JP5238222B2 - 画像表示装置、画像表示方法及び画像処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、表示映像の視覚的なコントラストを高めるとともに、消費電力を削減可能な画像表示装置に関する。

近年、液晶表示装置に代表される、光源と、光源からの光強度を変調する光変調素子とを備えた画像表示装置が、広く普及している。しかし、これらの画像表示装置では、光変調素子が理想的な変調特性を有していないために、特に黒を表示した際に、光変調素子からの光漏れに起因するコントラストの低下を招く。

このコントラスト低下を抑制するために、入力映像に応じて光源の輝度変調と、入力映像の各画素の階調の変換、すなわちガンマ変換を合わせて行う方法が複数提案されている。

例えば、特許文献１では、入力映像の最小階調、最大階調、平均階調に基づいてバックライト輝度、及び階調変換関数を決定している。また、特許文献２では、入力映像のヒストグラムを生成し、最頻値からバックライト輝度を決定し、最頻値の所属するヒストグラムのビンを基準に階調変換関数を決定している。
第３２１５３８８号 特開２００５−１４８７１０

上記いずれの技術も、入力映像に応じて、光源の輝度と入力映像に対する階調変換関数を制御することにより、一定の光源輝度による画像表示装置に比べ、コントラストを増加させることが可能であり、また、入力映像に応じてバックライト輝度を低下させることができるため、消費電力を削減することが可能である。

しかし、特許文献１では、最小階調、最大階調のみで階調変換関数を決定しており、階調の頻度分布（ヒストグラム）を考慮していない為に、映像により十分なコントラストを得ることが困難である。すなわち、最小階調や最大階調が同一であっても、階調の分布が大きく異なる映像は、多量に存在し、特許文献１では、それら全ての映像に対し、同一の階調変換関数が設定されるため、入力映像のコントラストが十分に得られないという問題点があった。

また、特許文献２では、入力映像のヒストグラムに基づいて、最頻値の所属するビン及びその頻度を考慮して階調変換関数を決定しているが、２つのピークを持つような多峰性のヒストグラムを有するような映像では、やはり十分なコントラストを得ることが困難である。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、入力映像の視覚的なコントラストを高めるとともに、消費電力を削減することが可能な画像表示装置を提供する。

本発明の一態様としての画像表示装置は、
光源輝度を調整可能な光源部と、
画像を表す信号に基づき、前記光源部からの光の透過率または反射率を変調することによって前記画像を表示する光変調素子部と、
を有する画像表示部と、
入力映像の１フレームから、各々代表階調に関連づけられた各階調範囲に含まれる画素の頻度を表すヒストグラムを生成するヒストグラム生成部と、
前記ヒストグラムに基づき前記光源部に設定するべき光源輝度を設定光源輝度として算出する光源輝度算出部と、
階調変換を行う階調変換関数を記憶する関数記憶部と、
各前記代表階調に対してあらかじめ設定された第１の明るさと、前記階調変換関数による各前記代表階調の変換後の出力階調が前記設定光源輝度で前記画像表示部に表示されたときの第２の明るさとの第１差分を計算し、各前記代表階調毎の前記第１差分に前記頻度を乗じた積を計算し、各積の総和を第１の評価値として計算する第１の評価値計算部と、
各前記代表階調に対してあらかじめ設定された、前記第１の明るさの勾配である第１勾配と、前記階調変換関数による各前記代表階調の変換後の出力階調が前記設定光源輝度で前記画像表示部に表示されたときの前記第２の明るさの勾配である第２勾配との第２差分を計算し、各前記代表階調毎の前記第２差分に前記頻度を乗じた積を計算し、各積の総和を第２の評価値として計算する第２の評価値計算部と、
前記第１の評価値と前記第２の評価値とをそれぞれ重み付けして合計することにより第３の評価値を計算する第３の評価値計算部と、
前記階調変換関数を変化させて前記第１〜第３の評価値計算部による処理を行うことにより複数の前記第３の評価値を取得し、最小又は閾値以下となる第３の評価値を有する階調変換関数を出力階調変換関数として取得する関数取得部と、
前記入力映像の１フレームを前記出力階調変換関数により変換した変換映像を表す信号を前記光変調素子部に与え、また、前記光源部が前記設定光源輝度で発光するように制御する制御部と、
を備える。

本発明の一態様としての画像表示方法は、
入力映像の１フレームから、各々代表階調に関連づけられた各階調範囲に含まれる画素の頻度を表すヒストグラムを生成し、
前記ヒストグラムに基づき、光源輝度を調整可能な光源部に設定するべき光源輝度を設定光源輝度として算出し、
階調変換を行う階調変換関数を用意し、
各前記代表階調に対してあらかじめ設定された第１の明るさと、前記階調変換関数による各前記代表階調の変換後の出力階調が前記設定光源輝度で表示されたときの第２の明るさとの第１差分を計算し、各前記代表階調毎の前記第１差分に前記頻度を乗じた積を計算し、各積の総和を第１の評価値として計算し、
各前記代表階調に対してあらかじめ設定された、前記第１の明るさの勾配である第１勾配と、前記階調変換関数による各前記代表階調の変換後の出力階調が前記設定光源輝度で表示されたときの前記第２の明るさの勾配である第２勾配との第２差分を計算し、各前記代表階調毎の前記第２差分に前記頻度を乗じた積を計算し、各積の総和を第２の評価値として計算し、
前記第１の評価値と前記第２の評価値とをそれぞれ重み付けして合計することにより第３の評価値を計算し、
前記階調変換関数を変化させて前記第１〜第３の評価値の計算を行うことにより、複数の前記第３の評価値を取得し、最小又は閾値以下となる第３の評価値を有する階調変換関数を出力階調変換関数として取得し、
画像を表す信号に基づき、前記光源部からの光の透過率または反射率を変調することによって前記画像を表示する前記光変調素子部に、前記入力映像の１フレームを前記出力階調変換関数により変換した変換映像を表す信号を与え、また、前記光源部が前記設定光源輝度で発光するように制御する、
ことを特徴とする画像表示方法。

本発明によれば、画像表示装置に表示される映像の視覚的なコントラストを高めるとともに、消費電力を削減することができる。

図１に、本発明の第１の実施形態による画像表示装置の構成を示す。第１の実施形態による画像表示装置は、ヒストグラム生成部１１、バックライト輝度算出部（光源輝度算出部）１２、階調変換関数算出部（第１の評価値計算部、第２の評価値計算部、第３の評価値計算部、関数取得部）１３、階調変換関数ルックアップテーブル（階調変換関数を記憶する関数記憶手段）１９、タイミングコントローラ（制御部）１４、バックライト駆動部１５、画像表示部１６により構成され、画像表示部１６は、光変調素子部としての液晶パネル１８と、液晶パネル１８の背面に設置された光源部としてのバックライト１７により構成される液晶表示部である。入力映像は、ヒストグラム生成部１１及びタイミングコントローラ１４に入力される。ヒストグラム生成部１１では、入力映像から所定階調毎に各階調範囲に含まれる画素数をカウントし、各階調範囲を代表する階調と、各階調範囲に含まれる画素数（画素数は画素の頻度の一例である）とを対応付けたヒストグラムを生成する。バックライト輝度算出部１２では、ヒストグラム生成部１１で生成されたヒストグラムに基づいてバックライト１７の発光輝度（光源輝度）を算出する。階調変換関数算出部１３では、ヒストグラム生成部１１で生成されたヒストグラムと、バックライト輝度算出部１２で算出されたバックライト輝度に基づいて入力映像の変換に用いる階調変換関数を、階調変換関数ルックアップテーブル１９を参照して算出する。タイミングコントローラ１４では、入力映像に対し、階調変換関数算出部１３で算出された階調変換関数を用いて階調変換を行った後、階調変換された変換映像と、バックライト輝度算出部１２で算出されたバックライト輝度との同期を調整する。変換映像は、液晶パネル１８を駆動するための同期信号と共に液晶パネル１８へ送出され、バックライト輝度は、バックライト駆動部１５に送出される。バックライト駆動部１５では、入力されたバックライト輝度に基づいて実際にバックライト１７を駆動、制御するためのバックライト駆動信号が生成され、バックライト１７へ送出される。画像表示部１６では、変換映像が液晶パネル１８に書き込まれ、同時に、バックライト駆動部１５から出力されたバックライト駆動信号に基づいてバックライト１７が発光することにより、液晶パネル１８に画像が表示される。

次に各部の動作の詳細を説明する。

（ヒストグラム生成部１１）
ヒストグラム生成部１１では、入力映像から所定階調毎に各階調範囲に含まれる画素数をカウントし、各階調範囲を代表する階調（代表階調）と、各階調範囲に含まれる頻度（画素数）とを対応付けたヒストグラムを生成する。

入力映像の形式は、様々に想定され得るが、本実施形態においては、赤、緑、青の３チャンネルにより構成される入力映像であり、ヒストグラム生成部１１では、それぞれのチャンネルを区別せず、１つのヒストグラムを生成している。入力映像の赤、緑、青の各チャンネルが８ビットの階調である場合、各階調の頻度をカウントし、ヒストグラムを検出すると、図２に示すように、０から２５５階調の頻度分布が得られる。なお、このヒストグラム生成部１１の構成は、以下のように変更することもできる。

変更例１としては、ヒストグラムは頻度以外にも、例えば以下のような総画素数で正規化した値であっても良い。

ここで、ｈ_ｎ（ｘ）は、階調ｘの総画素数で正規化された頻度、ｈ（ｘ）は、階調ｘの頻度である。

変更例２としては、画素毎の赤、緑、青の３チャンネルの階調のうち、最も大きい階調のみを用いてヒストグラムを生成する構成としても良い。

変更例３としては、入力映像の形式が輝度及び色差信号により構成されるＹ、Ｃｂ（Ｐｂ）、Ｃｒ（Ｐｒ）の３チャンネルの入力映像であった場合は、輝度チャンネルであるＹのヒストグラムを生成する構成としても良い。

変更例４としては、Ｙ、Ｃｂ（Ｐｂ）、Ｃｒ（Ｐｒ）の３チャンネルの入力映像を数式２に従って、赤、緑、青の３チャンネルの映像に変換した後、上記の通り、ヒストグラムを生成する構成としても良い。

ここで、Ｙ、Ｃｂ、Ｃｒは、８ビットに正規化された輝度及び色差信号の値であり、Ｒ、Ｇ、Ｂは、８ビットに正規化された赤、緑、青の３チャンネルの映像信号の値である。なお、数式２は、変換の一例であり、その他の変換係数であっても構わない。

変更例５としては、上記とは逆に、赤、緑、青の３チャンネルの入力映像に対し、数式３に従ってＹチャンネルの値に変換し、ヒストグラムを生成する構成とすることもできる。

なお、数式３は、変換の一例であり、その他の変換係数であっても構わない。

変更例６としては、複数のヒストグラムを生成する構成とすることもできる。例えば、後述するバックライト輝度算出部１２や、階調変換関数算出部１３の第１評価値算出ステップで用いるヒストグラムを、画素毎の赤、緑、青の３チャンネルの階調のうち、最も大きい階調を用いたヒストグラムとし、一方、後述する階調変換関数算出部１３の第２評価値算出ステップで用いるヒストグラムを、画素毎の赤、緑、青の３チャンネルの階調を区別せず生成したヒストグラムとする構成とすることができる。

変更例７としては、ヒストグラムの生成は、図２に示すように１階調毎の頻度を算出する構成以外にも、ヒストグラムを保持するメモリ量の削減、またはヒストグラムを生成する処理量を削減する目的で、ある階調範囲毎のヒストグラムを生成する構成とすることもできる。例えば、図３は、３２階調毎のヒストグラム生成結果の一例である。入力映像の階調が８ビットの場合、２値表現において下位５ビットを０とすることで、入力映像は、上位３ビットで表現されることとなり、つまり３２階調毎の階調となる。各階調範囲（例えば０階調から３１階調）を代表する階調は、その範囲の中央値を用いれば良い。例えば、図３の例であれば、０階調から３１階調は１６階調、３２階調から６３階調は４８階調を代表階調とする。また、更なる計算量やメモリ量の削減のために、ヒストグラムの一部の階調のみを検出する構成としても良い。例えば、階調全体のヒストグラムを生成した後、その平均値、中央値、最頻値、最小値、最大値となる階調を検出し、これらの階調以外の階調に相当するヒストグラムの頻度を０とする構成としても良い。

以上の処理により生成されたヒストグラムは、バックライト輝度算出部１２へ入力される。

（バックライト輝度算出部１２）
バックライト輝度算出部１２では、ヒストグラム生成部１１で生成されたヒストグラムに基づきバックライト輝度を算出する。バックライト輝度の算出方法は様々に考えられるが、本実施形態では、ヒストグラムより代表値として平均値を求め、平均値よりバックライト輝度を算出する構成とした。

まず、ヒストグラムより、数式４に基づき平均値を算出する。

ここで、数式４では、０から１の間に正規化された平均階調が算出されることとなるが、例えば数式５のように平均輝度を用いる構成としても良い。

ここで、Γは、入力映像の補正に用いられているガンマ値を表しており、一般的に２．２が用いられる。更に、均等色空間において定義されている明度を用いて、数式６のように平均明度を求める構成とすることもできる。

明度は、厳密にはＣＩＥ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）で規格化されており、暗い領域で非線形に変化するものであるが、数式６では、１／３乗に比例する簡易的なものとしている。

また、数式４から数式６では、平均値を求める構成としたが、ヒストグラムから最頻値や中央値を求め、それらの値から、バックライト輝度を算出する構成とすることもできる。例えば、Ａに中央値となる階調を設定すれば良い。また数式５から数式６と同様に、中央値を階調ではなく、輝度又は明度とする場合は、それぞれ、数式７、数式８のように表される。

ここで、Ｍは、中央値となる階調を表している。なお、上記では、中央値Ｍに対する演算により代表値Ａを求めているが、その他の構成として、予め中央値Ｍと代表値Ａの関係を求めておき、その関係をＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成されたルックアップテーブル（ＬＵＴ）に保持しておく。そして、入力映像の各フレームのヒストグラムから求められた中央値ＭによりＬＵＴを参照することで、代表値Ａを求める構成としても良い。

上記のように算出された代表値Ａを用いて、数式９により出力バックライト輝度Ｉ_ｏｕｔを算出する。

ここで、Ｉ_ｍｉｎ、Ｉ_ｍａｘは、それぞれ、バックライト輝度の変調範囲の最小値及び最大値、ｐは制御パラメータである。図４に、代表値Ａと出力バックライト輝度Ｉ_ｏｕｔの関係の一例を示す。図４は、Ｉ_ｍｉｎを０．２、Ｉ_ｍａｘを１．０に設定し、ｐを０．５と１．０に設定した場合について示している。制御パラメータｐは、画像表示部１６の特性や、ユーザーが使用環境に合わせて設定すれば良い。

（階調変換関数算出部１３）
階調変換関数算出部１３では、ヒストグラム生成部１１により生成されたヒストグラムと、バックライト輝度算出部１２により算出されたバックライト輝度に基づいて階調変換関数を算出する。以下、階調変換関数算出方法について、図５のフローチャートに基づき詳細に説明する。

設定ステップ１（Ｓ１１）では、画像表示部１６で表示したい階調−明るさ特性及び階調−明るさ勾配特性を設定する。階調変換関数算出部１３には、予め、画像表示部１６の最大ダイナミックレンジを設定しておく。例えば、最大が１、最小が０の理想的な最大ダイナミックレンジであれば、数式１０のように表される。

ここで、Ｄ_ｍｉｎ、Ｄ_ｍａｘは、それぞれ画像表示部１６で表示する最大ダイナミックレンジの最小値及び最大値である。また、最大ダイナミックレンジは、予め設定されたバックライト輝度の輝度変調範囲及び液晶パネル１８の特性に基づいて、数式１１のように設定することもできる。

ここで、Ｉ_ｍｉｎ、Ｉ_ｍａｘは、それぞれバックライト輝度変調範囲の最小値及び最大値を表し、Ｔ_ｍｉｎ、Ｔ_ｍａｘは、それぞれ液晶パネル１８の最小透過率、最大透過率を表している。なお、Ｉ_ｍｉｎ、Ｉ_ｍａｘ、Ｔ_ｍｉｎ、Ｔ_ｍａｘは相対値で構わないため、例えば、Ｉ_ｍｉｎは、Ｉ_ｍａｘを１とした場合の相対値、Ｔ_ｍｉｎは、Ｔ_ｍａｘを１とした場合の相対値として設定すれば良い。なお、解析的には最大ダイナミックレンジは、数式１１のように表現される。しかし、実際には、液晶パネル１８に表示可能な最小階調（８ビット表現が可能な液晶パネルであれば、０階調）を液晶パネル１８に表示し、かつ、バックライト１７を輝度変調範囲の最小のバックライト輝度で発光させた場合における画像表示部１６の測定輝度を、画像表示部１６で表示可能な最小輝度Ｄ_ｍｉｎに設定する。また同様に、液晶パネル１８に表示可能な最大階調（８ビット表現が可能な液晶パネルであれば、２５５階調）を液晶パネル１８に表示し、かつ、バックライト１７を輝度変調範囲の最大のバックライト輝度で発光させた場合における画像表示部１６の測定輝度を、画像表示部１６で表示可能な最大輝度Ｄ_ｍａｘに設定する構成とすることもできる。このとき、最大輝度Ｄ_ｍａｘを１とし、最大輝度Ｄ_ｍａｘを１と正規化した際の最小輝度をＤ_ｍｉｎと設定することで、相対値として最大ダイナミックレンジを設定することができる。

次に、上記により求められた最大ダイナミックレンジ内の階調−明るさ特性を設定する。明るさが輝度であれば、階調−輝度特性は、解析的には数式１２のように算出できる。

ここで、ｘは、８ビットで表現された階調、Γは入力映像の補正に利用されているガンマ値を示している。ガンマ値は一般的に２．２が用いられている。数式１２は、階調−輝度特性を表しているが、人間の明るさの感度特性は、輝度の対数に比例するため、階調−明るさ特性は、数式１３のような階調−対数輝度特性としても良い。

また、均等色空間において定義されている明度を用いて、階調−明度特性としても良い。

明度は、厳密にはＣＩＥで規格化された暗い領域で非線形に変化するものであるが、ここでは、１／３乗に比例する、簡易的なものとしている。

なお、Ｇ（ｘ）、Ｇ_ｌｏｇ（ｘ）、Ｇ_Ｌ＊（ｘ）は、いずれも階調毎に予め設定された明るさに相当するものである。

次に、最大ダイナミックレンジ内の階調−明るさ勾配特性を設定する。ここで、階調−明るさ勾配特性とは、階調−明るさ特性の１次微分に相当する。すなわち、明るさが輝度であれば、階調−輝度勾配特性は、解析的には数式１５のように算出できる。

また、明るさが均等色空間において定義されている明度を用いて、数式１６に示すような階調−明度勾配特性としても良い。

なお、Ｇ´（ｘ）、Ｇ_Ｌ＊´（ｘ）は、いずれも階調毎に予め設定された明るさ勾配に相当するものである。

ここで、階調−明るさ特性及び階調−明るさ勾配特性は、数式１２から数式１６等を用いて算出する方法としても良いが、以下のような構成としても良い。例えば、Ｄ_ｍｉｎ、Ｄ_ｍａｘを定めた上で、階調ｘと明るさＧ（ｘ）の関係から、階調ｘと明るさＧ（ｘ）とを対応付けたルックアップテーブルデータを作成しておく。また、同様に、階調ｘと明るさ勾配Ｇ´（ｘ）とを対応付けたルックアップテーブルを作成しておく。階調−明るさ特性のテーブルデータ（第１テーブルのデータ）の一例を図６、階調−明るさ勾配特性のテーブルデータ（第２テーブルのデータ）の一例を図７に示す。そして、作成したテーブルデータを、図８に示すように、階調変換関数算出部１３によってアクセス可能なＲＯＭ等に第１設定値ルックアップテーブル２０として保持しておく。各階調の明るさを求める場合は、階調ｘによりＲＯＭを参照することで、階調ｘに対する明るさを求める。同様に、階調ｘの明るさ勾配を求める場合は、階調ｘによりＲＯＭを参照することで、階調ｘに対応する明るさ勾配を求める。なお、Ｄ_ｍｉｎ、Ｄ_ｍａｘが複数用意されており、例えば、使用者の指示によりＤ_ｍｉｎ、Ｄ_ｍａｘの組合せが変更される場合は、それぞれの組合せに応じた複数のテーブルデータを用意しておき、設定された組合せのテーブルデータを参照する構成にすることもできる。

また階調ｘの明るさの勾配は、図６の階調−明るさ特性のテーブルデータ（第１テーブルのデータ）から求めることもでき、この場合は、図７の階調−明るさ勾配特性のテーブルデータ（第２テーブルのデータ）を用意しなくて済む。図６のテーブルデータを用いて階調ｘの明るさの勾配を求めるときは、たとえば図６の階調−明るさ特性のテーブルデータ（第１テーブルのデータ）において、階調ｘの明るさと、階調ｘより大きいまたは小さい階調（たとえば階調ｘの隣の階調）の明るさとの差分、または、階調ｘより大きい階調と小さい階調との明るさの差分を、階調ｘに対応する勾配として取得する。ここで述べたことは、後述する図９のテーブルデータ（第３テーブルのデータ）および図１０のテーブルデータ（第４テーブルのデータ）の関係についても当てはまり、この場合は、図１０のテーブルデータ（第４テーブルのデータ）の用意を省略できる。

設定ステップ２（Ｓ１１）では、実際の画像表示部１６の階調−明るさ特性及び階調−明るさ勾配特性を設定する。バックライト輝度Ｉにおける、画像表示部１６のダイナミックレンジは、数式１７のように表される。

ここで、ｄ_ｍｉｎ（Ｉ）、ｄ_ｍａｘ（Ｉ）は、それぞれ、バックライト輝度Ｉの時の画像表示部１６で表示可能なダイナミックレンジの最小値及び最大値である。解析的には、画像表示部１６のダイナミックレンジは、数式１７のように表現される。しかし、実際には、液晶パネル１８に表示可能な最小階調（８ビット表現が可能な液晶パネルであれば、０階調）を液晶パネル１８に表示し、かつ、バックライト輝度Ｉで発光させた場合における画像表示部１６の測定輝度を、バックライト輝度Ｉの場合の画像表示部１６で表示可能な最小表示輝度ｄ_ｍｉｎ（Ｉ）と設定する。同様に、液晶パネル１８に表示可能な最大階調（８ビット表現が可能な液晶パネルであれば、２５５階調）を液晶パネル１８に表示し、かつ、バックライト輝度Ｉで発光させた場合における画像表示部１６の測定輝度を、バックライト輝度Ｉの場合の画像表示部１６での表示可能な最大表示輝度ｄ_ｍａｘ（Ｉ）と設定する。そして、ｄ_ｍａｘ（Ｉ_ｍａｘ）を１と正規化した際の、最小表示輝度をｄ_ｍｉｎ（Ｉ）、最大表示輝度をｄ_ｍａｘ（Ｉ）に設定する構成とすることもできる。

次に、バックライト輝度Ｉにおける画像表示部１６の階調−明るさ特性を設定する。明るさが輝度であれば、画像表示部１６の階調−輝度特性（一般にはガンマ特性と呼ばれる）は、解析的には、数式１８のように表される。

ここで、ｘは８ビットで表現された階調、γは液晶パネル１８の補正に利用されているガンマ値を示している。ガンマ値は一般に２．２が用いられている。数式１８は、階調−輝度特性を表しているが、人間の明るさ感度特性は、輝度の対数に比例するため、階調−明るさ特性は、数式１９のような階調−対数輝度特性としても良い。

また、均等色空間において定義されている明度を用いて、階調−明度特性としても良い。

ここで、数式２０の明度は、数式１４と同様に、輝度の１／３乗に比例するという簡易的なものとしている。

なお、ｇ（ｘ、Ｉ）、ｇ_ｌｏｇ（ｘ、Ｉ）、ｇ_Ｌ＊（ｘ、Ｉ）は、いずれも階調ｘをバックライト輝度Ｉにより画像表示部１６に表示した際の明るさに相当するものである。

次に、バックライト輝度Ｉにおける画像表示部１６の階調−明るさ勾配特性を設定する。明るさが輝度であれば、画像表示部１６の階調−輝度勾配特性は、解析的には数式２１のように表される。

また、均等色空間において定義されている明度を用いて、階調−明度勾配特性としても良い。

なお、ｇ´（ｘ、Ｉ）、ｇ_Ｌ＊´（ｘ、Ｉ）は、いずれも階調ｘをバックライト輝度Ｉにより画像表示部１６に表示した際の明るさ勾配に相当するものである。

ここで、画像表示部１６の階調−明るさ特性及び階調−明るさ勾配特性は、数式１８から数式２２等を用いて算出する方法としても良いが、以下のような構成とすることもできる。例えば、ｄ_ｍｉｎ（Ｉ）、ｄ_ｍａｘ（Ｉ）を定めた上で、階調ｘ及びバックライト輝度Ｉと、明るさｇ（ｘ、Ｉ）の関係から、階調ｘ及びバックライト輝度Ｉと明るさｇ（ｘ、Ｉ）とを対応付けたルックアップテーブルデータを作成しておく。同様に、階調ｘ及びバックライト輝度Ｉと明るさ勾配ｇ´（ｘ、Ｉ）の関係から、階調ｘ及びバックライト輝度Ｉと明るさ勾配ｇ´（ｘ、Ｉ）とを対応付けたルックアップテーブルを作成しておく。階調−明るさ特性のテーブルデータ（第３テーブルのデータ）の一例を図９に示し、階調−明るさ勾配特性のテーブルデータ（第４テーブルのデータ）の一例を図１０に示す。図９のテーブルデータは、バックライト輝度が０．１から１．０まで０．１刻みのデータに対する階調と明るさの対応付けを保持したものであり、図１０のテーブルデータは、バックライト輝度が０．１から１．０まで０．１刻みのデータに対する階調と明るさ勾配の対応付けを保持したテーブルデータの例である。そして作成したテーブルデータを、図１１に示すように階調変換関数算出部１３によってアクセス可能なＲＯＭ等に第２設定値ルックアップテーブル２１として保持しておく。各階調の明るさを求める場合は、階調ｘとバックライト輝度ＩによりＲＯＭを参照することで、バックライト輝度Ｉの場合の階調ｘに対応する明るさを求める。同様に、各階調の明るさ勾配を求める場合は、階調ｘとバックライト輝度ＩによりＲＯＭを参照することで、バックライト輝度Ｉの場合の階調ｘに対応する明るさ勾配を求める。また、図９、図１０では、各バックライト輝度Ｉに対する階調−明るさ特性及び階調−明るさ勾配特性を保持しているが、その他の構成として図１２及び図１３に示すように、バックライト輝度Ｉ_ｍａｘ（＝１．０）の階調−明るさ特性及び階調−明るさ勾配特性のみ保持しておき、その他のバックライト輝度に対しては、バックライト輝度Ｉ_ｍａｘ時の明るさに対し比例計算を行う構成としても良い。

なお、設定ステップ１及び設定ステップ２は、入力映像の毎フレーム行う必要は無く、最初に１度（例えば、画像表示装置の電源投入時等）に行えばよい。また、階調−明るさ特性及び階調−明るさ勾配特性が、予めルックアップテーブルデータとして保持されている場合は、設定ステップ１及び設定ステップ２は、省略することができる。

初期化ステップ１（Ｓ１３）では、以降の処理に用いる変数を初期化する。例えば、数式２３のような処理を行う。

ここで、Ｅ_ｍｉｎは、後述する階調変換関数更新ステップ（Ｓ１６）で用いる最小評価値を表している。ｉは、後述する階調ｘに対して複数設定されている階調変換関数ｆ_ｉ（ｘ）を選択する階調変換関数選択番号を表している。ｉ_ｏｕｔは、最終的に決定される出力階調変換関数選択番号である。記号←は、右辺の値を左辺に代入することを表している。ＭＡＸ＿ＶＡＬは、後述する評価値Ｅ（第３の評価値）が取りえる最大値である。

階調変換関数ｆ_ｉ（ｘ）は、本実施形態では、図１４に示す１０種類の階調変換関数を設定している。図１４の横軸は、入力階調ｘであり、縦軸は出力階調ｆ_ｉ（ｘ）である。また、階調変換関数は、図１４に示すように、バックライト輝度Ｉに依存しない構成以外にも、バックライト輝度Ｉ毎に異なる複数の階調変換関数を設定することもできる。その場合、階調変換関数は、ｆ_ｉ（ｘ、Ｉ）のように、階調ｘとバックライト輝度Ｉの関数の形で表される。なお、階調変換関数は、例えば、階調変換関数選択番号毎に、階調変換関数の係数を保持する構成や、階調変換関数算出部１３内部で、階調変換関数を計算により求める構成をとることもできるが、本実施形態では、図１４に示される階調変換関数をテーブルデータとしてＲＯＭ等で構成される階調変換関数ルックアップテーブル１９に保持しておき、階調変換関数選択番号により、階調変換関数ルックアップテーブル１９を参照することで、階調変換関数を求める構成としている。階調変換関数ルックアップテーブル１９の一例を図１５に示す。なお、図１５では、１階調毎の入力階調に対する出力階調を保持する構成としているが、ルックアップテーブルデータの保持容量を小さくするために、複数階調毎（例えば３２階調毎）の入力階調に対する出力階調を保持しておき、テーブルデータに保持されていない入力階調に対しては、一般に用いられる線形補間等により、適宜補間して出力階調を求める構成とすることができる。後述する評価値更新ステップ（Ｓ１５）では、階調ｘと、階調変換関数選択番号ｉとにより、階調変換関数ルックアップテーブル１９を参照して出力階調ｆ_ｉ（ｘ）を求める。

初期化ステップ２（Ｓ１４）では、後述する評価値更新ステップ（Ｓ１５）で用いる第１評価値Ｅ_１及び第２評価値Ｅ_２を数式２４に示すように初期化する。

評価値更新ステップ（Ｓ１５）では、第１評価値更新ステップ（Ｓ１７）及び第２評価値更新ステップ（Ｓ１８）により、第１評価値Ｅ_１及び第２評価値Ｅ_２を算出する。

第１評価値算出ステップ（Ｓ１７）の動作について図１６に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ１０１では、まず、現在の階調ｘの場合の最大ダイナミックレンジにおける明るさＧ（ｘ）を求める。次に、階調変換関数選択番号ｉが指し示す階調変換関数を用いて、階調ｘに対する出力階調ｆ_ｉ（ｘ）を求める。次に、バックライト輝度算出部１２で算出されたバックライト輝度Ｉ_ｏｕｔの場合の、出力階調ｆ_ｉ（ｘ）に対する画像表示部１６における明るさｇ（ｆ_ｉ（ｘ）、Ｉ_ｏｕｔ）を求める。次に、Ｇ（ｘ）とｇ（ｆ_ｉ（ｘ）、Ｉ_ｏｕｔ）の差分値を算出する。次に、この差分値に、ヒストグラム生成部１１で求めた階調ｘの頻度ｈ（ｘ）を乗算し、この結果を評価値Ｅ_１に加算する。例えば、差分を絶対値で評価する場合は、数式２５のように表される。

また、差分を二乗誤差として評価する場合は、数式２６のように表される。

なお、数式２５、数式２６では、階調−輝度特性を用いて評価を行っているが、これらは、設定ステップ１（Ｓ１１）及び設定ステップ２（Ｓ１２）で設定した階調−明るさ特性で評価すればよく、例えば、階調−明度特性を用いて、差分を二乗誤差として評価する場合は、数式２７のように表される。

また、ヒストグラム生成部１１で求められたｈ（ｘ）に対し、第１評価値算出ステップ（Ｓ１７）にて、重みを加える構成とすることもできる。例えば、第１評価値算出ステップの更新式である数式２５を数式２８のように変形することができる。

ここで、αは、階調ｘの頻度ｈ（ｘ）にべき乗で与える重みである。αの値は、様々に取りえるが、０より大きく、１以下の値とすることが経験的に確認されている。

現在の階調ｘに対する第１評価値の算出が終了した後、全ての階調ｘについて第１評価値の算出が終了したかを判定し（Ｓ１０２）、終了していなければ（ＮＯ）、階調ｘを更新して（Ｓ１０３）、再度第１評価値の算出を行う（Ｓ１０１）。例えばヒストグラム生成部１１で求めたヒストグラムが０階調から２５５階調について１階調毎の頻度を求めたのであれば、まず階調ｘが２５５以上かを判定し、２５５未満であれば、階調ｘに１を加算して階調ｘを更新する。

次に、第２評価値算出ステップ（Ｓ１８）の動作について、図１７に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ１１１ではまず、現在の階調ｘの場合の最大ダイナミックレンジにおける明るさ勾配Ｇ´（ｘ）を求める。次に、階調変換関数選択番号ｉが指し示す階調変換関数を用いて、現在の階調ｘに対する出力階調ｆ_ｉ（ｘ）を求める。次に、階調ｘに対し、バックライト輝度算出部１２で算出されたバックライト輝度Ｉ_ｏｕｔの場合の出力階調ｆ_ｉ（ｘ）に対する画像表示部１６の明るさ勾配ｇ´（ｆ_ｉ（ｘ）、Ｉ_ｏｕｔ）を求める。次に、Ｇ´（ｘ）とｇ´（ｆ_ｉ（ｘ）、Ｉ_ｏｕｔ）の差分値を算出する。次に、この差分値にヒストグラム生成部１１で求めた階調ｘの頻度ｈ（ｘ）を乗算し、この結果を第２評価値Ｅ_２に加算する。例えば、差分を絶対値で評価する場合は、数式２９のように表される。

また、差分を二乗誤差として評価する場合は、数式３０のように表される。

なお、数式２９、数式３０では、階調−輝度勾配特性を用いて評価を行っているが、これらは設定ステップ１（Ｓ１１）及び設定ステップ２（Ｓ１２）で設定した階調−明るさ勾配特性で評価すればよく、例えば階調−明度勾配特性と用いて、差分を二乗誤差として評価する場合は、数式３１のように表される。

また、ヒストグラム生成部１１で求められたｈ（ｘ）に対し、重みを加える構成とすることもできる。例えば、上記更新式（数式２９）を数式３２のように変形することができる。

ここで、βは、階調ｘの頻度ｈ（ｘ）にべき乗で与える重みである。βの値は様々に取りえるが、０より大きく、１以下の値とすることが経験的に確認されている。

更に、上記では、第１評価値算出ステップ（Ｓ１７）と第２評価値算出ステップ（Ｓ１８）で同じ頻度ｈ（ｘ）を用いているが、異なる頻度を用いる構成とすることもできる。例えば、ヒストグラム生成部１１で、画素毎の赤、緑、青の３チャンネルの階調のうち、最も大きい階調を用いたヒストグラムｈ_１（ｘ）と、画素毎の赤、緑、青の３チャンネルの階調を区別せず生成したヒストグラムｈ_２（ｘ）の２種類のヒストグラムを生成し、それぞれを、第１評価値算出ステップ（Ｓ１７）と第２評価値算出ステップ（Ｓ１８）に用いる構成とすることもできる。この場合、第１評価値算出ステップ（Ｓ１７）で使用する更新式である数式２８及び第２評価値算出ステップ（Ｓ１８）で使用する更新式である数式３２は、それぞれ、以下のように表される。

現在の階調ｘに対する第２評価値の算出が終了した後、全ての階調ｘについての第２評価値の算出が終了したかを判定し（Ｓ１１２）、終了していなければ（ＮＯ）、階調ｘを更新して（Ｓ１１３）、再度第２評価値の算出を行う（Ｓ１１１）。例えば、ヒストグラム生成部１１で求めたヒストグラムが０階調から２５５階調について１階調毎の頻度を求めたのであれば、まず階調ｘが２５５以上かを判定し、２５５未満であれば、階調ｘに１を加算して階調ｘを更新する。

第１評価値Ｅ_１及び第２評価値Ｅ_２の算出後、第１評価値Ｅ_１と第２評価値Ｅ_２に対する数式３５に示すような重み付き線形和により評価値Ｅ（第３の評価値）を算出する（Ｓ１９）。

ここで、λは、第１評価値Ｅ_１と第２評価値Ｅ_２の重みを表しており、０から１の範囲の値である。

階調変換関数更新ステップ（Ｓ１６）では、現在の階調変換関数選択番号ｉが指し示す階調変換関数ｆ_ｉ（ｘ）における評価値更新ステップ（Ｓ１５）で求められた評価値Ｅ（第３の評価値）が最小かどうかを判定し（Ｓ２０）、最小であれば（ＹＥＳ）、現在の階調変換関数選択番号ｉを出力階調変換関数選択番号ｉ_ｏｕｔとし、また最小評価値Ｅ_ｍｉｎを現在の評価値Ｅに更新する（Ｓ２１）。次に、予め設定された全ての階調変換関数選択番号に対する階調変換関数について評価が終了したかを判定し（Ｓ２２）、終了していなければ（ＮＯ）階調変換関数選択番号ｉを更新（ｉに１を加算）する（Ｓ２３）。終了していれば（ＹＥＳ）、そのときの出力階調変換関数選択番号ｉ_ｏｕｔが階調変換関数算出部１３より出力される。

ここで、第１評価値Ｅ_１、第２評価値Ｅ_２及び評価値Ｅ（第３の評価値）について説明する。第１評価値Ｅ_１は、画像表示部１６に表示したい明るさと、バックライト輝度Ｉ、階調変換関数ｆ_ｉ（ｘ）での画像表示の実際の明るさとの類似度を表している。すなわち、第１評価値Ｅ_１が小さいほど、画像表示部１６に表示したい明るさと、実際の画像表示部１６での明るさが類似していることを示している。一方、第２評価値Ｅ_２は、画像表示部１６に表示したい明るさ勾配と、バックライト輝度Ｉ、階調変換関数ｆ_ｉ（ｘ）での画像表示部１６の実際の明るさ勾配との類似度を表している。すなわち、第２評価値Ｅ_２が小さいほど、画像表示部１６に表示したい明るさ勾配（隣接階調間の明るさの差、コントラスト）と、実際の画像表示部１６での明るさ勾配（隣接階調間の明るさの差、コントラスト）が類似していることを示している。評価値Ｅは、第１評価値と第２評価値の重み付き線形和であり、上記２つの評価値のバランスを考慮して算出される値である。すなわち、評価値Ｅが小さいほど、第１評価値及び第２評価値があるバランスで小さくなっていることを示しており、画像表示部１６に表示したい明るさと明るさ勾配の両方が、実際の画像表示部１６での明るさと明るさ勾配に類似していることを示している。

（タイミングコントローラ１４）
タイミングコントローラ１４では、階調変換関数算出部１３で決定された階調変換関数を入力映像信号に適用して変換映像信号を生成し、またバックライト輝度算出部１２で算出されたバックライト輝度に基づいてバックライト輝度信号を生成する。そして、液晶パネル１８へ変換映像信号を、バックライト駆動部１５へバックライト輝度信号を、両者の送出タイミングを制御しつつ、送出する。

まず、階調変換方法について説明する。本実施形態による階調変換方法は、階調変換関数算出部１３で算出された出力階調変換関数選択番号ｉ_ｏｕｔにより階調変換関数ルックアップテーブル１９を参照して、該当する階調変換関数ｆ_ｉｏｕｔ（ｘ）を入力映像に適用する。すなわち、水平画素位置ｕ、垂直画素位置ｖの入力映像の入力階調Ｌ（ｕ、ｖ）に対し、数式３６の処理を行う。

ここで、Ｌ_ｏｕｔ（ｕ、ｖ）は、位置（ｕ、ｖ）の入力映像の画素の変換された階調である。数式３６の処理を、入力映像の１フレーム全ての画素に対して行うことで、入力映像が変換される。

次にタイミング制御について説明する。ヒストグラム生成部１１の基本的な動作として、１フレームの入力映像の全ての画素を走査してヒストグラムを生成しているため、タイミングコントローラ１４に映像が入力されるタイミングと、その映像のヒストグラムを用いてバックライト輝度算出部１２で算出されたバックライト輝度がタイミングコントローラ１４に入力されるタイミングとは、１フレーム期間、あるいはそれ以上異なるタイミングとなる。そのため、タイミングコントローラ１４では、上記タイミングの遅延を調整するために、例えば、フレームバッファを用いて入力映像の出力タイミングを遅延させて、バックライト輝度信号の出力に同期させる。また、上記構成では、入力映像のあるフレームの出力タイミングと、そのフレームから算出されたバックライト輝度の出力タイミングとを同期させる構成であるが、一般に、入力映像は時間的にある程度連続したものであるため、例えば、ｎフレームの入力映像より求めたバックライト輝度を、ｎ＋１フレームの入力映像と同期させる構成とすることもできる。すなわち、実際に画像表示部１６に表示される映像に対し、バックライト輝度が１フレーム期間遅延していることとなる。この場合、入力映像をタイミングコントローラ１４で大きく遅延させる必要が無いため、フレームバッファ（メモリ量）を小さくすることが可能となる。なお、タイミングコントローラ１４では、液晶パネル１８を駆動する為に必要となる様々な同期信号（水平同期信号、垂直同期信号等）も併せて生成され、階調変換関数により変換された変換映像と共に、液晶パネル１８へ送出される。

（バックライト駆動部１５）
バックライト駆動部１５では、タイミングコントローラ１４より出力されたバックライト輝度信号に基づいて、実際にバックライト１７を発光させるためのバックライト駆動信号を生成する。バックライト駆動信号は、バックライト１７に設置されている光源の種類により異なる構成となるが、一般に液晶表示装置に用いられるバックライト１７の光源としては、冷陰極管や発光ダイオード（ＬＥＤ）等がある。これらは、印加する電圧や電流を制御することにより、その輝度を変調することが可能である。ただし、光源輝度の変調方法としては、一般的には、発光と非発光の期間を高速に切り替えることにより輝度を変調するＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御が用いられる。本実施形態では、比較的発光強度の制御が容易であるＬＥＤ光源をバックライト１７の光源として用い、ＬＥＤ光源をＰＷＭ制御により輝度変調する構成とした。よって、バックライト駆動部１５では、バックライト輝度信号に基づいてＰＷＭ制御信号を生成し、バックライト１７へ送出する。

（画像表示部１６）
上記のように、画像表示部１６は、光変調素子部としての液晶パネル１８と、光源の輝度を変調可能な液晶パネル１８の背面に設置されたバックライト１７により構成される。画像表示部１６では、タイミングコントローラ１４より出力された変換映像信号を液晶パネル（光変調素子）１６に書き込む。また、画像表示部１６では、バックライト駆動部１５より出力されたバックライト駆動信号によりバックライト１７を点灯させることにより、入力映像の表示を行う。なお、上記の通り、本実施形態では、バックライト１７の光源としてＬＥＤ光源を用いている。

以上、説明したように、本実施形態によれば、視覚的なコントラストが優れ、かつ消費電力の低減した画像表示装置を提供することができる。

本発明の第２の実施形態による画像表示装置の基本的な構成は、第１の実施形態と同様であるが、本実施形態では、バックライト輝度算出部でのバックライト輝度の算出方法が異なっている。第１の実施形態では、ヒストグラム生成部１１により生成されたヒストグラムから代表値を求め、代表値に基づいてバックライト輝度を算出する構成としたが、本実施形態では、ヒストグラムの分布を考慮してバックライト輝度を算出することにより、より入力画像に適したバックライト輝度を求めることが特長である。

図１８に、本発明の第２の実施形態による画像表示装置の構成を示す。図１８の構成は、第１の実施形態の図１１の構成を第２の実施形態に適用した構成である。第２の実施形態による画像表示装置の構成では、バックライト輝度算出部２２から、第１設定値ルックアップテーブル２０及び第２設定値ルックアップテーブル２１を参照できる構成となっている。以下に、第１の実施形態とは異なる構成となっているバックライト輝度算出部２２の構成について詳細に説明する。なお、その他の構成については、第１の実施形態と同様であるため、説明は省略する。

（バックライト輝度算出部２２）
第２の実施形態によるバックライト輝度算出部２２の動作を、図１９のフローチャートに基づいて詳細に説明する。

設定ステップ１（Ｓ１３１）では、第１の実施形態の数式１０から数式１４と同様にして、最大ダイナミックレンジにおける階調−明るさ特性を設定する。なお、最大ダイナミックレンジにおける階調−明るさ特性は、バックライト輝度算出部２２内部で計算により求める構成としても良いが、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、階調ｘと明るさＧ（ｘ）が対応付けられた第１設定値ルックアップテーブル２０を用いる構成とした。そして、後述する評価値更新ステップ（Ｓ１３５）において、階調ｘに対応する最大ダイナミックレンジにおける明るさＧ（ｘ）を求める場合は、階調ｘにより第１設定値ルックアップテーブル２０を参照して、対応する明るさＧ（ｘ）を求める。

設定ステップ２（Ｓ１３２）では、第１の実施形態の数式１７から数式２０と同様にして、バックライト輝度Ｉにおける画像表示部１６の階調−明るさ特性を設定する。なお、画像表示部１６での階調−明るさ特性は、バックライト輝度算出部２２内部で計算により求める構成としても良いが、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、バックライト輝度Ｉにおける階調ｘと画像表示部１６の明るさｇ（ｘ、Ｉ）が対応付けられた第２設定値ルックアップテーブル２１を用いる構成とした。そして、後述する評価値更新ステップ（Ｓ１３５）において、バックライト輝度Ｉ時の階調ｘに対応する画像表示部１６の明るさｇ（ｘ、Ｉ）を求める場合は、バックライト輝度Ｉ、階調ｘにより第２設定値ルックアップテーブル２１を参照して、対応する明るさｇ（ｘ、Ｉ）を求める。

初期化ステップ１（Ｓ１３３）では、以下の処理に用いる変数を初期化する。例えば、数式３７のような処理を行う。

ここで、Ｉ_ｍｉｎは、バックライト輝度変調範囲の最小値、Ｉ_ｏｕｔは、最終的に決定される出力バックライト輝度を表している。

初期化ステップ２（Ｓ１３４）では、後述する評価値更新ステップ（Ｓ１３５）で用いる評価値Ｅ（第４の評価値）を、数式３８に示すように初期化する。

評価値更新ステップ（Ｓ１３５）の動作について、図２０に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ１４１では、まず、現在の階調ｘに対して最大ダイナミックレンジにおける明るさＧ（ｘ）を求める。次に、バックライト輝度毎に予め定められた初期階調変換関数ｆ_ｃ（ｘ、Ｉ）を用いて、現在のバックライト輝度Ｉの場合の、階調ｘに対する出力階調ｆ_ｃ（ｘ、Ｉ）を求める。次に、現在のバックライト輝度Ｉの場合の、出力階調ｆ_ｃ（ｘ、Ｉ）に対する画像表示部１６における明るさｇ（ｆ_ｃ（ｘ、Ｉ）、Ｉ）を求める。次に、Ｇ（ｘ）とｇ（ｆ_ｃ（ｘ、Ｉ）、Ｉ）の差分値を算出する。次に、この差分値に、ヒストグラム生成部１１で求めた階調ｘの頻度ｈ（ｘ）を乗算し、この結果を評価値Ｅに加算する。例えば、差分を絶対値で評価する場合は、数式３９のように表される。

また、差分を二乗誤差として評価する場合は、数式４０のように表される。

なお、数式３９、数式４０では、階調−輝度特性を用いて評価を行っているが、これらは、設定ステップ１（Ｓ１３１）及び設定ステップ２（Ｓ１３２）で設定した階調−明るさ特性で評価すればよく、例えば階調−明度特性を用いて、差分を二乗誤差として評価する場合は、数式４１のように表される。

また、ヒストグラム生成部１１で求められたｈ（ｘ）に対し、重みを加える構成とすることもできる。例えば、上記更新式（数式３９）を数式４２のように変形することができる。

ここで、χは、階調ｘの頻度ｈ（ｘ）にべき乗で与える重みである。χの値は、様々に取りえるが、０より大きく、１以下の値とすることが経験的に確認されている。

次に、バックライト輝度毎に予め定められた初期階調変換関数ｆ_ｃ（ｘ、Ｉ）（第２の階調変換関数）について説明する。初期階調変換関数ｆ_ｃ（ｘ、Ｉ）は、様々に設定することが可能であるが、バックライト輝度Ｉが小さくなるほど、入力階調に対する出力階調が大きくなるよう設定することが望ましい。そこで、本実施形態では、図２１に示すような初期階調変換関数とした。図２１は、バックライト輝度Ｉが０．１から１．０まで０．１刻みのデータに対する入力階調ｘと出力階調ｆ_ｃ（ｘ、Ｉ）の対応関係を示している。そして、図２１の初期階調変換関数は、図２２に示すように、初期階調変換関数ルックアップテーブル２３として、バックライト輝度算出部２２によってアクセス可能なＲＯＭ等に保持される。バックライト輝度Ｉの場合の、入力階調ｘに対する出力階調ｆ_ｃ（ｘ、Ｉ）を求めたい場合は、バックライト輝度算出部２２より、階調ｘ、バックライト輝度Ｉにより初期階調変換関数ルックアップテーブル２３を参照して、対応する出力階調ｆ_ｃ（ｘ、Ｉ）を求める。ルックアップテーブル２３は、たとえばバックライト輝度（光源輝度）毎に用意された第２の階調変換関数を記憶する第２の関数記憶部に対応する。なお、上記では、ルックアップテーブル２３を参照して初期階調変換関数を求める構成としたが、その他の構成として、バックライト輝度算出部２２内部で計算により初期階調変換関数を設定する構成とすることもできる。例えば、最大ダイナミックレンジにおける階調−輝度特性Ｇ（ｘ）と、実際の画像表示部１６での階調−輝度特性ｇ（ｆ_ｃ（ｘ、Ｉ）、Ｉ）が等しくなるような、初期階調変換関数ｆ_ｃ（ｘ、Ｉ）を用いることができる。この場合、初期階調変換関数ｆ_ｃ（ｘ、Ｉ）は数式４３のように表される。

数式４３の場合分けは、バックライト輝度Ｉでの、入力階調ｘに対する出力階調ｆ_ｃ（ｘ、Ｉ）が０から２５５階調の８ビットの値の範囲に収めるための飽和処理である。

次に、現在の階調ｘに対する評価値Ｅの算出が終了した後、全ての階調ｘについての評価値の算出が終了したかを判定し（Ｓ１４２）、終了していなければ（ＮＯ）、階調ｘを更新して（Ｓ１４３）、再度評価値の算出を行う（Ｓ１４１）。例えば、ヒストグラム生成部１１で求めたヒストグラムが０階調から２５５階調について１階調毎の頻度を求めたのであれば、まず階調ｘが２５５以上かを判定し、２５５未満であれば、階調ｘに１を加算して階調ｘを更新する。

バックライト輝度更新ステップ（Ｓ１３６）では、まず現在のバックライト輝度Ｉにおける評価値更新ステップ（Ｓ１３５）で求められた評価値Ｅが最小かどうかを判定する（Ｓ１３７）。最小であれば（ＹＥＳ）、現在のバックライト輝度Ｉを出力バックライト輝度Ｉ_ｏｕｔとし、また最小評価値Ｅ_ｍｉｎを現在の評価値Ｅに更新する（Ｓ１３８）。次に、予め設定された全てのバックライト輝度Ｉについて評価が終了したかを判定し（Ｓ１３９）、終了していなければ（ＮＯ）、バックライト輝度Ｉを更新し（Ｓ１４０）、再度初期化ステップ２（Ｓ１３４）に戻る。例えば、バックライト輝度Ｉの変調範囲がＩ_ｍｉｎからＩ_ｍａｘで０．１刻みの場合は、現在のバックライト輝度ＩがＩ_ｍａｘ未満であれば、バックライト輝度Ｉに０．１を加算してバックライト輝度Ｉを更新する。予め設定された全てのバックライト輝度Ｉについて評価が終了していれば、そのときの出力バックライト輝度Ｉ_ｏｕｔがバックライト輝度算出部２２より出力される。

以上、説明したように、本実施形態によれば、ヒストグラムの分布状態を考慮してバックライト輝度を算出できるため、視覚的なコントラストが優れ、かつ消費電力の低減した画像表示装置を提供することができる。

本発明の第３の実施形態による画像表示装置の基本的な構成は、第１の実施形態と同様であるが、本実施形態では、階調変換関数算出部での出力階調変換関数の算出方法が異なっている。第１の実施形態では、予め階調変換関数ルックアップテーブルに保持された階調変換関数を参照して、出力階調変換関数を決定していが、本実施形態では、階調変換関数を階調変換関数算出部内部で計算により求める構成となっている。

図２３に、本発明の第３の実施形態による画像表示装置の構成を示す。図２３の構成は、第１の実施形態の図１１の構成を第３の実施形態に適用した構成である。第３の実施形態による画像表示装置の構成では、階調変換関数算出部２４内部で出力階調変換関数を計算により求める構成となっているため、階調変換関数ルックアップテーブルが必要ない構成となっている。以下に、第１の実施形態とは異なる構成となっている階調変換関数算出部２４の構成について詳細に説明する。なお、その他の構成については、第１の実施形態と同様であるため、説明は省略する。

（階調変換関数算出部２４）
第３の実施形態による階調変換関数算出部２４の動作を、図２４に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。なお、説明を簡単にするために、ヒストグラム生成部１１で生成するヒストグラムは、図２６に示すような３２階調毎の頻度を表すものとし、階調変換関数も、３２階調毎の入力階調に対する出力階調の対応関係を求める構成とし、間の入力階調については、線形補間により求めることとする。

処理対象入力階調選択ステップ（Ｓ１５１）では、階調変換関数の複数の入力階調から以降の処理対象となる１つの入力階調を選択する。以降の処理では、選択された処理対象入力階調に対応する出力階調を算出する。処理対象入力階調の選択方法は、様々に考えられるが、本実施形態では、以下に示すように選択する構成とした。まず、図２５の黒丸に示すように、階調変換関数において、０階調の入力階調に対応する出力階調を０階調、２５５階調の入力階調に対応する出力階調を２５５階調と設定しておく。そして、図２５の白丸として示すように、０階調と２５５階調の中間の階調となる１２８階調を、処理対象入力階調として選択する。続いて、図２８の白丸として示すように、０階調と１２８階調の中間の階調となる６４階調を選択し、更に、１２８階調と２５５階調の中間の階調となる１９２階調を選択する。次に、図３０の白丸に示すように、０階調と６４階調の中間の階調である３２階調を選択、同様に、６４階調と１２８階調の中間の階調である９６階調、１２８階調と１９２階調の中間の階調である１６０階調、１９２階調と２５５階調の中間の階調である２２４階調を選択する。本実施形態では、３２階調毎の入力階調に対応する出力階調の関係として階調変換関数を求めるため、上記まで選択後、処理を終了する。なお、例えば、１階調毎の階調変換関数を求める構成であれば、更に中間の階調の選択を継続し、０階調から２５５階調の１階調毎の全ての階調を選択すればよい。

部分ヒストグラム生成ステップ（Ｓ１５２）では、処理対象入力階調選択ステップ（Ｓ１５１）で選択された入力階調に基づいて、部分ヒストグラムを生成する。例えば、図２５に示すように、１２８階調が処理対象入力階調として選択された場合は、ヒストグラム生成部１１で求められた図２６に示すヒストグラムから、図２７に示すような、ビン幅が０階調から１２７階調と、１２８階調から２５５階調の、２つのビンを持つ部分ヒストグラムを生成する。すなわち、部分ヒストグラムは、数式４４、数式４５のように表される。

ここで、Ｈ（ｉ_０、ｉ_１）は、ヒストグラム生成部１１で求められた階調ｘの頻度ｈ（ｘ）より、階調ｉ_０から階調ｉ_１までを総和した頻度を表している。すなわち、入力階調として１２８階調が選択された場合は、０階調から１２７階調の間に所属する頻度と、１２８階調から２５５階調の間に所属する頻度とを表す２つのビンを有する部分ヒストグラムを生成する。同様に、処理対象入力階調選択ステップ（Ｓ１５１）で、６４階調が選択された場合は、図２９に示すように、０階調から６３階調の間に所属する頻度と、６４階調から１２７階調に所属する頻度とを表す２つのビンを有する部分ヒストグラムを、ヒストグラム生成部１１で求められたヒストグラムより求める。この場合の部分ヒストグラムは、数式４６、数式４７で表される。

同様に、処理対象入力階調選択ステップ（Ｓ１５１）で、１９２階調が選択された場合の部分ヒストグラムは、数式４８、数式４９のように表される。

なお、図３０の白丸で示す処理対象入力階調の場合は、ヒストグラム生成部１１で求められたヒストグラムと、部分ヒストグラムが同一となるため、部分ヒストグラム生成ステップ（Ｓ１５２）で部分ヒストグラムを生成する必要は無い。例えば、処理対象入力階調が３２階調の場合の部分ヒストグラムは、数式５０、数式５１のように表される。

処理対象出力階調算出ステップ（Ｓ１５３）では、処理対象入力階調選択ステップ(Ｓ１５１)で選択された処理対象入力階調に対応する出力階調を算出する。処理対象出力階調算出ステップ（Ｓ１５３）の動作を、図３１に示すフローチャートを用いて説明する。

初期化ステップ１（Ｓ１６１）では、以下の処理に用いる変数を初期化する。例えば、数式５２のような処理を行う。

ここで、ｙは、入力階調ｘに対する階調変換関数による出力階調を表し、ｆ_ｏｕｔ（ｘ）は、最終的に算出する出力階調変換関数を表している。なお、ｆ_ｏｕｔ（０）に対しては０階調、ｆ_ｏｕｔ（２５５）に対しては２５５階調が予め設定されている。Ｅ_ｍｉｎは、後述する階調変換関数更新ステップ（Ｓ１６４）で用いる最小評価値を表している。ｘ_０は、処理対象入力階調選択ステップ（Ｓ１５１）で処理対象入力階調ｘ_ｔを、所定範囲の中間階調として選択する際の、所定範囲の最小階調を表している。なお、後述する階調変換関数更新ステップ（Ｓ１６４）で用いるｘ_１は、上記所定範囲の最大階調を表している。例えば、処理対象入力階調ｘ_ｔが６４階調の場合は、図２８に示すように、ｘ_０は０階調、ｘ_１は１２８階調となる。同様に、処理対象入力階調ｘ_ｔが１６０階調の場合は、図３０に示すように、ｘ_０は１２８階調、ｘ_１は１９２階調となる。

初期化ステップ２（Ｓ１６２）では、後述する評価値更新ステップ（Ｓ１６３）で用いる第１評価値Ｅ_１及び第２評価値Ｅ_２を数式５３に示すように初期化する。

評価値更新ステップ（Ｓ１６３）では、第１評価値更新ステップ（Ｓ１６５）及び第２評価値更新ステップ（Ｓ１６６）により、第１評価値Ｅ_１及び第２評価値Ｅ_２を算出する。

第１評価値算出ステップ（Ｓ１６５）の動作は、まず、処理対象入力階調ｘ_ｔの最大ダイナミックレンジにおける明るさＧ（ｘ_ｔ）を、第１設定値ルックアップテーブル２０を参照して求める。次に、バックライト輝度算出部２２で算出されたバックライト輝度Ｉ_ｏｕｔの場合の、出力階調ｙに対する画像表示部１６における明るさｇ（ｙ、Ｉ_ｏｕｔ）を、第２設定値ルックアップテーブル２１を参照して求める。次に、Ｇ（ｘ_ｔ）とｇ（ｙ、Ｉ_ｏｕｔ）の差分値を算出する。次に、この差分値に、部分ヒストグラム生成ステップ（Ｓ１５２）で求めた２つの頻度Ｈ（ｘ_０、ｘ_ｔ−１）、Ｈ（ｘ_ｔ、ｘ_１）を合計した値を乗算し、評価値Ｅ_１に代入する。例えば、差分を絶対値で評価する場合は、数式５４のように表される。

また、差分を二乗誤差として評価する場合は、数式５５のように表される。

なお、数式５４、数式５５では、階調−輝度特性を用いて評価を行っているが、これらは、第１の実施形態で説明した設定ステップ１（Ｓ１６１）及び設定ステップ２（Ｓ１６２）で設定した階調−明るさ特性で評価すればよく、例えば、階調−明度特性を用いて、差分を二乗誤差として評価する場合は、数式５６のように表される。

次に、第２評価値算出ステップ（Ｓ１６６）の動作を説明する。まず、処理対象入力階調ｘ_ｔ、及びｘ_ｔを中間階調として選択する際の階調範囲における最小階調ｘ_０、最大階調ｘ_１の最大ダイナミックレンジにおける明るさＧ（ｘ_ｔ）、Ｇ（ｘ_０）、Ｇ（ｘ_１）を、第１設定値ルックアップテーブル２０を参照して求める。次に、バックライト輝度算出部２２で算出されたバックライト輝度Ｉ_ｏｕｔの場合の、出力階調ｙ、及び、ｘ_０、ｘ_１における出力階調変換関数による出力階調ｆ（ｘ_０）、ｆ（ｘ_１）に対する画像表示部１６における明るさｇ（ｙ、Ｉ_ｏｕｔ）、ｇ（ｆ（ｘ_０）、Ｉ_ｏｕｔ）、ｇ（ｆ（ｘ_１）、Ｉ_ｏｕｔ）を、第２設定値ルックアップテーブル２１を参照して求める。次に、最大ダイナミックレンジにおける階調−明るさ勾配特性の微分を差分に置き換え、以下のように勾配を算出する。

同様に、画像表示部１６での階調−明るさ勾配特性の微分を差分に置き換え、以下のように勾配を算出する。

ここで、本実施形態では、第１の実施形態と異なり、勾配を差分に置き換える構成としている。よって、第１設定値ルックアップテーブル２０及び第２設定値ルックアップテーブル２１には、第１の実施形態のように、階調−明るさ勾配特性を保持する必要は無く、階調−明るさ特性から、勾配に相当する差分を算出する構成となる。次に、ΔＧ（ｘ_０、ｘ_ｔ）とΔｇ（ｆ_ｏｕｔ（ｘ_０）、ｙ）の差分値、及び、ΔＧ（ｘ_ｔ、ｘ_１）とΔｇ（ｙ、ｆ_ｏｕｔ（ｘ_１））の差分値を算出する。次に、この差分値に、それぞれ、部分ヒストグラム生成ステップ（Ｓ１５２）で求めた２つの頻度Ｈ（ｘ_０、ｘ_ｔ−１）、Ｈ（ｘ_ｔ、ｘ_１）を乗算し、乗算したそれぞれの値を評価値Ｅ_２に加算する。例えば、差分を絶対値で評価する場合は、数式５９のように表される。

なお、数式５９は、第１の実施形態における数式２９の微分を差分に置き換え、頻度を部分ヒストグラムで求められる頻度に置き換えた式に相当する。また、差分を二乗誤差として評価する場合は、数式６０のように表される。

なお、数式５９、数式６０では、階調−輝度勾配特性を用いて評価を行っているが、これらは設定ステップ１及び設定ステップ２で設定した階調−明るさ勾配特性で評価すればよく、例えば階調−明度勾配特性を用いて、差分を二乗誤差として評価する場合は、数式６１のように表される。

第１評価値Ｅ_１及び第２評価値Ｅ_２算出後、第１評価値と第２評価値に対する数式６２に示すような重み付き線形和により評価値Ｅ（第３の評価値）を算出する。

ここで、λは、第１評価値と第２評価値の重みを表しており、０から１の範囲の値である。

階調変換関数更新ステップ（Ｓ１６４）では、処理対象入力階調ｘ_ｔに対応する現在の出力階調ｙにおける評価値更新ステップ（Ｓ１６３）で求められた評価値Ｅが最小かどうかを判定し、最小であれば（ＹＥＳ）、現在の出力階調ｙを、処理対象入力階調ｘ_ｔに対応する処理対象出力階調ｆ_ｏｕｔ（ｘ_ｔ）とし、最小評価値Ｅ_ｍｉｎを現在の評価値Ｅに更新する（Ｓ１６９）。次に、予め設定された全ての出力階調ｙについて評価が終了したかを判定し（Ｓ１７０）、終了していなければ（ＮＯ）出力階調ｙを更新する（Ｓ１７１）。すなわち、出力階調ｙが、処理対象入力階調ｘ_ｔを中間階調として選択する際の階調範囲における最大階調ｘ_１に対応する出力階調ｆ_ｏｕｔ（ｘ_１）未満であれば、出力階調ｙに所定値（通常は１）を加算して出力階調ｙを更新する。よって、出力階調ｙは、ｆ_ｏｕｔ（ｘ_０）以上、ｆ_ｏｕｔ（ｘ_１）以下の値となる。終了していれば（ＹＥＳ）、そのときの処理対象出力階調ｆ_ｏｕｔ（ｘ_ｔ）が出力される。

終了判定ステップ（Ｓ１５４）では、処理対象入力階調選択ステップ（Ｓ１５１）で選択すべき処理対象入力階調を全て選択したかを判定する。すなわち、本実施形態では、０階調から２５５階調までの３２階調毎の階調全てを選択したかを判定し、選択していなければ（ＮＯ）、処理対象入力階調選択ステップ（Ｓ１５１）へ戻り、次の処理対象入力階調を選択する。終了していれば（ＹＥＳ）、そのときの出力階調変換関数ｆ_ｏｕｔ（ｘ）が、階調変換関数算出部２４より出力される。なお、本実施形態では、３２階調毎の入力階調ｘに対応する出力階調変換関数ｆ_ｏｕｔ（ｘ）が算出されることとなる。そのため、本実施形態における、階調変換関数算出部２４では、最後に、出力階調変換関数ｆ_ｏｕｔ（ｘ）を線形補間し、全ての入力階調ｘに対応する出力階調変換関数ｆ_ｏｕｔ（ｘ）を求める構成とした。なお、出力階調変換関数ｆ_ｏｕｔ（ｘ）に対する線形補間は、階調変換関数算出部２４で行う構成以外にも、タイミングコントローラ１４において、入力映像の階調変換を行う前であれば、どこで行っても良い。例えば、階調変換関数算出部２４より、３２階調毎の出力階調変換関数を出力し、タイミングコントローラ１４内部で、線形補間により全ての入力階調に対応する階調変換関数を求める構成とすることもできる。

以上、説明したように、本実施形態によれば、入力映像に対し適応的に階調変換関数を設定することができるため、視覚的なコントラストが優れ、かつ消費電力の低減した画像表示装置を提供することができる。

本発明の第４の実施形態による画像表示装置の基本的な構成は、第３の実施形態と同様であるが、本実施形態では、階調変換関数算出部での出力階調変換関数の算出方法が異なっている。第３の実施形態では、処理対象入力階調の選択方法として、既に入力階調に対応する出力階調が算出されている入力階調間の中間階調を、段階的に処理対象入力階調として選択する構成としたが、本実施形態では、上位階調から下位階調へ向かい、順番に選択していく構成となっている。以下に、第３の実施形態とは異なる構成となっている階調変換関数算出部の構成について詳細に説明する。なお、第４の実施形態に係る構成を示すブロック図に関しては図２３を参照するものとし、階調変換関数算出部以外の構成については、第１の実施形態と同様であるため、説明は省略する。

（階調変換関数算出部２４）
第４の実施形態による階調変換関数算出部２４の動作を、図３２に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。なお、説明を簡単にするために、ヒストグラム生成部１１で生成するヒストグラムは、図３５に示すような３２階調毎の頻度を求め、階調変換関数も、３２階調毎の入力階調に対する出力階調の対応関係を求める構成とし、間の入力階調については、線形補間により求めることとする。

階調変換関数初期化ステップ（Ｓ１８１）では、３２階調毎の入力階調に対する出力階調の初期値を設定、すなわち、階調変換関数を初期化する。初期値は、例えば、入力階調をそのまま出力階調に設定する等、様々に考えられるが、本実施形態では、第２の実施形態で用いた初期階調変換関数ｆ_ｃ（ｘ、Ｉ_ｏｕｔ）とした。初期化された階調変換関数の一例を図３３に示す。ここで、Ｉ_ｏｕｔは、バックライト輝度算出部２２で算出された出力バックライト輝度である。

処理対象入力階調選択ステップ（Ｓ１８２）では、階調変換関数の複数の入力階調から以降の処理対象となる１つの入力階調を選択する。処理対象入力階調の選択方法は、本実施形態では、上位階調から下位階調へ、順番に選択する方法とした。まず、第３の実施形態と同様に、０階調の入力階調に対応する出力階調を０階調、２５５階調の入力階調に対応する出力階調を２５５階調と設定しておく。そして、図３４の白丸として示すように、上位階調側の２２４階調を選択する。続いて、図３６の白丸として示すように、１９２階調を選択する。以下、同様に上位階調から３２階調毎に入力階調を選択していき、最終的に、図３８の白丸として示すように、３２階調を選択する。

処理対象階調変換関数算出ステップ（Ｓ１８３）では、処理対象入力階調選択ステップ（Ｓ１８２）で選択された処理対象入力階調に対応する出力階調変換関数を算出する。処理対象階調変換関数算出ステップ（Ｓ１８３）の動作を、図４０に示すフローチャートを用いて説明する。

初期化ステップ１（Ｓ１９１）では、以下の処理に用いる変数を初期化する。例えば、数式６３のような処理を行う。

ここで、ｙは、処理対象入力階調選択ステップで選択された処理対象入力階調ｘ_ｔに対する階調変換関数による出力階調を表し、ｆ_ｏｕｔ（ｘ）は、最終的に算出する出力階調変換関数を表している。なお、ｆ_ｏｕｔ（ｘ）は、上述の階調変換関数初期化ステップ（Ｓ１８１）において、ｆ_ｃ（ｘ、Ｉ_ｏｕｔ）に設定されている。ｆ_ｔ（ｘ）は、以降の階調変換関数更新ステップ（Ｓ１９４）で用いる処理対象階調変換関数を表しており、初期化ステップ１（Ｓ１９１）で、出力階調変換関数ｆ_ｏｕｔ（ｘ）に初期化される。Ｅ_ｍｉｎは、後述する階調変換関数更新ステップ（Ｓ１９４）で用いる最小評価値を表している。

初期化ステップ２（Ｓ１９２）では、後述する評価値更新ステップ（Ｓ１９３）で用いる第１評価値Ｅ_１及び第２評価値Ｅ_２を数式６４に示すように初期化する。

評価値更新ステップ（Ｓ１９３）では、第１評価値更新ステップ（Ｓ１９５）及び第２評価値更新ステップ（Ｓ１９６）により、第１評価値Ｅ_１及び第２評価値Ｅ_２を算出する。

第１評価値算出ステップ（Ｓ１９５）の動作は、まず、入力階調ｘの最大ダイナミックレンジにおける明るさＧ（ｘ）を、第１設定値ルックアップテーブル２０を参照して求める。次に、バックライト輝度算出部２２で算出されたバックライト輝度Ｉ_ｏｕｔにおいて、処理対象階調変換関数を用いた場合の、出力階調ｆ_ｔ（ｘ）に対する画像表示部１６における明るさｇ（ｆ_ｔ（ｘ）、Ｉ_ｏｕｔ）を、第２設定値ルックアップテーブル２１を参照して求める。次に、Ｇ（ｘ）とｇ（ｆ_ｔ（ｘ）、Ｉ_ｏｕｔ）の差分値を算出する。次に、この差分値に、ヒストグラム生成部１１で求めた階調ｘの頻度ｈ（ｘ）を乗算し、評価値Ｅ_１に加算する。以上の処理を全ての入力階調（本実施形態では、３２階調毎のヒストグラムを生成しているため、ｘは、例えば図３５に示すように、１６、４８、８０、１１２、１４４、１７６、２０８、２４０階調となる）に対して行い評価値Ｅ_１を算出する。差分を二乗誤差として評価する場合は、数式６５のように表される。

ただし，ｘは，本実施形態では，１６、４８、８０、１１２、１４４、１７６、２０８、２４０である。なお、数式６５では、階調−輝度特性を用いて評価を行っているが、これらは、第２の実施形態で説明した設定ステップ１及び設定ステップ２で設定した階調−明るさ特性で評価すればよく、例えば、階調−明度特性を用いて、差分を二乗誤差として評価する場合は、数式６６のように表される。

ただし，ｘは，本実施形態では，１６、４８、８０、１１２、１４４、１７６、２０８、２４０である。ここで、例えば、処理対象入力階調ｘ_ｔが、図３６の白丸で示すように、１９２階調であった場合、図３６の黒丸で示す２２４、２５５階調の入力階調に対する出力階調ｆ_ｏｕｔ（２２４）、ｆ_ｏｕｔ（２５５）は、既に計算されている。よって、数式６５、又は、数式６６で示す入力階調ｘに対する二乗誤差のうち、入力階調ｘが２４０階調の場合の二乗誤差は、図３６の白丸で示す出力階調ｙが変化しても、変化しない値である。そのため、図３７に示すヒストグラムのうち、斜線で示す２４０階調のビンに対する二乗誤差の計算は省略することができる。同様に、処理対象入力階調ｘ_ｔが、図３８の白丸で示すように、３２階調であった場合、図３８の黒丸で示す６４から２５５階調の入力階調に対する出力階調ｆ_ｏｕｔ（６４）からｆ_ｏｕｔ（２５５）は、既に計算されている。よって、図３９に示すヒストグラムのうち、斜線で示す８０から２４０階調のビンに対する二乗誤差の計算は省略可能となる。

次に、第２評価値算出ステップ（Ｓ１９６）の動作を説明する。まず、ヒストグラム生成部１１により生成されたヒストグラムの各ビンの境界となる階調ｘ_ｓの最大ダイナミックレンジにおける明るさＧ（ｘ_ｓ）を、第１設定値ルックアップテーブル２０を参照して求め、次に、バックライト輝度算出部２２で算出されたバックライト輝度Ｉ_ｏｕｔにおいて、処理対象階調変換関数を用いた場合の、出力階調ｆ_ｔ（ｘ_ｓ）に対する画像表示部１６における明るさｇ（ｆ_ｔ（ｘ_ｓ）、Ｉ_ｏｕｔ）を、第２設定値ルックアップテーブル２１を参照して求める。ここで、境界階調ｘ_ｓは、本実施形態では、３２階調毎のヒストグラムを生成しているため、図３５に示すように、０、３２、６４、９６、１２８、１６０、１９２、２２４、２５５階調となる。次に、最大ダイナミックレンジにおける階調−明るさ勾配特性の微分を差分に置き換え、以下のように勾配を算出する。

ここで、ｘ−１６、ｘ＋１６は、入力階調ｘに対する境界階調ｘ_ｓを表している。例えば、入力階調ｘが４８階調の場合は、それぞれ、３２階調と６４階調である。ただし、入力階調ｘが２４０階調の場合は、２４０＋１６が２５６階調となるため、２５５階調に丸める構成とする。また、本実施形態では、３２階調毎のヒストグラムを用いているため、±１６としているが、生成するヒストグラムに応じて、この値は適宜変化する。例えば、１６階調毎のヒストグラムを生成した場合は、±８となる。同様に、画像表示部１６での階調−明るさ勾配特性の微分を差分に置き換え、以下のように勾配を算出する。

なお、処理対象入力階調ｘ_ｔに対する出力階調ｆ_ｔ（ｘ_ｔ）がｙに相当する。ここで、本実施形態では、第１の実施形態と異なり、勾配を差分に置き換える構成としている。よって、第１設定値ルックアップテーブル２０及び第２設定値ルックアップテーブル２１には、第１の実施形態のように、階調−明るさ勾配特性を保持する必要は無く、階調−明るさ特性から、勾配に相当する差分を算出する構成となる。次に、ΔＧ（ｘ）とΔｇ（ｆ_ｔ（ｘ）、Ｉ_ｏｕｔ）の差分値を算出する。次に、この差分値に、ヒストグラム生成部１１で求めた階調ｘの頻度ｈ（ｘ）を乗算し、評価値Ｅ_２に加算する。以上の処理を全ての入力階調（本実施形態では、３２階調毎のヒストグラムを生成しているため、ｘは、例えば図３５に示すように、１６、４８、８０、１１２、１４４、１７６、２０８、２４０階調となる）に対して行い評価値Ｅ_２を算出する。差分を二乗誤差として評価する場合は、数式６９のように表される。

なお、数式６９は、第１の実施形態における数式２９の微分を差分に置き換えた式に相当する。なお、数式６９では、階調−輝度勾配特性を用いて評価を行っているが、これらは設定ステップ１（Ｓ１９１）及び設定ステップ２（Ｓ１９２）で設定した階調−明るさ勾配特性で評価すればよく、例えば階調−明度勾配特性と用いて、差分を二乗誤差として評価する場合は、数式７０のように表される。

なお、第１評価値算出ステップ（Ｓ１９５）の説明でも述べたように、既に出力階調が計算されている二乗誤差については、計算を省略することができる。

第１評価値Ｅ_１及び第２評価値Ｅ_２の算出後、第１評価値と第２評価値に対する数式７１に示すような重み付き線形和により評価値Ｅ（第３の評価値）を算出する。

ここで、λは、第１評価値と第２評価値の重みを表しており、０から１の範囲の値である。

階調変換関数更新ステップ（Ｓ１９４）では、現在の処理対象階調変換関数ｆ_ｔ（ｘ）に対する評価値Ｅが最小かどうかを判定し、最小であれば（ＹＥＳ）、現在の処理対象階調変換関数ｆ_ｔ（ｘ）を、出力階調変換関数ｆ_ｏｕｔ（ｘ）とし、また最小評価値Ｅ_ｍｉｎを現在の評価値Ｅに更新する（Ｓ１９９）。次に、予め設定された全ての出力階調ｙについて評価が終了したかを判定し（Ｓ２００）、終了していなければ（ＮＯ）出力階調ｙ及び処理対象階調変換関数ｆ_ｔ（ｘ）を更新する（Ｓ２０１）。すなわち、出力階調ｙが、０より大きければ、出力階調ｙに所定値（通常は１）を減算して出力階調ｙを更新する。また、出力階調ｙの変化に伴い、処理対象階調変換関数ｆ_ｔ（ｘ）を更新する。まず、処理対象入力階調ｘ_ｔと、更新された出力階調ｙを用いて、数式７２のように処理対象階調変換関数ｆ_ｔ（ｘ）を更新する。

次に、階調変換関数は、入力階調の増加に対し出力階調が単調増加する関数であるため、処理対象入力階調ｘ_ｔ未満の入力階調に対する出力階調ｆ_ｔ（ｘ）がｆ_ｔ（ｘ_ｔ）に比べ大きい場合に、出力階調ｆ_ｔ（ｘ）をｆ_ｔ（ｘ_ｔ）に更新する。

以下に、処理対象入力階調ｘ_ｔが２２４階調の場合に、図３３の処理対象階調変換関数を更新する場合について説明する。まず、図４１の白丸で示す処理対象入力階調ｘ_ｔに対応する処理対象階調変換関数ｆ_ｔ（ｘ_ｔ）を変化させる。このとき、図４１の斜線の丸で示す、処理対象入力階調未満の入力階調（１９２、１６０階調）に対応する出力階調ｆ_ｔ（１６０）、ｆ_ｔ（１９２）が、ｆ_ｔ（ｘ_ｔ）より大きい値となっている。そこで、図４２に示すように、処理対象入力階調未満の入力階調（１９２、１６０階調）に対応する出力階調ｆ_ｔ（ｘ）を、ｆ_ｔ（ｘ_ｔ）に修正する。そして、更新された出力階調ｙ及び処理対象階調変換関数ｆ_ｔ（ｘ）を用いて、再度評価値更新ステップ（Ｓ１９３）、階調変換関数更新ステップ（Ｓ１９４）を繰り返す。なお、予め設定された全ての出力階調ｙについて評価が終了していれば、そのときの処理対象出力階調変換関数ｆ_ｏｕｔ（ｘ）が出力される。

終了判定ステップ（Ｓ１８４）では、処理対象入力階調選択ステップ（Ｓ１８２）で選択すべき処理対象入力階調を全て選択したかを判定する。すなわち、本実施形態では、０階調から２５５階調までの３２階調毎の階調全てを選択したかを判定し、選択していなければ（ＮＯ）、処理対象入力階調選択ステップ（Ｓ１８２）へ戻り、次の処理対象入力階調を選択する。終了していれば（ＹＥＳ）、そのときの出力階調変換関数ｆ_ｏｕｔ（ｘ）が、階調変換関数算出部２４より出力される。なお、本実施形態では、３２階調毎の入力階調ｘに対応する出力階調変換関数ｆ_ｏｕｔ（ｘ）が算出されることとなる。そのため、本実施形態における、階調変換関数算出部２４では、最後に、出力階調変換関数ｆ_ｏｕｔ（ｘ）を線形補間し、全ての入力階調ｘに対応する出力階調変換関数ｆ_ｏｕｔ（ｘ）を求める構成とした。なお、出力階調変換関数ｆ_ｏｕｔ（ｘ）に対する線形補間は、階調変換関数算出部２４で行う構成以外にも、タイミングコントローラ１４において、入力映像の階調変換を行う前であれば、どこで行っても良い。例えば、階調変換関数算出部２４より、３２階調毎の出力階調変換関数を出力し、タイミングコントローラ１４内部で、線形補間により全ての入力階調に対応する階調変換関数を求める構成とすることもできる。

以上、説明したように、本実施形態によれば、入力映像に対し適応的に階調変換関数を設定することができるため、視覚的なコントラストが優れ、かつ消費電力の低減した画像表示装置を提供することができる。

本発明の第５の実施形態による画像表示装置の基本的な構成は、第３及び第４の実施形態と同様であるが、本実施形態では、バックライト輝度算出と、階調変換関数算出を繰り返す構成となっている。以下に、第３及び第４の実施形態とは異なる構成となっているバックライト輝度算出部と階調変換関数算出部の繰り返し構成について詳細に説明する。なお、その他の構成については、第３及び第４の実施形態と同様であるため、説明は省略する。

図４３に、本発明の第５の実施形態による画像表示装置の構成を示す。図４３の構成は、第３の実施形態の図２３の構成を第５の実施形態に適用した構成である。第５の実施形態による画像表示装置の構成では、階調変換関数算出部２６で算出された階調変換関数を、バックライト輝度算出部２５へ入力できる構成となっている。

本実施形態によるバックライト輝度算出、階調変換関数算出の流れを図４４に示すフローチャートを用いて説明する。

バックライト輝度算出ステップ（Ｓ２１１）では、出力バックライト輝度Ｉ_ｏｕｔを算出する。バックライト輝度の算出は、第２の実施形態と同様に、数式３７から数式４３を用いて行う。

階調変換関数算出ステップ（Ｓ２１２）では、出力階調変換関数ｆ_ｏｕｔ（ｘ）を算出する。階調変換関数の算出は、第３及び第４の実施形態と同様に、バックライト輝度算出ステップ（Ｓ２１１）で求められた出力バックライト輝度Ｉ_ｏｕｔを用いて行う。

終了判定ステップ（Ｓ２１３）では、再度、バックライト輝度算出ステップ（Ｓ２１１）及び階調変換関数算出ステップ（Ｓ２１２）を繰り返すかどうかを判定する。判定条件は、様々に考えられるが、本実施形態では、１回前のバックライト輝度算出ステップで算出されたバックライト輝度と、今回のバックライト輝度算出ステップで算出されたバックライト輝度の絶対値差分が、予め定められた閾値より小さいかどうかで判定する構成とした。すなわち、絶対値差分が閾値より大きければ、再度、バックライト輝度算出ステップ（Ｓ２１１）、階調変換関数算出ステップ（Ｓ２１２）を繰り返し処理する。閾値より小さければ、あるいは、繰り返し回数があらかじめ設定した値に達したときは、そのときのバックライト輝度及び階調変換関数を出力する。

階調変換関数再設定ステップ（Ｓ２１４）では、バックライト輝度算出ステップ（Ｓ２１１）で用いる階調変換関数を、階調変換関数算出ステップ（Ｓ２１２）で算出された階調変換関数ｆ_ｏｕｔ（ｘ）に再設定する。すなわち、バックライト輝度算出ステップで用いた初期階調変換関数ｆ_ｃ（ｘ、Ｉ）を、以下のように再設定する。

そして、再度、再設定された階調変換関数を用いて、バックライト輝度算出ステップ（Ｓ２１１）にて、バックライト輝度の算出を行った後、その出力バックライト輝度を用いて階調変換関数の算出を行う。

上記のように、バックライト輝度、階調変換関数の算出を繰り返し行うことにより、より入力映像に適したバックライト輝度、階調変換関数を算出可能となる。

以上、説明したように、本実施形態によれば、視覚的なコントラストが優れ、かつ消費電力の低減した画像表示装置を提供することができる。

なお、本発明は、上記各実施形態に限らず、その主旨を逸脱しない限り様々に変更することができる。例えば、画像表示部の構成として液晶パネルとバックライトとを組み合わせた透過型液晶表示装置における実施形態について説明してきたが、本実施形態は、透過型液晶表示装置以外にも様々な画像表示部の構成に適応可能である。例えば、光変調素子としての液晶パネルと、ハロゲン光源等の光源を組み合わせた投射型の画像表示部にも適応可能である。また、光源部としてのハロゲン光源と、ハロゲン光源からの光の反射を制御することにより画像の表示を行うデジタルマイクロミラーデバイスを光変調素子として利用する投射型の画像表示部でもよい。

本発明の第１の実施形態による画像表示装置の構成を示す図。 ヒストグラムの一例を示す図。 ３２階調毎のヒストグラムの一例を示す図。 代表値Ａと出力バックライト輝度Ｉ_ｏｕｔの関係の一例を示す図。 第１の実施形態による階調変換関数算出部の動作の算出方法を説明するフローチャート。 階調−明るさ特性のテーブルデータ（第１テーブルのデータ）の一例を示す図。 階調−明るさ勾配特性のテーブルデータ（第２テーブルのデータ）の一例を示す図。 図１の装置に第１設定値ルックアップテーブルを設けた構成を示す図。 階調−明るさ特性のテーブルデータ（第３テーブルのデータ）の一例を示す図。 階調−明るさ勾配特性のテーブルデータ（第４テーブルのデータ）の一例を示す図。 図１の装置に第２設定値ルックアップテーブルを設けた構成を示す図。 バックライト輝度Ｉ_ｍａｘの階調−明るさ特性を示す図。 バックライト輝度Ｉ_ｍａｘの階調−明るさ勾配特性を示す図。 あらかじめ用意した１０種類の階調変換関数を示す図。 階調変換関数ルックアップテーブルの一例を示す図。 第１評価値算出ステップの動作を示すフローチャート。 第２評価値算出ステップの動作を示すフローチャート。 本発明の第２の実施形態による画像表示装置の構成を示す図。 バックライト輝度算出部の動作を説明するフローチャート 評価値更新ステップの動作を示すフローチャート。 初期階調変換関数の一例を示す図。 初期階調変換関数ルックアップテーブルを図１８の装置に設けた構成を示す図。 本発明の第３の実施形態による画像表示装置の構成を示す図。 第３の実施形態による階調変換関数算出部の動作を示すフローチャート。 生成途中の階調変換関数を示す。 ３２階調毎の頻度を表すヒストグラムの一例を示す図。 ２つのビンを持つ部分ヒストグラムの一例を示す図。 生成途中の階調変換関数を示す図。 ２つのビンを有する部分ヒストグラムの他の例を示す図。 生成途中の階調変換関数を示す図。 処理対象出力階調算出ステップの動作を示すフローチャート。 第４の実施形態による階調変換関数算出部の動作を示すフローチャート。 初期化された階調変換関数の一例を示す図。 更新途中における階調変換関数の一状態を示す図。 処理すべき全ての入力階調を示す図。 更新途中における階調変換関数の一状態を示す図。 二乗誤差の計算を省略可能なビンを示す図。 更新途中における階調変換関数の一状態を示す図。 二乗誤差の計算を省略可能なビンを示す図。 処理対象階調変換関数算出ステップの動作を示すフローチャート。 処理対象階調変換関数の更新処理の補足説明図。 処理対象階調変換関数の更新処理の補足説明図。 本発明の第５の実施形態による画像表示装置の構成を示す図。 第５の実施形態によるバックライト輝度算出および階調変換関数算出の流れを示すフローチャート。

符号の説明

１１：ヒストグラム生成部
１２、２２、２５：バックライト輝度算出部（光源輝度算出部）
１３、２４、２６：階調変換関数算出部（第１の評価値計算部、第２の評価値計算部、第３の評価値計算部、関数取得部）
１４：タイミングコントローラ（制御部）
１５：バックライト駆動部
１６：画像表示部
１７：バックライト（光源部）
１８：液晶パネル（光変調素子部）
１９：階調変換関数ルックアップテーブル（関数記憶部）
２０：第１設定値ルックアップテーブル（第１テーブル、第２テーブル）
２１：第２設定値ルックアップテーブル（第３テーブル、第４テーブル）
２３：初期階調変換関数ルックアップテーブル（第２の関数記憶部）

Claims (16)

1. 光源輝度を調整可能な光源部と、
   画像を表す信号に基づき、前記光源部からの光の透過率または反射率を変調することによって前記画像を表示する光変調素子部と、
   を有する画像表示部と、
   入力映像の１フレームから、各々代表階調に関連づけられた各階調範囲に含まれる画素の頻度を表すヒストグラムを生成するヒストグラム生成部と、
   前記ヒストグラムに基づき前記光源部に設定するべき光源輝度を設定光源輝度として算出する光源輝度算出部と、
   階調変換を行う階調変換関数を記憶する関数記憶部と、
   各前記代表階調に対してあらかじめ設定された第１の明るさと、前記階調変換関数による各前記代表階調の変換後の出力階調が前記設定光源輝度で前記画像表示部に表示されたときの第２の明るさとの第１差分を計算し、各前記代表階調毎の前記第１差分に前記頻度を乗じた積を計算し、各積の総和を第１の評価値として計算する第１の評価値計算部と、 各前記代表階調に対してあらかじめ設定された、前記第１の明るさの勾配である第１勾配と、前記階調変換関数による各前記代表階調の変換後の出力階調が前記設定光源輝度で前記画像表示部に表示されたときの前記第２の明るさの勾配である第２勾配との第２差分を計算し、各前記代表階調毎の前記第２差分に前記頻度を乗じた積を計算し、各積の総和を第２の評価値として計算する第２の評価値計算部と、
   前記第１の評価値と前記第２の評価値とをそれぞれ重み付けして合計することにより第３の評価値を計算する第３の評価値計算部と、
   前記階調変換関数を変化させて前記第１〜第３の評価値計算部による処理を行うことにより複数の前記第３の評価値を取得し、最小又は閾値以下となる第３の評価値を有する階調変換関数を出力階調変換関数として取得する関数取得部と、
   前記入力映像の１フレームを前記出力階調変換関数により変換した変換映像を表す信号を前記光変調素子部に与え、また、前記光源部が前記設定光源輝度で発光するように制御する制御部と、
   を備えた画像表示装置。
2. 前記光源輝度算出部は、前記ヒストグラムから計算される、前記代表階調の平均値、中央値、最頻値のうちの少なくとも１つに基づいて前記設定光源輝度を算出することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 第１〜第Ｎの前記光源輝度の各々に対して用意された第２の階調変換関数を記憶した第２の関数記憶部をさらに備え、
   前記光源輝度算出部は、
   前記第１〜第Ｎの光源輝度毎に、各前記代表階調に対してあらかじめ設定された第１の明るさと、前記第２の階調変換関数による各前記代表階調の変換後の出力階調が前記光源輝度で前記画像表示部に表示されたときの第３の明るさとの第３差分を計算し、
   各前記代表階調毎の前記第３差分に前記頻度を乗じた積を計算し、各積の総和を第４の評価値として計算し、
   最小または第２の閾値以下の前記第４の評価値をもつ前記光源輝度を前記設定光源輝度として選択する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
4. 前記光源輝度算出部は、前記関数取得部で得られた前記出力階調変換関数を前記第１〜第Ｎの前記光源輝度に対する前記第２の階調変換関数として用いて、前記設定光源輝度を再選択し、
   前記関数取得部は、再選択された設定光源輝度を用いて、前記出力階調変換関数の取得を行うことを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
5. 前記関数記憶部は、複数の前記階調変換関数を記憶し、
   前記関数取得部は、前記複数の階調変換関数の各々について前記第３の評価値を取得することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
6. 光源輝度を調整可能な光源部と、
   画像を表す信号に基づき、前記光源部からの光の透過率または反射率を変調することによって前記画像を表示する光変調素子部と、
   を有する画像表示部と、
   入力映像の１フレームから、各々代表階調に関連づけられた各階調範囲に含まれる画素の頻度を表すヒストグラムを生成するヒストグラム生成部と、
   前記ヒストグラムに基づき前記光源部に設定するべき光源輝度を設定光源輝度として算出する光源輝度算出部と、
   前記代表階調と、前記代表階調の変換後の出力階調との関係を示す階調変換関数を生成する階調変換関数生成部と、
   各前記代表階調に対してあらかじめ設定された第１の明るさと、前記階調変換関数による各前記代表階調の変換後の出力階調が前記設定光源輝度で前記画像表示部に表示されたときの第２の明るさとの第１差分を計算し、各前記代表階調毎の前記第１差分に前記頻度を乗じた積を計算し、各積の総和を第１の評価値として計算する第１の評価値計算部と、
   各前記代表階調に対してあらかじめ設定された、前記第１の明るさの勾配である第１勾配と、前記階調変換関数による各前記代表階調の変換後の出力階調が前記設定光源輝度で前記画像表示部に表示されたときの前記第２の明るさの勾配である第２勾配との第２差分を計算し、各前記代表階調毎の前記第２差分に前記頻度を乗じた積を計算し、各積の総和を第２の評価値として計算する第２の評価値計算部と、
   前記第１の評価値と前記第２の評価値とをそれぞれ重み付けして合計することにより第３の評価値を計算する第３の評価値計算部と、
   最大階調及び最小階調を除く各前記代表階調の中から１つの前記代表階調を選択し、前記階調変換関数生成部において、選択された代表階調に対応する出力階調を変化させて、前記第１〜第３の評価値計算部による処理を行うことにより複数の前記第３の評価値を取得し、最小または第３の閾値以下となる前記第３の評価値をもつ出力階調を、前記選択された代表階調に対して出力するように前記階調変換関数を更新し、前記代表階調の選択と前記階調変換関数の更新とを繰り返すことにより、最大階調及び最小階調を除く各前記代表階調における出力階調を１つずつ決定し、これにより前記出力階調変換関数を取得する関数取得部と、
   前記入力映像の１フレームを前記出力階調変換関数により変換した変換映像を表す信号を前記光変調素子部に与え、また、前記光源部が前記設定光源輝度で発光するように制御する制御部と、
   を備えた画像表示装置。
7. 前記階調変換関数において、最小代表階調に対応する出力階調と、最大代表階調に対応する出力階調とのみがあらかじめ設定されており、
   前記関数取得部は、各前記代表階調の中からの１つの前記代表階調の選択において、出力階調が設定済みの２つの代表階調間の中間階調を前記選択された代表階調とし、当該代表階調に対応する出力階調を変化させることにより複数の前記第３の評価値を取得し、最小または第３の閾値以下となる前記第３の評価値をもつ出力階調を、前記選択された代表階調に対して出力するように前記階調変換関数を更新することで、前記選択された代表階調に対応する出力階調を設定し、
   前記出力階調が設定済みの２つの代表階調間の中間階調を前記代表階調として選択する順次選択と前記選択された代表階調に対応する出力階調の設定とを繰り返すことにより前記出力階調変換関数を取得する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。
8. 前記階調変換関数において、最小代表階調に対応する出力階調と、最大代表階調に対応する出力階調とのみがあらかじめ設定されており、
   前記関数取得部は、各前記代表階調の中からの１つの前記代表階調の選択において、出力階調が設定されていない代表階調のなかで最も大きい階調を前記選択された代表階調とし、当該代表階調に対応する出力階調を変化させることにより複数の前記第３の評価値を取得し、最小または第３の閾値以下となる前記第３の評価値をもつ出力階調を、前記選択された代表階調に対して出力するように前記階調変換関数を更新することで、前記選択された代表階調に対応する出力階調を設定し、
   前記最大代表階調から前記最小代表階調へ降順に前記代表階調を選択する順次選択と前記選択された代表階調に対応する出力階調の設定とを繰り返すことにより前記出力階調変換関数を取得する、ことを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。
9. 前記第１の評価値計算部は、各前記代表階調毎に、前記第１差分に前記頻度のα（αは０より大きい実数）乗を乗じた積を計算し、各積の総和を前記第１の評価値として計算し、
   前記第２の評価値計算部は、各前記代表階調毎に、前記第２差分に前記頻度のβ（βは０より大きい実数）乗を乗じた積を計算し、各積の総和を前記第２の評価値として計算する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
10. 前記代表階調と、前記あらかじめ設定された前記第１の明るさとの対応を保持した第１テーブルをさらに備え、
    前記第１の評価値計算部は、前記第１テーブルを用いて、前記代表階調に対応する前記第１の明るさを取得し、
    前記第２の評価値計算部は、前記第１テーブルを用いて、前記代表階調の前記第１の明るさと、前記代表階調より大きいまたは小さい階調の前記第１の明るさとの差分、または、前記代表階調より大きい階調と小さい階調との前記第１の明るさの差分を、前記代表階調に対応する前記第１勾配として取得する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
11. 各前記代表階調と、前記あらかじめ設定された前記第１の明るさとの対応を保持した第１テーブルと、
    各前記代表階調と、前記第１勾配との対応を保持した第２テーブルと、をさらに備え、 前記第１の評価値計算部は、前記第１テーブルを用いて、前記各代表階調に対応する前記第１の明るさを取得し、
    前記第２の評価値計算部は、前記第２テーブルを用いて、各前記代表階調に対応する前記第１勾配を取得する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
12. 前記代表階調と、前記光源輝度と、前記代表階調を前記階調変換関数によって変換した前記出力階調を前記光源輝度で表示した際の明るさと、の対応を保持した第３テーブルをさらに備え、
    前記第１の評価値計算部は、前記設定光源輝度に基づき前記第３テーブルを参照することにより、前記代表階調に対応する前記第２の明るさを取得し、
    前記第２の評価値計算部は、前記設定光源輝度に基づき前記第３テーブルを参照することにより、前記代表階調の前記第２の明るさと、前記代表階調より大きいまたは小さい階調の前記第２の明るさとの差分、または、前記代表階調より大きい階調と小さい階調との前記第２の明るさのとの差分を、前記代表階調に対応する前記第２勾配として取得する、 ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
13. 前記代表階調と、前記光源輝度と、前記代表階調を前記階調変換関数によって変換した前記出力階調を前記光源輝度で表示した際の明るさと、の対応を保持した第３テーブルと、
    前記代表階調と、前記光源輝度と、前記代表階調を前記階調変換関数によって変換した前記出力階調を前記光源輝度で表示した際の明るさの勾配との対応を保持した第４テーブルとをさらに備え、
    前記第１の評価値計算部は、前記設定光源輝度に基づき前記第３テーブルを参照することにより、前記代表階調に対応する前記第２の明るさを取得し、
    前記第２の評価値計算部は、前記設定光源輝度に基づき前記第４テーブルを参照することにより、前記代表階調に対応する前記第２勾配を取得する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
14. 入力映像の１フレームから、各々代表階調に関連づけられた各階調範囲に含まれる画素の頻度を表すヒストグラムを生成し、
    前記ヒストグラムに基づき、光源輝度を調整可能な光源部に設定するべき光源輝度を設定光源輝度として算出し、
    階調変換を行う階調変換関数を用意し、
    各前記代表階調に対してあらかじめ設定された第１の明るさと、前記階調変換関数による各前記代表階調の変換後の出力階調が前記設定光源輝度で表示されたときの第２の明るさとの第１差分を計算し、各前記代表階調毎の前記第１差分に前記頻度を乗じた積を計算し、各積の総和を第１の評価値として計算し、
    各前記代表階調に対してあらかじめ設定された、前記第１の明るさの勾配である第１勾配と、前記階調変換関数による各前記代表階調の変換後の出力階調が前記設定光源輝度で表示されたときの前記第２の明るさの勾配である第２勾配との第２差分を計算し、各前記代表階調毎の前記第２差分に前記頻度を乗じた積を計算し、各積の総和を第２の評価値として計算し、
    前記第１の評価値と前記第２の評価値とをそれぞれ重み付けして合計することにより第３の評価値を計算し、
    前記階調変換関数を変化させて前記第１〜第３の評価値の計算を行うことにより、複数の前記第３の評価値を取得し、最小又は閾値以下となる第３の評価値を有する階調変換関数を出力階調変換関数として取得し、
    画像を表す信号に基づき、前記光源部からの光の透過率または反射率を変調することによって前記画像を表示する光変調素子部に、前記入力映像の１フレームを前記出力階調変換関数により変換した変換映像を表す信号を与え、また、前記光源部が前記設定光源輝度で発光するように制御する、
    ことを特徴とする画像表示方法。
15. 光源輝度を調整可能な光源部と、画像を表す信号に基づき、前記光源部からの光の透過率または反射率を変調することによって前記画像を表示する光変調素子部と、を備えた画像表示装置に表示する画像を処理する画像処理装置であって、
    入力映像の１フレームから、各々代表階調に関連づけられた各階調範囲に含まれる画素の頻度を表すヒストグラムを生成するヒストグラム生成部と、
    前記ヒストグラムに基づき、光源輝度を調整可能な光源部に設定するべき光源輝度を設定光源輝度として算出する光源輝度算出部と、
    前記代表階調と、前記代表階調の変換後の出力階調との関係を示す階調変換関数を生成する階調変換関数生成部と、
    各前記代表階調に対してあらかじめ設定された第１の明るさと、前記階調変換関数による各前記代表階調の変換後の出力階調が前記設定光源輝度で表示されたときの第２の明るさとの第１差分を計算し、各前記代表階調毎の前記第１差分に前記頻度を乗じた積を計算し、各積の総和を第１の評価値として計算する第１の評価値計算部と、
    各前記代表階調に対してあらかじめ設定された、前記第１の明るさの勾配である第１勾配と、前記階調変換関数による各前記代表階調の変換後の出力階調が前記設定光源輝度で表示されたときの前記第２の明るさの勾配である第２勾配との第２差分を計算し、各前記代表階調毎の前記第２差分に前記頻度を乗じた積を計算し、各積の総和を第２の評価値として計算する第２の評価値計算部と、
    前記第１の評価値と前記第２の評価値とをそれぞれ重み付けして合計することにより第３の評価値を計算する第３の評価値計算部と、
    前記階調変換関数を変化させて前記第１〜第３の評価値の計算を行うことにより、複数の前記第３の評価値を取得し、最小又は閾値以下となる第３の評価値を有する階調変換関数を出力階調変換関数として取得する関数取得部と、
    画像を表す信号に基づき、前記光源部からの光の透過率または反射率を変調することによって前記画像を表示する光変調素子部に、前記入力映像の１フレームを前記出力階調変換関数により変換した変換映像を表す信号を与え、また、前記光源部が前記設定光源輝度で発光するように制御する制御部と、
    を備えた画像処理装置。
16. 光源輝度を調整可能な光源部と、画像を表す信号に基づき、前記光源部からの光の透過率または反射率を変調することによって前記画像を表示する光変調素子部と、を備えた画像表示装置に表示する画像を処理する画像処理装置であって、
    入力映像の１フレームから、各々代表階調に関連づけられた各階調範囲に含まれる画素の頻度を表すヒストグラムを生成するヒストグラム生成部と、
    前記ヒストグラムに基づき、光源輝度を調整可能な光源部に設定するべき光源輝度を設定光源輝度として算出する光源輝度算出部と、
    前記代表階調と、前記代表階調の変換後の出力階調との関係を示す階調変換関数を生成する階調変換関数生成部と、
    各前記代表階調に対してあらかじめ設定された第１の明るさと、前記階調変換関数による各前記代表階調の変換後の出力階調が前記設定光源輝度で表示されたときの第２の明るさとの第１差分を計算し、各前記代表階調毎の前記第１差分に前記頻度を乗じた積を計算し、各積の総和を第１の評価値として計算する第１の評価値計算部と、
    各前記代表階調に対してあらかじめ設定された、前記第１の明るさの勾配である第１勾配と、前記階調変換関数による各前記代表階調の変換後の出力階調が前記設定光源輝度で表示されたときの前記第２の明るさの勾配である第２勾配との第２差分を計算し、各前記代表階調毎の前記第２差分に前記頻度を乗じた積を計算し、各積の総和を第２の評価値として計算する第２の評価値計算部と、
    前記第１の評価値と前記第２の評価値とをそれぞれ重み付けして合計することにより第３の評価値を計算する第３の評価値計算部と、
    各前記代表階調の中から１つの前記代表階調を選択し、前記階調変換関数生成部において、選択された代表階調に対応する出力階調を変化させて、前記第１〜第３の評価値計算部による処理を行うことにより複数の前記第３の評価値を取得し、最小または第３の閾値以下となる前記第３の評価値をもつ出力階調を、前記選択された代表階調に対して出力するように前記階調変換関数を更新し、前記代表階調の選択と前記階調変換関数の更新とを繰り返すことにより前記出力階調変換関数を取得する関数取得部と、
    画像を表す信号に基づき、前記光源部からの光の透過率または反射率を変調することによって前記画像を表示する光変調素子部に、前記入力映像の１フレームを前記出力階調変換関数により変換した変換映像を表す信号を与え、また、前記光源部が前記設定光源輝度で発光するように制御する制御部と、
    を備えた画像処理装置。

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