(57)【要約】  本発明は、液晶（ＬＣＤ）パネルに表示される画像の視覚認知を改善する方法及び／又は装置に関する。その方法は、目標パワー値（ＰＴ）に応じたパネルのバックライトランプの調整信号（ＰＥ，ｉ＋１）を生成するステップと、バックライトランプの調整信号（ＰＥ，ｉ＋１）が減少／増加するとき、表示された画像のコントラストを増加／減少させるように、バックライトランプの調整信号（ＰＥ，ｉ＋１）に応じた画像コントラストの制御信号（ＣＥ，ｉ＋１）を生成するステップと、を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶（ＬＣＤ）スクリーンに表示される画像の視覚認知を改善する方法であって、
ａ）所定の複数の画像フレーム（Ｈ）の平均輝度（ｙｉ）を計算するステップと、
ｂ）現在の画像フレーム（Ｈ）の平均輝度（ｙｉ）と前記の所定の複数の画像フレームの平均輝度（Ｓｉ／２Ｎ）との差（ｄｉ）を計算するステップと、
ｃ）前記差（ｄｉ）に基づいて、閾値（ｔＬ）に応じた、前記所定の複数の画像フレームの平均輝度（Ｓｉ／２Ｎ）又は前記現在の画像フレーム（Ｈ）の平均輝度（ｙｉ）の関数としての目標パワー値（ＰＴ）を計算するステップと、
ｄ）前記目標パワー値（ＰＴ）の値に応じたバックライトランプの有効調整信号（ＰＥ，ｉ＋１）を生成するステップと、
ｅ）前記バックライトランプの前記有効調整信号（ＰＥ，ｉ＋１）が減少／増加すると、スクリーンに表示される画像のコントラストを増加／減少させるように、前記バックライトランプの前記有効調整信号に応じた有効画像コントラスト制御信号（ＣＥ，ｉ＋１）を生成するステップと、
を有する方法。
【請求項２】
前記目標パワー値（ＰＴ）は、異なる輝度を持つ複数のシーンを観測することにより、実験的に得られるテーブルに格納される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記閾値（ｔＬ）により、複数の画像フレーム（Ｈ）の景色の内容を区別することを可能とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記バックライトランプの前記有効調整信号（ＰＥ，ｉ＋１）及び前記有効画像コントラスト制御信号（ＣＥ，ｉ＋１）は、所定の時間間隔で生成される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記所定の時間間隔は、２００ｍｓである、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記有効画像コントラスト制御信号（ＣＥ，ｉ＋１）は、第１の調整可能な固定の加数（Ｃｕｔ，ｉ）と、前記バックライトランプの前記有効調整信号（ＰＥ，ｉ＋１）に応じた第２の可変の加数とにより構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記バックライトランプの前記有効調整信号（ＰＥ，ｉ＋１）及び前記有効画像コントラスト制御信号（ＣＥ，ｉ＋１）が変化したときに、所定のレベルの階調で前記ＬＣＤパネルにより放射された光が、コントラストの変化による飽和をもたらさないで一定となるように決定された定数（ｋｃ）が、前記第２の可変の加数に乗算される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
スクリーンに表示される画像の視覚認知を改善する装置であって、
所定の複数の画像フレーム（Ｈ）の平均輝度（ｙｉ）を計算する計算手段（４）と、
現在の画像フレーム（Ｈ）の平均輝度（ｙｉ）と前記の所定の複数の画像フレームの平均輝度（Ｓｉ／２Ｎ）との差（ｄｉ）を計算する計算手段（５，７，９，１１，１３，１５）と、
前記差（ｄｉ）に基づいて、閾値（ｔＬ）に応じた、前記所定の複数の画像フレームの平均輝度（Ｓｉ／２Ｎ）又は前記現在の画像フレーム（Ｈ）の平均輝度（ｙｉ）の関数としての目標パワー値（ＰＴ）を計算する計算手段（１７）と、
前記目標パワー値（ＰＴ）の値に応じたバックライトランプの有効調整信号（ＰＥ，ｉ＋１）を生成する回路手段（２）と、
前記バックライトランプの前記有効調整信号（ＰＥ，ｉ＋１）が減少／増加すると、表示される画像のコントラストを増加／減少させるように、前記バックライトランプの前記有効調整信号に応じた有効画像コントラスト制御信号（ＣＥ，ｉ＋１）を生成する回路手段（３）と、
を有する装置。
【請求項９】
前記計算手段（４，５，７，９，１１，１３，１５，１７）と前記回路手段（２，３）は、前記装置の専用マイクロプロセッサにより実現される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
請求項８又は請求項９に記載の装置を有する、液晶パネル及び／又は液晶スクリーン。
【請求項１１】
発明の好ましい実施形態を記述する本明細書の革新的な教示により、液晶（ＬＣＤ）スクリーン、液晶装置及び／又はパネル及び／又はスクリーンに表示される画像の視覚認知を改善する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリーン、特に液晶スクリーン（ＬＣＤ、液晶ディスプレイ）に表示される画像の視覚認知を改善する方法及び／又は装置に関する。特に、本発明は、ＬＣＤスクリーンに表示される暗い画像、すなわち低輝度の画像の視覚認知を改善するのに適した方法及び／又は装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＣＤスクリーンは、知られているように、白色の光源であるバックライトランプにより照明される。
【０００３】
ＬＣＤスクリーンに画像を表示するとき、バックライトランプにより生成される光の一部が、ＬＣＤスクリーンを通過して、オフであるべきピクセルを通り抜ける。「光漏れ」と呼ばれるこの現象は、スクリーンのコントラスト比、すなわち、スクリーンに表示される画像の明暗の色調の比を減少させる。
【０００４】
従来技術において、スクリーンに表示される画像の認知を改善する方法及び／又は装置が知られている。
【０００５】
例えば、国際公開第２００４／０４９２９３号は、フレームの輝度とフレームを構成する個々のピクセルの輝度の、多くのパラメータ値を測定することにより、スクリーンに表示される画像の認知を改善する方法を開示している。調整回路は、測定されたパラメータの値に関係して、グローバルな輝度制御信号とローカルの輝度制御信号とを生成する。グローバルな調整は、光学絞りによって実行される。
【０００６】
例えば、米国特許出願公開第２００１／００３３２６０号は、液晶パネルと、液晶パネルを照明するバックライトランプと、フレームの輝度特性を検出する検出部と、バックライトランプにより生成される光を調整するために、フレームの輝度特性に従ってバックライトランプを制御する制御部と、を有する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置を開示している。
【特許文献１】国際公開第２００４／０４９２９３号パンフレット
【特許文献２】米国特許出願公開第２００１／００３３２６０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、これらの方法は、一つの画像フレームの分析に基づいており、その分析に応じた画像調整を行うため、表示される画像の景色の内容の展開を考慮していない。
【０００８】
それ故、公知の技術による方法は、景色の内容に突然の変化が生じるとき、例えば、シーンが日に輝く景色から薄暗い屋内環境又は夜のシーンに変化する間における、突然の変化に対する人間の目の際だった感度を考慮していない。
【０００９】
従って、本発明の目的は、スクリーンに表示される画像の視覚認知を改善する方法及び／又は装置を提供することにある。この方法及び／又は装置は効果的であり、画像の景色の内容に応じて動作する。
【００１０】
これと本発明の他の目的は、付属の特許請求の範囲で請求される方法により達成される。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の観点によれば、方法及び／又は装置は、利用できる最大のランプパワーを使用する必要がないときにいつでも高いコントラスト比が得られるように、バックライトランプのパワー調整とコントラストの調整を利用するよう提案される。
【００１２】
従って、本発明の方法及び／又は装置は、最も暗いシーンで、すなわち、画像のヒストグラムが最低の輝度レベル付近でアンバランスになるときに動作する。この場合、実際に、バックライトランプのパワーを低減することができる。これにより、黒のレベルを低くでき、信号に作用することにより、特にコントラストを増加させることにより、中間の輝度レベルを回復できる。
【００１３】
方法及び／装置が暗いシーンで動作するため、コントラストが増加することにより飽和するかもしれない白のレベルは、関連する偽物を生成しない。画像は、さらに対照化されて、観察者により効果的に知覚される。
【００１４】
本発明の方法及び／又は装置は、観察者により知覚される画像の輝度を徐々に変化させて、この輝度の変化が邪魔なちらつきとして観察者により知覚されないようにする。
【００１５】
さらに、本発明の方法及び／又は装置は、画像のシーンが変化している間、例えば、シーンが日に輝く景色から薄暗い屋内環境又は夜のシーンに遷移するときに生じる輝度の変化を考慮する。
【００１６】
本発明のさらなる観点によって、以下に、本発明の方法を実行する液晶パネルと、そのパネルに固定された液晶スクリーンを記述する。
【００１７】
上記目的は、付属の図面を特に参照して、本発明の方法及び／又は装置の詳細な記述から明らかになるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明の方法及び／又は装置を実行する構成の基本的な図を示している。画像フレームＨは、分析調整ブロック１により受信される。分析調整ブロック１は、複数の画像フレームＨを分析し、図示されていない液晶（ＬＣＤ）パネルのバックライトランプのパワーを調整するのに適した信号ＰＥ，ｉ＋１と、パネルが取り付けられる図示されていないスクリーンに表示される画像のコントラストを調整するのに適した信号ＣＥ，ｉ＋１とを出力する。
【００１９】
信号ＰＥ，ｉ＋１とＣＥ，ｉ＋１は、バックライトランプのパワー調整回路２と画像コントラスト制御回路３とに、それぞれ伝送される。
【００２０】
図２は、分析調整ブロック１を詳細に示している。分析調整ブロック１は、フレームＨの空間的に平均化された輝度を計算するブロック４と、２Ｎ（Ｎは整数）個の、好ましくは８ビットのセル５ａ〜５ｎにより構成されるスライディングレジスタ５と、第１の加算器７とレジスタ９と除算ブロック１１と第２の加算器１３と絶対値を計算するモジュール１５とにより構成される、現在のフレームの平均輝度ｙｉとそれより前の複数のフレームの平均輝度の平均との差の絶対値を計算するためのモジュールと、制御ブロック１７と、を有する。制御ブロック１７の動作の詳細は、後述する。
【００２１】
分析調整ブロック１は、専用のマイクロプロセッサにより実行されるか、又はＬＣＤパネルの専用のマイクロプロセッサを都合良くプログラミングすることによって提供される。フレームＨの瞬間ｉの平均輝度ｙｉの値は、ＮＴＳＣ規格とＰＡＬ規格により特定されるように、原色ＲＧＢの値から得られる。ＮＴＳＣ規格とＰＡＬ規格は、次の式により、原色ＲＧＢと白の参照色度を確立する。
ｙｉ＝０．２９９・Ｒ＋０．５８７・Ｇ＋０．１１４・Ｂ
【００２２】
実際には、分析調整ブロック１は、次のように動作する。
【００２３】
フレームＨ毎に、フレームＨの平均輝度ｙｉは、ブロック４により最初に計算される。それから、値ｙｉはスライディングレジスタ５に入力される。
【００２４】
加算器７は、スライディングレジスタ５の全てのセルの合計Ｓｉを計算する。この合計Ｓｉはレジスタ９に格納され、除算ブロック１１により２Ｎで除算される。これにより、Ｓｉ／２Ｎの値が出力される。加算器１３は、現在のフレームの平均輝度ｙｉの値からＳｉ／２Ｎの値を減算する。ブロック１５は、ブロック１３の出力の絶対値を計算し、ｄｉ＝｜（Ｓｉ／２Ｎ―ｙｉ）｜の値を出力する。
【００２５】
値ｄｉは、現在のフレームの平均輝度ｙｉとそれより前の複数フレームの平均輝度の平均との差を示している。値ｄｉは、現在のフレームｉの輝度と、それより前の２Ｎ個のフレームの輝度との間の近似の指標である。実際には、分析調整ブロック１は、１つのフレームと前の複数フレームとの間の差の輝度の検出器として動作する。
【００２６】
制御ブロック１７は、スライディングレジスタ５の全てのセル５ａ〜５ｎをｙｉに設定するコマンド信号ＲＥＳＥＴを生成することができる。この設定の有用性は、以下の記述により明らかになる。
【００２７】
図３及び図４は、制御ブロック１７の動作を記述するブロック図と、制御ブロック１７の中で値が使用される関数を示すグラフとを、それぞれ詳細に示している。
【００２８】
制御ブロック１７は、ブロック１５の出力から信号ｄｉを入力し、バックライトランプのパワー調整信号ＰＥ，ｉ＋１とコントラスト制御信号ＣＥ，ｉ＋１とを出力する。
【００２９】
制御ブロック１７の中で、ランプのパワーＰＴとコントラストＣＴの「目標」値が設定される。
【００３０】
ランプのパワーとコントラストの「目標」値は、映画のシーンの広い範囲を分析することにより、実験的に決定される関数に基づいて、規定される。
【００３１】
このような分析により、全てのシーンは、「明るい」シーン又は「暗い」シーンに実験的に分類され、各シーンの平均レベルの輝度が検出される。
【００３２】
暗いシーンと明るいシーンを区別するレベルは、低めの平均輝度レベルの約２０ＩＲＥ（１ＩＲＥ＝７．１４３ｍＶ）に設定することが見いだされた。
【００３３】
高いレベルのＲＧＢは、一般的には、１０ＩＲＥ未満では検出されない。よって、飽和による強烈な偽物を生成することなしに、画像コントラストを比較的に増加させながら、ランプパワーをかなり低減することができる。
【００３４】
平均値の４０ＩＲＥより大きければ、シーンは明るく見えるので、暗色の濃さを増すためにランプパワーを低減する必要はない。
【００３５】
これらの観察に基づいて、非線形の関数Ｆｘは、図４に示すように規定される。図４は、時空を超えて平均化された輝度レベルをバックライトランプの光のレベルにマッピングしている。
【００３６】
関数Ｆｘは、ルックアップテーブルＦ［・］に格納される。
【００３７】
実際には、ランプを完全にオフにすること（図４の値「０」）にあまり意味がないので、図４のＸ軸の値は、次の関数により、区間［０，１００］からパワー値の区間［Ｐｍｉｎ，Ｐｍａｘ］に直線的に再配置される。
Ｐ（Ｐ’）＝Ｐｍｉｎ＋Ｐ’（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）／１００
ここで、Ｐｍｉｎは、ゼロより大きい数である。
【００３８】
慣例により、それは、ＰＴ∈［０，１００］に定義される。このような値は、ランプパワーの減少により生じるコントラストの損失が、コントラストを飽和限界内で増加させることにより回復されるような方法で、設定される。
【００３９】
例えば、ランプパワーを半減し且つコントラストを２倍にすることにより、平均の階調は常に同じ輝度となる。平均の階調より上の全ての階調は飽和して、平均の階調と同じ輝度となる。
【００４０】
ランプパワーの低減は、ヒストグラムが低い階調のレベルに集中するシーンに適用されるだけなので、この調整は、画像の偽物を生じさせない。
【００４１】
図３のブロック図に戻って、ステップ２３で、現在のフレームｉの平均輝度と前の複数フレームの平均輝度の平均との差を示す値ｄｉは、所定の閾値ｔＬと比較される。
【００４２】
ｄｉ≦ｔＬであれば、手順はステップ２５に進み、値ｙｉはスライディングレジスタ５に入力され、「目標」パワーは、式ＰＴ，ｉ＝Ｆ［（Ｓｉ／Ｎ）の概数］により計算される。ｄｉ>ｔＬであれば、手順はステップ２５に進み、スライディングレジスタ５は、コマンド信号ＲＥＳＥＴによりリセットされる。スライディングレジスタ５の全てのセル５ａ〜５ｎは、ｙｉに初期化される。「目標」パワーは、式ＰＴ，ｉ＝Ｆ［ｙｉ］に基づいて計算される。
【００４３】
閾値ｔＬは、例えば、日に輝く景色の後に夜のシーンが続く場合のように、非常に異なる景色の内容を持つフレームを時間内に平均化することを防ぐため、閾値ｔＬは有効である。この手段により、本発明による方法は、画像の景色の内容の突然の変化に対する人間の目の際だった感度を考慮している。
【００４４】
ステップ２７で、２００ｍｓ毎に周期的に呼び戻される制御関数は、ＰＥ，ｉ＋１（ＰＥ，ｉ＋１∈［０，１００］）及びＣＥ，ｉ＋１で示されるランプパワー及びコントラストの有効な値をそれぞれ設定する。ＰＥ，ｉ＋１の値は、「目標」値ＰＴ，ｉに応じた各ステップで、次のように増加し又は減少する。
ＰＥ，ｉ＜ＰＴ，ｉならば、ＰＥ，ｉ＋１＝ＰＥ，ｉ＋１
ＰＥ，ｉ＝ＰＴ，ｉならば、ＰＥ，ｉ＋１＝ＰＴ，ｉ
ＰＥ，ｉ＞ＰＴ，ｉならば、ＰＥ，ｉ＋１＝ＰＥ，ｉ＋１
【００４５】
ＰＥ，ｉ＋１の値は、下記の式により、最新のコントラスト値ＣＥ，ｉ＋１を計算するステップ２９で使用される。最新のコントラスト値ＣＥ，ｉ＋１は、コントラスト調整回路に供給される。
ＣＥ，ｉ＋１＝Ｃｕｔ，ｉ＋ｋｃ［１−ＰＴ，ｉ／１００］
ここで、定数ｋｃは、バックライトランプのパワーとコントラストが上述したように変化して、所定レベルの階調でパネルにより放射される光が、（コントラストのばらつきにより、飽和しないように）一定のままとなるように、設定することにより決定される。
【００４６】
コントラスト値ＣＥ，ｉ＋１は、２つの加数により構成される。第１の固定の加数Ｃｕｔは、ユーザにより調整可能に決定される。可変の加数は、パワーを低減することによりバックライトランプの輝度を低減したときの輝度の損失を回復することを目的とする。
【００４７】
上述した記述は、限定されない例により提供され、様々な変更が本発明の範囲から離れること無しに可能であることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の方法及び／又は装置を実行する構成の基本の図
【図２】本発明の方法及び／又は装置により使用される分析調整ブロックのブロック図
【図３】図２の分析調整ブロックに含まれる制御ブロックの詳細な動作を示すブロック図
【図４】本発明の方法及び／又は装置により使用されるテーブルに値が格納されているグラフ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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