JP2004228742A

JP2004228742A - 画質評価装置

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Publication number: JP2004228742A
Application number: JP2003012032A
Authority: JP
Inventors: Akio Takeuchi; 章雄竹内
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-01-21
Filing date: 2003-01-21
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】ディスプレイの画質を評価する画質評価装置において、ディスプレイ全般に対応でき、ディスプレイの測定時間短縮を図ることができるようにする。
【解決手段】被検ディスプレイ５１の画面５１ｂに規定の幅の線像を表示させる理想輝度分布の信号を被検ディスプレイに出力する信号発生部３と、被検ディスプレイ５１の画面５１ｂの画像を撮像素子において取得する撮像部５と、線像の規定の長さにわたって、線像に交差する方向の測定輝度分布の情報を画像から抽出する画像処理部７と、測定輝度分布および理想輝度分布に基づいてフーリエ変換して測定周波数分布および理想周波数分布をそれぞれ算出し、これら測定周波数分布および理想周波数分布に基づいて変調伝達関数を算出する演算処理部９と、これら信号発生部３、撮像部５、画像処理部７および演算処理部９を制御する制御部１１とを備えることを特徴とする画質評価装置１を提供する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＣＲＴモニター、液晶ディスプレイ等のディスプレイの画質を評価するための画質評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ディスプレイの画質評価は、人の目による見え方を評価するため、目視によって行われていたが、目視による評価では個人差やヒューマンエラーなどが存在する。このため、近年では図８に示すように、定量的な画質評価を可能とする液晶ディスプレイの画質評価装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この画質評価装置においては、被検ディスプレイ１００の画面に白色ドットを表示させ、対物レンズ１１０およびＣＣＤ１１２により拡大された白色ドットの輝度分布情報を取得する。そして、この輝度分布情報をＡ／Ｄ変換器１１３によりデジタル化して、制御パソコン１１４においてフーリエ変換することにより変調伝達関数（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｔｒａｎｓｆｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎ；以下、ＭＴＦと略称する）が算出される。被検ディスプレイ１００の画質評価は、このＭＴＦにより行われ、このＭＴＦの算出には、被検ディスプレイの画素サイズや画素ピッチが用いられている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３１１６７９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１の画質評価装置においては、画質の評価対象が液晶ディスプレイに限られているため、ＣＲＴモニター等のディスプレイ全般に適用することができないという問題があった。
また、ＭＴＦが画素サイズ、画素ピッチ等の被検ディスプレイ１００の特性値に基づいて算出されるため、これらの情報を予め入手しておく必要があった。さらに、画質評価をするＭＴＦが被検ディスプレイ１００のコントラスト調節や輝度調節の影響を受けるため、輝度レベル毎のＭＴＦを算出する必要があり、被検ディスプレイ１００の測定時間が長くなるという問題があった。
【０００５】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、ディスプレイ全般に対応できると共に、ディスプレイの測定時間の短縮を図ることができる画質評価装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、被検ディスプレイの画面に規定の幅の線像を表示させる理想輝度分布の信号を前記被検ディスプレイに出力する信号発生部と、前記被検ディスプレイの画面の画像を撮像素子において取得する撮像部と、前記線像の規定の長さにわたって、前記線像に交差する方向の測定輝度分布の情報を前記画像から抽出する画像処理部と、測定輝度分布および前記理想輝度分布に基づいてフーリエ変換して測定周波数分布および理想周波数分布をそれぞれ算出し、これら測定周波数分布および理想周波数分布に基づいて変調伝達関数を算出する演算処理部と、これら信号発生部、撮像部、画像処理部および演算処理部を制御する制御部とを備えることを特徴とする画質評価装置を提案している。
【０００７】
この発明に係る画質評価装置によれば、被検ディスプレイの画質評価を行う際には、はじめに、制御部の制御に基づいて信号発生部により被検ディスプレイに線像を表示させて、撮像部により被検ディスプレイの画面の画像を取得する。次いで、画像処理部により線像の規定長さにわたって線像に交差する方向の測定輝度分布を画像から抽出する。そして、演算処理部により、測定輝度分布および理想輝度分布に基づく被検ディスプレイの変調伝達関数を算出する。なお、この変調伝達関数は、線像の規定幅および規定長さにより画定される規定領域毎に算出され、これら複数の変調伝達関数により被検ディスプレイの画面全体の画質評価が行われる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の画質評価装置において、前記演算処理部が、前記測定周波数分布の情報から高周波成分を除去するフィルター機能を備えることを特徴とする画質評価装置を提案している。
この発明に係る画質評価装置によれば、演算処理部によりフーリエ変換して算出された測定周波数分布のうち、目視により判断不能な高周波成分を除去することにより、その後に算出される変調伝達関数の値が、人の目による評価に近似した値となる。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の画質評価装置において、前記信号発生部からの信号により前記被検ディスプレイの画面全体をその出力レベル毎に発光させ、前記撮像部が、前記被検ディスプレイの出力レベル毎に前記画面全体の発光画像を取得し、前記画像処理部が、該発光画像の輝度値情報を抽出し、前記演算処理部が、該輝度値情報と前記出力レベルとの関係からなる前記被検ディスプレイのガンマ特性を求め、該ガンマ特性に基づいて前記測定輝度分布および前記理想輝度分布を測定出力レベル分布および理想出力レベル分布に変換し、これら測定出力レベル分布および理想出力レベル分布をフーリエ変換して変調伝達関数を算出するように構成されていることを特徴とする画質評価装置を提案している。
【００１０】
この発明に係る画質評価装置によれば、予め被検ディスプレイのガンマ特性を求め、このガンマ特性に基づいて理想輝度分布および測定輝度分布を理想出力レベル分布および測定出力レベル分布に変換する。ここで、被検ディスプレイの出力レベルは、被検ディスプレイ画面の輝度値に依存しないため、理想出力レベル分布および測定出力レベル分布により被検ディスプレイの輝度調節やコントラスト調節に依存しない変調伝達関数を算出できる。
すなわち、被検ディスプレイに画面の輝度を調整する輝度調整機構やコントラストを調整するコントラスト調整機構が備えられていても、被検ディスプレイの画質評価に用いられる変調伝達関数の値に影響を与えない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１から図５はこの発明に係る第１の実施形態を示す。この実施の形態に係る画質評価装置は、矩形状の画面を有するＣＲＴモニターや液晶ディスプレイ等の被検ディスプレイに表示される画像の見やすさを評価するためのものである。この画質評価装置１は、図１に示すように、被検ディスプレイ５１の画面に表示させる情報を出力する信号発生部３と、被検ディスプレイ５１の画面の画像を取得するＣＣＤカメラ（撮像部）５と、この画像の輝度分布の情報を抽出する画像処理部７と、画質を評価するための変調伝達関数（以下、ＭＴＦと略す）を算出する演算処理部９と、これら信号発生部３、ＣＣＤカメラ５、画像処理部７および演算処理部９を制御する制御部１１とを備えている。
【００１２】
信号発生部３から出力される情報は、図２（ｂ）に示すように、被検ディスプレイ５１の水平方向（ｘ方向）にわたって破線にて示す矩形状の輝度分布を有する理想輝度分布２１の情報である。信号発生部３は、制御部１１からの制御に基づき、被検ディスプレイ５１の画面の垂直方向に沿って矩形波に応じた規定の幅を有する線像２２ａを表示させる出力を行うものである。なお、この理想輝度分布２１の情報は、演算処理部９においてＭＴＦを算出する際にも用いられる。
【００１３】
ＣＣＤカメラ５は、対物レンズ１３および撮像素子（図示せず）を有するカメラ本体１５を備えており、図２（ａ）に示すように、被検ディスプレイ５１の画面の画像５１ａが、この対物レンズ１３を介してカメラ本体１５の撮像素子に投影される。このＣＣＤカメラ５は、制御部１１の制御に基づき、信号発生部３からの出力により被検ディスプレイ５１に線像２２が表示された後に、被検ディスプレイ５１の画像５１ａを取得するようになっている。
【００１４】
画像処理部７は、制御部１１の制御に基づき、ＣＣＤカメラ５において得られた画像５１ａをデジタル情報に変換し、前述した撮像素子の画素毎に画像５１ａの輝度値情報を取得する。そして、この画像処理部７においては、これら各画素の輝度値情報に基づいて、図２（ａ）の２点鎖線により画定される領域２３に関して図２（ｂ）に示す測定輝度分布２４の情報を抽出する。なお、この領域２３のうち、線像２２に直交する方向（ｘ方向）の寸法は、画像５１ａ、すなわち被検ディスプレイ５１の画面の横幅寸法Ｘであり、線像２２の長手方向に沿う寸法は、撮像素子の画素サイズにより規定されている。また、１つの画像５１ａに関する測定輝度分布２４の情報の数は、撮像素子の画素サイズに依存している。すなわち、撮像素子の画素サイズが小さい程、測定輝度分布２４の情報の数が増加することになる。
【００１５】
この画質評価装置１においては、人間の目による画面の見やすさを評価するＭＴＦの算出を行う前に、演算処理部９において測定輝度分布２４から人間の目により識別不能な高周波成分を除去する。すなわち、演算処理部９は、はじめに制御部１１の制御に基づいて、画像処理部７から測定輝度分布２４の情報を取得し、この測定輝度分布２４をフーリエ変換して、図３に示すように、ｘ方向の空間周波数νに関する測定周波数分布ＳｐｃｔＲ（ν）を算出する。なお、空間周波数νの単位（本／ｍｍ）は、カメラ本体１５の撮像素子の画素サイズおよび画素数から求められるものである。また、この測定周波数分布ＳｐｃｔＲ（ν）は、スペクトル強度（輝度）をν＝０で正規化したものである。
【００１６】
次いで、この測定周波数分布ＳｐｃｔＲ（ν）から人間の目では認識不能な領域の高周波成分を除去する、すなわち、この高周波成分のスペクトル強度（輝度）を０とする。例えば、ν＝２（本／ｍｍ）よりも高い周波数成分を除去した測定周波数分布ＳｐｃｔＲ（ν）を逆フーリエ変換した場合には、図４に示すように、滑らかな曲線により表現された測定輝度分布２５が得られる。この高周波成分の除去は、演算処理部９に内包されているフィルタープログラム（フィルター機能）により実行される。
【００１７】
そして、これら理想輝度分布２１および測定輝度分布２５によりＭＴＦを算出する。すなわち、前述と同様にして理想輝度分布２１をフーリエ変換してｘ方向の空間周波数νに関する理想周波数分布ＳｐｃｔＩ（ν）を算出し、これら測定周波数分布ＳｐｃｔＲ（ν）および理想周波数分布ＳｐｃｔＩ（ν）から、以下の定義式により空間周波数に関するＭＴＦ（ν）を算出する。
【００１８】
【数１】

【００１９】
この数１により得られる空間周波数νに関するＭＴＦ（ν）は、図５に示すように表現され、このＭＴＦ（ν）に基づいて画質評価が行われることになる。なお、図５のグラフにおいては、フィルタープログラムにより測定周波数分布ＳｐｃｔＲ（ν）のうち、ν＝２（本／ｍｍ）よりも高い周波数成分を除去しているため、空間周波数νの範囲が、０≦ν≦２となっている。
なお、このＭＴＦ（ν）は、図２（ａ）に示すように、理想輝度分布２１の矩形波に基づいて規定の幅を有する線像２２ａと領域２３とが交差する規定領域２７における値となる。したがって、被検ディスプレイ５１の画面５１ｂの横幅寸法Ｘに応じた数の線像２２ａを表示させ、表示された線像２２毎に撮像素子の画素サイズに応じた数のＭＴＦ（ν）を測定することにより、被検ディスプレイ５１の画面全体のＭＴＦ（ν）が測定されることになる。
【００２０】
上記のように、この画質評価装置１によれば、ＭＴＦ（ν）が、被検ディスプレイ５１に表示される線像２２に基づいて被検ディスプレイ５１の画面の規定領域２７毎に算出されるため、画素サイズ、画素ピッチ、アパーチュアサイズ等の被検ディスプレイ５１の特性値に左右されない。したがって、ＣＲＴモニター、液晶ディスプレイ等のディスプレイの種類に影響されないＭＴＦ（ν）による画質評価を行うことができる。また、画素サイズ等の情報が不要となるため、容易に、かつ迅速に被検ディスプレイ５１のＭＴＦ（ν）を求めることができる。
さらに、ＭＴＦ（ν）は、演算処理部９において目視により判断不能な高周波成分を除去した測定周波数分布から算出されるため、人の目による評価に近似した画質評価を行うことができる。
【００２１】
次に、図６および図７は、この発明に係る第２の実施形態を示しており、これらの図に示す実施形態は、図１から図５に示す画質評価装置１と構成が同一であるが、ＭＴＦ（ν）の測定方法について異なっている。ここでは、図６および図７において、ＭＴＦ（ν）の測定方法について説明し、図１から図５の構成要素と同一の部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００２２】
すなわち、はじめに、信号発生部３から被検ディスプレイ５１の画面全体を白色に発光させる情報を被検ディスプレイ５１に出力する。なお、この信号発生部３からの情報は、制御部１１の制御に基づいて被検ディスプレイ５１の画面５１ｂを発光させる出力レベルを０〜１００（％）まで順次変更させるものである。
次いで、ＣＣＤカメラ５が、被検ディスプレイ５１の出力レベル毎に画面全体の発光画像を取得し、画像処理部７が、この発光画像の輝度値情報を抽出する。以上により、図６に示すように、被検ディスプレイ５１の出力レベルと輝度値情報との関係からなるガンマ特性３１が求められる。
【００２３】
その後、第１の実施形態と同様にして、信号発生部３から理想輝度分布２１の情報を被検ディスプレイ５１に出力し、被検ディスプレイ５１に線像２２を表示した状態で画像５１ａを取得する。そして、画像処理部７において測定輝度分布２４を取得し、演算処理部９において人間の目により識別不能な高周波成分を除去して、測定輝度分布２５を得る。
【００２４】
この際に取得された測定輝度分布２５は、図７に示すように、演算処理部９においてガンマ特性３１に基づいて測定出力レベル分布３５に変換される。また、信号発生部３から出力される理想輝度分布２１も同様にして理想出力レベル分布３３に変換される。
ＭＴＦ（ν）は、これら理想出力レベル分布３３および測定出力レベル分布３５をフーリエ変換した理想周波数分布ＳｐｅｃｔＩ（ν）およびＳｐｅｃｔＲ（ν）に数１を適用することにより算出される。
【００２５】
上記のように、この画質評価装置１によれば、予め被検ディスプレイ５１のガンマ特性３１を求めておき、このガンマ特性３１に基づいて被検ディスプレイ５１の輝度値に依存しない出力レベルに関するＭＴＦ（ν）を算出できる。ここで、被検ディスプレイ５１の出力レベルは、被検ディスプレイ５１の画面の輝度値に依存しないため、理想出力レベル分布３３および測定出力レベル分布３５により被検ディスプレイ５１の輝度調節やコントラスト調節に依存しないＭＴＦ（ν）を算出できる。
したがって、被検ディスプレイに画面の輝度を調整する輝度調整機構やコントラストを調整するコントラスト調整機構が備えられていても、複数の被検ディスプレイ５１に対して輝度調節やコントラスト調節等の画面調節により測定条件を除外したＭＴＦ（ν）による画質評価を行い、被検ディスプレイ５１同士の画質比較を定量的に行うことができる。
【００２６】
なお、上記の実施の形態において、ガンマ特性３１を取得する際に被検ディスプレイ５１の画面５１ｂ全体を白色に発光させるとしたが、被検ディスプレイ５１がカラー表示可能なものである場合にはこれに限ることはなく、例えば、赤色に発光させるとしてもよい。ただし、複数の被検ディスプレイ５１同士の画質比較を行う場合には、発色させる色は統一することが好ましい。
【００２７】
また、線像２２を表示させた被検ディスプレイ５１の画面全体の画像をＣＣＤカメラ５により取得するとしたが、これに限ることはなく、対物レンズ１３により拡大して、線像２２の一部を含む被検ディスプレイ５１の画面の拡大画像を取得するとしてもよい。ただし、この場合には、演算処理部９において、測定輝度分布２５をフーリエ変換する前に対物レンズ１３の倍率補正を行う必要がある。
また、被検ディスプレイ５１とＣＣＤカメラ５を被検ディスプレイ５１の画面５１ｂに沿って相対的に移動させる必要がある。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、変調伝達関数が、被検ディスプレイに表示される線像に基づいて被検ディスプレイの画面の規定領域毎に算出されるため、画素サイズ、画素ピッチ、アパーチュアサイズ等の被検ディスプレイの特性値に左右されない。したがって、ＣＲＴモニター、液晶ディスプレイ等のディスプレイの種類によらない変調伝達関数による画質評価を行うことができる。また、画素サイズ等の情報が不要となるため、容易に、かつ迅速に被検ディスプレイの変調伝達関数を求めることができる。
【００２９】
また、請求項２に係る発明によれば、演算処理部が、測定周波数分布から高周波成分を除去するフィルター機能を備えているため、変調伝達関数によって人の目による評価に近似した画質評価が可能となる。
【００３０】
また、請求項３に係る発明によれば、予め被検ディスプレイのガンマ特性を求めておき、このガンマ特性に基づいて出力レベルに関する変調伝達関数を測定するため、複数の被検ディスプレイに対して輝度調節やコントラスト調節等の画面調節による測定条件を除外した変調伝達関数による画質評価を行い、被検ディスプレイ同士の画質比較を定量的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１、第２の実施形態に係る画質評価装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の第１の実施形態に係る画質評価装置において、（ａ）は、撮像部により得られた被検ディスプレイの画像を示す図であり、（ｂ）は、画像処理部により得られた被検ディスプレイのｘ方向の測定輝度分布を示すグラフである。
【図３】この発明の第１の実施形態に係る画質評価装置において、図２（ｂ）の測定輝度分布を周波数成分により示すグラフである。
【図４】この発明の第１の実施形態に係る画質評価装置において、高周波成分を除去した後の測定輝度分布を示すグラフである。
【図５】この発明の第１の実施形態に係る画質評価装置において、空間周波数とＭＴＦとの関係を示すグラフである。
【図６】この発明の第１の実施形態に係る画質評価装置において、被検ディスプレイの出力レベルと輝度値情報との関係からなるガンマ特性を示すグラフである。
【図７】この発明の第１の実施形態に係る画質評価装置において、ガンマ特性に基づいて、理想輝度分布および測定輝度分布を理想出力レベル分布および測定出力レベル分布に変換することを説明する図である。
【図８】従来の画質評価装置の一例の全体構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１画質評価装置
３信号発生部
５ＣＣＤカメラ（撮像部）
７画像処理部
９演算処理部
１１制御部
２１理想輝度分布
２２，２２ａ線像
２４，２５測定輝度分布
３１ガンマ特性
３３理想出力レベル分布
３５測定出力レベル分布
５１被検ディスプレイ
５１ａ画像
５１ｂ画面

Claims

被検ディスプレイの画面に規定の幅の線像を表示させる理想輝度分布の信号を前記被検ディスプレイに出力する信号発生部と、
前記被検ディスプレイの画面の画像を撮像素子において取得する撮像部と、
前記線像の規定の長さにわたって、前記線像に交差する方向の測定輝度分布の情報を前記画像から抽出する画像処理部と、
測定輝度分布および前記理想輝度分布に基づいてフーリエ変換して測定周波数分布および理想周波数分布をそれぞれ算出し、これら測定周波数分布および理想周波数分布に基づいて変調伝達関数を算出する演算処理部と、
これら信号発生部、撮像部、画像処理部および演算処理部を制御する制御部とを備えることを特徴とする画質評価装置。
前記演算処理部が、前記測定周波数分布の情報から高周波成分を除去するフィルター機能を備えることを特徴とする請求項１に記載の画質評価装置。
前記信号発生部からの信号により前記被検ディスプレイの画面全体をその出力レベル毎に発光させ、
前記撮像部が、前記被検ディスプレイの出力レベル毎に前記画面全体の発光画像を取得し、
前記画像処理部が、該発光画像の輝度値情報を抽出し、
前記演算処理部が、該輝度値情報と前記出力レベルとの関係からなる前記被検ディスプレイのガンマ特性を求め、該ガンマ特性に基づいて前記測定輝度分布および前記理想輝度分布を測定出力レベル分布および理想出力レベル分布に変換し、これら測定出力レベル分布および理想出力レベル分布をフーリエ変換して変調伝達関数を算出するように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画質評価装置。