映像表示装置

【課題】画面の半分が黒色で残り半分が白色の様な映像や、映像中に白色の文字テロップなどの情報がある画面においても、十分な黒浮き抑制効果を行え、映像信号の品位を向上させる映像表示装置を提供する。
【解決手段】入力映像信号の輝度のヒストグラム分布と輝度信号レベル毎の暗さの度合いをあらわす暗さパラメータに基づいて光変調素子に照射する光量の制御を行い、入力映像の輝度の平均値が高い場合や、ピーク値が高い場合でも黒浮きの原因となる黒い部分が多い場合には光量を抑制して黒浮きを抑制し、コントラストの高い映像を出力する

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は映像表示装置及び映像表示用の信号処理装置に関するものであり、透過型、あるいは反射型の光変調素子を有するプロジェクタ、液晶ディスプレイ等の映像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタ、液晶ディスプレイにおいて、暗いシーンで黒色が浮いてしまういわゆる黒浮きによりコントラストが低下する問題が発生している。黒浮きを改善する方法として、映像のシーンに応じて光量を動的に変化させる方法がいくつか提案されている。例えば、入力映像の輝度の平均値により光量を制御する方法として、特許文献１のプロジェクタ装置があり、入力映像の輝度の最大値により制御する方法としては、例えば特許文献２の投射型表示装置がある。
【０００３】
特許文献１のプロジェクタ装置について図２１を用いて説明する。図２１において、２１１は光源、２１２は光反射素子、２１３は表示パネル、２１４はレンズ、２１５は輝度検出部、２１６は光反射制御部、２１７はスクリーン、Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３は光路をあらわしている。従来のプロジェクタ装置では、図２１に示すように光源２１１から表示パネル２１３に至る光路上に光反射素子２１２を設け、輝度検出部２１５では入力映像の輝度の平均値を検出し、光反射素子２１２にて、輝度平均値が低い場合には光源２１１から出力される光路Ｙ１の光を反射させ、表示パネル２１３以外へ向かう光路Ｙ３の光量が多くなるように制御することにより黒浮きを抑制している。
【０００４】
また特許文献２の投射型表示装置では、光量を制御する光シャッタを備えており、入力映像信号のピークレベルを検出し、該ピークレベルが所定の基準レベルよりも小さい場合に光を遮断させることにより黒浮きを改善している。
【特許文献１】特開２００４−２９０７５号公報
【特許文献２】特開２００１−２６４７２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述した特許文献１のプロジェクタ装置のように、入力映像信号の輝度の平均値で光量の制御を行う方法では、映像中に黒浮きが目立つ黒い部分が多く存在しても、映像中に白い部分が多く存在する場合には輝度平均値が高くなるため、黒浮き抑制効果が少ない場合がある。例えば画面の半分が黒色、残り半分が白色の場合には、黒浮きが目立つ黒色があるのにも関わらず、輝度の平均値は中央値となるため光量制御が行われず黒浮き抑制効果がなくなる場合があった。
【０００６】
また特許文献２の投射型表示装置では、入力映像信号の輝度の最大値で光源の輝度の制御を行うため、映像中に白色の文字テロップなどの情報がある場合には、映像の内容に関わらず輝度レベルが高いと判断されるため光量制御が行われず、黒浮き抑制効果が十分でない場合があった。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためのものであり、入力映像信号の輝度のヒストグラム分布と輝度信号レベル毎の暗さの度合いをあらわす暗さパラメータに基づいて光変調素子に照射する光量を制御するため、入力映像の輝度の平均値が高い場合や、ピーク値が高い場合でも黒浮きの原因となる黒い部分が多い場合には光量を抑制して黒浮きを抑制し、コントラストの高い映像を出力することができる映像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明の映像表示装置は、映像信号のコントラスト及び輝度の階調補正処理を行う映像信号処理手段と、前記映像処理手段の出力を光変調作用に適した駆動信号に変換する光変調素子駆動手段と、前記光変調素子駆動手段の出力を映像信号に応じた映像光に光変調する光変調素子と、前記光変調素子に光を照射するための制御可能な光源と、前記映像信号の輝度信号をその輝度レベル区分に応じて輝度ヒストグラム分布を作成する輝度ヒストグラム作成手段と、前記輝度レベル区分に応じて暗さの度合いを示す暗さパラメータを作成する暗さパラメータ作成手段と、前記ヒストグラム分布の輝度レベル区分毎の分布数とその輝度レベル区分毎に作成された暗さパラメータを乗じた値を前記輝度レベル区分毎に加算した値を制御量とする光量制御データ作成手段と、前記光量制御データ作成手段により作成した前記制御量に基づいて前記光源の制御を行う光源駆動手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
さらに本発明の映像表示装置において、前記映像信号の輝度の平均値を算出する輝度平均値算出手段と、前記光量制御データ作成手段と前記光源駆動手段の間に接続されたローパスフィルタと、前記輝度平均値算出手段で算出した輝度平均値の変化からシーンの変化を検出し、シーンの変化を検出した時には前記ローパスフィルタをオフにし、シーン変化を検出しない時には前記ローパスフィルタをオンにするシーン変化検出手段とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の映像表示装置によれば、入力映像信号の輝度ヒストグラム分布の輝度レベル区分毎の分布数と、その輝度レベル区分毎に作成された暗さパラメータを乗じた値を輝度レベル区分毎に加算し、その加算した値を制御量として光変調素子に照射する光量を制御するため、入力映像の輝度の平均値が高い場合や輝度のピーク値が高い場合でも、入力映像中に黒浮きの原因となる黒い部分が多い場合には光量を減らす制御を行うため、黒浮きを抑制し、コントラストを改善することができる。
【００１１】
また本発明の映像表示装置によれば、入力映像信号のシーンの変化を検出するシーン変化検出手段を有し、シーン変化が検出されない場合には、ローパスフィルタにより光量制御量が平滑化され、映像信号にノイズがある場合でもノイズに影響されることなく光源の光量制御を行うことができる。またシーン変化が検出された場合にはローパスフィルタがオフとなるため、シーン変化に合わせた光量制御を行うことができる。
【００１２】
また本発明の映像表示装置によれば、光源と光変調素子との間に光量を制御する絞りを有し、該絞りにより光量を制御することで黒浮きを抑制し、コントラストを改善することができるとともに、光源の安定点灯性の劣化や、寿命特性の劣化を防止することができる。
【００１３】
また本発明の映像表示装置によれば、入力映像信号の輝度ヒストグラム分布の輝度レベル区分毎の分布数と、その輝度レベル区分毎に作成された暗さパラメータを乗じた値を輝度レベル区分毎に加算し、その加算した値を制御量として、光変調素子に照射する光量を光源と絞りの両方で制御するため、光源の制御による黒浮き抑制、コントラストの改善と、絞りの制御による黒浮き抑制、コントラストの改善が積算されるため、より大きな画質の改善を図ることができる。
【００１４】
また本発明の映像表示装置によれば、光量制御データ作成手段により作成した制御量に基づいて階調補正データを階調補正データ作成手段で作成し、その階調補正データをもとに映像信号処理手段で階調補正を行うため、光量制御に伴う光量低下を抑制し、中間輝度部、高輝度部の輝度が低下してコントラスト感がなくなることを防ぐことができる。
【００１５】
また本発明の映像表示装置によれば、映像信号の輝度ヒストグラムの輝度レベル区分毎の分布数と、その輝度レベル区分毎に作成された暗さパラメータとを乗じた値を輝度レベル区分毎に加算した値から、光源の光量を制御する第１の制御量を作成し、また映像信号の輝度信号の輝度平均値から光源の光量を制御する第２の制御量を作成し、映像信号のダイナミックレンジが所定の値より大きい場合は、第１の制御量を第２の制御量より大きな値にして第２の制御量に加算して制御量とし、ダイナミックレンジが所定の値より小さい場合は、第２の制御量を第１の制御量より大きな値にして第１の制御量に加算して制御量とすることで、入力映像信号のダイナミックレンジが小さく、ヒストグラム分布の輝度分割数が少ない場合でも光量制御量が不安定になることなく光源光量を制御することができる。
【００１６】
また本発明の映像表示装置によれば、映像信号のダイナミックレンジが所定の値より大きい場合には前記第１の制御量を前記第２の制御量より大きな値にして第２の制御量に加算して制御量とし、ダイナミックレンジが所定の値より小さい場合は、第２の制御量を第１の制御量より大きな値にして第１の制御量に加算して制御量とすることで、入力映像信号のダイナミックレンジが小さく、ヒストグラム分布の輝度分割数が少ない場合でも光量制御量が不安定になることなく光源光量を制御することができるとともに、入力映像信号のシーンの変化を検出するシーン変化検出手段と、ローパスフィルタを有しているため、シーン変化が検出されない場合には、ローパスフィルタにより光量制御量が平滑化され、映像信号にノイズがある場合でもノイズに影響されることなく光源の光量制御を行うことができる。またシーン変化が検出された場合にはローパスフィルタがオフとなるため、シーン変化に合わせた光量制御を行うことができる。
【００１７】
また本発明の映像表示装置によれば、光源と光変調素子との間に光量を制御する絞りを有し、映像信号の輝度ヒストグラムの輝度レベル区分毎の分布数とその輝度レベル区分毎に作成された暗さパラメータとを乗じた値を輝度レベル区分毎に加算した値から前記絞りを制御する第1の制御量を作成し、また映像信号の輝度信号の輝度平均値から前記絞りを制御する第２の制御量を作成し、ダイナミックレンジが所定の値より大きい場合は、第１の制御量を第２の制御量より大きな値にして第２の制御量に加算して制御量とし、ダイナミックレンジが所定の値より小さい場合は、第２の制御量を第１の制御量より大きな値にして第１の制御量に加算して制御量とすることで、入力映像信号のダイナミックレンジが小さく、ヒストグラム分布の輝度分割数が少ない場合でも絞り制御量が不安定になることなく光量を制御することができるとともに、絞りにより光量を制御するため光源の安定点灯性の劣化や、寿命特性の劣化を防止することができる。
【００１８】
また本発明の映像表示装置によれば、映像信号のダイナミックレンジの大きさに応じて光源を制御するため、ダイナミックレンジが小さく、さらにヒストグラム分布の輝度分割数が少ない場合でも光源の制御が不安定になることを防止できるとともに、光量制御データ作成手段により作成した制御量に基づいて階調補正データを階調補正データ作成手段で作成し、その階調補正データをもとに映像信号処理手段で階調補正を行うため、光量制御により中間輝度部、高輝度部の輝度が低下してコントラスト感がなくなることを防ぐことができる。
【００１９】
また本発明の映像表示措置によれば、前記ダイナミックレンジを映像信号の最大値と最小値との差から正確に算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の映像表示装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は本発明の第１の実施例における映像表示装置の構成を示すブロック図を示すものである。図１において、１０１は入力映像信号の輝度ヒストグラムを作成する輝度ヒストグラム作成手段、１０２は輝度レベル区分に応じて暗さの度合いをあらわす暗さパラメータを作成する暗さパラメータ作成手段、１０３は光量制御データを作成する光量制御データ作成手段、１０４は光量制御データにより光源を駆動する光源駆動手段、１０５は光源、１０６は光学系、１０７は光変調素子、１０８は映像信号のコントラスト及び輝度の階調補正を行う映像信号処理手段、１０９は光変調素子駆動手段である。１０７の光変調素子は例えばＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）素子や、液晶素子がある。ＤＭＤ素子とはシリコンベースの素子上に微小な鏡が多数配置され、個々の鏡の向きを変えることにより映像を生成するものである。
【００２２】
以下に第１の実施例における映像表示装置の動作について入力映像信号が８ビットの場合について説明する。
【００２３】
映像表示装置に入力される映像信号は、輝度ヒストグラム作成手段１０１と映像信号処理手段１０８に入力される。映像信号処理手段１０８では入力映像信号のコントラスト補正、明るさ補正の階調補正処理を行った後、光変調素子駆動手段１０９により光変調作用に適した駆動信号に変換し、光変調素子１０７にて映像信号に応じた映像光に光変調されることで画像が表示される。
【００２４】
輝度ヒストグラム作成手段１０１では、入力映像信号の輝度信号から１フィールド毎、または１フレーム毎の輝度ヒストグラムを作成する。輝度ヒストグラムは入力映像の輝度レベル毎の度数分布比率をあらわすものであり、例えば図２に示すようになる。図２において横軸は輝度レベル、縦軸は輝度レベル毎の画素の度数分布比率をあらわしている。この分布の形状により暗い部分にどれだけ多くの画素が分布しているかがわかる。図２の場合には黒浮きの原因である輝度の低い分布が多いことがわかる。
【００２５】
次に暗さパラメータ作成手段１０２について説明する。暗さパラメータは入力輝度信号のレベル毎の暗さの度合いをあらわすパラメータであり、例えば図３に示すような値をとる。図３において横軸は輝度レベル、縦軸は輝度レベル毎の暗さパラメータの値を示している。輝度レベルが低いほど暗さパラメータは大きな値となり、輝度レベルが高い程暗さパラメータは小さな値となる。図３の場合は輝度レベルが１２８以上になるとその輝度レベルは暗くないレベルの輝度となるため、暗さパラメータは０となっている。この暗さパラメータについては図３の特性だけでなく、例えば図４に示すようにパラメータを設定してもよい。図４では輝度レベルが低いほど暗さパラメータが大きな値となるのは図３の場合と同じであるが、輝度レベルが高い場合には暗さパラメータが負の値となるところが異なる。映像中に輝度が高い領域が多く存在する場合には、この暗さパラメータにより光量制御量を抑制できる。
【００２６】
次に光量制御データ作成手段１０３について説明する。光量制御データ作成手段１０３では、前記ヒストグラム作成手段１０１で作成した輝度ヒストグラム分布の輝度レベル区分毎の分布数と、前記暗さパラメータ作成手段１０２で作成した輝度レベル区分毎に作成された暗さパラメータとを乗じた値を輝度レベル区分毎に加算することで、どれだけの暗さの画素がどれだけ多く存在するかを定量化した暗さ量を算出する。この暗さ量から光量を制御する光量制御データを作成する。
【００２７】
暗さ量は、輝度レベルをｉとし、輝度レベル毎の分布比率をＸｉ、暗さの度合いをあらわす暗さパラメータをＫｉとした場合、（数１）であらわされる。
【００２８】
【数１】

【００２９】
例えば画面全体が輝度レベル０、すなわち画面全体が黒色の場合で、輝度レベル毎の暗さパラメータが図３に示したような値をとる場合には、輝度レベル０にだけヒストグラム分布が１００％存在し、輝度レベルが０の時の暗さパラメータは１．０であるため、黒さ量は１００となる。
【００３０】
次に算出した暗さ量から光量制御データを作成する。データ作成の一例を図５を用いて説明する。図５は黒さ量と光量の関係をあらわしており、横軸は黒さ量、縦軸は光量をあらわしている。黒さ量が多くなるにつれて光量を減らすように制御データが作成される。そのため、例えば前記したように画面全体が輝度レベル０で輝度レベル毎の暗さパラメータが図３に示したような値となる場合には暗さ量は１００となり、図５において暗さ量１００の時の光量制御データは０％と算出されるため、暗部コントラストの高い黒を表現できる。
【００３１】
また別の光量制御データの作成例として、映像信号の輝度ヒストグラムが図２に示すような輝度分布を示し、暗さパラメータが図３に示したような値となる場合について述べる。この場合には、輝度分布と暗さパラメータを乗じて輝度レベル区分毎に加算して暗さ量を算出すると５０となり、図５において暗さ量が５０の時の光量は５０％となるため、光量が５０％に制御される。図２の輝度ヒストグラムでは高輝度部にも分布があり、輝度の最大値が２５５となるため、従来の輝度の最大値で光源の輝度を制御する方法では、光量の制御が行われないが、本発明では映像の黒の量に応じて光量が制御されることがわかる。
【００３２】
また光源がキセノンランプや高圧水銀の場合には光量が一定以下になると安定した点灯が不可能になる。そこで光量制御データを図６に示すように黒さ量が多い場合でも一定以上の明るさで点灯させるように作成してもよい。図６の場合には光源が安定して点灯できる最小光量をＬとし、光量がＬより小さくならないように制限をかけている。このようにすることで安定して光源を点灯させることができる。
【００３３】
また図３、図４では輝度レベルと暗さパラメータの関係を線形としているが、非線形な関係を持つようにしてもよい。同様に図５、図６において黒さ量と光量の関係を線形としているが、非線形な関係を持つようにしてもよい。
【００３４】
また図７に示すように光量制御データ作成手段で作成した光量制御データにローパスフィルタをかけて時間軸方向で平均化するようにしてもよい。図７において１１２がローパスフィルタである。光量制御データ作成手段１０３から出力される光量制御データにローパスフィルタをかけることにより、映像信号にノイズがある場合でもノイズに影響されることなく光源の光量制御を行うことができる。さらにシーン変化検出手段１１１にてシーン変化を抽出し、シーン変化がある場合にはローパスフィルタ処理をオフにするようにしてもよい。シーン変化がある場合には光源制御データにローパスフィルタがかかったままだと光量制御量がすぐには変わらないため、画面の変化に対して光源の変化に遅れが生じ、画質に悪影響を及ぼす場合がある。そこでシーン変化がある場合にはローパスフィルタ処理をやめ、光量制御データ作成手段１０３で作成した光量制御データにより光源を駆動する。シーン変化は輝度平均値算出手段１１０を用いて映像信号の輝度の平均値を算出し、シーン変化検出手段１１１にて前回までの輝度値と現在の輝度値の変化を検出し、変化量がある閾値より大きい場合にシーン変化があったと判断する。
【００３５】
また図１において光量を制御する方法について光源を動的に制御する場合について説明を行ったが、絞り機構のように物理的に光量を制御する手段により光量を制御してもよい。この場合の映像表示装置の構成を図８に示す。
【００３６】
図８において、１１３は絞り制御データ作成手段、１１４は絞り駆動手段、１１５は絞り手段である。絞り制御データ作成手段１１３では前述した方法により輝度ヒストグラム作成手段１０１で作成された輝度ヒストグラムと暗さパラメータ作成手段１０２で作成された暗さパラメータとから暗さ量を算出し、暗さ量から絞り制御データを作成する。暗さ量と絞り制御データとの関係は例えば前述した図５，図６の暗さ量と光量との関係になるように絞り制御データを作成する。作成した絞り制御データは絞り駆動手段１１４に入力され、絞り駆動手段１１４では絞り制御データに基づき絞り手段１１５の絞りを制御する。この際に前述したように絞り制御データにローパスフィルタをかけるようにしてもよい。
【００３７】
また図９に示すように、前述した光源の光量制御と絞り制御とを同時に行うようにしてもよい。光源の制御による黒浮き抑制、コントラストの改善と、絞りの制御による黒浮き抑制、コントラストの改善が積算されるため、より大きな画質の改善を図ることができる。また光源が安定点灯のために一定光量以下にできない場合でも、絞り制御を併用することにより、光量をさらに絞ることができるため、コントラストをさらに向上させることができる。
【００３８】
また図１０に示すように、光量制御データ作成手段１０３から出力される光量制御データに応じて階調補正を行うようにしてもよい。入力映像に応じて光量の制御を行い、光源の光量を下げた場合には、輝度が高い部分の輝度が低下してコントラストがなくなる場合がある。そこで光源の光量制御量に応じて階調補正を行うことでコントラストが低下するのを防止する。
【００３９】
図１０において１１６は階調補正データ作成手段であり、光量制御データ作成手段１０３で作成される光量制御データに基づいて階調補正のデータを作成し、そのデータを基に映像信号処理装置１０８にて階調の補正を行う。この場合の階調補正データの作成方法を図１１にて用いて説明する。
【００４０】
図１１に光量ＭＡＸ時と表記されている実線は、光量制御が行われていない場合、すなわち光量が最大の時の階調特性をあらわしており、入力に対して出力がそのまま出力される特性となっている。光量ＭＩＮ時と表記されている実線は、光量制御量が最大の場合、すなわち光量が最小の時の階調特性をあらわしており、輝度低下を補正するような階調特性となっている。光量Ｘ時と表記されている点線は、光量制御データ作成手段１０３にて作成された光量制御データの光量がＸの場合の階調補正量の入出力特性をあらわしている。光量Ｘは光量ＭＩＮと光量ＭＡＸの間の値となる。
【００４１】
光量がＸの時の階調補正量をＣとした場合、光量がＭＡＸの時の光量をＬ＿ＭＡＸ、その時の階調補正量をＡ、光量がＭＩＮの時の光量をＬ＿ＭＩＮ、その時の階調補正量をＢとすると、階調補正量Ｃは（数２）であらわされる。
【００４２】
【数２】

【００４３】
このようにして光量の制御量に基づいて映像信号処理手段で階調補正を行うため、光量制御により中間輝度部、高輝度部の輝度が低下してコントラスト感がなくなることを防ぐことができる。
【００４４】
なお階調補正量の入出力特性としては図１１に示すものに限るものではなく、例えば図１２（ａ）、図１２（ｂ）に示すような特性にしてもよい。図１２（ａ）は、入出力関係の傾きを光量ＭＩＮ時と、光量ＭＡＸ時で変えるような階調特性となっており、高輝度部の輝度の低下を補正できる。
【００４５】
また図１２（ｂ）の場合には、低輝度部では光量ＭＡＸ時と光量ＭＩＮ時とで階調特性を変えないようにし、中間輝度部から高輝度部にかけて光量ＭＩＮ時の出力特性が大きくなるような特性となっている。このような特性にすることで低輝度部の黒浮きを抑えるとともに、中、高輝度部の階調を上げることで、コントラストが低下するのを抑えることができる。
【００４６】
以上のように、本実施の形態１においては、入力映像信号の輝度ヒストグラム分布の輝度レベル区分毎の分布数と、その輝度レベル区分毎に作成された暗さパラメータを乗じた値を輝度レベル区分毎に加算し、その加算した値を制御量として光変調素子に照射する光量を制御するため、入力映像の輝度の平均値が高い場合や輝度のピーク値が高い場合でも、入力映像中に黒浮きの原因となる黒い部分が多い場合には光量を減らす制御を行うため、黒浮きを抑制し、コントラストを改善することができる。
【００４７】
また本実施の形態１においては、シーン変化検出手段と、光量制御量を平滑化するローパスフィルタとを有しており、シーン変化が検出されない場合には、ローパスフィルタにより光量制御量を平滑化して、映像信号にノイズがある場合でもノイズに影響されることなく光源の光量制御を行い、シーン変化が検出された場合にはローパスフィルタをオフにすることで、シーン変化に合わせた光量制御を行うことができる。
【００４８】
また本実施の形態１においては、光量を制御する絞りを有しているため、絞りにより光量を制御することで黒浮きを抑制し、コントラストを改善することができるとともに、光源の安定点灯性の劣化や、寿命特性の劣化を防止することができる。
【００４９】
また本実施の形態１においては、光変調素子に照射する光量を光源と絞りの両方で制御するため、光源の制御による黒浮き抑制、コントラストの改善と、絞りの制御による黒浮き抑制、コントラストの改善が積算されるため、より大きな画質の改善を図ることができる。
【００５０】
また本実施の形態１においては、光量の制御量に基づいて映像信号処理手段で階調補正を行うため、光量制御に伴う光量低下を抑制し、中間輝度部、高輝度部の輝度が低下してコントラスト感がなくなることを防ぐことができる。
【実施例２】
【００５１】
図１３は本発明の実施の形態２における映像表示装置の構成を示すブロック図を示すものである。図１３において１１７は第１の光量制御データ作成手段、１１８は第２の光量制御手段、１１９は輝度最大値算出手段、１２０は輝度最小値算出手段、１２１はダイナミックレンジ算出手段である。
【００５２】
本実施の形態２は、図１４（ａ）に示すように、輝度レベルの最大値と最小値の差があまりなくて映像信号のダイナミックレンジが小さく、輝度ヒストグラムの輝度レベル区分数が少ない場合に有効な光量制御を行うことができる画像表示装置について説明する。
【００５３】
映像信号の輝度ヒストグラムが図１４（ａ）の場合、輝度レベル区分を８とした場合の輝度ヒストグラムは図１４（ｂ）のようになる。このように映像信号のダイナミックレンジが小さく、輝度ヒストグラムの輝度レベル区分数が少ない場合には、映像信号の輝度レベルが徐々に変化して輝度分布が輝度レベル区分の境界を移動していくような時に、輝度区分毎の分布数が急激に変化するため、輝度ヒストグラムと暗さパラメータから算出した光量制御量が急激に変化し、画質に悪影響を及ぼす恐れがある。
【００５４】
そこで前述した方法により輝度ヒストグラムと暗さパラメータから第１の光量制御データを作成し、さらに輝度の平均値から光量制御量を算出して第２の光量制御データを作成し、入力映像信号のダイナミックレンジが所定の値より大きい場合は、前記第１の制御量を前記第２の制御量より大きな値にして前記第２の制御量に加算して制御量とし、前記ダイナミックレンジが所定の値より小さい場合は、前記第２の制御量を前記第１の制御量より大きな値にして前記第１の制御量に加算して制御量とすることで、図１４に示したように映像信号のダイナミックレンジが小さい場合には、輝度の平均値で算出した第２の制御量が主な制御量となるため、光量制御量が急激に変化するのを防止できる。
【００５５】
ダイナミックレンジは、輝度最大値算出手段１１９と輝度最小値算出手段１２０とから輝度レベルの最大値と最小値を算出し、最大値と最小値との差からダイナミックレンジ算出手段１２１にて算出する。
【００５６】
これら一連の動作を図１５のフローチャートを用いて説明する。まず映像信号を入力し（Ｓ０１）、映像信号の輝度ヒストグラムを算出する（Ｓ０２）。次に暗さパラメータを算出する（Ｓ０３）。算出した輝度ヒストグラムと暗さパラメータから前述した方法により第１の光量制御データを算出する（Ｓ０４）。次に輝度の平均値を算出し（Ｓ０５）、輝度の平均値から第２の光量制御データを算出する（Ｓ０６）。輝度の平均値から光量制御量を算出する方法としては、例えば図１６に示すように、輝度平均値が低い場合には光量を小さくし、輝度平均値が高くなるにつれて光量を大きくするようにしてもよい。図１６において縦軸のＬは光源が安定して発光できる最小の光量を示しており、ＬＥＤ等の光源の場合にはＬ＝０とすることもできる。このようにして輝度の平均値から第２の光量制御データを作成する。
【００５７】
次に輝度の最大値、最小値をそれぞれ算出し（Ｓ０７，Ｓ０８）、最大値と最小値の差からダイナミックレンジを算出する（Ｓ０９）。そしてダイナミックレンジが大きい場合には輝度ヒストグラムと暗さパラメータから算出した第１の光量制御データの割合を多くし、輝度の平均値から算出した第２の光量制御データの割合を少なくして合成するように両データの合成比率を算出し、反対にダイナミックレンジが小さい場合には、輝度ヒストグラムと暗さパラメータから算出した第１の光量制御データの割合を少なくし、輝度の平均値から算出した第２の光量制御データの割合を多くして合成するように合成比率を算出する（Ｓ１０）。算出した合成比率の一例を図１７に示す。図１７において、第１の光量制御データはダイナミックレンジが大きくなるにつれて合成比率が高くなり、反対に輝度の平均値から算出される第２の光量制御データはダイナミックレンジが大きくなるにつれて低くなっている。その後、合成比率により第１の光量制御データと、第２の光量制御データとから光量制御量を算出し（Ｓ１１）、その値を光源駆動手段１０４に入力することで光源１０５を制御する。このようにして光量制御量を算出することにより、ダイナミックレンジが大きい場合には、輝度ヒストグラムの低輝度部の度数分布に応じて、正確な光量制御を行うことができ、ダイナミックレンジが小さい場合には、主に輝度の平均値から算出した制御量で光量制御を行うので、光量光量制御量が急激に変化するのを防止できる。
【００５８】
また、実施の形態１と同様に光量制御データ作成手段で作成した光量制御データにローパスフィルタをかけて時間軸方向で平均化するようにしてもよい。この場合の映像表示装置の構成を図１８に示す。輝度平均値算出手段１１０により輝度の平均値を算出し、輝度の平均値の変化によりシーン変化を判断し、シーン変化がある場合にはローパスフィルタ処理をやめる。時間軸方向でローパスフィルタをかけることにより、映像にノイズがある場合でもノイズに影響されることなく光源の光量を制御することができる。
【００５９】
また、実施の形態１と同様に絞り機構のように物理的に光量を制御する手段により光量を制御するようにしてもよい。この場合の映像表示装置の構成を図１９に示す。輝度ヒストグラム作成手段１０１で作成された輝度ヒストグラムと暗さパラメータ作成手段１０２で作成された暗さパラメータとから第１の絞り制御データ作成手段１２２にて第１の絞り制御データを作成する。次に輝度平均値算出手段１１０から算出された輝度の平均値から第２の絞り制御データ作成手段１２３にて第２の絞り制御データを作成する。輝度の最大値と最小値とからダイナミックレンジ算出手段１２１にてダイナミックレンジを算出し、図１７に示したように、ダイナミックレンジが大きい場合には輝度ヒストグラムと暗さパラメータから算出した第１の絞り制御データの割合を多くし、輝度の平均値から算出した第２の絞り制御データの割合を少なくして合成した値により絞り制御データ作成手段１１３にて絞り制御データを作成し、反対にダイナミックレンジが小さい場合には、輝度ヒストグラムと暗さパラメータから算出した第１の絞り制御データの割合を少なくし、輝度の平均値から算出した第２の絞り制御データの割合を多くして合成した値により絞り制御データを作成し、絞り駆動手段１１４にて絞り手段１１５を制御する。
【００６０】
また、実施の形態１と同様に光源の光量制御量に応じて階調補正を行うようにしてもよい。この場合の映像表示装置の構成を図２０に示す。輝度最大値と最小値とからダイナミックレンジ算出手段１２１にてダイナミックレンジを算出し、ダイナミックレンジに応じて輝度ヒストグラムと暗さパラメータとから算出した第１の光量制御データと、輝度の平均値から算出した第２の光量制御データとを合成して光量制御データを光量制御データ作成手段１０３にて作成する。その光量制御データから光源駆動手段１０４にて光源を駆動すると同時に、階調補正データ作成手段１１６にて階調補正データを作成し、映像信号処理手段１０８にて階調補正を行う。光量制御データから階調補正データを作成する方法は前述したように、光量ＭＡＸ時と光量ＭＩＮ時の階調補正量を用いて算出する。光源の光量に応じて階調補正を行うことで中、高輝度部の明るさが低下するのを抑制することができるので、コントラストが低下するのを防止することができる。
【００６１】
以上のように、本実施の形態２においては、前述した輝度ヒストグラムと暗さパラメータから第１の光量制御データを作成し、輝度の平均値から算出した第２の光量制御データを作成し、ダイナミックレンジの大きさに応じて、ダイナミックレンジが大きい場合には主に第１の光量制御データから、ダイナミックレンジが小さい場合には主に第２の光量制御データから光量制御データを作成することで、ダイナミックレンジが小さい場合には主に輝度の平均値から光量を制御することになり、光量制御量が急激に変化するのを防止できる。
【００６２】
以上のように、本実施の形態２においては、映像信号の輝度ヒストグラムの輝度レベル区分毎の分布数と、その輝度レベル区分毎に作成された暗さパラメータとを乗じた値を輝度レベル区分毎に加算した値から、光源の光量を制御する第１の制御量を作成し、また映像信号の輝度信号の輝度平均値から光源の光量を制御する第２の制御量を作成し、映像信号のダイナミックレンジが所定の値より大きい場合は、第１の制御量を第２の制御量より大きな値にして第２の制御量に加算して制御量とし、ダイナミックレンジが所定の値より小さい場合は、第２の制御量を第１の制御量より大きな値にして第１の制御量に加算して制御量とすることで、入力映像信号のダイナミックレンジが小さく、ヒストグラム分布の輝度分割数が少ない場合でも光量制御量が不安定になることなく光源光量を制御することができる。
【００６３】
また本実施の形態２においては、シーン変化検出手段と、光量制御量を平滑化するローパスフィルタとを有しており、シーン変化が検出されない場合には、ローパスフィルタにより光量制御量を平滑化して、映像信号にノイズがある場合でもノイズに影響されることなく光源の光量制御を行い、シーン変化が検出された場合にはローパスフィルタをオフにすることで、シーン変化に合わせた光量制御を行うことができる。
【００６４】
また本実施の形態２においては、光量を制御する絞りを有しているため、絞りにより光量を制御することで黒浮きを抑制し、コントラストを改善することができるとともに、光源の安定点灯性の劣化や、寿命特性の劣化を防止することができる。
【００６５】
また本実施の形態２においては、光量の制御量に応じて映像信号処理手段で階調補正を行うため、光量制御に伴う光量低下を抑制し、中間輝度部、高輝度部の輝度が低下してコントラスト感がなくなることを防ぐことができる。
【００６６】
また本実施の形態２においては、ダイナミックレンジを映像信号の最大値と最小値との差から正確に算出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明にかかる映像表示装置は、入力映像信号の輝度のヒストグラム分布と輝度信号レベル毎の暗さの度合いをあらわす暗さパラメータに基づいて光変調素子に照射する光量を制御するため、入力映像の輝度の平均値が高い場合や、ピーク値が高い場合でも黒浮きの原因となる黒い部分が多い場合には光量を抑制することができるものであり、映像のコントラストを向上させるのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施の形態１における映像表示装置のブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における輝度ヒストグラムをあらわす図
【図３】本発明の実施の形態１における暗さパラメータの説明図
【図４】本発明の実施の形態１における暗さパラメータの説明図
【図５】本発明の実施の形態１における暗さ量と光量との関係図
【図６】本発明の実施の形態１における暗さ量と光量との関係図
【図７】本発明の実施の形態１における映像表示装置のブロック図
【図８】本発明の実施の形態１における映像表示装置のブロック図
【図９】本発明の実施の形態１における映像表示装置のブロック図
【図１０】本発明の実施の形態１における映像表示装置のブロック図
【図１１】本発明の実施の形態１における階調補正量の説明図
【図１２】本発明の実施の形態１における階調補正量の説明図
【図１３】本発明の実施の形態２における映像表示装置のブロック図
【図１４】本発明の実施の形態２における輝度ヒストグラムをあらわす図
【図１５】本発明の実施の形態２における映像表示装置の処理フローチャート
【図１６】本発明の実施の形態２における輝度平均値と光量との関係図
【図１７】本発明の実施の形態２における光量制御量の説明図
【図１８】本発明の実施の形態２における映像表示装置のブロック図
【図１９】本発明の実施の形態２における映像表示装置のブロック図
【図２０】本発明の実施の形態２における映像表示装置のブロック図
【図２１】従来例のプロジェクタ装置のブロック図
【符号の説明】
【００６９】
１０１輝度ヒストグラム作成手段
１０２暗さパラメータ作成手段
１０３光量制御データ作成手段
１０４光源駆動手段
１０５光源
１０６光学系
１０７光変調素子
１０８映像信号処理手段
１０９光変調素子駆動手段
１１０輝度平均値算出手段
１１１シーン変化検出手段
１１２ローパスフィルタ
１１３絞り制御データ作成手段
１１４絞り駆動手段
１１５絞り手段
１１６階調補正データ作成手段
１１７第１の光量制御データ作成手段
１１８第２の光量制御データ作成手段
１１９輝度最大値算出手段
１２０輝度最小値算出手段
１２１ダイナミックレンジ算出手段
１２２第１の絞り制御データ作成手段
１２３第２の絞り制御データ作成手段
２１１光源
２１２光反射素子
２１３表示パネル
２１４レンズ
２１５輝度検出部
２１６光反射制御部
２１７スクリーン

【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像信号のコントラスト及び輝度の階調補正処理を行う映像信号処理手段と、
前記映像処理手段の出力を光変調作用に適した駆動信号に変換する光変調素子駆動手段と、
前記光変調素子駆動手段の出力を映像信号に応じた映像光に光変調する光変調素子と、
前記光変調素子に光を照射するための制御可能な光源と、
前記映像信号の輝度信号をその輝度レベル区分に応じて輝度ヒストグラム分布を作成する輝度ヒストグラム作成手段と、
前記輝度レベル区分に応じて暗さの度合いを示す暗さパラメータを作成する暗さパラメータ作成手段と、
前記ヒストグラム分布の輝度レベル区分毎の分布数とその輝度レベル区分毎に作成された暗さパラメータを乗じた値を前記輝度レベル区分毎に加算した値を制御量とする光量制御データ作成手段と、
前記光量制御データ作成手段により作成した前記制御量に基づいて前記光源の制御を行う光源駆動手段と、を備えた映像表示装置。
【請求項２】
前記映像信号の輝度の平均値を算出する輝度平均値算出手段と、
前記光量制御データ作成手段と前記光源駆動手段の間に接続されたローパスフィルタと、
前記輝度平均値算出手段で算出した輝度平均値の変化からシーンの変化を検出し、シーンの変化を検出した時には前記ローパスフィルタをオフにし、シーン変化を検出しない時には前記ローパスフィルタをオンにするシーン変化検出手段と、を備えた請求項１に記載の映像表示装置。
【請求項３】
映像信号のコントラスト及び輝度の階調補正処理を行う映像信号処理手段と、
前記映像処理手段の出力を光変調作用に適した駆動信号に変換する光変調素子駆動手段と、
前記光変調素子駆動手段の出力を映像信号に応じた映像光に光変調する光変調素子と、
前記光変調素子に光を照射するための光源と、
前記光源と前記光変調素子の間に設けられた制御可能な絞り手段と、
前記映像信号の輝度信号をその輝度レベル区分に応じて輝度ヒストグラム分布を作成する輝度ヒストグラム作成手段と、
前記輝度レベル区分に応じた暗さの度合いをあらわす暗さパラメータを作成する暗さパラメータ作成手段と、
前記ヒストグラム分布の輝度レベル区分毎の分布数とその輝度レベル区分毎に作成された暗さパラメータを乗じた値を前記輝度レベル区分毎に加算した値を制御量とする絞り制御データ作成手段と、
前記絞り制御データ作成手段により作成した前記制御量に基づいて前記絞り手段の制御を行う絞り駆動手段と、を備えた映像表示装置。
【請求項４】
映像信号のコントラスト及び輝度の階調補正処理を行う映像信号処理手段と、
前記映像処理手段の出力を光変調作用に適した駆動信号に変換する光変調素子駆動手段と、
前記光変調素子駆動手段の出力を映像信号に応じた映像光に光変調する光変調素子と、
前記光変調素子に光を照射するための制御可能な光源と、
前記光源と前記光変調素子の間に設けられた制御可能な絞り手段と、
前記映像信号の輝度信号をその輝度レベル区分に応じて輝度ヒストグラム分布を作成する輝度ヒストグラム作成手段と、
前記輝度レベル区分に応じた暗さの度合いをあらわす暗さパラメータを作成する暗さパラメータ作成手段と、
前記ヒストグラム分布の輝度レベル区分毎の分布数とその輝度レベル区分毎に作成された暗さパラメータを乗じた値を前記輝度レベル区分毎に加算した値を制御量とする絞り制御データ作成手段と、
前記ヒストグラム分布の輝度レベル区分毎の分布数とその輝度レベル区分毎に作成された暗さパラメータを乗じた値を前記輝度レベル区分毎に加算した値を制御量とする光量制御データ作成手段と、
前記絞り制御データ作成手段により作成した前記制御量に基づいて前記絞り手段の制御を行う絞り駆動手段と、
前記光量制御データ作成手段により作成した前記制御量に基づいて前記光源の制御を行う光源駆動手段と、を備えた映像表示装置。
【請求項５】
映像信号のコントラスト及び輝度の階調補正処理を行う映像信号処理手段と、
前記映像処理手段の出力を光変調作用に適した駆動信号に変換する光変調素子駆動手段と、
前記光変調素子駆動手段の出力を映像信号に応じた映像光に光変調する光変調素子と、
前記光変調素子に光を照射するための制御可能な光源と、
前記映像信号の輝度信号をその輝度レベル区分に応じて輝度ヒストグラム分布を作成する輝度ヒストグラム作成手段と、
前記輝度レベル区分に応じて暗さの度合いを示す暗さパラメータを作成する暗さパラメータ作成手段と、
前記ヒストグラム分布の輝度レベル区分毎の分布数とその輝度レベル区分毎に作成された暗さパラメータを乗じた値を前記輝度レベル区分毎に加算した値を制御量とする光量制御データ作成手段と、
前記光量制御データ作成手段により作成した制御量に基づいて前記映像信号処理手段の階調の補正データを作成する階調補正データ作成手段と、
前記光量制御データ作成手段により作成した前記制御量に基づいて前記光源の制御を行う光源駆動手段と、を備えた映像表示装置。
【請求項６】
映像信号のコントラスト及び輝度の階調補正処理を行う映像信号処理手段と、
前記映像処理手段の出力を光変調作用に適した駆動信号に変換する光変調素子駆動手段と、
前記光変調素子駆動手段の出力を映像信号に応じた映像光に光変調する光変調素子と、
前記光変調素子に光を照射するための制御可能な光源と、
前記映像信号の輝度信号をその輝度レベル区分に応じて輝度ヒストグラム分布を作成する輝度ヒストグラム作成手段と、
前記輝度レベル区分に応じて暗さの度合いを示す暗さパラメータを作成する暗さパラメータ作成手段と、
前記ヒストグラム分布の輝度レベル区分毎の分布数とその輝度レベル区分毎に作成された暗さパラメータを乗じた値を前記輝度レベル区分毎に加算した値を前記光源の光量を制御する第１の制御量とする第１の光量制御データ作成手段と、
前記映像信号のダイナミックレンジを算出するダイナミックレンジ算出手段と、
前記映像信号の輝度信号の輝度平均値を算出する輝度平均値算出手段と、
前記輝度平均値より前記光源の光量を制御する第２の制御量を作成する第２の光量制御データ作成手段と、
前記ダイナミックレンジが所定の値より大きい場合は、前記第１の制御量を前記第２の制御量より大きな値にして前記第２の制御量に加算して制御量とし、前記ダイナミックレンジが所定の値より小さい場合は、前記第２の制御量を前記第１の制御量より大きな値にして前記第１の制御量に加算して制御量とする光量制御データ作成手段と、
前記光量制御データ作成手段により作成した前記制御量に基づいて前記光源の制御を行う光源駆動手段と、を備えた映像表示装置。
【請求項７】
映像信号のコントラスト及び輝度の階調補正処理を行う映像信号処理手段と、
前記映像処理手段の出力を光変調作用に適した駆動信号に変換する光変調素子駆動手段と、
前記光変調素子駆動手段の出力を映像信号に応じた映像光に光変調する光変調素子と、
前記光変調素子に光を照射するための制御可能な光源と、
前記映像信号の輝度信号をその輝度レベル区分に応じて輝度ヒストグラム分布を作成する輝度ヒストグラム作成手段と、
前記輝度レベル区分に応じて暗さの度合いを示す暗さパラメータを作成する暗さパラメータ作成手段と、
前記ヒストグラム分布の輝度レベル区分毎の分布数とその輝度レベル区分毎に作成された暗さパラメータを乗じた値を前記輝度レベル区分毎に加算した値を前記光源の光量を制御する第１の制御量とする第１の光量制御データ作成手段と、
前記映像信号のダイナミックレンジを算出するダイナミックレンジ算出手段と、
前記映像信号の輝度信号の輝度平均値を算出する輝度平均値算出手段と、
前記輝度平均値より前記光源の光量を制御する第２の制御量を作成する第２の光量制御データ作成手段と、
前記ダイナミックレンジが所定の値より大きい場合は、前記第１の制御量を前記第２の制御量より大きな値にして前記第２の制御量に加算して制御量とし、前記ダイナミックレンジが所定の値より小さい場合は、前記第２の制御量を前記第１の制御量より大きな値にして前記第１の制御量に加算して制御量とする光量制御データ作成手段と、
前記光量制御データ作成手段と前記光源駆動手段の間に接続されたローパスフィルタと、
前記輝度平均値算出手段で算出した輝度平均値の変化からシーンの変化を検出し、シーンの変化を検出した時には前記ローパスフィルタをオフにし、シーン変化を検出しない時には前記ローパスフィルタをオンにするシーン変化検出手段と、
前記ローパスフィルタの出力に基づいて前記光源の制御を行う光源駆動手段と、を備えた映像表示装置。
【請求項８】
映像信号のコントラスト及び輝度の階調補正処理を行う映像信号処理手段と、
前記映像処理手段の出力を光変調作用に適した駆動信号に変換する光変調素子駆動手段と、
前記光変調素子駆動手段の出力を映像信号に応じた映像光に光変調する光変調素子と、
前記光変調素子に光を照射するための光源と、
前記光源と前記光変調素子の間に設けられた制御可能な絞り手段と、
前記映像信号の輝度信号をその輝度レベル区分に応じて輝度ヒストグラム分布を作成する輝度ヒストグラム作成手段と、
前記輝度レベル区分に応じた暗さの度合いをあらわす暗さパラメータを作成する暗さパラメータ作成手段と、
前記ヒストグラム分布の輝度レベル区分毎の分布数とその輝度レベル区分毎に作成された暗さパラメータを乗じた値を前記輝度レベル区分毎に加算した値を前記絞りを制御する第1の制御量とする第１の絞り制御量データ作成手段と、
前記映像信号のダイナミックレンジを算出するダイナミックレンジ算出手段と、
前記映像信号の輝度信号の輝度平均値を算出する輝度平均値算出手段と、
前記輝度平均値より前記絞りを制御する第２の制御量を作成する第２の絞り制御データ作成手段と、
前記ダイナミックレンジが所定の値より大きい場合は、前記第１の制御量を前記第２の制御量より大きな値にして前記第２の制御量に加算して制御量とし、前記ダイナミックレンジが所定の値より小さい場合は、前記第２の制御量を前記第１の制御量より大きな値にして前記第１の制御量に加算して制御量とする絞り制御データ作成手段と、
前記絞り制御データ作成手段により作成した前記制御量に基づいて前記絞り手段の制御を行う絞り駆動手段と、を備えた映像表示装置。
【請求項９】
映像信号のコントラスト及び輝度の階調補正処理を行う映像信号処理手段と、
前記映像処理手段の出力を光変調作用に適した駆動信号に変換する光変調素子駆動手段と、
前記光変調素子駆動手段の出力を映像信号に応じた映像光に光変調する光変調素子と、
前記光変調素子に光を照射するための制御可能な光源と、
前記映像信号の輝度信号をその輝度レベル区分に応じて輝度ヒストグラム分布を作成する輝度ヒストグラム作成手段と、
前記輝度レベル区分に応じて暗さの度合いを示す暗さパラメータを作成する暗さパラメータ作成手段と、
前記ヒストグラム分布の輝度レベル区分毎の分布数とその輝度レベル区分毎に作成された暗さパラメータを乗じた値を前記輝度レベル区分毎に加算した値を前記光源の光量を制御する第１の制御量とする第１の光量制御データ作成手段と、
前記映像信号のダイナミックレンジを算出するダイナミックレンジ算出手段と、
前記映像信号の輝度信号の輝度平均値を算出する輝度平均値算出手段と、
前記輝度平均値より前記光源の光量を制御する第２の制御量を作成する第２の光量制御データ作成手段と、
前記ダイナミックレンジが所定の値より大きい場合は、前記第１の制御量を前記第２の制御量より大きな値にして前記第２の制御量に加算して制御量とし、前記ダイナミックレンジが所定の値より小さい場合は、前記第２の制御量を前記第１の制御量より大きな値に
して前記第１の制御量に加算して制御量とする光量制御データ作成手段と、
前記光量制御データ作成手段により作成した制御量に基づいて前記映像信号処理手段の階調の補正データを作成する階調補正データ作成手段と、
前記光量制御データ作成手段により作成した前記制御量に基づいて前記光源の制御を行う光源駆動手段と、を備えた映像表示装置。
【請求項１０】
前記ダイナミックレンジ算出手段は、前記映像信号の輝度の最大値を算出する輝度最大値算出手段と、前記映像信号の輝度の最小値を算出する輝度最小値算出手段とをもち、前記輝度最大値から前記輝度最小値の差をダイナミックレンジとする請求項６から９に記載の映像表示装置。

【図１】