(57)【要約】  表示パネルに表示される映像の輝度変化の激しさや変わりやすさを意味する変動性に応じて、バックライトの光源輝度を低減することにより、消費電力の低減を図る。  本発明に係る輝度制御装置では、変動性が中程度であるときは（時刻ｔ０〜ｔ１及びｔ２〜ｔ３）、映像輝度が高い場合に光源輝度を低減し、変動性が高いときは（時刻ｔ１〜ｔ２）、映像輝度に関わらず、光源輝度を低減し、また、変動性が低いときは（時刻ｔ３〜ｔ４）、映像輝度が高い場合や中程度の場合に、徐々に光源輝度を低減する。
2010134600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示パネルのバックライトである光源の輝度を制御する輝度制御装置であって、
入力された映像信号の輝度を検出する映像輝度検出部と、
前記映像輝度検出部にて検出された映像輝度を一定期間分だけ記憶する映像輝度記憶部と、
前記映像輝度と、前記映像輝度記憶部に記憶された前記映像輝度の履歴とを用いて前記映像輝度の変動の激しさを示す変動性を検出し、前記映像輝度と前記変動性とから定めた前記光源の輝度を定める光源輝度制御信号を出力する演算部と、
を備えることを特徴とする輝度制御装置。
【請求項２】
前記演算部は、前記変動性が予め設定した第１の所定値より高い場合、前記映像輝度にかかわらず光源輝度を低減することを特徴とする請求項１に記載の輝度制御装置。
【請求項３】
前記演算部は、前記変動性が予め設定した第２の所定値より低い場合で、且つ前記映像輝度が第１の閾値より高い場合には、光源輝度を低減することを特徴とする請求項１に記載の輝度制御装置。
【請求項４】
光源輝度を低減する映像に対し光源輝度低下を補償するよう映像輝度を増加させた補償映像信号を得る画像処理部を備え、
前記演算部は、前記補償映像信号の輝度に応じて光源輝度をさらに低減させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の輝度制御装置。
【請求項５】
光源輝度の制御処理による遅延に応じて入力映像信号を遅延して光源輝度制御信号と同期させる同期処理部を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の輝度制御装置。
【請求項６】
前記演算部は、前記映像輝度の変動の方向性を算出し、変動の方向性が下降傾向の場合は、光源輝度の低減量を増やし、変動の方向性が上昇傾向の場合は、光源輝度の低減量を控えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の輝度制御装置。
【請求項７】
前記演算部は、前記映像輝度の変化の方向性を算出し、変化の方向性の推移が、上昇傾向から下降傾向と順に推移した場合、光源輝度の低減量を増加させることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の輝度制御装置。
【請求項８】
前記演算部は、前記映像輝度の変化の方向性を算出し、変化の方向性が、下降傾向から方向性なし、上昇傾向と順に推移した場合、光源輝度の低減量を控えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の輝度制御装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の輝度制御装置と、
表示パネルと、該表示パネルの近傍に配置された光源と、該光源を前記輝度制御装置からの光源輝度制御信号に応じて制御する光源制御部とを備えた表示部と、
を備える表示装置。
【請求項１０】
表示パネルのバックライトである光源の輝度を制御する輝度制御方法であって、
入力された映像信号の輝度を検出する映像輝度検出ステップと、
前記映像輝度検出ステップにて検出された映像輝度を一定期間分だけ記憶する映像輝度記憶ステップと、
前記映像輝度と、前記映像輝度記憶ステップにて記憶された前記映像輝度の履歴とを用いて前記映像輝度の変動の激しさを示す変動性を検出し、前記映像輝度と前記変動性とから定めた前記光源の輝度を定める光源輝度制御信号を出力する演算ステップと、
を備えることを特徴とする輝度制御方法。
【請求項１１】
請求項１０の輝度制御方法を制御装置に実行させる輝度制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶パネル等のバックライトの光源輝度を制御することにより消費電力を低減できる輝度制御装置、これを用いた表示装置、輝度制御方法及び輝度制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、映像を表示する表示パネル自体が発光しないタイプのディスプレイ（液晶パネル等）が普及しており、このタイプのディスプレイにおいては輝度を付与するため、表示パネルの背面に光源を配している。このようなディスプレイでは、消費電力の大部分は光源が占める。そこで、入力映像の輝度変動をモニタし、人間の視覚特性上、輝度の変化が知覚されにくいタイミングを検出し、そのタイミングに合わせて光源の輝度を下げることにより、消費電力を低く抑えることが考えられている。【０００３】
特許文献１には、輝度を低下させても視覚的に大きな変化がない画像である場合には、視覚的に違和感のない範囲で輝度を減少させて、消費電力を低減することができる表示装置が記載されている。【０００４】
図１９は、平均輝度レベルおよびピーク輝度レベルが異なる４つの表示画像の例を示す図である。表示画像１０１は平均輝度レベルが高くかつピーク輝度レベルが低い表示画像、表示画像１０２は平均輝度レベルが高くかつピーク輝度レベルが高い表示画像、表示画像１０３は平均輝度レベルが低くかつピーク輝度レベルが低い表示画像、表示画像１０４は平均輝度レベルが低くかつピーク輝度レベルが高い表示画像である。特許文献１の技術では、これらの画像のうち表示画像１０４のように平均輝度レベルが低くかつピーク輝度レベルが高い表示画像を、輝度を下げても表示画面上において視覚的に大きな変化がない低変化画像と見なし、この表示画像を検出して輝度を低減する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−７５５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の制御では、輝度低減の機会が極めて限定的であり、平均輝度レベルが低くかつピーク輝度レベルが高い表示画像１０４にしか適用できない。これでは、消費電力の低減の効果も限定的である。【０００７】
本発明は、斯かる実情に鑑み、表示パネルに表示される映像の輝度の変動性に応じて、バックライトの光源輝度を低減することにより、消費電力の低減を図る輝度制御装置、これを用いた表示装置、輝度制御方法及び輝度制御プログラムを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、表示パネルのバックライトである光源の輝度を制御する輝度制御装置であって、入力された映像信号の輝度を検出する映像輝度検出部と、前記映像輝度検出部にて検出された映像輝度を一定期間分だけ記憶する映像輝度記憶部と、前記映像輝度と、前記映像輝度記憶部に記憶された前記映像輝度の履歴とを用いて前記映像輝度の変動の激しさを示す変動性を検出し、前記映像輝度と前記変動性とから定めた前記光源の輝度を定める光源輝度制御信号を出力する演算部と、を備えることを特徴とするものである。【０００９】
また前記演算部は、前記変動性が予め設定した第１の所定値より高い場合、前記映像輝度にかかわらず光源輝度を低減することを特徴とする。【００１０】
また前記演算部は、前記変動性が予め設定した第２の所定値より低い場合で、且つ前記映像輝度が第１の閾値より高い場合には、光源輝度を低減することを特徴とする。【００１１】
また、本発明は、光源輝度を低減する映像に対し光源輝度低下を補償するよう映像輝度を増加させた補償映像信号を得る画像処理部を備え、前記演算部は、前記補償映像信号の輝度に応じて光源輝度をさらに低減させることを特徴とする。【００１２】
また、本発明は、光源輝度の制御処理による遅延に応じて入力映像信号を遅延して光源輝度制御信号と同期させる同期処理部を備えたことを特徴とする。【００１３】
また、前記演算部は、前記映像輝度の変動の方向性を算出し、変動の方向性が下降傾向の場合は、光源輝度の低減量を増やし、変動の方向性が上昇傾向の場合は、光源輝度の低減量を控えることを特徴とする。【００１４】
また、前記演算部は、前記映像輝度の変化の方向性を算出し、変化の方向性の推移が、上昇傾向から下降傾向と順に推移した場合、光源輝度の低減量を増加させることを特徴とする。【００１５】
また、前記演算部は、前記映像輝度の変化の方向性を算出し、変化の方向性が、下降傾向から方向性なし、上昇傾向と順に推移した場合、光源輝度の低減量を控えることを特徴とする。【００１６】
また、本発明は、前記輝度制御装置と、表示パネルと該表示パネルの近傍に配置された光源と該光源を前記輝度制御装置からの光源輝度制御信号に応じて制御する光源制御部とを備えた表示部と、を備える表示装置である。【００１７】
また、本発明は、表示パネルのバックライトである光源の輝度を制御する輝度制御方法であって、入力された映像信号の輝度を検出する映像輝度検出ステップと、前記映像輝度検出ステップにて検出された映像輝度を一定期間分だけ記憶する映像輝度記憶ステップと、前記映像輝度と、前記映像輝度記憶ステップにて記憶された前記映像輝度の履歴とを用いて前記映像輝度の変動の激しさを示す変動性を検出し、前記映像輝度と前記変動性とから定めた前記光源の輝度を定める光源輝度制御信号を出力する演算ステップと、を備えることを特徴とするものである。【００１８】
また、本発明は、前記輝度制御方法を制御装置に実行させる輝度制御プログラムである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、映像輝度の変動性を解析することで、視覚的に大きな変化を与えず光源輝度を低減することができ、従来よりも光源輝度を低減する機会を増やすことができるので、消費電力をさらに削減することが可能となる。【００２０】
特に、先行技術に比べ、全体的に明るいシーンの続く映像に対しても、変動性が高ければ、光源輝度を低減し、消費電力を削減できる。【００２１】
また、本発明によれば、この光源輝度制御に加え、変動の方向性を加味してさらなる輝度の低減を図って、消費電力の削減ができる。また、変動の方向性の推移に応じて、光源輝度の低減を調整することにより、コントラストを確保して、映像品質を落とさずに見やすい表示を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】Ｄｅ  Ｌａｎｇｅの研究における輝度変化を知覚する感度と輝度変化の周波数の関係を示す図である。
【図２】第１の実施形態における表示装置を示すブロック図である。
【図３】演算部の構成を示すブロック図である。
【図４】変動性導出法の説明図である。
【図５】各映像輝度の変動における変動性の判定結果を示す図である。
【図６】現在の映像輝度Ｌと変動累積値Ｖから光源輝度倍率αを決定する関数の一例を示す図である。
【図７】第１の実施形態における輝度制御部の制御処理手順を示すフローチャートである。
【図８】第１の実施形態の表示装置の光源輝度制御と従来の表示装置の光源輝度制御を比較した図である。
【図９】第２の実施形態における表示装置を示すブロック図である。
【図１０】第２の実施形態における輝度制御部５０の制御処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】従来の表示装置の光源輝度制御（光源制御なし）、従来の輝度補償を行う表示装置の光源輝度制御、第２の実施形態の表示装置の光源輝度制御を比較した図である。
【図１２】第３の実施形態における表示装置を示すブロック図である。
【図１３】入力画像に対する光源輝度制御処理の遅延処理を説明する図である。
【図１４】第３の実施形態における輝度制御部の制御処理手順を示すフローチャートである。
【図１５】最も古い履歴値と現在値による映像輝度の変化の方向性を示す図である。
【図１６】第４の実施形態における輝度制御部３０の制御処理手順を示すフローチャートである。
【図１７】映像輝度の変動方向性の推移による光源輝度の制御を説明する図である。
【図１８】第５の実施形態における輝度制御部の制御処理手順を示すフローチャートである。
【図１９】従来の輝度制御における平均輝度レベルおよびピーク輝度レベルが異なる４つの表示画像の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００２４】
本発明は、消費電力を抑えるために、自発光を行わない表示パネルの近傍に配置されたバックライト用光源の輝度を低減するものである。この際、映像輝度を解析して輝度の変動性を求めて、この変動性を用いてバックライトの光源輝度を視覚的に知覚されにくい範囲で低減するものである。
【００２５】
一般に、輝度と人間の輝度変化に対する知覚に関しては、以下の法則や研究が知られている。
（１）ウェーバー・フェフナーの法則
人間が知覚できる刺激の最小の変化量ΔＳは元の刺激の大きさＳに比例する。従って、全体の輝度が高いほど微小な輝度低下は知覚されにくい。
ΔＳ＝ｋＳ
【００２６】
（２）Ｄｅ  Ｌａｎｇｅの研究
図１には、輝度変化を知覚する感度と輝度変化の周波数の関係を示す。輝度変化を知覚する感度とは、人間が知覚できる輝度変化の最小量を示す。図１（ａ）は、表示平均輝度が低い場合を示し、輝度の高周波（極めて急速な）の変動は知覚されにくい（知覚されにくい範囲５）。図１（ｂ）は、表示平均輝度が高い場合を示し、表示平均輝度が高い場合、高周波数(極めて急速な)の変動と低周波数（極めてゆるやかな）変動は知覚されにくい（知覚されにくい範囲５）。
【００２７】
以上の原理を利用して、表示輝度を低減できる表示映像を検出して光源輝度の低減を行う。以下に、実施形態について説明を行う。
【００２８】
＜第１の実施形態＞
図２は、第１の実施形態における表示装置を示すブロック図である。
表示装置１０は、表示部２０と、輝度制御部３０とを備える。表示部２０は、表示パネル２１、光源２２、光源制御部２３から構成される。輝度制御部３０は、映像輝度検出部３１、映像輝度記憶部３２、演算部３３から構成される。
【００２９】
表示部２０の表示パネル２１は、液晶などの非自発光のディスプレイであり、光源２２からの光を変調して映像を表示する。表示パネル２１の背面に配置される光源２２は、一般的にバックライトと呼ばれているものであり、冷陰極管，ＬＥＤ等の輝度を調節可能なものであればよく、特に種類は選ばない。光源制御部２３は、光源２２の輝度を光源輝度制御信号に基づいて制御する。光源輝度制御信号は、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号などである。
【００３０】
輝度制御部３０の映像輝度検出部３１は、映像信号から平均輝度レベル（ＡＰＬ；Average Picture Level）や輝度の度数分布等の情報を取得し、時間毎に映像の輝度を表す情報（輝度情報）を算出する。ここで、映像信号とは、ＹＵＶ、ＹＣｂＣｒ、ＹＰｂＰｒ、Ｌ＊ｕ＊ｖ＊、Ｌ＊ａ＊ｂ＊等の輝度成分（Ｙ成分やＬ成分）を持つ映像信号である。ＲＧＢ等の輝度成分を持たない信号の場合は、上記映像信号に変換を行った上で処理を行う。
【００３１】
輝度制御部３０の映像輝度記憶部３２は、一定（数秒〜数十秒程度）期間の輝度情報の履歴を蓄積できるメモリである。新しい値が書き込まれると最も古い値が消去される構造のＦＩＦＯ（First In First Out）を適用する。前記一定期間は、輝度変化を知覚できる目の順応時間から導いたものである。
【００３２】
輝度制御部３０の演算部３３は、詳しくは後述するアルゴリズムを実現することができる演算能力を持つものである。その処理概略は、映像輝度検出部３１により検出された輝度情報と、映像輝度記憶部３２に記憶された輝度情報の履歴とにより、映像輝度の変動性を解析し、光源輝度を知覚されにくい範囲で低減する光源輝度制御信号を出力することである。
【００３３】
図３は、演算部３３の構成を示すブロック図である。
演算部３３は、変動検出部３４と、光源輝度決定部３５とから構成される。変動検出部３４は、映像輝度検出部３１が検出した現在の映像の輝度情報と、映像輝度記憶部３２が記憶している映像の輝度情報の履歴に基づいて映像輝度の変動性検出を行い、変動情報として出力する。光源輝度決定部３５は、映像輝度検出部３１が検出した現在の映像の輝度情報と、変動検出部３４が出力した変動情報とに基づいて、光源輝度を決定し、光源情報制御信号として出力する。
【００３４】
演算部３３における光源輝度の決定処理について説明する。
変動検出部３４は、映像輝度記憶部３２が記憶している映像の輝度情報の履歴から現在の映像輝度がどうのように変動しているか、という映像輝度の「変動性」を検出し、それを変動情報として出力する。すなわち、変動情報とは、変動性が低いのか、中程度なのか、高いのかを示す情報である。
【００３５】
ここで、「変動性」とは、輝度変化の激しさ、変わりやすさを意味し、輝度の変化の割合や輝度変化の周波数の概念を含むものである。従って、「変動性が低い」とは、映像輝度の変化が乏しいということであり、また変動の周波数が低いことを意味する。「変動性が高い」とは、映像輝度の変化が急激であるということであり、また変動の周波数が高いことを意味する。そして、「変動性が中程度」とは、その中間を意味する。
【００３６】
変動検出部３４における変動性の導出方法としては、例えば、現在の映像輝度レベル（ＡＰＬや輝度の度数分布で検出）と過去の映像輝度レベルの履歴を元に変動性を表す指標として変動累積値を計算する。図４は、この変動性導出法の説明図である。
【００３７】
フレーム数を基に時刻を定義し、これを横軸とする。縦軸を映像輝度とする。映像輝度検出部３１にて検出した現在時刻を第Ｎフレームとし、それより以前のＭ個のフレームに対する映像輝度の情報が、映像輝度検出部３１にて検出された順に、映像輝度記憶部３２に履歴として格納されている。ここで、第Ｎフレームからｉフレームだけ以前のフレームを第Ｎ−ｉフレームとし、そのフレームの映像輝度をＬ［ｉ］とする。
【００３８】
第Ｎフレームの輝度Ｌ［０］を基準に、第Ｎフレーム以前のＭ個のフレームの変動累積値を求める。
まず、第Ｎフレームの輝度Ｌ［０］よりも低い輝度の累積値を求める。これは負の差分合計であり、輝度が増加する方向の変動が生じた場合に加算されるため、増分累積値Ｖｉとすると、以下の式となる。
【００３９】
【数１】
2010134600.tif 000003
【００４０】
次に、第Ｎフレームの輝度Ｌ［０］よりも高い輝度の累積値を求める。これは正の差分合計であり、輝度が減少する方向の変動が生じた場合に加算されるため、減分累積値Ｖｄとすると、以下の式となる。
【００４１】
【数２】
2010134600.tif 000004
【００４２】
これらを足したものが変動累積値Ｖとなる。
【００４３】
【数３】
2010134600.tif 000005
【００４４】
こうして求めた変動累積値Ｖに基づいて、変動検出部３４が変動性について判断を行うのであるが、その一例を以下に説明する。
【００４５】
まず、変動基準単位を予め求めておく。変動基準単位は以下の式により求めることができる。
変動基準単位＝フレームレート×蓄積時間×階調数
例えば、フレームレートが３０ＦＰＳ、蓄積時間が１０秒、階調数が２５６階調の場合、変動基準単位は７６８００となる。
【００４６】
ここで、「変動性が小」とは、変動累積値Ｖが基準単位の１〜３％程度未満であるとする。その場合、例えば、７６８００（変動基準単位）×２％≒１５００となる。従って、「変動性が小」と判断する閾値Ｖ１を１５００とすると、変動累積値Ｖが閾値Ｖ１未満の場合に「変動性が小」と判断する。図５（ａ）に「変動性が小」の場合の映像輝度の変動を示す。
【００４７】
また、「変動性が大」とは、変動累積値Ｖが基準単位の１０〜１５％程度以上であるとする。その場合、例えば、７６８００（変動基準単位）×１３％≒１００００となる。従って、「変動性が大」と判断する閾値Ｖ２を１００００とすると、変動累積値Ｖが閾値Ｖ２以上の場合に「変動性が大」と判断する。図５（ｂ）に「変動性が大」の場合の映像輝度の変動を示す。
【００４８】
そして、「変動性が小」と、「変動性が大」との間を「変動性が中程度」とする。従って、「変動性が中程度」は、変動累積値Ｖが上記閾値Ｖ１，Ｖ２の間の範囲である。図５（ｃ）に「変動性が中程度」の場合の映像輝度の変動を示す。
【００４９】
なお、本実施形態では映像輝度の履歴からその変動性を求めたが、これに限定されるわけではない。例えば、（１）映像輝度の履歴値についての分散、（２）映像輝度の履歴値についての標準偏差、（３）映像輝度の履歴値を微分（差分）を取ることによる変化速度、（４）映像輝度の履歴値をＤＦＴ、ＤＣＴ等の方法で周波数領域表現に変換することによる周波数成分、等を求めて変動性を判定してもよい。
【００５０】
光源輝度決定部３５は、変動検出部３４が出力した変動情報に基づいて、光源輝度の削減量を決定して、光源輝度制御信号を出力する。この映像輝度の変動性と光源輝度の削減量の関係を表１に示す。これは前述のＤｅ  Ｌａｎｇｅの研究に基づくものである。
【００５１】
【表１】
2010134600.tif 000006
【００５２】
ここで、表１における光源輝度決定部３５が現在の輝度情報に基づいて行う輝度の高低判定の一例について述べる。
【００５３】
まず、低輝度は、例えば、輝度値の表現可能範囲の２０％程度未満とする。従って、８ｂｉｔ＝２５６階調の場合、２５６×０．２≒５０となり、閾値Ｌ１＝５０未満の場合、低輝度とする。
また、高輝度は、例えば、輝度値の表現可能範囲の６０％程度以上とする。従って、８ｂｉｔ＝２５６階調の場合、２５６×０．６≒１５０となり、閾値Ｌ２＝１５０以上の場合、高輝度とする。
【００５４】
こうして、光源輝度決定部３５は、現在の映像輝度と変動性に基づいて下記の光源輝度を決定する。
光源輝度の倍率αを、現在の映像輝度Ｌと、変動累積値Ｖの関数として定義すると、
α＝ｆ（Ｌ，Ｖ）
となる。ここで、光源輝度の倍率αは１以下の数字である。
【００５５】
図６は、現在の映像輝度Ｌと変動累積値Ｖから光源輝度倍率αを決定する関数の一例を示す図である。この関数においては、映像輝度Ｌが一定ならば、変動性Ｖが中程度から離れるほど、光源輝度の倍率αが小さくなるという関係がある。また、変動性Ｖが一定ならば、映像輝度Ｌが大きいほど、光源輝度の倍率αが小さくなるという関係がある。
【００５６】
また、次の表２に示すような、光源輝度の倍率αを現在の映像輝度Ｌと変動累積値Ｖのマトリックス（ルックアップテーブル）により、光源輝度の倍率αを求めてもよい。
【００５７】
【表２】
2010134600.tif 000007
【００５８】
なお、ここでは変動性及び映像輝度を３段階に分けて、制御を行っているが、これに限定されるわけではなく、変動性及び映像輝度をより細分化して制御を行ってよい。また、光源輝度の倍率αも図や表２の値に限定されるわけではない。
【００５９】
図７は、第１の実施形態における輝度制御部３０の制御処理手順を示すフローチャートである。
映像輝度検出部３１は入力映像信号から映像輝度を検出して輝度情報を、演算部３３の変動検出部３４及び光源輝度決定部３５と、映像輝度記憶部３２とに出力する（ステップＳ１）。映像輝度記憶部３２は、輝度情報を格納し、一定期間分の輝度情報を映像輝度履歴として保持する。演算部３３の変動検出部３４は、映像輝度記憶部３２に記憶されている一定期間前の映像輝度履歴を取得する（ステップＳ２）。演算部３３の変動検出部３４は、映像輝度検出部３１から出力された輝度情報と、映像輝度記憶部３２に記憶されている一定期間前の映像輝度履歴とに基づいて変動性を検出する（ステップＳ３）。変動性の導出方法は、上述した通りである。演算部３３の光源輝度決定部３５は、変動検出部３４から出力された変動情報（変動性）と、映像輝度検出部３１が検出した現映像輝度情報（映像輝度）を用いて、光源輝度を低減する（ステップＳ４）。ここで、変動性と現映像輝度に基づく低減条件と低減量は、上述の通りである。光源輝度決定部３５は、光源輝度を決定して、光源輝度制御信号を表示部２０の光源制御部２３に出力する（ステップＳ５）。
【００６０】
図８は、第１の実施形態の表示装置の光源輝度制御と従来の表示装置の光源輝度制御を比較した図である。従来の表示装置は、輝度制御部３０を持たず、光源輝度制御を行わない装置である。
【００６１】
図８に示すように、映像輝度は、時刻ｔ１〜ｔ２の間で変動性が高く（激しく変動し、周波数が高い）、時刻ｔ３〜ｔ４の間では変動性が低く（変動が少なく、周波数が低い）、時刻ｔ０〜ｔ１及びｔ２〜ｔ３の間では、変動性は中程度である。
【００６２】
従来の表示装置では、光源輝度を制御しないので映像輝度の変動性に関わらず、光源は常に一定の輝度である。図８では、従来の表示装置の光源輝度を一点鎖線で示し、この輝度を１００としている。これに対し、第１の実施形態である表示装置１０は、映像輝度の変動性に応じて、例えば表２のルックアップテーブルに従って光源輝度を制御する。従って、時刻ｔ０〜ｔ１及びｔ２〜ｔ３の間では、変動性は中程度であるので、映像輝度が高い場合に光源輝度を知覚できない範囲で低減する。また、時刻ｔ１〜ｔ２の間では、変動性が高いので、映像輝度に関わらず知覚されにくいため、光源輝度を知覚できない範囲で低減する。時刻ｔ３〜ｔ４の間では変動性が低いので、映像輝度が高い場合や中程度の場合に、徐々に光源輝度を低減する。
【００６３】
こうして、本実施形態においては、映像輝度の変動性に基づいて光源輝度の低減を行い、従来技術に比較して光源輝度の低減機会が増加するので、従来に比較して消費電力を大幅に低減できるという効果を奏する。
【００６４】
＜第２の実施形態＞
図９は、第２の実施形態における表示装置を示すブロック図である。
表示装置４０は、表示部２０と、輝度制御部５０とを備える。表示部２０は、第１の実施形態と同様に表示パネル２１、光源２２、光源制御部２３から構成される。輝度制御部５０は、第１の実施形態の映像輝度検出部３１、映像輝度記憶部３２、演算部３３に加えて、係数決定部５１と、画像処理部５２とから構成される。
【００６５】
本実施形態においては、光源輝度を下げると共に、映像信号に対して、光源輝度の低下を補償するような画像処理を加え、輝度の変化をより目立たないようにする。すなわち、光源輝度を低減させる映像に対して、映像輝度を高くする画像処理を行うことにより、互いに相殺されて輝度低減を知覚しにくくする。従って、さらなる光源輝度の低減も可能となる。
【００６６】
まず、係数決定部５１は、映像輝度（現在値）から光源輝度の低下を補償する画像処理の係数を算出する。画像処理係数をβ、本来の光源輝度をＬｎｏｒｍａｌ、低減した光源輝度をＬｒｅｄｕｃｅ、液晶パネルのガンマ値をγとすると、次式が成り立つ。
【００６７】
【数４】
2010134600.tif 000008
【００６８】
係数決定部５１にて決定された画像処理係数βに基づいて、画像処理部５２が光源輝度の低下を補償する画像処理を行い、補償映像信号を出力する。画像処理部５２に入力される映像信号をＹｉｎ、画像処理部５２から出力される補償映像信号をＹｏｕｔとすると、以下の式が成り立つ。
Ｙｏｕｔ＝βＹｉｎ
なお、画像処理係数βは１以上の数字である。
【００６９】
図１０は、第２の実施形態における輝度制御部５０の制御処理手順を示すフローチャートである。
ステップＳ１１〜Ｓ１５までの処理は、図７のステップＳ１〜Ｓ５と同じなので説明は省略する。係数決定部５１は、映像輝度検出部３１から出力された輝度情報に基づいて、上述のように画像処理係数βを決定する（ステップＳ１６）。画像処理部５２は、決定された画像処理係数βに従って映像信号に補償処理を行ない、表示部２０の表示パネル２１に出力する（ステップＳ１７）。
【００７０】
図１１は、従来の表示装置の光源輝度制御（光源制御なし）、従来の輝度補償を行う表示装置の光源輝度制御、第２の実施形態の表示装置の光源輝度制御を比較した図である。ここで、従来の輝度補償を行う表示装置は、第２の実施形態における映像輝度記憶部３２を持たない表示装置であり、演算部では変動性に応じた光源輝度制御を行わないものである。図８と同様に、映像輝度は、時刻ｔ１〜ｔ２の間で変動性が高く（激しく変動し、周波数が高い）、時刻ｔ３〜ｔ４の間では変動性が低く（変動が少なく、周波数が低い）、時刻ｔ０〜ｔ１及びｔ２〜ｔ３の間では、変動性は中程度である。
【００７１】
図１１においては、従来の表示装置（輝度制御無し）の光源輝度を点線、映像輝度補償の画像処理の従来表示装置の光源輝度を一点鎖線、第２の実施形態の表示装置の光源輝度を実線で表している。映像輝度補償の画像処理のみの表示装置の光源輝度は、映像輝度に単純比例して光源輝度を制御しているが、第２の実施形態では、光源輝度低減を補償する画像処理を行っているので、それからさらに低減しても知覚しにくい。従って、さらなる消費電力低減を図ることができる。
【００７２】
＜第３の実施形態＞
図１２は、第３の実施形態における表示装置を示すブロック図である。
表示装置６０は、表示部２０と、輝度制御部７０とを備える。表示部２０は、第１の実施形態と同様に表示パネル２１、光源２２、光源制御部２３から構成される。輝度制御部７０は、第１の実施形態の映像輝度検出部３１、映像輝度記憶部３２、演算部３３に加えて、同期処理部７１から構成される。
【００７３】
図１３（ａ）に示すように、過去の履歴情報を蓄積して使用するアルゴリズムの性質上、光源の輝度制御は映像の入力に対して若干の遅延を含む。そこで本実施形態は、図１３（ｂ）に示すように、その影響を軽減するため、映像信号にも遅延を与えて光源輝度との出力タイミングを調節する同期処理部（フレームバッファ）７１を追加した構成である。
【００７４】
図１４は、第３の実施形態における輝度制御部７０の制御処理手順を示すフローチャートである。
ステップＳ２１〜Ｓ２５までの処理は、図７のステップＳ１〜Ｓ５と同じなので説明は省略する。同期処理部７１は、ステップＳ２５における光源輝度制御信号に同期するように映像信号を遅延させる（ステップＳ２６）。
【００７５】
こうして、光源輝度制御と入力映像信号にずれが生じて光源輝度の低減が知覚されることを防ぐことができる。
【００７６】
第３の実施形態は、第１の実施形態の輝度制御部３０に同期処理部７１を加えたものであったが、第２の実施形態の輝度制御部５０に同期処理部７１を加えても構わない。この場合は、画像処理部５２の後に同期処理部７１を配置し、映像輝度信号の補償処理を行なった映像に対して、同期処理を行なう。
【００７７】
＜第４の実施形態＞
第４の実施形態の表示装置は、図２の構成と同じであるが、演算部３３の光源輝度制御の方法が異なる。第４の実施形態においては、変動検出部３４が、映像輝度の変動性に加え映像輝度の変化の方向性を算出し、光源輝度決定部３５が光源輝度制御に利用する。輝度履歴の中で古い方の値（例えば最も古い履歴値）と輝度履歴の中で新しい方の値（例えば現在の値）との差分値Ｄを算出し、方向性を判断する。
【００７８】
図１５は、最も古い履歴値と現在値による映像輝度の変化の方向性を示す図である。図１５（ａ）は過去の輝度履歴の変化の方向が現在のフレームに向けて上昇傾向にあることを示し、図１５（ｂ）は過去の輝度履歴の変化の方向が現在のフレームに向けて下降傾向にあることを示す。これは、図中の差分値Ｄの正負により、方向性を判断している。すなわち、
差分値Ｄ＝現在値−最も古い履歴値
として、図１５（ａ）のように、差分値が正であれば上昇傾向、図１５（ｂ）のように、差分値Ｄが負であれば下降傾向である。これは極めて簡単に変動方向を算出しているが、より厳密に判定する場合は、次のように行う。
【００７９】
図１５（ａ）のような映像輝度が上昇傾向にあるのを判断条件は、増分累積値Ｖｉ＞＞減分累積値Ｖｄ、かつ、輝度値Ｌ［０］＞＞輝度値Ｌ［Ｍ］である。すなわち、増分累積値（負の差分合計）Ｖｉが減分累積値（正の差分合計）Ｖｄより極めて多く、さらに第Ｎ−Ｍフレームの輝度値Ｌ［Ｍ］が現在の第Ｎフレームの輝度値Ｌ［０］より極めて低い。
【００８０】
また、図１５（ｂ）のような映像輝度が下降傾向にあっては、増分累積値Ｖｉ＜＜減分累積値Ｖｄであり、かつ輝度値Ｌ［０］＜＜輝度値Ｌ［Ｍ］である。すなわち、増分累積値（負の差分合計）Ｖｉが減分累積値（正の差分合計）Ｖｄより極めて少なく、さらに第Ｎ−Ｍフレームの輝度値Ｌ［Ｍ］が現在の第Ｎフレームの輝度値Ｌ［０］より極めて高い。
【００８１】
このように、変動方向性は、上記の条件により、「上昇傾向」と「下降傾向」を判定する。そして、これ以外は、すべて「方向性無し」とする。
【００８２】
光源輝度決定部３５は、上記映像輝度変動の方向性に基づいて光源輝度制御を以下のように行う。
前述したウェーバー・フェフナー則によれば、元の映像輝度が高い方が輝度の変化は目立ちにくい。そこで、下降傾向の場合は、Ｎ−Ｍフレームの輝度値Ｌ［Ｍ］が高いので、輝度変化が目立ちにくく、第１及び第２の実施形態の場合より削減量を増やす。一方、上昇傾向の場合は、Ｎ−Ｍフレームの輝度値Ｌ［Ｍ］が低いので、輝度変化が目立ちやすく、削減量を抑える。この光源輝度制御の一例を表３に示す。
【００８３】
【表３】
2010134600.tif 000009
【００８４】
図１６は、第４の実施形態における輝度制御部３０の制御処理手順を示すフローチャートである。
映像輝度検出部３１は入力映像信号から映像輝度を検出して輝度情報を、演算部３３の変動検出部３４及び光源輝度決定部３５と、映像輝度記憶部３２とに出力する（ステップＳ３１）。映像輝度記憶部３２は、輝度情報を格納し、一定期間分の輝度情報を映像輝度履歴として保持する。演算部３３の変動検出部３４は、映像輝度記憶部３２に記憶されている一定期間前の映像輝度履歴を取得する（ステップＳ３２）。演算部３３の変動検出部３４は、映像輝度検出部３１から出力された輝度情報と、映像輝度記憶部３２に記憶されている一定期間前の映像輝度履歴とに基づいて変動性と変動方向性を検出する（ステップＳ３３）。変動性の導出方法は、第１の実施形態に記載した通りであり、変動方向性の導出方法は上述した通りである。演算部３３の光源輝度決定部３５は、変動検出部３４から出力された変動情報（変動性）と、映像輝度検出部３１が検出した現映像輝度情報（映像輝度）を用いて、光源輝度を低減する。さらに、表３に記載したように変動性と変動方向性に基づいてさらに光源輝度を低減する（ステップＳ３４）。光源輝度決定部３５は、光源輝度を決定して、光源輝度制御信号を表示部２０の光源制御部２３に出力する（ステップＳ３５）。
【００８５】
こうして、変動方向性に基づいてさらに光源輝度を低減することにより、消費電力を低減できる。
【００８６】
＜第５の実施形態＞
また、光源輝度決定部３５の上記輝度変動の方向性に基づく輝度制御として別の例として第５の実施形態を説明する。
図１７は、映像輝度の変動方向性の推移による光源輝度の制御を説明する図である。
光源輝度決定部３５は、方向性の推移により制御を変更する。すなわち、「上昇傾向→方向なし→下降傾向」と推移する場合（図１７の８１）は、高輝度のピーク（図１７の山の部分）と推定できるので、コントラスト確保のため削減量を控える（図１７の８３）。一方、「下降傾向→方向なし→上昇傾向」と推移する場合は（図１７の８２）、低輝度のピーク（図１７の谷の部分）と推定できるので、コントラスト確保のため削減量を増やす（図１７の８４）。
【００８７】
図１８は、第５の実施形態における輝度制御部３０の制御処理手順を示すフローチャートである。
映像輝度検出部３１は入力映像信号から映像輝度を検出して輝度情報を、演算部３３の変動検出部３４及び光源輝度決定部３５と、映像輝度記憶部３２に出力する（ステップＳ４１）。映像輝度記憶部３２は、輝度情報を格納し、一定期間分の輝度情報を映像輝度履歴として保持する。演算部３３の変動検出部３４は、映像輝度記憶部３２に記憶されている一定期間前の映像輝度履歴を取得する（ステップＳ４２）。演算部３３の変動検出部３４は、映像輝度検出部３１から出力された輝度情報と、映像輝度記憶部３２に記憶されている一定期間前の映像輝度履歴とに基づいて変動性と変動方向性の推移を検出する（ステップＳ４３）。変動性の導出方法は、第１の実施形態に記載した通りであり、変動方向性の推移の導出方法は上述した通りである。演算部３３の光源輝度決定部３５は、変動検出部３４から出力された変動情報（変動性）と、映像輝度検出部３１が検出した現映像輝度情報（映像輝度）を用いて、光源輝度を低減する。さらに、変動性と変動方向性の推移に基づいて光源輝度をコントラスト確保のため調整する（ステップＳ４４）。光源輝度決定部３５は、光源輝度を決定して、光源輝度制御信号を表示部２０の光源制御部２３に出力する（ステップＳ４５）。
【００８８】
こうして、変動方向性の推移に基づいて光源輝度を調整するので、コントラストを確保して見やすく質の高い画像を提供することができる。
【００８９】
ここで、輝度制御部３０の各部は、プロセッサ、論理回路等で構成してハード的に処理してもよいし、プログラムを読み込むことでプロセッサが各部の処理を実行してもよい。
【符号の説明】
【００９０】
１０  表示装置
２０  表示部
２１  表示パネル
２２  光源
２３  光源制御部
３０  輝度制御部
３１  映像輝度検出部
３２  映像輝度記憶部
３３  演算部
３４  変動検出部
３５  光源輝度決定部
４０  表示装置
５０  輝度制御部
５１  係数決定部
５２  画像処理部
６０  表示装置
７０  輝度制御部
７１  同期処理部
【図１】
2010134600.tif 000010
【図２】
2010134600.tif 000011
【図３】
2010134600.tif 000012
【図４】
2010134600.tif 000013
【図５】
2010134600.tif 000014
【図６】
2010134600.tif 000015
【図７】
2010134600.tif 000016
【図８】
2010134600.tif 000017
【図９】
2010134600.tif 000018
【図１０】
2010134600.tif 000019
【図１１】
2010134600.tif 000020
【図１２】
2010134600.tif 000021
【図１３】
2010134600.tif 000022
【図１４】
2010134600.tif 000023
【図１５】
2010134600.tif 000024
【図１６】
2010134600.tif 000025
【図１７】
2010134600.tif 000026
【図１８】
2010134600.tif 000027
【図１９】
2010134600.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成23年3月18日(2011.3.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示パネルのバックライトである光源の輝度を制御する輝度制御装置であって、
入力された映像信号の輝度を検出する映像輝度検出部と、
前記映像輝度検出部にて検出された映像信号の輝度より前に検出された複数の輝度を記憶する映像輝度記憶部と、
前記映像輝度記憶部に記憶された複数の輝度に基づいて前記映像信号の輝度の変動の激しさを示す変動性を検出し、前記映像輝度検出部が検出した映像信号の輝度と前記変動性とに基づいて前記光源の輝度を制御する演算部と、
を備えることを特徴とする輝度制御装置。
【請求項２】
前記変動性は、さらに前記映像輝度検出部に検出された輝度に基づいて検出されることを特徴とする請求項１に記載の輝度制御装置。
【請求項３】
前記変動性は、前記映像輝度記憶部に記憶された輝度と前記映像輝度検出部に検出された輝度との差分の累積値に基づいて検出されることを特徴とする請求項１又は２に記載の輝度制御装置。
【請求項４】
前記変動性は、前記映像輝度記憶部に記憶された輝度の変動の周波数に基づいて検出されることを特徴とする請求項１又は２に記載の輝度制御装置。
【請求項５】
前記演算部は、前記変動性が予め設定した第１の所定値より高い場合、前記映像輝度にかかわらず光源輝度を低減することを特徴とする請求項１に記載の輝度制御装置。
【請求項６】
前記演算部は、前記変動性が予め設定した第２の所定値より低い場合で、且つ前記映像輝度が第１の閾値より高い場合には、光源輝度を低減することを特徴とする請求項１に記載の輝度制御装置。
【請求項７】
前記演算部は、さらに前記映像輝度記憶部に記憶された輝度の変動の方向性に基づいて前記光源の輝度を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の輝度制御装置。
【請求項８】
前記演算部は、前記映像輝度の変動の方向性を算出し、変動の方向性が下降傾向の場合は、光源輝度の低減量を増やし、変動の方向性が上昇傾向の場合は、光源輝度の低減量を控えることを特徴とする請求項１又は２に記載の輝度制御装置。
【請求項９】
前記演算部は、前記映像輝度の変化の方向性を算出し、変化の方向性の推移が、上昇傾向から下降傾向と順に推移した場合、光源輝度の低減量を増加させることを特徴とする請求項１又は２に記載の輝度制御装置。
【請求項１０】
前記演算部は、前記映像輝度の変化の方向性を算出し、変化の方向性が、下降傾向から方向性なし、上昇傾向と順に推移した場合、光源輝度の低減量を控えることを特徴とする請求項１又は２に記載の輝度制御装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載の輝度制御装置と、
表示パネルと、該表示パネルの近傍に配置された光源と、該光源を前記輝度制御装置からの光源輝度制御信号に応じて制御する光源制御部とを備えた表示部と、
を備える表示装置。
【請求項１２】
表示パネルのバックライトである光源の輝度を制御する輝度制御方法であって、
入力された映像信号の輝度を検出する映像輝度検出ステップと、
前記映像輝度検出ステップにて検出された映像信号の輝度より前に検出された複数の輝度を記憶する映像輝度記憶ステップと、
前記映像輝度記憶ステップにて記憶された複数の輝度に基づいて前記映像信号の輝度の変動の激しさを示す変動性を検出し、前記映像輝度検出ステップが検出した映像信号の輝度と前記変動性とに基づいて前記光源の輝度を制御する演算ステップと、
を備えることを特徴とする輝度制御方法。
【請求項１３】
請求項１２の輝度制御方法を制御装置に実行させる輝度制御プログラム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
周波数が低いことを意味する。「変動性が高い」とは、映像輝度の変化が急激であるということであり、また変動の周波数が高いことを意味する。そして、「変動性が中程度」とは、その中間を意味する。
［００３６］
変動検出部３４における変動性の導出方法としては、例えば、現在の映像輝度レベル（ＡＰＬや輝度の度数分布で検出）と過去の映像輝度レベルの履歴を元に変動性を表す指標として変動累積値を計算する。図４は、この変動性導出法の説明図である。
［００３７］
フレーム数を基に時刻を定義し、これを横軸とする。縦軸を映像輝度とする。映像輝度検出部３１にて検出した現在時刻を第Ｎフレームとし、それより前のＭ個のフレームに対する映像輝度の情報が、映像輝度検出部３１にて検出された順に、映像輝度記憶部３２に履歴として格納されている。ここで、第Ｎフレームからｉフレームだけ前のフレームを第Ｎ−ｉフレームとし、そのフレームの映像輝度をＬ［ｉ］とする。
［００３８］
第Ｎフレームの輝度Ｌ［０］を基準に、第Ｎフレームより前のＭ個のフレームの変動累積値を求める。
まず、第Ｎフレームの輝度Ｌ［０］よりも低い輝度の累積値を求める。これは負の差分合計であり、輝度が増加する方向の変動が生じた場合に加算されるため、増分累積値Ｖｉとすると、以下の式となる。
［００３９］
［数１］
2010134600.tif 000029
［００４０］
次に、第Ｎフレームの輝度Ｌ［０］よりも高い輝度の累積値を求める。これは正の差分合計であり、輝度が減少する方向の変動が生じた場合に加算されるため、減分累積値Ｖｄとすると、以下の式となる。
［００４１］
【国際調査報告】
2010134600.tif 000030
2010134600.tif 000031
2010134600.tif 000032
2010134600.tif 000033