CN102016699B - 液晶显示装置的控制装置、液晶显示装置、液晶显示装置的控制方法、程序以及记录介质 - Google Patents

液晶显示装置的控制装置、液晶显示装置、液晶显示装置的控制方法、程序以及记录介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具备液晶显示面板和具有在该液晶显示面板的背面配置的多个光源的背光单元的液晶显示装置。将在输入图像数据的周缘部添加空图像而得到的图像数据分割成分别与各LED的配置位置对应的多个块。对于与输入图像数据对应的图像的显示区域即图像显示区域所对应的LED，基于与该LED对应的块所包含的各像素的灰度级值的最大值来确定发光亮度。对于与空图像数据对应的图像的显示区域即非图像显示区域所对应的LED，基于将与该LED对应的块相邻的图像显示区域的块再分割而得到的多个小块中的与该LED所对应的非图像显示区域的块相邻的小块的平均亮度水平来确定发光亮度。根据本发明，在输入图像数据的纵横比不同于液晶显示面板的纵横比的情况下，能够提高图像显示区域与非图像显示区域的边界部的显示质量。

Description

液晶显示装置的控制装置、液晶显示装置、液晶显示装置的控制方法、程序以及记录介质
技术领域
本发明涉及具备背光源的液晶显示装置的控制装置和控制方法。
背景技术
从以往开始，提出有各种技术：在液晶显示面板的显示画面内的多个区域，根据所显示的图像数据来控制与各区域对应的背光源的亮度。
例如，专利文献1公开了如下技术：将图像数据分割成多个视频区域，根据分割而得到的各区域的APL(平均亮度)来控制与该各区域对应的背光源的亮度。
另外，专利文献2公开了如下技术：根据背光源的亮度分布来校正显示用图像数据。
专利文献1：日本国专利公报“专利第3766231号公报(平成12年11月24日公开)”
专利文献2：日本国公开专利公报“特开2005-309338号公报(平成17年11月4日公开)”
发明内容
然而，根据液晶显示装置的用途的不同，有时输入到该液晶显示装置的图像数据中的显示图像的像素数量(点数)的纵横比不同于液晶显示装置的显示画面的像素数量的纵横比。
例如，在显示4K2K级(水平方向4000像素×垂直方向2000像素程度)的高清晰度图像的高清晰显示的情况下，纵横的点数不是作为标准格式(规格)而固定下来的，纵横比根据图像是不同的，在数字影院中采用4096点×2160线的分辨率，在高清晰度电视中采用3840点×2160线的分辨率。另外，在2K1K级(水平方向2000像素×垂直方向1000像素程度)的显示中，一般也采用2048×1080的分辨率、1920×1080的分辨率等。
相比之下，液晶显示装置的显示画面(液晶显示面板)中的纵横的像素数量在制造时就决定了。
因此，在将多种纵横比的图像数据显示在共用的液晶显示装置中的情况下，根据图像数据的不同，图像数据的纵横比不同于液晶显示装置的显示画面的纵横比，因此在显示画面的端部会产生不显示图像的区域(非图像显示区域)。具体地，例如在4096×2160点的液晶显示面板中显示3840×2160点的4K2K图像的情况下，在液晶显示面板上会产生4096-3840＝256点的量的非图像显示区域。
但是，在上述现有的技术中，仅设想了输入图像数据的纵横比与显示画面的纵横比相同的情况，对于在输入图像数据的纵横比不同于显示画面的纵横比的情况下如何控制非图像显示区域的背光源，未作考虑。因此，上述现有的技术在显示画面内的图像显示区域与非图像显示区域的边界部无法恰当地控制背光源的亮度，存在图像的显示质量降低的问题。
例如，在将配置在显示画面背后的多个光源用作背光源的情况下，光源的亮度分布具有扩展性，因此液晶显示面板中的亮度分布是叠加多个光源的亮度分布而得到的。因此，若将非图像显示区域的光源的亮度设为零，则有时在与该非图像显示区域相邻的图像显示区域中的与图像显示区域的边界部附近显示的视频会发生亮度不足而成为不自然的视频。
此外，作为用于消除图像数据的纵横比与液晶显示面板的纵横比不一致的方法之一，从以往开始已知将图像数据在纵方向或者横方向拉伸来变更图像数据的长宽比的方法(例如，一般市场上销售的电视机的全画面显示)。但是，根据该方法，虽然能够消除图像数据的纵横比与液晶显示面板的纵横比的大小不一致，但是会使显示的图像发生变形，因此图像的显示质量的降低不可避免。特别地，在用于显示4K2K级那样的高质量的视频的显示器中，使显示图像变形来进行视听在许多情况下不是优选的。
本发明是鉴于上述问题点而完成的，其目的在于：在具备液晶显示面板和具有在该液晶显示面板的背面配置的多个光源的背光单元的液晶显示装置中，提高图像显示区域与非图像显示区域的边界部的显示质量。
为了解决上述问题，本发明的液晶显示装置的控制装置是控制具备液晶显示面板和具有在上述液晶显示面板的背面侧矩阵状地配置的多个光源的背光单元的液晶显示装置的动作的液晶显示装置的控制装置，具备：液晶控制部，其基于输入图像数据来控制上述液晶显示面板的各像素；和背光源控制部，其基于输入图像数据来控制上述各光源的发光状态；以及图像大小调整部，其在输入图像数据的纵横比不同于上述液晶显示面板的纵横比的情况下，在上述输入图像数据或者对输入图像数据实施了规定处理而得到的图像数据的周缘部添加空图像数据来生成具有与上述液晶显示面板的纵横比对应的纵横比的大小调整图像数据，上述背光源控制部：将上述大小调整图像数据分割成分别与上述各光源的配置位置对应的多个块，对于与上述输入图像数据对应的图像的显示区域即图像显示区域所对应的光源，基于与该光源对应的块所包含的各像素的灰度级值中的最大值来确定发光亮度，对于与上述空图像数据对应的图像的显示区域即非图像显示区域所对应的光源，基于与该光源所对应的块相邻的图像显示区域的块所包含的各像素的平均亮度水平或者将与该光源所对应的块相邻的图像显示区域的块再分割而得到的多个小块中的与该光源所对应的非图像显示区域的块相邻的小块的平均亮度水平来确定发光亮度。
根据上述结构，上述背光源控制部对于与输入图像数据对应的图像的显示区域即图像显示区域所对应的光源，基于与该光源对应的块所包含的各像素的灰度级值中的最大值来确定发光亮度，对于与上述空图像数据对应的图像的显示区域即非图像显示区域所对应的光源，基于与该光源所对应的块相邻的图像显示区域的块所包含的各像素的平均亮度水平或者将与该光源所对应的块相邻的图像显示区域的块再分割而得到的多个小块中的与该光源所对应的非图像显示区域的块相邻的小块的平均亮度水平来确定发光亮度。由此，能够在图像显示区域的与非图像显示区域的相邻部防止来自背光单元的照射光的亮度不足而降低显示质量的情况。
另外，上述背光源控制部也可以是如下结构：对于与非图像显示区域对应的光源中的与该光源所对应的块相邻的图像显示区域的块不存在的光源，基于离与该光源对应的块最近的图像显示区域的块所包含的各像素的平均亮度水平或者将该图像显示区域的块再分割而得到的多个小块中的位于与该光源对应的非图像显示区域侧的一部分的小块的平均亮度水平来确定发光亮度。
根据上述结构，基于最近的图像显示区域的块或者将该图像显示区域的块再分割而得到的小块的平均亮度水平来确定非图像显示区域的光源中的与该光源所对应的块相邻的图像显示区域的块不存在的光源的发光亮度，由此能够在图像显示区域的与非图像显示区域的相邻部防止来自背光单元的照射光的亮度不足而降低显示质量的情况。
另外，上述背光源控制部也可以是如下结构：在远离图像显示区域的方向排列多个非图像显示区域的块的情况下，将与非图像显示区域的块对应的各光源的发光亮度设定成离图像显示区域距离越大而越暗。
光源的配置位置离图像显示区域越远，该光源对上述图像显示区域的显示特性造成的影响越小。因此，通过将与非图像显示区域的块对应的各光源的发光亮度设定成离图像显示区域距离越大而越暗，能够抑制图像显示区域的显示质量，并且降低与非图像显示区域对应的光源的发光亮度，由此能够降低功耗。
另外，也可以是如下结构：具备亮度分布数据生成部，其生成使上述各光源按照由上述背光源控制部确定的发光亮度来发光时的来自各光源的照射光在上述液晶显示面板中的亮度分布数据，上述液晶控制部具备基于上述亮度分布数据来校正上述输入图像数据的校正部，基于由上述校正部校正了的图像数据来控制上述液晶显示面板的各像素。
根据上述结构，亮度分布数据生成部生成使上述各光源按照由上述背光源控制部确定的发光亮度来发光时的来自各光源的照射光在上述液晶显示面板中的亮度分布数据，上述液晶控制部利用上述校正部基于上述亮度分布数据来校正上述输入图像数据，基于校正了的图像数据来控制上述液晶显示面板的各像素。由此，能够恰当地控制用户所视觉识别的显示图像的亮度分布。
另外，上述图像大小调整部也可以是如下结构：添加上述空图像数据，使得与输入图像数据对应的图像显示在上述液晶显示面板的大致中央。
根据上述结构，能够使与输入图像数据对应的图像显示在液晶显示面板的大致中央。
本发明的液晶显示装置具备液晶显示面板、具有在上述液晶显示面板的背面侧矩阵状地配置的多个光源的背光单元以及上述任一种控制装置。
根据上述结构，能够在图像显示区域的与非图像显示区域的相邻部防止来自背光单元的照射光的亮度不足而降低显示质量的情况。
为了解决上述问题，本发明的液晶显示装置的控制方法是具备液晶显示面板和具有在上述液晶显示面板的背面侧矩阵状地配置的多个光源的背光单元的液晶显示装置的控制方法，其特征在于：包括：液晶控制工序，基于输入图像数据来控制上述液晶显示面板的各像素；和背光源控制工序，基于输入图像数据来控制上述各光源的发光状态；以及图像大小调整工序，在输入图像数据的纵横比不同于上述液晶显示面板的纵横比的情况下，在上述输入图像数据或者对输入图像数据实施了规定处理而得到的图像数据的周缘部添加空图像数据来生成具有与上述液晶显示面板的纵横比对应的纵横比的大小调整图像数据，上述背光源控制工序包括：将上述大小调整图像数据分割成分别与上述各光源的配置位置对应的多个块的工序；对于与上述输入图像数据对应的图像的显示区域即图像显示区域所对应的光源，基于与该光源对应的块所包含的各像素的灰度级值中的最大值来确定发光亮度的工序；以及对于与上述空图像数据对应的图像的显示区域即非图像显示区域所对应的光源，基于与该光源所对应的块相邻的图像显示区域的块所包含的各像素的平均亮度水平或者将与该光源所对应的块相邻的图像显示区域的块再分割而得到的多个小块中的与该光源所对应的非图像显示区域的块相邻的各小块的平均亮度水平来确定发光亮度的工序。
上述方法包括：对于与输入图像数据对应的图像的显示区域即图像显示区域所对应的光源，基于与该光源对应的块所包含的各像素的灰度级值中的最大值来确定发光亮度的工序；和对于与上述空图像数据对应的图像的显示区域即非图像显示区域所对应的光源，基于与该光源所对应的块相邻的图像显示区域的块所包含的各像素的平均亮度水平或者将与该光源所对应的块相邻的图像显示区域的块再分割而得到的多个小块中的与该光源所对应的非图像显示区域的块相邻的小块的平均亮度水平来确定发光亮度的工序。由此，能够在图像显示区域的与非图像显示区域的相邻部防止来自背光单元的照射光的亮度不足而降低显示质量的情况。
此外，上述图像处理装置也可以利用计算机来实现，该情况下，通过使计算机作为上述各部来工作而用计算机实现上述图像处理装置的程序和记录了该程序的计算机可读取记录介质也包含在本发明的范围之内。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的液晶显示装置的概要结构的框图。
图2(a)和(b)是表示分割图像数据的结合方法的例子的说明图。
图3是表示使背光源的亮度不同的情况下的输入图像信号的灰度级值与显示图像的灰度级值的关系的坐标图。
图4是表示使得即使使背光源的亮度发生变化也不会使显示图像的灰度级发生变化的、输入图像信号的灰度级值与校正后的灰度级值的关系的坐标图。
图5是表示映射图像数据的生成处理的一个例子的说明图。
图6(a)和(b)是表示LED分辨率的亮度信号的生成方法的一个例子的说明图。
图7是表示来自背光源的照射光在液晶显示面板各部分的亮度的坐标图。
图8是表示来自背光源的照射光在液晶显示面板各部分的亮度的坐标图。
图9(a)是表示在液晶显示面板中显示的图像的一个例子的说明图，(b)是表示基于(a)的图像来控制发光状态的背光单元的照射光产生的液晶显示面板中的亮度分布的说明图。
图10是概要性地表示图1所示的液晶显示装置中的处理流程的说明图。
图11是表示在图1所示的液晶显示装置中向上变换处理的概要的说明图。
图12是表示图1所示的液晶显示装置所具备的向上变换电路的概要结构的框图。
图13是表示图1所示的液晶显示装置所具备的边沿检测电路的概要结构的框图。
图14是表示在图1所示的液晶显示装置中所进行的差分运算处理的概要的说明图。
图15是表示在图1所示的液晶显示装置中进行了差分运算处理的结果的一个例子的说明图。
图16是表示在图1所示的液晶显示装置中进行了差分运算处理的结果的一个例子的说明图。
图17是表示在图1所示的液晶显示装置中进行了差分运算处理的结果的一个例子的说明图。
图18是表示在图1所示的液晶显示装置中所进行的平均化处理的概要的说明图。
图19是表示在图1所示的液晶显示装置中所进行的边沿检测处理的概要的说明图。
图20是表示在图1所示的液晶显示装置中以3点×3点的块来表现的边沿的倾斜度的图案的说明图。
图21(a)和(b)是表示在向上变换处理中所用的内插方法的一个例子的说明图。
图22是表示在图1所示的液晶显示装置中应用在边沿部分的内插方法的说明图。
附图标记说明：
1：控制装置；2：液晶显示面板；3：背光单元；10：前处理电路(图像大小调整部、图像还原部)；11a：分割电路(液晶控制部)；11b：分割电路(液晶控制部)；12a～12d：向上变换电路(液晶控制部)；13：向下变换器(液晶控制部)；14a～14d：校正电路(液晶控制部)；15：液晶驱动电路(液晶控制部)；16：显示映射生成电路(背光源控制部)；17：LED分辨率信号生成电路(背光源控制部)；18：亮度分布数据生成电路(背光源控制部)；19：LED驱动电路(背光源控制部)；21：边沿检测电路；22：内插电路(内插处理部)；31：差分电路(差分运算部)；32：滤波器转动电路；33：方向设定电路；34：平均化电路(平均化处理部)；35：相关运算电路(相关运算部)；36：边沿识别电路；100：液晶显示装置。
具体实施方式
说明本发明的一个实施方式。
(1-1.液晶显示装置100的结构)
图1是表示本实施方式的液晶显示装置100的概要结构的框图。如该图所示，液晶显示装置100具备控制装置1、液晶显示面板2以及背光单元3。
液晶显示面板2用于显示与图像数据对应的图像。在本实施方式中，采用具有4096×2160点的显示大小的面板。但是不限于此，可以采用以前公知的各种液晶显示面板。
背光单元3被配置在液晶显示面板2的相对于显示面的背面侧，用于对液晶显示面板2照射用于显示的光，具备多个LED(光源)作为光源。在本实施方式中，采用具备8×4的矩阵状地配置的LED作为光源的背光单元。但是，LED的个数不限于此，也可以采用具备例如更多个LED的结构。另外，在本实施方式中，说明将LED用作光源的情况，但是本发明的光源不限于此，也可以将例如EL(Electro-Luminescence：电致发光)发光元件等其它发光元件用作光源。另外，在本实施方式中，说明在液晶显示面板的正下方不隔着导光板地配置LED(光源)的、构成所谓的直下型的照明装置的情况，但是本发明不限于此，也可以采用例如在照明装置的发光面的下方设置单个导光板并且相对于围着该导光板的四个边中的至少一个边平行地排列有多个光源基板的侧光型照明装置、对每个发光元件设置导光板的串联型等其它形式的照明装置。
控制装置1具备前处理电路10、分割电路11a和11b、向上变换电路12a～12d、向下变换器13、校正电路14a～14d、液晶驱动电路15、显示映射生成电路16、LED分辨率信号生成电路17、亮度分布数据生成电路18、LED驱动电路19以及开关SW1和SW2a～SW2d。
前处理电路(图像大小调整部、图像还原部)10在输入的图像数据的纵横比不同于液晶显示面板2的纵横比的情况下，进行调整处理，上述调整处理是对输入的图像数据添加空图像数据(例如黑像素)等来使图像数据的纵横比与液晶显示面板2的纵横比一致。例如，在输入到控制装置1的图像数据的大小为3840×2160点的情况下，由于液晶显示面板2的显示画面大小为4096×2160，因此横方向的大小(3840点)小于显示画面大小(4096点)。因此，对于左半边的量的分割区域的图像，需要按2048-1920＝128点的量向右侧错开来进行显示。因此，前处理电路10对输入图像数据的右侧和左侧提供空图像数据，使得与输入图像数据对应的图像的位置变成从液晶显示面板2的显示画面的左侧向右边错开128点的量的位置。
另外，前处理电路10在输入图像数据是4K2K级的图像数据的情况下将调整处理后的图像数据输出到分割电路11a和向下变换器13，在输入图像数据是2K1K级以下的图像数据的情况下将调整处理后的图像数据输出到分割电路11b和显示映射生成电路16。
此外，前处理电路10在输入到控制装置1的图像数据是将原来的一个画面的量的图像数据(4K2K级的图像数据)根据显示区域分割成多个而得到的分割图像数据的情况下，对各分割图像数据实施上述调整处理而将其输出到分割电路11a，并且将结合了调整处理后的各分割图像数据而得到的图像数据输出到向下变换器13。该情况下，分割电路11a分别将从前处理电路10输入的各分割图像数据输出到校正电路14a～14d。
另外，前处理电路10在对各分割图像数据进行上述调整处理时，对每个分割图像数据设定相对于各分割图像数据的空图像数据的添加位置，使得在分割图像数据彼此之间不产生非显示区域或者各分割图像数据彼此的显示位置不发生错位。例如，如图2(a)所示，若在各分割图像数据的右侧和下侧一律添加空图像数据，则会在各分割图像数据彼此之间产生非显示区域。因此，分割电路11a如图2(b)所示按每个区域来控制添加空图像数据的位置，使得在分割图像数据彼此之间不产生非显示区域或者各分割图像数据的显示位置不发生错位。
另外，前处理电路10在输入到控制装置1的图像数据是一个画面的量的图像数据并且该输入图像数据的纵横比不同于液晶显示面板2的纵横比的情况下，在与输入图像数据对应的图像周围添加空图像数据(例如黑像素)，使得该输入图像数据被显示在液晶显示面板2的显示画面的中央。
此外，对于图像数据的纵横比(大小)而言，例如水平方向的大小能够在输入水平同步信号后通过计算数据使能信号变成高电平的期间中的时钟信号的数目来检测出。另外，垂直方向的大小能够在输入垂直同步信号后通过计算数据使能信号从低电平切换成高电平的次数来检测出。
分割电路(第1分割部)11a在从前处理电路10输入的图像数据是4K2K级(4000点×2000点程度的分辨率)的视频信号H的情况下，将该视频信号H分割成规定数目(在本实施方式中为四个)的显示区域各自的图像数据，通过开关SW2a～SW2d将分割而得到的各图像数据输出到校正电路14a～14d。例如，分割电路11a在输入3840×2160点的图像数据作为4K2K级的视频信号H的情况下，将其分割成左上、右上、左下以及右下四个区域的图像数据(分别为1920×1080点)。但是，图像的分割数量和各分割区域的配置位置不限于此。例如，可以按照各分割区域在水平方向排列的方式来分割，也可以按照各分割区域在垂直方向排列的方式来分割。至于采用何种分割方法，视各分割方法的特性、实施时的电路技术、液晶面板技术等来选择即可。如本实施方式那样，在分割成左上、右上、左下以及右下四个区域的图像数据的情况下，各区域的图像数据变为2K1K的图像数据，因此能够直接应用在现有的2K1K级的显示装置中所用的驱动方式，另外，信号处理电路(信号处理LSI)也能够使用在2K1K级中所用的与现有相同的电路，因此具有能够降低制造成本和开发成本的优点。
另外，分割电路11a在从前处理电路10输入将原来的一个画面的量的图像数据分割成多个而得到的分割图像数据的情况下，通过开关SW2a～SW2d将该各分割图像数据输出到校正电路14a～14d。
开关SW2a～SW2d通过未图示的控制部按照如下的方式切换：在输入到控制装置1的图像数据是4K2K级的视频信号H或者与4K2K级的图像数据相关的多个分割图像数据的情况下，分别连接分割电路11a和校正电路14a～14d，在输入到控制装置1的图像数据是2K1K级(2000点×1000点程度的分辨率)以下的视频信号L的情况下，分别连接向上变换电路12a～12d和校正电路14a～14d。
向下变换器(向下变换部)13在4K2K级的视频信号H被输入到控制装置1的情况下，将该视频信号H向下变换(缩小变换)成2K1K级(在本实施方式中为1920×1080点)的图像数据，通过开关SW1输出到显示映射生成电路16。向下变换的方法未作特定的限定，但是例如将输入图像信号的四个像素的平均值设为输出图像信号中与该四个像素对应的位置的一个像素的值即可。
开关SW1通过未图示的控制部按照如下方式切换：当输入到控制装置1的图像数据是4K2K级的视频信号H或者与4K2K级的图像数据有关的多个分割图像数据时，使从向下变换器13输出的视频信号输入到显示映射生成电路16，当输入到控制装置1的图像数据是2K1K级的视频信号L的情况下，使该视频信号L输入到显示映射生成电路16。
分割电路(第2分割部)11b将输入到控制装置1的2K1K级的视频信号L分割成规定数目的区域的图像数据，将分割而得到的图像数据分别输出到向上变换电路12a～12d。此外，在本实施方式中，说明输入2K1K级的高清晰度数据来作为视频信号L并将其分割成左上、右上、左下以及右下四个区域的图像数据的情况。但是，图像的分割数目和各分割区域的配置位置不限于此。
向上变换电路(向上变换部)12a～12d分别被输入由分割电路11b分割所得的图像数据，对被输入的图像数据实施向上变换处理。并且，向上变换电路12a～12d通过开关SW2a～SW2d将实施了向上变换处理的图像数据分别输出到校正电路14a～14d。此外，在后面详细说明图像数据的分割处理和向上变换处理。
校正电路(校正部)14a～14d根据从后述的亮度分布数据生成电路18输入的亮度分布数据来校正图像数据，将校正后的图像数据输出到液晶驱动电路15。即，在液晶显示面板的背面配置有多个LED的LED背光源方式中，按照如下方式产生亮度分布：在各个LED的正上方亮度较高，随着远离LED的正上方亮度变低。另外，由LED背光源在液晶显示面板2的各部产生的亮度分布是各LED产生的亮度分布叠加而成的。因此，校正电路14a～14d根据从亮度分布数据生成电路18输入的亮度分布数据来校正图像数据，使得在LED正上方的位置使液晶的透射率较低而随着远离LED正上方的位置透射率变大。
图3是表示采用输入灰度级为64灰度级(0到63)且灰度级亮度特性为γ2.2的液晶显示面板的情况下的醒目像素中的输入图像信号的灰度级值与显示图像的亮度之间的关系的坐标图，表示实线为射向醒目像素的来自背光源的入射光的亮度是100％的情况，虚线为射向醒目像素的来自背光源的入射光的亮度是30％的情况的例子。在该图所表示的例子中，在输入图像信号的灰度级值是20并且背光源的亮度是100％的情况下，显示图像的亮度约为8％。另一方面，在将背光源的亮度减小到30％的情况下，当保持这种状态时显示图像的亮度如图3所示那样降低到约2.4％，因此在希望不改变显示图像的亮度地进行显示的情况下，需要根据背光源的亮度来校正输入图像信号的灰度级值。具体地，在将背光源的亮度设为100％时，需要将输入图像信号的灰度级值校正成灰度级值(34.5)，所述灰度级值(34.5)是能得到以背光源的亮度(30％)除将背光源的亮度设为100％的情况下的显示图像的亮度(约8％)所得的亮度(约为26.7％)的显示图像的灰度级值。更为具体地，需要对图像信号的灰度级值进行调整，使得校正后的灰度级值＝((输入灰度级值/63)2.2/背光源亮度)(1/2.2)×63。
图4是表示在输入灰度级是64灰度级(0到63)并且液晶显示面板的灰度级亮度特性为γ2.2的情况下，将背光源的亮度设定成30％的情况下的输入图像信号的灰度级值与校正灰度级值的关系的坐标图。如该图所示，即使将背光源的亮度设为30％，通过将输入图像信号的灰度级值0～32校正(变换)成0～55，也能够不改变显示图像的亮度地进行显示。另外，由此能够下调显示黑图像的情况下的显示亮度来提高对比度。另外，能够降低背光源的亮度来减少功耗。
此外，在上述说明中为了简化说明，说明了采用输入灰度级是64灰度级(0到63)并且灰度级亮度特性为γ2.2的液晶显示面板的情况，但是不限于此。另外，不限于通过运算来算出校正后的灰度级值的结构，例如也可以预先准备按照背光源的每个亮度来表示输入灰度级值与校正后的灰度级值的关系的LUT(lookup table：查找表)，基于该LUT来确定校正后的灰度级值。另外，有时由于所设计的LSI，这种指数运算无法恰当地进行处理，因此在这种情况下优选进行利用LUT的灰度级变换。另外，相比于以0～100％的数值来提供背光源的亮度，作为被γ变换了的灰度级数据来提供的这种方法比较容易控制，因此相比于采用指数运算来算出校正后的灰度级值，组合恰当的LUT和内插运算来确定校正后的灰度级值的方法是有效的。
液晶驱动电路(液晶驱动部)15基于从各校正电路14a～14d输入的各图像数据来控制液晶显示面板2，将与上述各图像数据对应的图像显示在液晶显示面板2上。此外，在本实施方式中，液晶驱动电路15标记为一个块，但是不限于此，也可以包含多个块。例如，也可以是如下方式：根据各校正电路14a～14d来设置液晶驱动电路15a～15d，由该各液晶驱动电路来驱动液晶显示面板2中的各分割区域。在以一个液晶驱动电路15来驱动液晶显示面板2的整体的情况下，能够容易地使各区域的驱动定时一致，因此具有控制性良好的优点，另一方面，输入输出的针脚数目变多，因此电路大小(IC大小)变大了。另外，根据分割区域来设置多个液晶驱动电路15的情况下，具有能够减小芯片大小的优点(特别地，在本实施方式的情况下，各分割区域为2K1K级，因此能够利用现有的2K1K级的显示装置所用的2K控制芯片，因此比较经济)，另一方面，需要设置用于保持各液晶驱动电路同步的调节电路。
显示映射生成电路(显示映射生成部)16在通过开关SW1输入的图像数据的纵横比不同于背光单元3所具备的LED的配置个数的纵横比的情况下，对图像数据的大小进行调整，使得这二个纵横比接近。即，确定与通过开关SW1输入的图像数据对应的图像是显示在与背光单元3的各LED对应的区域上的哪个位置，根据上述确定结果把通过该开关SW1输入的图像数据映射在与背光单元3所具备的各LED的配置对应的分辨率的整数倍数的图像数据上来生成映射图像数据。此外，也可以是如下方式：在通过开关SW1输入的图像的纵横比不同于LED的配置个数的纵横比的情况下，根据需要在上述图像数据中添加空图像数据，使得这两个纵横比一致或者接近。该情况下，空图像数据可以是对如图5所示相邻的像素的数据进行的拷贝，也可以采用包括包含相邻像素的多个像素的块的平均值。
LED分辨率信号生成电路(LED亮度设定部)17基于从显示映射生成电路16输入的映射图像数据来生成LED分辨率(在本实施方式中为8×4)的亮度信号，并将其输出到亮度分布数据生成电路18和LED驱动电路19。
具体地，如图6(a)所示，LED分辨率信号生成电路17将从显示映射生成电路16输入的映射图像数据(2048×1080点)的各像素分割成与背光单元3中的各LED对应的多个块(8×4块)。因此，在各块中会包含映射图像数据中的256×270像素的量的数据。并且，对于与图像显示区域对应的块，基于各块所包含的像素的灰度级值中的最大灰度级值来设定相对于该各块的亮度信号。即，对于如图6(a)所示的各块中的图像显示区域的块即块a2～a7、b2～b7、c2～c7、d2～d7，将该各块中的最大亮度值设为参照亮度值，基于该参照亮度值来设定与该各块对应的亮度信号。
另外，LED分辨率信号生成电路17对于输入图像数据的纵横比不同于液晶显示面板2的纵横比的情况下等产生的、在液晶显示面板2中没有图像数据的区域(非图像显示区域)的块，基于与该块相邻的图像显示区域的上述块中的平均亮度水平(APL)或者与非图像显示区域相邻的上述块的一部分中的平均亮度水平(APL)来生成亮度信号。
在本实施方式中，如图6(b)所示，将与非图像显示区域的块相邻的图像显示区域的块进一步分割成多个小块(由此，在各小块中会含有映射图像数据中的85×90像素的量或者86×90像素的量的数据)。并且，对于该各小块中的与非图像显示区域的块相邻的块(例如，在块a7中为小块A3、A6、A9)，分别算出平均亮度水平(APL)。并且，对于非图像显示区域的块即块a1、b1、c1、d1、a8、b8、c8、d8，将与该各块相邻的图像显示区域的块中的与非图像显示区域相邻的各小块的平均亮度水平中的最大值或者该各小块的平均亮度水平的平均值设为参照亮度值，基于该参照亮度值来设定亮度信号。因此，在图6(b)的例子中，与块a8对应的亮度信号是基于小块A3、A6、A9的平均亮度水平中的最大值或者小块A3、A6、A9的平均亮度水平的平均值来设定的，与块b8对应的亮度信号是基于小块B3、B6、B9的平均亮度水平中的最大值或者小块B3、B6、B9的平均亮度水平的平均值来设定的。与块a1、b1、c1、d1、c8、d8对应的亮度信号也是采用相同的方法来设定的。
此外，在相对于非图像显示区域的块a8在与图像显示区域的块a7相反的一侧还存在非图像显示区域的块a9(未图示)的情况下，也可以将与该块a9对应的亮度信号设定成与块a8对应的亮度信号相同，也可以基于对上述小块A3、A6、A9的各平均亮度水平的平均值或者最大值乘以与离图像显示区域的距离对应的系数而得到的值来设定与块a9对应的亮度信号。该情况下，与各LED的出射光的亮度分布特性对应而合适地设定上述系数，以使在非图像显示区域的背面配置的LED不对图像显示区域的图像质量造成不好的影响即可。
然而，背光单元3所具备的各LED的亮度分布具有扩展性，液晶显示面板中的亮度分布是多个LED的亮度分布叠加而成的。
图7是表示仅点亮在图6(a)所示的块b4的正下方配置的LED并熄灭其它LED的情况下的液晶显示面板中的块b1～b7的来自背光源的照射光产生的亮度分布的坐标图。此外，图7表示在将各块分割成3×3的小块的情况下在水平方向排列的各小块的亮度。
如该图所示，在块b4中央的小块的亮度变得最高(变亮)，随着远离此处而亮度变低(变暗)。
图8是表示仅点亮在图6(a)所示的块b1～b7的正下方配置的各LED并熄灭其它LED的情况下的液晶显示面板中的块b1～b7的来自背光源的照射光产生的亮度分布的图。此外，图8表示在将各块分割成3×3的小块的情况下在水平方向排列的各小块的亮度。
如该图所示，块b3～b5得到大致相同的亮度，另一方面，块b1、b2、b6、b7相比于块b3～b5亮度要低。另外，块b3～b5变成远高于仅点亮在块b4的正下方配置的LED的情况下的亮度。
这样，在液晶显示面板中亮度分布是多个LED的亮度分布叠加而成的。
因此，在本实施方式中，将与各块对应的亮度信号的最大值设为与使在以该块为中心的3×3的块的正下方配置的各LED全部100％点亮时的液晶显示面板中的该块的来自背光单元3的照射光产生的亮度对应的值。但是，不限于此，例如，在希望加强动态范围来进行更为明亮的显示的情况下，也可以将与各块对应的亮度信号的最大值设定成高于上述情况的值，在液晶显示面板的暗部的表现力原本优良的情况、灰度级数非常大而感觉不到压缩的情况下，也可以设定成低于上述情况的值。
另外，在液晶显示面板中的各块的来自背光源的照射光产生的亮度受到周边各块的影响，因此有时仅使在相邻的块的正下方配置的LED的发光亮度发生变化，会无法得到充分的强弱变化，无法保证所需的亮度。因此，优选上述亮度信号设定成通过低通滤波器等来不在各块中引起急剧的变化。另外，为了通过运算来恰当地求出考虑了在周边各块的正下方配置的LED的影响的各块的亮度，有时运算会变复杂，另外有时未必能进行正确的运算，因此也可以为各块准备存储上述参照亮度值的组合和与该各组合对应的各块的亮度信号的设定值的组合的表，设定利用该表来设定的各亮度信号的设定值。另外，也可以再利用低通滤波器来对利用上述表设定的各块的亮度信号的设定值进行平滑化处理。
另外，在本实施方式中，采用白色背光源并利用从图像数据获得的亮度信息来控制该白色背光源的亮度，但是不限于此，例如也可是具备RGB的各种颜色的背光源并独立地控制RGB各自的亮度的结构。该情况下，不仅能提高对比度，还能够扩大同一区域内的颜色之间的对比度，因此能够形成颜色纯度更高的、鲜艳的视频。另外，通过获取背光源的发光光谱和滤色器吸收光谱的匹配，能够提高颜色间的独立性。
另外，在上述说明中，将各块分割成了纵3×横3的9份，但是不限于此，分割数量越多则越难产生由背光源产生的亮度的不连续性，虽然有这样的优点，但另一方面存在若分割数量过于大则电路规模变大的问题。因此，也可以考虑它们的特性来合适地设定分割数量。
此外，上述分割数量受应该显示的视频的精细度、SN比等的影响较大，因此优选根据输入的视频的种类、SN比等来合适地设定。例如，在采用4K×2k级的液晶显示面板来放大显示HD视频(1440×1080点程度的视频)的情况下，对于在各块内存在128×128像素的情况，即使将各块分割成8×8的64份，也不会发生不能视觉识别的问题。另外，在放大重现DVD视频(720×480点程度的视频)等的情况下，即使是4×4分割程度的分割数量也不会特别地发生问题。此外，对于纯4K的视频(原本作为4K2K级的视频数据而生成的视频)，为了显示更高质量的图像，优选16×16份以上的分割数量。
另外，在本实施方式中，为了说明上的方便，将LED分辨率(LED的配置个数)设成了8×4，但是不限于此，为了提高视频质量，优选更大地提高LED分辨率。具体地，优选将LED分辨率设定为64×32～16×8程度，使得与一个LED对应的块与4K2K级的图像数据中的64点×64点～256点×256点程度的像素对应。通过将LED分辨率设为16×8以上，能够防止用户视觉识别到块之间的亮度的不同，而使用户视觉识别到具有强度变化的视频。另外，若LED分辨率过高，则存在电路规模的增大、LED用的电源电路的增大等问题，因此优选LED分辨率在64×32以下。另外，与各LED对应的块的形状不限于正方形，也可以根据各构件数量、配置情况来合适地设定。
亮度分布数据生成电路(亮度分布数据生成部)18在基于由LED分辨率信号生成电路17生成的LED分辨率的亮度信号来驱动各LED的情况下，生成相互叠加由来自该各LED的照射光在液晶显示面板2中产生的亮度分布而得到的各像素的亮度数据(亮度分布数据)，按照液晶显示面板2中的各显示区域的每一个来对生成的亮度分布数据进行分割并将其输出到校正电路14a～14d。
即，LED是点光源，从LED射出的光扩散，直到到达液晶显示面板2，在液晶显示面板2中具有以LED的正上方的位置为顶点的山状的亮度分布，因此在液晶显示面板2中，在LED的正上方亮度较高，随着远离此处而亮度降低。因此，亮度分布数据生成电路18通过叠加由各个LED在液晶显示面板2中产生的亮度分布，算出由背光单元3整体(背光单元3所具备的各LED)在液晶显示面板2中产生的亮度分布来生成亮度分布数据。图9(a)表示在液晶显示面板2上显示的图像数据的一个例子，图9(b)表示与该图像数据对应的亮度分布数据的一个例子。
LED驱动电路(LED驱动部)19基于由LED分辨率信号生成电路17生成的LED分辨率的亮度信号来控制各LED的亮度。即，LED驱动电路19控制各LED的发光亮度，使其变成与上述亮度信号中的与各LED对应的点的亮度对应的亮度。
(1-2.在控制装置1中的处理)
下面，说明控制装置1中的处理流程。首先，说明对控制装置1输入将3840×2160点的图像数据分割成与左上、左下、右上以及右下四个区域对应的1920点×1080点的四个图像数据P1、P2、P3、P4后的图像数据的情况的例子。图10是概要性地表示该情况下的控制装置1中的处理的说明图。
首先，前处理电路10生成将各图像数据P1、P2、P3、P4扩展成2040点×1080点而得到的图像数据Q1、Q2、Q3、Q4，并将其输出到向下变换器13和分割电路11a。分割电路11a通过开关SW2a～SW2d将该图像数据Q1、Q2、Q3、Q4输出到校正电路14a～14d。此时，前处理电路10通过对左上和左下的图像数据进行右对齐而在左侧添加空图像数据(例如黑像素)来进行上述扩展，通过对右上和右下的图像数据进行左对齐而在右侧添加空图像数据(例如黑像素)来进行上述扩展，此外，在输入图像数据的纵方向大小不同于液晶显示面板的纵方向大小的情况下，对左上和右上的图像数据进行下对齐而在上侧添加空图像数据，对左下和右下的图像数据进行上对齐而在下侧添加空图像数据即可。
向下变换器13对结合图像数据Q1、Q2、Q3、Q4而得到的4096×2160点的图像数据进行向下变换，生成1920×1080点的图像数据R1，通过开关SW1将其输出到显示映射生成电路16。
显示映射生成电路16进行使输入的图像数据的纵横比与背光单元3的纵横比一致的映射处理，生成映射图像数据R2。此时，对于图像数据不存在的区域，可以拷贝周边像素的图像数据，也可以利用含有周边像素的多个像素的图像数据的平均值。
下面，LED分辨率信号生成电路17基于由显示映射生成电路16生成的映射图像数据来生成LED分辨率的亮度信号S1，将生成的亮度信号S1输出到亮度分布数据生成电路18和LED驱动电路19，亮度信号S1的生成方法如上所述。
亮度分布数据生成电路18基于从LED分辨率信号生成电路17输入的LED分辨率的亮度信号S1来算出在驱动各LED的情况下的来自各LED的照射光在液晶显示面板2中产生的亮度分布(各像素的亮度)T，按照液晶显示面板2中的各显示区域的每一个来分割算出的亮度分布T，生成各区域的亮度分布信号T1～T4，并输出到校正电路14a～14d。
校正电路14a～14d根据从亮度分布数据生成电路18输入的亮度分布信号T1～T4来校正图像数据Q1～Q4的灰度级水平，将校正后的图像数据U1～U4输出到液晶驱动电路15。
液晶驱动电路15使与从校正电路14a～14d输入的图像数据U1～U4对应的图像显示在液晶显示面板2中的各显示区域。另外，与此同步，LED驱动电路19根据从LED分辨率信号生成电路17输入的亮度信号来控制各LED的发光状态。
下面，说明对控制装置1输入1920点×1080点的图像数据P1的情况的例子。
该情况下，前处理电路10对1920点×1080点的图像数据P1添加空图像数据(例如黑像素)，并放大成作为与液晶显示面板2的纵横比相同的纵横比的2048×1080点的图像数据PX1。此时，前处理电路10对图像数据P1的周缘部添加空图像数据，使得与图像数据P1对应的图像最终显示在液晶显示面板2的显示区域的中央附近。由前处理电路10生成的图像数据PX1被输出到分割电路11b和显示映射生成电路16。
显示映射生成电路16进行使输入的图像数据的纵横比与背光单元3的纵横比一致的映射处理，生成映射图像数据R2。此时，对于图像数据不存在的区域，可以拷贝周边像素的图像数据，也可以利用含有周边像素的多个像素的图像数据的平均值。
下面，LED分辨率信号生成电路17基于由显示映射生成电路16生成的映射图像数据来生成LED分辨率的亮度信号S1，将生成的亮度信号S1输出到亮度分布数据生成电路18和LED驱动电路19。亮度信号S1的生成方法如上所述。
亮度分布数据生成电路18算出在基于从LED分辨率信号生成电路17输入的LED分辨率的亮度信号S1来驱动各LED的情况下的液晶显示面板2中的亮度分布(各像素的亮度)T，按照液晶显示面板2中的各显示区域的每一个来分割算出的亮度分布T，并将各显示区域的亮度分布信号T1～T4分别输出到校正电路14a～14d。
另一方面，分割电路11b将从前处理电路10输入的图像数据P1分割成与左上、左下、右上以及右下四个区域对应的图像数据，并将各分割图像数据QX1～QX4分别输出到向上变换电路12a～12d。向上变换电路12a～12d将分割图像数据QX1～QX4分别向上变换成2048×1080点的图像数据，并输出到校正电路14a～14d。此外，在后面详细说明分割电路11b中的分割处理和向上变换电路12a～12d的向上变换处理。
校正电路14a～14d根据从亮度分布数据生成电路18输入的亮度分布信号T1～T4来校正图像数据Q1～Q4的灰度级水平，并将校正后的图像数据U1～U4输出到液晶驱动电路15。
液晶驱动电路15使与从校正电路14a～14d输入的图像数据U1～U4对应的图像显示在液晶显示面板2中的各显示区域。另外，与此同步，LED驱动电路19根据从LED分辨率信号生成电路17输入的亮度信号来控制各LED的发光状态。
此外，在本实施方式中，采用校正电路被分割成校正电路14a～14d四个***的结构，但是不限于此，在例如能够充分地确保存储器容量和处理速度的情况下，也可以以一个电路来进行处理。该情况下，亮度分布数据生成电路18将液晶显示面板2的整个区域的亮度分布T输出到校正电路，校正电路基于该亮度分布T来校正图像数据Q1～Q4的灰度级值并将校正后的图像数据U1～U4输出到液晶驱动电路15即可。
另外，背光单元3可以是能独立地控制RGB各颜色的亮度的背光单元，也可以是白色LED、CCFL等那样无法分颜色控制亮度的背光单元。在无法分颜色控制亮度的结构的情况下，为了缩小电路规模，也可以是显示映射生成电路16将输入的RGB颜色空间的图像数据变换成YUV颜色空间的图像数据，亮度分布数据生成电路18将YUV颜色空间的数据变换成RGB颜色空间的数据并输出到校正电路14a～14d。
(1-3.分割电路11b和向上变换电路12a～12d的处理)
下面说明分割电路11b的图像数据的分割方法和向上变换电路12a～12d的向上变换处理。
图11是概要性地表示分割电路11b和向上变换电路12a～12d的处理的说明图。如该图所示，若输入2K1K的图像数据来作为输入图像(原图像)数据，则分割电路11b将该输入图像数据分割成(1K+α)×(0.5K+α)的四个分割图像数据。此外，图11中所示出的虚线部分(α的部分)是与相邻的其它分割图像数据重叠的部分。
向上变换电路12a～12d对如上所述被分割所得的各分割图像数据进行内插处理(向上变换处理)，生成2K1K的内插后图像数据(向上变换后图像数据)。此外，向上变换电路12a～12d并行处理上述内插处理。
之后，校正电路14a～14d对由向上变换电路12a～12d进行了内插处理的各内插后图像数据进行上述校正处理，液晶驱动电路15生成与校正处理和校正处理后的各保管、校正后图像数据对应的分割视频信号，将与该各分割视频信号对应的图像显示在液晶显示面板2的各分割区域。
图12是表示向上变换电路12a～12d的概要结构的框图。如该图所示，各向上变换电路12a～12d具备边沿检测电路21和内插电路22。边沿检测电路21检测分割图像数据的边沿的位置和方向。内插电路22在边沿部分和边沿部分以外利用不同的内插方法来进行内插处理。具体地，对于边沿部分，利用在边沿方向相邻的像素的像素值的平均值来进行内插，在边沿部分以外，利用在全方位相邻的各像素的像素值的加权平均值来进行内插。
图13是表示边沿检测电路21的概要结构的框图。如该图所示，边沿检测电路21具备差分电路31、滤波器转动电路32、方向设定电路33、平均化电路34、相关运算电路35以及边沿识别电路36。
差分电路31对输入的图像数据进行利用了差分滤波器的差分运算来算出差分图像数据，并将算出的差分图像数据输出到平均化电路34和相关运算电路35。
例如，如图14所示，对输入的图像数据中以醒目像素为中心的5点×5点的块，应用对3点×3点的各点分别设定了滤波系数的差分滤波器，得到以醒目像素为中心的3点×3点的差分运算结果。该情况下，若将输入图像数据中的各点的像素值设为dij(i、j为1～3的整数)、将差分滤波器设为aij、将差分运算结果中的各点的像素值设为bkl(k、l为1～3的整数)，则上述差分运算以
[公式1]
bkl = Σ i = 1 3 Σ j = 1 3 d ( i + k - 1 ) ( j + l - 1 ) · aij
来表示。
此外，在本实施方式中，采用如下所示的1∶2∶1的滤波器来作为差分滤波器aij。
[公式2]
aij = - 1 0 1 - 2 0 2 - 1 0 1
但是，差分滤波器aij不限于此，只要是利用能够通过利用了醒目像素附近的灰度级值的微分或者差分的运算来提取图像中的边沿的差分滤波器即可。例如，也可以利用如下所示的3∶2∶3、1∶1∶1或者1∶6∶1的滤波器，也可以利用
[公式3]
aij = - 3 0 3 - 2 0 2 - 3 0 3 aij = - 1 0 1 - 1 0 1 - 1 0 1 aij = - 1 0 1 - 6 0 6 - 1 0 1
等。在将差分滤波器表现成如上述那样的a∶b∶a的情况下，b的权重越大越能够对醒目像素的附近准确地进行评价，另一方面，对噪声则越弱。另外，b的权重越小越能够概括性地得到醒目像素周边的样子，但是易于忽视小变化。因此，差分滤波器的滤波系数根据目标的图像特性来合适地选择即可。例如，对于照片那样本质上细致、不怎么模糊的情况，b的权重大些易于把握其特征。另外，对于变化激烈的视频、特别是暗的视频等模糊、噪声易于变大的情况，通过使b的权重相对变小能够抑制误判断。另外，在本实施方式中，采用了3点×3点的滤波器来作为差分滤波器，但是不限于此，也可以采用例如5点×5点、7点×7点的差分滤波器。
滤波器转动电路32对差分电路31所使用的差分滤波器实施转动处理。另外，方向设定电路33控制滤波器转动电路32所进行的差分滤波器的转动，并且将表示差分滤波器应用状态的信号输出到边沿识别电路36。
在本实施方式中，对输入图像数据，首先利用上述差分滤波器aij进行差分运算，由此进行水平方向的边沿检测处理，之后利用使上述差分滤波器aij转动90度所得的滤波器对上述输入图像数据再次进行差分运算，由此检测垂直方向的边沿。此外，也可以并行地进行水平方向和垂直方向的边沿检测处理，该情况下，将差分电路31、滤波器转动电路32、方向设定电路33、平均化电路34、相关运算电路35以及边沿识别电路36设成两组即可。
图15是表示垂直方向清晰化了的边沿的图像(图像A)、在垂直方向延伸的细线的图像(图像B)、杂乱线的图像(图像C)以及对该各图像利用1∶2∶1的差分滤波器进行了水平方向和垂直方向的差分运算的结果的说明图。
如该图所示，输入图像数据中的醒目像素(中心像素)周围3点×3点的图案是相同的，醒目像素的水平方向的差分运算结果(中央值)均为4。然而，水平方向的差分运算结果中的以醒目像素为中心的3点×3点的块的平均值相对于中央值的比率在图像A中为0.67，在图像B中为0.33，在图像C中为0.22，边沿(或者靠近边沿的图像)越清晰，数值越大。即，细线的图像B有可能是边沿，但也有可能是花纹(纹理)，差分运算结果的平均值(表示边沿特性(像边沿的)的值)与图像A相比只有一半的程度。另外，杂乱中的线的图像C无法区分是真正的边沿还是噪声，差分运算结果的平均值与图像A相比为三分之一程度。
此外，在差分图像数据中的5点×5点或者7点×7点的块中，由于输入图像数据的图案的不同，平均值的差与3点×3点的情况相比要小。因此，在利用差分图像数据中的5点×5点或者7点×7点的块的平均值来进行边沿检测的情况下，需要进行详细的条件判断。由此，优选在边沿检测处理中利用3点×3点的差分图像数据。此外，为了得到3点×3点的差分图像数据，要参照输入图像数据中的5点×5点的块。
另外，在电路规模有富余的情况下，除了利用3点×3点的差分图像数据的边沿检测之外，还可以进行利用5点×5点和/或7点×7点的差分图像数据的边沿检测处理，将其处理结果添加到数据库中，作为在利用3点×3点的差分图像数据的边沿检测中产生误检测的情况下的例外处理。由此，能够进行精度更高的边沿检测。例如，即使是周期性高的纹理中埋入的边沿，也能够恰当地检测出。
图16是表示斜方向的清晰化了的边沿的图像(图像D)、在斜方向延伸的细线的图像(图像E)、杂乱线的图像(图像F)以及对该各图像利用1∶2∶1的差分滤波器进行了水平方向和垂直方向的差分运算的结果的说明图。
在对图像D、E的水平方向和垂直方向的差分运算结果中，以醒目像素为中心的3点×3点的块的平均值对中央值的比率在图像D中为0.67，在图像E中为0.33，与对图像A、B的水平方向的差分运算结果相同，边沿(或者靠近边沿的图像)越清晰，数值越大。另外，在图像F中，3点×3点的块的平均值对中央值的比率变为0.06，难以识别到边沿。
图17是表示倾斜度为1/2的边沿的图像(图像G)、倾斜度为1的边沿的图像(图像H)、倾斜度为2的边沿的图像(图像I)以及对该各图像利用1∶2∶1的差分滤波器进行了水平方向和垂直方向的差分运算的结果的说明图。在图17中，各图像是边沿部分的图像，因此在水平方向和垂直方向的差分运算结果中，以醒目像素为中心的3点×3点的块的平均值对中央值的比率均变大。
另外，在该各图像中，水平方向的差分运算结果的中央值与垂直方向的差分运算结果的中央值的比在图像G中为2/4，在图像H中为3/3，在图像I中为4/2，与各图像中的边沿的倾斜度一致。在本实施方式中，利用该特性，后述的边沿识别电路36在判断为醒目像素是边沿部分的情况下，基于水平方向与垂直方向的差分运算结果中的中央值(醒目像素的值)的比，算出边沿的倾斜度。此外，对于水平方向或者垂直方向的边沿，水平方向的差分运算结果中的中央值或者垂直方向的差分运算结果中的中央值均变为零，因此能够容易地判断边沿方向。
平均化电路34基于从差分电路31输入的差分图像数据bij，生成平均化图像数据，上述平均化图像数据是以该醒目像素和其周边像素的像素值对醒目像素的像素值进行平均化而得到的值。
此外，上述平均化处理也可以是例如如图18所示，通过利用2点×2点的低通滤波器(LPF)的滤波处理来进行。在如图18所示的例子中，针对从差分电路31输入的差分图像数据中的3点×3点的块，对2点×2点的各点分别设定滤波系数并应用低通滤波器，得到2点×2点的平均化处理结果。该情况下，若将差分图像数据中的各点的像素值设为bij(i、j为1～3的整数)、将低通滤波器设为cij、将平均化图像数据中的各点的像素值设为b’ij，则上述平均化运算以
[公式4]
b 11 = Σ i = 1 2 Σ j = 1 2 dij · aij
b 12 = Σ i = 1 2 Σ j = 1 2 di ( j + 1 ) · aij
b 21 = Σ i = 1 2 Σ j = 1 2 d ( i + 1 ) j · aij
b 22 = Σ i = 1 2 Σ j = 1 2 d ( i + 1 ) ( j + 1 ) · aij
来表示。
另外，平均化电路34使差分图像数据中的3点×3点的块一个点一个点地顺序地错开并进行相同的运算，由此算出b13、b23、b31、b32以及b33。即，算出醒目像素和其周围8个像素合计9个像素的平均化图像数据。然后，将这9个像素的平均化图像数据输出到相关运算电路35。
相关运算电路35算出表示从差分电路31输入的差分图像数据与从平均化电路34输入的平均化图像数据的相关的值。具体地，算出从差分电路31输入的以醒目像素为中心的9个像素的差分图像数据的平均值A与从平均化电路34输入的以醒目像素为中心的9个像素的平均化图像数据的平均值B，对于水平方向和垂直方向分别进行基于该平均值A和平均值B算出醒目像素的相关值R＝B/A的处理。并且，采用对于水平方向算出的相关值R和对于垂直方向算出的相关值R中的值大的一方的相关值R并将其输出到边沿识别电路36。
边沿识别电路36通过比较从相关运算电路35输入的醒目像素的相关值R和预先设定的阈值Th来判断该醒目像素是否是边沿像素。此外，上述阈值Th通过进行如下实验来预先设定即可：基于多个样品图像来算出各像素的相关值R并比较对于边沿部分的像素算出的相关值R和对于边沿部分以外的像素算出的相关值R。
图19是表示边沿识别电路36所进行的边沿识别处理的概念的说明图。如图19所示，在输入图像数据中混合存在边沿部分和噪声的情况下，在差分图像数据中会反映边沿部分和噪声的影响，因此若仅利用差分图像数据来进行边沿检测则会受到该噪声的影响。
即，在输入图像数据中，存在在纵方向延伸的边沿情况下，在对该输入图像数据进行了上述差分运算所得的差分图像数据具有不是零的值，在没有灰度级变化的状态下会变成零。然而，在该观点中，在存在噪声的情况、存在细的纵条纹的情况下，差分图像数据也会变成不是零的值。
对此，如图19所示，通过对差分图像数据实施平均化处理，能够从差分图像数据中除去噪声。
即，在平均化范围内仅在1点存在的噪声会被平均化处理消除。另外，若将平均化的范围变大为3点×3点、4点×4点、5点×5点，则能够消除微小的噪声、纹理等。
另一方面，对于边沿部分，分割了比较大的区域，因此在被平均化处理了的块中也易于维持平均化处理前的差分信息。
因此，通过调查差分图像数据与对该差分图像数据进行了平均化处理而得到的平均化图像数据的相关关系，能够识别噪声或者纹理而精度更高地检测边沿部分。
即，在平均化图像数据中，噪声、纹理被消除了，另一方面，边沿部分即使进行了平均化处理也会原样地残留，因此在边沿部分上述相关值R变大，相反在边沿部分以外上述相关值R变小。另外，上述相关值R在边沿部分具有1或者近似1的值，在边沿部分以外会变成与边沿部分的相关值相比急剧减小的值。因此，通过实验等预先调查该相关值急剧变化的范围，在该范围内设定阈值Th，由此能够精度非常高地检测边沿部分。
另外，边沿识别电路36利用对于水平方向进行了差分运算处理的结果和对于垂直方向进行了差分运算处理的结果来检测边沿方向(边沿的延长方向)，并将检测结果输出到内插电路22。
具体地，将水平方向的差分运算结果中的醒目像素的值设为a1，将垂直方向的差分运算结果中的醒目像素的值设为a2，算出它们的比a＝a1/a2。并且，利用这样算出的比a，通过θ＝arctan(a)来算出边沿的倾斜角度θ。
此外，能够以3点×3点的块来表现的倾斜度的图案(种类)仅有在图20示出的5种。另外，上述比a的值有时会受到输入图像数据所含有的噪声的影响而发生波动。因此，在边沿方向，未必需要严格地算出上述角度θ，分类成图20所示的5种图案中的任一种或者含有这些5种图案中间的倾斜度的9种图案中的任一种即可。因此，为了实现边沿方向的检测处理的简化和边沿方向的检测所要求的电路规模的降低，上述比a的值未必需要直接地计算，通过例如乘法电路和比较来判定与图20所示的5种图案或者含有其中间的9种图案中的哪一相当即可。
另外，为了检测边沿方向的倾斜度，也可以利用5点×5点的滤波器。能够在5点×5点的区域进行判定的倾斜度的图案按简单的图案有9种，若考虑这9种中间的倾斜度则有10多种。因此，利用5点×5点的滤波器来精度更高地判定边沿方向，进行与倾斜度的各图案对应的内插运算，由此与由3点×3点的块来判定倾斜度的情况相比，能够良好地内插更大区域的边沿状态。但是，在以5点×5点的块来判定边沿方向的倾斜度的情况下，与以3点×3点的块来判定的情况相比，易于看漏以小周期改变方向的边沿。因此，对于以哪类块来判定边沿方向的倾斜度，也可以根据所显示的内容的种类、特性等来合适地选择。
内插电路22基于边沿识别电路36的边沿检测结果，对边沿部分和边沿以外的部分，进行适于各自的特性的内插处理。
此外，在将输入的图像数据的分辨率在水平方向和垂直方向向上变换成2倍的情况下，可以考虑图21(a)和图21(b)所示的2种内插方法。
如图21(a)所示，第1方法是原样保留被输入的图像数据中的各像素(基准点：图中的○标记)的值(亮度)并对这个各像素之间的像素(图中的△标记)进行内插的方法。
如图21(b)所示，第2方法是对被输入的图像数据中的各像素(基准点：图中的○标记)周围4个像素(图中的△标记)进行内插的方法。在该方法中，被输入的图像数据中的各像素的像素值(亮度)在内插处理后不保留。
在被输入的图像中存在明显的边沿的情况下，由于在第2方法中不保留输入图像数据的各像素的像素值，因此有时边沿会变得模糊。另外，相比于第2方法，第1方法运算容易，能够降低电路规模。因此，在本实施方式中采用第1方法。但是，本发明不限于此，也可以采用第2方法。
图22是用于说明边沿部分的内插方法的说明图。示出倾斜度大小为1的斜方向的边沿部分的内插例子。
在如该图所示的内插方法中，首先选择进行内插的像素的周边4个像素。此外，通过按照形成含有在斜方向平行的线段的平行四边形的各顶点的方式来选择4个像素，能够使内插运算变得容易。
具体地，对于如图22所示的内插像素x，选择像素B、E、F、I作为周边像素，对于内插像素y，选择像素D、E、H、I作为周边像素。此外，对于如内插像素z那样存在于连接边沿方向上相邻的像素彼此的直线上的内插像素，选择在边沿方向上相邻的上述各像素(该情况下是2个像素)来作为周边像素。然后，将选择的各周边像素的平均值作为内插像素的像素值。即，z＝(E+I)/2，y＝(D+E+H+I)/4，y＝(B+E+H+I)/4。
此外，在边沿方向的倾斜度的大小不是1的情况下，利用对周边4个像素的各像素值乘以根据倾斜度按照每个像素来设定的系数而得到的值的平均值即可。例如，在图22中倾斜度的大小为2的情况下，按照z＝((3×E+F)/4+(H+3×I))/2，y＝((3×E+D)/4+(3×H+I)/4)/2，x＝(B+I)/2的方式来设定即可。
对于与上述边沿的倾斜度对应的系数，也可以预先根据近似计算等来设定与例如能够以3点×3点的块来表现的上述5种图案或者9种图案对应的值。
另一方面，对于判定为不是边沿的部分(例如表现平缓的亮度变化的部分、噪声部分等)，应用边沿不明显的重视纹理的内插方法。在此所述的重视纹理是指重点关注灰度级、色调的保全性、灰度级变化的连续性，对噪声进行比较强的处理。作为这种方法，可以采用双线性法、双三次法、lanczos滤波法(LANCZOS法)等以往公知的各种方法。特别地，在向上变换的放大率一定的情况下(在本实施方式中放大率为2倍)，LANCZOS法作为优秀且简易的滤波器是已知的，比较合适。
如上所述，在本实施方式中，基于将一个画面的量的图像数据根据液晶显示面板2的显示区域来进行分割而得到的多个分割图像数据，控制液晶显示面板2中的上述各显示区域的动作，基于未被分割的1个画面的量的图像数据来控制背光源3中的上述各LED的动作。
由此，能够恰当地控制各显示区域的边界部的LED，因此能够防止各显示区域边界部的显示质量的降低。
另外，在本实施方式的液晶显示装置100中，在输入图像数据的纵横比不同于液晶显示面板2的纵横比，液晶显示面板2的显示画面内出现没有对应的输入图像数据的非图像显示区域的情况下，基于图像显示区域端部的平均亮度(APL)来设定与该非图像显示区域对应的LED的亮度。由此，能够抑制图像端部的图像质量的降低并显示自然的图像。
另外，在本实施方式的液晶显示装置100中，在输入图像数据的纵横比不同于液晶显示面板2的纵横比，液晶显示面板2的显示画面内出现没有对应的输入图像数据的非图像显示区域的情况下，显示映射生成电路16确定将与输入图像数据对应的图像显示在显示画面内的哪个位置，生成映射图像数据(显示映射信息)，基于该映射图像数据来设定各LED的发光亮度，并且进行各分割图像数据的校正。即，显示映射生成电路16生成位置信息来作为显示映射信息，使得用于在液晶显示面板2中显示与输入图像数据对应的图像的各分割图像数据的各位置与用于未被分割的LED的控制的图像数据的各位置相互一致。由此，即使在输入图像数据的纵横比不同于液晶显示面板2的纵横比的情况下，也能够恰当地显示与输入图像数据对应的图像。另外，能够根据与输入图像数据对应的图像的显示位置来恰当地控制各LED的发光状态。
另外，在本实施方式的液晶显示装置100中，算出对输入图像数据实施了差分运算所得的差分图像数据与对该差分图像数据实施了平均化处理所得的平均化图像数据的相关值，基于算出的相关值来检测边沿部分和边沿方向。由此，能够高精度地检测输入图像数据中的边沿部分。
此外，在本实施方式中，基于根据输入图像数据中的以醒目像素为中心的5点×5点的图像数据而算出的差分图像数据和平均化图像数据来判断醒目像素是否为边沿部分。因此，在按照多个区域的每一个来分割输入图像数据时，对将输入图像数据简单地分割为4份而得到的各分割图像数据，仅添加(叠加)与该各分割图像数据相邻的分割区域的图像数据所含有的边界部的2点的量(在水平方向相邻的分割图像数据的2列的量和在垂直方向相邻的分割图像数据的2行的量)的图像数据，能够高精度地检测各分割图像数据中的边沿部分。即，若将输入图像数据的水平方向的像素数量设为nx，将垂直方向的像素数量设为ny，则将各分割区域的像素数量设为水平方向nx/2+2，垂直方向ny+2，由此，对于各分割区域，能够不考虑与其它区域的相互作用而高精度地单独地进行边沿检测和向上变换。
因此，能够减小在边沿检测处理中所用的图像数据，因此能够减小电路规模和缩短处理时间。即，无需像以往那样在图像整体中跟踪边沿，因此无需为了边沿判定而将图像整体的信息传递到被分割了的各向上变换电路。因此，在各向上变换电路中，能够无需考虑与其它区域的相互关系而高精度地进行边沿检测。
另外，构成控制装置1的各电路(各块)也可以利用CPU等处理器并通过软件来实现。即，控制装置1也可以是具备执行实现各功能的控制程序的命令的CPU(central processing unit：中央处理器)、保存上述程序的ROM(read only memory：只读存储器)、展开上述程序的RAM(random access memory：随机存取存储器)、保存上述程序和各种数据的存储器等存储装置(记录介质)等的结构。该情况下，本发明的目的能够通过如下方式来实现：将可由计算机读取地记录了实现上述功能的软件即控制装置1的控制程序的程序代码(执行形式程序、中间代码程序、源程序)的记录介质提供给控制装置1，该计算机(或者CPU、MPU)读出并执行记录在记录介质中的程序代码。
作为上述记录介质，例如采用磁带、盒式录音带等带系列、フロッピ一(注册商标)盘/硬盘等磁盘、包括CD-ROM/MO/MD/DVD/CD-R等光盘的盘系列、IC卡(包括存储卡)/光卡等卡系列或者屏蔽ROM/EPROM/EEPROM/快闪ROM等半导体存储器系列等。
另外，也可以使得控制装置1能够连接到通信网络，通过通信网络来供给上述程序代码。作为该通信网络，没有特别的限定，可以采用例如互联网、内联网、外联网、LAN、ISDN、VAN、CATV通信网、虚拟专用网(virtual private network)、电话线路网、移动通信网、卫星通信网等。另外，作为构成通信网络的传输介质，没有特定的限定，可以利用例如IEEE 1394、USB、电线传输、光纤TV线、电话线、ADSL电线等有线，也可以利用IrDA或远程遥控的红外线、Bluetooth(注册商标)、802.11无线、HDR、手机通信网、卫星线路、地面数字网等无线。此外，在本发明中，上述程序代码通过以电子传送具体实现了的、埋入到传输波中的计算机数据信号的方式也能够实现。
另外，控制装置1的各电路(各块)可以利用软件来实现，也可以由硬件逻辑来构成，还可以是将进行处理的一部分的硬件和控制该硬件、执行进行剩余处理的软件的运算单元组合起来的装置。
本发明不限于上述实施方式，在权利要求所示的范围可以进行各种变更。即，组合在权利要求所示的范围进行了适当的变更的技术方案而得到的实施方式也包含在本发明的技术范围中。
工业上的可利用性
本发明能够应用于具备背光源的液晶显示装置的控制装置和控制方法。

Claims (7)

1.一种液晶显示装置的控制装置，控制液晶显示装置的动作，所述液晶显示装置具备液晶显示面板和具有在上述液晶显示面板的背面侧矩阵状地配置的多个光源的背光单元，上述液晶显示装置的控制装置的特征在于：
具备：
液晶控制部，其基于输入图像数据来控制上述液晶显示面板的各像素；
背光源控制部，其基于输入图像数据来控制上述各光源的发光状态；以及
图像大小调整部，其在输入图像数据的纵横比不同于上述液晶显示面板的纵横比的情况下，在上述输入图像数据或者对输入图像数据实施了规定处理而得到的图像数据的周缘部添加空图像数据来生成具有与上述液晶显示面板的纵横比对应的纵横比的大小调整图像数据，
上述背光源控制部
将上述大小调整图像数据分割成分别与上述各光源的配置位置对应的多个块，
对于与上述输入图像数据对应的图像的显示区域即图像显示区域所对应的光源，基于与该光源对应的块所包含的各像素的灰度级值中的最大值来确定发光亮度，
对于与上述空图像数据对应的图像的显示区域即非图像显示区域所对应的光源，基于与该光源所对应的块相邻的图像显示区域的块所包含的各像素的平均亮度水平或者将与该光源所对应的块相邻的图像显示区域的块再分割而得到的多个小块中的与该光源所对应的非图像显示区域的块相邻的小块的平均亮度水平来确定发光亮度。
2.根据权利要求1所述的液晶显示装置的控制装置，其特征在于：
上述背光源控制部对于与非图像显示区域对应的光源中的不存在与该光源所对应的块相邻的图像显示区域的块的光源，基于离与该光源对应的块最近的图像显示区域的块所包含的各像素的平均亮度水平或者将该图像显示区域的块再分割而得到的多个小块中的位于与该光源对应的非图像显示区域侧的一部分的小块的平均亮度水平来确定发光亮度。
3.根据权利要求2所述的液晶显示装置的控制装置，其特征在于：
上述背光源控制部在远离图像显示区域的方向排列多个非图像显示区域的块的情况下，将与非图像显示区域的块对应的各光源的发光亮度设定成离图像显示区域距离越大而越暗。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的液晶显示装置的控制装置，其特征在于：
具备亮度分布数据生成部，其生成使上述各光源按照由上述背光源控制部确定的发光亮度来发光时的来自各光源的照射光在上述液晶显示面板中的亮度分布数据，
上述液晶控制部具备基于上述亮度分布数据来校正上述输入图像数据的校正部，基于由上述校正部校正了的图像数据来控制上述液晶显示面板的各像素。
5.根据权利要求1～3中的任一项所述的液晶显示装置的控制装置，其特征在于：
上述图像大小调整部添加上述空图像数据，使得与输入图像数据对应的图像显示在上述液晶显示面板的大致中央。
6.一种液晶显示装置，其特征在于：
具备液晶显示面板、具有在上述液晶显示面板的背面侧矩阵状地配置的多个光源的背光单元以及权利要求1～5中的任一项所述的控制装置。
7.一种液晶显示装置的控制方法，控制液晶显示装置的动作，其中，上述液晶显示装置具备液晶显示面板和具有在上述液晶显示面板的背面侧矩阵状地配置的多个光源的背光单元，所述液晶显示装置的控制方法的特征在于：
包括：
液晶控制工序，基于输入图像数据来控制上述液晶显示面板的各像素；
背光源控制工序，基于输入图像数据来控制上述各光源的发光状态；以及
图像大小调整工序，在输入图像数据的纵横比不同于上述液晶显示面板的纵横比的情况下，在上述输入图像数据或者对输入图像数据实施了规定处理而得到的图像数据的周缘部添加空图像数据来生成具有与上述液晶显示面板的纵横比对应的纵横比的大小调整图像数据，
上述背光源控制工序包括如下工序：
将上述大小调整图像数据分割成分别与上述各光源的配置位置对应的多个块；
对于与上述输入图像数据对应的图像的显示区域即图像显示区域所对应的光源，基于与该光源对应的块所包含的各像素的灰度级值中的最大值来确定发光亮度；以及
对于与上述空图像数据对应的图像的显示区域即非图像显示区域所对应的光源，基于与该光源所对应的块相邻的图像显示区域的块所包含的各像素的平均亮度水平或者将与该光源所对应的块相邻的图像显示区域的块再分割而得到的多个小块中的与该光源所对应的非图像显示区域的块相邻的各小块的平均亮度水平来确定发光亮度。
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