【手続補正書】
【提出日】平成22年9月10日(2010.9.10)
【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】
複数の光源毎に輝度制御信号に従って輝度変調可能な光源ユニットと、画像信号に従って前記光源ユニットからの光を変調する光変調素子とを有する画像表示装置のための画像処理装置であって、
入力画像の前記複数の光源毎に対応付けられた分割領域の階調値の情報を用いて前記複数の光源毎の光源輝度を算出する光源輝度算出部と、
前記光源毎の前記光源輝度の分布を表す個別輝度分布を複数合成して前記光源ユニットの全体輝度分布を算出する光源輝度分布算出部と、
前記全体輝度分布に基づいて前記入力画像の階調を前記入力画像の画素毎に変換して変換画像を得る階調変換部と、
前記光源輝度の平均値または和が大きいほど小さい値となる補正係数を算出する補正係数算出部を含み、前記光源輝度に前記補正係数を乗じることにより前記光源輝度を補正して補正光源輝度を求める光源輝度補正部と、
前記変換画像に基づいて前記画像信号を生成し、前記補正光源輝度に基づいて前記輝度制御信号を生成する制御部と、
を備える画像処理装置。
【請求項２】
前記光変調素子は、前記画像信号がフレーム単位で書き込まれることにより前記光源ユニットからの光を変調するように構成され、
前記制御部は、前記光変調素子への現フレームの画像信号の書き込み開始タイミングと前記光変調素子への次フレームの画像信号の書き込み開始タイミングとの間の期間に前記光源ユニットの複数の光源毎に非発光期間及び発光期間が順次配置され、前記非発光期間と前記発光期間との比率を変更することにより前記光源ユニットの複数の光源毎の明るさを制御するように、前記輝度制御信号が構成されることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記光変調素子への現フレームの画像信号の書き込み開始タイミングと前記光変調素子への次フレームの画像信号の書き込み開始タイミングとの間の期間に第１発光制御期間及び第２発光制御期間を順次配置し、
前記補正光源輝度が所定の閾値より小さい場合は、前記第１発光制御期間を分割した複数のサブ制御期間に配置した前記光源ユニットの複数の光源毎の発光期間と非発光期間との比率を変更することで前記光源ユニットの複数の光源毎の明るさを制御し、
前記補正光源輝度が当該閾値以上の場合は、前記第１発光制御期間を全て前記光源ユニットの光源の発光期間とし、前記第２発光制御期間に順次配置した、前記光源ユニットの複数の光源毎の非発光期間と発光期間との比率を変更することにより前記光源ユニットの複数の光源毎の明るさを制御するように、前記輝度制御信号が構成されることを特徴とする請求項２記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記光源輝度算出部は、前記分割領域毎に前記入力画像の最大階調を求め、該分割領域毎の最大階調を前記入力画像が取り得る最大階調で除してガンマ値で補正することにより前記光源輝度を算出することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記階調変換部は、前記全体輝度分布から前記入力画像の各画素位置に対応する画素対応光源輝度を求め、該画素対応光源輝度と前記入力画像の前記各画素位置の階調値から前記変換画像の前記各画素位置に対応する階調値を求めることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記光源輝度補正部は、前記平均値または和と前記補正係数とを対応付けて記憶保持したルックアップテーブルを有し、
前記補正係数算出部は、前記複数の光源輝度から前記平均値または和を算出し、該算出した平均値または和により前記ルックアップテーブルを参照して前記補正係数を算出することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項７】
前記補正係数算出部は、前記平均値または和が所定の閾値未満の領域では一定の第１の値を持ち、前記平均値または和が前記閾値以上の大きい領域では前記平均値の増加につれて徐々に小さい値となり、最終的に前記第１の値より小さい一定の第２の値を持つように、前記補正係数を算出することを特徴とする請求項１または６のいずれか１項記載の画像処理装置。
【請求項８】
前記補正係数算出部は、前記光源ユニットの消費電力が、前記平均値が最大値のときの消費電力以下となるように前記補正係数を算出することを特徴とする請求項１、６または７のいずれか１項記載の画像処理装置。
【請求項９】
前記画像表示装置の視聴環境の照度を検出する照度センサをさらに備え、
前記補正係数算出部は、前記平均値または和が大きいほど小さく、かつ前記照度が小さいほど小さい値を持つように前記補正係数を算出することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項１０】
前記画像表示装置の視聴環境の照度を検出する照度センサをさらに備え、
前記補正係数算出部は、前記平均値または和が大きいほど小さく、かつ前記照度が小さいほど小さい値を持つ第１光源輝度補正係数と、前記複数の光源毎に前記光源輝度が大きいほど小さく、かつ前記照度が小さいほど小さい値を持つ第２光源輝度補正係数を算出し、前記第１光源輝度補正係数と前記第２光源輝度補正係数とを乗算して前記平均値または和が大きいほど小さい値となる補正係数を算出することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項１１】
前記補正係数算出部は、前記平均値または和の前記入力画像の１フレーム期間にわたる平均値または和が大きいほど小さい値となるように前記補正係数を算出することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項１２】
複数の光源毎に輝度制御信号に従って輝度変調可能な光源ユニット及び画像信号に従って前記光源ユニットからの光を変調する光変調素子を含む画像表示部と、
入力画像の前記複数の光源毎に対応付けられた分割領域の階調値の情報を用いて前記複数の光源毎の光源輝度を算出する光源輝度算出部と、
前記光源毎の前記光源輝度の分布を表す個別輝度分布を複数合成して前記光源ユニットの全体輝度分布を算出する光源輝度分布算出部と、
前記全体輝度分布に基づいて前記入力画像の階調を前記入力画像の画素毎に変換して変換画像を得る階調変換部と、
前記光源輝度の平均値または和が大きいほど小さい値となる補正係数を算出する補正係数算出部を含み、前記光源輝度に前記補正係数を乗じることにより前記光源輝度を補正して補正光源輝度を求める光源輝度補正部と、
前記変換画像に基づいて前記画像信号を生成し、前記補正光源輝度に基づいて前記輝度制御信号を生成する制御部と、
を備える画像表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
［第１の実施形態］  
図１に、本発明の第１の実施形態による画像処理装置を含む画像表示装置を示す。画像処理装置は光源輝度算出部１１、光源輝度分布算出部１３、階調変換部１２、光源輝度補正部１４及び制御部１５を有し、画像表示部２０の制御を行う。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
入力画像１０１は、光源輝度算出部１１及び階調変換部１２に入力される。光源輝度算出部１１では、バックライト２３の光源２２と対応付けられた入力画像１０１の分割領域毎の階調値の情報から各光源２２の光源輝度１０２が算出される。ここで算出される光源輝度１０２は、言い替えれば、各光源２２に対して入力画像１０１の各光源２２に対応する分割領域の情報に基づいて仮決定した輝度を表している。こうして算出された光源輝度１０２の情報は、光源輝度分布算出部１３及び光源輝度補正部１４に入力される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
光源輝度Ｉ(i)を数式（１）による演算で求める代わりに、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を用いてもよい。すなわち、予めＬmax(i)とＩ(i)との関係を求めておき、Ｌmax(i)とＩ(i)とを対応付けて読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）等によりＬＵＴに記憶保持しておき、Ｌmax(i)の値によってＬＵＴを参照することで、光源輝度Ｉ(i)を求めてもよい。このようにＬＵＴを用いて光源輝度を求める場合にも、何らかの計算処理を伴うので、光源輝度を求める部分を光源輝度算出部１１と呼ぶ。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
光源輝度算出部１１により算出される光源輝度１０２は、入力画像１０１に基づいて、最大の光源輝度に比べ低い値で算出される。従って、画像表示部２０において所望の明るさの画像を表示するためには、液晶パネル２１の透過率、すなわち液晶パネル２１に書き込む画像信号の階調値を変換する必要がある。入力画像１０１の画素位置(x,y)の赤、緑及び青のサブ画素の階調値をそれぞれＬR(x,y)，ＬG(x,y)及びＬB(x,y)とすると、階調変換により得られる変換画像１０４の赤、緑及び青のサブ画素の階調値ＬR’(x,y)，ＬG’(x,y)及びＬB’(x,y)は、以下のように算出される。
【数２】
2010152174.tif 000001
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
光源輝度算出部１１及び光源輝度分布算出部１３では、光源輝度及び光源輝度分布が１フレームの入力画像１０１の全ての階調値を用いて算出される。従って、階調変換部１２に入力画像１０１としてあるフレームの画像が入力されるタイミングでは、そのフレームの画像に対応する光源輝度分布はまだ算出されていない。そこで、階調変換部１２はフレームメモリを備えており、入力画像１０１を一旦フレームメモリに保持し、１フレーム期間遅延させた後、光源輝度分布算出部１３により得られるバックライト２３の全体輝度分布１０３に基づき階調変換を行って変換画像１０４を生成する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
（光源輝度補正部１４）    光源輝度補正部１４では、光源輝度算出部１１で算出された各光源２２の光源輝度１０２に対して、補正係数を乗じることで補正を行い、補正光源輝度１０５を求める。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
図６に、光源輝度補正部１４の具体例を示す。光源輝度補正部１４は、光源輝度算出部１１で算出された各光源２２の光源輝度１０２を補正するための補正係数を算出する補正係数算出部３１１、補正係数が保持されているＬＵＴ３１２、及び光源輝度１０２に補正係数を乗じて補正光源輝度１０５を求める補正係数乗算部３１３を有する。以下、図６の各部の動作について詳細に説明する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
補正係数算出部３１１では、まず各光源２２の光源輝度１０２の平均値（平均光源輝度という）を算出する。例えば、光源２２の数がｎ個の場合、平均光源輝度Ｉaveは、以下のように算出される。  
【数３】
2010152174.tif 000002
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
ここで、Ｉ(i)はｉ番目の光源輝度１０２を表している。光源２２の数ｎは、画素数に比べれば非常に小さい値であり、従来技術のように画像全体の平均輝度を算出する場合に比べて、処理コストを小さくすることができる。特に、入力画像１０１が画素数の非常に多いＨＤＴＶ画像の場合、この効果は顕著である。また、各光源２２の光源輝度１０２の平均値の所定期間（例えば、１フレーム期間）にわたる平均値をＩaveに代えて用いてもよい。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
さらに、数式（３）に示した平均光源輝度Ｉaveに代えて、以下に示す各光源２２の光源輝度１０２の和（光源輝度和とい）Ｉsumを用いてもよい。
【数４】
2010152174.tif 000003
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
以下の説明では、平均光源輝度Ｉaveを光源輝度和Ｉsumに置き換えて考えてもよい。また、各光源２２の光源輝度１０２の和の所定期間（例えば、１フレーム期間）にわたる和をＩsumに代えて用いてもよい。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
補正係数ＧをＬＵＴ３１２に保持する代わりに、平均光源輝度Ｉaveと補正係数Ｇの関係を表す関数を補正係数算出部３１１に保持しておき、平均光源輝度Ｉaveから補正係数Ｇを演算する構成としてもよい。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
こうして補正係数算出部３１１により算出された補正係数は、補正係数乗算部３１３へ出力される。補正係数乗算部３１３では、各光源２２の光源輝度１０２に補正係数を乗じて補正光源輝度１０５を算出する。すなわち、以下のような演算により補正光源輝度１０５を算出する。
【数５】
2010152174.tif 000004
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
ここで、Ｉc(i)はｉ番目の補正光源輝度１０５を表している。すなわち、補正係数Ｇが１．０の場合は、光源輝度算出部１１で算出された光源輝度Ｉ(i)がそのまま補正光源輝度Ｉc(i)として出力される。補正係数Ｇが０．５の場合は、光源輝度Ｉ(i)の半分の値が補正光源輝度Ｉc(i)として出力される。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８４】
次に、照度センサ２４からの照度信号１０８を用いた補正係数Ｇの設定方法の変形例を示す。これまで述べた例では、補正係数は１フレームの各光源２２の光源輝度に対して１つの値が用いられるが、変形例では光源輝度算出部１１で算出された光源輝度１０２毎、すなわち光源２２毎に補正係数を変化させる。