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JP2009047775A - 表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】画像連動型バックライト調光による電力削減効果を高める。
【解決手段】画像処理部２は、入力画像データRiGiBiを彩度係数Cscに応じて入力画像データRiGiBiの高階調側を切り捨てて、彩度の低下した信号を生成すると共に、この信号をフルスケールの出力画像データRoGoBoに伸張する。また、画像調整パラメータThを生成して、フルスケール伸張と連動して、バックライト６の電力を低減させるように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示画像の彩度を低下させて、バックライトの省電力化を図る表示装置に関する。
表示装置としての液晶表示装置は、省電力化としてバックライトの電力削減が望まれている。下記特許文献１には、画像の劣化を抑えつつ低電力化を図るため、液晶表示画面の透過率を上げるように画像データを調整し、その分バックライトの輝度を低下させることが記載されている。具体的には、データ解析部にて、画像データの最大階調又はヒストグラムを用いて、最大階調からの累積度数が一定の割合に達する階調を検出し、その階調をスレッショルド階調として出力する。バックライト制御部は、検出したスレッショルド階調での表示輝度までバックライト輝度を低減する。これと連動して、データ調整部は０からスレッショルド階調までの画像データをフルスケールのデジタル信号に変換する。これにより、高輝度／高彩度な画像を劣化させることなく、低電力化を図っている。
特開平１１−６５５３１号公報
高輝度／高彩度な画像の場合には、スレッショルド階調が高くなるため、バックライトの輝度低減効果が小さい。特に、ゲーム画面などで、文字の輝度が高い場合には、画像自体の輝度が低くてもスレッショルド階調が高くなるため、バックライト輝度を低減することができない。そのため、高輝度／高彩度な画像を出力する機会が多い分野の表示装置においては、画像連動型バックライト調光による電力削減効果が平均的に小さくなる。
そこで、本発明は、高輝度／高彩度な表示装置において、視覚に影響の少ない彩度を低下させることによって、画像劣化を目立たなくすると共に画像連動型バックライト調光による電力削減効果を高めることを目的とする。
本発明は、表示装置において、入力画像データの彩度を低下させるための彩度制御部を設けることを特徴とする。この彩度制御部では、例えば、入力画像データとしてのＲＧＢフォーマットの画像データを一旦ＹＵＶ（又はＹＣｂＣｒ）フォーマットに変換し、色情報である彩度（Ｕ，Ｖ（又はＣｂ，Ｃｒ））だけ低下させる。その後、彩度が低下したＹＵＶ（又はＹＣｂＣｒ）フォーマットの信号を再びＲＧＢフォーマットの信号へ変換する。また、ＲＧＢフォーマットの入力画像データをグレー階調に変化するように直接変換する。このように、彩度制御部で処理したデータからヒストグラムを生成し、このヒストグラムに基づいて画像調整パラメータを生成し、画像伸張部及びバックライト制御部にて画像連動型バックライト調光を行う。
彩度制御部により入力画像データの彩度を低下させることで、有彩度の画素ではピクセル単位の最大値（ＲＧＢの中で最も高い階調データ）が低下する。これにより、画像の最大階調やヒストグラムの分布が低階調側へシフトする。このシフトは、従来のスレッショルド階調に比べて低くなるため、高輝度／高彩度が特徴の画像でも、バックライト輝度の低減効果を高めることができる。このように、バックライトの電力削減効果を高める場合に、視覚において、輝度より感度が低い彩度を本発明では切り捨てるため、画質劣化が少なくなる。また、彩度制御部で彩度を低下させるための変換は、彩度制御部でのみ使用するので、高精度が不要となり省回路規模で実現できる。
以下、図面を用いて、本発明の差量の実施形態を説明する。
図１は、本実施例の表示装置の全体構成図である。図１において、タイミング制御部１は、外部システムからの入力信号（Dsig,Sync）から入力画像データRiGiBiと内部同期信号Isyncを生成して出力する。また、設定記憶部９は、外部システムからの設定情報Regに基づいて彩度係数Csc（0.5≦Csc＜1.0）と電力低減パラメータPsc（0≦Psc＜1）を生成して出力する。画像処理部２は、入力画像データRiGiBiと内部同期信号Isync及び彩度係数Cscと電力低減パラメータPscに基づいて、出力画像データRoGoBoと画像調整パラメータThを出力する。ＬＣＤ駆動部３は、出力画像データRoGoBoと内部同期信号Isyncを基に、液晶に印加するアナログ信号Asigと走査回路８を駆動するための制御信号Dsyncを生成して出力し、表示パネル５の表示エリア７にアナログ信号を保持させる。バックライト制御部４は、画像調整パラメータThに応じてバックライト６の輝度を調整する。
本実施例では、画像処理部２において、ＲＧＢ信号である入力画像データRiGiBiをＹＵＶ信号に変換し、その彩度ＵＶをCsc倍し、再度、このＹＵＶ信号をＲＧＢ信号である出力画像データRoGoBoに変換する。この彩度ＵＶを低下させる度合いは彩度係数Cscで調整される。また、電力削減の度合いは電力低減パラメータPscで決められる。ここで、ＹＵＶ信号のＹは輝度信号、Ｕは輝度信号と青色成分の差、Ｖは輝度信号と赤色成分の差を言う。
図２は、図１に示す画像処理部２のブロック図である。図２において、彩度制御部２０１は、入力画像データRiGiBiを彩度の低下した信号RsGsBsに変換する。入力データ処理部２０２以降については、後に説明する。
図３は、図２に示す彩度制御部２０１のブロック図である。図３において、入力画像データRiGiBiは、ＹＵＶ変換部２０６にてＹＵＶ変換信号YiUiViに変換され、彩度変換部２０７にて彩度係数Cscに応じて彩度ＵＶが低下された信号YsUsVsに変換され、ＲＧＢ変換部２０８にて彩度の低下した信号RsGsBsに変換する。
図４は、図３に示す彩度変換部２０７の動作説明図である。図４において、出力色差信号（Us,Vs）は、彩度係数Cscと入力色差信号（Ui,Vi）との乗算で求められる。なお、輝度信号は処理しないためYi=Ysとなる。
この彩度が低下したYsUsVs信号を再びＲＧＢ信号に変換することで、各ピクセルのRiGiBiの３画素の最大値よりも、変換後のRsGsBsの３画素の最大値の方が低階調となる。ただし、元のピクセルが有彩度の場合のみ、このようになる。
次に、図２において、入力データ処理部２０２は、彩度の低下した信号RsGsBsからヒストグラムを生成するためのピクセル情報Psを生成する。ここでは、ピクセル情報PsとしてＲＧＢの３画素の階調データのうち最も高い階調データとして説明する。ただし、ピクセル情報Psは、これに限らず、ＲＧＢデータから算出した輝度Ｙや、ＲＧＢのデータ全てを用いてもよい。さらに、表示パネルの色特性により、高階調の色特性が視覚により大きな影響を与える色（一般的にはＧ（緑））としてもよい。
ヒストグラム計数部２０３は、例えば、図５に示すようにピクセル情報Psに対して８個の階調範囲Hs1，Hs2，…，Hs8を設けて、それぞれの階調範囲に当てはまるピクセルをカウントして、１フレーム毎のカウント結果である度数Cntを出力する。この階調範囲の数は８個に限定されない。
画像調整パラメータ生成部２０４は、ヒストグラム計数部２０３が出力する各階調範囲の度数Cntと電力低減パラメータPscに応じて、画像調整パラメータThを生成する。
その際のフローチャートを図６に示す。図６において、ステップａでスタートし、ステップｂでカウンタiとSumを初期化する。次のステップｃ,d,eは、ステップｃでカウンタ
iをカウントアップすると共に、ステップdで図５に示す階調範囲Hs(i)の度数Cntをカ
ウンタSumに累積加算し、ステップeでカウンタSumの大小を判別し、その結果によって、ステップcに戻るかステップfに進む。
このステップeでは、電力低減パラメータPsc（０≦Psc＜１）を用いて、１フレームの度数Cntの総和（一定）をCallとし、このCallと（１−Psc）を乗算する。電力低減パラメータPsc＝０の場合には、階調範囲Hs8までの度数Cntをカウントすることになり、階調データを切り捨てることはないが、電力低減率はゼロである。電力低減パラメータPscが１未満の場合には、その値に応じて、高階調側の階調データを切り捨てることになり、電力低減効果が得られる。
次のステップfでは、ステップeでのカウンタiの値を階調領域の番号ipsに書き込み、ステップgで終了する。
このようにして得られた階調領域の番号ipsに基づいて、ヒストグラムの階調領域Hs(ips)を選択する画像調整パラメータThを生成する。
この画像調整パラメータThに基づいて、図２に示す画像伸張部２０５は、出力画像データRoGoBoを生成する。その例を図７に示す。図７において、画像調整パラメータTh以上の階調データは切り捨てられ、入力画像データの0からThまでを、例えば、８bitデジタル信号の場合、フルスケールの0から255まで伸張する。
また、図１に示すバックライト制御部４は、画像調整パラメータThに基づいてバックライト６の輝度を制御する制御信号Blcを出力する。その様子を図８に示す。図８において、例えば、本実施例の表示装置がγ＝２．２の特性を有する場合、階調Thでの輝度は、階調255での最大の表示輝度B(255)を100とすると、B(Th)＝Th^2.2/255＾2.2*100となる。
本実施例では、画像伸張部２０５にて画像調整パラメータTh以上の入力画像データRiGiBiを切り捨て、切り捨てられた入力画像データRiGiBiをフルスケールに伸張して、出力画像データRoGoBoとしているため、バックライト輝度をB(Th)まで低減しても、表示画像での輝度は変らない。このようにして、バックライト制御部４は、画像調整パラメータThに従い、バックライト輝度がB(Th)となるように制御信号Blcを出力する。
以上によって、バックライト輝度をB(Th)まで低下させても画像伸張部２０５にて、階調0からThまでの入力画像データを、階調0から255までのフルスケールの出力画像データRoGoBoに伸張しているため、画質劣化を抑えて低電力で入力画像データに応じた表示を実現することができる。ここで、電力低減パラメータPscは、画像劣化が発生しないように設定する。
図９は、画像調整パラメータThとバックライト輝度の設定例を示す図である。図９において、入力画像データを８bitで扱う場合、階調範囲Hs1,Hs2,…,Hs8に対応して階調(x)の範囲を定めて、画像調整パラメータThを設定する。また、その際のバックライト輝度の相対値を示す。
図１０は、本実施例において、サンプル入力画像データの表示例を示す図である。図１０において、水平方向を１３等分し、縦方向にグラデーション表示している。ここで、Ｒ（255,0,0）、Ｇ（0,255,0）、Ｂ（0,0,255）、Ｃ（0,255,255）、Ｍ（255,0,255）、Ｙ（255,255,0）、ｗｈ（255,255,255）、ｂｌ（0,0,0）であり、それぞれ１階調／１ピクセルで変化しているものとする。例えば、左列の場合、上のピクセルから（255,0,0）、（254,0,0）、（253,0,0）、（252,0,0）、・・・（0,0,0）となる。次の列は、上のピクセルから（255,255,255）、（255,254,254）、（255,253,253）、…、（255,0,0）となる。
図１１は、図１０に示すサンプル入力画像データに対して電力低減パラメータPscを0.3（ヒストグラムの高階調側30％程度切捨て）として、彩度係数Cscを変化させた場合のバックライト輝度を示した図である。図１１において、彩度係数Csc=1.0が処理しない場合であり、彩度係数Cscを下げることで低電力効果が高くなることがわかる。
本実施例において、ヒストグラムを生成する場合に、高階調の色特性が視覚に大きな影響を与えない色（一般には青Ｂ）を除いて生成してもよいし、視覚特性に影響のある特定の色（例えば緑Ｇ）だけでヒストグラムを生成してもよい。
本実施例は、表示装置の構成が全て実施例１と同じであり、図３に示す彩度変換部２０７での彩度低下方法が異なる。図１２が、本実施例の説明図である。本実施例では、入力輝度Yiを複数の階調範囲に分割し、各階調範囲に、それぞれ彩度係数Cscを設定する。例えば、輝度信号y1以下では彩度係数Csc1、輝度y1からy2では彩度係数Csc2などとする。これにより、輝度Yiが高いピクセルの場合には彩度低下を大きくし、輝度Yiが低いピクセルの場合には彩度低下を小さくして、色の劣化を抑えるなどの効果が期待できる。
本実施例は、表示装置の構成において、実施例１とは彩度制御部２０１における彩度変換部の構成が異なり、この彩度変換部での彩度低下方法が異なる。図１３は、彩度制御部２０１のブロック図であり、その中で彩度制御部２０９は、ＹＵＶ変換後の画像データYiUiViと変換前の入力画像データRiGiBiを使用する。図１４は、彩度変換部２０９での処理の説明図である。
本実施例では、入力画像データRiGiBiの各ピクセルの最大階調データに応じて、彩度係数Cscをそれぞれ設定する。例えば、各ピクセルの最大階調データRiGiBiーmaxがm１以下の場合には彩度係数Csc1を使用し、最大階調データRiGiBiーmaxがm1以上でm2以下の場合には彩度係数Csc2を使用する。この場合も、実施例２と同様に、輝度が高いピクセルの場合には彩度低下を大きくし、輝度が低いピクセルの場合には彩度低下を小さくすることで、色の劣化を抑えることが期待できる。
これまでの実施例においては、図２に示す彩度制御部２０１にて、入力ＲＧＢ信号を一旦ＹＵＶ信号に変換して彩度を制御していたが、特許文献１に記載されているように、入力ＲＧＢ信号を一旦ＹＣｂＣｒ信号に変換して彩度を制御してもよい。
本実施例では、入力ＲＧＢ信号をそのまま変換して彩度を制御する。図１５は、本実施例の彩度制御部２０１の構成図であって、彩度変換部２１１のみで構成される。この彩度変換部２１１は、下記数式１に示すように、入力画像データRiGiBiを彩度係数Cscに応じて彩度の低下した信号RsGsBsに変換する。例えば、出力画像データRsとして、入力画像データGi,Biの成分を加えることで、彩度を制御してグレー階調に近くなるようにする。出力画像データGs,Bsについても同様である。本実施例では、ＹＵＶ変換部とＲＧＢ変換部が省略できるので、回路構成が簡略化できる。
本発明に係る表示装置の全体構成図である。 図１に示す画像処理部２のブロック図である。 図２に示す彩度制御部２０１のブロック図である。 図３に示す彩度変換部２０７の動作説明図である。 階調範囲Hs(i)での度数Cntを示すヒストグラムである。 図２に示す画像調整パラメータ生成部２０４の動作フローチャートである。 図２に示す画像伸張部２０５の動作を説明するグラフである。 入力画像データと表示輝度と関係を示すグラフである。 画像調整パラメータThとバックライト輝度の設定例を示す図である。 サンプル入力画像データの表示例を示す図である。 サンプル入力画像データでの彩度係数Cscとバックライト輝度との関係図である。 実施例２での彩度低下方法を示すグラフである。 実施例３での彩度制御部２０１のブロック図である。 実施例３での彩度低下方法を示すグラフである。 実施例４での彩度制御部２０１のブロック図である。
符号の説明
１…タイミング制御部、２…画像処理部、３…ＬＣＤ駆動部、４…バックライト制御部、５…表示パネル、６…バックライト、７…表示エリア、８…走査回路、９…設定記憶部、２０１…彩度制御部、２０２…入力データ処理部、２０３…ヒストグラム計数部、２０４…画像調整パラメータ生成部、２０５…画像伸張部、２０６…ＹＵＶ変換部、２０７…彩度変換部、２０８…ＲＧＢ変換部、２０９…彩度変換部、２１１…彩度変換部。

Claims (11)

  1. 入力画像データの画像処理を行う画像処理部と、前記画像処理部からの出力画像データで駆動される表示パネルと、前記表示パネルを照射するバックライトと、前記バックライトを前記画像処理部からの画像調整パラメータに基づいて制御するバックライト制御部とを備えた表示装置において、
    前記画像処理部は、外部で設定された彩度係数に基づいて入力画像データの彩度を低下させて前記画像調整パラメータを生成することを特徴とする表示装置。
  2. 請求項１に記載の表示装置において、
    前記画像処理部は、外部で設定された電力低減パラメータに基づいて画像調整パラメータを生成することを特徴とする表示装置。
  3. 請求項１に記載の表示装置において、
    前記画像処理部に、外部で設定された彩度係数に基づいて入力画像データの彩度を低下させる彩度制御部と、前記彩度制御部からの彩度の低下した画像データからピクセル情報を生成する入力データ処理部と、前記ピクセル情報を計数してヒストグラムを生成するヒストグラム係数部と、前記ヒストグラム係数部からの度数に基づいて画像調整パラメータを生成する画像調整パラメータ生成部と、前記画像調整パラメータを用いて入力画像データを伸張する画像伸張部とを設けることを特徴とする表示装置。
  4. 請求項３に記載の表示装置において、
    前記画像調整パラメータ生成部は、外部で設定された電力低減パラメータに基づいて画像調整パラメータを生成することを特徴とする表示装置。
  5. 請求項３に記載の表示装置において、
    前記彩度制御部に、入力画像データをＹＵＶ信号に変換するＹＵＶ変換部と、前記ＹＵＶ変換部で変換された彩度ＵＶを外部で設定された彩度係数に基づいて低下させる彩度変換部と、前記彩度変換部からの彩度が低下された画像データをＲＧＢ信号に変換するＲＧＢ変換部とを設けることを特徴とする表示装置。
  6. 請求項３に記載の表示装置において、
    前記彩度制御部に、入力画像データをＹＵＶ信号に変換するＹＵＶ変換部と、前記ＹＵＶ変換部で変換された輝度Ｙを外部で設定された彩度係数に基づいて低下させる彩度変換部と、前記彩度変換部からの彩度が低下された画像データをＲＧＢ信号に変換するＲＧＢ変換部とを設けることを特徴とする表示装置。
  7. 請求項３に記載の表示装置において、
    前記彩度制御部に、入力画像データをＹＵＶ信号に変換するＹＵＶ変換部と、前記入力画像データの最大階調データに応じて彩度係数を設定してＹＵＶ信号の彩度を低下させる彩度変換部と、前記彩度変換部からの彩度が低下された画像データをＲＧＢ信号に変換するＲＧＢ変換部とを設けることを特徴とする表示装置。
  8. 請求項３に記載の表示装置において、
    前記彩度制御部に、外部で設定された彩度係数に基づいて入力画像データの彩度を低下させる彩度変換部を設けることを特徴とする表示装置。
  9. 入力画像データの画像処理を行う画像処理部と、前記画像処理部からの出力画像データで駆動される表示パネルと、前記表示パネルを照射するバックライトと、前記バックライトを前記画像処理部からの画像調整パラメータに基づいて制御するバックライト制御部とを備えた表示装置において、
    前記画像処理部は、前記入力画像データの輝度成分と色成分のうち前記色成分を低下させて前記画像調整パラメータを生成することを特徴とする表示装置。
  10. 請求項９に記載の表示装置において、
    前記画像処理部は、前記色成分が低下した画像データのヒストグラムに基づいて、前記画像調整パラメータを生成することを特徴とする表示装置。
  11. 請求項９又は１０に記載の表示装置において、
    前記画像処理部は、前記画像調整パラメータに基づいて前記入力画像データのヒストグラムの高輝度範囲を除去し、高輝度範囲が除去された前記ヒストグラムを伸張するように前記高輝度範囲が除去されたヒストグラム中の画像データを補正し、
    前記バックライト制御部は、前記画像調整パラメータに基づいて前記バックライトを減光することを特徴とする表示装置。
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