JP2016186560A - 表示装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザがダイナミックレンジの広い画像信号を表示する際に表示レンジと表示の光量とを独立に調整することを可能にする。
【解決手段】入力画像信号の信号値のレンジのうち表示手段により表示する信号値の範囲である表示レンジの情報を取得する第１取得手段と、画像信号のうち基準となる基準信号の情報と基準信号に対応する表示手段による表示輝度である基準輝度の情報とを取得する第２取得手段と、基準信号と基準輝度とに基づき、画像信号の信号値と前記表示手段による表示輝度との対応関係を算出する算出手段と、対応関係と表示レンジとに基づき表示手段の光量を決定するとともに、表示レンジに基づき算出されるゲインを用いて画像信号を増幅する処理を行う処理手段と、処理手段により決定された光量及び増幅された画像信号に基づき表示手段を制御する制御手段と、を有する表示装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置及びその制御方法に関する。

近年、シネマ等の制作分野においてＣａｎｏｎＬｏｇやＣｉｎｅｏｎをはじめとしてＢＴ．７０９のビデオガンマより広いダイナミックレンジを有する画像信号が定義されている。一方、画像信号を表示する表示装置のダイナミックレンジは、光変調部材の性能、電力や熱設計の制限等から、画像信号のダイナミックレンジのすべてを表示することができないことがある。そのため、ダイナミックレンジの広い画像信号をダイナミックレンジが限られる表示装置で確認する方法が必要となる。
表示装置には光源の光量のレベルの調節と画像信号の増幅を制御する機能を有するものがある。液晶表示装置のような光源と光変調部からなる透過型表示装置では、光源のレベル制御と入力された画像信号の振幅制御をそれぞれに行うことが容易である。
この二つの制御を用いて、入力された画像信号に対して動的に表示装置のダイナミックレンジを調整する方法は様々に提案されおり、例えば特許文献１に記載の方法がある。しかしながら、シネマ・画像制作分野の業務用ディスプレイでは、ユーザが表示設定を変更する場合を除き、同一信号に対しては同一の表示を行う必要がある。そのため、入力された画像信号の特徴量に応じて表示を変更する方法は、業務用ディスプレイには適さない。

業務用ディスプレイでは通常、ユーザが調整した設定値に従って、光源のレベル制御と入力された画像信号に対する振幅制御を行う。広いダイナミックレンジの画像信号が入力される場合、ユーザの利便性のために、入力された画像信号のうち表示装置で表示する信号値の範囲の調整と、表示装置の光量（例えば光源の輝度レベル）の調整をユーザが独立に行えることが望ましい。入力信号のレンジのうち表示装置で表示するレンジ（信号範囲）を「表示レンジ」という。
通常、表示レンジの調整は入力信号の増幅のゲイン制御により行う。例えば、入力信号レンジの半分を表示レンジとする場合、入力信号をゲイン２倍で増幅する。しかしこの方法では表示される画像の輝度が全体的に高くなってしまう。表示レンジと表示装置の光量を独立に調整することができない。表示装置の光量を一定にしたまま表示レンジを調整する方法として、特許文献２に記載の方法がある。特許文献２に記載の方法では、入力信号増幅のゲイン制御により表示レンジを調整しつつ、信号増幅による輝度増幅分を相殺するよう光源のレベル制御を行う。

特開２００１−２７８９０号公報 特開２０１０−１４９８７号公報

特許文献２に記載の方法では、信号増幅のゲインに応じて光源の輝度レベルを決めるため、光源の輝度レベルを表示レンジの調節と独立して調整することができない。また、表示レンジの上限の信号に対応する光源の輝度レベルをユーザが指定する方法では、表示レンジによって光源の輝度レベルの設定値の意味が変化してしまう。

本発明は、ユーザがダイナミックレンジの広い画像信号を表示する際に表示レンジと表示装置の光量とをそれぞれ独立に調整することが可能な表示装置を提供することを目的と
する。

本発明は、光量の制御及び画素毎の光変調が可能な表示手段と、
入力される画像信号の信号値のレンジのうち前記表示手段により表示する信号値の範囲である表示レンジの情報を取得する第１取得手段と、
前記画像信号のうち基準となる基準信号の情報と前記基準信号に対応する前記表示手段による表示輝度である基準輝度の情報とを取得する第２取得手段と、
前記基準信号と前記基準輝度とに基づき、前記画像信号の信号値と前記表示手段による表示輝度との対応関係を算出する算出手段と、
前記対応関係と前記表示レンジとに基づき前記表示手段の光量を決定するとともに、前記表示レンジに基づき算出されるゲインを用いて前記画像信号を増幅する処理を行う処理手段と、
前記処理手段により決定された光量及び増幅された画像信号に基づき前記表示手段を制御する制御手段と、
を有する表示装置である。

本発明は、光量の制御及び画素毎の光変調が可能な表示手段を有する表示装置の制御方法であって、
入力される画像信号の信号値のレンジのうち前記表示手段により表示する信号値の範囲である表示レンジの情報を取得する第１取得工程と、
前記画像信号のうち基準となる基準信号の情報と前記基準信号に対応する前記表示手段による表示輝度である基準輝度の情報とを取得する第２取得工程と、
前記基準信号と前記基準輝度とに基づき、前記画像信号の信号値と前記表示手段による表示輝度との対応関係を算出する算出工程と、
前記対応関係と前記表示レンジとに基づき前記表示手段の光量を決定するとともに、前記表示レンジに基づき算出されるゲインを用いて前記画像信号を増幅する処理を行う処理工程と、
前記処理工程により決定された光量及び増幅された画像信号に基づき前記表示手段を制御する制御工程と、
を有する表示装置の制御方法である。

本発明によれば、ユーザがダイナミックレンジの広い画像信号を表示する際に表示レンジと表示装置の光量とをそれぞれ独立に調整することが可能な表示装置を提供することができる。

表示装置の構成例を示す図 表示装置の信号変換部の構成例を示す図 表示レンジを変更した場合の表示輝度の動作の一例を示す図 基準輝度を変更した場合の表示輝度の動作の一例を示す図

（実施例１）
実施例１として、本発明による表示装置について図表を参照して説明する。ここでは、本発明の表示装置において、入力画像信号の所望の信号レベルと当該所望の信号レベルに対応する輝度との二つをユーザが設定できることを説明する。以降では、所望の信号レベルを「基準信号」、当該基準信号に対応する輝度を「基準輝度」と呼ぶ。

なお、実施例１の説明では、入力画像信号の元となる画像の明るさを、「反射率」で表現する。反射率は画像の明るさの表現の一形式であり、環境光下で照明された受光物体の明るさを０〜１００％程度の反射率、それを超える明るさを有する照明光源や太陽等の発光物体の明るさを１００％以上の反射率、として表現することが多い。また、ＣａｎｏｎＬｏｇやＣｉｎｅｏｎをはじめとする広いダイナミックレンジを持つ画像信号は、通常、この反射率に関連付けられて定義される。例えば、入力画像信号がガンマ２．６の反射率８００％のダイナミックレンジに対応する１０ビット信号（これをｇ２６ｒ８００とする）の場合、反射率と入力信号との関係は式１で定義される。

反射率（％）＝８００（％）×（入力信号／１０２３）^２．６・・・（式１）

図１は、本発明の実施例１の表示装置１の構成例を示す。実施例１の表示装置１は、光源１０１、光変調部１０２、信号変換部１０４、駆動部１０５、算出部１０８、及び制御部１１０を含んで構成される。

光源１０１は、光量の制御が容易なＬＥＤ（Light Emitting Diode）が好適である。光源（バックライト）は、独立に輝度を制御可能な複数の制御エリアから構成され、例えば入力画像信号の各制御エリアに対応する部分領域の特徴量に応じて制御エリア毎に輝度を制御するようにしても良い。光源１０１の輝度制御は、電流制御やＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により行うことができる。

光変調部１０２は、光源１０１に照射され、光源１０１からの光の透過率を駆動部１０５から入力される内部信号に基づき空間的に変調（画素毎に調節）することにより、入力画像信号１０３に対応した画像を表示する。光変調部１０２としては、透過型液晶パネルが好適であるが、光源１０１からの光を画像信号に基づき空間的に変調する表示パネルであればこれに限らない。例えば、反射型液晶パネルやＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）シャッターモジュールでも良い。

表示装置１は、透過型表示パネルとバックライトとを組み合わせた上記のような表示装置に限らず、表示装置の光量と画像信号による画素毎の光変調（光の空間変調）とを制御可能な表示装置であれば良い。例えば、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）やＣＲＴ（cathode-ray tube）等でも良い。

算出部１０８は、ユーザが設定した基準信号１０６及び基準輝度１０７に基づいて、信号輝度換算値を算出する。
制御部１１０は、ユーザが設定した表示レンジ１０９と算出部１０８が出力した信号輝度換算値に基づいて、光源１０１と信号変換部１０４を制御する。
信号変換部１０４は、制御部１１０からの制御信号に基づいて入力画像信号１０３を内部信号へと換算し、駆動部１０５へ出力する。
駆動部１０５は、信号変換部１０４から出力された内部信号に基づいて光変調部１０２を駆動する。

次に各部の具体的な動作について説明する。
基準信号１０６は、ユーザの所望の入力画像信号の値であり、基準輝度１０７は、基準信号に対応する表示輝度であり、基準信号で指定した反射率をどのような輝度で表示するかを指定する値である。ここでは基準信号は反射率で指定されるものとする。例えば、基準信号は、１００％とするのが一般的だが、グレーに対応する１８％等でも良い。また、基準輝度は、基準信号を１００％とした場合、１００ｎｉｔとするのが一般的だが、シネマ用途では４８ｎｉｔとするのが好適である。基準信号１０６及び基準輝度１０７はユー
ザが任意に設定可能である。表示装置１は、ユーザから、基準信号１０６及び基準輝度１０７を指定する指示の入力を受け付ける入力手段（リモコン、操作ボタン等）を有するが、図では算出部１０８がそのような入力手段としての機能を有しているものとして図示を簡略化している。

算出部１０８は、基準信号１０６と基準輝度１０７から、入力画像信号の信号値と表示輝度との対応関係である信号輝度換算値を式２に基づいて算出する。算出部１０８は、算出した信号輝度換算値を制御部１１０へ出力する。式２により、算出部１０８は、前記対応関係として、基準信号と基準輝度との比を算出する。

信号輝度換算値（ｎｉｔ／％）＝基準輝度（ｎｉｔ）／基準信号（％）・・・（式２）

表示レンジ１０９は、入力画像信号の信号値のレンジのうち、表示装置１で表示する信号値の範囲を示す。実施例１では、表示レンジ１０９を反射率の範囲で示す。表示レンジ１０９は任意の値をとり得る。入力画像信号のレンジが１００％を超える場合、２００％や４００％等の表示レンジを設定することもできる。表示装置１は、ユーザから、表示レンジ１０９の情報の入力を受け付ける入力手段を有し、ユーザから入力される表示レンジ１０９の情報を取得するが、図では制御部１１０がそのような入力手段としての機能を有しているものとして図示を簡略化している。

制御部１１０は、表示レンジ１０９と、算出部１０８から出力された信号輝度換算値とに基づいて、光源１０１と信号変換部１０４を制御する。すなわち、制御部１１０は、光源１０１の光量（輝度レベル）を式３に基づいて決定する処理を行う。この輝度レベルは光変調部１０２が最大階調で駆動部１０５に駆動された状態における輝度に相当する。制御部１１０は、式３により、表示レンジの上限の信号値と、信号値と表示輝度との対応関係として求めた信号輝度換算値との積に基づき、輝度レベルを制御する。

輝度レベル（ｎｉｔ）＝表示レンジ（％）×信号輝度換算値（ｎｉｔ／％）・・・（式３）

信号変換部１０４は、入力画像信号を増幅する処理を行う。具体的には、信号変換部１０４は、入力画像信号に対し、表示レンジの逆数（表示レンジの上限の信号値の逆数）をゲインとして乗じて増幅する。例えば、入力画像信号が式１で定義されるｇ２６ｒ８００であり、内部信号がガンマ２．２の１０ビット信号である場合、信号増幅は式４に基づいて行われる。

内部信号＝｛｛８００（％）×（入力信号／１０２３）^２．６｝／表示レンジ（％）｝^{１／２．２}×１０２３・・・（式４）

信号変換部１０４は、式４で算出した増幅後の画像信号において、１０２３を超える値を１０２３に制限する処理を行う。この場合、内部信号は駆動部１０５へ出力され、駆動部１０５はこの内部信号に基づいて、内部信号と光変調とがガンマ２．２の関係となるよう光変調部１０２を駆動する。

以上の処理により、例えば基準信号が１００％、基準輝度が１００ｎｉｔ、表示レンジが４００％である場合、次のような表示となる。入力画像信号のうち反射率が４００％以下の範囲の信号については、例えば反射率１００％の信号が１００ｎｉｔで表示され、反射率４００％の信号が４００ｎｉｔで表示される。入力画像信号のうち反射率が４００％
を越える信号については、一律に４００ｎｉｔで表示される。

入力画像信号の複数の定義を切り替えて表示させる場合には、信号変換部１０４を図２に示す構成とするのが好適である。
図２の構成では、信号変換部１０４は、ガンマ変換部２０２と、増幅部２０３とを含む。
入力信号モード２０１は、例えば、前述したｇ２６ｒ８００や、ＣａｎｏｎＬｏｇ等の入力画像信号のガンマ特性のモードを示す。

ガンマ変換部２０２は、入力信号モード２０１に基づき、入力画像信号をその信号定義レンジで規格化された内部信号へ変換する。内部信号への変換式は、ガンマ変換部２０２に内蔵されたメモリに、入力信号モード２０１に関連付けられて予め保存されている。例えば入力信号モード２０１がｇ２６ｒ８００である場合、変換は式５で表される。

内部信号＝｛（入力信号／１０２３）^２．６｝^{１／２．２}×１０２３・・・（式５）

増幅部２０３は、ガンマ変換部２０２で変換された内部信号を、入力信号モード２０１と制御部１１０からの制御ゲインとに基づいて増幅する。まず、増幅部２０３は、入力信号モード２０１から入力画像信号の信号定義レンジを読み出す。信号定義レンジは増幅部２０３に内蔵されたメモリに入力信号モードに関連付けられて予め保存されている。入力信号モード２０１がｇ２６ｒ８００である場合、信号定義レンジは８００％である。制御部１１０からの制御ゲインは、表示レンジ１０９の逆数であり、表示レンジが４００％の場合、１／４００（１／％）である。これらに基づき、増幅部２０３は式６で示す増幅ゲインにより信号増幅を行う。

増幅ゲイン＝（信号定義レンジ×制御ゲイン）^{１／２．２}・・・（式６）

信号変換部１０４を図２に示す構成とすることで、入力画像信号のガンマ特性やダイナミックレンジの定義を切り替えた場合にも適切に表示することができる。

図３は、実施例１による表示装置１にて表示レンジ１０９を変更した場合の表示輝度の動作の一例である。基準信号１０６を１００％、基準輝度１０７を１００ｎｉｔに設定した状態にて、表示レンジ１０９をそれぞれ（ａ）２００％、（ｂ）４００％、（ｃ）８００％に設定した場合の入力画像信号とそれに対応した画像の光変調部１０２での輝度の関係を示す。反射率１００％の入力信号の輝度が１００ｎｉｔに維持されたまま、表示レンジ１０９に設定された範囲で画像信号が表示されている。

図４は、実施例１による表示装置１にて基準輝度１０７を変更した場合の表示輝度の動作の一例である。
基準信号１０６を１００％、表示レンジ１０９を４００％に設定した状態にて、基準輝度１０７を（ａ）５０ｎｉｔ、（ｂ）１００ｎｉｔ、（ｃ）２００ｎｉｔに設定した場合の入力画像信号とそれに対応した画像の光変調部１０２での輝度の関係を示す。表示される信号の範囲が表示レンジ１０９に設定された４００％に維持されたまま、反射率１００％の入力信号に対応する輝度が基準輝度１０７に設定された輝度に制御されている。

以上のように、本発明により、ユーザは所望の信号レベルに対応する輝度と、表示レンジと、をそれぞれ独立に変更することができ、それにより広ダイナミックレンジ信号を表示装置で確認する際に高い利便性が得られる。

なお、基準信号１０６及び基準輝度１０７は通常ユーザが手動で設定するものであるが、これを入力画像信号に重送されるメタデータから取得することで、入力画像信号と連動して自動的に表示輝度を変更することも可能である。基準信号１０６及び基準輝度１０７の代わり、予め算出された信号輝度換算値を入力画像信号に重送されるメタデータから取得することでも同様の効果が得られる。この場合、メタデータから取得した信号輝度換算値（信号値と表示輝度との対応関係）と表示レンジとに基づき光源１０１の輝度レベルを決定する。基準信号や基準輝度を取得して信号輝度換算値を算出する処理は必要ない。

また、入力信号モード（ガンマ特性）を入力画像信号のメタデータから取得することで、入力信号モードが変更された場合に、入力信号モードをユーザが手動で設定しなくても自動的に切り替えることも可能である。この場合、ガンマ変換部２０２は、入力画像信号からガンマ特性の情報を取得する取得手段の機能を有する。
（その他の実施例）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１０１：光源、１０２：光変調部、１０３：入力画像信号、１０４：信号変換部、１０５：駆動部、１０６：基準信号、１０７：基準輝度、１０８：算出部、１０９：表示レンジ、１１０：制御部

Claims (20)

1. 光量の制御及び画素毎の光変調が可能な表示手段と、
   入力される画像信号の信号値のレンジのうち前記表示手段により表示する信号値の範囲である表示レンジの情報を取得する第１取得手段と、
   前記画像信号のうち基準となる基準信号の情報と前記基準信号に対応する前記表示手段による表示輝度である基準輝度の情報とを取得する第２取得手段と、
   前記基準信号と前記基準輝度とに基づき、前記画像信号の信号値と前記表示手段による表示輝度との対応関係を算出する算出手段と、
   前記対応関係と前記表示レンジとに基づき前記表示手段の光量を決定するとともに、前記表示レンジに基づき算出されるゲインを用いて前記画像信号を増幅する処理を行う処理手段と、
   前記処理手段により決定された光量及び増幅された画像信号に基づき前記表示手段を制御する制御手段と、
   を有する表示装置。
2. 前記算出手段は、前記対応関係として前記基準信号と前記基準輝度との比を算出し、
   前記処理手段は、前記表示レンジの上限の信号値と前記算出手段により算出された比との積に基づき前記表示手段の光量を決定する請求項１に記載の表示装置。
3. 前記処理手段は、前記表示レンジの上限の信号値の逆数に基づく前記ゲインを算出する請求項１又は２に記載の表示装置。
4. 前記第１取得手段は、ユーザから入力される表示レンジの情報を取得する請求項１〜３のいずれか１項に記載の表示装置。
5. 前記第２取得手段は、ユーザから入力される基準信号及び基準輝度の情報を取得する請求項１〜４のいずれか１項に記載の表示装置。
6. 前記第２取得手段は、前記画像信号のメタデータから前記基準信号及び前記基準輝度の情報を取得する請求項１〜４のいずれか１項に記載の表示装置。
7. 前記第２取得手段は、前記画像信号のメタデータから前記画像信号の信号値と前記表示手段による表示輝度との対応関係の情報を取得し、
   前記処理手段は、前記第２取得手段により取得された対応関係と前記表示レンジとに基づき前記表示手段の光量を決定する請求項１〜４のいずれか１項に記載の表示装置。
8. 前記入力される画像信号のガンマ特性の情報を取得する第３取得手段を更に有し、
   前記制御手段は、前記ガンマ特性に基づきガンマ変換した画像信号を前記ゲインを用いて増幅する請求項１〜７のいずれか１項に記載の表示装置。
9. 前記第３取得手段は、前記画像信号のメタデータから前記画像信号のガンマ特性の情報を取得する請求項８に記載の表示装置。
10. 前記表示手段は、光量を制御可能な光源を有する発光手段と、前記発光手段からの光の透過率を画素毎に調節する表示パネルと、を有する請求項１〜９のいずれか１項に記載の表示装置。
11. 光量の制御及び画素毎の光変調が可能な表示手段を有する表示装置の制御方法であって、
    入力される画像信号の信号値のレンジのうち前記表示手段により表示する信号値の範囲である表示レンジの情報を取得する第１取得工程と、
    前記画像信号のうち基準となる基準信号の情報と前記基準信号に対応する前記表示手段による表示輝度である基準輝度の情報とを取得する第２取得工程と、
    前記基準信号と前記基準輝度とに基づき、前記画像信号の信号値と前記表示手段による表示輝度との対応関係を算出する算出工程と、
    前記対応関係と前記表示レンジとに基づき前記表示手段の光量を決定するとともに、前記表示レンジに基づき算出されるゲインを用いて前記画像信号を増幅する処理を行う処理工程と、
    前記処理工程により決定された光量及び増幅された画像信号に基づき前記表示手段を制御する制御工程と、
    を有する表示装置の制御方法。
12. 前記算出工程では、前記対応関係として前記基準信号と前記基準輝度との比を算出し、
    前記処理工程では、前記表示レンジの上限の信号値と前記算出工程により算出された比との積に基づき前記表示手段の光量を決定する請求項１１に記載の表示装置の制御方法。
13. 前記処理工程では、前記表示レンジの上限の信号値の逆数に基づく前記ゲインを算出する請求項１１又は１２に記載の表示装置の制御方法。
14. 前記第１取得工程では、ユーザから入力される表示レンジの情報を取得する請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の表示装置の制御方法。
15. 前記第２取得工程では、ユーザから入力される基準信号及び基準輝度の情報を取得する請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の表示装置の制御方法。
16. 前記第２取得工程では、前記画像信号のメタデータから前記基準信号及び前記基準輝度の情報を取得する請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の表示装置の制御方法。
17. 前記第２取得工程では、前記画像信号のメタデータから前記画像信号の信号値と前記表示手段による表示輝度との対応関係の情報を取得し、
    前記処理工程では、前記第２取得工程により取得された対応関係と前記表示レンジとに基づき前記表示手段の光量を決定する請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の表示装置の制御方法。
18. 前記入力される画像信号のガンマ特性の情報を取得する第３取得工程を更に有し、
    前記制御工程では、前記ガンマ特性に基づきガンマ変換した画像信号を前記ゲインを用いて増幅する請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の表示装置の制御方法。
19. 前記第３取得工程では、前記画像信号のメタデータから前記画像信号のガンマ特性の情報を取得する請求項１８に記載の表示装置の制御方法。
20. 前記表示手段は、光量を制御可能な光源を有する発光手段と、前記発光手段からの光の透過率を画素毎に調節する表示パネルと、を有する請求項１１〜１９のいずれか１項に記載の表示装置の制御方法。

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