JP2008015207A - 表示装置及び画面輝度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの大幅な増大や、装置の大幅な複雑化を招くことなく、人間の視覚特性に応じた、きめ細かな輝度調整が可能な表示装置及び画面輝度制御方法を提供する。
【解決手段】表示部の全画素の映像信号のなかから、前記表示部で表示可能な最大輝度と最小輝度との中央値よりも高輝度側で設定された第１の閾値よりも高い輝度を有する画素の輝度情報を抽出するとともに、上記表示部の全画素の映像信号のなかから、前記表示部で表示可能な最大輝度と最小輝度との中央値よりも低輝度側で設定された第２の閾値よりも低い輝度を有する画素の輝度情報を抽出する情報抽出手段１４と、前記第１の閾値よりも高い輝度を有する画素の輝度情報と、前記第２の閾値よりも低い輝度を有する画素の輝度情報とに基づいて、前記光源の輝度出力を調整する光源制御手段１２とが設けられていることを特徴とする表示装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、映像信号などを表示する表示装置及びその画面輝度制御方法に関するものである。詳しくは、光源を有し、表示する映像信号に応じて動的に光源の輝度調整を行う、直視型又は投射型の表示装置及び画面輝度制御方法に関するものである。

従来、表示装置の表示品位に関して、人間の視覚特性が十分に反映された画面輝度制御が行われていないという問題がある。

この問題は、例えば、高輝度の映像が表示されるとき、画面全体の輝度が高すぎるために眩しく感じたり、あるいは低輝度の画像が表示されるとき、画面全体の輝度が十分に下がらず、いわゆる黒浮きが生じたりするという問題である。

この問題を解決するために、例えば、映像信号と、光源（バックライト）の輝度調整との間に相関を持たせて、動的に光源輝度の制御を行うことが試みられている。

例えば、特許文献１には、図７に示すように、１）画面を水平方向及び垂直方向に分割し、２）分割された各領域毎に平均輝度レベル（ＡＰＬ：Average Picture Level）を求め、３）そのレベルに応じて前記各領域毎に設けられた光源（蛍光管）の出力を制御する構成が記載されている。

また、特許文献２には、図８（ａ）〜（ｄ）に示すように、１）まず入力された映像信号（図８（ａ））の最大輝度レベル(MAX)と最小輝度レベル(MIN)と平均輝度レベル(APL)とに基づいて、映像信号のダイナミックレンジを拡大し（図８（ｂ））、かつオフセットによって映像信号をレベルシフトさせ（図８（ｃ））、２）次に前記レベルシフトによって生じた画面上の視覚的輝度レベルのシフトを、光源輝度調整によって補正する（図８（ｄ））構成が記載されている。
特開２０００−３２１５７１号公報（２０００年１１月２４日公開） 特開２００１−２７８９０号公報（２００１年１月３０日公開）

しかし、前記特許文献１に記載の構成においては、画面内で細かい輝度制御を行おうとすると、分割する領域数及び光源数を増やす必要がある。また、各領域間で光源の輝度が大きく異なる場合には、領域の境界で不自然な輝度変化が生じるので、それを抑制するための装置を別途盛り込む必要がある。したがって、製造コストが増大したり、装置が複雑化するなどの問題点がある。

また、前記特許文献２に記載の構成においては、光源の輝度調整が、映像信号の最大輝度レベル、最小輝度レベル及び平均輝度レベル(APL)のみに基づいて行われる。したがって、人間の視覚特性に応じたきめ細かな輝度調整ができないという問題点がある。さらに、最大輝度レベルと最小輝度レベルとが、それぞれダイナミックレンジの上限と下限とに等しい場合には、バックライトの出力調整自体が行われないという問題点がある。

本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造コストの大幅な増大や、装置の大幅な複雑化を招くことなく、人間の視覚特性に応じた、きめ細かな輝度調整が可能な表示装置及び画面輝度制御方法を実現することにある。

本発明の表示装置は、前記課題を解決するために、表示部と、該表示部を照射する光源とを備えた表示装置において、上記表示部の全画素の映像信号のなかから、前記表示部で表示可能な最大輝度と最小輝度との中央値よりも高輝度側で設定された第１の閾値よりも高い輝度を有する画素の輝度情報を抽出するとともに、上記表示部の全画素の映像信号のなかから、前記表示部で表示可能な最大輝度と最小輝度との中央値よりも低輝度側で設定された第２の閾値よりも低い輝度を有する画素の輝度情報を抽出する情報抽出手段と、前記第１の閾値よりも高い輝度を有する画素の輝度情報と、前記第２の閾値よりも低い輝度を有する画素の輝度情報とに基づいて、前記光源の輝度出力を調整する光源制御手段とが設けられていることを特徴としている。

また、本発明の画面輝度制御方法は、表示装置の光源の輝度出力を調整することによって、表示装置の画面の輝度を制御する画面輝度制御方法において、上記表示装置の表示部の全画素の映像信号のなかから、前記表示部で表示可能な最大輝度と最小輝度との中央値よりも高輝度側で設定された第１の閾値よりも高い輝度を有する画素の輝度情報を抽出するとともに、上記表示装置の表示部の全画素の映像信号のなかから、前記表示部で表示可能な最大輝度と最小輝度との中央値よりも低輝度側で設定された第２の閾値よりも低い輝度を有する画素の輝度情報を抽出する第１ステップと、前記第１の閾値よりも高い輝度を有する画素の輝度情報と、前記第２の閾値よりも低い輝度を有する画素の輝度情報とに基づいて、前記光源の輝度出力を調整する第２ステップとを有することを特徴としている
人間が明るさや暗さを感じるときに、実際に受ける心理量（印象や刺激の強さ）は、対象物の輝度（特にある閾値からの輝度差など）、対象物の面積（詳しくは、人間の視野内に占める面積）、順応輝度（周囲照度）、及び対比効果などのパラメータによって決定される。したがって、人間の視覚特性にマッチした画面輝度制御を行うためには、前記パラメータをできるだけ正確に、人間の視覚特性に合わせた形で、画面輝度制御、光源制御に反映させる必要がある。

前記の構成によれば、映像信号の全輝度範囲からではなく、あらかじめ設定された閾値に基づいて定義される高輝度部及び低輝度部の輝度情報に基づいて、光源の輝度出力の制御が行われる。

具体的には、全画素の映像信号の内から、例えば人間が明るいと感じる閾値（第１の閾値）よりも輝度の高い画素の輝度情報、及び例えば人間が暗いと感じる閾値（第２の閾値）よりも輝度の低い画素の輝度情報が選択的に抽出され、その抽出された輝度情報を基に、光源の輝度出力の調整を行う。

したがって、従来の全画素の映像信号の輝度平均による輝度調整とは異なり、実際に受ける心理量に影響を与えるパラメータに基づいた輝度制御が行われる。このため、人間の視覚特性を十分に反映したきめ細かな輝度制御が可能となる。

また、新たに光源の個数を増やしたりする必要がなく、コスト増や装置の複雑化を招くこともない。

したがって、製造コストの大幅な増大や、装置の大幅な複雑化を招くことなく、人間の視覚特性に応じた、きめ細かな輝度調整が可能な表示装置及び画面輝度制御方法を実現することができる。

本発明の表示装置では、表示部の周囲の照度を検出する周囲照度検出手段と、前記周囲照度検出手段によって検出された周囲照度に基づいて、前記第１の閾値及び前記第２の閾値を設定する閾値設定手段とが設けられていることが好ましい。

前記の構成によれば、人間の視覚特性（明るさや、暗さを感じるときの心理量）に影響するパラメータである、順応輝度（周囲照度）に応じて、輝度の高い映像信号及び輝度の低い映像信号を区分けする閾値（第１の閾値及び第２の閾値）を決定することができる。したがって、より人間の視覚特性に応じた輝度調整が可能となる。

詳しくは、周囲の光による順応の効果を取り入れて輝度制御を行うことが可能となるため、眩しさ感、視覚疲労を低減することが可能となる。

本発明の表示装置では、前記光源の輝度出力を調整するために、前記第１の閾値よりも高い輝度を有する画素の輝度情報である画素の面積と該画素の平均輝度レベル（APL：Average Picture Level）とから光源出力を定めるための第１の指数を求め、かつ、前記第２の閾値よりも低い輝度を有する画素の輝度情報である画素の面積と該画素の平均輝度レベル(APL)とから光源出力を定めるための第２の指数を求める指数演算手段が設けられているとともに、前記光源制御手段は、前記第１の指数及び第２の指数の組合せによって、前記光源出力の輝度を調整することが好ましい。なお、画素とは、表示部の構成単位であり、画素の面積とは、前記表示部における表示面積を意味する。

前記の構成によれば、人間の視覚特性（心理量）に影響を及ぼすパラメータである、映像の輝度と面積との両方を、光源の輝度出力の制御に反映させることができるので、より人間の視覚特性にマッチした輝度制御が可能となる。

なお、人間の視野内に対象物が占める面積は、映像の視聴距離が関連するパラメータとなるが、それはユーザーによって異なるため、光源の輝度制御に反映させることが困難である。したがって、ここではある一定の視長距離から見たものとして、面積を輝度制御に反映させるパラメータとする。

さらに、輝度の高い映像信号の輝度情報からの第１の指数と、輝度の低い映像信号の輝度情報からの第２の指数とが求められるため、これら複数の指数の対比又は組合せによって、光源の制御をすることが可能になる。すなわち、人間の視覚特性（心理量）に影響を及ぼすパラメータである、対比効果が考慮された光源の制御が可能となる。ここで、対比効果とは、例えば、輝度の高い部分と、輝度の低い部分との対比をいう。

これによって、眩しさ感が少なく、視覚疲労が少なく、かつ黒浮きの少ない高コントラストな画像表示が可能となる。さらに、光源の消費電力を低減することが可能となる。

本発明の表示装置では、前記光源の輝度出力を調整するために、前記第１の閾値よりも高い輝度を有する画素の輝度情報である画素の面積、及び該画素の平均輝度レベル(APL)と第１の閾値との差から光源出力を定めるための第１の指数を求め、かつ、前記第２の閾値よりも低い輝度を有する画素の輝度情報である画素の面積、及び第２の閾値と該画素の平均輝度レベル(APL)との差から光源出力を定めるための第２の指数を求める指数演算手段が設けられているとともに、前記光源制御手段は、映像の種類に基づく前記第の指数１及び第２の指数の組合せによって、前記光源の輝度出力を調整することが好ましい。

前記の構成によれば、人間の視覚特性（心理量）に影響を及ぼすパラメータである、特定の閾値からの輝度差を、光源の輝度制御に反映させることができる。したがって、より人間の視覚特性にマッチした輝度制御が可能となる。

本発明の表示装置では、前記第１の閾値と前記第２の閾値とを、設定入力する入力手段が設けられていることが好ましい。

前記の構成によれば、個人差を反映した輝度制御が可能となり、より個人の好みに応じた輝度制御が可能となる。

本発明の表示装置は、以上のように、表示部と、該表示部を照射する光源とを備えた表示装置において、上記表示部の全画素の映像信号のなかから、前記表示部で表示可能な最大輝度と最小輝度との中央値よりも高輝度側で設定された第１の閾値よりも高い輝度を有する画素の輝度情報を抽出するとともに、上記表示部の全画素の映像信号のなかから、前記表示部で表示可能な最大輝度と最小輝度との中央値よりも低輝度側で設定された第２の閾値よりも低い輝度を有する画素の輝度情報を抽出する情報抽出手段と、前記第１の閾値よりも高い輝度を有する画素の輝度情報と、前記第２の閾値よりも低い輝度を有する画素の輝度情報とに基づいて、前記光源の輝度出力を調整する光源制御手段とが設けられている。

また、本発明の画面輝度制御方法は、以上のように、表示装置の光源の輝度出力を調整することによって、表示装置の画面の輝度を制御する画面輝度制御方法において、上記表示装置の表示部の全画素の映像信号のなかから、前記表示部で表示可能な最大輝度と最小輝度との中央値よりも高輝度側で設定された第１の閾値よりも高い輝度を有する画素の輝度情報を抽出するとともに、上記表示装置の表示部の全画素の映像信号のなかから、前記表示部で表示可能な最大輝度と最小輝度との中央値よりも低輝度側で設定された第２の閾値よりも低い輝度を有する画素の輝度情報を抽出する第１ステップと、前記第１の閾値よりも高い輝度を有する画素の輝度情報と、前記第２の閾値よりも低い輝度を有する画素の輝度情報とに基づいて、前記光源の輝度出力を調整する第２ステップとを有する。

したがって、製造コストの大幅な増大や、装置の大幅な複雑化を招くことなく、人間の視覚特性に応じたきめ細かな輝度調整が可能な表示装置及び画面輝度制御方法を実現することができるという効果を奏する。

本発明の一実施の形態について図１から図６に基づいて説明すれば、以下の通りである。

図１は、本実施の形態の表示装置１の構成を示すブロック図である。

本実施の形態の表示装置１には、図１に示すように、表示部２と、光源３と、表示部２及び光源３を制御する制御部１０とが備えられている。そして、この制御部１０には、前記表示部２を制御するための表示制御部１１と、前記光源３を制御する光源制御手段としての光源制御部１２と、表示装置１の周囲光の照度を検出する周囲照度検出手段としての照度検出部１３とが備えられている。

前記制御部１０は、前記表示装置１に入力された映像信号（入力映像信号）が前記表示制御部１１に伝達されるのみではなく、前記光源制御部１２にも伝達されるように構成されている。すなわち、前記入力映像信号が表示装置１に入力される端子（信号入力端子）は、前記表示制御部１１に接続されるとともに、情報抽出部１４（情報抽出手段）を介して前記光源制御部１２にも接続されている。

この情報抽出部１４には、分割回路部１５、ブロック毎平均輝度レベル(APL)検出部１６、輝度比較部１７、面積演算部１８及びエリア毎平均輝度レベル(APL)検出部１９が備えられており、前記信号入力端子から、分割回路部１５、ブロック毎平均輝度レベル(APL)検出部１６、輝度比較部１７、面積演算部１８、及びエリア毎平均輝度レベル(APL)検出部１９の順で接続されている。ここで、ブロックとは、表示部２の画面をＸ方向とＹ方向とに分割することによってできる各々の領域を指す。

一方、前記照度検出部１３は、閾値設定手段としての閾値演算部２０を介して、前記情報抽出部１４の前記輝度比較部１７に接続されている。

そして、入力映像信号と周囲光の照度とが入力される前記情報抽出部１４は、前記光源制御部１２に接続されている。この光源制御部１２には、指数演算手段としての指数演算部２１、及びルックアップテーブル部２２と光源出力制御部２３とが設けられており、前記指数演算部２１が、情報抽出部１４の末端に位置するエリア毎平均輝度レベル(APL)検出部１９に接続されている。

ここで、ルックアップテーブル部２２とは、後に詳述するが、指数演算部２１が算出する指数に基づいてバックライト出力Ｐを決定するために使用される、入力と出力との対照表のことをいう。

また、エリアとは、前記ブロックのなかで、閾値演算部２０が演算した閾値よりも、平均輝度レベル(APL)が高いブロック及び低いブロックの集合体を指す。

なお、ユーザーが好みに応じて前記閾値（前記構成においては、閾値演算部２０が演算）を設定する場合（明るさ制御パラメータのユーザー設定）には、前記照度検出部１３と閾値演算部２０とは不要となり、別途、ユーザーが前記閾値を輝度比較部１７に入力するための入力装置（入力手段、図示せず）を設けることができる。

次に本実施の形態の表示装置１における画面輝度制御について説明する。

図２（ａ）、図３、図４は、この順で本実施の形態の画面輝度制御の流れ（ステップ１〜９）を示す。

以下、図２（ａ）に基づいてステップ１〜３を説明する。

（ステップ１）
ステップ１は、周囲照度を計測し、第１の閾値及び第２の閾値を決定するステップである。ここで、閾値とは、入力された映像信号の中で、輝度の高い映像信号と、輝度の低い映像信号とを区分するときの、境界となる値である。詳しくは、第１の閾値（Ｌ_Ｗ０）のとは、映像信号の中で、輝度の高い映像信号を区分するときの閾値であり、一方の第２の閾値（Ｌ_Ｂ０）は、映像信号の中で、輝度の低い映像信号を区分するときの閾値である。そして、第１の閾値は、入力された映像信号のなかから、最大輝度と最小輝度との中央値よりも高輝度側で設定される。また、第２の閾値は、入力された映像信号のなかから、最大輝度と最小輝度との中央値よりも低輝度側で設定される。

ステップ１では、図１に示す照度検出部１３に備えられた照度センサが周囲光の照度を計測し、その計測結果に基づいて、閾値演算部２０が、第１の閾値（Ｌ_Ｗ０）のと第２の閾値（Ｌ_Ｂ０）とを決定する。計測する照度は、画面照度が望ましい。

前記第１の閾値（Ｌ_Ｗ０）と第２の閾値（Ｌ_Ｂ０）との決定は、例えば下記のような演算式を用いて行うことができる。

すなわち、
Ｌ_Ｗ０＝ａ（（５．６２Ｙｓ^０．３１＋ｂ_１−１．６５）／２３）^３．２３
Ｌ_Ｂ０＝ａ（（５．６２Ｙｓ^０．３１＋ｂ_２−１．６５）／２３）^３．２３
に基づいて第１の閾値Ｌ_Ｗ０と第２の閾値Ｌ_ＢＯとを決定することができる。

ここで、
ａ（ＡＰＬ（Average Picture Level：平均輝度レベル）と輝度との相関を表す係数）：ＡＰＬがｙ％のときの輝度をｘｃｄ／ｍ^２とするとｙ＝ａｘとなるａ
ｂ_１及びｂ_２（閾値の調整を行う変数）：６５≦ｂ_１≦８０、２０≦ｂ_２≦３５
Ｙｓ（順応輝度）：周囲照度（ｃｄ／ｍ^２）
である。

これらの式は、いわゆるＨａｕｂｎｅｒの式、
Ｌ＝２３Ｙ^０．３１−５．６２Ｙｓ^０．３１＋１．６５
を参考に導かれたものである。ここで、
Ｌ：明るさ感覚
Ｙ：対象物輝度（ｃｄ／ｍ^２）
Ｙｓ：順応輝度（ｃｄ／ｍ^２）
を示す。

なお、前記第１の閾値（Ｌ_Ｗ０）と第２の閾値（Ｌ_Ｂ０）とを、ユーザーが好みに応じて事前に設定するように（明るさ制御パラメータのユーザー設定）、ステップ１を構成することも可能である。この場合、第１の閾値（Ｌ_Ｗ０）と第２の閾値（Ｌ_Ｂ０）とは、周囲照度に対して明るさ感が同じになるように選べば良く、一般的には周囲照度が高いほど、第１の閾値（Ｌ_Ｗ０）及び第２の閾値（Ｌ_Ｂ０）を大きくすればよい。

（ステップ２）
ステップ２は、画面をブロックに分割して、各ブロック毎にその平均輝度レベル（ＡＰＬ：Average Picture Level）を算出するステップである。ブロックとは、表示部を構成する画素の集合体であって、図２（ｂ）に示すように、表示部２の画面をＸ方向とＹ方向とに分割することによってできる各々の領域を指す。

ステップ２では、図１に示す分割回路部１５で、入力映像信号（画像情報）が、前記ブロック毎の信号に分割される。なお、この入力映像信号の分割は、信号の各フレーム毎に行われる。そして、ブロック毎平均輝度レベル(APL)検出部１６で、前記ブロック毎の入力映像信号の平均輝度レベル(APL)が計算される。

本実施の形態の表示装置１では、図２（ｂ）に示すように、Ｘ方向、及びＹ方向ともに５列に分割することによって、画面を２５個のブロックに分割している。なお、図２（ｂ）に記載された数値は、各ブロック毎の平均輝度レベル(APL)を示す。

なお、入力映像信号の輝度は、規格化して扱うことが好ましく、本実施の形態では、輝度の最大値を１００として、規格化している。これに対応して、ステップ１で決定される第１の閾値（Ｌ_Ｗ０）と第２の閾値（Ｌ_Ｂ０）とも、その最大値を１００としている。

（ステップ３）
ステップ３は、輝度の高いブロックと、輝度の低いブロックとを抽出するステップである。

具体的には、図１に示す輝度比較部１７が前記各ブロックの平均輝度レベル(APL)と、前記第１の閾値（Ｌ_Ｗ０）と第２の閾値（Ｌ_Ｂ０）とを比較して、平均輝度レベル(APL)が前記第１の閾値（Ｌ_Ｗ０）以上のブロック（輝度の高いブロック：白領域）と平均輝度レベル(APL)が前記第２の閾値（Ｌ_Ｂ０）以下のブロック（輝度の低いブロック：黒領域）とを抽出する。

ここで、前記第１の閾値（Ｌ_Ｗ０）と第２の閾値（Ｌ_Ｂ０）とを閾値演算部２０が決定する場合には（ユーザーが設定するの場合ではない）、ステップ１とステップ２とは、同時並行で進行する。すなわち、前記照度検出部１３の照度センサがリアルタイムで周囲光の照度を計測し、その都度第１の閾値（Ｌ_Ｗ０）と第２の閾値（Ｌ_Ｂ０）とを決定する。そして、閾値演算部２０から前記輝度比較部１７に第１の閾値（Ｌ_Ｗ０）と第２の閾値（Ｌ_Ｂ０）とがリアルタイムに伝達され、これを基に輝度の高いブロックと低いブロックとが抽出される。

一方、前記第１の閾値（Ｌ_Ｗ０）と第２の閾値（Ｌ_Ｂ０）とをユーザーが設定する場合には、ユーザーが別途設けられた入力装置（入力手段、図示せず）から入力した値が、輝度比較部１７に伝達される。

図２（ｃ）は、本実施の形態における表示装置１において、各ブロック（２５個のブロック）が、輝度の高いブロック（白領域）に属するのか、あるいは輝度の低いブロック（黒領域）に属するのかを示している。ここでは、第１の閾値（Ｌ_Ｗ０）＝８０、第２の閾値（Ｌ_Ｂ０）＝２０とした。そして、黒地のブロックが、前記黒領域のブロックを示し、白地のブロックが、前記白領域のブロックを示す。灰色地のブロックは、前記いずれの領域にも属さないブロックを示す。

次に、図３に基づいてステップ４〜６を説明する。

（ステップ４）
ステップ４は、ステップ３で抽出された白領域及び黒領域の面積を求めるステップである。この面積は、表示部２における表示面積を意味し、ここでは、前記ブロックの数で面積を表す。Ａ_Ｗは白領域の面積（ブロック数）を示し、Ａ_Ｂは黒領域の面積（ブロック数）を示す。

具体的には、図１に示す面積演算部１８が、前記両領域のブロック数を求める。

本実施の形態における表示装置１では、図２（ｃ）に示すように、白領域の面積（Ａ_Ｗ）は５ブロックであり、黒領域の面積（Ａ_Ｂ）は７ブロックである。

（ステップ５）
ステップ５は、前記白領域に属するブロックの平均輝度レベル(APL)、及び前記黒領域に属するブロックの平均輝度レベル(APL)を求めるステップである。ここで、各々の領域に属するブロックをまとめて、エリアとする。すなわち、白領域に属するブロックの全てを指して、白領域エリアとし、黒領域に属するブロックの全てを指して、黒領域エリアとする。

ステップ５では、図１に示すエリア毎平均輝度レベル(APL)検出部１９が、前記白領域と黒領域との平均輝度レベル(APL)を算出する。

本実施の形態における表示装置１では、白領域の平均輝度レベル(APL)（Ｌ_Ｗａ）は８８となり、黒領域の平均輝度レベル(APL)（Ｌ_Ｂａ）は１０となる。

これは、白領域に属する５ブロックの輝度（８０、８０、９０、９０、１００）の平均値、及び黒領域に属する７ブロックの輝度（１０、１０、１０、１０、１０、２０、２０）の平均値である。

すなわち、
Ｌ_Ｗａ＝（８０×２＋９０×２＋１００）／５＝８８
Ｌ_Ｂａ＝（１０×５＋２０）／７＝１０
となる。

（ステップ６）
ステップ６は、前記白領域の平均輝度レベル(APL)（Ｌ_Ｗａ）と第１の閾値（Ｌ_Ｗ０）との差（白領域の閾値との差：ΔＬ_Ｗ）、及び前記黒領域の平均輝度レベル(APL)（Ｌ_Ｂａ）と第２の閾値（Ｌ_Ｂ０）との差（黒領域の閾値との差：ΔＬ_Ｂ）を算出するステップである。ここで、閾値との差（ΔＬ_Ｗ及びΔＬ_Ｂ）は、その絶対値を求めることによって、正の数とする。

具体的には、図１に示す指数演算部２１が、前記エリア毎平均輝度レベル(APL)検出部１９から伝達されたデータに基づいて前記閾値との差（ΔＬ_Ｗ及びΔＬ_Ｂ）を演算する。

本実施の形態における表示装置１では、前記白領域の平均輝度レベル(APL)（Ｌ_Ｗａ）＝８８、第１の閾値（Ｌ_Ｗ０）＝８０であるため、白領域の閾値との差（ΔＬ_Ｗ）は８となる。

また、前記黒領域の平均輝度レベル(APL)（Ｌ_Ｂａ）＝１０、第２の閾値（Ｌ_Ｂ０）＝２０であるため、黒領域の閾値との差（ΔＬ_Ｂ）は、−１０の絶対値である１０となる。

すなわち、
ΔＬｗ＝Ｌ_Ｗａ−Ｌ_Ｗ０、ΔＬ_Ｂ＝−（Ｌ_Ｂａ−Ｌ_Ｂ０）、
ΔＬｗ＝８８−８０＝８、ΔＬ_Ｂ＝−（１０−２０）＝１０
となる。

次に、図４に基づいてステップ７〜９を説明する。

（ステップ７）
ステップ７は、白領域の面積（Ａ_Ｗ）、黒領域の面積（Ａ_Ｂ）、白領域の閾値との差（ΔＬ_Ｗ）及び黒領域の閾値との差（ΔＬ_Ｂ）を規格化して、Ａ_ＷＮ、Ａ_ＢＮ、ΔＬ_ＷＮ及びΔＬ_ＢＮを算出するステップである。この規格化は、以後の計算を容易にすることを目的として行われるものである。

具体的には、図１に示す指数演算部２１が、Ａ_Ｗ、Ａ_Ｂ、ΔＬ_Ｗ及びΔＬ_Ｂを、１０迄の値で最も簡単な数に規格化することによって、Ａ_ＷＮ、Ａ_ＢＮ、ΔＬ_ＷＮ及びΔＬ_ＢＮを算出する。

本実施の形態における表示装置１では、白領域の面積（Ａ_Ｗ）＝５、黒領域の面積（Ａ_Ｂ）＝７、白領域の閾値との差（ΔＬ_Ｗ）＝８及び黒領域の閾値との差（ΔＬ_Ｂ）＝１０が規格化されて、Ａ_ＷＮ＝２、Ａ_ＢＮ＝３、ΔＬ_ＷＮ＝４及びΔＬ_ＢＮ＝５となる。

（ステップ８）
ステップ８は、ステップ７で求められたＡ_ＷＮ、Ａ_ＢＮ、ΔＬ_ＷＮ及びΔＬ_ＢＮに基づいて、指数演算部２１が、第１の指数としての白スコア（Ｓ_Ｗ）及び第２の指数としての黒スコア（Ｓ_Ｂ）を算出するステップである。

この白スコア（Ｓ_Ｗ）とは、輝度の高い映像信号に対して、表示装置１の看者（ユーザー）が受ける心理量、すなわち、看者（ユーザー）が実際に感じた主観量を代表する値である。

同様に、黒スコア（Ｓ_Ｂ）とは、輝度の低い映像信号に対して、表示装置１の看者（ユーザー）が受ける心理量、すなわち、看者（ユーザー）が実際に感じた主観量を代表する値である。

そして、白スコア（Ｓ_Ｗ）及び黒スコア（Ｓ_Ｂ）は、光源制御部１２による光源３の輝度制御の内容を決める指数となる。

白スコア（Ｓ_Ｗ）の算出式は、例えば下記の式を用いることができる。

すなわち、Ｓ_Ｗ＝α×（ΔＬ_ＷＮ）^ｎ×（Ａ_ＷＮ）^ｍによって、白スコア（Ｓ_Ｗ）を求めることができる。なお、黒スコア（Ｓ_Ｂ）も、同様にして求めることができる。すなわち、（ΔＬ_ＷＮ）^ｎ及び（Ａ_ＷＮ）^ｍから白スコア（Ｓ_Ｗ）を算出するのと同様にして、（ΔＬ_ＢＮ）^ｎ及び（Ａ_ＢＮ）^ｍから黒スコア（Ｓ_Ｂ）を算出することができる。

以下、前記式の意味を説明する。

白スコア（Ｓ_Ｗ）は（ΔＬ_ＷＮ）^ｎと（Ａ_ＷＮ）^ｍとに比例すると考えられる。その理由は、１）心理量が刺激の強さのべき関数（ｎ乗及びｍ乗）に比例すると考えられる点（Ｓｔｅｖｅｎｓの法則など）と、２）その刺激が画面に表示される明るさである場合には、刺激の要素は、明るさ（ΔＬ_ＷＮ）及び面積（Ａ_ＷＮ）であると考えられる点とである。

ここで、前記べき関数のｎ及びｍは、照明環境、表示装置特性、ユーザーの視覚特性等によって変動するものであるため、ユーザーが設定変更できるように設計されていることが好ましい。具体的なｍ、ｎの値は、特に限定されるものではないが、例えば、０＜ｍ＜１、０＜ｎ＜１が好ましく、０．１≦ｍ≦０．５、０．１≦ｎ≦０．５がより好ましい。

本実施の形態の表示装置１では、代表的な値として、ｎ＝０．３３（Ｓｔｅｖｅｎｓの法則による）、ｍ＝０．１６とした。

また、αの値は、白スコア（Ｓ_Ｗ）及び黒スコア（Ｓ_Ｂ）が０〜１０の値に規格化されるように設定されていることが好ましい。

本実施の形態の表示装置１では、Ｓ_Ｗ＝α×（ΔＬ_ＷＮ）^ｎ×（Ａ_ＷＮ）^ｍで、０＜ｎ＜１、０＜ｍ＜１において、白スコア（Ｓ_Ｗ）の最大値が１０になるように、αの値を決定した。すなわち、ΔＬ_ＷＮ＝Ａ_ＷＮ＝１０のとき、Ｓ_Ｗ＝１０になるようにα＝３．２３６とした。（α＝１０／（１０^０．３３×１０^０．１６）＝３．２３６（ｎ＝０．３３、ｍ＝０．１６の場合））
したがって、本実施の形態の表示装置１では、
Ｓ_Ｗ＝３．２３６×（ΔＬ_ＷＮ）^０．３３×（Ａ_ＷＮ）^０．１６
Ｓ_Ｂ＝３．２３６×（ΔＬ_ＢＮ）^０．３３×（Ａ_ＢＮ）^０．１６
となる。

よって、ΔＬ_ＷＮ＝４、Ａ_ＷＮ＝２のとき、
Ｓ_Ｗ＝３．２３６×（４）^０．３３×（２）^０．１６≒５．７となり、
ΔＬ_ＢＮ＝５、Ａ_ＢＮ＝３のとき、
Ｓ_Ｂ＝３．２３６×（５）^０．３３×（３）^０．１６≒６．６となる。

すなわち、白スコア（Ｓ_Ｗ）＝５．７、黒スコア（Ｓ_Ｂ）＝６．６となる。

また、図５は、前記式、Ｓ_Ｗ＝３．２３６×（ΔＬ_ＷＮ）^０．３３×（Ａ_ＷＮ）^０．１６に基づくΔＬ_ＷＮ及びＡ_ＷＮと白スコア（Ｓ_Ｗ）との関係を示すグラフである。

（ステップ９）
ステップ９は、ステップ８で求めた白スコア（Ｓ_Ｗ）と黒スコア（Ｓ_Ｂ）とに基づいて、ルックアップテーブルを参照しながら、バックライト出力（Ｐ）を制御（輝度調整）するステップである。ルックアップテーブル（ＬＵＴ：Look Up Table）とは、指数演算部２１が算出する指数に基づいてバックライト出力Ｐを決定するために使用される、入力と出力との対照表のことをいう。

具体的には、まず図１に示す指数演算部２１で算出された白スコア（Ｓ_Ｗ）と黒スコア（Ｓ_Ｂ）とがルックアップテーブル部２２に伝達される。そして、ルックアップテーブル部２２は、伝達された白スコア（Ｓ_Ｗ）と黒スコア（Ｓ_Ｂ）とを、ルックアップテーブル部２２にあらかじめ備えられたルックアックテーブルにあてはめて、バックライト出力Ｐを決定する。

そして、前記バックライト出力Ｐは、ルックアップテーブル部２２から、光源出力制御部２３に伝達され、それに応じて光源出力制御部２３が光源３を制御する。

本実施の形態の表示装置１のルックアップテーブルを図６に示す。

このルックアップテーブルによれば、例えば、白スコア（Ｓ_Ｗ）＝４、黒スコア（Ｓ_Ｂ）＝６のときのバックライト出力Ｐは８０％となる。

ここで、従来の光源制御方法（画面全体の平均輝度レベル(APL)を基に光源を制御する方法）との差異を述べる。

従来の光源制御方法では、例えば白スコア（Ｓ_Ｗ）と黒スコア（Ｓ_Ｂ）との値が近い場合、具体的には、１）白スコア（Ｓ_Ｗ）＝０〜３で黒スコア（Ｓ_Ｂ）＝０〜３の場合や、２）白スコア（Ｓ_Ｗ）＝４〜７で黒スコア（Ｓ_Ｂ）＝４〜７の場合や、３）白スコア（Ｓ_Ｗ）＝８〜１０で黒スコア（Ｓ_Ｂ）＝８〜１０の場合には、いずれも平均輝度レベル(APL)が５０％程度と認識されて、同様なバックライト輝度制御が行われる可能性があり、きめ細かなバックライトの輝度制御を行うことが困難であった。

これは、前記１）、２）、３）の場合では、画面全体の平均輝度レベル(APL)が、ほぼ同じ値になるためである。すなわち、白スコア（Ｓ_Ｗ）と黒スコア（Ｓ_Ｂ）との値が近い場合には、互いに相殺されて、特徴が打ち消される。

これに対して、本実施の形態の表示装置１では、前記１）の場合には、バックライト出力Ｐは７０％、２）の場合には８０％、３）の場合には１００％となり、各々の場合に応じたバックライトの輝度制御を行うことができる。

これによって、１）の場合、すなわち白（明）表示にも黒（暗）表示にも特徴が少ない場合には、バックライト出力が抑えられ、消費電力が削減される。一方、３）の場合、すなわち黒（暗）表示が多い中に、白（明）表示も同程度共存する場合には、白（明）表示の輝き感などを表現することが可能となる。

さらに、白スコア（Ｓ_Ｗ）＝８〜１０で黒スコア（Ｓ_Ｂ）＝０〜３の場合（黒（暗）表示が少なく、白（明）表示が大半を占める場合）には、バックライト出力Ｐを５０％として、眩しさを低減しながら白（明）表示をすることができる。一方、白スコア（Ｓ_Ｗ）＝０〜３で黒スコア（Ｓ_Ｂ）＝８〜１０の場合（白（明）表示が少なく、黒（暗）表示が大半を占める場合）には、バックライト出力Ｐを５０％として、黒浮きを低減することができる。

また、白スコア（Ｓ_Ｗ）＝４〜７で黒スコア（Ｓ_Ｂ）＝８〜１０の場合（黒（暗）表示が大半を占めるなかで、一部白（明）表示がある場合）には、バックライト出力Ｐを７５％として、黒浮きを低減しながら、白（明）表示の輝き感を表現することができる。

以上のように、白スコア（Ｓ_Ｗ）と黒スコア（Ｓ_Ｂ）との２つのパラメータを用い、これらの対比、組合せで輝度制御を行うことによって、人間の視覚特性に応じたよりきめ細かな輝度制御が可能となる。また、従来、液晶ディスプレイなどの表示装置で問題となっていた、高輝度映像での眩しさによる視覚負担と低輝度映像での黒浮きを低減し、かつ、ピーク輝度特性を確保して輝き感を維持することができる。また、適宜バックライトの輝度制御が行われるので、低消費電力化が可能となる。

なお、本実施の形態の表示装置１では、前記表示部２の構成は、特には限定されず、例えば、背面照射型の表示装置、例えば液晶パネルなどを用いることができる。

また、本実施の形態の表示装置１では、前記光源３の構成は、特には限定されず、例えば、液晶パネルの背面に備えられる蛍光管バックライトやＥＬバックライトなどを用いることができる。

本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

表示の輝度調整ができ、蛍光管バックライトやＥＬバックライトを備えた例えば液晶表示装置等の表示装置に適用できる。

本発明の実施形態を示すものであり、表示装置の構成を示すブロック図である。 （ａ）は上記表示装置の入力映像信号の処理の流れを示すフロー図であり、（ｂ）は上記表示装置の表示部のブロック毎の平均輝度レベル(APL)分布を示す図であり、（ｃ）は上記表示装置の表示部の白領域及び黒領域を示す図である。 上記入力映像信号の処理の流れを示すものであり、図２（ａ）に続くフロー図である。 上記入力映像信号の処理の流れを示すものであり、図３に続くフロー図である。 ΔＬ_ＷＮ及びＡ_ＷＮと白スコア（Ｓ_Ｗ）との関係を示すグラフである。 上記表示装置における、バックライト出力を決定するためのルックアップテーブルの例を示す図である。 従来技術を示すものであり、画像装置の要部構成を示す構成図である。 従来技術を示すものであり、液晶表示装置のバックライト制御部の制御特性を示す説明図である。

符号の説明

１ 表示装置
２ 表示部
３ 光源
１０ 制御部
１１ 表示制御部
１２ 光源制御部（光源制御手段）
１３ 照度検出部（周囲照度検出手段）
１４ 情報抽出部（情報抽出手段）
１５ 分割回路部
１６ ブロック毎平均輝度レベル(APL)検出部
１７ 輝度比較部
１８ 面積演算部
１９ エリア毎平均輝度レベル(APL)検出部
２０ 閾値演算部（閾値設定手段）
２１ 指数演算部（指数演算手段）
２２ ルックアップテーブル部
２３ 光源出力制御部

Claims (6)

1. 表示部と、該表示部を照射する光源とを備えた表示装置において、
   上記表示部の全画素の映像信号のなかから、前記表示部で表示可能な最大輝度と最小輝度との中央値よりも高輝度側で設定された第１の閾値よりも高い輝度を有する画素の輝度情報を抽出するとともに、上記表示部の全画素の映像信号のなかから、前記表示部で表示可能な最大輝度と最小輝度との中央値よりも低輝度側で設定された第２の閾値よりも低い輝度を有する画素の輝度情報を抽出する情報抽出手段と、
   前記第１の閾値よりも高い輝度を有する画素の輝度情報と、前記第２の閾値よりも低い輝度を有する画素の輝度情報とに基づいて、前記光源の輝度出力を調整する光源制御手段とが設けられていることを特徴とする表示装置。
2. 前記表示部の周囲の照度を検出する周囲照度検出手段と、
   前記周囲照度検出手段によって検出された周囲照度に基づいて、前記第１の閾値及び前記第２の閾値を設定する閾値設定手段とが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記光源の輝度出力を調整するために、前記第１の閾値よりも高い輝度を有する画素の輝度情報である画素の面積と該画素の平均輝度レベル（APL：Average Picture Level）とから光源出力を定めるための第１の指数を求め、かつ、前記第２の閾値よりも低い輝度を有する画素の輝度情報である画素の面積と該画素の平均輝度レベル(APL)とから光源出力を定めるための第２の指数を求める指数演算手段が設けられているとともに、
   前記光源制御手段は、前記第１の指数及び第２の指数の組合せによって、前記光源出力の輝度を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
4. 前記光源の輝度出力を調整するために、前記第１の閾値よりも高い輝度を有する画素の輝度情報である画素の面積、及び該画素の平均輝度レベル(APL)と第１の閾値との差から光源出力を定めるための第１の指数を求め、かつ、前記第２の閾値よりも低い輝度を有する画素の輝度情報である画素の面積、及び第２の閾値と該画素の平均輝度レベル(APL)との差から光源出力を定めるための第２の指数を求める指数演算手段が設けられているとともに、
   前記光源制御手段は、前記第の指数１及び第２の指数の組合せによって、前記光源の輝度出力を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
5. 前記第１の閾値と前記第２の閾値とを設定入力する入力手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
6. 表示装置の光源の輝度出力を調整することによって、表示装置の画面の輝度を制御する画面輝度制御方法において、
   上記表示装置の表示部の全画素の映像信号のなかから、前記表示部で表示可能な最大輝度と最小輝度との中央値よりも高輝度側で設定された第１の閾値よりも高い輝度を有する画素の輝度情報を抽出するとともに、上記表示装置の表示部の全画素の映像信号のなかから、前記表示部で表示可能な最大輝度と最小輝度との中央値よりも低輝度側で設定された第２の閾値よりも低い輝度を有する画素の輝度情報を抽出する第１ステップと、
   前記第１の閾値よりも高い輝度を有する画素の輝度情報と、前記第２の閾値よりも低い輝度を有する画素の輝度情報とに基づいて、前記光源の輝度出力を調整する第２ステップとを有することを特徴とする画面輝度制御方法。

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