JP2010010754A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 明るさのレベルが低い画素によって構成される領域や明るさのレベルが高い画素によって構成される領域の視認性を向上させることを可能とする表示装置を提供する。
【解決手段】 設定部２２０は、映像入力信号を変換する第１コントラスト強調関数ｆ_１(Y_ＩＮ)を映像フレーム毎に設定する。補正部２３０は、平均輝度Y_ＡＶＧが中央輝度Y_{ＣＥＮＴＥＲ}より低い場合に、映像出力信号の輝度Y_ＯＵＴが高輝度となるように第１変曲点Q_１をシフトする。一方で、補正部２３０は、平均輝度Y_ＡＶＧが中央輝度Y_{ＣＥＮＴＥＲ}より高い場合に、映像出力信号の輝度Y_ＯＵＴが低輝度となるように第２変曲点Q_２をシフトする。
【選択図】 図８

Description

本発明は、コントラスト強調関数によって映像入力信号を変換して、映像出力信号を取得する表示装置に関する。

第１に、コントラストを強調するために、コントラスト強調関数によって映像入力信号を変換して、映像出力信号を取得する表示装置が知られている。コントラスト強調関数は、明るさのレベルが低い映像入力信号の明るさのレベルをさらに低く変換し、明るさのレベルが高い映像入力信号の明るさのレベルをさらに高く変換する関数である。例えば、縦軸を映像出力信号とし、横軸を映像入力信号とした場合に、縦軸及び横軸によって定義される領域（以下、入力／出力座標領域）において、コントラスト強調関数は、低レベル側に設けられた第１変曲点及び高レベル側に設けられた第２変曲点を有する。すなわち、コントラスト強調関数は、入力／出力座標領域においてＳ字を描く形状を有する。

ここで、第１変曲点は、映像入力信号及び映像出力信号を１対１で定義する線形基準関数ｇ(Y_ＩＮ)よりも下方に設けられる。一方で、第２変曲点は、線形基準関数ｇ(Y_ＩＮ)よりも上方に設けられる。これによって、コントラストを強調することが可能である。以下、このような技術をコントラスト強調技術と称する。

第２に、映像フレームを構成する複数の画素の平均値（ＡＰＬ；Ａｖｅｒａｇｅ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｌｅｖｅｌ）に応じて映像入力信号を補正して映像出力信号を取得する表示装置も知られている。表示装置は、ＡＰＬ補正関数によって映像入力信号を補正する。ＡＰＬ補正関数は、映像入力信号を一律に低レベル側又は高レベル側に補正する関数である。以下、このような技術をＡＰＬ補正技術と称する。

ここで、コントラスト強調技術やＡＰＬ補正技術では、明るさのレベルが低い画素の階調が無くなってしまう状態（いわゆる“黒つぶれ”）、明るさのレベルが高い画素の階調が無くなってしまう状態（いわゆる“白とび”）が課題である。

ＡＰＬ補正技術では、“黒つぶれ”及び“白とび”を抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。具体的には、“黒つぶれ”を抑制するために、明るさのレベルが低い映像入力信号に対しては、ＡＰＬ補正関数ではなくて低レベル補正関数が適用される。低レベル補正関数は、入力／出力座標領域において一律の傾きを有する。一方で、“白とび”を抑制するために、明るさのレベルが高い映像入力信号に対しては、ＡＰＬ補正関数ではなくて高レベル補正関数が適用される。高レベル補正関数は、入力／出力座標領域において一律の傾きを有する。
特開２００６−３１１１０２号公報

ここで、コントラスト強調技術では、例えば、明るさのレベルを示す一指標として輝度を用い、映像フレームを構成する映像入力信号の平均輝度や中央輝度に応じて、第１変曲点及び第２変曲点の位置を変更することが考えられる。これによれば、低輝度の画素の階調が全く無くなる“完全な黒つぶれ”や高輝度の画素の階調が全く無くなる“完全な白とび”が発生しないように、コントラスト強調関数を設定することは可能である。一方で、低輝度の画素の階調が縮小する“黒つぶれ”や高輝度の画素の階調が縮小する“白とび”が生じる可能性がある。

このように、上述したコントラスト強調技術では、映像フレームを構成する複数の画素の平均輝度が低い場合に、低輝度の画素の階調が縮小する“黒つぶれ”によって、低輝度の画素によって構成される領域の視認性が低下してしまうという問題がある。一方で、映像フレームを構成する複数の画素の平均輝度が高い場合に、高輝度の画素の階調が縮小する“白とび”によって、高輝度の画素によって構成される領域の視認性が低下してしまうという問題がある。

なお、このような問題は、色相（H）、彩度（S）、明度（V）によって定義されるHSV色空間の明度を明るさのレベルを示す指標とする場合においても生じる。

そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、明るさのレベルが低い画素によって構成される領域や明るさのレベルが高い画素によって構成される領域の視認性を向上させることを可能とする表示装置を提供することを目的とする。

第１の特徴に係る表示装置は、映像入力信号を変換する第１コントラスト強調関数を設定する設定部と、映像入力信号から求められる明るさのレベルに基づいて第１コントラスト強調関数を補正して、第２コントラスト強調関数を取得する補正部と、第２コントラスト強調関数によって映像入力信号を変換して、映像出力信号を取得する変換部とを備える。第１コントラスト強調関数は、第１変曲点又は第２変曲点を有する。第１変曲点は、映像出力信号の明るさのレベルが映像入力信号の明るさのレベルよりも低くなるように映像入力信号を変換する位置に設けられた変曲点である。第２変曲点は、映像出力信号の明るさのレベルが映像入力信号の明るさのレベルよりも高くなるように映像入力信号を変換する位置に設けられた変曲点である。

かかる特徴によれば、第１変曲点又は第２変曲点を有する第１コントラスト強調関数は、映像入力信号の明るさのレベルに基づいて補正される。従って、映像フレームのコントラストを強調するとともに、明るさのレベルが低い画素によって構成される領域又は明るさのレベルが高い画素によって構成される領域における視認性の低下を抑制できる。

第１の特徴に係る補正部は、映像入力信号の明るさのレベルが所定の明るさよりも低い場合に、映像出力信号の明るさのレベルが高くなるように第１変曲点をシフトして、第２コントラスト強調関数を取得する。

第１の特徴に係る補正部は、映像入力信号の明るさのレベルが所定の明るさよりも高い場合に、映像出力信号の明るさのレベルが低くなるように第２変曲点をシフトして、第２コントラスト強調関数を取得する。

第１の特徴に係る表示装置は、映像入力信号の明るさのレベルが所定の明るさよりも低いほど、第１コントラスト強調関数によって映像入力信号を変換する変換量を小さくするとともに、補正部によって第１コントラスト強調関数を補正する補正量を大きくする制御部をさらに備える。

第１の特徴に係る表示装置は、映像入力信号の明るさのレベルが所定の明るさよりも高いほど、第１コントラスト強調関数によって映像入力信号を変換する変換量を小さくするとともに、補正部によって第１コントラスト強調関数を補正する補正量を大きくする制御部をさらに備える。

第１の特徴に係る設定部は、映像入力信号の明るさのレベルに基づいて、第１変曲点又は第２変曲点を設定する。

本発明によれば、明るさのレベルが低い画素によって構成される領域や明るさのレベルが高い画素によって構成される領域の視認性を向上させることを可能とする表示装置を提供することができる。

以下において、本発明の実施形態に係る投写型映像表示装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。

ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

［第１実施形態］
（投写型映像表示装置の構成）
以下において、第１実施形態に係る投写型映像表示装置の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る投写型映像表示装置１００を示す図である。

図１に示すように、投写型映像表示装置１００は、光源１０と、ＵＶ／ＩＲカットフィルタ２０と、フライアイレンズユニット３０と、ＰＢＳアレイ４０と、複数の液晶パネル５０（液晶パネル５０Ｒ、液晶パネル５０Ｇ、液晶パネル５０Ｂ）と、クロスダイクロイックプリズム６０と、投写レンズユニット７０とを有する。

光源１０は、白色光を発するＵＨＰランプなどである。光源１０が発する光は、赤成分光、緑成分光及び青成分光を含む。

ＵＶ／ＩＲカットフィルタ２０は、可視光成分（赤成分光、緑成分光及び青成分光）を透過する。一方、ＵＶ／ＩＲカットフィルタ２０は、視外光成分（例えば、赤外成分や紫外成分）を遮光する。

フライアイレンズユニット３０は、光源１０が発する光を均一化する。具体的には、フライアイレンズユニット３０は、フライアイレンズ３０ａ及びフライアイレンズ３０ｂによって構成される。

フライアイレンズ３０ａ及びフライアイレンズ３０ｂは、それぞれ、複数の微少レンズによって構成される。各微少レンズは、光源１０が発する光が液晶パネル５０の全面に照射されるように、光源１０が発する光を集光する。

ＰＢＳアレイ４０は、フライアイレンズユニット３０から出射された光の偏光状態を揃える。例えば、ＰＢＳアレイ４０は、フライアイレンズユニット３０から出射された光をＳ偏光に揃える。

液晶パネル５０Ｒは、赤成分光の偏光方向を回転させることによって赤成分光を変調する。液晶パネル５０Ｒの光入射面側には、光の拡散を抑えて、コントラスト比や透過率を向上させる補償板５１Ｒが設けられている。

補償板５１Ｒの光入射面側には、一の偏光方向（例えば、Ｐ偏光）を有する光を透過して、他の偏光方向（例えば、Ｓ偏光）を有する光を遮光する入射側偏光板５２Ｒが設けられている。入射側偏光板５２Ｒの光入射面側には、入射側偏光板５２Ｒに入射する光の光量や熱負担を軽減させる入射側プリ偏光板５３Ｒが設けられている。

一方、液晶パネル５０Ｒの光出射面側には、後述する出射側偏光板５５Ｒに入射する光の光量や熱負担を軽減させる出射側プリ偏光板５４Ｒが設けられている。出射側プリ偏光板５４Ｒの光出射面側には、一の偏光方向（例えば、Ｐ偏光）を有する光を遮光して、他の偏光方向（例えば、Ｓ偏光）を有する光を透過する出射側偏光板５５Ｒが設けられている。

同様に、液晶パネル５０Ｇは、緑成分光の偏光方向を回転させることによって緑成分光を変調する。液晶パネル５０Ｇの光入射面側には、補償板５１Ｇ、入射側偏光板５２Ｇ及び入射側プリ偏光板５３Ｇが設けられている。一方、液晶パネル５０Ｇの光出射面側には、出射側プリ偏光板５４Ｇ及び出射側偏光板５５Ｇが設けられている。

同様に、液晶パネル５０Ｂは、青成分光の偏光方向を回転させることによって青成分光を変調する。液晶パネル５０Ｂの光入射面側には、補償板５１Ｂ、入射側偏光板５２Ｂ及び入射側プリ偏光板５３Ｂが設けられている。一方、液晶パネル５０Ｂの光出射面側には、出射側プリ偏光板５４Ｂ及び出射側偏光板５５Ｂが設けられている。

クロスダイクロイックプリズム６０は、液晶パネル５０Ｒ、液晶パネル５０Ｇ及び液晶パネル５０Ｂから出射された光を合成する。クロスダイクロイックプリズム６０は、投写レンズユニット７０側に合成光を出射する。

投写レンズユニット７０は、クロスダイクロイックプリズム６０から出射された合成光（映像光）をスクリーン上などに投写する。

また、投写型映像表示装置１００は、ミラー群（ダイクロイックミラー１１１、ダイクロイックミラー１１２、反射ミラー１２１〜反射ミラー１２３）と、レンズ群（コンデンサレンズ１３１〜コンデンサレンズ１３３、コンデンサレンズ１４０Ｒ、コンデンサレンズ１４０Ｇ、コンデンサレンズ１４０Ｂ、リレーレンズ１５１〜リレーレンズ１５３）とを有する。

ダイクロイックミラー１１１は、ＰＢＳアレイ４０から出射された光のうち、赤成分光を透過する。ダイクロイックミラー１１１は、ＰＢＳアレイ４０から出射された光のうち、緑成分光及び青成分光を反射する。

ダイクロイックミラー１１２は、ダイクロイックミラー１１１で反射された光のうち、青成分光を透過する。ダイクロイックミラー１１２は、ダイクロイックミラー１１１で反射された光のうち、緑成分光を反射する。

反射ミラー１２１は、赤成分光を反射して赤成分光を液晶パネル５０Ｒ側に導く。反射ミラー１２２及び反射ミラー１２３は、青成分光を反射して青成分光を液晶パネル５０Ｂ側に導く。

コンデンサレンズ１３１は、光源１０が発する白色光を集光するレンズである。コンデンサレンズ１３２は、ダイクロイックミラー１１１を透過した赤成分光を集光する。コンデンサレンズ１３３は、ダイクロイックミラー１１１で反射された緑成分光及び青成分光を集光する。

コンデンサレンズ１４０Ｒは、液晶パネル５０Ｒに赤成分光が照射されるように、赤成分光を略平行光化する。コンデンサレンズ１４０Ｇは、液晶パネル５０Ｇに緑成分光が照射されるように、緑成分光を略平行光化する。コンデンサレンズ１４０Ｂは、液晶パネル５０Ｂに青成分光が照射されるように、青成分光を略平行光化する。コンデンサレンズの光出射面側には、紫外成分を遮光するＵＶカットフィルタ２１が設けられる。

リレーレンズ１５１〜リレーレンズ１５３は、青成分光の拡大を抑制しながら、液晶パネル５０Ｂ上に青成分光を略結像する。

（投写型映像表示装置の機能）
以下において、第１実施形態に係る投写型映像表示装置の機能について、図面を参照しながら説明する。図２は、第１実施形態に係る投写型映像表示装置１００（信号処理装置２００）の構成を示すブロック図である。

信号処理装置２００は、赤入力信号Ｒｉｎ、緑入力信号Ｇｉｎ及び青入力信号Ｂｉｎを含む映像入力信号を取得する。信号処理装置２００は、赤出力信号Ｒｏｕｔ、緑出力信号Ｇｏｕｔ及び青出力信号Ｂｏｕｔを含む映像出力信号を出力する。なお、赤入力信号Ｒｉｎ、緑入力信号Ｇｉｎ及び青入力信号Ｂｉｎの信号値は、それぞれ、最小値Ｒｉｎ_ＭＩＮ、Ｇｉｎ_ＭＩＮ、Ｂｉｎ_ＭＩＮ（例えば、“０”）〜最大値Ｒｉｎ_ＭＡＸ、Ｇｉｎ_ＭＡＸ、Ｂｉｎ_ＭＡＸ（例えば、“２５５”）の範囲の値である。同様に、赤出力信号Ｒｏｕｔ、緑出力信号Ｇｏｕｔ及び青出力信号Ｂｏｕｔの信号値は、それぞれ、最小値Ｒｏｕｔ_ＭＩＮ、Ｇｏｕｔ_ＭＩＮ、Ｂｏｕｔ_ＭＩＮ（例えば、“０”）〜最大値Ｒｏｕｔ_ＭＡＸ、Ｇｏｕｔ_ＭＡＸ、Ｂｏｕｔ_ＭＡＸ（例えば、“２５５”）の範囲の値である。

なお、第１実施形態では、映像入力信号及び映像出力信号それぞれの「明るさのレベル」を示す一指標として、映像入力信号及び映像出力信号それぞれの「輝度」を用いて説明する。ここで、輝度とは、Ｒｉｎ、Ｇｉｎ、Ｂｉｎの信号値をある比率でかけ合わせた値であり、最低輝度Y_ＭＩＮ（例えば、“０”）〜最高輝度Y_ＭＡＸ（例えば、“２５５”）の範囲の値である。

図２に示すように、信号処理装置２００は、ＧＡＩＮ取得部２１０と、設定部２２０と、補正部２３０と、変換部２４０とを有する。

ＧＡＩＮ取得部２１０は、図３に示すように、映像入力信号から求められる輝度Y_ＩＮの頻度を度数分布化する。これにより、ＧＡＩＮ取得部２１０は、映像入力信号の平均輝度Y_ＡＶＧ、中央輝度Y_{ＣＥＮＴＥＲ}、第１基準輝度Y_１及び第２基準輝度Y_２を取得する。ＧＡＩＮ取得部２１０は、例えば、平均輝度Y_ＡＶＧを中心に所定数（例えば、総画素数の８０％）の画素を含む領域Ｐを算出することによって、第１基準輝度Y_１及び第２基準輝度Y_２を設定する。これによって、映像入力信号の輝度Y_ＩＮは、低輝度域Y_ＭＩＮ〜Y_１、中間輝度域Y_１〜Y_２、及び高輝度域Y_２〜Y_ＭＡＸに区分される。

ここで、ＧＡＩＮ取得部２１０は、後述する第１コントラスト強調関数ｆ_１(Y_ＩＮ)によって映像入力信号を変換する変換量を設定する。具体的には、ＧＡＩＮ取得部２１０は、図４に示すように、中間輝度域Y_１〜Y_２における輝度の分散値Ｓに応じて、第１変換利得ＧＡＩＮ_１及び第２変換利得ＧＡＩＮ_２を取得する。第１変換利得ＧＡＩＮ_１は、負の値であり、分散値Ｓが大きいほど大きい値となる。第１変換利得ＧＡＩＮ_１は、分散値Ｓが閾値Ｔｈ１を超えると、最大値（＝０）で保たれる。第２変換利得ＧＡＩＮ_２は、正の値であり、分散値Ｓが大きいほど小さい値となる。第２変換利得ＧＡＩＮ_２は、分散値Ｓが閾値Ｔｈ１を超えると、最小値（＝０）で保たれる。

また、ＧＡＩＮ取得部２１０は、後述する第１コントラスト強調関数ｆ_１(Y_ＩＮ)を補正する補正量を設定する。具体的には、ＧＡＩＮ取得部２１０は、図５に示すように、平均輝度Y_ＡＶＧに応じて、補正利得ＧＡＩＮ_Ｈを取得する。補正利得ＧＡＩＮ_Ｈは、平均輝度Y_ＡＶＧが中央輝度Y_{ＣＥＮＴＥＲ}と等しい場合に０となる。補正利得ＧＡＩＮ_Ｈは、平均輝度Y_ＡＶＧが中央輝度Y_{ＣＥＮＴＥＲ}より低いほど大きい値となる。この場合、補正利得ＧＡＩＮ_Ｈは、０〜最大値（＞０）の範囲の値である。補正利得ＧＡＩＮ_Ｈは、平均輝度Y_ＡＶＧが中央輝度Y_{ＣＥＮＴＥＲ}より高いほど小さい値となる。この場合、補正利得ＧＡＩＮ_Ｈは、０〜最小値（＜０）の範囲の値である。このように、補正利得ＧＡＩＮ_Ｈの絶対値は、平均輝度Y_ＡＶＧが中央輝度Y_{ＣＥＮＴＥＲ}から離れるほど大きくなる。なお、第１実施形態では、図３に示すように、平均輝度Y_ＡＶＧが中央輝度Y_{ＣＥＮＴＥＲ}より低いため、補正利得ＧＡＩＮ_Ｈは正の値である。

設定部２２０は、映像入力信号を変換する第１コントラスト強調関数ｆ_１(Y_ＩＮ)を映像フレーム毎に設定する。図６は、入力／出力座標領域における第１コントラスト強調関数ｆ_１(Y_ＩＮ)を示す図である。なお、入力／出力座標領域は、映像入力信号の輝度Y_ＩＮを示す横軸と、映像出力信号の輝度Y_ＯＵＴを示す縦軸とによって定義される。

設定部２２０は、図６に示すように、S字形状を有する第１コントラスト強調関数ｆ_１(Y_ＩＮ)を設定する。具体的には、第１コントラスト強調関数ｆ_１(Y_ＩＮ)は、入力／出力座標領域において第１変曲点Q_１及び第２変曲点Q_２を有する２点折れ線グラフである。第１変曲点Q_１は、映像出力信号が映像入力信号よりも低輝度となるように映像入力信号を変換する位置に設けられた変曲点である。第２変曲点Q_２は、映像出力信号が映像入力信号よりも高輝度となるように映像入力信号を変換する位置に設けられた変曲点である。このように、第１コントラスト強調関数ｆ_１(Y_ＩＮ)は、低輝度の映像入力信号をさらに低輝度側に変換し、高輝度の映像入力信号をさらに高輝度側に変換する。

設定部２２０は、映像入力信号から求められる輝度Y_ＩＮに基づいて、第１変曲点Q_１と、第２変曲点Q_２とを設定する。具体的には、設定部２２０は、ＧＡＩＮ取得部２１０によって取得された第１変換利得ＧＡＩＮ_１及び第２変換利得ＧＡＩＮ_２に基づいて、第１変曲点Q_１の座標（Y_１,ｆ_１（Y_１））と、第２変曲点Q_２の座標（Y_２,ｆ_１（Y_２））とを設定する。ここで、第１変曲点Q_１の縦軸座標ｆ_１（Y_１）は、第１基準輝度Y_１と第１変換利得ＧＡＩＮ_１（＜０）との和である。また、第２変曲点Q_２の縦軸座標ｆ_１（Y_２）は、第２基準輝度Y_２と第２変換利得ＧＡＩＮ_２（＞０）との和である。従って、第１コントラスト強調関数ｆ_１(Y_ＩＮ)の中間輝度域Y_１〜Y_２における傾きは、第１変換利得ＧＡＩＮ_１及び第２変換利得ＧＡＩＮ_２の絶対値が大きいほど１（線形基準関数ｇ(Y_ＩＮ)の傾き）よりも大きくなる。

このように、第１変曲点Q_１は、線形基準関数ｇ(Y_ＩＮ)よりも下方に位置する。一方で、第２変曲点Q_２は、線形基準関数ｇ(Y_ＩＮ)よりも上方に位置する。従って、映像フレームのうち中間輝度域Y_１〜Y_２の画素によって構成される領域の階調は、ｆ_１（Y_１）〜ｆ_１（Y_２）に伸張される。その結果、中間輝度域Y_１〜Y_２の画素によって構成される領域の視認性が向上される。一方で、低輝度域Y_ＭＩＮ〜Y_１の画素によって構成される領域の階調は、Y_ＭＩＮ〜ｆ_１（Y_１）に圧縮され、高輝度域Y_２〜Y_ＭＡＸの画素によって構成される領域の階調は、ｆ_１（Y_２）〜Y_ＭＡＸに圧縮される。その結果、低輝度域Y_ＭＩＮ〜Y_１の画素、及び高輝度域Y_２〜Y_ＭＡＸの画素によって構成される領域の視認性は低下する。なお、第１実施形態では、図３に示すように、映像フレームを構成する画素の平均輝度Y_ＡＶＧが低輝度側に偏っているため、低輝度域Y_ＭＩＮ〜Y_１の画素によって構成される領域に“黒つぶれ”が発生しやすい。

補正部２３０は、映像入力信号から求められる輝度Y_ＩＮに基づいて第１コントラスト強調関数ｆ_１(Y_ＩＮ)を補正して、第２コントラスト強調関数ｆ_２(Y_ＩＮ)を取得する。具体的には、補正部２３０は、補正利得ＧＡＩＮ_Ｈに基づいて補正関数ｈ(Y_ＩＮ)を設定する。図７は、入力／出力座標領域における補正関数ｈ(Y_ＩＮ)を示す図である。図７に示すように、補正関数ｈ(Y_ＩＮ)は、入力／出力座標領域において補正変曲点Ｒを有する１点折れ線グラフである。

補正部２３０は、平均輝度Y_ＡＶＧ及び補正利得ＧＡＩＮ_Ｈに基づいて、補正変曲点Ｒの座標（Y_ＡＶＧ,ｈ（Y_ＡＶＧ））を設定する。補正変曲点Ｒの縦軸座標ｈ（Y_ＡＶＧ）は、平均輝度Y_ＡＶＧと補正利得ＧＡＩＮ_Ｈとの和である。なお、第１実施形態では、図５に示すように、補正利得ＧＡＩＮ_Ｈが正の値であるため、補正変曲点Ｒは、線形基準関数ｇ(Y_ＩＮ)よりも上方に位置する。

次に、補正部２３０は、補正関数ｈ(Y_ＩＮ)に基づいて第１コントラスト強調関数ｆ_１(Y_ＩＮ)を補正する。具体的には、補正部２３０は、以下の式（１）に従って、第２コントラスト強調関数ｆ_２(Y_ＩＮ)を取得する。
ｆ_２(Y_ＩＮ)＝ｆ_１(Y_ＩＮ)×ｈ(Y_ＩＮ)×Y_ＩＮ ・・・式（１）

ここで、上述のように、補正関数ｈ(Y_ＩＮ)は、補正利得ＧＡＩＮ_Ｈに基づいて設定される。補正利得ＧＡＩＮ_Ｈは、平均輝度Y_ＡＶＧが中央輝度Y_{ＣＥＮＴＥＲ}より低いと正の値となり、平均輝度Y_ＡＶＧが中央輝度Y_{ＣＥＮＴＥＲ}より高いと負の値となる。従って、補正部２３０は、平均輝度Y_ＡＶＧが中央輝度Y_{ＣＥＮＴＥＲ}より低い場合に、映像出力信号が高輝度となるように第１変曲点Q_１をシフトする。すなわち、補正部２３０は、入力／出力座標領域において、第１変曲点Q_１を上方にシフトする。一方で、補正部２３０は、平均輝度Y_ＡＶＧが中央輝度Y_{ＣＥＮＴＥＲ}より高い場合に、映像出力信号が低輝度となるように第２変曲点Q_２をシフトする。すなわち、補正部２３０は、入力／出力座標領域において、第２変曲点Q_２を下方にシフトする。

図８は、入力／出力座標領域における第２コントラスト強調関数ｆ_２(Y_ＩＮ)を示す図である。第１実施形態では、平均輝度Y_ＡＶＧが中央輝度Y_{ＣＥＮＴＥＲ}より低いため、補正部２３０は、図８に示すように、第１変曲点Q_１を上方にシフトする。

変換部２４０は、第２コントラスト強調関数ｆ_２(Y_ＩＮ)によって映像入力信号を変換して、映像出力信号を取得する。すなわち、変換部２４０は、映像入力信号の輝度Y_ＩＮを第２コントラスト強調関数ｆ_２(Y_ＩＮ)によって変換することによって、映像出力信号の輝度Y_ＯＵＴを算出する。

（投写型映像表示装置の動作）
以下において、第１実施形態に係る投写型映像表示装置の動作について、図面を参照しながら説明する。図９は、第１実施形態に係る投写型映像表示装置１００（信号処理装置２００）の動作を示すフロー図である。

図９に示すように、ステップ１０において、信号処理装置２００は、映像入力信号から求められる輝度Y_ＩＮを変換する第１コントラスト強調関数ｆ_１(Y_ＩＮ)を設定する。

ステップ１１において、信号処理装置２００は、映像入力信号から求められる輝度Y_ＩＮに基づいて補正関数ｈ(Y_ＩＮ)を設定する。

ステップ１２において、信号処理装置２００は、補正関数ｈ(Y_ＩＮ)によって第１コントラスト強調関数ｆ_１(Y_ＩＮ)を補正して、第２コントラスト強調関数ｆ_２(Y_ＩＮ)を取得する。

ステップ１３において、信号処理装置２００は、第２コントラスト強調関数ｆ_２(Y_ＩＮ)によって映像入力信号を変換して、映像出力信号を取得する。

（作用及び効果）
第１実施形態では、設定部２２０は、映像入力信号を変換する第１コントラスト強調関数ｆ_１(Y_ＩＮ)を映像フレーム毎に設定する。これにより、映像フレームのうち中間輝度域Y_１〜Y_２の画素によって構成される領域の視認性を向上することができる。

ここで、補正部２３０は、平均輝度Y_ＡＶＧが中央輝度Y_{ＣＥＮＴＥＲ}より低い場合に、映像出力信号の輝度Y_ＯＵＴが高輝度となるように第１変曲点Q_１をシフトする。そのため、低輝度域Y_ＭＩＮ〜Y_１の画素の階調が縮小する“黒つぶれ”によって、低輝度域Y_ＭＩＮ〜Y_１の画素によって構成される領域の視認性が低下することを抑制できる。

一方で、補正部２３０は、平均輝度Y_ＡＶＧが中央輝度Y_{ＣＥＮＴＥＲ}より高い場合に、映像出力信号の輝度Y_ＯＵＴが低輝度となるように第２変曲点Q_２をシフトする。そのため、高輝度域Y_２〜Y_ＭＡＸの階調が縮小する“白とび”によって、高輝度域Y_２〜Y_ＭＡＸの画素によって構成される領域の視認性が低下することを抑制できる。

従って、中間輝度域Y_１〜Y_２の画素によって構成される領域の視認性を向上するとともに、低輝度域Y_ＭＩＮ〜Y_１の画素によって構成される領域や高輝度域Y_２〜Y_ＭＡＸの画素によって構成される領域の視認性を向上させることができる。

［第２実施形態］
以下において、第２実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下においては、上述した第１実施形態と第２実施形態との相違点について主として説明する。

具体的には、第２実施形態では、信号処理装置２００は、制御部２５０をさらに備える。制御部２０は、映像入力信号が有数する輝度Y_ＩＮに基づいて、変換利得寄与度（α）及び補正利得寄与度（１−α）を設定する。

（投写型映像表示装置の機能）
ＧＡＩＮ取得部２１０は、図１０に示すように、映像入力信号から求められる輝度Y_ＩＮの頻度を度数分布化する。ＧＡＩＮ取得部２１０は、上述した第１実施形態と同様に、映像入力信号の平均輝度Y_ＡＶＧ、中央輝度Y_{ＣＥＮＴＥＲ}、第１基準輝度Y_１、及び第２基準輝度Y_２を取得する。なお、第２実施形態では、平均輝度Y_ＡＶＧは、高輝度側に偏っている。

次に、ＧＡＩＮ取得部２１０は、中間輝度域Y_１〜Y_２における輝度の分散値Ｓに応じて、第１変換利得ＧＡＩＮ_１及び第２変換利得ＧＡＩＮ_２を取得する（図４参照）。

また、ＧＡＩＮ取得部２１０は、平均輝度Y_ＡＶＧに応じて、補正利得ＧＡＩＮ_Ｈを取得する（図５参照）。なお、第２実施形態では、図１１に示すように、平均輝度Y_ＡＶＧが中央輝度Y_{ＣＥＮＴＥＲ}より高いため、補正利得ＧＡＩＮ_Ｈは負の値である。

制御部２１０は、平均輝度Y_ＡＶＧに応じて、変換利得寄与度（α）及び補正利得寄与度（１−α）を設定する。具体的には、制御部２１０は、図１２に示すように、平均輝度Y_ＡＶＧに応じて、変換利得寄与度（α）を設定する。変換利得寄与度（α）は、図１１に示すように、平均輝度Y_ＡＶＧが中央輝度Y_{ＣＥＮＴＥＲ}と等しい場合に最大値（＝１）となる。変換利得寄与度（α）は、平均輝度Y_ＡＶＧが中央輝度Y_{ＣＥＮＴＥＲ}より低いほど小さい値となり、最低輝度Y_ＭＩＮで最小値（＝０）となる。一方で、変換利得寄与度（α）は、平均輝度Y_ＡＶＧが中央輝度Y_{ＣＥＮＴＥＲ}より高いほど小さい値となり、最高輝度Y_ＭＡＸで最小値（＝０）となる。

換言すれば、制御部２１０は、平均輝度Y_ＡＶＧが中央輝度Y_{ＣＥＮＴＥＲ}より低いほど、第１コントラスト強調関数ｆ_１(Y_ＩＮ)によって映像入力信号を変換する変換量を小さくするとともに、第１コントラスト強調関数ｆ_１(Y_ＩＮ)を補正する補正量を大きくする。同様に、制御部２１０は、平均輝度Y_ＡＶＧが中央輝度Y_{ＣＥＮＴＥＲ}より高いほど、第１コントラスト強調関数ｆ_１(Y_ＩＮ)によって映像入力信号を変換する変換量を小さくするとともに、第１コントラスト強調関数ｆ_１(Y_ＩＮ)を補正する補正量を大きくする。

設定部２２０は、図１３に示すように、第１コントラスト強調関数ｆ_１(Y_ＩＮ)を映像フレーム毎に設定する。具体的には、設定部２２０は、変換利得寄与度（α）、第１変換利得ＧＡＩＮ_１及び第２変換利得ＧＡＩＮ_２に基づいて、第１変曲点Q_１の座標（Y_１,ｆ_１（Y_１））と第２変曲点Q_２の座標（Y_２,ｆ_１（Y_２））とを設定する。

ここで、第２実施形態では、第１変曲点Q_１の縦軸座標ｆ_１（Y_１）は、変換利得寄与度（α）と第１変換利得ＧＡＩＮ_１（＜０）の積と、第１基準輝度Y_１との和である。また、第２変曲点Q_２の縦軸座標ｆ_１（Y_２）は、変換利得寄与度（α）と第２変換利得ＧＡＩＮ_２（＞０）の積と、第２基準輝度Y_２と和である。なお、第２実施形態では、平均輝度Y_ＡＶＧが高輝度側に偏っているため、高輝度域Y_２〜Y_ＭＡＸの画素によって構成される領域に“白とび”が発生しやすい。

補正部２３０は、図１４に示すように、補正関数ｈ(Y_ＩＮ)を設定する。具体的には、補正部２３０は、補正利得寄与度（１−α）及び補正利得ＧＡＩＮ_Ｈに基づいて、補正変曲点Ｒの座標（Y_ＡＶＧ,ｈ（Y_ＡＶＧ））を設定する。補正変曲点Ｒの縦軸座標ｈ（Y_ＡＶＧ）は、補正利得寄与度（１−α）と補正利得ＧＡＩＮ_Ｈの積と、平均輝度Y_ＡＶＧとの和である。なお、第２実施形態では、補正利得ＧＡＩＮ_Ｈが負の値であるため、補正変曲点Ｒは、線形基準関数ｇ(Y_ＩＮ)よりも下方に位置する。

次に、補正部２３０は、図１５に示すように、上記式（１）に従って、第２コントラスト強調関数ｆ_２(Y_ＩＮ)を取得する。第２実施形態では、平均輝度Y_ＡＶＧが中央輝度Y_{ＣＥＮＴＥＲ}より高いため、補正部２３０は、図１５に示すように、映像出力信号が低輝度となるように第２変曲点Q_２をシフトする。すなわち、補正部２３０は、入力／出力座標領域において、第２変曲点Q_２を下方にシフトする。

変換部２４０は、第２コントラスト強調関数ｆ_２(Y_ＩＮ)によって映像入力信号を変換して、映像出力信号を取得する。

（作用及び効果）
第２実施形態では、制御部２１０は、平均輝度Y_ＡＶＧに応じて、変換利得寄与度（α）及び補正利得寄与度（１−α）を設定する。具体的には、制御部２１０は、平均輝度Y_ＡＶＧが中央輝度Y_{ＣＥＮＴＥＲ}から離れるほど、変換利得寄与度（α）を小さくするとともに、補正利得寄与度（１−α）を大きくする。

このように、制御部２１０は、平均輝度Y_ＡＶＧが中央輝度Y_{ＣＥＮＴＥＲ}に近いほど変換利得寄与度（α）を大きくする。そのため、映像フレームのうち中間輝度域Y_１〜Y_２の画素によって構成される領域における視認性をさらに向上することができる。

一方で、制御部２１０は、平均輝度Y_ＡＶＧが中央輝度Y_{ＣＥＮＴＥＲ}から離れるほど補正利得寄与度（１−α）を大きくする。そのため、低輝度域Y_ＭＩＮ〜Y_１及び高輝度域Y_２〜Y_ＭＡＸの画素によって構成される領域における視認性の低下をさらに抑制できる。

［その他の実施形態］
本発明は上述した実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

上述した実施形態では、第１コントラスト強調関数ｆ_１(Y_ＩＮ)は、２つの変曲点を有することとしたが、第１コントラスト強調関数ｆ_１(Y_ＩＮ)は少なくとも１つの変曲点を有していればよい。例えば、図１６に示すように、映像入力信号の輝度Y_ＩＮが最低輝度Y_ＭＩＮ付近に集中している場合には、制御部２１０は、１つの基準輝度Y_０を設定することができる。この場合、第１コントラスト強調関数ｆ_１(Y_ＩＮ)は、図１７に示すように、１つの変曲点Ｑ_０を有する1点折れ線グラフとなる。一方、図示しないが、制御部２１０が３つ以上の基準輝度Y_０を設定した場合には、第１コントラスト強調関数ｆ_１(Y_ＩＮ)は３つ以上の変曲点を有することとなる。

上述した実施形態では、第１コントラスト強調関数ｆ_１(Y_ＩＮ)による変換量、及び第１コントラスト強調関数ｆ_１(Y_ＩＮ)の補正量は、映像入力信号の平均輝度Y_ＡＶＧに基づいて制御されることとしたが、これに限定されるものではない。変換量及び補正量は、例えば、映像フレームを構成する複数の画素の最高輝度と最低輝度との中央値に基づいて制御されてもよい。

上述した実施形態では、映像入力信号及び映像出力信号それぞれの「明るさのレベル」を示す一指標として、映像入力信号及び映像出力信号それぞれの「輝度」を用いて説明したが、これに限られるものではない。例えば、「明るさのレベル」を示す指標として、色相（H）、彩度（S）、明度（V）によって定義されるHSV色空間の「明度」を用いてもよい。具体的には、補正部２３０は、明度分布、平均明度、中央明度などに基づいて、第１コントラスト強調関数ｆ_１(Y_ＩＮ)を補正して、第２コントラスト強調関数ｆ_２(Y_ＩＮ)を取得することができる。

上述した実施形態では、投写型映像表示装置１００（例えば、プロジェクタ）について説明したが、これに限られるものではない。本発明は、一般的に用いられるディスプレイに適用することができる。

上述した実施形態では特に触れていないが、信号処理装置２００は、第１コントラスト強調関数ｆ_１(Y_ＩＮ)を取得した映像フレームと異なる映像フレームに第２コントラスト強調関数ｆ_２(Y_ＩＮ)を適用してもよい。具体的には、信号処理装置２００は、第１コントラスト強調関数ｆ_１(Y_ＩＮ)を取得した映像フレーム内において処理を完了できない場合には、次の映像フレームに第２コントラスト強調関数ｆ_２(Y_ＩＮ)を適用してもよい。

上述した実施形態では特に触れていないが、第２コントラスト強調関数ｆ_２(Y_ＩＮ)による変位量が各映像フレーム間において大きく異なる場合、映像が不自然に見えるときがある。そのため、第２コントラスト強調関数ｆ_２(Y_ＩＮ)による変位量が各映像フレーム間において大きく異なってしまうことを抑制するために、変位量を時間軸方向において平滑化する処理を行ってもよい。

上述した実施形態では、表示装置として液晶パネル３０が用いられるが、これに限定されるものではない。表示装置としては、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）やＤＭＤ（Ｄｅｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）などが用いられてもよい。

上述した実施形態では、光源として固体光源を用いるが、これに限定されるものではない。光源としては、白色光を発するＵＨＰランプが用いられてもよい。

第１実施形態に係る投写型映像表示装置の構成を示す図である。 第１実施形態に係る信号処理装置２００の構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る映像入力信号から求められる輝度Y_ＩＮの頻度を示す度数分布図である。 第１実施形態に係る第１変換利得ＧＡＩＮ_１及び第２変換利得ＧＡＩＮ_２を示す図である。 第１実施形態に係る補正利得ＧＡＩＮ_Ｈを示す図である。 第１実施形態に係る第１コントラスト強調関数ｆ_１(Y_ＩＮ)を示す図である。 第１実施形態に係る補正関数ｈ(Y_ＩＮ)を示す図である。 第１実施形態に係る第２コントラスト強調関数ｆ_２(Y_ＩＮ)を示す図である。 第１実施形態に係る信号処理装置２００の動作を示すフロー図である。 第２実施形態に係る信号処理装置２００の構成を示すブロック図である。 第２実施形態に係る映像入力信号から求められる輝度Y_ＩＮの頻度を示す度数分布図である。 第２実施形態に係る変換利得寄与度（α）を示す図である。 第２実施形態に係る第１コントラスト強調関数ｆ_１(Y_ＩＮ)を示す図である。 第２実施形態に係る補正関数ｈ(Y_ＩＮ)を示す図である。 第２実施形態に係る第２コントラスト強調関数ｆ_２(Y_ＩＮ)を示す図である。 実施形態に係る映像入力信号から求められる輝度Y_ＩＮの頻度を示すヒストグラムである。 実施形態に係る第１コントラスト強調関数ｆ_１(Y_ＩＮ)を示す図である。

符号の説明

１０…光源、２０…カットフィルタ、２１…ＵＶカットフィルタ、３０…フライアイレンズユニット、３０ａ…フライアイレンズ、３０ｂ…フライアイレンズ、４０…ＰＢＳアレイ、５０…液晶パネル、５０Ｂ…液晶パネル、５０Ｇ…液晶パネル、５０Ｒ…液晶パネル、５１Ｂ…補償板、５１Ｇ…補償板、５１Ｒ…補償板、５２Ｂ…入射側偏光板、５２Ｇ…入射側偏光板、５２Ｒ…入射側偏光板、５３Ｂ…入射側プリ偏光板、５３Ｇ…入射側プリ偏光板、５３Ｒ…入射側プリ偏光板、５４Ｂ…出射側プリ偏光板、５４Ｇ…出射側プリ偏光板、５４Ｒ…出射側プリ偏光板、５５Ｂ…出射側偏光板、５５Ｇ…出射側偏光板、５５Ｒ…出射側偏光板、６０…クロスダイクロイックプリズム、７０…投写レンズユニット、１００…投写型映像表示装置、１１１…ダイクロイックミラー、１１２…ダイクロイックミラー、１２１〜１２３…反射ミラー、１３１〜１３３…コンデンサレンズ、１４０Ｂ…コンデンサレンズ、１４０Ｇ…コンデンサレンズ、１４０Ｒ…コンデンサレンズ、１５１〜１５３…リレーレンズ、２００…信号処理装置、２１０…ＧＡＩＮ取得部、２２０…設定部、２３０…補正部、２４０…変換部、２５０…制御部、ｇ(Y_ＩＮ)…線形基準関数、ｆ_１(Y_ＩＮ)…第１コントラスト強調関数、ｆ_２(Y_ＩＮ)…第２コントラスト強調関数、ｈ(Y_ＩＮ)…補正関数

Claims (6)

1. 映像入力信号を変換する第１コントラスト強調関数を設定する設定部と、
   前記映像入力信号から求められる明るさのレベルに基づいて前記第１コントラスト強調関数を補正して、第２コントラスト強調関数を取得する補正部と、
   前記第２コントラスト強調関数によって前記映像入力信号を変換して、映像出力信号を取得する変換部とを備え、
   前記第１コントラスト強調関数は、第１変曲点又は第２変曲点を有しており、
   前記第１変曲点は、前記映像出力信号の明るさのレベルが前記映像入力信号の明るさのレベルよりも低くなるように前記映像入力信号を変換する位置に設けられた変曲点であり、
   前記第２変曲点は、前記映像出力信号の明るさのレベルが前記映像入力信号の明るさのレベルよりも高くなるように前記映像入力信号を変換する位置に設けられた変曲点であることを特徴とする表示装置。
2. 前記補正部は、前記映像入力信号の明るさのレベルが所定の明るさよりも低い場合に、前記映像出力信号の明るさのレベルが高くなるように前記第１変曲点をシフトして、前記第２コントラスト強調関数を取得することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記補正部は、前記映像入力信号の明るさのレベルが所定の明るさよりも高い場合に、前記映像出力信号の明るさのレベルが低くなるように前記第２変曲点をシフトして、前記第２コントラスト強調関数を取得することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
4. 前記映像入力信号の明るさのレベルが前記所定の明るさよりも低いほど、前記第１コントラスト強調関数によって前記映像入力信号を変換する変換量を小さくするとともに、前記補正部によって前記第１コントラスト強調関数を補正する補正量を大きくする制御部をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
5. 前記映像入力信号の明るさのレベルが前記所定の明るさよりも高いほど、前記第１コントラスト強調関数によって前記映像入力信号を変換する変換量を小さくするとともに、前記補正部によって前記第１コントラスト強調関数を補正する補正量を大きくする制御部をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
6. 前記設定部は、前記映像入力信号の明るさのレベルに基づいて、前記第１変曲点又は前記第２変曲点を設定することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。

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