(57)【要約】【課題】  表示された画像のコントラストを向上させるための画像処理方法及び画像表示装置を提供すること。【解決手段】  本発明は、少なくとも１つの光源と、表示対象の画像の映像信号に依存して、前記光源により生成される光のすべてあるいは一部を透過または反射するための少なくとも１つの光バルブから構成される表示装置により表示される画像を処理する方法であって、画像映像信号のピークグレイレベル値（ＮＧｍａｘ）より低い第１閾値（ＮＧ１）より高い画像映像信号のグレイレベルに圧縮係数Ｃを適用するステップと、前記光源により生成される光の光度を圧縮後の前記画像のピークグレイレベル（ＮＧ’ｍａｘ）に対応する輝度値に調整するステップと、前記光バルブに供給される前記映像信号と、圧縮前における前記画像のピークグレイレベル値（ＮＧｍａｘ）の圧縮後における前記画像のピークグレイレベル値（ＮＧ’ｍａｘ）に対する比に等しい拡張係数Ｄとを掛け合わせるステップとからなることを特徴とする方法に関する。【選択図】  図３
2004334217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの光源と、表示対象の画像の映像信号に依存して、前記光源により生成される光のすべてあるいは一部を透過または反射するための少なくとも１つの光バルブから構成される表示装置により表示される画像を処理する方法であって、
画像映像信号のピークグレイレベル値（ＮＧｍａｘ）より低い第１閾値（ＮＧ１）より高い画像映像信号のグレイレベルに圧縮係数Ｃを適用するステップと、
前記光源により生成される光の輝度を圧縮後の前記画像のピークグレイレベル（ＮＧ’ｍａｘ）に対応する輝度値に調整するステップと、
前記光バルブに供給される前記映像信号と、圧縮前における前記画像のピークグレイレベル値（ＮＧｍａｘ）の圧縮後における前記画像のピークグレイレベル値（ＮＧ’ｍａｘ）に対する比に等しい拡張係数Ｄとを掛け合わせるステップとからなることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、前記第１閾値（ＮＧ１）は前記表示対象の画像の上位Ｘの明るさの画素の最小グレイレベルに等しく、前記Ｘは前記画像の画素数の所定の割合であることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の方法であって、前記圧縮係数Ｃは、前記圧縮前における画像のピークグレイレベル値（ＮＧｍａｘ）と前記第１閾値（ＮＧ１）との差の前記圧縮後における画像のピークグレイレベル値（ＮＧ’ｍａｘ）に対応する第２閾値（ＮＧ２）と前記第１閾値（ＮＧ１）との差に対する比に等しくなるよう設定されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法であって、前記第２閾値（ＮＧ２）は前記第１閾値（ＮＧ１）に依存することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法であって、前記第２閾値（ＮＧ２）は前記第１閾値（ＮＧ１）と前記表示装置による表示可能なピークグレイレベル値（ＮＧＭＡＸ）との算術平均であることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項４記載の方法であって、前記圧縮係数Ｃは前記第１閾値（ＮＧ１）に依存することなく一定であり、これにより前記第２閾値（ＮＧ２）と前記第１閾値（ＮＧ１）との前記差は一定であることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１乃至６何れか一項記載の方法であって、前記第１閾値（ＮＧ１）は前記表示装置により表示可能な前記最大グレイレベル値（ＮＧＭＡＸ）の１／２以上であることを特徴とする方法。
【請求項８】
光を生成する光源（１）と、
前記光源により生成された前記光のすべてあるいは一部を透過あるいは反射する光バルブ（４）と、
前記光バルブを制御し、表示対象の画像の映像信号を受信し、前記表示対象の画像を表す制御信号を前記光バルブに供給する回路（６）とを有する画像表示装置であって、前記制御回路は、
画像映像信号のピークグレイレベル値（ＮＧｍａｘ）より低い第１閾値（ＮＧ１）より高い前記画像映像信号のグレイレベルに圧縮係数Ｃを適用する手段と、
前記光源により生成された前記光の輝度を圧縮後における前記画像のピークグレイレベル（ＮＧ’ｍａｘ）に対応する輝度値に調整する手段と、
前記光バルブに供給される映像信号と、前記圧縮前における画像のピークグレイレベル（ＮＧｍａｘ）の前記圧縮後における画像のピークグレイレベル（ＮＧ’ｍａｘ）に対する比に等しい拡張係数Ｄとを掛け合わせる手段とからなることを特徴とする画像表示装置。
【請求項９】
請求項８記載の画像表示装置であって、前記光バルブは液晶バルブであることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１０】
請求項８記載の画像表示装置であって、前記光バルブはマイクロミラーバルブであることを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フロントプロジェクションまたはバックプロジェクションシステムにより表示された映像画像のコントラストを向上するための画像処理方法に関する。本発明は、光バルブと当該光バルブの光源から構成される映像プロジェクタに適用することができる。光バルブは反射型あるいは透過型であってもよい。本発明には、特にＬＣＯＳ、ＬＣＤあるいはＤＬＰタイプのバルブを有する映像プロジェクタに適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
従来の光バルブを有する映像プロジェクタは、利用されるバルブ技術に依存した５００：１と１０００：１の間のコントラストを有する画像を現在生成することができる。デジタル映画や最高級のテレビ装置のようなある応用では、このコントラスト値は常に十分であるとは限らない。この値を向上させるために、既知の解決方法として、表示対象の画像のコンテンツに依存して、バルブに供給される光度を調節するというものがある。例えば、表示対象の画像が暗いシーンを示す場合にはバルブに供給される光度は抑えられる一方、この同一のバルブにより処理される映像信号のレベルはそれと全く比例して引き上げられる。これにより、映像信号のビット数が効果的に増やされるため、コントラストはより向上する。従って、テレビへの応用では常に重要な低グレイレベルに対して、高コントラストを達成することができる。
【０００３】
光度を調節するための従来技術の１つは、表示対象の画像においてピークグレイレベルＮＧｍａｘを検出し、これをＮＧＭＡＸ（８ビット符号化では２５５）で表示可能な最大グレイレベルと比較することからなり、
−グレイレベルＮＧｍａｘがグレイレベルＮＧＭＡＸの１／２以下である場合、対象画像に対してバルブに供給される光度は１／２とされ、バルブの制御回路に供給される映像信号の振幅は２倍され、
−グレイレベルＮＧｍａｘがグレイレベルＮＧＭＡＸの１／２以上である場合、バルブに供給される光度はそれのピーク値に保たれ、バルブの制御回路に供給される映像信号のレベルはそのままに維持される。
【０００４】
この技術は図１Ａ、１Ｂ及び１Ｃに示される。図１Ａは、フレームＴ及びＴ＋１において表示される２つの画像の時間の関数として映像信号を示している。この信号は、バルブの制御回路に供給される。第１画像の電圧レベルＮＧｍａｘは電圧レベルＮＧＭＡＸ／２より低く、第２画像の電圧レベルＮＧｍａｘは電圧レベルＮＧＭＡＸ／２より高い。図２Ｂは、これら２つの画像のそれぞれに対してバルブに供給される光度（輝度）を示す。前に定義されたプロセスによると、それは第１画像に対してＬｍａｘ／２、第２画像に対してＬｍａｘに等しい。従って、第１画像の映像信号の電圧は２倍され、第２画像の電圧はそのままに維持される。これにより、暗い画像の映像レベルのレンダリングは向上される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このテクニックは多くの欠点を有する。第１に、画素がＮＧＭＡＸ／２を上回る場合、画像コントラストは向上しない。従って、画像が暗い背景上に１つの明るい点を有する場合、画像コントラストは向上されない。
【０００６】
さらに、ＮＧＭＡＸ／２以下のグレイレベルＮＧｍａｘを有する画像から、ＮＧＭＡＸ／２以上のグレイレベルＮＧｍａｘを有する画像への移行時、あるいはその反対の移行時には、光源内には（Ｌｍａｘ／２からＬｍａｘへの移行中、あるいはその反対への移行中）高い電流需要がある。最後に、バルブに供給される光を調節するための装置は、Ｌｍａｘ／２からＬｍａｘ、あるいはその反対への瞬時の切り替えができない。従って、移行時において、映像信号レベルは正しく調整されず、移行期間中ぼやけた画像領域が現れてしまう。
【０００７】
本発明は、上述の問題点のすべてあるいは一部が解決されることを可能にする画像処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、少なくとも１つの光源と、表示対象の画像の映像信号に依存して、前記光源により生成される光のすべてあるいは一部を透過または反射するための少なくとも１つの光バルブから構成される表示装置により表示される画像を処理する方法であって、以下のステップ：
−画像映像信号のピークグレイレベル値より低い第１閾値より高い画像映像信号のグレイレベルに圧縮係数Ｃを適用するステップと、
−前記光源により生成される光の光度を圧縮後の前記画像のピークグレイレベルに対応する輝度値に調整するステップと、
−前記光バルブに供給される前記映像信号と、圧縮前における前記画像のピークグレイレベル値の圧縮後における前記画像のピークグレイレベル値に対する比に等しい拡張係数Ｄとを掛け合わせるステップとからなることを特徴とする方法に関する。
【０００９】
従って、前記第１閾値を上回るグレイレベルの電圧ダイナミックレンジは圧縮され、これによりゲインされたダイナミックレンジが画像信号全体に再割り当てされる。
【００１０】
本発明はまた、光を生成する光源と、前記光源により生成された前記光のすべてあるいは一部を透過あるいは反射する光バルブと、前記光バルブを制御し、表示対象の画像の映像信号を受信し、前記表示対象の画像を表す制御信号を前記光バルブに供給する回路とを有する画像表示装置であって、前記制御回路は、
−画像映像信号のピークグレイレベル値より低い第１閾値より高い前記画像映像信号のグレイレベルに圧縮係数Ｃを適用する手段と、
−前記光源により生成された前記光の輝度を圧縮後における前記画像のピークグレイレベルに対応する輝度値に調整する手段と、
−前記光バルブに供給される映像信号と、前記圧縮前における画像のピークグレイレベルの前記圧縮後における画像のピークグレイレベルに対する比に等しい拡張係数Ｄとを掛け合わせる手段とからなることを特徴とする画像表示装置に関する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、限定数の画素（画像において最も高いグレイスケールを有する画素）のグレイレベルが圧縮され、電圧ダイナミックレンジにおけるゲインが画像全体に再割り当てされる。画像のより高いグレイレベルの圧縮は、光バルブに供給される光度の低下と、バルブに供給される映像信号のレベルの同一の割合の増大を可能にする。これにより、表示された画像のコントラストは向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下の説明において、ＮＧｍａｘは表示対象の画像の圧縮前のピークグレイレベルを表し、ＮＧ’ｍａｘは表示対象の画像の圧縮後のピークグレイレベルを表す。さらに、Ｌ（ＮＧ）はグレイレベルＮＧに関する輝度を表す。
【００１３】
本発明によると、以下のステップが実行される：
−圧縮係数ＣをＮＧ１＜ＮＧｍａｘである閾値ＮＧ１より高い画像映像信号のグレイレベルに適用し、
−光源から生成される光の輝度を圧縮後の画像のピークグレイレベルＮＧ’ｍａｘに対応する輝度値に調整し、
−光バルブに供給される映像信号の電圧レベルを、圧縮前の画像のピークグレイレベルＮＧｍａｘの圧縮後の画像のピークグレイレベルＮＧ’ｍａｘに対する比に等しい拡張係数Ｄと掛け合わせる。
【００１４】
一実施例によると、閾値ＮＧ１は、例えば、画像中の画素数の所定割合であるＸに対して、画像中の上位Ｘパーセントの明るさの画素の中の、もっとも低いグレイレベルの値として定義される。１９２０×１０８０画素からなる画像に対して、例えば、Ｘは１０％あるいは１９２０×１０８０／１０画素に等しい。この閾値は、表示対象の画像により変化する。この閾値の計算例が、図５を参照して以下に説明される。この実施例では、閾値ＮＧ１は、表示対象の画像がより明るいか、あるいはより暗いかに依存して、高くあるいは低くなる。好ましくは、閾値ＮＧ１は、ＮＧＭＡＸ／２以上に設定される。ここで、ＮＧＭＡＸはパネルにより表示可能なピークグレイレベルである。
【００１５】
図２は、閾値ＮＧ１を上回る画像中のグレイレベルへの圧縮係数Ｃの適用を示す。圧縮前の画像のグレイレベルを表す横座標と、圧縮後のグレイレベルを表す縦座標を有する。この図で、Ｃ＝（ＮＧｍａｘ−ＮＧ１）／（ＮＧ２−ＮＧ１）である。ただし、ＮＧ２は圧縮後のピークグレイレベルＮＧ’ｍａｘに対応する。
【００１６】
このより高いグレイレベルの圧縮は、ＮＧ１を上回るグレイレベル間の輝度のギャップを抑えるという効果を有する。画像を表示するのに必要な光の輝度は、ＮＧ１＜ＮＧ２＜ＮＧｍａｘなるグレイレベルＮＧ２に通常関連付けされる輝度値に対応する値Ｌ（ＮＧ’ｍａｘ）に低減される。
【００１７】
グレイレベルＮＧ２がＮＧ１に接近するほど、圧縮係数はより高い。一実施例によると、グレイレベルＮＧ２は閾値ＮＧ１の関数であってもよい。例えば、ＮＧ２は、ＮＧ１とＮＧｍａｘの算術平均、すなわち、ＮＧ２＝（ＮＧ１＋ＮＧｍａｘ）／２とされてもよい。
【００１８】
この場合、ＮＧｍａｘに対するレベルＮＧ１が低くなるに従い、レベルＮＧ２もまた低くなり、輝度値Ｌ（ＮＧ’ｍａｘ）＝Ｌ（ＮＧ２）はより低くなる。
【００１９】
他の実施例によると、係数ＣはＮＧ１の値とは無関係に一定とされてもよい。従って、ＮＧ２はＮＧ１に比例して増大していく。
【００２０】
光バルブに供給される光度の減少は（Ｌ（ＮＧＭＡＸ）の代わりにＬ（ＮＧ２）とされ、ここでＮＧＭＡＸはスクリーンに表示可能なピークグレイレベル）、圧縮後の映像信号の振幅と、
【００２１】
【数１】
2004334217.tif 000003
に等しい拡張係数との乗算を可能にする。
【００２２】
本発明の方法が実現される映像プロジェクタが図３に示される。このプロジェクタは、光源１、光源１により生成される光度を表示対象の画像のコンテンツの関数として変調する光変調器２、及び光変調器２から出力される光をバルブ４に送り、バルブ４により生成される画像をレンズシステム６に送る光学系３を有する。光変調器２と光バルブ４は、表示対象の画像の映像信号Ｖｉｎを受け取る制御回路５により制御される。制御回路５は、光バルブ４に供給される信号Ｖｏｕｔと、光変調器２に供給される輝度値Ｌ（ＮＧ’ｍａｘ）とを計算する。
【００２３】
本発明による方法を実現する制御回路６において実行されるステップを示すブロック図が図４に示される。
【００２４】
制御回路はまず、閾値ＮＧ１を計算する。閾値ＮＧ１の計算例が図５に与えられる。この図において、ＮＧはグレイレベルインデックスを示し、ＢＮＧは対象画像中のグレイレベルＮＧを有する画素数を示し、ＡＮＧは、
【００２５】
【数２】
2004334217.tif 000004
（Ａｍａｘは画像中の画素数に等しい）による
【００２６】
【数３】
2004334217.tif 000005
を満たす画素数を示す。
【００２７】
ＮＧ１を定義するため、グレイレベルＮＧ＝ＮＧｍａｘから始まり、ＮＧはＡＮＧ＞ＸＡｍａｘとなるまでデクリメントされる。ただし、Ｘは画像中の画素総数の割合を表す。例えば、１０％に等しい場合、ＮＧはＡＮＧ＞Ａｍａｘ／１０となるまでデクリメントされる。閾値ＮＧ１は、得られた値ＮＧに等しくなるよう設定される。
【００２８】
図４を再び参照するに、制御回路はその後グレイレベルＮＧ２の値を計算する。前述のように、ＮＧ２は、例えば、ＮＧ１とＮＧｍａｘの算術平均に等しい。
【００２９】
グレイレベルＮＧ２に通常関連付けされる値に対応する輝度値が光変調器２に送られる。従って、変調器２によりバルブ４に供給される光度は、この画像に対してＬ（ＮＧ’ｍａｘ）に固定される。
【００３０】
制御回路５はまた、図３に示されるようなＮＧ１を上回るグレイレベルを圧縮することにより、映像信号Ｖｉｎを変換する。その後、この変換された信号は、より高いレベルにより使用されていない電圧ダイナミックレンジを画像信号全体に再割り当てするために、拡張係数Ｄ＝ＮＧｍａｘ／ＮＧ２と掛け合わされる。結果として得られる信号Ｖｏｕｔが光バルブ４に供給される。従って、このようなＶｉｎからＶｏｕｔへの変換により、ＮＧ１を上回るグレイレベルの電圧ダイナミックレンジがＮＧ１を下回るグレイレベルを利用して圧縮されるのを可能にする。
【００３１】
本発明の方法の結果が、図１Ａから１Ｃと比較される図６Ａから６Ｃにおけるタイミング図により示される。図６Ａは図１Ａと同一である。図６Ｂは、光バルブ４に供給される光の輝度値を示す。フレームＴにおいて表示される画像はＮＧＭＡＸ／２（ＮＧ１の下限）より高いグレイレベルを含まないため、当該画像中のどのグレイレベルも圧縮されない。しかしながら、この画像の映像信号は、当該ケースでは２に近い拡張係数と掛け合わされる。すなわち、これはＮＧＭＡＸ／２より高いグレイレベルを含むフレームＴ＋１の画像である。従って、この画像の最も高いグレイレベルが圧縮される。画像映像信号は、Ｔ画像のものより小さい拡張係数と掛け合わされる。
【００３２】
上記説明した以外のＮＧ１とＮＧ２の他の計算方法が本発明による方法の実現のため利用可能であるということは、当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１Ａ】図１Ａは、従来技術を示すタイミング図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、従来技術を示すタイミング図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、従来技術を示すタイミング図である。
【図２】図２は、本発明による閾値グレイレベルＮＧ１を上回るグレイレベルの圧縮を示す。
【図３】図３は、本発明による方法が実現される映像プロジェクタの概略図である。
【図４】図４は、図３の映像プロジェクタの制御回路で実行される動作を示す。
【図５】図５は、その値を上回る画像のグレイレベルが圧縮されるような閾値の計算例を示す。
【図６Ａ】図６Ａは、図１Ａと比較される本発明による方法を示すタイミング図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図１Ｂと比較される本発明による方法を示すタイミング図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、図１Ｃと比較される本発明による方法を示すタイミング図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  光源
２  光変調器
３  光学系
４  光バルブ
５  制御回路
６  レンズシステム
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2004334217.tif 000007
【図１Ｃ】
2004334217.tif 000008
【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６Ａ】
2004334217.tif 000013
【図６Ｂ】
2004334217.tif 000014
【図６Ｃ】
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