(57)【要約】【課題】ユーザーが長時間にわたって番組を見るための負担を軽減すると共に画像のコントラストを改善する装置及びその方法を提供すること。【解決手段】本発明は、入力画像シーケンスのｉ番目の画像の輝度を調整するための装置を開示する。この画像シーケンスは、それぞれが複数の画素から構成される複数の画像を含む。本装置は、現在の輝度比を計算するための第１計算モジュールと、平均輝度比を計算するための第２計算モジュールと、現在の輝度比または平均輝度比から選択された一つを出力輝度比として出力するための判定モジュールと、複数の輝度比と対応輝度利得とを格納すると共に上記出力輝度比に対応する利得を決定するための決定モジュールと、ｉ番目の画像の輝度を調整するためにｉ番目の画像の各画素の階調レベルと上記出力輝度比に対応する利得とをそれぞれ乗算するための調整モジュールとを備える。【選択図】図２
2006285206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイシステムにおいて、入力ビデオシーケンスが、表示されるべきＮ個の画像フレームから構成され、各画像フレームがＴ個の画素から構成され、各画像フレームの各画素が、Ｍ個の色成分と、それぞれが前記Ｍ個の色成分の一つに対応するＭ個の階調レベルとから構成され、Ｎ，Ｔ，Ｍがそれぞれ自然数であり、装置が、前記ビデオシーケンスにおけるｉ番目の画像フレームの前記Ｍ個の色成分の前記Ｍ個の階調レベルを調整する働きを行い、ｉは１からＮまでの範囲の整数インデックスであり、前記ｉ番目の画像フレームの前の画像フレームの諧調レベルが調整され、前記ｉ番目の画像フレームの前の画像フレームのそれぞれが各明度比を有し、前記各明度比が前記一つの画像フレームの決定された階調レベルに関連し且つ許容範囲内であり、それぞれが前記許容範囲内で変化する前記明度比の一つに対応する複数の利得が予め提供され、前記装置は、
前記ｉ番目の画像フレームの全ての画素の階調レベルの全てを取得して、前記ｉ番目の画像フレームの全ての画素の階調レベルの全てに基づいて現在の明度比を計算するための第１計算モジュールと、
前記ｉ番目の画像フレームの前の画像フレームの明度比の全てと前記現在の明度比とに基づいて平均明度比を計算する第２計算モジュールと、
前記現在の明度比と前記平均明度比とを取得し、且つ前記現在の明度比または前記平均明度比から選択された一つを、前記許容範囲内にある出力明度比として出力するための判定モジュールと、
前記出力明度比を受け取るために結合された入力を有し、前記許容範囲内で変化する前記明度比と前記対応する利得とを格納し、前記出力明度比に対応する前記利得を決定する働きを行う決定モジュールと、
前記出力明度比に対応する利得を受け取って、前記ｉ番目の画像フレームの各色成分の階調レベルと前記出力明度比に対応する利得とをそれぞれ乗算するための調整モジュールとを備えた装置。
【請求項２】
前記Ｍ個の色成分が、それぞれ、ＲＧＢ色空間に適合するＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）色成分である請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記現在の明度比ＢＲｉが、次式を用いて前記第１計算モジュールにより計算される請求項２記載の装置。
【数１】
2006285206.tif 000008
ここで、Ｙｉが、前記ｉ番目の画像フレームの全ての画素の階調レベルの全ての合計を表し、Ｙｔｏｔａｌが、各画像フレームの全ての画素の階調レベルの全ての所定和を表す。
【請求項４】
前記ｉ番目の画像フレームＹｉの全ての画素の階調レベルの全ての合計が、次式を用いて計算される請求項３記載の装置。
【数２】
2006285206.tif 000009
ここで、ＧＲｊが、前記ｉ番目の画像フレームのｊ番目の画素のＲ色成分の階調レベルを表し、ＧＧｊが、前記ｉ番目の画像フレームのｊ番目の画素のＧ色成分の階調レベルを表し、ＧＢｊが、前記ｉ番目の画像フレームのｊ番目の画素のＢ色成分の階調レベルを表し、且つ、ｊは１からＴまでの範囲の整数インデックスである。
【請求項５】
前記平均明度比ＢＲａｖｇが、次式を用いて前記第２計算モジュールにより計算される請求項４記載の装置。
【数３】
2006285206.tif 000010
【請求項６】
前記判定モジュールが閾値を更に格納し、前記現在の明度比と前記平均明度比との間の差が前記閾値よりも大きい場合、前記判定モジュールが、前記現在の明度比を前記出力明度比として出力すると共に前記ｉ番目の画像フレームの前の画像フレームの明度比の全てを前記ｉ番目の画像フレームの前記現在の明度比で置き換え、前記現在の明度比と前記平均明度比との間の差が前記閾値よりも小さい場合、前記判定モジュールが、前記平均明度比を前記出力明度比として出力する請求項５記載の装置。
【請求項７】
ディスプレイシステムにおいて、入力ビデオシーケンスが、表示されるべきＮ個の画像フレームから構成され、各画像フレームがＴ個の画素から構成され、各画像フレームの各画素が、Ｍ個の色成分と、それぞれが前記Ｍ個の色成分の一つに対応するＭ個の階調レベルとから構成され、Ｎ，Ｔ，Ｍがそれぞれ自然数であり、方法が、前記ビデオシーケンスにおけるｉ番目の画像フレームの前記Ｍ個の色成分の前記Ｍ個の階調レベルを調整する働きを行い、ｉは１からＮまでの範囲の整数インデックスであり、前記ｉ番目の画像フレームの前の画像フレームの諧調レベルが調整され、前記ｉ番目の画像フレームの前の画像フレームのそれぞれが各明度比を有し、前記各明度比が前記一つの画像フレームの決定された階調レベルに関連し且つ許容範囲内であり、それぞれが前記許容範囲内で変化する前記明度比の一つに対応する複数の利得が予め提供され、前記方法は、
（ａ）前記ｉ番目の画像フレームの全ての画素の階調レベルの全てを取得するステップと、
（ｂ）前記ｉ番目の画像フレームの全ての画素の階調レベルの全てに基づいて現在の明度比を計算するステップと、
（ｃ）前記ｉ番目の画像フレームの前の画像フレームの明度比の全てと前記現在の明度比とに基づいて平均明度比を計算するステップと、
（ｄ）前記現在の明度比と前記平均明度比とを取得するステップと、
（ｅ）前記現在の明度比または前記平均明度比から選択された一つを、前記許容範囲内にある出力明度比として出力するステップと、
（ｆ）前記許容範囲内で変化する前記明度比と前記対応する利得とを格納し、前記出力明度比を入力し、前記出力明度比に対応する前記利得を決定するステップと、
（ｇ）前記出力明度比に対応する利得を受け取って、前記ｉ番目の画像フレームの各色成分の階調レベルと前記出力明度比に対応する利得とをそれぞれ乗算するステップと
を含む方法。
【請求項８】
前記Ｍ個の色成分が、それぞれ、ＲＧＢ色空間に適合するＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）色成分である請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記現在の明度比ＢＲｉが、次式を用いて前記ステップ（ｂ）により計算される請求項８記載の方法。
【数４】
2006285206.tif 000011
【請求項１０】
前記ｉ番目の画像フレームＹｉの全ての画素の階調レベルの全ての合計が、次式を用いて計算される請求項９記載の方法。
【数５】
2006285206.tif 000012
ここで、ＧＲｊが、前記ｉ番目の画像フレームのｊ番目の画素のＲ色成分の階調レベルを表し、ＧＧｊが、前記ｉ番目の画像フレームのｊ番目の画素のＧ色成分の階調レベルを表し、ＧＢｊが、前記ｉ番目の画像フレームのｊ番目の画素のＢ色成分の階調レベルを表し、且つ、ｊは１からＴまでの範囲の整数インデックスである。
【請求項１１】
前記平均明度比ＢＲａｖｇが、次式を用いて前記ステップ（ｃ）により計算される請求項１０記載の方法。
【数６】
2006285206.tif 000013
【請求項１２】
前記ステップ（ｅ）が、
（ｅ１）前記現在の明度比と前記平均明度比との間の差が前記閾値よりも大きいかどうかを判定するステップと、
（ｅ２）前記ステップ（ｅ１）において判定結果が肯定的である場合、前記現在の明度比を前記出力明度比として出力すると共に前記ｉ番目の画像フレームの前の画像フレームの明度比の全てを前記ｉ番目の画像フレームの前記現在の明度比で置き換えるステップと、
（ｅ３）前記ステップ（ｅ１）において判定結果が否定的である場合、前記平均明度比を前記出力明度比として出力するステップと
を更に含む請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
ディスプレイシステムにおいて、入力ビデオシーケンスが、表示されるべきＮ個の画像フレームから構成され、各画像フレームがＴ個の画素から構成され、各画像フレームの各画素が変換されてＭ個の色成分と輝度成分とから構成され、Ｎ，Ｔ，Ｍがそれぞれ自然数であり、装置が、前記ビデオシーケンスにおけるｉ番目の画像フレームの前記輝度成分の輝度を調整する働きを行い、ｉは１からＮまでの範囲の整数インデックスであり、前記ｉ番目の画像フレームの前の画像フレームの輝度が調整され、前記ｉ番目の画像フレームの前の画像フレームのそれぞれが各輝度比を有し、前記各輝度比が前記一つの画像フレームの決定された輝度に関連し且つ許容範囲内であり、それぞれが前記許容範囲内で変化する前記輝度比の一つに対応する複数の利得が予め提供され、前記装置は、
前記ｉ番目の画像フレームの全ての画素の輝度の全てを取得して、前記ｉ番目の画像フレームの全ての画素の輝度の全てに基づいて現在の輝度比を計算するための第１計算モジュールと、
前記ｉ番目の画像フレームの前の画像フレームの輝度比の全てと前記現在の輝度比とに基づいて平均輝度比を計算する第２計算モジュールと、
前記現在の輝度比と前記平均輝度比とを取得し、且つ前記現在の輝度比または前記平均輝度比から選択された一つを前記許容範囲内にある出力輝度比として出力するための判定モジュールと、
前記出力輝度比を受け取るために結合された入力を有し、前記許容範囲内で変化する前記輝度比と前記対応する利得とを格納し、前記出力輝度比に対応する前記利得を決定する働きを行う決定モジュールと、
前記出力輝度比に対応する利得を受け取って、前記ｉ番目の画像フレームの各輝度成分の輝度と前記出力輝度比に対応する利得とをそれぞれ乗算するための調整モジュールとを備えた装置。
【請求項１４】
前記Ｍ個の色成分と前記輝度成分がＬ＊ａ＊ｂ＊色空間に適合する請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
前記現在の輝度比ＬＲｉが、次式を用いて前記第１計算モジュールにより計算される請求項１４記載の装置。
【数７】
2006285206.tif 000014
ここで、Ｌｉが、前記ｉ番目の画像フレームの全ての画素の輝度の全ての合計を表し、Ｌｔｏｔａｌが、各画像フレームの全ての画素の輝度の全ての所定和を表す。
【請求項１６】
前記平均輝度比ＬＲａｖｇが、次式を用いて前記第２計算モジュールにより計算される請求項１５記載の装置。
【数８】
2006285206.tif 000015
【請求項１７】
前記判定モジュールが閾値を更に格納し、前記現在の輝度比と前記平均輝度比との間の差が前記閾値よりも大きい場合、前記判定モジュールが、前記現在の輝度比を前記出力輝度比として出力すると共に前記ｉ番目の画像フレームの前の画像フレームの輝度比の全てを前記ｉ番目の画像フレームの前記現在の輝度比で置き換え、前記現在の輝度比と前記平均輝度比との間の差が前記閾値よりも小さい場合、前記判定モジュールが、前記平均輝度比を前記出力輝度比として出力する請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
ディスプレイシステムにおいて、入力ビデオシーケンスが、表示されるべきＮ個の画像フレームから構成され、各画像フレームがＴ個の画素から構成され、各画像フレームの各画素が変換されてＭ個の色成分と輝度成分とから構成され、Ｎ，Ｔ，Ｍがそれぞれ自然数であり、方法が、前記ビデオシーケンスにおけるｉ番目の画像フレームの前記輝度成分の輝度を調整する働きを行い、ｉは１からＮまでの範囲の整数インデックスであり、前記ｉ番目の画像フレームの前の画像フレームの輝度が調整され、前記ｉ番目の画像フレームの前の画像フレームのそれぞれが各輝度比を有し、前記各輝度比が前記一つの画像フレームの決定された輝度に関連し且つ許容範囲内であり、それぞれが前記許容範囲内で変化する前記輝度比の一つに対応する複数の利得が予め提供され、前記方法は、
（ａ）前記ｉ番目の画像フレームの全ての画素の輝度の全てを取得するステップと、
（ｂ）前記ｉ番目の画像フレームの全ての画素の輝度の全てに基づいて現在の輝度比を計算するステップと、
（ｃ）前記ｉ番目の画像フレームの前の画像フレームの輝度比の全てと前記現在の輝度比とに基づいて平均輝度比を計算するステップと、
（ｄ）前記現在の輝度比と前記平均輝度比とを取得するステップと、
（ｅ）前記現在の輝度比または前記平均輝度比から選択された一つを前記許容範囲内にある出力輝度比として出力するステップと、
（ｆ）前記許容範囲内で変化する前記輝度比と前記対応する利得とを格納し、前記出力輝度比を入力し、前記出力輝度比に対応する前記利得を決定するステップと、
（ｇ）前記出力輝度比に対応する利得を受け取って、前記ｉ番目の画像フレームの各輝度成分の輝度と前記出力輝度比に対応する利得とをそれぞれ乗算するステップと
を含む方法。
【請求項１９】
前記Ｍ個の色成分と前記輝度成分がＬ＊ａ＊ｂ＊色空間に適合する請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記現在の輝度比ＬＲｉが、次式を用いて前記ステップ（ｂ）により計算される請求項１９記載の方法。
【数９】
2006285206.tif 000016
ここで、Ｌｉが、前記ｉ番目の画像フレームの全ての画素の輝度の全ての合計を表し、Ｌｔｏｔａｌが、各画像フレームの全ての画素の輝度の全ての所定和を表す。
【請求項２１】
前記平均輝度比ＬＲａｖｇが、次式を用いて前記ステップ（ｃ）により計算される請求項２０記載の方法。
【数１０】
2006285206.tif 000017
【請求項２２】
前記ステップ（ｅ）が、
（ｅ１）前記現在の輝度比と前記平均輝度比との間の差が前記閾値よりも大きいかどうかを判定するステップと、
（ｅ２）前記ステップ（ｅ１）において判定結果が肯定的である場合、前記現在の輝度比を前記出力輝度比として出力すると共に前記ｉ番目の画像フレームの前の画像フレームの輝度比の全てを前記ｉ番目の画像フレームの前記現在の輝度比で置き換えるステップと、
（ｅ３）前記ステップ（ｅ１）において判定結果が否定的である場合、前記平均輝度比を前記出力輝度比として出力する請求項２１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力ビデオシーケンスの明度(brightness)を調整するための表示システムに適用される装置及びその方法に関し、更に詳しくはあらゆる種類の色空間に好適な装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フラットパネルディスプレイ(Flat Panel Display)は、将来、最も人気の高いディスプレイになり、更には、薄さ、軽さ、低放射線、高解像度、高明度等の理由から、人々は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）により多くの関心を払うであろう。また、ＬＣＤは、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、コマーシャル広告板、ホームシアターなどの種々の用途に適用可能である。
【０００３】
従来のＬＣＤの明度は、バックライトモジュールによって発生され、画像の明度（輝度(lumiinance)または階調レベル(gray scale lebel)）を決定するために、バックライトモジュールの透過性(permeability)が液晶によって変えられる。画像を表示するために８ビットの液晶ディスプレイを使用する場合、画像の階調レベルが２５５のときに最も高い明度を有し、画像の階調レベルが０のときに最も低い明度を有する。現在、液晶テレビの明度は、階調レベルが２５５のときに４００ｃｄ／ｃｍ２と６００ｃｄ／ｃｍ２との間の範囲にあり、階調レベルが０のときに０．７ｃｄ／ｃｍ２と１．４ｃｄ／ｃｍ２との間の範囲にある。人間の瞳孔(pupil)は、周囲の明るさに伴って自動的に拡大し収縮して、目に入る光量を制御する。画像の多くの領域が高い階調レベル（例えば雪景）で表示される場合、瞳孔は自動的に収縮して、目に入る光量を減少させる。画像の多くの領域が低い階調レベル（例えば夜景）で表示される場合、瞳孔は自動的に拡大して目に入る光量を増加させる。実際の用途では、通常、テレビ番組は明るい画像と暗い画像とで交互に表示され、従って瞳孔もまた表示画像が変わる度に拡大し収縮する。よって、ユーザーが長時間にわたって番組を見る場合、液晶ディスプレイの高い明度特性のために疲れを感じ易くなる。
【０００４】
図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、図１Ａは、ＣＲＴテレビとＬＣＤテレビとに基づく明度と明度比(brightness ratio)との間の関係を例示する図である。図１Ｂは、ＣＲＴテレビとＬＣＤテレビとに基づく光束(lumen)と明度比との間の関係を例示する図である。図１Ａに示されるように、明度と明度比との積(product)はテレビが出力する光束(lumen)を表す。図１Ｂに示されるように、明度比が特定値よりも高くなると、ＣＲＴテレビの光束は一定になる。従って、液晶テレビと比較して、ユーザーがＣＲＴテレビを使用して番組を見る場合、ユーザーの瞳孔は過度に拡大することも収縮することもなく、よってユーザーは疲れを感じにくい。
【０００５】
さらに、ユーザーがＬＣＤテレビを使用して長時間にわたて番組を見る場合、ユーザーの目に重い負担を与えるのみならず、画像のコントラストを悪化させる原因にもなる。その理由は、瞳孔が拡大および収縮するための期間を必要とするからである。目に入る光量を有効に制御できないと、画像のコントラストが悪くなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明は、上述の問題を解決するために、入力ビデオシーケンス(inputted video sequence)の明度を調整するための装置及びその方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、ユーザーが長時間にわたって番組を見るための負担を軽減すると共に画像のコントラストを改善するために、変更された画像(the changed image)でディスプレイシステムの光束を自動的に制御するための装置及びその方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の好ましい実施形態によれば、ビデオシーケンスがディスプレイシステムに入力される。この入力ビデオシーケンスは、表示されるＮ個の画像フレームを含む。Ｔ個の画素からなるＮ個の画像のそれぞれ、および各画像フレームの各画素は、Ｍ個の色成分(color component)とＭ個の階調レベルを含む。Ｍ個の階調レベルのそれぞれは、Ｍ個の色成分のうちの一つに対応し、Ｎ，Ｔ，Ｍは、それぞれ自然数である。Ｍ個の色成分は、それぞれ、ＲＧＢ色空間に属するＲ(赤)，Ｇ(緑)，Ｂ(青)である。ＲＧＢ色空間においては、明度(brightness)と色度(color)は混合され、Ｒ，Ｇ，Ｂ色成分から分離できない。従って、本発明の装置は、画像フレームの明度を調整するために、ビデオシーケンスにおける画像フレームの各画素の階調レベルを調整するために使用される。
【０００９】
本発明の装置は、ビデオシーケンスにおけるｉ番目の画像フレームのＭ個の色成分のＭ個の階調レベルを調整するように機能する。ここで、ｉは１からＮまでの範囲の整数インデックスである。ｉ番目の画像フレームの前の画像フレームの階調レベルは調整されており、ｉ番目の画像フレームの前の画像フレームのそれぞれは各明度比を有する。各明度比は、対応する画像フレームの階調レベルに基づき決定され、許容範囲内(within an allowable range)である。複数の利得(gain)は前もって供給される。利得のそれぞれは、上記複数の明度比のうちの一つに対応し、上記許容範囲内で変化する。
【００１０】
本発明によれば、階調レベルを調整するための装置は、第１計算モジュール(first calculating module)、第２計算モジュール(second calculating module)、判定モジュール(judging module)、決定モジュール(determing module)、および調整モジュール(adjusting module)を備える。第１計算モジュールは、ｉ番目の画像フレームの全ての画素の階調レベルの全てを取得(retrieve)し、ｉ番目の画像フレームの全ての画素の階調レベルの全てに基づいて現在の明度比を計算するために使用される。第２計算モジュールは、ｉ番目の画像フレームの前の画像フレームの全ての明度比と現在の明度比とに基づいて平均明度比を計算するために使用される。判定モジュールは、現在の明度比と平均明度比を受け取り、出力明度比として現在の明度比または平均明度比から選択された一つを出力するために使用される。ここで、出力明度比もまた許容範囲内である。決定モジュールは、上記許容範囲内で変化する明度比と、対応する利得を格納するために使用される。この決定モジュールは、出力明度比を受け取るために結合された入力を備え、この出力明度比に対応する利得を決定する。調整モジュールは、上記出力明度比に対応する利得を受け取るために使用されると共に、ｉ番目の画像フレームの各色成分の階調レベルに、上記出力明度比に対応する利得をそれぞれ乗算するために使用される。
【００１１】
従って、ディスプレイシステムが番組を表示する場合、本発明の装置は、ユーザーが長時間にわたって番組をみるときの目の負担を軽減すると共に画像のコントラストを改善するために、画像の明度の激しい変化を防止することができる。
本発明の利点および精神は、添付の図面と共に以下の詳細な説明から理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、ディスプレイシステムにおける入力ビデオシーケンスの明度(brightness)を調整するための装置及びその方法を開示する。入力ビデオシーケンスがどのような色空間に属していようとも、本発明の装置及び方法は常に適合する。例えば、画像フレーム(image flame)がＲＧＢ色空間に属している場合、本発明は、画像フレームの明度を制御するために、Ｒ，Ｇ，Ｂ色成分の階調レベル(gray scale level)を調整することであり、これは、明度(brightness)と色度(color)が混合されてＲ，Ｇ，Ｂ色成分から分離できないためである。画像フレームがＬ＊ａ＊ｂ＊色空間に属する場合には、本発明は、画像フレームの明度を制御するために、輝度成分Ｌ＊の輝度(luminance)を調整することであり、これは、画像フレームの各画素が変換されて二つの色成分ａ＊及びｂ＊と輝度成分Ｌ＊とを含むためである。
【００１３】
本発明の第１の好ましい実施形態によれば、ビデオシーケンスはディスプレイシステムに入力される。この入力ビデオシーケンスは、表示されるＮ個の画像フレームを含む。Ｎ個の画像フレームのそれぞれはＴ個の画素からなり、各画像フレームの各画素は、Ｍ個の色成分とＭ個の階調レベルとを含む。Ｍ個の階調レベルのそれぞれは、Ｍ個の色成分のうちの一つに対応する。ここで、Ｎ，Ｔ，Ｍはそれぞれ自然数である。この実施形態では、Ｍ個の色成分は、それぞれ、ＲＧＢ色空間に属するＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）色成分である。Ｍ個の階調レベルは、それぞれ、Ｒ，Ｇ，Ｂ色成分の階調レベルを表す。ＲＧＢ色空間においては、明度と色度は混合されてＲ，Ｇ，Ｂ色成分から分離できない。従って、本発明の装置は、画像フレームの明度を調整するために、ビデオシーケンスにおける各画像フレームの各画素の階調レベルを調整するために使用される。
【００１４】
幾つかのディスプレイシステムにおいては、Ｍ個の色成分とＭ個の階調レベルは、ガンマ補正変換(Gamma adjust transformation)によって変換され、従ってＭ個の階調レベルとＭ個の色成分の明度との間には、各自の線形相関(linear correlation)が存在する。
【００１５】
幾つかのディスプレイシステムにおいては、上述のガンマ補正変換のほかに、入力は、階調レベルの詳細を提供するために拡大(amplify)されてもよい。例えば、８ビットの画像は、ガンマ補正変換の期間に１２ビットに拡大されてもよい。
【００１６】
第１実施形態では、本発明の装置は、ビデオシーケンスにおけるｉ番目の画像フレームのＭ個の色成分のＭ個の階調レベルを調整するように機能し、ここで、ｉは１からＮまでの範囲の整数インデックスである。ｉ番目の画像フレームの前の画像フレームの階調レベルは調整されており、そして、ｉ番目の画像フレームの前の画像フレームのそれぞれは各自の明度比(brightness ratio)を有している。各明度比は、対応する画像フレームの階調レベルに基づき決定され、許容範囲内である。複数の利得が予め供給される。この利得のそれぞれは、明度比の一つに対応し、上記許容範囲内で変化する。
【００１７】
図２を参照すると、図２は、本発明の第１の好ましい実施形態による装置１０を例示する機能ブロック図である。階調レベルを調整するための装置１０は、第１計算モジュール１２、第２計算モジュール１４、判定モジュール１６、決定モジュール１８、および調整モジュール２０を備える。第１計算モジュール１２は、ｉ番目の画像フレームの全ての画素の階調レベルの全てを取得し、ｉ番目の画像フレームの全ての画素の階調レベルの全てに従って、現在の明度比ＢＲｉを計算するために使用される。現在の明度比ＢＲｉは、次式１により計算される。
【００１８】
【数１】
2006285206.tif 000003
【００１９】
ここで、Ｙｉは、ｉ番目の画像フレームの全ての画素の階調レベルの全ての合計を表し、Ｙｔｏｔａｌは、各画像フレームの全ての画素の階調レベルの全ての所定和(pre-defined sum)を表す。例えば、仮に８ビット画像がＴ個の画素を備えるものとすれば、Ｙｔｏｔａｌは２５５＊Ｔに等しい。Ｙｉは次式２により計算される。
【００２０】
【数２】
2006285206.tif 000004
【００２１】
ここで、ＧＲｊは、ｉ番目の画像フレームのｊ番目の画素のＲ色成分の階調レベルを表し、ＧＧｊは、ｉ番目の画像フレームのｊ番目の画素のＧ色成分の階調レベルを表し、ＧＢｊは、ｉ番目の画像フレームのｊ番目の画素のＢ色成分の階調レベルを表す。ここで、ｊは、１からＴまでの範囲の整数インデックスである。式２は、ＣＣＩＲ(Consultive Committee for International Radio)６０１規格に適合する。
【００２２】
第２計算モジュール１４は、ｉ番目の画像フレームの前の画像フレームの明度比の全てと現在の明度比とに基づき平均明度比(averaged brightness ratio)ＢＲａｖｇを計算するために使用される。平均明度比ＢＲａｖｇは、次式３により計算される。
【００２３】
【数３】
2006285206.tif 000005
【００２４】
判定モジュール１６は、現在の明度比ＢＲｉと平均明度比ＢＲａｖｇを受け取るために使用される。さらに、判定モジュール１６は閾値を格納する。現在の明度比ＢＲｉと平均明度比ＢＲａｖｇとの差分が上記閾値よりも大きい場合、即ち、｜ＢＲｉ−ＢＲａｖｇ｜＞閾値の関係が成り立つ場合、判定モジュール１６は、現在の明度比ＢＲｉを出力明度比として出力し、ｉ番目の画像フレームの前の画像フレームの明度比の全てを、ｉ番目の画像フレームの現在の明度比ＢＲｉで置き換える。現在の明度比ＢＲｉと平均明度比ＢＲａｖｇとの差分が上記閾値よりも小さい場合、即ち、｜ＢＲｉ−ＢＲａｖｇ｜＜閾値の関係が成り立つ場合、判定モジュール１６は、平均明度比ＢＲａｖｇを出力明度比として出力する。この出力明度比もまた許容範囲内である。
【００２５】
決定モジュール１８は、上記許容範囲内で変化する明度比と、対応する利得とを格納するために使用される。決定モジュール１８は、出力明度比を受け取るために結合された入力を有し、出力明度比を受け取るために結合された入力を有し、この出力明度比に対応する利得を決定する。調整モジュール２０は、上記出力明度比に対応する利得を受け取り、ｉ番目の画像フレームの各色成分の階調レベルと上記出力明度比に対応する利得とを乗算するためにそれぞれ使用される。従って、画像の明度が激しく変化することを防止するように、上記入力ビデオシーケンスにおけるｉ番目の画像フレームの明度を制御することができる。
【００２６】
いくつかのディスプレイシステムにおいては、仮に、入力ビデオシーケンスが増幅されていれば、このビデオシーケンスが本発明の装置により調整された後、この調整されたビデオシーケンスは誤差拡散演算(error diffusion calculation)により処理されなければならない。
【００２７】
いくつかのディスプレイシステムにおいては、仮に、入力ビデオシーケンスが第１ガンマ補正変換(fiest Gamma adjust transformation)によって変換されていたとすれば、このビデオシーケンスが本発明の装置により調整された後、この調整されたビデオシーケンスは、第１ガンマ補正変換と第２ガンマ補正変換との積を１．０に維持するように、第２ガンマ補正変換により変換されなければならない。
【００２８】
図３を参照すると、図３は、本発明の第１実施形態による方法を例示するフローチャートである。上述の第１実施形態によれば、階調レベルを調整するための方法は、次のステップを含んでいる。始めに、ステップＳ１００は、ｉ番目の画像フレームの全ての画素の階調レベルの全てを取得するために実施される。その後、ステップＳ１０２が実施される。ステップＳ１０２では、現在の明度比が、ｉ番目の画像フレームの全ての画素の階調レベルの全てに基づいて計算される。それからステップＳ１０４が実施される。ステップＳ１０４では、平均明度比(averaged brightness ratio)が、ｉ番目の画像フレームの前の画像フレームの明度比の全てと現在の明度比とに基づいて計算される。そしてステップＳ１０６が実施される。ステップＳ１０６では、現在の明度比と平均明度比の両方が受け取られる。そしてステップＳ１０８が実施される。ステップＳ１０８では、現在の明度比または平均明度比から選択された一つが出力明度比として出力される。ここで、出力明度比は、また、上記許容範囲内である。それからステップＳ１１０が実施される。ステップＳ１１０では、上記許容範囲内で変化する明度比と、対応する利得とが格納され、出力明度比が入力され、そして出力明度比に対応する利得が決定される。そしてステップＳ１１２が実施される。ステップＳ１１２では、出力明度比に対応する利得が入力され、そしてｉ番目の画像の各色成分の階調レベルが、出力明度比に対応する上記利得とそれぞれ乗算される。
【００２９】
図４を参照すると、図４は、図３におけるステップＳ１０８を詳細に示すフローチャートである。ステップＳ１０８は、次のステップを更に含む。ステップＳ１０８０が実施される。ステップＳ１０８０では、現在の明度比と平均明度比との差が閾値よりも大きいかどうかが判断される。もし、ステップＳ１０８０において判断が肯定的（ＹＥＳ）であれば（Ｓ１０８０；ＹＥＳ）、ステップＳ１０８２が実施される。ステップＳ１０８２では、現在の明度比が出力明度比として出力され、そしてｉ番目の画像フレームの前の画像フレームの明度比の全てが、ｉ番目の画像フレームの現在の明度比で置き換えられる。もし、ステップＳ１０８０において判断が否定的（ＮＯ）であれば（Ｓ１０８０；ＮＯ）、ステップＳ１０８４が実施される。ステップＳ１０８４では、平均明度比が出力明度比として出力される。
【００３０】
本発明の第２実施形態によれば、ビデオシーケンスがディスプレイシステムに入力される。入力ビデオシーケンスは、表示されるべきＮ個の画像フレームを含んでいる。Ｎ個の画像フレームのそれぞれはＴ個の画素で構成され、各画像フレームの各画素は、Ｍ個の色成分と輝度成分を含むように変換される。ここで、Ｎ，Ｔ，Ｍは、それぞれ自然数である。本実施形態では、入力ビデオシーケンスは、ＲＧＢ色空間からＬ＊ａ＊ｂ＊色空間に変換される。Ｍ個の色成分は、それぞれａ＊とｂ＊であり、輝度成分はＬ＊である。Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間は、ＣＩＥ(Commission International d’Eclairage)によって定められた規格である。Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間では、輝度（Ｌ＊）は色（ａ＊ｂ＊）に依存しない。従って、本発明の装置は、画像フレームの輝度を調整するために、ビデオシーケンスにおける各画像フレームの各画素の輝度を調整するのに使用される。
【００３１】
いくつかのディスプレイシステムでは、入力ビデオシーケンスは、正確な画像明度情報を得るために、ガンマ補正変換によって変換されている。
【００３２】
いくつかのディスプレイシステムでは、上述のガンマ補正変換に加えて、階調レベルをより詳細に提供するために、入力が増幅されている。例えば、８ビットの画像はガンマ補正変換の間に１２ビットに増幅(amplify)される。
【００３３】
第２実施形態では、本発明の装置は、ビデオシーケンスにおけるｉ番目の画像フレームの輝度成分Ｌ＊の輝度を調整する働きを行う。ここで、ｉは１からＮまでの整数である。ｉ番目の画像フレームの前の画像フレームの輝度は調整されており、ｉ番目の画像フレームの前の画像フレームのそれぞれは個別の輝度比(luminance ratio)を有している。各輝度比は、対応する画像フレームの輝度に基づいて決定され、許容範囲内である。複数の利得が予め提供される。利得のそれぞれは、上記輝度比のうちの一つに対応し、上記許容範囲内で変化する。
【００３４】
図５を参照すると、図５は、本発明の第２の好ましい実施形態による装置３０を示す機能ブロック図である。輝度を調整するための装置３０は、第１計算モジュール３２、第２計算モジュール３４、判定モジュール３６、決定モジュール３８、および調整モジュール４０を備える。第１計算モジュール３２は、ｉ番目の画像フレームの全ての画素の輝度の全てを取得し、ｉ番目の画像フレームの全ての画素の輝度の全てに基づき、現在の輝度比ＬＲｉを計算するために使用される。現在の輝度比ＬＲｉは、次式４によって計算される。
【００３５】
【数４】
2006285206.tif 000006
【００３６】
ここで、Ｌｉは、ｉ番目の画像フレームの全ての画素の輝度の全ての合計を表し、Ｌｔｏｔａｌは、各画像フレームの全ての画素の輝度の全ての所定和(pre-defined sum)を表し、仮に８ビット画像がＴ個の画素を有していれば、Ｌｔｏｔａｌは２５５＊Ｔに等しい。
【００３７】
第２計算モジュール３４は、ｉ番目の画像フレームの前の画像フレームの輝度比の全てと現在の輝度比とに基づいて、平均輝度比(averaged luminance ratio)ＬＲａｖｇを計算するために使用される。平均輝度比ＬＲａｖｇは、次式５により計算される。
【００３８】
【数５】
2006285206.tif 000007
【００３９】
判定モジュール３６は、現在の輝度比ＬＲｉと、平均輝度比ＬＲａｖｇとを取得するために使用される。更に判定モジュール３６は閾値を格納する。現在の輝度比ＬＲｉと、平均輝度比ＬＲａｖｇとの差が上記閾値よりも大きい場合、即ち、｜ＬＲｉ−ＬＲａｖｇ｜＞閾値の関係が成り立つ場合、判定モジュール３６は、出力輝度比として現在の輝度比ＬＲｉを出力し、そしてｉ番目の画像フレームの前の画像フレームの輝度比の全てをｉ番目の画像フレームの現在の輝度比ＬＲｉで置き換える。現在の輝度比ＬＲｉと、平均輝度比ＬＲａｖｇとの差が上記閾値よりも小さい場合、即ち、｜ＬＲｉ−ＬＲａｖｇ｜＜閾値の関係が成り立つ場合、判定モジュール３６は、出力輝度比として平均輝度比ＬＲａｖｇを出力する。この出力輝度比は、また、上記許容範囲内である。
【００４０】
決定モジュール３８は、上記許容範囲内で変化する輝度比と、対応する利得とを格納するために使用される。決定モジュール３８は、出力輝度比を受け取るために結合された入力を有し、この出力輝度比に対応する利得を決定する。調整モジュール４０は、出力輝度比に対応する利得を入力し、ｉ番目の画像フレームの各輝度成分の輝度と、上記出力輝度比に対応する利得とを乗算するために使用される。従って、画像輝度の激しい変化を防止するために、入力ビデオシーケンスにおけるｉ番目の画像フレームの輝度を制御することができる。
【００４１】
いくつかのディスプレイシステムにおいては、仮に、入力ビデオシーケンスが増幅されていれば、ビデオシーケンスの輝度が本発明の装置により調整された後、この調整されたビデオシーケンスは、誤差拡散演算により処理されなければならない。
【００４２】
第２実施形態において、一般のディスプレイシステムはＲＧＢ信号しか入力できないので、ビデオシーケンスの輝度が調整された場合には、この調整されたビデオシーケンスは、Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間からＲＧＢ色空間に変換されなければならない。
【００４３】
いくつかのディスプレイシステムにおいては、入力ビデオシーケンスが第１ガンマ補正変換によって変換されていたとすれば、このビデオシーケンスの輝度が本発明の装置によって調整された後、この調整されたビデオシーケンスは、第１ガンマ補正変換と第２ガンマ補正変換との積を１．０に維持するように、第２ガンマ補正変換により変換されなければならない。
【００４４】
図６を参照すると、図６は、本発明の第２の好ましい実施形態による方法を示すフローチャートである。上述の第２の好ましい実施形態によれば、輝度を調整するための本方法は次のステップを含む。始めに、ステップＳ２００が、ｉ番目の画像フレームの全ての画素の輝度の全てを取得するために実施される。その後、ステップＳ２０２が実施される。ステップＳ２０２では、ｉ番目の画像フレームの全ての画素の輝度の全てに基づいて、現在の輝度比が計算される。それからステップＳ２０４が実施される。ステップＳ２０４では、ｉ番目の画像フレームの前の画像フレームの輝度比の全てと、現在の輝度比とに基づいて、平均輝度比が計算される。そしてステップＳ２０６が実施される。ステップＳ２０６では、現在の輝度比と、平均輝度比との両方が入力される。それからステップＳ２０８が実施される。ステップＳ２０８では、現在の輝度比または平均輝度比から選択された一つが出力輝度比として出力される。ここで、上記出力輝度比は、また、上記許容範囲内である。そしてステップＳ２１０が実施される。ステップＳ２１０では、上記許容範囲内で変化する輝度比と、対応する利得とが格納され、出力輝度比が入力され、そして上記出力輝度比に対応する利得が決定される。そしてステップＳ２１２が実施される。ステップＳ２１２では、上記出力輝度比に対応する利得が入力され、そしてｉ番目の画像の各色成分の輝度が、上記出力輝度比に対応する利得とそれぞれ乗算される。
【００４５】
図７を参照すると、図７は、図６に示されたステップＳ２０８を詳細に示すフローチャートである。ステップＳ２０８は、次のステップを更に含む。ステップＳ２０８０が実施される。ステップＳ２０８０では、現在の輝度比と、平均輝度比との間の差が上記閾値よりも大きいかどうかが判定される。もし、ステップＳ２０８０において判断が肯定的（ＹＥＳ）であれば（Ｓ２０８０；ＹＥＳ）、ステップＳ２０８２が実施される。ステップＳ２０８２では、現在の輝度比が出力輝度比として出力され、そしてｉ番目の画像フレームの前の画像フレームの輝度比の全てが、ｉ番目の画像フレームの現在の輝度比で置き換えられる。もし、ステップＳ２０８０において判断が否定的（ＮＯ）であれば（Ｓ２０８０；ＮＯ）、ステップＳ２０８４が実施される。ステップＳ２０８４では、平均輝度比が出力輝度比として出力される。
【００４６】
図８を参照すると、図８は、本発明によりＬＣＤテレビが調整された後の輝度比と輝度との間の関係を示す図である。図８において、点線は、ＬＣＤテレビの輝度が調整されていないことを表し、実線は、ＬＣＤテレビが調整されたことを表す。明らかに、ＬＣＤテレビの輝度曲線は、本発明によりＬＣＤテレビが調整された場合に、図１Ａに示されるＣＲＴテレビの輝度曲線に近い。
【００４７】
従来技術と比較して、ディスプレイシステムは番組を表示し、本発明の装置は、ユーザが長時間にわたって番組を見るときに目に対する負担を軽減すると共に画像のコントラストを改善するために、画像輝度の激しい変化を防止することができる。さらに、本発明の装置は、あらゆる種類の色空間に適用可能である。
【００４８】
上述の例および説明について、本発明の特徴および要旨が願わくは十分に述べられたであろう。本技術分野における当業者であれば、本発明の教示を認識しつつ、本装置の多くの変形および変更をなし得ることは容易に分かるであろう。従って、上述の開示は、添付の特許請求の範囲によってのみ制限されると解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１Ａ】ＣＲＴテレビとＬＣＤテレビとに基づく明度と明度比との間の関係を例示する図である。
【図１Ｂ】ＣＲＴテレビとＬＣＤテレビとに基づく光束と明度比との間の関係を例示する図である。
【図２】本発明の第１の好ましい実施形態による装置を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明の第１の好ましい実施形態による方法を示すフローチャートである。
【図４】図３に示すステップＳ１０８を詳細に示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２の好ましい実施形態による装置を示す機能ブロック図である。
【図６】本発明の第２の好ましい実施形態による方法を示すフローチャートである。
【図７】図６に示すステップＳ２０８を詳細に示すフローチャートである。
【図８】本発明によってＬＣＤテレビが調整された後の明度と明度比との間の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１２，３２  第１計算モジュール(first calculating module)
１４，３４  第２計算モジュール(second calculating module)
１６，３６  判定モジュール(judging module)
１８，３８  決定モジュール(determing module)
２０，４０  調整モジュール(adjusting module)
【図１Ａ】
2006285206.tif 000018
【図１Ｂ】
2006285206.tif 000019
【図２】
2006285206.tif 000020
【図３】
2006285206.tif 000021
【図４】
2006285206.tif 000022
【図５】
2006285206.tif 000023
【図６】
2006285206.tif 000024
【図７】
2006285206.tif 000025
【図８】
2006285206.tif 000026