CN1799079A - 用于评价显示器的运动图像质量的系统和方法 - Google Patents

Abstract

随着图像传感器的视场追踪测试模型的运动而在用于测量的屏幕5上移动测试模型以便观察BEW。然后，以与上述观察中相同的速度V_c移动图像传感器的视场33以捕捉静态模型PE，并观察捕捉到的图像的分布图中出现的滚动方向上的模糊宽度W。基于所述模糊宽度W和用于捕捉静态模型PE的图像的图像传感器的曝光时间，估算BEW观察过程中测试模型的运动速度，利用所述运动速度将BEW标准化。利用标准化后的N BEW来对屏幕的运动图像质量进行评价。由此可以容易地且准确地估算出原始测试模型的运动速度，因此可以准确地评价屏幕的运动图像质量。

Description

用于评价显示器的运动图像质量的系统和方法

技术领域

本发明涉及用于评价显示器的运动图像质量的方法和系统，其能够基于用于评价目的的显示装置的显示屏上显示的滚动测试模型的模糊点来评价显示器的运动图像质量。

背景技术

通过测量诸如液晶显示器(LCD)、阴极射线管(CRT)显示器、等离子体显示板(PDP)或电致发光(EL)显示器等显示装置的屏幕上所显示器的运动图像的模糊边缘来对运动图像质量进行评价。其中一种评价方法是将照相机用于追踪滚动图像的移动，正如人眼追踪时眼球的转动一样，并捕捉其中的图像作为固定图像，评价捕捉的固定图像的清晰度。在具有长液晶响应时间的图像保持类型的显示器的显示装置中，例如LCD中，图像的清晰度在边缘处就会降低。一种将清晰度的降低程度数字化并用作索引的方法被公开作为用于评价显示器的运动图像质量的方法(参见公开号为2001-204049的日本专利申请)。

但是，在照相机捕捉到滚动测试模型时，上述用于评价运动图像质量的方法只是集中地客观分析屏幕上显示的捕捉图像的轮廓。上述用于评价运动图像质量的方法没有提供准确、直接地提取表示显示装置屏幕上运动图像质量显示性能的索引的方法。

所述表示作为屏幕性能的显示运动图像质量的索引理想上是符合“残留影像持续时间”的索引，所述残留影像持续时间易于直观辨别。

下面表示的参考内容描述了其中一种获取所述索引的方法。2003年5月出版的Technical Papers的SID’03摘要第1039页中由Y.Igarashi、T.Yamamoto、Y.Tanaka、J.Someya、Y.Nakakura、M.Yamakawa、S.Hasegawa、Y.Nishida和T.Kurita所著的“知觉参数运动图片响应时间(MPRT)的提议”(Proposal of the PerceptiveParameter Motion Picture Response Time(MPRT))。

但是，为了获得所述索引，按照惯例，一个人必须了解显示装置的屏幕显示参数，包括屏幕尺寸、扫描线数量和帧宽度。所以，大家都在等待一种用于评价显示器的运动图像质量的方法，该方法提了一种更容易的方式来确定用于评价显示屏的运动图像质量的索引。

因此，本发明的一个目的是提供一种不需要使用屏幕显示特性就能评价显示器的运动图像质量的方法和系统。所述方法和系统应该能够通过简单的过程就能得到用于评价显示屏的运动图像质量的可直观识别的索引。

发明内容

根据本发明，在所述用于评价显示器的运动图像质量的方法中，在屏幕上滚动测试模型，作为具有追踪滚动模型运动的图像传感器视场的测量目标，以便观察第一模糊边缘。然后，随着图像传感器的视场以与上述观察过程中相同的速度运动，捕捉静止测试模型的图像以便观察出现在捕捉到的图像中沿着滚动方向的第二模糊边缘。基于第二模糊边缘和用于捕捉静止测试模型图像的图像传感器的曝光时间，可以估算出滚动测试模型的运动速度。然后，通过利用估算的滚动测试模型的运动速度，将第一模糊边缘的宽度标准化，并利用标准化后的第一模糊边缘宽度来评价屏幕的运动图像质量。上述静止测试模型可以与滚动测试模型相同，也可以不同。

如上所述，通过以与图像传感器追踪滚动测试模型运动相同的速度移动图像传感器的视场来捕捉静止测试模型的图像，并测量第二模糊边缘，可以很容易地估算出原始滚动测试模型的运动速度。然后通过利用滚动测试模型的运动速度，将第一模糊边缘宽度标准化。可以通过利用标准化后的第一模糊边缘宽度来评价屏幕的运动图像质量。

可以决定是否追踪滚动测试模型的移动，以便图像传感器的视场以多种速度移动，捕捉滚动测试模型的图像，将捕捉的图像中模糊边缘的宽度最小时的图像传感器视场的运动速度用于所述决定步骤。或者，可以根据各种速度的连续捕捉图像中模糊边缘位置移动是最小时的图像传感器的运动速度来做出所述决定。

最好在图像传感器的检测器平面上出现的亮度分布图中利用某一部分之间的像素的差来测量第一模糊边缘，所述部分的亮度比最低亮度高出预定门限比例或高出预定门限值。这是因为存在很难指定那些与模糊线的开始和末端相一致的像素的情况。

由于同样的原因，最好在图像传感器的检测器平面上出现的亮度分布图中利用某一部分之间的像素的差来测量第二模糊边缘，所述部分的亮度比最低亮度高出预定门限比例或高出预定门限值。

所述第一模糊边缘和第二模糊边缘的预定门限比例或预定门限值可以是相同的，也可以是不同的。

考虑到图像传感器的曝光时间，可以使用通过图像传感器的操作而设置的值。或者，可以通过在图像传感器的视场以已知的速度移动时捕捉屏幕上静止测试模型的图像、并测量聚焦在图像传感器的检测器平面上的静止测试模型的图像宽度来进行确定。

也可以通过捕捉预定周期的脉冲状的光的图像以及测量图像传感器的检测器平面上出现的光的检测次数来确定图像传感器的曝光时间。

另外，根据本发明的用于评价显示器的运动图像质量的系统是用于实现上述评价显示器的运动图像质量的方法的系统。

就所描述的内容来说，根据本发明，通过在以与图像传感器的视场追踪滚动测试模型移动相同的速度移动图像传感器的视场时，捕捉静止测试模型的图像，并且测量第二模糊边缘，可以很容易地估算出原始滚动测试模型的运动速度。所以，通过利用滚动测试模型的运动速度来将第一模糊边缘宽度标准化，并可以利用所述标准化后的第一模糊边缘宽度来准确地评价屏幕的运动图像质量。

附图说明

图1是表示根据本发明的一个实施例，用于实现评价显示器的运动图像质量的方法的系统配置的框图。

图2是表示CCD照相机的检测器平面31与用于评价目的的显示装置的屏幕5之间位置关系的光路图。

图3(a)～(d)表示用于评价显示器的运动图像质量的方法，其中图3(a)表示以箭头所示的速度vp滚动的测试模型P以及与CCD照相机的检测器平面31相对应的视场33，其以箭头所示的速度vc运动以跟随测试模型的滚动。图3(b)和3(c)分别表示CCD照相机的检测器平面31检测到的测试模型P的亮度分布图，其中图3(c)具体表示以最少的模糊点显示测试模型的图像时所述测试模型的亮度分布图。图3(d)是图3(c)中测试模型P的亮度分布图边缘部分的放大视图。

图4(a)和4(b)表示用于估算运动速度vp的方法。图4(a)表示包括边缘PE的静态测试模型，图4(b)表示当检流反射镜2以角速度ω0旋转时CCD照相机3的检测器平面31上形成的图像亮度分布图。

图5(a)是表示上升部分A与运动速度vc之间关系的图表，其中曝光时间T是常数，图5(b)表示上升部分A与曝光时间T之间的关系，其中运动速度vc是常数。

图6(a)表示检流反射镜2保持固定的CCD照相机3捕捉的静态测试模型P的亮度分布图，图6(b)表示在检流反射镜2以已知的角速度ω转动以及设定CCD照相机3的曝光时间时捕捉到静态模型P时获取的静态测试模型P的亮度分布图。

具体实施方式

下面将参照附图来描述本发明的具体实施例。

图1是表示根据本发明的用于评价显示器的运动图像质量的系统配置的框图。所述用于评价显示器的运动图像质量的系统包括检流反射镜2和通过检流反射镜2捕捉用于评价目的的显示装置的屏幕5上的图像的CCD照相机3。

检流反射镜2包括与永磁体的转动轴相连的反射镜，所述永磁体可转动地放置在电流流过线圈时产生的磁场中，其允许所述反射镜平稳地且快速地转动。

所述CCD照相机3具有用于成像的视场，所述视场覆盖了用于评价目的显示装置的整个屏幕5或屏幕5的一部分。检流反射镜2放置在CCD照相机3和屏幕5之间以便CCD照相机3的视场能随着检流反射镜2的转动在屏幕5上的一维方向(此后称作“滚动方向”)上移动。从计算机控制部分6将转动驱动信号通过检流反射镜驱动控制器7发送到检流反射镜2。通过图像捕捉I/O板8将CCD照相机3捕捉到的图像信号接入到计算机控制部分6中。

同时，取代那种将检流反射镜2和CCD照相机3单独放置的配置，可以将诸如轻体数字照相机等的CCD照相机单独放置在转动桌上以便能通过转动驱动马达来驱动转动所述CCD照相机。

将用于选择显示屏幕5的显示控制信号从计算机控制部分6发送到图像信号产生器9，所述图像信号产生器9基于显示控制信号向用于评价目的的显示装置提供用于显示测试模型P的运动图像的图像信号(存储在图像存储器9a中)。另外，液晶监视器10连接到计算机控制部分6。

图2是表示CCD照相机3的检测器平面31与用于评价目的的显示装置的屏幕5之间位置关系的光路图。来自屏幕上的CCD照相机3的视场33的光线被检流反射镜2反射到CCD照相机3的透镜上，并在CCD照相机3的检测器平面31上进行检测。在检流反射镜2的后侧用虚线画出了CCD照相机3的检测器平面31的反射图像32。

把用于评价目的的显示装置和检流反射镜2之间的光路距离用L来表示。把用于评价目的的显示装置与透镜之间的光路距离用a来表示，从透镜到检测器平面31的距离用b来表示。如果透镜的焦距f是已知的，那么a和b之间的关系可以由下面的方程式来确定：

1/f＝1/a+1/b

假设用于评价目的的显示装置的屏幕5在滚动方向上的坐标是X，CCD照相机3的检测器平面31在滚动方向上的坐标是Y。将X轴的原点X0设置在用于评价目的的显示装置的屏幕中心，将Y轴的原点Y0设置在与X0相对应的点上。如果CCD照相机3的透镜放大系统是M，其满足下式：

X＝-MY(M＞0)

用前面所述的a和b来表示所述放大系数M：

M＝b/a

如果检流反射镜2转动了角度θ，那么用于评价目的的显示装置的屏幕5上相应的位置与检流反射镜2的转动轴偏离角度2θ。与角度2θ相对应的用于评价目的的显示装置的屏幕5上的X坐标表示如下：

X＝Ltan2θ

上述方程式的变换给出了下面的方程式：

θ＝arctan(X/L)/2

方程式X＝Ltan2θ对时间微分后得到下面的方程式：

v＝2Lωcos^-2(2θ)

这里，v表示在屏幕上移动的视场33的速度，ω是检流反射镜的角速度ω＝dθ/dt。当θ是很小的角度时，可以假设cos^-2(2θ)→1。然后，上面的方程式可以修改成：

ω＝v/2L    (a)

所以，可以假设在屏幕上移动的视场33的速度v与检流反射镜的角速度ω互相成比例。

现在将参照图3(a)～(d)来描述用于评价显示器的运动图像质量的方法。

假设用于评价目的的显示装置的屏幕5上显示的用于评价的测试模型P是比沿着滚动方向延伸的某个长度区域的亮度高的带状测试模型P。当检流反射镜2响应用于评价目的的显示装置的屏幕5上的测试模型P的运动而以某个角速度转动时，CCD照相机3就捕捉到运动模型P的图像。这里，假设CCD照相机3的光敏元件在检流反射镜转动的过程中始终暴露在光下。图3(a)表示以箭头所示的速度vp运动的测试模型P以及与CCD照相机的检测器平面31相对应的视场33，其以箭头所示的速度vc跟随测试模型的运动而运动。

图3(b)和3(c)表示CCD照相机的检测器平面31检测到的亮度分布图。图3(b)和3(c)中的横轴表示沿着扫描方向排列的像素，纵轴表示亮度。将检流反射镜2的角速度表示为ω，然后变化角速度ω以确定捕捉具有最少模糊点的测试模型P的图像时的速度，将其表示为ω0。这里，视场33的运动速度vc等于测试模型P的运动速度vp。图3(c)表示角速度ω0时的测试模型P的图像。

同时，在前面所述的情况中，变化角速度ω以确定“捕捉具有最少模糊点的测试模型P的图像时的速度，将其表示为ω0”。或者，还可以将CCD照相机3的曝光时间设置得极短，在检流反射镜2转动时执行多次的图像捕捉，然后确定在所有捕捉的图像中，测试模型P沿着扫描方向的滚动角速度中的最小的，将其表示为ω0。

图3(d)是图3(c)中测试模型P的图像边缘部分的放大视图。将亮度的最大值和最小值分别表示为Imax和Imin。亮度比Imax低一定比例(例如10％)的表示为Imax，th，亮度比Imin高出一定比例(例如10％)的表示为Imin，th。Imax，th与Imin，th之间的像素数称作“BEW”(模糊边缘宽度)。

同时，由于上述的BEW包括诸如透镜等光学系统的模糊宽度B′，所以最好捕捉到静态测试模型P的图像来确定诸如透镜等光学系统的模糊宽度B′，以便从BEW中减去所述宽度而获得纯BEW。

所述BEW是用于评价目的的显示装置屏幕5上移动的测试模型P的速度vp的函数。vp越大，BEW就越长，vp越小，BEW就越短。所以，BEW是参照运动速度来绘制的，并且其中的倾斜部分定义为N_BEW(以时间单位)。用运动速度标准化过的BEW，也就是N_BEW与显示装置的“响应时间”相对应，这是公知的。因此，可以使用N_BEW来执行对显示装置的运动图像质量的评价。

为了确定上述的N_BEW，需要确定测试模型P的运动速度vp。但是，要确定运动速度vp，需要根据图像信号产生器9的输出信号的形状、显示装置的屏幕尺寸、扫描线的数量、帧长等来进行估算。其中的计算是很复杂的并且可能包含误差。

所以，在本发明中，通过在检流反射镜2转动时捕捉静态测试模型的图像来估算测试模型P的运动速度vp。

首先，为了估算运动速度vp，利用一个静态模型。例如，使用如图4所示的包括边缘PE的静态模型。顺便说一下，所述静态模型并不局限于包括一个边缘的模型，还可以是任意的模型，只要它包括有一个边缘就可以。另外，用于形成静态模型的方法也是任意的。可以通过在显示装置中输入静态模型的图像信号来形成，或者通过在使用发光二极管或激光通过光点照明在显示装置屏幕上投射光模型来实现。

使静态模型保持不动，检流反射镜以前面所述的角速度ω0进行转动。不需要知道角速度ω0的具体值，只要使捕捉具有最少模糊点的测试模型P的图像时的角速度可以再现。CCD照相机3的视场33遵从该角速度并以图4(a)所示的速度vc进行移动。由于角速度是ω0，所以速度vc等于前面所述的测试模型P的运动速度vp。

图4(b)表示在CCD照相机3的检测器平面31上形成的图像亮度分布图。所述图像具有斜上升部分A。上升部分A响应于经过边缘PE的CCD照相机3的视场33而形成。上升部分A的宽度W是CCD照相机3的视场33的运动速度vc以及CCD照相机3的曝光时间T的函数。

图5(a)是表示在曝光时间T恒定的情况下，上升部分A与运动速度vc之间关系的分布图，其中运动速度vc越大，上升部分A的倾斜角度就越小，运动速度vc越小，上升部分A的倾斜角度就越大。

图5(b)是表示在运动速度vc恒定的情况下，上升部分A与曝光时间T之间关系的分布图，其中随着曝光时间T的减少，上升部分A向下移动，随着曝光时间T的增加，上升部分A向上移动。

上述的宽度W等于距离vc×T，所述距离是CCD照相机3的视场在曝光时间T内经过的距离。也就是说，满足下面的方程式：

W＝vc×T

上面的讨论总结如下：使用包括边缘RE的静态模型并且在检流反射镜2以前面所述的角速度ω0进行转动时由CCD照相机3捕捉其中的图像，测量检测图像中出现的上升部分A的宽度W。最后求出结果(运动速度vc)×(曝光时间T)。

同时，由于所述宽度W最好是用与图3(d)中的模糊边缘宽度BEW的定义相对应的方式来定义：将Imax，th和Imin，th之间的像素数量作为CCD照相机3检测到的图像中Imin，th部分和Imax，th部分之间的像素差，所述Imin，th表示亮度比最小值Imin高出一定比例(例如10％)，所述Imax，th表示亮度比最大值Imax低一定比例(例如10％)。

此外，CCD照相机3的曝光时间T是为CCD照相机3设置的值。

因此，通过测量上述宽度W，可以根据下面的方程式来确定在用于评价目的的显示装置屏幕5上移动的CCD照相机3的视场33的运动速度vc，所述速度与检流反射镜2的角速度ω0相对应：

vc＝W/T

由于检流反射镜2的角速度是ω0，所以如上所述，运动速度vc等于测试模型P的运动速度vp：

vp＝vc

由此可以确定测试模型P的运动速度vp。然后，可以通过用运动速度vp除上面图3(d)中所确定的BEW来确定N_BEW：

N_BEW＝BEW/vp

利用N_BEW，可以评价屏幕的运动图像质量。

在上面所述的用于评价显示器的运动图像质量的方法中，将为CCD照相机设置的值用于CCD照相机的曝光时间T。但是，当不能准确知道为CCD照相机设置的值时，可以通过假设检流反射镜2的角速度ω已知时的实测来确定。

图3(a)中所示的测试模型P保持不动并在用于评价目的的显示装置的屏幕5上显示，所述检流反射镜2保持固定，通过CCD照相机3来捕捉其中的图像。使得，如图6(a)所示，在CCD照相机3的图像平面上出现具有与测试模型P的宽度SPT和诸如透镜等光学系统的模糊宽度B′之和相当的宽度的图像。

接着，检流反射镜2以已知的角速度ω转动，将曝光时间T设成任意值，捕捉静态测试模型P的图像。结果，如图6(b)所示，在CCD照相机3的图像平面上出现具有与测试模型P的宽度、诸如透镜等光学系统的模糊宽度B′和图像在CCD照相机3的曝光时间T内经过的像素ΔY之和相当的宽度的图像。

通过从图6(b)的图像宽度中减去图6(a)的图像宽度，可以测出与曝光时间T相对应的图像平面上的像素ΔY。因此，用ΔY除以CCD照相机3的视场33的运动速度v可以的出曝光时间T：

T＝ΔY/v

此外，由于v和检流反射镜2的角速度ω之间的关系可以从上面的方程式(a)中得到，所以可以利用ΔY和ω来表示曝光时间T：

T＝ΔY/2Lω                (b)

因此，通过将ΔY和角速度ω代换到方程式(b)中，可以确定出曝光时间T。当通过改变角速度ω进行多次测量以确定各个情况下的曝光时间T并采用其平均值时，可以获得更为可靠的曝光时间值T。

或者，可以确定CCD照相机3的曝光时间T以便随着检流反射镜2以某个角速度(这不需要是已知值)转动，CCD照相机3捕捉具有预定周期的脉冲状的光，并且测量图像传感器的检测器平面上出现的光点数量。

在到此为止描述的本发明中，由于测试模型P的滚动是一维的，所以CCD照相机3的检测器平面31上显示的图像具有矩形形状。因为在与测试模型P的移动方向垂直的方向上不包含任何信息，采用与测试模型P的移动方向垂直的方向中CCD照相机3的检测器平面上的像素信号总和可以减少每个像素信号的噪声分量，使得可以提高检测精度。

尽管已经在这里描述了本发明的具体实施例，但是应该明白的是，本发明的实施并不局限于上述的实施例，在本发明的范围内可以做出各种修改。例如，所述检流反射镜2可以用电动马达驱动的可转动反射镜来代替，或者所述检流反射镜2和CCD照相机3可以由可转动CCD照相机来代替。

可以用任何类型的光源来代替所述静止测试图像，例如用LED。

Claims (8)

1.一种用于评价显示器的运动图像质量的方法，所述评价基于用于评价目的的显示装置屏幕上显示的滚动测试模型的模糊，所述方法包括以下步骤(a)～(f)：

(a)当测试模型滚动、并且图像传感器的视场追踪测试模型的运动时，捕捉滚动测试模型的图像；

(b)观察捕捉到的滚动的测试模型图像中出现的沿滚动方向上的第一模糊边缘；

(c)当以与图像传感器的视场追踪滚动测试模型的运动速度相同的速度移动图像传感器的视场时，由图像传感器捕捉静止测试模型的图像；

(d)观察由图像传感器捕捉到的静止测试模型的图像中出现的沿滚动方向上的第二模糊边缘；

(e)基于第二模糊边缘宽度以及捕捉静止测试模型图像的图像传感器的曝光时间来估算滚动测试模型的运动速度，并利用估算的滚动测试模型的运动速度将第一模糊边缘宽度标准化；以及

(f)利用标准化的第一模糊边缘宽度来评价屏幕的运动图像质量。

2.如权利要求1所述的用于评价显示器的运动图像质量的方法，其中在步骤(a)中，以多种速度移动图像传感器的视场以便捕捉滚动测试模型的图像，所述图像以任意速度滚动，并将这样的图像传感器视场的运动速度确定成是追踪滚动测试模型运动的速度：以该速度所述捕捉到的图像中出现的第一模糊边缘宽度是最小的。

3.如权利要求1所述的用于评价显示器的运动图像质量的方法，其中在步骤(a)中滚动测试模型以任意速度滚动，图像传感器的视场以多种速度移动，在每种速度上捕捉滚动测试模型的连续图像，并将这样的图像传感器视场的运动速度确定成是追踪滚动测试模型运动的速度：以该速度所述捕捉到的连续图像中模糊边缘位置移动在运动方向上是最小的。

4.如权利要求1所述的用于评价显示器的运动图像质量的方法，其中在步骤(b)中，所述第一模糊边缘的宽度与在图像传感器的检测器上聚焦的亮度分布图中的那些亮度比最低亮度高出预定门限比例或预定门限值的位置和那些亮度比最高亮度低了预定门限比例或预定门限值的位置之间的像素数量差相对应。

5.如权利要求1和4中任一个所述的用于评价显示器的运动图像质量的方法，其中在步骤(d)中，所述第二模糊边缘宽度与在图像传感器的检测器平面上聚焦的亮度分布图中的那些亮度比最低亮度高出预定门限比例或预定门限值的位置和那些亮度比最高亮度低了预定门限比例或预定门限值的位置之间的像素数量差相对应。

6.如权利要求1所述的用于评价显示器的运动图像质量的方法，其中在步骤(e)中，图像传感器的曝光时间是在以已知的速度移动所述图像传感器的视场时，从在图像传感器检测器平面上聚焦的静止测试模型的图像中确定的。

7.如权利要求1所述的用于评价显示器的运动图像质量的方法，其中在步骤(e)中，所述图像传感器的曝光时间是通过捕捉具有预定周期的脉冲状的光并测量在图像传感器检测器平面上出现的光的检测次数来确定的。

8.一种用于评价显示器的运动图像质量的系统，所述评价基于用于评价目的的显示装置的屏幕上显示的滚动测试模型的模糊，所述系统包括以下装置(A)～(D)：

(A)用于当随着图像传感器的视场追踪滚动测试模型的运动而以任意速度在屏幕上移动所述测试模型时，捕捉测试模型的图像，并观察捕捉到的滚动测试模型的图像中出现的沿运动方向上的第一模糊边缘的装置；

(B)用于在以与图像传感器的视场追踪滚动测试模型的运动的速度相同的速度移动图像传感器的视场时，通过图像传感器捕捉静止测试模型的图像、并观察由图像传感器捕捉到的静止测试模型的图像中出现的沿滚动方向上的第二模糊边缘的装置；

(C)基于第二模糊边缘宽度以及捕捉静止测试模型图像的图像传感器的曝光时间来估算所述滚动测试模型的运动速度，并利用估算的滚动测试模型的运动速度将第一模糊边缘宽度标准化的装置；以及

(D)利用标准化的第一模糊边缘宽度来评价屏幕的运动图像质量的装置。

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