JP2004015742A - 光量変調装置、表示システム及び光量変調方法 - Google Patents

光量変調装置、表示システム及び光量変調方法 Download PDF

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Abstract

【課題】スクリーンや表示画面上から表示画像が不正に複製される行為を抑制し、当該不正行為からコンテンツを保護する。
【解決手段】入力された画像信号により表される画像の光量強度を、少なくとも1階調値において、上記画像を直接鑑賞する人の視覚特性上ちらつきを知覚させない領域でかつ、上記画像を撮像した画像を鑑賞した人の視覚特性上ちらつきを知覚させる領域で、階調値ごとに時間方向に変調を行う光量変調部11を備え、光量変調部11により、各階調値における変調後の画像信号により表される画像の平均光量強度が、変調前の画像信号により表される画像の光量強度と同一となる変調を行うことで実現する。
【選択図】 図9

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、表示画面を不正に撮像すると記録画面に鑑賞を妨げる光量変化が現れるように表示画面自体に光量変調を加える光量変調装置、表示システム及び光量変調方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
スクリーン上から映像が不正に複製されるのを妨害する技術を提案するものに、米国特許第6,018,374号がある。この技術は、人の視覚特性と撮像カメラの撮像特性の違いに着目し、妨害手段として赤外線光を使用するものである。具体的には、映像投影機の近傍位置その他の遠方位置に配置した赤外線光放射機からスクリーン面に向けて赤外線光を放射し、その反射光を不正行為者の撮像カメラに入射させる仕組みを採用する。すなわち、不正に撮像された映像に、本編の映像とは無関係な赤外線光の光像を記録させる仕組みを採用する。この結果、不正に撮像された映像の画質は損なわれ、場合よっては不正行為地の特定も可能となる。勿論、赤外線光は人には認識されないので、視聴者が本編の映像を楽しむ上では何ら支障はない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このように赤外線光を用いることによって、十分な抑止効果と妨害効果を実現できる。しかし重要なコンテンツを保護するためには、多様な妨害技術の確立が望まれる。
【0004】
例えば、図17に示すような表示システムによりコンテンツの保護を図ることが可能である。以下に、表示システムの構成と動作について述べる。
【0005】
表示システムは、入力された画像信号S1により表される画像の光量強度を時間方向に変調を行う光量変調装置51と、上記光量変調装置51により変調された画像信号S2を所定の表示画像信号S3に変換し、上記表示画像信号S3をスクリーン52に出力する表示装置50とにより構成されている。
【0006】
画像信号S1に強度変調を加える方法としては様々な方法が考えられるが、ここでは同一フレームから光量強度を異にする同一フレームを複数生成し、これらを1フレーム表示期間中に出力する方法を採用する。なお、1フレームは、表示単位の意味で使用することとする。
【0007】
光量変調装置51は、例えば、1フレームの画像信号S1から2フレームの画像信号S1a及び画像信号S1bを生成し、生成した画像信号S1a及び画像信号S1bの光量強度を時間方向に変調し、画像信号S2として表示装置50に出力する。なお、画像信号変調装置51は、2フレームの平均光量強度((S1a+S1b)/2)が、元の画像信号S1により表される画像の光量強度になるように変調を行う。
【0008】
表示装置50は、入力された画像信号S2を表示画像信号S3に変換し、スクリーン52に出力する。なお、表示装置50は、2フレームで形成されている画像信号S2表示画像信号S3に変換し、1フレーム表示出力期間でスクリーン52に出力するために、通常のフレームレートの2倍で出力する。また、表示装置50は、光量変調装置51で1フレームの画像信号S1からnフレームの画像信号を生成した場合には、通常のフレームレートのn倍で出力することとする。
【0009】
このようにして、表示システムでは、光量変調装置51で光量強度を変調された画像信号S2を表示装置50で表示画像信号S3に変換し、上記表示画像信号S3をスクリーン52に出力するので、スクリーン52を直接鑑賞する場合には、人の目にちらつきを生じさせないが、スクリーン52から表示画像信号S3を撮像装置により撮影した記録画像を鑑賞する場合には、人の目にちらつきを生じさせることができ、重要なコンテンツの保護を図ることができる。
【0010】
ところで、上記表示システムでは、光量変調装置51により画像信号により表される画像の光量強度を変調する方法として、正弦波状の変調を利用している。この方法では、変調前の画像信号により表される画像の光量強度をAとし、変調を加える周波数をfとし、コントラストをα(0≦α≦1)とし、時間をtとしたときに、変調後の表示画像強度F(f、t)を
F(f、t)=A+αA・cos(2πft)   (1)
により求めることができる。
【0011】
ここで、上式の変調を用いて求めた画像信号により表される画像の光量強度−階調値特性を図6に示す。なお、αを0.5とし、fを67.5Hzとし、階調数を256階調とする。また、ガンマ補正値を2.2とする。縦軸の画像信号により表される画像の光量強度は、変調前の最大階調での光量強度を1として正規化している。また、実線Aは、変調前の画像信号により表される画像の光量強度と階調値との関係を示している。斜線部分は、各階調での変調後の光量強度が変化する範囲であり、各階調値における光量強度の平均値が実線Aになるように変調されている。実線Aよりも上方の領域Bは、変調前の画像信号により表される画像の光量強度よりも明るく、実線Aよりも下方の領域Cは、変調前の画像信号により表される画像の光量強度よりも暗い。
【0012】
図6に示すように、変調前の画像信号が階調値256のときに光量強度が表示装置の最大出力(例えば、200カンデラ毎平方メートル(cd/m2))であった場合、変調後の画像信号により表される画像の光量強度は、階調値256のとき100カンデラ毎平方メートルから300カンデラ毎平方メートルの範囲で光量強度を変調して出力する必要がある。このような場合には、300カンデラ毎平方メートルまで光量強度を出力できる表示装置を用いる必要がある。つまり、画像信号を表示するのに必要となる光量強度の1.5倍の出力を持った表示装置を使用する必要があり、通常の表示装置よりも高価なものが必要となる。
【0013】
また、上述例の場合、300カンデラ毎平方メートルまで光量強度を出力できる表示装置を用いない場合には、画像信号により表される画像の光量強度−階調値特性は、図7に示すようになり、画像信号の階調値カーブが変調前の画像信号の階調値カーブと異なってしまう。変調後の画像信号の階調値カーブが変調後の画像信号の階調値カーブと異なると、鑑賞者に提供する映像信号の品質が低下してしまう恐れがある。
【0014】
そこで、本発明は、上述したような実情に鑑みて提案されたものであり、変調前の画像信号により表される画像の光量強度を損なわず、変調後の画像信号により生成される映像を直接鑑賞する場合には、人の目にちらつきを生じさせないが、当該映像を撮像装置により撮影した記録画像を鑑賞する場合には、人の目にちらつきを生じさせる変調を行うことで、重要なコンテンツの保護を図ることができる光量変調装置、表示システム及び光量変調方法を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
そこで本願明細書においては、表示画像の直接の鑑賞には妨げとならないが、これを撮影した記録画像には本来の表示画像とは独立の光量変化が出現するように、本来の表示画像の光量強度に階調値ごとに、時間方向に周期性をもった強度変調を加える技術を提案する。すなわち、表示画像を撮影機器等を介さずに直接鑑賞しても変調を知覚できないが、撮像機器等を介して撮影された画像を鑑賞すると鑑賞の妨げとなるノイズ(本来の表示画像とは独立の光量変化)が知覚されるような変調技術を提案する。
【0016】
なお光量変化には、明暗方向の変化(輝度変化)、色方向の変化、又はそれらの組み合わせの変化が含まれる。以下、当該光量変化を実現できる条件及び当該現象を利用した応用例を説明する。
【0017】
【発明の実施の形態】
(A)基本原理
(A−1)明暗変化に対する視覚特性
本願発明の一つは、人のちらつきに対する視覚特性に着目するものである。時間方向に正弦波状に変動する光に対して、人間がちらつきが見えなくなるマイケルソン・コントラスト(以下「コントラスト」という。)を時間周波数ごとに求めると、人の時間周波数コントラスト感度を求めることができる。
【0018】
図1は、平均輝度強度ごとの人の時間周波数コントラスト感度を表している。すなわち図1は、明暗を繰り返したときに画面がちらついて見えるかどうかを各条件で測定した実験結果を表すものである。縦軸のコントラストは、振幅を平均強度で割った値であり、(振幅の最大値−最小値)/(最大値+最小値)により与えられる。横軸の時間周波数は、明暗変化の周波数を表している。図中の各シンボル(例えば●や○)は、画面の平均輝度強度を表している。
【0019】
なお図中では、平均輝度強度を網膜照度と呼ばれる単位td(トローランド)で表している。この単位は網膜上における光の人にとっての強度に対応するものである。すなわち、単位tdは、瞳孔面積(mm2)×輝度(cd/m2)に相当する。なお、1000tdは40カンデラ毎平方メートル程度に相当する。
【0020】
図1の各シンボルを通る曲線は、各平均輝度強度でのちらつきが知覚される境界条件を表す。境界線より下の領域(人の時間周波数コントラスト感度以上の領域)がちらつきの知覚される領域である。一方、境界線より上の領域(人の時間周波数コントラスト感度以下の領域)がちらつきの知覚されない領域である。
【0021】
図1に示されているように、人のちらつきに対する感度は、10〜20Hzで最も高くなり(コントラストの変化がわずかでも知覚され易くなり)、それ以上の周波数においては、ちらつきが見えるために必要なコントラストが大きくなる。例えば、平均輝度強度が77tdの場合、50Hz程度でコントラストを100%としてもちらつきは見えなくなり、変動を時間方向で平均化した一定強度の光が呈示されているように見える。
【0022】
この特性を利用し、フィルム映写機では、多くの場合、48Hzの周波数で表示を行い、CRTを用いたテレビ受像機では、60Hzの周波数で表示を行うことでちらつきが感じられないような画像を呈示している。
【0023】
(A−2)変調条件
(A−2−1)表示画面を直接鑑賞する人に対してちらつきを感じさせない変調条件
まず、表示画面を直接鑑賞してもちらつきが知覚されない変調条件を求める。ここでは変調方法の基本条件を求めるため、一様な強度を呈示した表示画面に正弦波状の変調を与える場合について説明する。すなわち表示画面に一定周期の強度変調を加える場合について説明する。
【0024】
このとき強度変調が施された表示画面の各時点における光量は、以下の関数F(f、t)により表すことができる。
F(f、t)=A(1−α)+αAcos(2πft)   (1)
なお、Aは定数、fは変調を加える周波数、αはコントラスト(0≦α≦1)、tは時間である。
【0025】
ここで(1)式の右辺第1項は、表示画面の平均強度を表しており、右辺第2項はこれに加えられる時間変調成分を表している。従って、時間変調の振幅(すなわちαA)を、表示画像の輝度から算出される人の時間周波数コントラスト感度において時間変調の周波数fでちらつきが見えない振幅以下の値に設定すると、(A−1)項において説明したように、人には表示画面上のちらつきが知覚されなくなる。すなわち、人には、表示画面上にA・(1−α)で与えられる一定強度の光のみが呈示されているように知覚される。
【0026】
例えば、映画館での上映にかかる変調方式を適用する場合(フィルム画像の最大輝度に相当する40カンデラ毎平方メートル(1000td程度に相当)の全面白色画面が24フレーム/秒で表示されている場合)であれば、スクリーン上に投影される表示画像に時間周波数f=72Hz、コントラストα=20%の強度変調を行えば良い。
【0027】
強度変調には様々な方法が考えられるが、例えば、正弦波状の濃度変化を持つ回転フィルタを投射型の表示装置(いわゆるプロジェクタ)の投影レンズの前方で(すなわち投影光路上で)回転させること等により実現できる。
【0028】
ここで時間周波数72Hz、コントラスト20%の正弦波は、人の時間周波数コントラスト感度以下の周波数と振幅条件であるため、スクリーン上に投影された表示画像を鑑賞している人にちらつき感を与えることはない。
【0029】
なおこの方法では、回転フィルタの存在により平均輝度がA(1−α)(すなわち、40×(1−0.2))というように本来の光量Aの80%に低下する。従って、当該低下割合(1−α)の逆数を予め本来の画像強度に乗算しておけば、すなわち表示画面の最大輝度を予め50カンデラ毎平方メートルに補正しておけば、回転フィルタによって光量が低下したとしてもスクリーン上に投影される表示画面の画像強度を本来の明るさ(40カンデラ毎平方メートル)に一致させることができる。
【0030】
なお、当該機能は、画像輝度補正手段によって実現できる。因みに画像輝度補正手段は、入力される又は保持するコントラスト情報を基に前述の低下割合を演算して光源の輝度を補正しても良いし、入力される又は保持する低下割合を基に光源の輝度を補正しても良い。
【0031】
以上のように、鑑賞者にちらつきを感じさせることなく表示画面に強度変調を行う方法は、表示画面全体が同じ平均輝度強度の場合(全面白色画面の場合)だけではなく、画面位置ごとに平均輝度強度が異なるような一般の画像にも適用可能である。
【0032】
ここでの強度変調は、必ずしも画面全体について同時に行う必要はない。例えば、表示画面上の位置(空間位置)ごとに強度変調の位相を変えても良い。また例えば、表示画面上の位置(空間位置)ごとに異なる強度変調(振幅と周波数の組み合わせが異なる)を行っても良い。このようにしても、表示画面の鑑賞者にはちらつきを感じさせずに、強度変調情報を多重させることができる。なお、言うまでもないが、このような変調方法は、次項の条件を満たす強度変調を表示画面に行う場合も同様である。
【0033】
なお、ここで想定する表示画面の最大輝度は各映像場面ごとに設定することも可能である。すなわち、最大輝度が低い映像場面では、これに応じた強度変調(振幅と周波数の組み合わせ)を行い、一方、最大輝度が高い映像場面では、これに応じた強度変調(振幅と周波数の組み合わせ)を行うこともできる。
【0034】
もっとも、図1に示すように表示画面上の輝度の変化に対してコントラスト閾値はそれほど多く変化しない。例えば、平均輝度強度を850tdから77tdに変化させても、対応するコントラスト感度曲線はシンボル○で表される特性曲線からシンボル△で表される特性曲線程度しか移動しない。しかもコントラスト感度は平均輝度強度が高いほど厳しい。従って実用上は、映像場面全体を通しての最大輝度(全面白色画面)に合わせて変調条件を定めておけば十分である。
【0035】
なお以上では、強度変調に正弦波状の変調波を用いる場合について説明したが、矩形波のような他の変調波(合成波)により表示画面の光量を強度変調しても良い。この場合には、使用する変調波(合成波)をフーリエ変換等して得られる各正弦波成分のそれぞれが前述の条件を満たしていれば良い。すなわち、各正弦波成分の各周波数での振幅が前述の条件を満たせば良い。
【0036】
また、以上では、各正弦波の振幅に下限を設けなかったが、好ましくは人の明暗知覚の増分閾以上に設定すれば良い。これはどちらかと言うと、撮像装置に表示画面上の明暗変化を記録させるための条件である。
【0037】
なお、人の明暗知覚の増分閾とは、ある背景光中で指標を観視する場合に、指標と背景光との間に明暗差が知覚される最小の輝度差のことである。このように明暗知覚の増分閾は、本来輝度が一定の状態(静止状態)で明暗差が知覚されるための条件であり、前述のように強度変調時(動状態)で明暗差が知覚される条件ではない。実際、強度変調時にはコントラストαが100%でも、所定の条件を満たせば、人は明暗変化を知覚できない。
【0038】
ここで、正弦波の振幅の下限値を、表示画面の輝度に対する人の明暗知覚の増分閾以上とするのは、ビデオカメラが光の強度の違いを見分ける感度と人の明暗知覚の増分閾とはあまり違わないからである。すなわち、強度変調の振幅が人の明暗知覚の増分閾以上であれば、ビデオカメラに対して確実に明暗差を記録させることができるのである。
【0039】
もっとも、不正な撮像行為に想定されるビデオカメラの光の強度差に対する感度が、人の明暗知覚の増分閾よりも高い場合には(より小さい明暗差を検出可能な場合には)、かかる下限条件は理論的には、当該ビデオカメラの特性値を基に定めれば良い。
【0040】
(A−2−2)撮影された記録画面上に鑑賞を妨げる明暗変化を出現させる方法
続いて、記録画面上に明暗変化を出現させるために必要な条件を説明する。
【0041】
ビデオカメラ等の撮影機器においては、一定周期毎に画像を記録する手法が用いられる。例えば、NTSC方式のビデオカメラでは、60Hzの周期で画像が記録され、また、PAL方式では50Hzの周期で画像が記録される。また、撮影される画像は、撮影機器の1フレーム毎のシャッター開口時間中に撮影素子に入力した光量を積分したものとなる。
【0042】
従って、強度変調の加えられた表示画面(前述の関数F(f、t)で表現される光量変化を有する画面)を撮像する場合における各フレーム画像の記録強度の積分値は、次の積分式として表すことができる。
【0043】
【数1】
Figure 2004015742
【0044】
なお、R(Nr)はNrフレームでの記録強度、Nrは撮影カメラフレーム数(Nr=0,1,2,/…)である。F(f、t)は、時刻tにおける光量を加えた表示画面の記録強度である。Srは撮影カメラのサンプリングレート、Trは撮影カメラのシャッタースピードである。
【0045】
さて、この(2)式に前述の(1)式を代入すると、次の(3)式が得られる。
【0046】
【数2】
Figure 2004015742
【0047】
ここで(3)式の第1項は記録画面の平均強度を表しており、第2項はこれに加えられる時間変調成分を表している。(3)式から分かるように、撮影フレーム毎の強度変化の振幅と時間周波数には、強度変調成分(周波数f、コントラストα)とビデオカメラ(撮像装置)の固有成分(サンプリングレートSr、シャッタースピードTr)とで決定される変動が生じることになる。
【0048】
ここで、サンプリングレートSrとシャッタースピードTrは、不正行為に想定される撮影装置から定まる値である。従ってこれらの値が決まれば、後はfとαの値を、R(Nr)の基本周波数の周期と振幅が表示画像の輝度での人の時間周波数コントラスト感度以上となる値に選択すれば良い。
【0049】
この場合、強度変調された表示画像の録画画像は人にちらつきと感じられ、撮影された画像の鑑賞を阻害することができる。
【0050】
かくして、強度変調の時間周波数fとコントラストαとして、前項(А−2−1)と本項(A−2−2)の条件を同時に満たすものを選択すれば、表示画面を直接鑑賞してもちらつきを感じないが、その記録画像を鑑賞するとちらつきを感じさせることができる。
【0051】
なお、不正に撮像された映像の鑑賞を困難にできれば、表示画像の画質は最高水準でなくても良いのであれば(すなわち、ちらつきが知覚されてもそれが鑑賞に支障がない程度であれば良いのであれば)、本項の条件のみを満たし、前項の条件については厳密には満たさない場合も考えられる。
【0052】
以下、具体例により説明する。前項で説明したように強度変調の加えられた表示画像をNTSC方式のビデオカメラを用いて撮像するものとする。図2に、シャッター開口時間を1/60秒とした場合における撮影後の記録強度の変化を示す。なお、このシャッター開口時間は、映画館内で上映される画像の明るさ程度を自動シャッターにより撮像する場合に一般的に用いられる値である。
【0053】
図2は、基本周波数fが12Hz、コントラストαが3%の強度変化がビデオカメラによって記録されていることを表している。撮影された画像(記録画像)の明暗変化は、図1で示した人の時間周波数コントラスト感度より高い領域に位置している。従って、人の目にはちらつきが見え、記録画像の鑑賞の障害となる。すなわち、表示画像を見ている人にはちらつきが感じられないが、その記録画像には人の目にちらつきが知覚される画像となり、妨害の役目を果たしている。
【0054】
なお、かかる妨害効果は、実際に使用される撮像装置のシャッタースピードとサンプリングレートが想定値に一致する場合に最大となるが、撮像時に他のシャッタースピードとサンプリングレートの組み合わせが用いられた場合には、記録画像に現れるちらつき量が減る場合がある。例えば、(3)式においては、f・Trを整数値に設定すると、ちらつきはなくなる。
【0055】
しかし、シャッタースピードとサンプリングレートを細かく制御することは複雑な装置を必要とする。従って、一般的な不法行為については十分である。また加える強度変調の種類(周波数や振幅)を表示中に変更すれば、撮影装置側のシャッタースピードやサンプリングレートに関係なく記録画像にちらつきを発生させることができる。
【0056】
なお、以上では、強度変調に正弦波状の変調波を用いる場合について説明したが、正弦波以外の変調波を用いる場合でも同様の効果を実現できる。なお、この場合には、使用する変調波(合成波)をフーリエ変換等して得られる各正弦波成分の少なくとも1つが本項(A−2−2)の条件と前項(A−2−1)の条件を満たすようにすることで、表示画像を直接鑑賞する人にはちらつきが感じられないが記録画像にはちらつきが現れる強度変調を実現できる。勿論、直接の鑑賞対象となる表示画像に求められる画質が最高水準でない場合には、その範囲で前項(A−2−1)の条件を満たさない場合もあり得る。
【0057】
(A−2−3)変調前後での表示強度の維持
さらに追加的な条件を説明する。ここで説明する条件は鑑賞者による表示画像の鑑賞に違和感を与えないための条件の1つである。所望の妨害効果を実現するために前項までの条件を満たす強度変調を表示画面に加えると、強度変調の周期と表示方式の周期のずれにより、本来呈示したかった表示強度と異なった表示強度が呈示される可能性がある。すなわち、強度変調を掛ける前と掛けた後でフレームの表示強度(光量)が異なってしまう可能性がある。なお、上記表示強度とは、1フレーム期間で平均された輝度を意味している。
【0058】
通常、表示画像の鑑賞者は本来の表示強度を知らないので、強度変調によってどのような違いが生じたかに気づくことはない。しかし、この違いが問題になる可能性もある。例えば、芸術性の高い映像の場合である。
【0059】
このような場合には、表示画像の1フレーム中に呈示される光量が強度変調を加える前と強度変調を加えた後とで一致することが必要となる。このためには、以下の式を成立させる必要がある。
【0060】
【数3】
Figure 2004015742
【0061】
なおI(Np)は、表示装置側でフレーム番号Npに強度変調を加える前の表示強度である。因みにNp=0,1,2…である。またTpは、表示装置側における1フレームの時間である。
【0062】
このように前述の(A−2−1)項の条件と(A−2−2)項の条件に加え、本項(A−2−3)の条件も満たすように強度変調F(f、t)を設計すれば、強度変調をかけない場合の画像と同じ画像を呈示することができる。なお(A−2−1)項で説明した具体例(画像周波数が24Hz、変調前の1フレーム中の光量が一定強度、強度変調に用いる正弦波が72Hz)の場合には、(4)式の条件も満たしている。すなわち、鑑賞者にちらつきを感じさせないだけでなく表示画像そのものにも変化を与えることなく、記録画像の鑑賞にのみ妨害効果を生じさせる強度変調を実現できる。
【0063】
(A−3)色変化に対する視覚特性
本願発明の一つは、人の色変化に対する視覚特性に着目するものである。ここでは色方向に光量を変化させることにより、輝度方向に光量を変化させる場合と同様の効果を実現できることを説明する。
【0064】
例えば、表示画面上の光の強度は同じでも、その周波数分布(色成分)は変化させることで実現できる。例えば、100カンデラ毎平方メートルの赤色光の光と100カンデラ毎平方メートルの緑色光が交互に呈示されるように変調するとき、変調周波数を70Hz程度に設定すると各色が交互に見えるのではなく、混色して見える。つまり直接の鑑賞者には色の変化は見えない。
【0065】
しかし、この画面を撮影機器等を介して60Hzのサンプリングレートで撮影すると、1フレームの間に赤が呈示されている時間と緑が呈示されている時間が異なって記録される。すなわち、より低い(ここでは10Hz程度)周期で表示画面が赤色と緑色に変化する映像を記録させることができる。これが色方向に光量の変化を与えることによる妨害方法となる。
【0066】
以下に具体的に説明する。図3は、色変化に対する人の時間周波数コントラスト感度を示している。図3の場合も、特性曲線の上側領域(コントラスト変化が小さい領域)が人に知覚されない領域であり、特性曲線の下側領域(コントラスト変化が大きい領域)が人に知覚される領域である。
【0067】
なお、図3において●印を結んだ特性曲線は、図4に示すように緑色光(G)と赤色光(R)の輝度和が一定となるように逆位相で変調した場合の特性を表している。因みに図4中のYは黄色を意味し、緑色光(G)と赤色光(R)を混色した場合の一般的な色の見え方を示している。
【0068】
かかる変調の加えられた表示画像を撮像機器等を介して撮像すると、その記録画面には輝度(明暗に相当)の変化は確認されないが、色については赤から緑、緑から赤へと変化するパターンを知覚させることができる。
【0069】
勿論、前述の明暗変化の説明と同様に、各色に加える強度変調の条件(振幅、周波数)は、表示画像を直接鑑賞する場合には図3において色の変化を確認できない領域に属し、撮像機器等を介して撮像すると図3において色の変化を確認できる領域になるようなものを選択的に用いる。
【0070】
また、この場合、混色後の輝度値は人による鑑賞の妨げとならない限り、厳密な意味で変調の前後で一定でなくても良い。勿論、必要に応じて変調の前後で輝度値が一定になるような条件を選べば良い。かかる条件の選定には、前述の(A−2−1)項〜(A−2−3)項と同様に考えば良い。
【0071】
ところで、図3には○印を結んだ特性曲線も表している。この特性曲線は、図5に示すように緑色光(G)と赤色光(R)を同位相で変化させた場合の特性を表している。この場合は、緑色光(G)と赤色光(R)の構成比率が変わらないので、色の変化はなく輝度(明暗)変化のみとなる。すなわち、前述した明暗変化の手法には輝度を変化させる場合だけでなく、色の変化によっても実現できることを意味する。
【0072】
図3に示す2つの特性曲線を比較すると、時間周波数特性が異なることが分かる。図3を見ると、色変化(●印の特性曲線)よりも明暗変化(○印の特性曲線)の方が高周波では人に知覚され易いことが分かる。すなわち、高周波では色変化の方が明暗変化よりも目立ち難いことが分かる。逆に言うと、色方向への光量変化は、明暗方向への光量変化よりも低い周波数で実用的な効果を実現できることを意味する。従って、実用化の観点からは色方向への光量変化の方が容易である。
【0073】
(A−4)他の変調手法
前述のように光量変化は明暗方向であっても色方向であっても本発明で目的とする効果を得ることが可能であるが、その際に加える強度変調は常に一定周期である必要はない。
【0074】
例えば、加える強度変調の時間周波数に特定の意味を対応付ければ、場所、日時などの表示に関する情報を付加することができる。また、強度変調の時間周波数の変更規則(例えば、切り替え順序)に特定の意味を対応付ければ、その変更態様を特定することにより前述の表示に関する情報を付加することもできる。また、コントラスト自体やその変更規則に特定の意味を対応つけることも可能である。
【0075】
かかる情報を付加するためには、例えば、強度変調の種類(時間周波数とコントラストの組)と表示に関する情報とを対応付けた記憶手段を用意し、入力手段から与えられる表示に関する情報に基づいて対応する強度変調の種類を読み出させれば良い。
【0076】
また、表示画像のある部分(空間位置)のみに強度変調を与えるようにしても良い。強度変調を部分的に与えることで、表示を行った場所、日時などの表示に関する情報を付加することも可能である。この場合も前述のような仕組みを採用することにより、表示に関する情報に対応する強度変調の種類を読み出すことができる。
【0077】
一方、強度変調を行うことにより、表示輝度が低下する問題がある。そこで、本願明細書においては、撮影機器等を介さずに表示画像を直接鑑賞しても変調を知覚できないが、撮像機器等を介して撮影された画像を鑑賞すると鑑賞の妨げになるノイズ(本来の表示画像とは独立の光量変化)が知覚されるような変調技術として、以下の条件を満たすように、階調値ごとに変調を行う方法を提案する。
条件1:すべての階調値において、変調後の表示画面での光量強度の範囲が、表示装置の表示可能な最大強度以下とする。
条件2:少なくとも1階調値では、撮像装置等で撮影された各記録フレームの光量強度の時間方向の振幅と周波数が、人の時間周波数コントラスト感度以上の領域(人の視覚特性上ちらつきを知覚する領域)に属する変調を行う。
条件3:すべての階調値での変調は、人の時間周波数コントラスト感度から求まる振幅値以下である、ちらつきを知覚されない領域で行う。
【0078】
上記条件1を満たすことにより、変調を実現するために必要な表示画像の最大輝度は変調前と同じになるため、変調を実現するために、より最大輝度が大きい表示装置を必要としなくなる。
【0079】
つぎに、上記条件2を満たすことにより、少なくとも1階調値では鑑賞の妨げとなるノイズが撮影され、撮影画像の鑑賞を妨害することができる。
【0080】
さらに、上記条件3を満たすことにより、直接の鑑賞者は、変調を知覚することなく、鑑賞を妨害されない。
【0081】
よって、上記条件1〜条件3を満たすことにより、画像信号に光量強度の変調を行っても直接の鑑賞者には知覚されないが、撮像機器等により撮影した画像には、鑑賞の妨害となる光量変化が記録され、かつ、変調を加えることによる表示画像の輝度の低下が発生しない変調方法を実現することができる。
【0082】
ここで、条件1〜条件3を満たす変調により1フレームの画像信号により表される画像の光量強度F(f、t)を算出する方法について以下に示す。
【0083】
上述した(1)式のみで変調を行った場合の画像信号により表される画像の光量強度−階調値特性を図6に示す。なお、αを0.5とし、fを67.5Hzとし、階調数を256階調とする。また、ガンマ補正値を2.2とする。縦軸の画像信号により表される画像の光量強度は、変調前の最大階調での光量強度を1として正規化している。また、実線Aは、変調前の画像信号により表される画像の光量強度と階調値との関係を示している。斜線部分は、各階調での変調後の光量強度が変化する範囲であり、各階調値における光量強度の平均値が実線Aになるように変調されている。また、実線Aよりも上方の領域Bは、変調前の画像信号により表される画像の光量強度よりも明るく、実線Aよりも下方の領域Cは、変調前の画像信号により表される画像の光量強度よりも暗い。
【0084】
図6に示すように、変調前の画像信号が階調値256(最大)のときに光量強度が表示装置の最大出力(例えば、200カンデラ毎平方メートル)とする。60Hzのフレームレートの撮影装置を用いて撮影を行った場合、前項(A−2−1)の条件と前項(A−2−2)の条件を満たし、撮影画像のみにちらつきを与えることができる。変調後の画像信号により表される画像の光量強度は、階調値256のとき100カンデラ毎平方メートルから300カンデラ毎平方メートルの範囲で光量強度を変調して出力する必要がある。このような場合には、300カンデラ毎平方メートルまで光量強度を出力できる表示装置を用いる必要がある。つまり、画像信号を表示するのに必要となる光量強度の1.5倍の出力を持った表示装置を使用する必要があり、通常の表示装置よりも高価なものが必要となる。
【0085】
また、上述例の場合、300カンデラ毎平方メートルまで光量強度を出力できる表示装置を用いない場合には、画像信号により表される画像の光量強度−階調値特性は、図7に示すようになり、画像信号の階調値カーブが変調前の画像信号の階調値カーブと異なってしまう。変調後の画像信号の階調値カーブが変調後の画像信号の階調値カーブと異なると、鑑賞者に提供する映像信号の品質が低下してしまう恐れがある。
【0086】
条件1〜3を満たす変調方式は様々考えられるが、例えば、(Amax−A)>αAのときには、光量強度F(f、t)を(1)式で算出し、(Amax−A)≦αAのときには、
F(f、t)=A+(Amax−A)・cos(2πft)   (5)
を用いて算出する方式がある。なお、変調前の1フレームの画像信号により表される画像の光量強度をAとし、当該光量変調装置の最大光量強度をAmaxとし、光量強度に変調を加える周波数をfとし、コントラストをα(0≦α≦1)とし、時間をtとする。図8に画像信号により表される画像の光量強度−階調値特性を示す。
【0087】
図6では、(1)式のみを用いて、単に画像信号により表される画像の光量強度を全階調に対して同一の正弦波状の変調を行っていたが、図8では、(1)式と(5)式とを用いて、画像信号により表される画像の光量強度を階調値ごとに振幅の異なる正弦波状の変調を行っており、かつ、変調前の最大階調値における光量強度を越えない変調を行っている。また、画像信号により表される画像の光量強度は、変調前の最大階調値での光量強度を1として正規化しており、変調後の振幅はすべての階調値において光量強度が1以下となっている。このことにより、上記条件1を満たしている。
【0088】
また、高階調値では与える変調の振幅が小さくなるため、全階調に同一の変調を与えていた変調と比較して、画像の高階調を持つ部分での撮影される妨害となる光量の変化量は弱まる。しかし、図8の例では、画像の階調値212以下の階調値では、撮影される妨害となる光量の変化量は同一である。このことにより上記条件2を満たしている。例えば、階調値210において撮影される妨害となる光量の変化量は前項(A−2−2)を満たしている。通常の画像には、高階調値以外の階調値も多く含まれているため、十分に撮影画像の鑑賞を妨害することができる。また、表示画像の内容ごとに妨害の発生位置が変化するため、変化するものに敏感であるという人間の視覚特性を鑑みると、より妨害効果が高まることも期待できる。
【0089】
さらに、全階調値に同一の変調を与えていた図6の変調では、すべての階調値の変調において条件3を満たしているが、図8の変調方式では、さらに振幅を小さく、つまり人間により知覚されにくい条件としており、すべての階調値において直接の鑑賞者には変調はみえない。このことにより、上記条件3を満たしている。
【0090】
(B)具体的な実施形態例
続いて、前述した基本原理を応用した実施形態例を説明する。
【0091】
表示画像に強度変調を付与するシステムには大きく分けて2つの種類がある。1つはスクリーン上に映像を投射する方式の表示装置を用いるシステムである。もう1つは直視型の表示装置を用いる方式のシステムである。
【0092】
なお、いずれのシステムの場合にも、表示装置と鑑賞者の間の光路上において強度変調を加える方法(光源からの出力時点では出力光に強度変調が施されていない方法)と、光源自体又はその駆動信号に強度変調を加えて光源からの出力時点で出力光に強度変調が施されている方法と、画像信号に強度変調を加える方法とが考えられる。勿論、強度変調には明暗方向に対するものと、色方向に対するものとがある。
【0093】
(B−1)投影型のシステム例
(a)第1の構成例
スクリーン上の表示画像の直接の鑑賞には妨げとならないが、これを撮影した記録画像には本来の表示画像とは独立の光量変化が出現するように表示画像に変調を加え、かつ表示画像の最大輝度を維持するシステムとして、スクリーン上に表示画像を投影する投射型の表示装置と、表示装置の画像信号を制御し、画像の階調値ごとに時間方向に周期性をもった変調を行う機構を有する光量変調装置とを備える表示システムを提供する。
【0094】
(a−1)具体例1
図9に当該システムの第1の具体例を示す。図9のシステムは、表示装置10に入力される画像信号S1に変調を加える方式に関するものである。
【0095】
図9に示すように、当該システム2は、表示装置10と、画像信号変調装置11とを備え、表示装置10の出力信号をスクリーン12に出力する。なお、図9においては画像信号変調装置11を表示装置10の外部に配置しているが、表示装置10の内部に設けても良い。また、ここでの表示装置10は、非自発光型ディスプレイでも自発光型ディスプレイでも良い。
【0096】
画像信号S1に強度変調を加える方法としては様々な方法が考えられるが、ここでは同一フレームから光量強度を異にする同一フレームを複数生成し、これらを1フレーム表示期間中に出力する方法を採用する。なお、1フレームは、表示単位の意味で使用することとする。
【0097】
図10に、当該方法を実行する画像信号変調装置11の構成例を示す。図10に示す画像信号変調装置11は、メモリ20と、画像変調回路部21と、変調条件記録テーブル22と、画像出力部23とを備える。
【0098】
メモリ20は、入力された画像信号を一時的に保持する手段である。画像変調回路部21は、フレーム同期信号を受け取ってから次のフレーム同期信号を受け取るまでの間に、メモリ20からフレーム画像を複数回(例えば2回)読み出す処理と、読み出されたフレーム画像に所定の光量強度の変調を加える処理とを実行する手段である。勿論、光量強度の変調を施されたフレーム画像は直ちに画像出力部23に出力される。すなわち、1フレーム表示期間中に複数回出力される。
【0099】
ここで、画像変調回路部21は、画像信号の階調値ごとに(A−4)項で述べた条件1〜条件3を満たす画像の強度変調の条件を変調条件記録テーブル22から読み出した上述の処理を実行する。勿論、メモリ20からの読み出し回数も強度変調の条件に基づいて定まる。なお、変調条件記録テーブル22には予め必要な変調条件が格納されているものとする。
【0100】
画像出力部23は、画像変調回路部21の出力である画像信号を入力して表示装置10に出力する手段である。なお、画像変調回路部21から画像出力部23に入力される画像信号は、画像変調回路部21による変調処理後の画像信号である。
【0101】
この結果、表示装置10には表示強度を異にする同一フレーム画像が1フレームの表示期間中に複数入力されることになる。
【0102】
なお、以上の説明では、画像変調回路部21の出力時のフレームレートが入力時のフレームレートの2倍の場合を例に説明したが、出力時のフレームレートは必ずしも入力時のフレームレートの整数倍に限る必要はない。例えば、1.5倍でも良い。この場合には、生成された各フレームの表示期間にバラツキが生じる。また、例えば、あるフレームでは1フレームの表示期間中に2フレーム出力され、あるフレームでは1フレームの表示期間中に3フレーム出力されるという方法を採用しても良い。表示装置10は、画像変調回路部21で1フレームの画像信号からnフレームの画像信号を生成した場合には、通常のフレームレートのn倍で出力することとする。
【0103】
また、1フレームの画像信号を複数のフレームに変換する際には、それぞれのフレームの表示強度を同じにせず、強度差を付けるようにする。勿論、ここでの強度変調は、前述の(A−2)項の変調条件を満たすように定める。かくして表示画像を直接鑑賞しても妨げとならないが、これを撮影した記録画像の鑑賞は妨げることができる。前述の(A−4)項の条件1〜3の変調条件を満たすように定めた場合は、表示輝度を低下させること無く、表示画像を直接鑑賞しても妨げとならないが、これを撮影した記録画像の鑑賞は妨げることができる。
【0104】
ここで、具体例を示す。例えば、画像信号変調装置11は、図11に示すように、同一の1フレームからフレーム画像Aとフレーム画像Bとを読み出す。画像信号変調装置11は、読み出したフレーム画像Aの光量強度を明変調し、表示装置10に出力する。また、画像信号変調装置11は、読み出したフレーム画像Bの光量強度を暗変調し、表示装置10に出力する。表示装置10は、入力されたフレーム画像A及びフレーム画像Bを1フレームの表示期間中に出力するために、2倍のフレームレートで出力する。したがって、直接の鑑賞者は、フレーム画像Aとフレーム画像Bとの平均画像を鑑賞することになる。上記平均画像は、変調前のフレーム画像と同一の画像である。
【0105】
また、メモリ20から読み出した1フレームの画像信号を時間方向に複数のフィールドに分割し、分割したフィールドごとに光量強度を時間方向に変調する方法でもよい。
【0106】
ここで、具体例を示す。例えば、画像信号変調装置11は、図12に示すように、1フレームのフレーム画像を時間方向にフィールドAとフィールドBとに分割する。画像信号変調装置11は、フィールドAの光量強度を明変調し、フィールドBの光量強度を暗変調し、表示装置10に出力する。表示装置10は、入力されたフィールドA及びフィールドBを1フレームの表示期間中に出力する。したがって、直接の鑑賞者は、フィールドAとフィールドBとの平均画像を鑑賞することになる。上記平均画像は、変調前のフレーム画像と同一の画像である。
【0107】
(b)第2の構成例
スクリーン上の表示画像の直接の鑑賞には妨げとならないが、これを撮影した記録画像には本来の表示画像とは独立の光量変化が出現するように表示画像に変調を加えるシステムとして、スクリーン上に表示画像を投影する投射型の表示装置と、表示装置の画像信号を制御する制御装置と、発光点、もしくは、発光面から鑑賞者までの光路上において、本来の表示画像に対し空間位置ごとにことなる時間方向の周期性をもった光量強度の変調を階調値ごとに行う光量変調装置とを備える表示システムを提供する。
【0108】
このシステムは、光源から鑑賞者に達するまでの光路上で光量を変調する方式に関するものである。
【0109】
(b−1)具体例1
図13に当該システムの第1の具体例を示す。図13のシステムは、表示装置33の投影レンズの前方位置において投影光に変調を加える方式に関するものである。
【0110】
図13に示すように、当該システム1は、駆動条件決定装置30と、RAM31と、画像信号変調装置32と、表示装置33と、光量変調装置34と、駆動制御装置35とを備え、光量変調装置34の出力信号をスクリーン36に出力する。
【0111】
駆動条件決定装置30は、画像信号S1から輝度信号、色信号、各原色信号等を検出する。駆動条件決定装置30は、検出した上記信号に基づき、RAM31に出力するための変換値選択信号S1aと、駆動制御装置35に出力するための駆動制御信号S1bとを生成する。
【0112】
RAM31は、画像信号S1を変調し所定の画像信号S2に変換するための変調条件が複数個格納されており、入力された変換値選択信号S1aにより所定の変調条件が選択される。
【0113】
画像信号変調装置32は、画像信号S1を所定の画像信号S2に変換する。画像信号変調装置32は、画像信号S1が入力された際に、RAM31にアクセスし、RAM31で選択されている変換値に応じて、画像信号S1を画像信号S2に変換する。
【0114】
表示装置33は、入力した画像信号S2を画像に変換し、上記画像を光学的に拡大し、スクリーン36に投影する機能を備える。表示装置33の配置方法には、スクリーン36の手前側(鑑賞者側)に配置する方法と、半透明スクリーンの奥側(裏側)に配置する方法とがある。前者はスクリーン表面で反射された反射光を鑑賞者が見る方式であり、フロント・プロジェクション型の表示装置33が使用される。後者は半透明スクリーンを透過した透過光を鑑賞者が見る方式であり、リア・プロジェクション型の表示装置33が使用される。後者の場合には、スクリーン36は当該システムと一体不可分に流通する場合が多いと考えられる。
【0115】
この種の表示装置33は、映像信号を処理する信号処理手段と、光源と、表示画像をスクリーン36に投影するための光学系とを有している。なお、表示装置33には、既存技術の組み合わせに応じて様々な製品が存在する。
【0116】
例えば、表示装置33には、フィルム映写機、CRT方式プロジェクタ(Cathode−ray Tube Projector)、液晶ディスプレイプロジェクタ(Liquid Crystal Display Projector)、LED方式プロジェクタ(Light Emitting Diode DisplayProjector)、PDP(Plasma Display Panel)方式プロジェクタ、DLP方式プロジェクタ(Digital Light Processing Projector)、FED方式プロジェクタ(Field Emission Display Projector)、ILA方式プロジェクタ(Image LightAmplifier Projector)などを用い得る。なおDLP方式プロジェクタは、DMD(Digital Micromirror Device)素子を画像生成素子に使用するプロジェクタである。
【0117】
光量変調装置34は、表示装置33から出力された投影光(表示画像)の光量に強度変調を加えるための手段である。このためには、光量変調装置34が、表示装置33からスクリーン36に投影される投影光の光量を増減制御できる機構を有していれば良い。かかる機構を具体的に実現する光量変調装置34の光量変調素子には、空間位置毎に異なる変調を行うことのできるシャッター素子(機械式シャッター、液晶シャッター)、偏向素子(偏向フィルタ)などを用いることもできる。いずれの素子を用いる場合にも光量の強度変調が可能である。
【0118】
なお図13においては、光量変調装置34を投影レンズの直後に配置しているが、光量変調装置34の配置位置は、光源から出力された映像光が鑑賞者に達するまでの光路上にあれば良いので、光源の直後の位置、液晶パネルなどの画像生成素子の前後の位置等でも良い。どのような位置に配置する場合でも、光量の強度変調を加えることが可能であることは明らかである。因みに、図13の場合には、既存の表示装置33に対して簡単に取り付けできるという利点も持つ。
【0119】
駆動制御装置35は、前述の(A−2)項の変調条件を満たすように光量変調装置34を駆動制御する装置である。駆動制御装置35は、駆動条件決定装置30から出力された駆動制御信号S1bに応じて、光量変調装置34を駆動するための駆動信号を生成する。
駆動制御装置35の処理内容は、制御対象である光量変調装置34によっても異なる。光量変調装置34が機械式シャッターや液晶シャッターの場合には、シャッターの開閉を制御することになる。なお、機械式シャッターの場合には、投影光を遮光する部材の移動速度や移動量等を駆動制御装置35によって制御することになる。また、液晶シャッターの場合には、液晶分子の配列の変化を駆動制御装置35によって制御することになる。
【0120】
また、例えば、光量変調装置34として偏向素子(偏向フィルタ)を使用する場合には、駆動制御装置35によって対面する2枚の偏向フィルタの偏向角の関係を制御し、最終的に鑑賞者に知覚される光量に強度変調が加わるようにすれば良い。因みに、2枚の偏向フィルタのうち一方は鑑賞者側に配置されていても良い。すなわち偏向フィルタ付の眼鏡として鑑賞者が装着していても良い。
【0121】
スクリーン36は当該システムの構成要素となることもあれば、ならないこともある。なお、当該システムの各構成要素は同一筐体内に格納されて流通する場合もあれば、別筐体として独立に流通する場合もある。従って、表示装置33と、光量変調装置34と、駆動制御装置35はそれぞれ別筐体に格納され、独立に流通され得るが、本システムの目的からすると、同一の筐体内に格納されることが多いと考えられる。
【0122】
ここで、駆動条件決定装置30の構成と動作について説明する。駆動条件決定装置30は、図14に示すように、画像信号検出部40と、変調条件決定部41と、選択可能条件記録テーブル42と、制御信号発生部43とを備える。画像信号検出部40は、画像信号S1から所定の画像情報を検出し、検出した画像情報を変調条件決定部41に出力する。画像情報には、例えば、表示画面全体の平均輝度値(又は色値)、表示画面のうち特定領域の平均輝度値(又は色値)、表示画像中の光強度分布に対し所定の重み付けを加えた積分値、色の分布等がある。
【0123】
選択可能条件記録テーブル42には、撮像装置等で変調後の画像信号を不正に撮像すると記録画像に前述の視覚効果を生じさせる変調条件の組み合わせが記録されている。上記変調条件は、例えば、光量変調装置34で実現する変調の各階調ごとの振幅、周波数、波形及び画像信号S1を表示装置33に入力される画像信号S2に変換するための各階調値ごとの変換値等である。
【0124】
変調条件決定部41は、入力された画像情報に基づき上記選択可能条件記録テーブル42にアクセスし、所定の変調条件の組み合わせを決定する。変調条件決定部41は、決定した変調条件の組み合わせを制御信号発生部43に出力する。制御信号発生部43は、入力された変調条件を具体的な駆動情報に変換する。なお、制御信号発生部43では、光量変調装置34に採用される構成や光量変調装置34を駆動する駆動制御装置35の制御方法に応じた駆動情報を生成する。また、制御信号発生部43は、入力された変調条件を所定の駆動情報に変換するための変換テーブルや変換式等を格納しており、これらに照合することで変換動作を実現する。
【0125】
なお、駆動条件決定装置30は、生成した変換値選択信号S1aをRAM31ではなく画像信号変調装置32に入力してもよい。この場合には、画像信号変調装置32は、入力された変換値選択信号S1aに応じてRAM31から所定の変換値を選択してきて、画像信号S1を画像信号S2に変換する。
【0126】
(B−2)直視型のシステム例
直視型のシステムの場合にも、投射型のシステムと同様の制御手法が考えられる。以下では、投射型のシステムとの相違部分を中心に説明する。
【0127】
(a)第1の構成例
表示画面上の表示画像の直接の鑑賞には妨げとならないが、これを撮影した記録画像には本来の表示画像とは独立の光量変化が出現するように表示画像に変調を加え、かつ表示画像の最大輝度を維持するシステムとして、表示画面上に表示画像を表示する直視型の表示装置と、表示光に作用し、本来の表示画像に対し時間方向に周期性をもった強度変調を階調値ごとに行う光量変調装置とを備える表示システムを提供する。
【0128】
このシステムは、光源から鑑賞者に達するまでの光路上で光量強度を階調値ごとに変調する方式に関するものである。もっとも、この種の表示装置の場合には、表示画面(表示画像が表示される画面)から鑑賞者までの光路上で光量強度の変調が行われる場合が多いと考えられる。
【0129】
(a−1)具体例1
図15に当該システムの第1の具体例を示す。図15は、図9からスクリーン12を除いた構成に対応するものである。勿論、ここで使用する表示装置10に投影光学系は不要である。
【0130】
ここでの表示装置10は非自発光型ディスプレイでも、自発光型ディスプレイでも良い。また、ここでの表示装置10には、ヘッドマウントディスプレイも含まれる。画像信号の変調方法には様々な方法が考えられるが、同一フレームから光量を異にする同一フレームを複数生成し、これらを1フレーム表示期間中に出力する方法を採用する場合には図10に示す構成の画像信号変調装置11を用いれば良い。なお画像信号変調装置11の制御方法に関する記載は、前述の投射型システム例の説明と同様である。
【0131】
(b)第2の構成例
スクリーン上の表示画像の直接の鑑賞には妨げとならないが、これを撮影した記録画像には本来の表示画像とは独立の光量変化が出現するように表示画像に変調を加えるシステムとして、スクリーン上に表示画像を投影する投射型の表示装置と、表示装置の画像信号を制御する制御装置と、発光点、もしくは、発光面から鑑賞者までの光路上において、本来の表示画像に対し空間位置ごとにことなる時間方向の周期性をもった光量強度の変調を階調値ごとに行う光量変調装置とを備える表示システムを提供する。
【0132】
このシステムは、光源から鑑賞者に達するまでの光路上で光量を変調する方式に関するものである。
【0133】
(b−1)具体例1
図16に当該システムの第1の具体例を示す。図16は、図13からスクリーン36を除いた構成に対応するものである。もっとも、ここで使用する表示装置33に投影光学系は不要である。
【0134】
表示装置33には、CRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイ、フラットパネルディスプレイ(例えば、LCDパネル、PDPパネル、FEDディスプレイ(Field Emission Display)、ELディスプレイ(Electro−luminescence Display))その他を用い得る。また、ここでの表示装置33にはヘッドマウントディスプレイも含まれ得る。
【0135】
光量変調装置34には、機械式シャッター、液晶シャッター、偏向素子(偏向フィルタ)その他の光学フィルタを用い得る。なお、図16のように表示装置33の外部に光量変調装置34を配置する場合には、一般に液晶シャッターや光学フィルタを用いる場合が多いと考えられる。また図16の場合、光量変調装置34と表示装置33を独立の装置として表しているが、これらは同一筐体内に一体化されていても良い。
【0136】
また、表示装置33が画像生成素子と光源とで構成される場合には、光源から画像生成素子の間に光量変調装置34を配置しても良い。このようにしても光量強度の変調が行われた表示画像を鑑賞者に知覚させることができる。
【0137】
駆動制御装置35も、図13の駆動制御装置35と同じものを使用すれば良い。勿論、駆動制御装置35の制御手法は光量変調装置34に応じて異なることは前述の通りである。
【0138】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、表示画像の直接の鑑賞には妨げとならないが、これを撮影した記録画像には本来の表示画像とは独立の光量変化を出現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】平均輝度強度ごとの人の時間周波数コントラスト感度特性を示す図である。
【図2】記録画像に現れる記録強度の出現例を示す図である。
【図3】色変化に対する人の時間周波数コントラスト感度特性を示す図である。
【図4】異なる2色にそれらの輝度値の和が一定かつ逆相となるように強度変調を加える場合の例を示す図である。
【図5】異なる2色に同位相となるように強度変調を加える場合の例を示す図である。
【図6】(1)式のみを適用して変調を行った場合の画像信号により表される画像の光量強度−階調値特性を示す図である。
【図7】変調後の光量強度を表示装置の最大出力に限定した場合の画像信号により表される画像の光量強度−階調値特性を示す図である。
【図8】(1)式及び(5)式を適用して変調を行った場合の画像信号により表される画像の光量強度−階調値特性を示す図である。
【図9】投影型のシステム(画像信号変調型)の構成例を示す図である。
【図10】画像信号変調装置の構成例を示す図である。
【図11】同一の1フレームから2つのフレームを読み出し、光量強度の変調を行う際のフレームの模式図である。
【図12】1フレームを2つのフィールドに分割し、光量強度の変調を行う際のフレームの模式図である。
【図13】投影型のシステム(投影光変調型)の構成例を示す図である。
【図14】駆動条件決定装置の構成例を示す図である。
【図15】直視型のシステム(画像信号変調型)の構成例を示す図である。
【図16】直視型のシステム(表示光変調型)の構成例を示す図である。
【図17】
従来の光量変調装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
10,33 表示装置、11 画像信号変調装置、12,36 スクリーン、20 メモリ、21 画像変調回路部、22 変調条件記録テーブル、23 画像出力部、30 駆動条件決定装置、31 RAM、32 画像信号変調装置、34 光量変調装置、35 駆動制御装置、40 画像信号検出部、41 変調条件決定部、42 選択可能条件記録テーブル、43 制御信号発生部

Claims (44)

  1. 入力された画像信号により表される画像の光量強度を、少なくとも1階調値において、上記画像を直接鑑賞する人の視覚特性上ちらつきを知覚させない領域でかつ、上記画像を撮像した画像を鑑賞した人の視覚特性上ちらつきを知覚させる領域で、階調値ごとに時間方向に変調を行う光量変調手段を備え、
    上記光量変調手段は、各階調値における変調後の画像信号により表される画像の平均光量強度が、変調前の画像信号により表される画像の光量強度と同一となる変調を行うこと
    を特徴とする光量変調装置。
  2. 上記光量変調手段は、
    変調後の画像信号を、表示装置に入力可能な画像信号の最大値以下とすること
    を特徴とする請求項1記載の光量変調装置。
  3. 上記光量変調手段は、
    画像信号を記憶する記憶手段と、
    上記記憶手段から1フレームの画像信号を読み出す読出手段と、
    読み出した1フレームの画像信号により表される画像の光量強度を、少なくとも1階調値において、上記画像を直接鑑賞する人の視覚特性上ちらつきを知覚させない領域でかつ、上記画像を撮像した画像を鑑賞した人の視覚特性上ちらつきを知覚させる領域で、階調値ごとに時間方向に変調を行う変調手段とを備え、
    上記変調手段は、各階調値における変調後の画像信号の平均光量強度が、変調前の画像信号により表される画像の光量強度と同一となる変調を行うこと
    を特徴とする請求項1記載の光量変調装置。
  4. 上記変調手段は、上記読出手段により読み出した1フレームの画像信号を時間方向に複数のフィールドに分割し、上記フィールドごとの光量強度を時間方向に変調すること
    を特徴とする請求項3記載の光量変調装置。
  5. 上記変調手段により変調した画像信号を出力する出力手段をさらに備え、
    上記変調手段は、上記読出手段により読み出した1フレームの画像信号に基づき、同一のフレームを複数生成し、生成したフレームごとに光量強度を時間方向に変調し、上記出力手段は、上記変調後の複数の同一フレームを1フレーム表示期間中に出力すること
    を特徴とする請求項3記載の光量変調装置。
  6. 上記光量変調手段は、階調値の一部又は全部に対して光量強度の変調を行うこと
    を特徴とする請求項1記載の光量変調装置。
  7. 上記光量変調手段は、上記画像信号を空間位置ごとに光量強度の変調を行うこと
    を特徴とする請求項1記載の光量変調装置。
  8. 上記画像信号は輝度信号であり、上記光量変調手段は、上記輝度信号により表される画像の光量強度の変調を行うこと
    を特徴とする請求項1記載の光量変調装置。
  9. 上記光量変調手段は、画像信号により表されるカラー画像の原色のうち、少なくとも1色に対して光量強度の変調を行うこと
    を特徴とする請求項1記載の光量変調装置。
  10. 上記変調手段は、変調前の1フレームの画像信号により表される画像の光量強度をAとし、表示装置に入力可能な画像信号の最大値により表される最大光量強度をAmaxとし、光量強度に変調を加える周波数をfとし、コントラストをα(0≦α≦1)とし、時間をtとしたとき、1フレームの画像信号により表される画像の光量強度F(f、t)を
    F(f、t)=A+αA・cos(2πft) ((Amax−A)>αA)
    F(f、t)=A+(Amax−A)・cos(2πft) ((Amax−A)≦αA)
    に従って変調すること
    を特徴とする請求項3記載の光量変調装置。
  11. 入力された画像信号により表される画像の光量強度を、少なくとも1階調値において、上記画像を直接鑑賞する人の視覚特性上ちらつきを知覚させない領域でかつ、上記画像を撮像した画像を鑑賞した人の視覚特性上ちらつきを知覚させる領域で、階調値ごとに時間方向に変調を行う光量変調装置と、
    上記光量変調装置の出力信号を所定の表示信号に変換し、上記表示信号を表示する表示装置とを備え、
    上記光量変調装置は、上記表示装置の最大光量強度出力の範囲内で、かつ、各階調値における変調後の画像信号により表される画像の平均光量強度が、変調前の画像信号により表される画像の光量強度と同一となる変調を行うこと
    を特徴とする表示システム。
  12. 上記光量変調装置は、
    画像信号を記憶する記憶手段と、
    上記記憶手段から1フレームの画像信号を読み出す読出手段と、
    読み出した1フレームの画像信号により表される画像の光量強度を、少なくとも1階調値において、上記画像を直接鑑賞する人の視覚特性上ちらつきを知覚させない領域でかつ、上記画像を撮像した画像を鑑賞した人の視覚特性上ちらつきを知覚させる領域で、階調値ごとに時間方向に変調を行う変調手段とを備え、
    上記変調手段は、各階調値における変調後の画像信号により表される画像の平均光量強度が、変調前の画像信号により表される画像の光量強度と同一となる変調を行うこと
    を特徴とする請求項11記載の表示システム。
  13. 上記変調手段は、上記読出手段により読み出した1フレームの画像信号を時間方向に複数のフィールドに分割し、上記フィールドごとの光量強度を時間方向に変調すること
    を特徴とする請求項11記載の表示システム。
  14. 上記変調手段により変調した画像信号を出力する出力手段をさらに備え、
    上記変調手段は、上記読出手段により読み出した1フレームの画像信号に基づき、同一のフレームを複数生成し、生成したフレームごとに光量強度を時間方向に変調し、上記出力手段は、上記変調後の複数の同一フレームを1フレーム表示期間中に出力すること
    を特徴とする請求項11記載の表示システム。
  15. 上記光量変調装置は、階調値の一部又は全部に対して光量強度の変調を行うこと
    を特徴とする請求項11記載の表示システム。
  16. 上記画像信号は輝度信号であり、上記光量変調装置は、上記輝度信号により表された画像の光量強度の変調を行うこと
    を特徴とする請求項11記載の表示システム。
  17. 上記光量変調装置は、画像信号により表されたカラー画像の原色のうち、少なくとも1色に対して光量強度の変調を行うこと
    を特徴とする請求項11記載の表示システム。
  18. 上記光量変調装置は、上記画像信号を空間位置ごとに光量強度の変調を行うこと
    を特徴とする請求項11記載の表示システム。
  19. 上記表示装置は、上記光量変調装置により光量変調を行った画像信号をラスタースキャン方式で表示すること
    を特徴とする請求項11記載の表示システム。
  20. 上記表示装置は、上記光量変調装置により光量変調を行った画像信号をX−Yドット・マトリスク方式で表示すること
    を特徴とする請求項11記載の表示システム。
  21. 上記表示装置は、投影型又は直視型の装置であること
    を特徴とする請求項11記載の表示システム。
  22. 上記光量変調装置は、変調前の1フレームの画像信号により表される画像の光量強度をAとし、変調前の画像信号により表される最大光量強度をAmaxとし、光量強度に変調を加える周波数をfとし、コントラストをα(0≦α≦1)とし、時間をtとしたとき、1フレームの画像信号により表される画像の光量強度F(f、t)を
    F(f、t)=A+αA・cos(2πft) ((Amax−A)>αA)
    F(f、t)=A+(Amax−A)・cos(2πft) ((Amax−A)≦αA)
    に従って変調すること
    を特徴とする請求項11記載の表示システム。
  23. 入力された第1の画像信号により表される画像の光量強度を、階調値ごとに時間方向に明変調を行う第1の光量変調手段と、
    上記第1の光量変調手段により光量強度を明変調した第2の画像信号を所定の第3の表示信号に変換して出力する変換出力手段と、
    上記変換出力手段により変換された第3の表示信号により表される画像の光量強度を、少なくとも1階調値において、上記画像を直接鑑賞する人の視覚特性上ちらつきを知覚させない領域でかつ、上記画像を撮像した画像を鑑賞した人の視覚特性上ちらつきを知覚させる領域で、階調値ごとに時間方向に暗変調を行う第2の光量変調手段と、
    上記第1の画像信号から画像情報を検出する検出手段と、
    上記画像情報に基づき決定された変調条件に従って、上記第1の光量変調手段及び上記第2の光量変調手段を制御する制御手段とを備え、
    上記制御手段は、各階調値における上記第2の光量変調手段から出力される第4の表示信号により表される画像の平均光量強度が、上記第1の光量変調手段に入力される際の第1の画像信号により表される画像の光量強度と同一となる制御を行うこと
    を特徴とする光量変調装置。
  24. 上記第1の光量変調手段は、入力された第1の画像信号により表される画像の光量強度を明変調する際の明変調パターンを複数個記憶している記憶手段をさらに備え、
    上記記憶手段は、上記制御手段により決定された変調条件に従って、入力された第1の画像信号により表される画像の光量強度を明変調するための明変調パターンが決定されること
    を特徴とする請求項23記載の光量変調装置。
  25. 上記第2の光量変調手段は、上記第3の表示信号により表される画像を空間位置ごとに光量強度の変調を行うこと
    を特徴とする請求項23記載の光量変調装置。
  26. 上記第1の光量変調手段及び第2の光量変調手段は、階調値の一部又は全部に対して光量強度の変調を行うこと
    を特徴とする請求項23記載の光量変調装置。
  27. 上記第1の画像信号は輝度信号であり、上記第1の光量変調手段及び第2の光量変調手段は、上記輝度信号により表される画像の光量強度の変調を行うこと
    を特徴とする請求項23記載の光量変調装置。
  28. 上記第1の光量変調手段及び第2の光量変調手段は、上記第1の画像信号により表されるカラー画像の原色のうち、少なくとも1色に対して光量強度の変調を行うこと
    を特徴とする請求項23記載の光量変調装置。
  29. 上記変換出力手段は、上記第2の画像信号をラスタースキャン方式の表示信号に変換して出力すること
    を特徴とする請求項23記載の光量変調装置。
  30. 上記変換出力手段は、上記第2の画像信号をX−Yドット・マトリスク方式の表示信号に変換して出力すること
    を特徴とする請求項23記載の光量変調装置。
  31. 入力された第1の画像信号により表される画像の光量強度を、階調値ごとに時間方向に明変調を行う第1の光量変調手段と、
    上記第1の光量変調手段により光量強度を明変調した第2の画像信号を所定の第3の表示信号に変換して出力する変換出力手段と、
    上記変換出力手段により変換された第3の表示信号により表される画像の光量強度を、少なくとも1階調値において、上記画像を直接鑑賞する人の視覚特性上ちらつきを知覚させない領域でかつ、上記画像を撮像した画像を鑑賞した人の視覚特性上ちらつきを知覚させる領域で、階調値ごとに時間方向に暗変調を行う第2の光量変調手段と、
    上記第1の画像信号から画像情報を検出する検出手段と、
    上記画像情報に基づき決定された変調条件に従って、上記第1の光量変調手段及び上記第2の光量変調手段を制御する制御手段とを備える光量変調装置と、
    上記光量変調装置の各階調値における上記第2の光量変調手段から出力される第4の表示信号を表示する表示装置とを備え、
    上記光量変調装置は、第4の表示信号により表される画像の平均光量強度が、上記第1の光量変調手段に入力される際の第1の画像信号により表される画像の光量強度と同一となる制御を行うこと
    を特徴とする表示システム。
  32. 上記第1の光量変調手段は、入力された第1の画像信号により表される画像の光量強度を明変調する際の明変調パターンを複数個記憶している記憶手段をさらに備え、
    上記記憶手段は、上記制御手段により決定された変調条件に従って、入力された第1の画像信号により表される画像の光量強度を明変調するための明変調パターンが決定されること
    を特徴とする請求項31記載の表示システム。
  33. 上記第2の光量変調手段は、上記第3の表示信号により表される画像を空間位置ごとに光量強度の変調を行うこと
    を特徴とする請求項31記載の表示システム。
  34. 上記第1の光量変調手段及び第2の光量変調手段は、階調値の一部又は全部に対して光量強度の変調を行うこと
    を特徴とする請求項31記載の表示システム。
  35. 上記第1の画像信号は輝度信号であり、上記第1の光量変調手段及び第2の光量変調手段は、上記輝度信号により表される画像の光量強度の変調を行うこと
    を特徴とする請求項31記載の表示システム。
  36. 上記第1の光量変調手段及び第2の光量変調手段は、上記第1の画像信号により表されるカラー画像の原色のうち、少なくとも1色に対して光量強度の変調を行うこと
    を特徴とする請求項31記載の表示システム。
  37. 上記変換出力手段は、上記第2の画像信号をラスタースキャン方式の表示信号に変換して出力すること
    を特徴とする請求項31記載の表示システム。
  38. 上記変換出力手段は、上記第2の画像信号をX−Yドット・マトリスク方式の表示信号に変換して出力すること
    を特徴とする請求項31記載の表示システム。
  39. 入力された画像信号により表される画像の光量強度を、少なくとも1階調値において、上記画像を直接鑑賞する人の視覚特性上ちらつきを知覚させない領域でかつ、上記画像を撮像した画像を鑑賞した人の視覚特性上ちらつきを知覚させる領域で、各階調値おける変調後の画像信号の平均光量強度が、変調前の画像信号により表される画像の光量強度と同一となる変調を階調値ごとに時間方向に行うこと
    を特徴とする光量変調方法。
  40. 上記画像信号を記憶し、
    上記記憶した画像信号から1フレームの画像信号を読み出し、
    読み出した1フレームの画像信号により表される画像の光量強度を、少なくとも1階調値において、上記画像を直接鑑賞する人の視覚特性上ちらつきを知覚させない領域でかつ、上記画像を撮像した画像を鑑賞した人の視覚特性上ちらつきを知覚させる領域で、各階調値における変調後の画像信号により表される画像の平均光量強度が、変調前の画像信号により表される画像の光量強度と同一となる変調を階調値ごとに時間方向に行うこと
    を特徴とする請求項37記載の光量変調方法。
  41. 入力された画像信号により表される画像の光量強度を、少なくとも1階調値において、上記画像を直接鑑賞する人の視覚特性上ちらつきを知覚させない領域でかつ、上記画像を撮像した画像を鑑賞した人の視覚特性上ちらつきを知覚させる領域で、各階調値おける変調後の画像信号により表される平均光量強度が、変調前の画像信号の画像信号により表される画像の光量強度と同一となる変調を階調値ごとに時間方向に行い、
    光量強度を変調した画像信号を表示信号に変換し、
    上記表示信号を表示部に表示すること
    を特徴とする光量変調方法。
  42. 上記画像信号を記憶し、
    上記記憶した画像信号から1フレームの画像信号を読み出し、
    読み出した1フレームの画像信号により表される画像の光量強度を、少なくとも1階調値において、上記画像を直接鑑賞する人の視覚特性上ちらつきを知覚させない領域でかつ、上記画像を撮像した画像を鑑賞した人の視覚特性上ちらつきを知覚させる領域で、各階調値における変調後の画像信号により表される画像の平均光量強度が、変調前の画像信号により表される画像の光量強度と同一となる変調を階調値ごとに時間方向に行うこと
    を特徴とする請求項41記載の光量変調方法。
  43. 入力された第1の画像信号から画像情報を検出し、
    上記画像情報に基づき決定された変調条件に従って、上記第1の画像信号により表される画像の光量強度を、階調値ごとに時間方向に明変調を行い、第2の画像信号を生成し、
    上記第2の画像信号を所定の第3の表示信号に変換し、
    上記第3の表示信号により表される画像の光量強度を、上記画像情報に基づき決定された変調条件に従って、少なくとも1階調値において、上記画像を直接鑑賞する人の視覚特性上ちらつきを知覚させない領域でかつ、上記画像を撮像した画像を鑑賞した人の視覚特性上ちらつきを知覚させる領域で、階調値ごとに時間方向に暗変調を行うこと
    を特徴とする光量変調方法
  44. 入力された第1の画像信号から画像情報を検出し、
    上記画像情報に基づき決定された変調条件に従って、上記第1の画像信号により表される画像の光量強度を、階調値ごとに時間方向に明変調を行い、第2の画像信号を生成し、
    上記第2の画像信号を所定の第3の表示信号に変換し、
    上記第3の表示信号により表される画像の光量強度を、上記画像情報に基づき決定された変調条件に従って、少なくとも1階調値において、上記画像を直接鑑賞する人の視覚特性上ちらつきを知覚させない領域でかつ、上記画像を撮像した画像を鑑賞した人の視覚特性上ちらつきを知覚させる領域で、階調値ごとに時間方向に暗変調を行い、第4の表示信号を生成し、
    上記第4の表示信号を表示部に表示すること
    を特徴とする光量変調方法。
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