(57)【要約】【課題】バックライトの調光により表現できる出力映像の階調を有効に使用し、出力映像に生じる小さな階調段差を解消すること。【解決手段】映像表示部１０２は映像表示素子とバックライトを有し、調光値によってバックライトの輝度を調整する。映像処理部１０１は、入力映像信号よりバックライトの調光値を算出する調光値算出部１３と、入力映像信号を調光値に応じて補正するための補正ゲインを算出する補正量算出部１５と、入力映像信号に補正ゲインを乗算して映像信号を補正し映像表示部１０２に供給する映像補正部１９とを備える。補正量算出部１５は、入力映像信号と調光値から目標表示映像を設定し、目標表示映像を平滑化フィルタにより平滑化し、平滑化された目標表示映像と調光値から補正ゲインを算出する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像表示部と映像処理部を有する映像表示装置において、
前記映像表示部は、映像信号により画素ごとに透過率を調整する映像表示素子と該映像表示素子を背面から照明するバックライトを有し、調光値によって該バックライトの輝度を調整するものであって、
前記映像処理部は、
入力映像信号より前記バックライトに対する調光値を算出する調光値算出部と、
前記入力映像信号を前記調光値に応じて補正するための補正ゲインを算出する補正量算出部と、
前記入力映像信号に前記補正ゲインを乗算して映像信号を補正し、前記映像表示部に供給する映像補正部とを備え、
前記補正量算出部は、前記入力映像信号と前記調光値から目標表示映像を設定し、該目標表示映像を平滑化フィルタにより平滑化し、平滑化された目標表示映像と前記調光値から前記補正ゲインを算出することを特徴とする映像表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の映像表示装置において、
前記映像処理部は、前記入力映像信号から映像の平坦度を示す低周波ゲインを求める低周波検出部を備え、
前記補正量算出部は、前記低周波ゲインに応じて、前記平滑化された目標表示映像信号から求めた補正ゲインと平滑化しない目標表示映像信号から求めた補正ゲインの適用比率を調整することを特徴とする映像表示装置。
【請求項３】
請求項２に記載の映像表示装置において、
前記補正量算出部は、前記低周波ゲインにより映像の平坦度が大きいとされた場合、前記平滑化された目標表示映像信号から求めた補正ゲインを適用し、前記低周波ゲインにより映像の平坦度が小さいとされた場合、前記平滑化しない目標表示映像信号から求めた補正ゲインを適用することを特徴とする映像表示装置。
【請求項４】
請求項１に記載の映像表示装置において、
前記補正量算出部は前記平滑化フィルタとして、平均値フィルタ、ローパスフィルタ、ガウシアンフィルタのいずれかを用いることを特徴とする映像表示装置。
【請求項５】
請求項２に記載の映像表示装置において、
前記低周波検出部は前記低周波ゲインを求めるために、入力映像信号を周波数変換して検出した低周波領域の大きさ、または入力映像信号をフィルタ処理して検出したエッジの大きさを用いることを特徴とする映像表示装置。
【請求項６】
請求項１に記載の映像表示装置において、
前記映像表示部は、前記映像表示素子として液晶パネルを用いるとともに、前記バックライトは、複数のエリアに分割された表示画面に対応し各エリアごとに輝度を調整するものであることを特徴とする映像表示装置。
【請求項７】
映像信号を処理してディスプレイ装置に供給する映像処理装置において、
前記ディスプレイ装置は、映像信号により画素ごとに透過率を調整する映像表示素子と該映像表示素子を背面から照明するバックライトを有し、調光値によって該バックライトの輝度を調整するものであって、
前記映像処理装置は、
入力映像信号より前記バックライトに対する調光値を算出する調光値算出部と、
前記入力映像信号を前記調光値に応じて補正するための補正ゲインを算出する補正量算出部と、
前記入力映像信号に前記補正ゲインを乗算して映像信号を補正し、前記映像表示部に供給する映像補正部とを備え、
前記補正量算出部は、前記入力映像信号と前記調光値から表示目標となる目標表示映像信号を設定し、該目標表示映像信号を平滑化し、該平滑化された目標表示映像信号と前記調光値から前記補正ゲインを算出することを特徴とする映像処理装置。
【請求項８】
映像表示素子とバックライトを有するディスプレイ装置にて映像信号を表示する映像表示方法において、
入力映像信号より前記バックライトに対する調光値を算出するステップと、
前記入力映像信号を前記調光値に応じて補正するための補正ゲインを算出するステップと、
前記入力映像信号に前記補正ゲインを乗算して映像信号を補正するステップと、
前記ディスプレイ装置に前記調光値と前記補正した映像信号を供給するステップとを備え、
前記補正ゲインを算出するステップは、前記入力映像信号と前記調光値から目標表示映像を設定するステップと、該目標表示映像を平滑化フィルタにより平滑化するステップと、平滑化された目標表示映像と前記調光値から前記補正ゲインを算出するステップとを有することを特徴とする映像表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明用のバックライトの輝度を調整し映像を表示する映像表示装置と映像表示方法及び映像信号を補正する映像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイは、テレビジョンやパーソナルコンピュータを始め多くの映像機器等のモニタとして使用されている。液晶ディスプレイでは照明用のバックライトを備えるが、バックライト光源の消費電力低減を図るため、映像の陰影の分布と同期させて局所的に調光を行なうローカルディミング（Local Dimming）方式が提案され、製品化もなされている。ローカルディミング方式におけるバックライトの調光は、画面を所定数の区画（エリア）に分割しエリア単位で行われる。
【０００３】
例えば特許文献１には、ローカルディミング方式におけるバックライトの照明輝度分布を考慮して画像信号を補正する方法について記載される。これによりコントラスト比が高くムラの少ない画像品質が得られることが述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２５８４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
液晶ディスプレイの画面に表示される映像の輝度は、例えば白色光源のバックライトとＲＧＢ３原色の液晶で構成されるディスプレイの場合、バックライトの輝度値（単位：ｃｄ／ｍ２）と、映像信号のＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの値（以下、ＲＧＢ値と呼ぶ）に応じて制御される液晶の透過率との乗算値で決定される。
【０００６】
ローカルディミングの特徴として、バックライトの輝度値を調光できるため、輝度値を固定したバックライトの場合よりも出力映像のコントラスト比が高く、また、調光された各輝度値において映像信号の階調を設定できるため、出力映像の階調も増加する。バックライトの調光は、画面を分割してエリア単位で行われるので、出力映像の階調もエリア単位で設定することができる。
【０００７】
しかし従来技術では、エリア間のバックライト輝度差に基づく映像信号の補正は、１画素の映像信号のＲＧＢ値とエリア単位のバックライト輝度値との乗算のみで算出されるため、表現できる階調を有効に使用できていない。例えば、従来技術によるグラデーション映像の補正は、エリア間のバックライト輝度差の補間により１画素単位で乗算されるために、出力映像に小さな階調段差が生じ、階調の斑模様が残る。映像の階調数を増やしても、この階調段差の階調幅が増えるだけで段差が減ることはない。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決し、バックライトの調光により表現できる出力映像の階調を有効に使用し、出力映像に生じる小さな階調段差を解消することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の映像表示装置は、映像表示部と映像処理部を有し、前記映像表示部は、映像信号により画素ごとに透過率を調整する映像表示素子と該映像表示素子を背面から照明するバックライトを有し、調光値によって該バックライトの輝度を調整するものであって、前記映像処理部は、入力映像信号より前記バックライトに対する調光値を算出する調光値算出部と、前記入力映像信号を前記調光値に応じて補正するための補正ゲインを算出する補正量算出部と、前記入力映像信号に前記補正ゲインを乗算して映像信号を補正し、前記映像表示部に供給する映像補正部とを備える。前記補正量算出部は、前記入力映像信号と前記調光値から目標表示映像を設定し、該目標表示映像を平滑化フィルタにより平滑化し、平滑化された目標表示映像と前記調光値から前記補正ゲインを算出する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、出力映像に生じる小さな階調段差を解消し、出力映像の階調感を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】本発明による映像表示装置の一実施例を示す構成図（実施例１）。
【図１Ｂ】図１Ａの構成において、メモリ２３を設けた場合を示す図。
【図２】液晶ディスプレイ２２のパネル構成を示す概略図。
【図３Ａ】ローカルディミングを行なう液晶ディスプレイ２２の例を示す図。
【図３Ｂ】１個のＬＥＤ光源を点灯したときの輝度分布の例を示す図。
【図４Ａ】ディスプレイのガンマ特性の入出力特性を示す図。
【図４Ｂ】ガンマ補正の入出力特性を示す図。
【図５】バックライトの調光階調と入力映像階調の関係を示す図。
【図６Ａ】全面白色映像を入力した場合の入力映像階調を示す図。
【図６Ｂ】全面白色映像を入力した場合のバックライトの輝度分布を示す図。
【図７Ａ】グラデーション映像を入力した場合の入力映像階調を示す図。
【図７Ｂ】グラデーション映像を入力した場合のバックライトの輝度分布を示す図。
【図８】周波数変換による低周波領域の検出方法を説明する図。
【図９】平均値フィルタによる平滑化処理を説明する図。
【図１０Ａ】グラデーション映像入力時の入力映像階調を示す図。
【図１０Ｂ】グラデーション映像入力時のバックライト輝度値を示す図。
【図１０Ｃ】グラデーション映像入力時の表示映像階調を示す図（ゲイン補正なし）。
【図１１Ａ】グラデーション映像入力時の目標表示映像階調を示す図（平滑化なし）。
【図１１Ｂ】グラデーション映像入力時の補正ゲインを示す図（平滑化なし）。
【図１１Ｃ】グラデーション映像入力時の補正映像階調を示す図（平滑化なし）。
【図１２Ａ】グラデーション映像入力時の目標表示映像階調を示す図（平滑化あり）。
【図１２Ｂ】グラデーション映像入力時の補正ゲインを示す図（平滑化あり）。
【図１２Ｃ】グラデーション映像入力時の補正映像階調を示す図（平滑化あり）。
【図１３Ａ】階調段差の発生に関連し入力映像階調を示す図。
【図１３Ｂ】階調段差の発生に関連し補正ゲインを示す図（平滑化なし）。
【図１３Ｃ】階調段差の発生に関連し補正映像階調を示す図（平滑化なし）。
【図１４Ａ】階調段差の低減に関連し入力映像階調を示す図。
【図１４Ｂ】階調段差の低減に関連し補正ゲインを示す図（平滑化あり）。
【図１４Ｃ】階調段差の低減に関連し補正映像階調を示す図（平滑化あり）。
【図１５】本実施例の効果を映像表示画面で説明する図。
【図１６】本発明による映像処理装置の一実施例を示す構成図（実施例２）。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明するが、本発明は必ずしもこれらの実施形態に限定されるものではない。なお、実施形態を説明する各図面において、同一の部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【実施例１】
【００１３】
図１Ａは、本発明による映像表示装置の一実施例を示す構成図である。映像表示装置１００は、映像処理部１０１と映像表示部１０２を備え、映像処理部１０１には、入力信号処理部１１、調光値算出部１３、補正ゲイン算出部１５、低周波検出部１７、映像補正部１９を有し、映像表示部１０２には、タイミング制御部２１と液晶ディスプレイ２２を有する。液晶ディスプレイ２２は映像表示素子である液晶パネルとローカルディミングを行うバックライトを含む。映像処理部１０１は映像表示部１０２に対し、入力映像信号１０に応じてバックライト輝度を制御する調光値１４を送る。また、調光値１４に応じて入力映像信号１０に対する補正ゲイン１６を決定し、補正した補正映像信号２０を供給する。映像表示部１０２の液晶ディスプレイ２２は、調光値１４によりバックライトの輝度を設定し、補正映像信号２０により液晶パネルを駆動し、映像を表示する。
【００１４】
図２は、液晶ディスプレイ２２のパネル構成を示す概略図である。１は液晶パネル、２は拡散シート、３はバックライトである。バックライト３からの照明光は拡散シート２で広がり液晶パネル１を背面から照射し、液晶パネル１の透過率を変えることで照明光の透過量を調整して映像を表示する。なお、液晶パネル１には３原色カラーフィルタ層を設けて、これによりカラー映像を表示する。液晶パネル１の透過率は補正映像信号２０により制御され、バックライト３の明るさ（輝度）は調光値１４により制御される。
【００１５】
図３Ａは、ローカルディミングを行なう液晶ディスプレイ２２の例を示す。ここには、直下方式のバックライト構造で、画面を４×４のエリアに分割した場合を示す。各エリア４には光源として１個の発光ダイオード（ＬＥＤ）５を配設している。図３Ｂは、１個のＬＥＤ光源５を点灯したときの輝度分布の例を示す。エリア境界では輝度が徐々に低下し、隣接エリアに照明光が漏れ出す分布となっている。
【００１６】
液晶ディスプレイ２２の各エリアにおいて、入力する映像信号のＲＧＢ値をＸとし、液晶パネル１の透過率をαとし、バックライト３による輝度値をＢＬとすると、表示される映像の輝度（ＲＧＢ値）ｆ（Ｘ）は〔数式１〕となる。
【００１７】
【数１】
2013015630.tif 000003
【００１８】
このように、液晶ディスプレイ２２は液晶パネル１の透過率αによって階調表現を行うものであり、表示映像の輝度値ｆ（Ｘ）は、透過率αとバックライト３の輝度値ＢＬの乗算で決まる。なお、入力映像信号のＲＧＢ値Ｘと透過率αとの関係は、表示映像の輝度特性がブラウン管を用いたディスプレイ（ＣＲＴ）と同様になるように補正を行う。
【００１９】
以下、映像処理装置１０１の各部の動作を詳細に説明する。
入力信号処理部１１では、入力映像信号１０の形式を映像表示部１０２に対応した形式の信号に変換し、例えばＲＧＢ３原色の液晶パネルであればＲＧＢへの変換処理を行う。また入力映像信号１０はガンマ補正されているため、ガンマ特性に適用する処理（以下、逆ガンマ補正と呼ぶ）を行い、逆ガンマ補正映像信号１２を出力する。
【００２０】
図４Ａと図４Ｂは、ガンマ特性とガンマ補正を説明する図である。この図を用いて液晶ディスプレイの調整方法を説明する。ＣＲＴの持つ入出力特性は、入力値である入力映像のＲＧＢ値と出力値である表示映像の輝度値との関係は、比例関係ではなく入力値のべき乗で近似され、この特性をガンマ特性と呼ぶ。ここで、入力値Ｘとし入力値に対する指数をγ（ガンマ）とすると、出力値Ｇ（Ｘ）は〔数式２〕のように表される。一般に、γは１．８または２．２で設定されることが多い。
【００２１】
【数２】
2013015630.tif 000004
【００２２】
図４Ａは、γが２．２の場合のガンマ特性を示し、横軸は入力する映像階調、縦軸は出力する表示映像階調である。入力値の映像階調の小さい領域すなわち暗い領域では、出力階調が潰れてしまう。この階調潰れの問題を解消するためにガンマ補正を行う。ガンマ補正は入力値Ｘに対し、〔数式２〕の逆関数を用いて補正し、その出力値ｇ（Ｘ）は〔数式３〕となる。
【００２３】
【数３】
2013015630.tif 000005
【００２４】
図４Ｂは、γが２．２の場合のガンマ補正を示す。ガンマ特性を持つディスプレイにガンマ補正をした映像信号を入力すると、出力値はＧ（ｇ（Ｘ））＝Ｘとなり、入力値と出力値が比例関係となるため階調潰れが解消される。
【００２５】
以上のように、入力データについてＣＲＴとの整合性を保つために、液晶ディスプレイ２２はガンマ特性を持つように設計されている。ガンマ補正は、入力映像階調の値と表示映像の輝度値とを比例関係にし、入力階調が階調潰れなく表示するための補正である。なお、以下の説明ではガンマ特性を持つディスプレイに対し常にガンマ補正が行われていると考え、液晶ディスプレイでの入出力特性は、γ＝１、すなわち入力映像階調の値と液晶パネルの輝度値とは比例関係が成り立つとして説明を行う。
【００２６】
調光値算出部１３は、逆ガンマ補正映像信号１２を入力し、バックライト（ＬＥＤ光源）の各エリアの輝度を設定する調光値１４を出力する。ここでバックライトの調光は、例えば入力映像信号の階調を調光の階調数で均等に分割し、調光の１階調エリア内の入力映像信号の最大値により調光階調の値（調光値）を選択する。
【００２７】
図５は、バックライトの調光階調と入力映像階調の関係を示す。横軸はバックライトの調光階調で１６階調とし、縦軸は表示映像の輝度値で１６階調とした場合である。図中の上側の点線で表した直線は、バックライトの各調光階調において、入力映像の最大値を与えた場合の輝度（白輝度レベル）で、下側の点線で表した直線は、入力映像の最小値を与えた場合の輝度（黒輝度レベル）を示す。点線間の実線直線群は、それぞれの調光階調において、映像信号が１６階調ずつ割り当てられることを示す。また、エリア調光値の選定は、エリア内の入力映像の最大値が、例えば、表示映像の輝度値の約９４％（全体の１５／１６）以上に存在する調光値を選べばよい。このようにして、最大輝度エリアを設定した後に順次隣接エリアの輝度を求めていく。
【００２８】
なお、調光値算出部１３は、ルックアップテーブルを用いて調光値を求めることができる。この場合は、画面全体のエリアに渡り調整するため、調光値算出部１３で算出される調光値１４は、映像補正部１９で算出される補正映像信号２０に比べ１フレーム分遅延する。この１フレーム遅延を解消するため、図１Ｂに示すようにメモリ２３を設け、調光値算出部１３以外の逆ガンマ補正映像信号１２の入力を１フレーム分遅延させ、タイミングを合わせた後に各処理部へ入力すればよい。
【００２９】
図６Ａと図６Ｂは、全面白色の映像を入力した場合の入力映像階調（図６Ａ）とバックライトの輝度（図６Ｂ）を示す図である。図中の横軸は図３Ａにおけるディスプレイを横断する水平位置であり、エリアに分割して示している。図６Ｂの台形型の点線は、図３Ｂにて示した輝度分布を持つＬＥＤ光源が４個並んでいることを示す。また、全面白色のため４個とも同じ輝度ピークで発光しており、これらを重ね合わせた加算値は実線で示す一定の輝度レベルとなる。
【００３０】
図７Ａと図７Ｂは、グラデーション映像を入力した場合の入力映像階調（図７Ａ）とバックライトの輝度値（図７Ｂ）の分布を示す図である。図７Ａには、映像階調が水平方向に緩やかに変化するグラデーション映像を示している。この場合のバックライト輝度値は、前記図５を用いて各エリアの入力映像の最大値から求める。図７Ｂの点線は各エリアの輝度値を示し、４個のＬＥＤ光源が異なる輝度値で発光し、これらを重ね合わせた加算値は実線で示すように折れ線状の輝度分布を示している。
【００３１】
次に、本実施例の特徴である低周波検出部１７と補正ゲイン算出部１５について説明する。
低周波検出部１７は、逆ガンマ補正映像信号１２を入力して平坦な低周波映像領域を検出し、注目画素に対して映像の平坦度を示すゲイン値（以下、低周波ゲインと呼ぶ）１８を算出して出力する。低周波ゲインの算出方法は、例えばＦＦＴ（First Fourier Transform）やＤＣＴ（Discrete Cosine Transform）等の周波数変換を利用して平坦な低周波映像を検出し、低周波領域のスペクトラムに応じて低周波ゲイン１８を算出する。
【００３２】
図８は、周波数変換による低周波領域の検出方法を説明する図である。図中の映像空間（ｘ，ｙ）は注目画素を中央に含む８×８画素範囲を示し、周波数変換により８×８の周波数空間（ｕ，ｖ）に変換する。また、図中の閾値ＦＴＨにより、低周波側の周波数領域（領域ａ）と高周波側の周波数領域（領域ｂ）に分割する。すなわち、低周波領域ａに属する周波数空間（ｕ，ｖ）は、閾値ＦＴＨにより〔数式４〕で表される。
【００３３】
【数４】
2013015630.tif 000006
【００３４】
次に低周波ゲインの算出方法を説明する。周波数（ｕ，ｖ）におけるスペクトルをｓ（ｕ，ｖ）とし、閾値ＦＴＨ内の絶対値スペクトルの合計をＳとすると、合計スペクトルＳを〔数式５〕から求める。
【００３５】
【数５】
2013015630.tif 000007
【００３６】
絶対値スペクトルの合計Ｓは映像の平坦度の大きさを示しており、Ｓの値を０〜１の値で規格化して低周波ゲインＧａｉｎfreqとする。得られたＳ値に対して、低周波領域として判定する閾値をＳ０、後述する平滑化処理を適用する限界値をＳ１とすると、低周波ゲインＧａｉｎfreqを〔数式６〕から求める。
【００３７】
【数６】
2013015630.tif 000008
【００３８】
その他の低周波ゲインの算出方法として、ＤｏＧ（Difference of Gaussian）フィルタを用いてエッジを算出し、エッジの大きさに応じてゲインを決めることもできる。例えばＮ×Ｎ（Ｎは正数）画素範囲におけるＤｏＧフィルタは、分散値をσとし、スケール因子をｋとし、映像座標（ｘ，ｙ）の映像信号（ここでは逆ガンマ補正映像信号）をＸ（ｘ，ｙ）とすると、〔数式７〕で表わされる。
【００３９】
【数７】
2013015630.tif 000009
【００４０】
また、エッジ検出は、単純にＸ（ｘ，ｙ）に隣接する画素差に対する絶対値の合計値を用いてもよい。エッジ算出結果をエッジとしてＥで表し、低周波領域として判定するエッジ閾値をＥ０、後述する平滑化処理を適用する限界値をＥ１とすると、低周波ゲインＧａｉｎfreqを〔数式８〕から求める。
【００４１】
【数８】
2013015630.tif 000010
【００４２】
補正ゲイン算出部１５は、逆ガンマ補正映像信号１２、調光値１４、および低周波ゲイン１８を入力し、映像補正部１９に対して補正ゲイン信号１６を出力する。まず、逆ガンマ補正映像信号１２と調光値１４により、理論的な表示目標である表示映像階調（以下、目標表示映像階調と呼ぶ）を作成する。次に、目標表示映像階調に対して本実施例の特徴である平滑化処理を施す。そして、平滑化処理された目標表示映像階調から補正ゲインを求めるとともに、低周波ゲイン１８の大きさに応じてこれを適用する。入力映像のＲＧＢ値をＸとし、固定バックライト値をＢＬ０とすると、目標表示映像階調ｆ（Ｘ）は、〔数式９〕で表わされる。
【００４３】
【数９】
2013015630.tif 000011
【００４４】
次に、目標表示映像階調ｆ（Ｘ）の平滑化処理では、例えば、注目画素を中心に含むＮ×Ｎ（Ｎは正数）画素範囲で平滑化フィルタｆｉｌｔｅｒ（ｘ，ｙ）を用いる。ここで平滑化フィルタとして、〔数式１０〕で表わされる平均値フィルタを用いることができる。また図９は、平均値フィルタによる平滑化処理を説明する図で、ここでは、周囲７×７画素の範囲で平均化する処理を示す。
【００４５】
【数１０】
2013015630.tif 000012
【００４６】
映像座標（ｘ，ｙ）の映像信号をＸ（ｘ，ｙ）、目標表示映像階調をｆ（Ｘ）とすると、平滑化処理後の目標表示映像階調ｆflt（Ｘ（ｘ、ｙ））は〔数式１１〕で表わされる。なお、添え字fltは平滑化フィルタ適用後の値であることを示す。
【００４７】
【数１１】
2013015630.tif 000013
【００４８】
その他の平滑化フィルタとして、〔数式７〕中のガウシアンフィルタＧａｕｓｓや加重平均フィルタを用いることもできる。
【００４９】
また、平滑化処理として、周波数変換を利用したＬＰＦ（ローパスフィルタ）を用いてもよい。この時のＬＰＦは、図８の領域ａのみ通過させるようなフィルタである。領域ａのみ通過させるフィルタをｆｉｌｔｅｒＬＰＦとし、ＤＣＴと逆ＤＣＴ（ＤＣＴ−１）を用いると〔数式１２〕のようになる。
【００５０】
【数１２】
2013015630.tif 000014
【００５１】
次に、平滑化処理後の目標表示映像階調ｆflt（Ｘ（ｘ、ｙ））とバックライトの調光輝度値ＢＬ（Ｘ（ｘ、ｙ））から、平滑化時の補正ゲインＧａｉｎBLfltを〔数式１３〕により算出する。ここの添え字fltも、平滑化フィルタ適用後の値であることを示す。
【００５２】
【数１３】
2013015630.tif 000015
【００５３】
さらに、映像補正部１９に出力する補正ゲイン信号１６は、低周波ゲイン１８に応じて平滑化時の補正ゲインＧａｉｎBLfltと平滑化なしの補正ゲインＧａｉｎＢＬとを使い分けて適用する。すなわち、低周波ゲインＧａｉｎfreqが１に近い場合（映像の平坦度が大きい場合）には平滑化時の補正ゲインＧａｉｎBLfltを適用し、低周波ゲインＧａｉｎfreqが０に近い場合（映像の平坦度が小さい場合）には平滑化なしの補正ゲインＧａｉｎＢＬを適用する。これを式で表わすと、低周波ゲインＧａｉｎfreqに対し、最終的に出力する補正ゲイン信号Ｇａｉｎは〔数式１４〕のように決定する。
【００５４】
【数１４】
2013015630.tif 000016
【００５５】
映像補正部１９は、補正ゲイン算出部１５から補正ゲイン信号１６を入力し、逆ガンマ補正映像信号Ｘと補正ゲイン信号Ｇａｉｎとの乗算にて補正映像階調Ｆ（Ｘ）を作成する。そして、補正映像階調Ｆ（Ｘ）を補正映像信号２０として映像表示部１０２へ出力する。
【００５６】
映像表示部１０２のタイミング制御部２１は、入力した補正映像信号２０と水平・垂直同期信号に基づいて表示制御信号を生成し、液晶ディスプレイ２２に対して映像表示信号と走査信号を送出する。液晶ディスプレイ２２では、表示信号と走査信号を受けて、対応する画素領域の液晶パネルに映像階調に対応した電圧を印加し、透過率を制御することで映像を表示する。
【００５７】
次に、ローカルディミング方式における階調段差の発生と本実施例による階調段差の低減機能について説明する。図１０から図１４は、図７Ａに示すグラデーション映像が入力した場合に、エリア１とエリア２の境界付近における入力映像階調とこれに対するバックライト輝度値、補正ゲイン、表示映像階調などを示している。
【００５８】
図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃは、入力映像信号に対してゲイン補正を行わない場合であって、入力映像階調（図１０Ａ）と、バックライト輝度値（図１０Ｂ）と表示映像階調（図１０Ｃ）を拡大して示したものである。表示映像階調は、入力映像階調とバックライトの輝度値との乗算となるが、エリア１とエリア２のバックライトの輝度値（調光輝度値）に差があるため、境界付近で大きな階調段差ができる。これは、エリア毎に調光を行うためにできた階調段差であり、この階調段差を除くために、次に述べるように入力映像信号にゲイン補正を施して補正映像階調を作成する。
【００５９】
図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃは、入力映像信号に対してゲイン補正を行う場合（ただし平滑化処理なし）であって、目標表示映像階調（図１１Ａ）と、補正ゲイン（図１１Ｂ）と補正映像階調（図１１Ｃ）を示す。図１０Ａの入力映像階調に対し、図１１Ｂの補正ゲインを乗算して図１１Ｃの補正映像階調を生成する。これに図１０Ｂのバックライト輝度値を適用することで、実際に表示される表示映像階調が得られる。
【００６０】
補正ゲインは、目標となる表示映像階調（目標表示映像階調）を設定し、該目標表示映像階調をバックライトの輝度値と入力映像階調で除算することで求まる。図１１Ａは目標表示映像階調を示し、入力映像階調を固定輝度値のバックライトで表示した場合から設定したものである。図１１Ｂはこれに対する補正ゲインを示し、結果的にはバックライトの固定の輝度値と調光された輝度値との比（バックライト比）として求まる。図１１Ｃの補正映像階調に図１０Ｂのバックライト輝度値を適用すれば、図１１Ａと同様の表示映像階調が得られる。
【００６１】
これらの関係を演算式で示すと次のようになる。入力映像のＲＧＢ値をＸとし、目標表示映像階調をｆ（Ｘ）、固定バックライト値をＢＬ０、バックライトの調光輝度値をＢＬ（Ｘ）とすると、補正ゲインＧａｉｎＢＬと補正映像階調Ｆ（Ｘ）は〔数式１５〕のようになる。
【００６２】
【数１５】
2013015630.tif 000017
【００６３】
また、目標表示映像階調を算出する方法は、例えば図５の黒輝度と白輝度間の映像信号階調特性において、エリア１の調光値における黒輝度値からエリア２の調光値における白輝度値までを表示映像階調として扱い、入力映像階調をこの表示映像の輝度値にマッピングすることで求まる。しかし、調光階調の分割の仕方によっては、エリア１とエリア２との調光階調差が大きい場合に、入力映像階調をマッピングできない領域ができるため、エリア１とエリア２の輝度値を正しく補間できない。
【００６４】
この課題を解決するため、図５を用いた前記エリア内の入力映像の最大値を用いた調光値算出方法に、以下の条件を加えればよい。その条件は、全エリアすなわち画面全体で入力映像の最大値を持つエリアに対し、前記調光値算出方法にて選択する。該エリアを仮に最大輝度エリアと呼ぶ。次に、最大輝度エリアに隣接するエリアの調光値を求める。隣接エリアの調光階調は、最大輝度エリアの調光値における約６％（１／１６）の輝度値以上で、隣接エリア内の入力映像の最大値における輝度が最小となる調光階調を選択すればよい。
【００６５】
入力映像のＲＧＢ値をＸとし、バックライトの調光輝度値をＢＬ（Ｘ）とし、表示映像階調ｆ（Ｘ）は入力映像階調がルックアップテーブルＴｂｌを用いてマッピングされたとしてＴｂｌ（Ｘ）とすると、補正ゲインＧａｉｎＢＬと補正値Ｆ（Ｘ）は〔数式１６〕のようになる。
【００６６】
【数１６】
2013015630.tif 000018
【００６７】
本実施例では補正ゲインの算出方法を２通り示したが、本例限らない。バックライトの調光輝度値と目標表示映像階調を作成できれば、他方式でもよい。
【００６８】
前記図１１Ａ〜１１Ｃによる補正映像階調の作成方法では、図１１Ｃに示すようにエリア１に小さな階調段差が見られる。この階調段差はエリア間のバックライトの輝度差に比例して大きくなる。以下に、階調段差が生じる理由を説明する。
【００６９】
図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃは、入力映像階調に補正ゲインが適用された場合（平滑化処理なし）の階調段差の課題を説明する図である。横軸は、エリア１の中央部分の水平位置である。また、このエリア内において、バックライト輝度分布は図１０Ｂのように平坦であるとする。図１３Ａは入力映像階調を示し、水平位置とともに緩やかに変化するグラデーション映像であり、例えばエリア内で３画素進む毎に映像階調が１階調上がる勾配となっている。これに対しローカルディミングにより、図１３Ｂに示すような補正ゲイン（Ｇａｉｎ＝３）が適用されたとする。その結果補正映像階調は、図１３Ｃのように変化し、３画素進む毎に３階調上がる階段状となる。このエリア内におけるバックライトの輝度は一定なため、表示されるグラデーション映像には階調段差が残ったままとなる。
【００７０】
この階調段差は、仮に表示階調数を増やしても、図１３Ｃで示すように階調段差の階調数が増すだけで段差が減ることはない。例えば、図１３Ａの階調数を２倍にしたとすると、図１３Ｃの３階調の段差が６階調の段差となるだけである。
【００７１】
これに対し図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃは、本実施例の平滑化処理（例えば、図９の平均値フィルタ）を施した場合を示す図であって、目標表示映像階調（図１２Ａ）と、補正ゲイン（図１２Ｂ）と補正映像階調（図１２Ｃ）を示す。図１２Ａは、目標表示映像階調に対して平滑化処理を施したもので、前記図１１Ａの平滑化処理を行わない場合と比較して映像階調の変化が滑らかになっている。次に図１２Ｂの補正ゲインは、図１２Ａの目標表示映像階調（平滑化処理あり）をバックライトの輝度値と入力映像階調で除算することで、画素単位で補正ゲインが細かに変化するようになる。図１０Ａの入力映像階調に対し図１２Ｂの補正ゲインを乗算すると、図１２Ｃの滑らかな補正映像階調が得られる。図１２Ｃの補正映像階調では、図１１Ｃで見られた階調段差は解消されている。
【００７２】
図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃは、平滑化処理による効果を説明する図である。図１４Ａは入力映像階調を示し前記図１３Ａと同様である。これに対する目標表示映像階調に平滑化処理を施すことで、図１２Ａのように滑らかな勾配とする。図１４Ｂは補正ゲインを拡大して示したもので、エリア内で一定ではなく、画素ごとに異なる値を持つようになる。その結果補正映像階調は、図１４Ｃのように１画素進む毎に１階調上がる階段状となる。すなわち前記１３Ｃと比較して、階調段差の変化幅を３階調から最小幅の１階調に低減することができる。
【００７３】
なお、図１４Ａにおいて入力映像に対し平滑化処理を施しても、階調段差が１階調であるため効果はない。入力映像階調は、ディザ処理等を施すと入力映像自体の階調感は上がるが、補正ゲイン乗算後は３倍の階調段差となるため、ノイズとして視覚されることになる。
【００７４】
本実施例の技術は、調光されたバックライトと、補正映像信号によって設定された透過率の液晶パネルを組み合わせて表示される映像を想定し、目標表示映像階調を作成する。そして視覚対象である目標表示映像階調に対し平滑化処理を行うため、図１２Ｃまたは図１４Ｃのように階調段差のない滑らかな信号を作成することができる。
【００７５】
図１５は、本実施例の効果を映像表示画面で説明する図である。例えば表示画面として、夕空を背景に草原や木立を写した映像を想定する。バックライトの輝度はほぼ夕空の明るさのグラデーションに沿って調光される。この時、従来技術によるグラデーション表示では、図１１Ｃで述べたように小さな階調段差ができ、拡大映像では斑模様となって表示されてしまう。これに対し本実施例の平滑化処理を導入することで、図１２Ｃで述べたようにグラデーション部分の階調段差が滑らかになり、拡大映像で生じた斑模様は見られなくなる。
【００７６】
また本実施例では、入力映像を周波数変換し、低周波領域の映像に対して平滑化処理を適用するようにしている。図１５の周波数領域可視化映像において、白い領域（夕空の背景映像）は低周波領域、黒い領域（草原や木立の映像や夕日の輪郭）は高周波領域と判定される。低周波領域の程度は、前記〔数式６〕や〔数式８〕の低周波ゲインとして表わしている。そして、前記〔数式１４〕で示したように、低周波領域の程度（低周波ゲイン）に応じて平滑化処理を適用し、高周波領域では平滑化処理による補正を行わないように制御する。これにより高周波領域に含まれる輪郭などのシャープな映像を保持した状態で、低周波領域から高周波領域に渡り滑らかに補正することができる。
【００７７】
本実施例では、映像表示部の液晶ディスプレイに用いるバックライトは、画面を複数のエリアに分割してエリアごとに輝度を調整するローカルディミング方式を採用するものとした。しかしながら本実施例による階調段差の低減効果は、画面全体の輝度を一斉に調整するグローバルディミング方式においても有効である。すなわち、画面全体が暗い映像でバックライト輝度を下げる場合、グラデーション部分の階調段差を滑らかにする効果がある。
【実施例２】
【００７８】
実施例１では、映像処理部と映像表示部（ディスプレイ）を備える映像表示装置について説明した。実施例２では、映像表示部（ディスプレイ）を外部装置として接続する映像処理装置について説明する。
【００７９】
図１６は、本発明による映像処理装置１０３の一実施例を示し、外部にディスプレイ装置１０４を接続したシステムとして示す。ここでディスプレイ装置１０４は液晶ディスプレイ２２を搭載し、実施例１で説明した通り、ＣＲＴと入力データの整合性を保つためにガンマ特性を持つように調整されているものとする。よってディスプレイ装置１０４には、ガンマ補正された信号が入力される必要がある。
【００８０】
映像処理装置１０３は、入力信号処理部１１、調光値算出部１３、補正ゲイン算出部１５、低周波検出部１７、映像補正部１９の他に、出力信号処理部２４を追加して構成される。映像処理装置１０３では、実施例１と同様の方法にて調光値１４と補正映像信号２０を生成する。さらに出力信号処理部２４は、補正映像信号２０に対してガンマ補正を行い、ディスプレイ装置１０４に対してガンマ補正映像信号２５を出力する。
【００８１】
ディスプレイ装置１０４には、調光値１４とガンマ補正映像信号２５が入力される。入力信号処理部２６は、ガンマ補正映像信号２５を逆ガンマ補正し、逆ガンマ補正映像信号２７をタイミング制御部２１を介して液晶ディスプレイ２２に供給する。また調光値１４は、液晶ディスプレイ２２のバックライトに供給される。
【００８２】
以上より本実施例の映像処理装置１０３は、ガンマ特性を持つディスプレイ装置１０４との整合性を維持することができる。
【００８３】
以上の各実施例では液晶ディスプレイを用いる場合を説明したが、映像表示素子は液晶パネル以外でも良く、照明用のバックライトを調光する方式に対応したディスプレイであれば良い。また、バックライトの光源はＬＥＤ以外でも良く、その構造は導光板を用いるサイドライト方式でも良い。
【符号の説明】
【００８４】
１…液晶パネル、
２…拡散シート、
３…バックライト、
４…エリア、
５…ＬＥＤ光源、
１０…入力映像信号、
１１…入力信号処理部、
１２…逆ガンマ補正映像信号、
１３…調光値算出部、
１４…調光値、
１５…補正ゲイン算出部、
１６…補正ゲイン、
１７…低周波検出部、
１８…低周波ゲイン、
１９…映像補正部、
２０…補正映像信号、
２１…タイミング制御部、
２２…液晶ディスプレイ、
２３…メモリ、
２４…出力信号処理部、
２５…ガンマ補正映像信号、
２６…入力信号処理部、
２７…逆ガンマ補正映像信号、
１００…映像表示装置、
１０１…映像処理部、
１０２…映像表示部、
１０３…映像処理装置、
１０４…ディスプレイ装置。
【図１Ａ】
2013015630.tif 000019
【図１Ｂ】
2013015630.tif 000020
【図２】
2013015630.tif 000021
【図３Ａ】
2013015630.tif 000022
【図３Ｂ】
2013015630.tif 000023
【図４Ａ】
2013015630.tif 000024
【図４Ｂ】
2013015630.tif 000025
【図５】
2013015630.tif 000026
【図６Ａ】
2013015630.tif 000027
【図６Ｂ】
2013015630.tif 000028
【図７Ａ】
2013015630.tif 000029
【図７Ｂ】
2013015630.tif 000030
【図８】
2013015630.tif 000031
【図９】
2013015630.tif 000032
【図１０Ａ】
2013015630.tif 000033
【図１０Ｂ】
2013015630.tif 000034
【図１０Ｃ】
2013015630.tif 000035
【図１１Ａ】
2013015630.tif 000036
【図１１Ｂ】
2013015630.tif 000037
【図１１Ｃ】
2013015630.tif 000038
【図１２Ａ】
2013015630.tif 000039
【図１２Ｂ】
2013015630.tif 000040
【図１２Ｃ】
2013015630.tif 000041
【図１３Ａ】
2013015630.tif 000042
【図１３Ｂ】
2013015630.tif 000043
【図１３Ｃ】
2013015630.tif 000044
【図１４Ａ】
2013015630.tif 000045
【図１４Ｂ】
2013015630.tif 000046
【図１４Ｃ】
2013015630.tif 000047
【図１５】
2013015630.tif 000048
【図１６】
2013015630.tif 000049