JP2006285063A - Image display apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、使用環境や表示内容に応じてその表示状態を制御することのできる画像表示装置に関するものである。 The present invention relates to an image display apparatus capable of controlling a display state according to a use environment and display contents.
従来、テレビジョン受像機や車載ディスプレイ装置においては、使用する周囲環境の明るさの状態に応じて画像の表現力を改善したり視認性を改善したりする目的のため、映像信号のコントラストやディスプレイ装置の表示輝度を制御する技術が開発されている。 Conventionally, in television receivers and in-vehicle display devices, the contrast and display of video signals are used for the purpose of improving the expressive power of images and improving the visibility according to the brightness of the surrounding environment used. A technique for controlling the display brightness of the apparatus has been developed.
例えば、テレビジョン受像機では特許文献１にその具体例が示されており、周囲の明るさレベルを検出する外光検出手段と、映像信号の輝度レベルを検出する輝度検出手段とを備えて、検出された周囲の明るさレベルおよび映像信号の輝度レベルに応じて、ファジィ推論により表示画像のコントラストを制御するものである。 For example, a specific example of a television receiver is disclosed in Patent Document 1, and includes an external light detection unit that detects an ambient brightness level, and a luminance detection unit that detects a luminance level of a video signal. The contrast of the display image is controlled by fuzzy inference according to the detected ambient brightness level and the luminance level of the video signal.
一方、液晶ディスプレイの例では特許文献２にその具体例が示されており、センサーの明るさ制御信号に基づき、液晶パネルへの印加映像信号の振幅や動作基準レベルを自動的に制御することで、液晶表示画面の明るさ、コントラストを制御するものである。
On the other hand, a specific example of the liquid crystal display is shown in
また、車載ディスプレイでは、直射日光照射から暗闇までの幅広い照度範囲で視認性を改善する必要があり、周囲照度に応じてディスプレイ装置の調光制御（液晶ディスプレイの場合バックライトの調光制御）を行う、ディマーといわれる機能が従来から広く採用されている。
しかしながら、特許文献１に示したテレビジョン受像機は、室内での使用を想定しており、図１２の構成図からも分かるように映像信号のコントラスト補正のみが行われているものであって、上記車載ディスプレイのような広範囲な照度変化には対応できるとは言い難いものである。
具体的には例えば、図１３に示すように特許文献１に開示されているファジィ推論の例では、「明るさが明るい照度で高い輝度の場合は変化なし」あるいは、「明るさが暗い照度で低い輝度の場合は変化なし」の例のように、直射日光のような非常に明るい照度環境や夜間の車内のような暗闇等の環境では、充分な視認性の改善を行うことができるものではない。
さらに、「明るさと輝度がそれぞれ普通の場合には変化なし」の例のように、通常の照度環境においては、基本的にそのままであり画質改善を充分行うものではない。
すなわち「明るさが暗い照度で高い輝度の場合」や「明るさが明るい照度で低い輝度の場合」を中心とした特定の組み合わせにおける表示改善を行うものである。
However, the television receiver disclosed in Patent Document 1 is assumed to be used indoors, and as can be seen from the configuration diagram of FIG. It is difficult to say that it can cope with a wide range of illuminance changes such as the above-mentioned in-vehicle display.
Specifically, for example, as shown in FIG. 13, in the example of fuzzy inference disclosed in Patent Document 1, “if the brightness is bright and the brightness is high, there is no change” or “the brightness is dark and the brightness is low. As in the example of `` no change in low brightness '', in a very bright illuminance environment such as direct sunlight or in an environment such as darkness such as in the car at night, it is not possible to improve the visibility sufficiently Absent.
Further, as in the case of “no change when brightness and brightness are normal,” in an ordinary illuminance environment, the image quality is basically unchanged and the image quality is not improved sufficiently.
That is, display improvement is performed in a specific combination centering on “when the brightness is dark and high brightness” or “when the brightness is bright and low brightness”.
特許文献２に示した液晶ディスプレイ装置の場合では、明るい照度環境における視認性の改善のみを実現するものであり、暗い照度環境に対する改善を実現するものではない。そして、入力映像信号の状態は考慮されていないため、「明るさが明るい照度で低い輝度の場合」などで充分な改善が得られない。
また、従来の車載ディスプレイで行われているような、液晶ディスプレイ等に対するバックライト調光制御のみ（ディマー）の場合では、直射日光のような著しく照度の高い場合において、バックライト輝度の最大調光制御以上の視認性改善は行うことが出来ない。
In the case of the liquid crystal display device disclosed in
In addition, in the case of only backlight dimming control (dimmer) for liquid crystal displays, etc., as is done with conventional in-vehicle displays, the maximum dimming of the backlight brightness is achieved when the illuminance is extremely high, such as direct sunlight. Visibility improvement beyond control cannot be performed.
本発明の目的は、以上のような課題を改善するためになされたものであり、車載ディスプレイのように広範囲に激しく照度環境の変化するような場合においても、照度変化に応じて、同時にその表示映像の映像的特徴をも考慮し、広い照度範囲の全域に渡って常に最適に画質の改善および視認性の改善を行うことができる画像表示装置を実現するものである。特に、著しく照度が高い場合および低い場合の両方における視認性の改善と、通常の標準的な照度の場合における高画質化を両立させることを目的とするものである。 The object of the present invention is to improve the above-described problems. Even in the case where the illuminance environment changes drastically in a wide range such as an in-vehicle display, the display is simultaneously performed according to the illuminance change. In view of the image characteristics of the image, an image display device capable of always optimally improving the image quality and improving the visibility over the entire wide illuminance range is realized. In particular, the object is to achieve both improved visibility in both cases where the illuminance is extremely high and low and high image quality in the case of normal standard illuminance.
本発明に係る画像表示装置は、入力映像信号に対して、予め定めたコントラスト調整とブライトネス調整を行う画質改善信号処理手段と、画質改善信号処理手段の出力に対して、予め定めたブライトネス調整と色ゲイン調整と色相調整を行う視認性改善信号処理手段と、入力映像信号の平均輝度レベルと輝度の最大値と最小値を含む映像特徴情報を検出する映像特徴検出手段と、周囲の明るさの変化を検出する照度検出手段と、画面の表示輝度を制御することのできるディスプレイパネルと、ディスプレイパネルに対し表示輝度を制御するディスプレイパネル輝度制御手段と、画質改善信号処理手段と前記視認性改善信号処理手段と前記ディスプレイパネル輝度制御手段を、照度と映像特徴に従って適応制御する照度・映像適応制御手段とを備えるものである。 An image display apparatus according to the present invention includes an image quality improvement signal processing unit that performs predetermined contrast adjustment and brightness adjustment on an input video signal, and a predetermined brightness adjustment on an output of the image quality improvement signal processing unit. Visibility improvement signal processing means for performing color gain adjustment and hue adjustment, video feature detection means for detecting video feature information including the average luminance level of the input video signal, the maximum value and the minimum value of the luminance, and ambient brightness Illuminance detection means for detecting a change, a display panel capable of controlling the display brightness of the screen, a display panel brightness control means for controlling the display brightness for the display panel, an image quality improvement signal processing means, and the visibility improvement signal Illuminance / image adaptive control means for adaptively controlling the processing means and the display panel brightness control means according to illuminance and video characteristics. It is obtain things.
そして、照度検出手段で検出された照度信号と、映像特徴検出手段で検出された映像信号の映像的特徴とに応じて、画質改善信号処理手段に対する制御と視認性改善信号処理手段に対する制御とを、所定の照度領域において各々所定の制御強度で、適応制御を行い、かつディスプレイパネル輝度制御手段に対する調光制御を連動して行うようにしたものである。 Then, depending on the illuminance signal detected by the illuminance detection means and the video characteristics of the video signal detected by the video feature detection means, the control for the image quality improvement signal processing means and the control for the visibility improvement signal processing means are performed. In the predetermined illuminance region, adaptive control is performed at a predetermined control intensity, and the dimming control for the display panel luminance control means is performed in conjunction with the control.
また、非常に明るい環境下においては、平均輝度レベルと照度レベルに応じて、平均輝度レベルが低い程、また照度レベルが高い程、ブライトネス強調処理および色信号強調処理を強めるように制御する。非常に暗い環境下においては、平均輝度レベルと照度レベルに応じて、平均輝度レベルが低い程、また照度レベルが低い程、ブライトネス強調処理および色信号強調処理を強めるように制御すると同時に、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色成分のうちＢ信号を強調しＲ信号を抑圧するような色相制御を、照度レベルが低い程その制御強度を強めるよう制御するようにしたものである。 In an extremely bright environment, the brightness enhancement process and the color signal enhancement process are controlled to be stronger as the average luminance level is lower and the illuminance level is higher according to the average luminance level and the illuminance level. In a very dark environment, control is performed so that brightness enhancement processing and color signal enhancement processing are enhanced as the average luminance level is lower and the illuminance level is lower according to the average luminance level and the illuminance level. Hue control that enhances the B signal and suppresses the R signal among the G and B color components is controlled so as to increase the control intensity as the illuminance level is lower.
本発明によれば、使用環境の照度に加え入力映像の映像特徴の検出を行うようにし、環境照度が非常に暗い場合もしくは明るい場合においては、映像状態も考慮した視認性改善処理を行うようにしたので、著しく明るいもしくは暗い等の照度環境の悪条件時において、視認性を効果的に改善することができる。
特に、直射光照射時のような著しく明るい環境の場合に、入力映像のシーンに適応して、明るい映像の場合ではブライトネス強調を抑え、暗い映像に対してよりブライトネス強調するようにしているので、明るい映像が白飽和（白潰れ）してしまうことを軽減し、暗い映像は効果的に視認性の改善が可能となる。さらに暗所視の色相制御を行うことで、視覚特性に適応した表示制御がとすることができる。
また、標準的な照度の場合にだけ映像特徴に適応した画質改善処理を行うのではなく、環境照度がやや暗いもしくはやや明るい場合においては、視認性改善処理と画質改善処理を、適宜照度に応じて各々強度制御するようにしたことにより、その双方の効果を照度状態に応じて効果的に行うことができ、使用している照度の広範囲に渡る変化に対し、全ての照度領域で最適な表示制御を実現することができるものである。
According to the present invention, in addition to the illuminance of the usage environment, the video feature of the input video is detected, and when the environmental illuminance is very dark or bright, the visibility improving process is performed in consideration of the video state. Therefore, it is possible to effectively improve the visibility when the illumination environment is extremely bright or dark.
Especially, in the case of extremely bright environments such as when exposed to direct light, it is adapted to the scene of the input video, and in the case of a bright video, brightness enhancement is suppressed, and brightness enhancement is applied to dark video. It is possible to reduce the white saturation (white crushing) of bright images, and it is possible to effectively improve the visibility of dark images. Furthermore, display control adapted to visual characteristics can be achieved by performing hue control for dark place vision.
Also, instead of performing image quality improvement processing adapted to video features only for standard illumination, when the ambient illumination is slightly dark or slightly bright, the visibility improvement processing and image quality improvement processing are appropriately performed according to the illumination. By controlling the intensity individually, both effects can be effectively performed according to the illuminance state, and the optimum display in all illuminance areas with respect to the wide range of changes in the illuminance used Control can be realized.
以下、本発明に係る画像表示装置について、図面を参照しながら説明する。以下の実施の形態では、ディスプレイ装置の一例として液晶表示装置を例に説明するが、本発明が適用される画像表示装置はこの例に特に限定されず、ディスプレイの表示輝度の制御手段を有するものであれば、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置やＰＤＰ（プラズマディスプレイ）表示装置等にも同様に適用可能である。
（実施の形態）
図１は、本発明の第１実施形態による画像表示装置の構成を示すブロック図である。
図１の画像表示装置は、画質改善信号処理手段１、視認性改善信号処理手段２、映像特徴検出手段３、照度・映像適応制御手段４、ディスプレイパネル５、ディスプレイパネル輝度制御手段６、照度検出手段７を備える。また、図１の９は、映像信号処理機能付ディスプレーパネルである。
以降ディスプレイパネル５が液晶ディスプレイである車載ディスプレイの場合について説明を行う。液晶ディスプレイの場合、ディスプレイパネル輝度制御手段６は、液晶ディスプレイのバックライトの輝度調光を行うものとなる。
Hereinafter, an image display device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, a liquid crystal display device will be described as an example of a display device. However, an image display device to which the present invention is applied is not particularly limited to this example, and has a display brightness control means. If so, the present invention can be similarly applied to an organic EL (electroluminescence) display device, a PDP (plasma display) display device, and the like.
(Embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the image display device according to the first embodiment of the present invention.
1 includes an image quality improvement signal processing means 1, a visibility improvement signal processing means 2, a video feature detection means 3, an illuminance / video adaptive control means 4, a display panel 5, a display panel brightness control means 6, and an illuminance detection. Means 7 are provided. Reference numeral 9 in FIG. 1 denotes a display panel with a video signal processing function.
Hereinafter, the case where the display panel 5 is an in-vehicle display which is a liquid crystal display will be described. In the case of a liquid crystal display, the display panel luminance control means 6 performs luminance dimming of the backlight of the liquid crystal display.
画質改善信号処理手段１には、Ｙ色差信号形式の入力映像信号が入力され、輝度信号および色差信号の各々の映像信号に対するコントラスト制御、ブライトネス制御等の映像信号処理が施されて視認性改善信号処理手段２へ出力される。視認性改善信号処理手段２では、ブライトネス制御、色ゲイン制御および色相制御が行われ、Ｒ，Ｇ，Ｂ信号形式に変換して出力され、ディスプレイパネル５へと入力される。このように画質改善および視認性改善の映像信号処理を施された入力映像信号は、ディスプレイパネル輝度制御手段６により輝度制御（バックライト調光制御）されるディスプレイパネル５に映像として表示される。
尚、本実施形態では、入力映像信号の信号形態をＹ色差信号としているが、システムによっては、ＲＧＢ信号（この場合は、視認性改善信号処理手段２で色ゲイン制御および色相制御のための内部でのＹ色差変換処理とＲＧＢ再変換処理が必要）であってもよく、あるいは輝度信号と明度信号と色彩度信号の組み合わせの信号（ＨＳＶ信号）等であってもよい。それらの場合は、画質改善信号処理手段１および視認性改善信号処理手段２および映像特徴検出手段３が、それぞれそれらに対応した形のものとなる。
照度検出手段７は、ディスプレイパネル表示面近傍に取り付けられた照度センサーにより、所定の周期（例えば１フィールド毎）でその使用環境の照度変化を検出しＡＤ変換され、ディジタルデータの照度信号として、照度・映像適応制御手段４に入力される。
映像特徴検出手段３は、入力映像信号から、映像信号の全体の平均的な明るさやダイナミックレンジ、明るさの分布状態等の映像的特徴を、１フィールド単位で検出するものであり、ここでは、例えば輝度の最大値、最小値、平均値等の特徴情報を検出するものとする。照度・映像適応制御手段４は、使用環境の照度により、明るい場合や暗い場合の使用環境条件の悪い場合には視認性改善信号処理手段２を、標準的な照度の場合には画質改善信号処理手段１を、その中間の照度状態の場合には画質改善信号処理手段１および視認性改善信号処理手段２の両方を、入力映像の映像的特徴と照度に応じてそれぞれ適応制御し、かつ輝度制御手段５に対する調光制御を照度に応じ最適に制御するように動作を行うものである。
以上のように構成された画像表示装置において、照度・映像適応制御手段４で適応制御される、画質改善処理、視認性改善処理および調光制御についてそれぞれその動作を説明する。
The image quality improvement signal processing means 1 receives an input video signal in the Y color difference signal format, and is subjected to video signal processing such as contrast control and brightness control for the video signal of each of the luminance signal and the color difference signal, thereby improving the visibility improvement signal. It is output to the processing means 2. In the visibility improvement signal processing means 2, brightness control, color gain control and hue control are performed, converted into R, G and B signal formats and output, and input to the display panel 5. The input video signal that has been subjected to the video signal processing for improving the image quality and improving the visibility as described above is displayed as an image on the display panel 5 that is brightness-controlled (backlight dimming control) by the display panel brightness control means 6.
In the present embodiment, the signal form of the input video signal is a Y color difference signal. However, depending on the system, an RGB signal (in this case, the visibility improvement signal processing means 2 uses internal signals for color gain control and hue control). (Y color difference conversion processing and RGB re-conversion processing are necessary), or a signal (HSV signal) of a combination of a luminance signal, a lightness signal, and a color saturation signal may be used. In those cases, the image quality improvement signal processing means 1, the visibility improvement signal processing means 2, and the video feature detection means 3 are respectively in a form corresponding to them.
The illuminance detection means 7 detects an illuminance change in the use environment at a predetermined cycle (for example, every field) by an illuminance sensor attached in the vicinity of the display surface of the display panel, and is AD-converted. Input to video adaptive control means 4
The video feature detecting means 3 detects video features such as average brightness, dynamic range, brightness distribution state, etc. of the entire video signal from the input video signal in units of one field. For example, feature information such as the maximum value, minimum value, and average value of luminance is detected. The illuminance / image adaptive control means 4 uses the visibility improvement signal processing means 2 when the use environment conditions are low or bright, depending on the illuminance of the use environment, and the image quality improvement signal processing when the illuminance is standard. When the means 1 is in an intermediate illuminance state, both the image quality improvement signal processing means 1 and the visibility improvement signal processing means 2 are adaptively controlled according to the image characteristics and illuminance of the input video, respectively, and brightness control is performed. The operation is performed so that the dimming control for the means 5 is optimally controlled according to the illuminance.
Operations of the image quality improvement processing, visibility improvement processing, and dimming control that are adaptively controlled by the illuminance / video adaptive control means 4 in the image display device configured as described above will be described.
まず、画質改善信号処理であるが、これは規定の信号レベルの信号をディスプレイパネルに入力した場合に、ディスプレイパネルに表示される輝度が規定の輝度レベル（目標輝度）を保持しながら、画質改善信号処理手段１に対するコントラスト改善のための信号処理制御と、ディスプレイパネル輝度制御手段６に対する調光制御とを、映像特徴検出手段３で得られる特徴情報に応じて映像適応制御（ＡＩ処理）するものである。
これを図４、図５を用いて説明する。図４は全体に明るい入力画像の例で、入力信号の輝度の最大値、最小値、平均値の映像特徴情報を元に、入力画像のダイナミックレンジを振幅拡大（コントラスト制御）し、所定のレンジに収まるようなオフセット制御（ブライトネス制御）が行われる。これらの処理による本来の入力画像の平均値レベルの変動分を調光制御により相殺されるようにバックライト輝度アップの動作を行う。
図５は全体に暗い入力画像の場合の例で、図４の場合と同様の概念で処理が行われるが、この場合はブライトネス制御と調光制御が、それぞれ図４の場合と逆方向に行われることになる。
このように映像適応制御（ＡＩ処理）では、入力映像信号の映像的特徴に応じて、信号振幅を拡大し同時に調光制御されるため、映像のコントラスト感が向上し、黒はより黒く、白はより白い映像となる良好な信号処理が行われるものである。
以上のような映像適応制御（ＡＩ処理）を行う場合に、入力画像の平均輝度レベルが、信号処理のコントラスト制御やブライトネス制御を行っても維持されるように規定する値が、目標輝度である。すなわち、室内等照度が安定している環境においては、目標輝度は一定値でよいと考えられるが、環境照度が大きく変化する場合においては、照度に応じて目標輝度自体を変える必要がある。
また、この映像適応制御（ＡＩ処理）では、図４および図５に示したように入力映像のダイナミックレンジを、規定の白レベルから規定の黒レベルまでのダイナミックレンジでコントラスト拡大（信号伸長）することが基本であるが、このコントラスト拡大のゲインに対して、図６に示すような最大ゲイン（リミッター）を設けており、上記の計算上のコントラスト拡大量（コントラストゲイン）が、この最大ゲイン内であれば計算上のコントラストゲインを、最大ゲインを超える場合には設定された最大ゲインを、映像適応制御のコントラストゲインとして設定するようにしている。すなわち、上記最大ゲインの設定が映像適応制御（ＡＩ処理）の制御強度（効果の効かせ具合）に相当する。
以上のことから、照度・映像適応制御手段４における画質改善処理に対する制御は、まず照度信号に対応させて上記目標輝度を設定し、そして、照度レベルに応じた強度の制御（効果の効かせ具合）として上記最大ゲインを制御することになる。（全照度範囲における強度制御の具体例については詳細を後述する。）
つまり、照度信号から導き出される「目標輝度」と「最大ゲイン設定」という二つのパラメータ条件のもとで図４および図５に示したような所定のアルゴリズムにより、照度に最適化された映像適応制御（ＡＩ処理）が行われる。
First, image quality improvement signal processing, which, when a signal with a specified signal level is input to the display panel, improves the image quality while maintaining the specified brightness level (target brightness). Signal adaptive control (AI processing) for signal processing control for contrast improvement for the signal processing means 1 and dimming control for the display panel luminance control means 6 according to the feature information obtained by the video feature detection means 3 It is.
This will be described with reference to FIGS. FIG. 4 shows an example of an input image that is bright overall. Based on the video feature information of the maximum value, minimum value, and average value of the luminance of the input signal, the dynamic range of the input image is expanded (contrast control) to obtain a predetermined range. Offset control (brightness control) is performed so as to fall within the range. The operation of increasing the backlight luminance is performed so that the fluctuation of the average value level of the original input image due to these processes is offset by the light control.
FIG. 5 shows an example of a dark input image as a whole, and processing is performed with the same concept as in FIG. 4, but in this case, brightness control and dimming control are performed in the opposite directions to those in FIG. It will be.
As described above, in the video adaptive control (AI processing), the signal amplitude is enlarged and the light control is simultaneously performed according to the video characteristics of the input video signal, so that the contrast of the video is improved, black becomes blacker, white In this case, good signal processing for producing a whiter image is performed.
When video adaptive control (AI processing) as described above is performed, the target luminance is a value that defines that the average luminance level of the input image is maintained even if signal processing contrast control or brightness control is performed. . That is, the target brightness may be a constant value in an environment where the illuminance is stable, such as indoors, but when the environmental illuminance changes greatly, the target brightness itself needs to be changed according to the illuminance.
Further, in this video adaptive control (AI processing), as shown in FIGS. 4 and 5, the dynamic range of the input video is expanded (signal expansion) with a dynamic range from a specified white level to a specified black level. However, the maximum gain (limiter) as shown in FIG. 6 is provided for this contrast expansion gain, and the calculated contrast expansion amount (contrast gain) is within this maximum gain. If so, the calculated contrast gain is set as the contrast gain for video adaptive control when the maximum gain is exceeded. In other words, the setting of the maximum gain corresponds to the control strength (effect level) of the video adaptive control (AI processing).
From the above, the control for the image quality improvement processing in the illuminance / video adaptive control means 4 first sets the target luminance corresponding to the illuminance signal, and then controls the intensity according to the illuminance level (the degree of effect application). ) To control the maximum gain. (Specific examples of intensity control in the entire illuminance range will be described later in detail.)
That is, video adaptive control optimized for illuminance by a predetermined algorithm as shown in FIGS. 4 and 5 under the two parameter conditions of “target luminance” and “maximum gain setting” derived from the illuminance signal. (AI processing) is performed.
ここで次に、全照度範囲における強度制御について説明する。
本画像表示装置の目的とするところは、車載ディスプレイのように非常に広範囲にわたる照度範囲でかつ照度が激しく変わる用途において、常にその時々の照度状態に最適な表示制御を実施することにある。
すなわち、照度条件が比較的良好で安定している場合には、画質改善の表示制御中心に実施し、照度環境条件が厳しい状態の場合には、視認性改善を目的とした表示制御を実施し、その中間的な照度条件の場合は、各々の処理を適応的にミックスするようにするものである。図２にこの制御の一例の様子を示す。同図の実線に示すように、画質改善処理については画質改善処理のみを実施する領域を２００ｌｘ以上１万ｌｘ未満とし、特に４００ｌｘから５０００ｌｘ程度の標準的な照度範囲において、上記の最大ゲイン設定が１．７倍程度となるように設定をし、その上下の照度範囲ではリニアに最大ゲイン設定値を減少させるような制御とするものとしている。この設定例では明暗の劣悪環境の場合でも完全には画質改善処理をＯＦＦとはしないで、１．１倍程度の最大ゲイン設定として僅かに動作をさせているが、１０ｌｘ未満および２万ｌｘ以上の範囲については、視認性改善処理を主体として動作させるべき領域であるので、画質改善処理はＯＦＦ（１．０倍）としてもよい。
一方、詳細説明は後述する視認性改善処理の制御強度の照度に対する設定は、同図の一点鎖線に示すように、画質改善処理とは対称的な制御とする。具体的には、検出された照度に応じて、視認性改善処理を実施する領域は２００ｌｘ未満と１万ｌｘ以上としており、この領域については、照度に比例して後述する各々の視認性改善処理をＯＦＦから各々の処理の最大制御強度までリニアに制御量を可変するものとする。尚、視認性改善処理のうち暗所視色相制御処理については、１０ｌｘ未満で主に動作するよう図２の点線のように制御する。そして、視認性改善信号処理と画質改善信号処理の両方の信号処理を照度に応じてミックスさせるべき領域を、１０ｌｘ以上２００ｌｘ未満および、１万ｌｘ以上２万ｌｘ未満としている。
ここで、これらの数値上の設定根拠としては、１０ｌｘという数値は、後述するプルキンエ現象の要因である眼の視覚機能面から設定したもので、視細胞が錐体中心の動作から捍体中心の動作へと切り替る付近の照度を基にしている。また２万ｌｘとう数値に関しては、晴天状態の昼間の環境での一般的な車両におけるダッシュボード付近の平均的な照度を基準としている。さらに、２００ｌｘと１万ｌｘについては、実験結果から適切と判断される数値として設定している。
尚、上記「目標輝度」についての制御であるが、これは上述したように、検出される照度に比例した設定値を目標輝度として設定すればよい。具体的には図３に示すように、照度に比例し最小値と最大値を適宜可変できるようにしたものを「目標輝度」として設定している。この目標輝度特性は、後述の視認性改善処理でも使用するものであり、照度に対する特性設定や上記最大値および最小値の設定により、輝度制御手段５に対する調光制御の基本特性を調整することができるものである。
Next, intensity control in the entire illuminance range will be described.
The object of the present image display apparatus is to always perform display control optimal for the illuminance state at any time in an application where the illuminance changes drastically in a very wide illuminance range such as an in-vehicle display.
In other words, when the illuminance conditions are relatively good and stable, the display control is performed mainly for improving the image quality. When the illuminance environmental conditions are severe, the display control is performed for the purpose of improving the visibility. In the case of the intermediate illuminance condition, each process is adaptively mixed. FIG. 2 shows an example of this control. As shown by the solid line in the figure, in the image quality improvement process, the area where only the image quality improvement process is performed is set to 200 lx or more and less than 10,000 lx, and particularly in the standard illuminance range of about 400 lx to 5000 lx, the above maximum gain setting is set. The setting is made to be about 1.7 times, and the maximum gain setting value is linearly reduced in the upper and lower illuminance ranges. In this setting example, the image quality improvement processing is not completely turned off even in a light and dark environment, and the operation is slightly performed with a maximum gain setting of about 1.1 times, but less than 10 lx and more than 20,000 lx Since the range is a region that should be operated mainly by the visibility improving process, the image quality improving process may be OFF (1.0 times).
On the other hand, the setting for the illuminance of the control intensity in the visibility improving process, which will be described in detail later, is controlled symmetrically with the image quality improving process, as shown by the dashed line in FIG. Specifically, in accordance with the detected illuminance, the area where the visibility improvement process is performed is set to be less than 200 lx and 10,000 lx or more. The amount of control is linearly variable from OFF to the maximum control intensity of each process. In the visibility improving process, the dark place visual hue control process is controlled as indicated by a dotted line in FIG. 2 so as to mainly operate at less than 10 lx. The areas where both the visibility improvement signal processing and the image quality improvement signal processing should be mixed according to the illuminance are set to 10 lx or more and less than 200 lx and 10,000 lx or more and less than 20,000 lx.
Here, as a basis for setting these numerical values, the
Note that, although the control is for the “target luminance”, as described above, a setting value proportional to the detected illuminance may be set as the target luminance. Specifically, as shown in FIG. 3, the “target luminance” is set so that the minimum value and the maximum value can be appropriately varied in proportion to the illuminance. This target luminance characteristic is also used in the visibility improving process described later, and the basic characteristic of the dimming control for the luminance control means 5 can be adjusted by setting the characteristic with respect to illuminance and setting the maximum value and the minimum value. It can be done.
次に、視認性改善信号処理での詳細について説明する。これは、上記の画質改善信号処理が施された後に処理される信号処理であり、視認性を改善するために輝度信号に対するブライトネス制御処理と色差信号に対する色ゲイン制御処理と色相制御処理を行うものである。ブライトネス制御処理に関しては、上記画質改善信号処理でも制御されるものであるが、それがコントラスト改善処理の中で平均輝度を保持するために行われるオフセット処理であったのに対し、ここでのブライトネス処理は、更に強制的に輝度アップのために加えられる＋方向のみのオフセットである。これらの制御は、照度・映像適応制御手段４により、入力映像信号の映像的特徴に適応して各々の調整量が制御されるようになっており、またその制御の強度についても上記画質改善信号処理と同様に、照度レベルに応じて後述するような強度制御が行われるようになっている。以下、視認性改善信号処理の詳細な制御について、図７〜１１を用いて説明する。 Next, details of the visibility improvement signal processing will be described. This is signal processing that is performed after the above image quality improvement signal processing is performed, and performs brightness control processing for luminance signals, color gain control processing for hue difference signals, and hue control processing to improve visibility. It is. The brightness control process is also controlled by the image quality improvement signal process, but it is an offset process performed to maintain the average luminance in the contrast improvement process. The process is an offset in the + direction only, which is further forced to increase brightness. In these controls, the illuminance / image adaptive control means 4 controls each adjustment amount in accordance with the image characteristics of the input image signal. Similar to the processing, intensity control as described later is performed according to the illuminance level. Hereinafter, detailed control of the visibility improvement signal processing will be described with reference to FIGS.
まず、ブライトネス制御処理について説明する。図７は、ブライトネス制御処理の制御概要を示す図である。図７のように、照度信号の所定レベル以下（図では全照度領域を８ｂｉｔ量子化した場合の２４以下）の暗い照度の場合と、照度信号の所定レベル以上（図では２３２以上）の明るい照度の場合において、それぞれ、映像特徴検出手段３で検出された入力映像の平均輝度レベルに応じて、平均輝度レベル（Ａｖｅ値）が小さければブライトネス加算量を大きくし、平均輝度レベル（Ａｖｅ値）が大きければブライトネス加算量を小さくするように、映像の平均輝度レベルに応じて制御している。この例では具体的には図８（b）に示すように加算量は平均輝度レベルに比例させるものとしている。
これは、視認性を改善するためには、暗い照度の場合も明るい照度の場合も、暗い入力画像の場合は強制的にブライトネス加算して輝度レベルを上げる割合を強める必要があるということである。言い換えれば、使用環境が非常に暗い照度や明るい照度の場合には、暗い入力画像も明るい入力画像もオフセットを付加して結果的にダイナミックレンジとして、高い階調側に集中させて明るくした方が、表示画像を認識し易くなるという理由によるものである。これを模式図で示した図が図８(a)である。同図の楕円で示した範囲に信号のダイナミックレンジがあるものを、全体に暗い信号の場合にはより大きなオフセットを付加し、明るい信号の場合は比較的小さなオフセットとして、出力の信号レンジを白側に偏らすものである。これにより映像としては、コントラスト感等はやや劣化してしまうものの、明るい映像の場合は白飽和（白潰れ）してしまうことを軽減し、暗い映像の場合は黒っぽい表示内容が認識できないような事を軽減し効果的に視認性の改善が可能となる。
これは特に、直射日光が画面に照射するような著しく照度の高い場合（２万ｌｘ以上）において有効である。
従来、環境照度に応じて視認性改善を行うのは、車載ディスプレイにおけるディマーのようにディスプレイパネルの輝度制御手段６（液晶ディスプレイの場合では、バックライトの調光制御）で行われていたが、これはこのような、バックライトが最大調光で飽和してしまうような面に対しても有効である。
一方非常に暗い照度の場合では、視認性の面からはバックライト調光の輝度を上げることによる視認性改善の方法もあるが、広範囲な照度範囲に対応してリニアにバックライト調光する場合では、非常に暗い照度ではバックライト輝度も著しく低くさせることになるので、このようなブライトネス強調処理が視認性改善に有効となる。
そして、ブライトネス強調制御は、図７のように照度にも比例させて、照度が暗い領域では照度レベルが低い程高くなるように、照度が明るい領域では照度レベルが高いほど高くなるようにそのブライトネス加算量の制御を行うようにするものである。
尚、図７において、点線で示した部分は、照度が本処理を実施する領域から、実施しない領域へ変化した場合について、その状態遷移に対し急激な違和感が起きないように、ブライトネス制御量に対しＬＰＦを付加して制御するようにしていることを示すものである。
First, the brightness control process will be described. FIG. 7 is a diagram showing a control outline of the brightness control process. As shown in FIG. 7, in the case of dark illuminance below a predetermined level of the illuminance signal (24 or less when the entire illuminance region is 8-bit quantized in the figure) and bright illuminance above the predetermined level of the illuminance signal (232 or more in the figure) In this case, the brightness addition amount is increased if the average luminance level (Ave value) is small, and the average luminance level (Ave value) is increased in accordance with the average luminance level of the input video detected by the video feature detection means 3. Control is made in accordance with the average luminance level of the video so as to reduce the brightness addition amount if it is larger. In this example, specifically, as shown in FIG. 8B, the addition amount is assumed to be proportional to the average luminance level.
This means that in order to improve visibility, it is necessary to increase the ratio of increasing the brightness level by forcibly adding brightness in the case of a dark input image, whether it is dark or bright. . In other words, when the usage environment is very dark or bright, it is better to add an offset to both dark and bright input images, resulting in a dynamic range that is concentrated and brightened on the higher gradation side. This is because the display image can be easily recognized. FIG. 8A shows a schematic diagram of this. In the figure, the signal range that is in the range indicated by the ellipse is added with a larger offset for dark signals as a whole, and a relatively small offset for bright signals. It is biased to the side. As a result, the contrast of the image will be slightly degraded, but it will be less likely to be white saturated (white crushing) in the case of a bright image, and the dark display content will not be recognized in the case of a dark image. It is possible to reduce visibility and effectively improve visibility.
This is particularly effective when the illuminance is extremely high (20,000 lx or more) such that direct sunlight irradiates the screen.
Conventionally, the visibility improvement according to the environmental illuminance has been performed by the brightness control means 6 of the display panel (in the case of a liquid crystal display, backlight dimming control) like a dimmer in an in-vehicle display, This is also effective for such a surface where the backlight is saturated at maximum dimming.
On the other hand, in the case of very dark illuminance, there is a method of improving visibility by increasing the brightness of backlight dimming from the viewpoint of visibility, but when dimming the backlight linearly corresponding to a wide range of illuminance Then, since the backlight luminance is remarkably lowered at very dark illuminance, such brightness enhancement processing is effective in improving the visibility.
The brightness enhancement control is proportional to the illuminance as shown in FIG. 7, and the brightness is increased so that the lower the illuminance level is in the dark illuminance region, and the higher the illuminance level is in the bright illuminance region. The amount of addition is controlled.
In FIG. 7, the portion indicated by the dotted line indicates the brightness control amount so that a sudden discomfort does not occur with respect to the state transition when the illuminance changes from the region where this processing is performed to the region where this processing is not performed. On the other hand, this indicates that control is performed by adding an LPF.
次に、色ゲイン制御処理について説明する。視認性改善信号処理のメインの処理はブライトネス制御である。色ゲイン制御処理は、ブライトネス制御処理により全般に、画像が白飽和（白潰れ）気味になってしまうことに対する補償の意味合いが大きい処理である。ブライトネス制御処理は、上述のように、信号を白側に飽和させてしまっても、全体の信号レベルを高くして視認性を改善する考え方のものであるので、色に関しても同様に濃くすることにより視認性改善を得るものである。
この理由からも考えられるように、色ゲイン制御処理はブライトネス制御処理に連動して同様の制御を行えばよい。図９は、色ゲイン制御処理の制御概要を示す図である。このように、ブライトネス制御処理と同様の処理を行えばよいので、実際の制御構成としては、映像特徴検出手段３で検出された入力映像の平均輝度レベル入力と照度信号から、所定の演算式によりブライトネス制御量を算出し、その結果からさらに比例計算により色ゲイン制御量を算出すればよい。各々の演算式は演算パラメータを可変できるようにして調整可能としておくことが望ましい。
Next, the color gain control process will be described. The main process of the visibility improvement signal process is brightness control. The color gain control process is a process that has a large meaning of compensation for an image that appears to be white-saturated (white-out) generally due to the brightness control process. As described above, the brightness control process is based on the idea of improving the visibility by increasing the overall signal level even if the signal is saturated to the white side. Thus, the visibility is improved.
As can be considered from this reason, the color gain control process may be performed in conjunction with the brightness control process. FIG. 9 is a diagram showing a control outline of the color gain control process. In this way, since the same process as the brightness control process may be performed, the actual control configuration is based on the average luminance level input and the illuminance signal of the input video detected by the video feature detection means 3 according to a predetermined arithmetic expression. The brightness control amount is calculated, and the color gain control amount is calculated from the result by proportional calculation. Each arithmetic expression is preferably adjustable so that the arithmetic parameters can be varied.
次に、色相制御処理について説明する。上記説明の通りブライトネス制御処理と色ゲイン制御処理は、照度が非常に暗い場合と明るい場合においてあくまでも視認性を改善する目的で、映像特徴に対しては同様なに暗い映像ほど強調するような制御を施していた。
これに対し色相制御処理は、照度が非常に暗い場合に限り人間の眼の視覚的特徴を補償するように動作させる暗所視用のものである。この視覚的特徴とは、概ね１０ｌｘ程度以下の暗所視において主として働く視細胞である捍体は、明暗によく反応するが長波長成分の光には反応しないため、赤いものは暗く見え青い色が明るく見えるという現象で、プルキンエ現象と呼ばれるものである。これは、図１０に示すように、暗所視では比視感度曲線が５５５ｎｍから５０７ｎｍ程度に短波長側に移動することである。色相制御処理では、この現象に対する補償として、所定照度（概ね１０ｌｘ程度）以下の場合に、ＲＧＢ信号のうちＲ信号を強調し逆にＢ信号を抑圧するような色相制御とするものである。この制御の概要を図示したものが、図１１である。同図では、Ｇ信号を基準としてＲ信号を照度に応じて照度が低くなる程Ｒ信号の色ゲインを強め、逆にＢ信号は照度が低くなる程Ｂ信号の色ゲインを弱めるように制御を行うものである。各々の演算式は演算パラメータを可変できるようにして調整可能としておくことが望ましい。
ブライトネス制御処理と色ゲイン制御処理は、上記のように２００ｌｘ未満で機能させるようにしているが、この暗所視色相制御処理については、概ね１０ｌｘ未満の範囲で主に動作するように制御を行う。
また、視認性改善処理でも、画質改善処理の場合と同様に、輝度制御手段５に対する調光制御は、図３に示す目標輝度の制御が行われている。（実際には本実施形態例では、画質改善処理が全ての照度領域で動作しているため、画質改善処理における目標輝度制御が実施されている。）
このように、視認性改善信号処理では、照度環境が悪条件の場合に、高画質化ではなく、あくまでも何が表示されているのかを認識し易くすることにのみ着目したこれらの表示制御処理が行われる。
Next, the hue control process will be described. As described above, brightness control processing and color gain control processing are controls that emphasize darker images in the same way for video features for the purpose of improving visibility only when the illuminance is very dark and bright. Had been given.
On the other hand, the hue control process is for dark vision that is operated so as to compensate for the visual characteristics of the human eye only when the illuminance is very dark. The visual feature is that the rod, which is a photoreceptor cell that mainly works in dark vision of about 10 lx or less, reacts well in light and dark, but does not react to light of long wavelength components, so that red ones appear dark and blue color Is called the Purkinje phenomenon. As shown in FIG. 10, this means that the relative visibility curve shifts to the short wavelength side from 555 nm to about 507 nm in dark place vision. In the hue control process, as a compensation for this phenomenon, hue control is performed such that the R signal of the RGB signals is enhanced and the B signal is suppressed when the illuminance is less than or equal to about 10 lx. FIG. 11 shows an outline of this control. In the figure, with respect to the G signal, the R signal is controlled so that the R signal color gain increases as the illuminance decreases according to the illuminance, and the B signal color gain decreases as the illuminance decreases. Is what you do. Each arithmetic expression is preferably adjustable so that the arithmetic parameters can be varied.
The brightness control process and the color gain control process are made to function at less than 200 lx as described above. However, the dark place visual hue control process is controlled to operate mainly in a range of less than 10 lx. .
In the visibility improving process, as in the case of the image quality improving process, the dimming control for the brightness control unit 5 is performed by controlling the target brightness shown in FIG. (Actually, in the present embodiment, since the image quality improvement process operates in all illuminance regions, target luminance control is performed in the image quality improvement process.)
In this way, in the visibility improvement signal processing, when the illuminance environment is in a bad condition, these display control processes focusing only on making it easy to recognize what is displayed, not improving the image quality. Done.
以上説明したように、画質改善処理と視認性改善処理を順次個別ブロックとして独立に制御する構成とし、このように照度に応じた制御強度で処理することにより、０ｌｘの暗闇から１０万ｌｘの直射光までの広範囲の照度領域において、視認性改善と画質改善を適応的に両立することができる良好な表示制御を実現することができる。 As described above, the image quality improvement process and the visibility improvement process are independently controlled as individual blocks in sequence, and the process is performed with the control intensity corresponding to the illuminance in this manner, so that the direct irradiation of 100,000 lx from the darkness of 0 lx. In a wide illuminance region up to light, it is possible to realize a good display control capable of adaptively achieving both visibility improvement and image quality improvement.
尚、図1のように、前記画質改善信号処理手段、前記視認性改善信号処理手段、前記映像特徴検出手段、前記照度・映像適応制御手段、前記ディスプレイパネル輝度制御手段、前記照度検出手段を単数、又は複数の集積回路にまとめることも可能である。 As shown in FIG. 1, the image quality improvement signal processing means, the visibility improvement signal processing means, the video feature detection means, the illuminance / video adaptive control means, the display panel brightness control means, and the illuminance detection means are singular. Or a plurality of integrated circuits.
本発明に係る画像表示装置は、車載用ディスプレイなどの、使用する環境の照度範囲が広く激しく変化することが想定される用途における映像表示機器に適用して有用である。 The image display device according to the present invention is useful when applied to a video display device in an application such as an in-vehicle display in which the illuminance range of the environment to be used is expected to change widely and drastically.
１ 画質改善信号処理手段
２ 視認性改善信号処理手段
３ 映像特徴検出手段
４ 照度・映像適応制御手段
５ ディスプレイパネル
６ ディスプレイパネル輝度制御手段
７ 照度検出手段
８ 集積回路
９ 映像信号処理機能付ディスプレーパネル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image quality improvement signal processing means 2 Visibility improvement signal processing means 3 Image | video feature detection means 4 Illuminance / image adaptive control means 5 Display panel 6 Display panel brightness control means 7 Illuminance detection means 8 Integrated circuit 9 Display panel with image signal processing function
Claims (5)
前記入力映像信号に対して、予め定めたコントラスト調整とブライトネス調整を行う画質改善信号処理手段と、
前記画質改善信号処理手段の出力に対して、予め定めたブライトネス調整と色ゲイン調整と色相調整を行う視認性改善信号処理手段と、
前記入力映像信号の平均輝度レベルと輝度の最大値と最小値を含む映像特徴情報を検出する映像特徴検出手段と、
周囲の明るさの変化を検出する照度検出手段と、
画面の表示輝度を制御することのできるディスプレイパネルと、
前記ディスプレイパネルに対し表示輝度を制御するディスプレイパネル輝度制御手段と、前記画質改善信号処理手段と前記視認性改善信号処理手段と前記ディスプレイパネル輝度制御手段を、照度と映像特徴に従って適応制御する照度・映像適応制御手段とを備え、
前記照度・映像適応制御手段は前記照度検出手段で検出された照度信号と、前記映像特徴検出手段で検出された映像信号の映像特徴情報とに応じて、前記画質改善信号処理手段に対する制御と前記視認性改善信号処理手段に対する制御とを、所定の照度領域において各々所定の制御強度で適応制御を行い、かつ前記ディスプレイパネル輝度制御手段に対する調光制御を連動して行うようにしたことを特徴とする画像表示装置。 An image display device having a function of displaying an input video signal on a display panel and controlling a display state according to ambient illuminance,
Image quality improvement signal processing means for performing predetermined contrast adjustment and brightness adjustment on the input video signal;
Visibility improvement signal processing means for performing predetermined brightness adjustment, color gain adjustment, and hue adjustment for the output of the image quality improvement signal processing means,
Video feature detection means for detecting video feature information including an average luminance level of the input video signal and maximum and minimum luminance values;
Illuminance detection means for detecting changes in ambient brightness;
A display panel that can control the display brightness of the screen;
Display panel brightness control means for controlling display brightness for the display panel, the image quality improvement signal processing means, the visibility improvement signal processing means, and the display panel brightness control means for adaptive control according to illuminance and video characteristics. Video adaptive control means,
The illuminance / video adaptive control means controls the image quality improvement signal processing means according to the illuminance signal detected by the illuminance detection means and video feature information of the video signal detected by the video feature detection means, and The control for the visibility improving signal processing means is adaptively controlled at a predetermined control intensity in a predetermined illuminance region, and the dimming control for the display panel luminance control means is performed in conjunction with the control. An image display device.
としたことを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。 The illuminance / image adaptive control means sets the area for performing the visibility improvement signal processing to be less than 200 lx and 10,000 lx or more according to the illuminance signal detected by the illuminance detection means, An area where both signal processing of the image quality improvement signal processing is performed at a predetermined control intensity is set to 10 lx or more and less than 200 lx and 10,000 lx or more and less than 20,000 lx, and an area where only the image quality improvement signal processing is executed is 200 lx. 2. The image display device according to claim 1, wherein the image display device is less than 10,000 lx.
前記照度検出手段によって検出された照度信号が所定照度以上の場合には、前記映像特徴検出手段によって検出された平均輝度レベルと前記照度検出手段で検出された照度信号に応じて、平均輝度レベルが低い程、また照度信号レベルが高い程、前記ブライトネス調整および前記色ゲイン調整を強めるように制御し、
前記照度信号が所定照度以下の場合には、前記平均輝度レベルと前記照度信号に応じて、平均輝度レベルが低い程、また照度信号レベルが低い程、前記ブライトネス調整および前記色ゲイン調整を強めるよう制御することを特徴とする請求項１および２記載の画像表示装置。 The illuminance / image adaptive control means, for the visibility improvement signal processing means,
When the illuminance signal detected by the illuminance detection means is greater than or equal to a predetermined illuminance, the average luminance level is determined according to the average luminance level detected by the video feature detection means and the illuminance signal detected by the illuminance detection means. The lower the brightness signal level and the higher the illuminance signal level, the stronger the brightness adjustment and the color gain adjustment are controlled,
When the illuminance signal is less than or equal to a predetermined illuminance, the brightness adjustment and the color gain adjustment are strengthened according to the average luminance level and the illuminance signal as the average luminance level is lower and the illuminance signal level is lower. 3. The image display device according to claim 1, wherein the image display device is controlled.
前記照度検出手段によって検出された照度信号が所定照度以下の場合、前記色相調整は暗所視のプルキンエ現象を補償するように、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色成分のうちＢ信号を強調しＲ信号を抑圧するよう色相制御を行い、前記照度信号レベルが低い程、その制御強度を強めるよう制御することを特徴とする請求項１、２、３記載の画像表示装置。 The illuminance / image adaptive control means, for the visibility improvement signal processing means,
When the illuminance signal detected by the illuminance detection means is less than or equal to a predetermined illuminance, the hue adjustment emphasizes the B signal among the R, G, and B color components so as to compensate for dark place Purkinje phenomenon. 4. The image display device according to claim 1, wherein hue control is performed so as to suppress noise, and control is performed such that the control intensity increases as the illuminance signal level decreases.
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| JP4622636B2 (en) | 2011-02-02 |
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