JP2014203034A - 表示制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】圧縮回路の圧縮モードの選択のために特別な画像特性評価回路を必要としないようにする。
【解決手段】液晶パネルの表示領域を複数に分割した各領域ごとの画像特性を画像特性評価回路で評価し、その評価結果に基づいて、液晶パネルのバックライトの輝度分布を制御するバックライト制御情報を生成する表示制御装置において、圧縮回路の圧縮モードの選択を、前記した画像特性評価回路による評価結果に基づいて行う。
【選択図】図1

Description

本発明は、入力された画像データを処理して液晶パネル等の表示装置に出力する表示制御装置に関する。
液晶パネルを使用した表示制御装置では、液晶パネルのバックライトを縦・横に複数の領域に分割して、各領域ごとのバックライト輝度を独立して制御するローカルディミングにより、映像コントラストの改善、消費電力の削減等が行われている。このローカルディミングは、1フレームごとの入力画像の空間的輝度分布を解析して、映像の各領域ごとの明るさを評価し、その評価結果に応じて各領域ごとのバックライトの輝度の制御と画像データの補正を行うものである。
図8に従来の表示制御装置200を示す。ローカルディミング回路210は、ヒストグラム作成部211において入力画像データの輝度のヒストグラムを作成し、そのヒストグラムを画像特性評価部212に取り込んで空間的輝度分布を分析して画像特性を評価し、その評価結果によりバックライト制御信号を生成してバックライト制御手段を構成するCPU220に入力し、これによりバックライト230の各領域ごとの輝度が制御される。また、入力画像データがその評価結果によって画像補正回路213で補正される。画像補正部213で補正された画像データは、タイミングコントロール回路240のXYデコーダに入力され、これにより液晶パネル250の表示制御が行われる。このローカルディミングの技術については特許文献1に記載がある。
一方、この種の表示制御装置200では、さまざまな目的で、入力された画像データのメモリへの書き込みと該メモリからの読み出しが行われる。たとえば、3D表示のためのフォーマット変換や、応答性において限界のある液晶パネル250に動きのある画像を表示させるオーバードライブ処理のために、画像データを一時的にメモリに保存して処理を加え、そこから読み出すことが行われる。このとき、必要なメモリの容量を削減するために、書き込み前の画像データの圧縮処理と、読み出した画像データの伸張処理が行われる。
ところが、この圧縮の方法および条件設定によっては、圧縮した画像データを正確に元の画像データに戻すことができない場合がある。特に、特定の特性を有する画像の画像データを圧縮する場合に圧縮誤差が大きくなり、表示画質が劣化する場合がある。
例えば、液晶パネル250の出荷検査において、画面全体にわたって横方向に連続的に輝度が変化するR,G,Bの各色の帯が縦方向に隣り合って配置されたテストパターンを表示させてテストを行うことがある。このときに、異なる色の横帯の境界付近においてノイズが目立つという問題が発生した。
表示制御装置では、圧縮モードA用の第1圧縮回路10と圧縮モードB用の第2の圧縮回路20を備える場合がある。第1の圧縮回路10は、具体的には、例えば図9(a)に示すように、量子化器11、逆量子化器12、ラインバッファ13、予測部14、加算器15,16を備えている。そして、図9(b)に示すように、上のラインの画素Da,Db,Dcと同一ラインの直前の画素Ddのそれぞれの画素データ(量子化、逆量子化を経たデータ)から予測される画素Dxの画素データDyと当該画素Dxの画素データとに基づき、当該画素Dxの圧縮データQを生成している。
第2の圧縮回路20は、具体的には、例えば図10(a)に示すように、量子化器21、逆量子化器22、1画素遅延器23、予測部24、加算器25,26を備えている。そして、図10(b)に示すように、当該画素Dxの圧縮データQを、同一ラインの直前の画素Daの画素データ(量子化、逆量子化を経たデータ)から予測される画素Dxの画素データDyと当該画素Dxの画像データから予測して生成している。
2つの圧縮回路10,20は、利用する圧縮方式が、隣接する画素から予測される画像データと当該画素の画像データとの差分を一定のビット数の圧縮データに量子化する方式である点で共通であり、従って、圧縮後のデータ量も同一であり、同一の容量のメモリに記憶できる。しかし、条件設定(予測に利用する画素)が異なる。自然画では、第1の圧縮回路10の方が優れた画質が得られる場合が多い。
しかし、第1の圧縮回路10は、上記テストパターンを表示させる場合に、図9(c)に示すように、境界付近における注目画素Dxの圧縮データを生成する際に、誤差が大きくなる可能性がある。例えば、緑(G)の帯と青(B)の帯との間の境界付近おいて、上のラインの画像データG60を参照して圧縮データを作成するために、それを伸張させたときは周囲と大幅に異なる輝度の画像データが再生されてしまい、境界上にブツブツのノイズが目立つ問題がある。第2の圧縮回路20は、上記テストパターンでは境界付近での誤差が小さくノイズが目立たない特性を持つ。
そこで、通常は、第1の圧縮回路10を使用し、上記した問題となったテストパターンを利用して液晶パネル250の検査を行うときには、第1の圧縮回路10に代えて第2の圧縮回路20を利用して圧縮データを生成することが考えられる。このようにすれば、ノイズの発生が抑制可能になると考えられる。しかし、これを行うためには、対象画像の特徴を抽出することによって上記したテストパターンであることを判定して、使用する圧縮回路を第1の圧縮回路10から第2の圧縮回路20に変更する手段が必要となる。
ところで、前記した表示制御装置200は、前記した第1の圧縮回路10又は第2の圧縮回路20を選択する目的で画像の特性評価を行う回路を備えていないが、前記したように、縦・横の複数の各領域ごとのバックライトの輝度を独立して調整するための画像特性評価部212を備えている。
この、画像特性評価部212は、画面全体の輝度分布を解析するものであり、画面全体にわたって連続的に輝度が変化するパターンが表示されたことを検出することが可能である。そこで、このバックライト輝度調整のための画像特性評価部212の評価結果に基づいて、圧縮回路の選択を行うことが可能であると思われる。
ここで、特定の画像の場合に圧縮誤差が大きくなる問題は従来から認識されていた。例えば、横方向に連続的に輝度が変化する「グラデーション画像」であることを検出して、圧縮回路の選択を切り替えることを記載した従来技術が存在する(特許文献2)。
特開2010−175913号公報 特開2006−311474号公報
しかし、特許文献2での「グラデーション画像」であることの検出は、微少な領域毎に(横方向に隣り合う4画素の差分に基づいて)行われるものである。ここでは、前記した表示制御装置200において問題となった、画面全体にわたって横方向に連続的に輝度が変化するテストパターンのみではなく、画面内の微少な領域において横方向の輝度変化がある場合でも検出が行われる。微少な領域で横方向の輝度変化があって、その領域のみでノイズが発生しても、人間の目では検知が困難であり、圧縮回路の選択を変更することは必須ではない。むしろ、画面内の個々の領域毎に圧縮回路の選択が変更されると、領域間での不連続性が目立つ等の副作用が発生する可能性がある。
本発明の目的は、圧縮モード等の処理条件の変更ために特別な画像特性評価手段を必要としないようにした表示制御装置を提供することである。
上記目的を達成するために、請求項1にかかる発明は、入力された画像データに、第1の処理を含む処理を行って表示データとして表示装置に出力する表示制御装置であって、前記表示装置の表示領域を複数の領域に分割して得た各領域ごとの前記画像データの特性を評価する画像特性評価回路と、前記画像特性評価回路による評価結果に基づいて前記表示装置のバックライトの輝度分布を制御するバックライト制御信号を生成するバックライト制御手段と、前記画像特性評価回路による評価結果に基づいて前記第1の処理を複数の処理条件のうちから選択された1つの処理条件で行う処理手段と、備えることを特徴とする。
請求項2にかかる発明は、請求項1記載の表示制御装置において、前記画像データは連続して入力される複数のフレームのそれぞれのデータであり、前記処理条件の選択を前記複数のフレームのそれぞれの全体において共通に行うことを特徴とする。
請求項3にかかる発明は、請求項1または2に記載の表示制御装置において、前記画像データは連続して入力される複数のフレームのそれぞれのデータであり、前記画像特性評価回路による評価結果に基づき、前記複数のフレームのうちの、それぞれ1つもしくは連続する2以上のフレームの画像データについて、前記バックライト制御信号と前記処理条件の選択用の信号を交互に取得することを特徴とする。
請求項4にかかる発明は、請求項1ないし3のいずれか記載の表示制御装置において、前記処理手段は、前記評価結果が、該各領域のそれぞれに対して予め設定された設定範囲内である割合が所定の割合である場合に、前記第1の処理として第1の処理条件を選択し、それ以外である場合に第2の処理条件を選択することを特徴とする。
請求項5にかかる発明は、請求項1ないし4のいずれか記載の表示制御装置において、前記第1の処理が前記画像データの圧縮処理であり、前記複数の処理条件が同一の圧縮率が得られる互いに異なる処理条件であることを特徴とする。
本発明によれば、本来バックライト輝度分布調整を行う画像特性評価手段による評価結果に基づいて圧縮モード等の処理条件の選択が行われるので、処理条件の変更のために特別な画像特性評価手段を必要としない。また、バックライト輝度分布調整のために画面全体の各領域ごとの輝度が評価されるので、各領域の評価結果を総合して画面全体として処理条件の変更の必要性を判断することができ、画面全体に対して共通の圧縮モード等の処理条件を選択することが可能となる。
本発明の1つの実施例の表示制御装置の構成図である。 図1のローカルディミング回路の詳細な構成図である。 図2のヒストグラム作成部で作成されるヒストグラムの特性図である。 バックライト制御と画像パターン識別のタイミングの説明図である。 バックライト制御と画像パターン識別の処理のフローチャートである。 画像パターン識別の説明図である。 本発明の別の実施例の表示制御装置の構成図である。 従来の表示制御装置の構成図である。 圧縮モードAの説明図である。 圧縮モードBの説明図である。
図1に本発明の1つの実施例の表示制御装置100を示す。110は3Dフォーマット変換回路であり、入力した画像データに対して3Dフォーマット変換の処理を行った画像データを出力する。その変換処理の際に画像データを一時的にメモリ111に保存するために、圧縮と伸張の処理を行うエンコーダ/デコーダ112が備えられている。120はローカルディミング回路であり、後記する図2に示すように構成されていて、補正画像データを生成するとともに、バックライト制御信号を生成する。130はCPUであり、ローカルディミング回路120で得られたバックライト制御信号を入力して、バックライトの輝度調整を行うバックライト制御手段を構成するとともに、圧縮回路の圧縮モードの選択を行う処理手段を構成する。150は画面の変化速度に対して液晶パネルの応答性が低い点を改善するためのオーバードライブ回路、170はタイミングコントローラ、180は液晶パネルである。
図2にローカルディミング回路120の構成を示す。121は輝度のヒストグラム作成回路であり、入力する画像データで表される1フレームの画面を縦・横に複数に分割して得られた各領域ごとの輝度のヒストグラムを作成する。122は画像特性評価回路であり、得られた各領域ごとのヒストグラムからからその各領域ごとの画像特性を評価する。この画像特性評価では、例えば図3に示すように、得られたヒストグラムから輝度の平均値と最大値を取り込んで所定のパラメータを使用して演算処理を行うことで所定の評価結果を得ることができる。
123は画像補正回路であり、評価結果に応じて当該各領域ごとの画像を補正する。例えば、ある領域の評価結果がバックライトの輝度を低下させるものであった場合に、それを補うように当該領域の画像の輝度を上昇させる。
124はオン/オフ切替可能な時間軸フィルタであり、オン設定時には各領域ごとの評価によって隣接フレーム間の同一領域の評価結果に大きな輝度の差分が出た場合にそれを緩和するためのフィルタリングを行う。オフ設定時には画像特性評価回路122で得られた評価結果の信号がそのまま通過する。この時間軸フィルタ124の処理結果は画像補正部123にも補正信号として入力する。125はバックライトLUTであり、ルックアップテーブルによって、評価結果に応じたバックライト制御情報を生成する。
126はオン/オフ切替可能な空間フィルタであり、オン設定時にはフレーム内において各領域ごとのバックライト制御情報に大きな輝度差分が生じたときにその差分を緩和するためのフィルタリングを行う。オフ設定時にはバックライトLUTで得られた各領域ごとのバックライト制御情報がそのまま通過する。
127はディミング回路であり、ユーザ等によって設定されるバックライト一括輝度を示すPWMデータに対して、各領域ごとの空間フィルタ126から得られるバックライト制御情報による制御を加え、制御情報バッファ128に出力する。
この制御情報バッファ128から出力するバックライト制御情報が、CPU130に取り込まれ、バックライト190が各領域ごとに制御される。また、後記するように、時間軸フィルタ124と空間フィルタ126をオフに設定したときに得られたバックライト制御情報は、CPU130において画像パターンの識別に使用される。その識別結果に応じてエンコーダ/デコーダ112の圧縮回路が圧縮モードA又はBに切り替えられる。
さて、本実施例の特徴は、ローカルディミング用の画像特性評価回路122による評価結果を利用して入力画像の画像パターンを識別するものである。しかし、その評価結果から生成されるバックライト制御情報はあくまでもバックライト制御用であり、入力画像の輝度分布を適切に表す値ではない。これをそのまま使用したのでは、画像パターンの識別精度が十分とはならない。そこで本実施例では、識別精度を向上するために、ローカルディミング回路120の動作モードを、バックライト制御モードと画像パターン識別モードとで切り替える。
まず、バックライト制御モードでは、前記した時間軸フィルタ124と空間フィルタ126を動作オンに設定する。これにより、画像特性評価回路122による評価結果を時間軸フィルタ124と空間フィルタ126によりフィルタリングし、その空間フィルタ126から出力する制御情報をさらにディミング回路127においてユーザ等が設定した輝度情報であるPWM信号により調整し、最終的に得られた制御情報でバックライト制御を行う。これは従来例のローカルディミングと同じ動作となる。
一方、画像パターン識別モードでは、前記した時間軸フィルタ124と空間フィルタ126を動作オフに設定してスルー状態にする。これにより、画像特性評価回路122で得られた評価結果が、ローカルディミング用のフィルタリングの影響を受けることなく、そのまま制御情報バッファ128に入力されるので、これを用いて画像パターン識別を行う。なお、この場合でもバックライトはローカルディミングの必要があるので、直前に得られてCPU139のメモリ131にキャッシュされたバックライト制御の情報源により制御を行う。なお、このとき、ディミング回路127は、入力するPWMデータではなく、内部で画像パターン識別用として特別に設定した内容でディミングをおこなう。あるいは、空間フィルタ126の出力信号をスルーで制御情報バッファ128に送る。
バックライト制御モードと画像パターン識別モードとの交互切替は、図4に示すように、入力する画像データの連続する4フレームを1サイクルとして行われ、2フレームごとに切り替えられる。
しかし、バックライト制御モードに切り替えた直後のフレームで得られたバックライト制御情報は不正確であるので捨てて、直前のローカルディミングで使用されCPU130のメモリ131にキャッシュされた情報を用いる。また、このキャッシュされた情報は、画像パターン識別モードのときにもバックライトの制御情報として用いる。つまり、図4においてCPU130にキャッシュされたバックライト制御情報を用いるフレームは、フレーム番号1,2,3である。これらのフレームでは、画像補正回路123による補正も、キャッシュされた情報を用いて行われる。フレーム番号0では、前フレームでのバックライト制御モードにより得られたバックライト制御情報を用いて本来のローカルディミングが行われる。画像パターン識別は、フレーム番号1のときに画像パターン識別モードで検出された制御情報を用いて、次のフレーム番号2のときに行う。
以上により、バックライト制御情報の更新はフレーム番号3で採取した評価結果で行われる。また、画像パターン識別はフレーム番号1で採取した評価結果で行われる。このように、バックライト制御情報の更新頻度と画像パターン識別の頻度は、4フレームごととなる。
図5に以上説明した制御を行うためのCPU130での処理のフローチャートを示す。まず、フレーム番号の初期化が行われ(S1)、フレーム番号FR=0がセットされる。垂直同期信号が検出されたとき(S2)、FR=0であれば(S3−YES)、その直前のバックライト制御で使用されたバックライト制御情報をメモリ131にキャッシュし(S4)、ローカルディミング回路120を画像パターン識別モードに設定する(S5)。そしてメモリ131にキャッシュしたバックライト制御情報を読み出して(S6)、そのバックライト情報情報に基づきバックライト制御を行い(S7)、フレーム番号を(FR+1)/4の余りに更新する(S8)。すなわち、フレーム番号更新は、FR=0〜2のときはFR+1で行われるが、FR=3のときは、FR=0に戻される。これにより、フレーム番号は0〜3が繰り返されることになる。
このときは、FR=0であるので、更新によりFR=1になる。よって、ステップS3はNOとなるが、ステップS9もNOであるので、FR=1ではステップS6→S7→S8→が繰り返される。
これにより、FR=2になれば、ステップS9がYESとなるので、画像パターン識別結果が、特定のパターン(前記したテストパターン)と一致しないとき(S10−NO)は、エンコーダ/デコーダ112の圧縮回路を前記した圧縮モードAに設定(S12)してから、ローカルディミング回路120をバックライト制御モードに設定し、ステップS6に戻る。一方、画像パターン識別結果が、特定のパターン(前記したテストパターン)と一致したとき(S10−YES)は、エンコーダ/デコーダ112の圧縮回路を前記した圧縮モードBに設定(S11)してから、ローカルディミング回路120をバックライト制御モードに設定し(S13)、ステップS6に戻る。
図6に画像パターン識別方法について示す。ここでは、テストパターンとして、画面全体にわたって右横方向に連続的に輝度が順次大きくなるよう変化するR,G,Bの各色の帯が縦方向に隣り合って配置されたグラデーションパターンを使用し、これと一致するか否かを識別する。
このとき、図6(a)に示すように、液晶パネルの画面を横W=8、縦H=8に分割して64個の領域を作成し、ラインL1〜L8の領域a1〜a8のぞれぞれについて、図3で説明したように、輝度の平均値と最大値から評価値を算出する。例えば、ラインL2の8個の領域a1〜a8の場合は、図6(b)に示すような評価値が算出される。○印がその算出値である。なお、縦方向の線(I字線)は、前記したテストパターンを表示した際に当該の領域で算出される評価値の許容範囲(正常範囲)を示していて、「I字線」の内に○印があれば、当該の領域の評価値は正常であると識別する。図6(b)では、領域a6の評価値がこの「I字線」から外れていて正常ではなくなっているが、他の領域a1〜a5、a7、a8は正常となっている。
そして、ラインL1〜L8の合計で64個の領域について、○印が「I字線」に入っている領域の数に応じて、画像パターンが前記したテストパターンと一致しているか否かを識別する。ここでは、○印が「I字線」のうちに入っている領域の数をNpとし、
Np≧W×(H−2)−W ・・・(1)
により、表示されている画像がテストパターンであるか否かが識別される。「H−2」は、メニューバー等が表示される最上ラインL1の8個の領域a1〜a8とステータスバー等が表示される最下ラインの8個の領域L8を除くためである。「−W」はコンテキストメニューを除くためである。
上記式(1)を満足するときは、表示されている画像がテストパターンと一致していると識別されるので、図5に示したように、圧縮回路が圧縮モードBに設定される。これにより、テストパターンの横帯の上下境界部分に生じるノイズによる圧縮誤りを防ぐことができる。式(1)を満足しないときは、テストパターンではないことを示すので、圧縮回路が圧縮モードA(通常動作モード)に設定される。
なお、テストパターンとして、画面全体にわたって右横方向に連続的に輝度が順次小さくなるよう変化するR,G,Bの各色の帯が縦方向に隣り合って配置されたグラデーションパターンを使用するときは、図6(c)に示すような評価値の特性を使用する。
さらに、パターン識別精度向上を行うためには、次の手法を使用できる。バックライトについては、個別に制御可能なバックライトの数がそれほど多くない場合がある(例えば、縦8、横2の16分割等)。この場合、ローカルディミング制御では、バックライト制御情報を算出すべき領域の数が少なくなり、画像パターン識別を行うには不十分となる場合がある。一方でローカルディミング回路としては、様々なバックライトの仕様に対応できるように、領域の分割数や大きさ等を柔軟に変更できるようにした場合が多い。
そこで、図4で説明したバックライト制御と画像パターン識別の交互切替による検出精度向上の手法において、画像パターン識別モードに設定する際に、領域の数を実際のバックライトの数よりも多く設定すれば、より細かい領域毎の輝度情報を得ることが出来、検出精度向上を図ることができる。
なお、以上では、3Dフォーマット変換回路110での処理の際にエンコーダ/デコーダ112の圧縮回路の圧縮モードを切り替えるときに、ローカルディミング回路120で得られるバックライト制御情報を利用した例について説明した。しかし、本願発明はこのような例に限られるものではなく、図7に示すように、オーバードライブ回路150における処理のために、一時的に画像データをメモリ151に保存する際のエンコーダ/デコーダ152の圧縮回路の圧縮モードの切り替える際にも、同様に利用できることはもちろんである。
100:表示制御装置
110:3Dフォーマット変換回路、111:メモリ、112:エンコーダ/デコーダ
120:ローカルディミング回路、121:ヒストグラム作成部、122:画像特性評価部、123:画像補正部、124:時間軸フィルタ、125:バックライトLUT、126:空間フィルタ、127:ディミング回路、128:画像情報バッファ
130:CPU、131:メモリ
150:オーバードライブ回路、151:メモリ、152:エンコーダ/デコーダ
170:タイミングコントロール回路
180:液晶パネル
190:バックライト

Claims (5)

  1. 入力された画像データに、第1の処理を含む処理を行って表示データとして表示装置に出力する表示制御装置であって、
    前記表示装置の表示領域を複数の領域に分割して得た各領域ごとの前記画像データの特性を評価する画像特性評価回路と、
    前記画像特性評価回路による評価結果に基づいて前記表示装置のバックライトの輝度分布を制御するバックライト制御信号を生成するバックライト制御手段と、
    前記画像特性評価回路による評価結果に基づいて前記第1の処理を複数の処理条件のうちから選択された1つの処理条件で行う処理手段と、
    を備えることを特徴とする表示制御装置。
  2. 前記画像データは連続して入力される複数のフレームのそれぞれのデータであり、
    前記処理条件の選択を前記複数のフレームのそれぞれの全体において共通に行うこと、
    を特徴とする請求項1記載の表示制御装置。
  3. 前記画像データは連続して入力される複数のフレームのそれぞれのデータであり、
    前記画像特性評価回路による評価結果に基づき、前記複数のフレームのうちの、それぞれ1つもしくは連続する2以上のフレームの画像データについて、前記バックライト制御信号と前記処理条件の選択用の信号を交互に取得する、
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の表示制御装置。
  4. 前記処理手段は、前記評価結果が、該各領域のそれぞれに対して予め設定された設定範囲内である割合が所定の割合である場合に、前記第1の処理として第1の処理条件を選択し、それ以外である場合に第2の処理条件を選択することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか記載の表示制御装置。
  5. 前記第1の処理が前記画像データの圧縮処理であり、前記複数の処理条件が同一の圧縮率が得られる互いに異なる処理条件であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか記載の表示制御装置。
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