じるバックライトの発光輝度の低下分を補償するように、画素値を決定すればよい。つまり、トーンカーブデザイン部３３は、下式（３）を満たすようなゲイン設定を行えばよい。
Ｙ＝ＢＬreduced（ＣＶreduced／２５５）γ＝ＢＬref（ＣＶref／２５５）γ・・・（３）
【００７２】
従って、ゲイン（Ｇとする）は、下式（４）のようになる。例えば、参照用発光輝度レベルＢＬrefが１００％のときには、下式（５）のようになる。なお、ＢＬrefとＢＬreducedとの関係をルックアップテーブルとしてトーンカーブデザイン部３３のＲＯＭなどに格納しておき、下式（４）の演算処理を高速に実行させることが好ましい。
【００７３】
Ｇ＝ＣＶreduced／ＣＶref＝（ＢＬref／ＢＬreduced）１／γ・・・（４）
Ｇ＝（１／ＢＬreduced）１／γ                      ・・・（５）
【００７４】
トーンカーブデザイン部３３では、上記の処理によって計算したゲインに従って、映像信号に適用するためのトーンカーブを生成する。
図８は、ゲイン設定に基づき生成されるトーンカーブの例を示す図である。図８（Ａ）に示すように、トーンカーブデザインブ３３で計算された映像信号のゲイン設定が１．０の場合には、全輝度について線形のトーンカーブとすることで問題ない。
しかし、ゲインが１．０以上の場合、図８（Ｂ）に示すように、ゲインを一律に適用したトーンカーブとすると、高階調（高輝度）部分が２５５の値でクリップされて、いわゆる白つぶれが発生する。
【００７５】
アドバンスト輝度変調処理では、例えば、少数の白輝度部分の白つぶれを犠牲にして、黒部分をより引き締めるようにゲイン設定してもよいが、白つぶれを起こす階調範囲が広い場合においては、表示品位を大きく低下させることになってしまう。
そこで、低中輝度については、ゲイン設定に応じた信号伸張を行い、高輝度については、トーンカーブを非線形にすることによって、高輝度部分の階調性の低下を軽減することが好ましい（白つぶれを防ぐこと）。この手法は明るさと白つぶれのトレードオフの関係になる。非線形とする領域を狭めれば、正規の明るさを表現できる領域が増えるが、高輝度の階調性が低下する。逆に、非線形とする領域を広めれば正規の明るさを表現できる領域が減るが、高輝度の階調性が或る程度保たれることになる。実際には非線形とする輝度は、ゲイン設定による出力の例えば９０％以上の部分や９５％以上の部分とするなどして、白つぶれの影響のある部分のみ非線形とすればよい。
【００７６】
図８（Ｃ）には、ゲイン設定が１．２の場合に９０％以上の部分を非線形にするように補正したトーンカーブを示している。また、図８（Ｄ）には、ゲイン設定が１．６の場合に９０％以上の部分を非線形にするように補正したトーンカーブを示している。
【００７７】
また、上述のように、ゲイン設定が１．０を超えた場合に生じる高輝度部分の白つぶれを避けるためには、トーンカーブの高階調領域を一部非線形にする必要がある。
このときに、トーンカーブデザイン部３３では、ゲイン設定に基づき単純に比例計算を行うと上記のような非線形のトーンカーブを算出することができない。従って、非線形のトーンカーブを得るために、ゲイン設定ごとにトーンカーブをメモリに格納するようにしてもよいし、もしくは、トーンカーブの線形部分はゲイン設定値から単純に比例計算し、図８（Ｃ），（Ｄ）に例示したように９０％以上の部分については、補間等によって非線形部分を算出するようにしてもよい。
【００７８】
<<ジオメトリック補正部>>
映像信号の平均輝度の種類として、上述のようなＧＡｖｅ（ジオメトリック平均値（Geometric Average））がある。ＧＡｖｅは、信号輝度の平均ではなく、液晶パネルの輝度の平均を視覚特性に合致した値として算出した輝度平均値である。具体的には、ＧＡｖｅ．は、以下の式（６）で表される。
【００７９】
【数１】
2010271480.tif 000003
【００８０】
上記式（６）において、δは人が知覚できる最小輝度を示し、通常はδ＝０．００００１である。また、Ｙｌｕｍは、パネル輝度を示すもので、０−１．０の値となる。Ｙｌｕｍ  は、（信号輝度／ＭＡＸ輝度）^ γ  で表すことができる。また、pixelsは、全画素数を示している。このように、式（６）は、画像の画素の輝度値の対数の平均を累乗したものであり、言い換えれば相乗平均の値を示している。
【００８１】
図９は、人間の視細胞の輝度に対する応答曲線を示す図である。図９に示すように、人間の視細胞の応答曲線は、対数を取った輝度の値（luminance（log cd／ｍ２）に依存している。これは一般的には、ミカエリスメンテンの式（Mickaelis−Menten Equation）と呼ばれている。
ＧＡｖｅは、上記のように画素の輝度値の対数の平均を累乗したものであり、従って、ＧＡｖｅは、画像に対する目の反応（つまりどのくらい明るく見えるのか）を数値化したものであるといえる。つまり、ＧＡｖｅは、人間の感覚的な量に近いといえ、この値を映像特徴量として使用して補正用トーンカーブを生成し、アドバンス輝度変調部３で生成されたバックライト発光輝度に連動するトーンカーブを補正する。
【００８２】
図２の構成において、ヒストグラム・ＡＰＬ検出部１で検出された映像信号のヒストグラムは、ジオメトリック補正部３に入力し、まずジオメトリックＡｖｅ計算部４１にて、ＧＡｖｅが計算される。
ここでは、上記式（６）に従って、以下の処理を行ってＧＡｖｅが計算される。
（Ｓ１）ヒストグラムの各画素毎に正規化を行ってγ乗して、パネル輝度値を算出し、最小輝度値とパネル輝度値とを加算してその値のｌｏｇ１０の値をとる。
（Ｓ２）ｌｏｇ１０の結果を全ての画素について加算する。
（Ｓ３）加算した結果の平均のｅｘｐをとる。
【００８３】
本発明に係る実施形態では、ＧＡｖｅの計算量が膨大にならないように、ＧＡｖｅをテーブル変換によって算出する。
ここでは、上記のＳ１（ヒストグラムの各画素毎に正規化を行ってγ乗し、パネル輝度値を算出し、最小輝度値とパネル輝度値とを加算してその値のｌｏｇ１０の値をとる処理）と、上記のＳ３（全ての画素について加算した結果の平均のｅｘｐをとる処理）とをテーブル変換によって実行する。つまり、式（６）の演算をその都度行うのではなく、Ｓ１とＳ３については、予め変換テーブルをメモリに記憶させておき、その変換テーブルを用いることによって所望の演算を行う。
【００８４】
また上記のＳ２に関しては、Ｓ１で得られた結果を全ての画素について加算する演算を行うが、ここではヒストグラムを使用して演算を行っているため、フレームごとの加算回数を２５６回で抑えることができ（２５６階調で量子化されている場合）、演算量を膨大とすることなくＧＡｖｅを計算することができる。
なお、本発明に係る実施形態では、上記式（６）の演算をその都度行ってＧＡｖｅを得るようにする手法の採用を排除するものではない。また、ＧＡｖｅは、ウィンドウサイズによってその値が変わるので、ウィンドウサイズに応じて演算領域を変化させるなどの調整を行うとよい。
【００８５】
ジオメトリックＡｖｅ計算部４１から出力されたＧＡｖｅの値は、ゲイン計算部４２に入力され、ＧＡｖｅの値に基づいてゲインが計算される。
図１０は、ゲイン計算部４２で計算するゲインについて説明するための図で、ＧＡｖｅとゲインとの関係を示すものである。ゲイン計算部４２は、図１０に示すような関係に従って、ジオメトリックＡｖｅ計算部４１から出力されたＧＡｖｅに基づいてゲインを計算する。この場合、ＧＡｖｅが低輝度から中輝度の範囲では、所定値（ここでは１＜ゲイン≦２）のゲインが得られるものとし、高輝度領域では、ゲインは１、つまりゲインによる映像信号の補正は行われないものとする。
【００８６】
１より大きいゲインを設定するＧＡｖｅの低中輝度領域と、ゲインを１として設定する高輝度領域との境界をＭＡＸポイントとする。ＭＡＸポイントは、ゲインによって映像信号の輝度を増加させる領域の上限であり、ＧＡｖｅの中間輝度領域に設定される。
このＭＡＸポイントの位置は、表示装置の設計上の官能テスト等によって決定される。あるいはＭＡＸポイントを設定するメニューを用意し、ユーザ操作によってＭＡＸポイントを設定するようにしてもよい。また、ＭＡＸポイントから低輝度側の最大ゲインまでの特性は、視覚特性により決定される曲線に基づいて決められる。図１０において、ｒは、ゲイン特性の設定可能範囲を示している。
【００８７】
ゲイン計算部４２で計算されたゲインの値は、次にテンポラリフィルタ４３に入力される。テンポラリフィルタ４３は、アドバンスト輝度変調部３に備えられたテンポラリフィルタ３２と同様の目的で設けられるもので、入力映像信号の急激な変化による過度のゲイン変化を抑制するためのものである。ここでは、テンポラリフィルタ４３として、アドバンスト輝度変調部３のテンポラリフィルタ３２と同じ特性のローパスフィルタを使用することができる。
【００８８】
トーンカーブデザイン部４４は、テンポラリフィルタ４３から出力されたゲインに従って、補正用トーンカーブのＬＵＴを生成する。アドバンスト輝度変調部３のトーンカーブデザイン部３２では、図８（Ｃ）もしくは図８（Ｄ）に示したように、折れ線状のトーンカーブを生成するようにしているが、ジオメトリック補正部４のトーンカーブデザイン部４４では、図１１に示すような上に凸の曲線状のトーンカーブを生成する。これは主に、中間輝度領域における画面の明るさを確保するためである。
【００８９】
例えば、トーンカーブをリニアなものとして映像信号を補正してしまうと、映像信号の飽和が生じて映像が不自然になることがある。本実施形態では、ゲイン計算部４２で計算されたゲインに基づいて補正用トーンカーブを生成し、映像信号の飽和を防ぎつつ、表示画像を明るく見せるようにしている。
ここでは、図１１に示すように、入力階調の０階調から１０％の階調までは、ゲイン計算部４２で計算したゲインをそのまま反映させてリニアなトーンカーブとする。そして１０％より大きい入力階調については、高階調になるに従って徐々にゲインを弱くしていくことで、図１１に示すような上に凸のトーンカーブを生成する。
つまり、トーンカーブデザイン部４４は、ゲイン計算部４２で計算したゲインを用い、低階調の特定領域では計算したゲインを適用し、高階調になるに従って適用したゲインを低減させて凸形状のトーンカーブを生成するもので、本発明による凸状トーンカーブ生成部に相当するものである。
【００９０】
ここで例えばＡＰＬを特徴量として、上記のようなトーンカーブを生成することも考えられるが、ＡＰＬはＧＡｖｅに比較して人間の感覚と一致しないため、ユーザが本来より暗く感じる映像に限定して補正を行うことができない。このため、十分な輝度をもつ映像に対しても補正を行ってしまい、その場合には、過度に輝度を上げてしまって映像品位を悪化させることにもなりかねない。本実施形態のように、ＧＡｖｅに基づいてトーンカーブを生成すれば、人間が本来よりも暗く感じる映像について輝度を上げる補正を行うことができるようになり、より最適な補正が可能となる。
【００９１】
<<低階調リニア化処理部>>
上記のジオメトリック補正は、主に暗いシーンでゲインが大きく持ち上がることが特徴となるが、ジオメトリック補正部４のトーンカーブデザイン部４４で生成した上に凸状のトーンカーブをそのまま使用してしまうと、所謂黒浮きや中間調以下でのノイズが目立つという不具合が生じる。これらを解消するため、低階調リニア化処理部４５では、トーンカーブデザイン部４４で生成したトーンカーブに対して、低階調側の特定領域がリニアにとなるように生成し直す処理を行う。つまり、トーンカーブの低階調側の特定領域のゲインを１として、補正を行わないようにする。ここではゲインを１とするリニア領域は、一例として、入力階調の低階調側１２％までの領域に設定することができる。
【００９２】
図１２は、低階調リニア化処理部で修正するトーンカーブを示す図で、図１２（Ａ）は、トーンカーブデザイン部４４で生成したトーンカーブの一例を示す図、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）のトーンカーブに対して低階調リニア化処理部４５で低階調部分がリニアとなるように修正した状態を示す図である。
上に凸の形状を持つトーンカーブによる補正は、階調が０〜２５５の全領域でスムーズな特性となっている方が、視覚特性上自然である。しかしながら、低階調領域については、若干の輝度上昇であっても、ノイズの見え方や黒浮き量が大幅に変わる場合も多い。そのために、極めて階調（ここでは輝度）が低い領域については、補正を一切行わない方がよい場合もある。
【００９３】
そこで、低階調リニア化処理部４５では、ＧＡｖｅの値に応じて、補正を行わない領域（リニア領域）Ｌを設定する。リニア領域Ｌの入力階調の上限をニーポイントｋとする。そして、このリニア領域Ｌの入力階調幅を映像の状態に応じて変化させるようにする。例えば、ＧＡｖｅが大きいときには、リニア領域Ｌを大きくとり（つまりニーポイントｋを高階調側に設定することにより）、中間階調の映像を持ち上げつつノイズの上昇を抑えるようにする。また、ＧＡｖｅが小さい場合には、リニア領域Ｌを小さくとり（つまりニーポイントｋを低階調側に設定することにより）、比較的階調が低めの中間階調領域も持ち上げるようにする。
【００９４】
図１３は、低階調リニア化処理部におけるリニア領域の設定例を示す図である。上記のように、低階調領域をゲインによって持ち上げると、黒浮きやノイズの要因となる可能性がある。しかしながら、黒浮きやノイズを抑えるために、低階調領域を一律にリニアにしてしまうと、暗い画像が明るく見える、というＧＡｖｅの効果が十分に発揮できなくなる場合がある。低階調のリニアな領域が多くなるほどＧＡＶｅの効果は小さくなるので、リニア領域は極力少なくして最適なトーンカーブとすることが望ましい。
【００９５】
ＧＡｖｅは、暗いシーンにおける分解能が非常に高いので、本実施形態では、映像シーンの状態に応じて、リニア領域の設定制御を調整する。つまり、低階調リニア化処理部４５では、ＧＡｖｅの値に応じてトーンカーブのリニア領域Ｌの入力階調幅を変化させる。
例えば、図１３に示すように、星空・宇宙・夜景などの暗いシーン、薄暗いシーン、薄暗い〜通常シーン、通常シーンを例とする。これらの場合、それぞれＧＡｖｅの値（ｃｖ）は、１０，３０，５００，５００〜であるものとする。この場合、ＧＡｖｅの値に応じてリニア領域を変化させる。
【００９６】
図１３の例では、ＧＡｖｅが１０程度の星空・宇宙・夜景の場合には、リニア領域を与えることなく、０とする。これに対してＧＡｖｅが３０程度の薄暗いシーンでは、リニア領域の上限（ニーポイントｋの位置）を０〜３０とする。ここでは０〜３０のいずれかの値に設定しておくか、もしくは薄暗いシーンでさらに０〜３０の間でｋの位置を可変にしてもよい。この場合、２５６階調で量子化された映像を対象とし、リニア領域はその階調値（ｃｖ）で示している。従ってリニア領域の上限ｋの位置を３０（ｃｖ）とした場合には、全体の下側１２％の階調（輝度）領域がリニア化されることになる。
さらにＧＡｖｅが５００程度の薄暗い〜通常シーン、及びＧＡｖｅが５００〜の通常シーンでは、リニア領域の上限ｋの位置を３０（ｃｖ）とする。ここでは、全体の下側１２％の階調がリニア化される。
このように、ＧＡｖｅの値に応じてリニア領域の大きさ（階調幅）を変化させることにより、映像の状態に応じた最適な補正用トーンカーブを生成することができる。
【００９７】
低階調リニア化処理部４５から出力された補正用トーンカーブは、アドバンスト輝度変調部から出力されたトーンカーブに乗算器８で乗算され、ＲＧＢ調整部６で映像信号に適用される。
図１４は、トーンカーブと補正用トーンカーブの生成例、及びこれらを用いた補正後のトーンカーブの例を示す図で、図１４（Ａ）はアドバンスト輝度変調部から出力されたトーンカーブの一例を示す図、図１４（Ｂ）はジオメトリック補正部４から出力されたトーンカーブの一例を示す図、図１４（Ｃ）はこれらが加算されて得られた補正後のトーンカーブの一例を示す図である。
【００９８】
図１４（Ｃ）に示すように、ＲＧＢ調整部６に出力されるトーンカーブは、上に凸のトーンカーブを基に、低階調部分がリニアになっている形状を有している。ＲＧＢ調整部６に出力されるトーンカーブの上に凸の形状は、アドバンスト輝度変調部３のトーンカーブデザイン部３３で生成された上に凸の形状に対して、さらにＧＡＶｅに基づくゲイン値に従って補正されたものとなる。また、トーンカーブの低階調領域は、ジオメトリック補正部４の低階調リニア化処理部４４により補正用トーンカーブが修正された結果、アドバンスト輝度変調部３のトーンカーブデザインブ３３で生成されたトーンカーブの低階調領域がそのままリニアの形状に維持される。このリニア領域は、ＧＡｇｅに応じて変化することになる。
【００９９】
上記のように、ＡＰＬを用いて設定した発光輝度レベルに連動させて生成したトーンカーブを、人間の感覚的な量に近い映像特徴量であるジオメトリック平均値（ＧＡｖｅ）に基づいて生成したトーンカーブで補正することにより、消費電力を増大させることなく、かつ映像を破綻させることなく、画面がさらに明るく見るようにすることができる。
【符号の説明】
【０１００】
１…ヒストグラム・ＡＰＬ検出部、２…ＢＬ（バックライト）輝度レベル設定部、３…アドバンスト輝度変調部、４…ジオメトリック補正部、５…画質補正部、６…ＲＧＢ調整部、７…ＦＲＣ部、８…乗算器、３１…ディストーションモジュール、３２…テンポラリフィルタ、３３…トーンカーブデザイン部、４１…ジオメトリックＡｖｅ計算部、４２…ゲイン計算部、４３…テンポラリフィルタ、４４…トーンカーブデザイン部、４５…低階調リニア化処理部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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