JP2006184896A - 画像表示方法及び装置、並びにプロジェクタ - Google Patents

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Abstract

【課題】持続型画像表示装置において、信号処理の負担が増加することを抑止しつつ、表示画像の動きぼけを抑止する。
【解決手段】入力された画像信号のフレーム周波数を増加することによって1つのフレームを複数のサブフレームに分割し、該サブフレーム毎に画像表示を行う画像表示方法であって、上記複数のサブフレームのうち、少なくとも1つの所定サブフレームにおいて画像表示に用いられる画像信号の高周波成分を、他のサブフレームにおいて画像表示に用いられる画像信号と比較して減少させる。
【選択図】図1

Description

本発明は、画像表示方法及び装置、並びにプロジェクタに関するものである。
テレビジョン等の画像表示装置では、フレームごとに画像表示を行っている。例えば、フレーム周波数を60Hzとして、各フレームにおいて物体の画像を少しずつ異なる位置に表示することにより、その物体の移動を内容とする動画を構成することができる。
図5(a)ないし図8(a)は、移動物体の動画における各フレームの表示画像であり、縦軸には時間をとっている。また、図5(b)ないし図8(b)は、その移動物体に視線を追従させた場合の見え方である。
図5は、CRT等の瞬間型画像表示装置の場合である。瞬間型画像表示装置では、図5(a)に示すように、各フレームにおいて移動物体の画像が瞬間的に表示される。そのため、図5(b)に示すように、移動物体に視線を追従させた場合の輪郭の動きぼけ70は小さくなる。
図6は、液晶等の持続型画像表示装置の場合である。持続型画像表示装置では、図6(a)に示すように、各フレームにおいて移動物体の画像が持続的に表示される。この場合、移動物体の輪郭位置72が大きな振幅で周期的に変動し、図6(b)に示すように、移動物体に視線を追従させた場合の輪郭の動きぼけ70が大きくなる。
自然界では、移動物体に視線を追随させた場合には輪郭の動きぼけが小さくなる。したがって、液晶等の持続型画像表示装置においても、図5のような視覚特性の実現が望まれている。
この対策として、持続型画像表示装置においても瞬間型画像表示装置と同様に間欠的に画像表示を行う方法、入力画像信号のフレーム周波数を2倍にし、連続する入力画像信号の間に生成画像信号を挿入して画像表示を行う方法(例えば、特許文献1参照。)が提案されている。
図7は、持続型画像表示装置において間欠的に画像表示を行う場合である。この場合、図7(a)に示すように各フレームに黒表示期間を設ける。これにより、図7(b)に示すように、移動物体の輪郭の動きぼけ70は小さくなる。
図8は、連続する入力画像信号の間に生成画像信号を挿入して画像表示を行う場合である。この場合、図8(a)に示すように、連続する入力画像信号の中間的な生成画像信号を両信号の間に挿入する。これにより、移動物体の輪郭位置72の変動振幅が小さくなり、図8(b)に示すように、移動物体の輪郭の動きぼけ70は小さくなる。
特開2002−351382号公報
しかしながら、持続型画像表示装置において、間欠的に画像表示を行う場合には、黒表示期間が存在するため、従来の持続型画像表示装置より画像が暗くなるという問題がある。
一方、入力画像信号のフレーム周波数を2倍にし、生成画像信号を挿入して画像表示を行う場合には、移動物体の運動を的確に捉え、動きベクトル等を算出して新たな画像信号を生成するため、信号処理の負担が大きくなるという問題がある。しかも、生成された画像に誤差があるとフリッカーが発生するため、新たな画像信号を高精度に生成する必要がある。
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、持続型画像表示装置において、信号処理の負担が増加することを抑止しつつ、表示画像の動きぼけを抑止することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の画像表示方法は、入力された画像信号のフレーム周波数を増加することによって1つのフレームを複数のサブフレームに分割し、該サブフレーム毎に画像表示を行う画像表示方法であって、上記複数のサブフレームのうち、少なくとも1つの所定サブフレームにおいて画像表示に用いられる画像信号の高周波成分を、他のサブフレームにおいて画像表示に用いられる画像信号と比較して減少させることを特徴とする。
また、本発明の画像表示装置は、入力された画像信号のフレーム周波数を増加することによって1つのフレームを複数のサブフレームに分割するフレームコンバータと、該フレームコンバータによって分割されたサブフレーム毎に画像表示を行う表示装置とを備える画像表示装置であって、上記複数のサブフレームのうち、少なくとも1つの所定サブフレームにおいて画像表示に用いられる画像信号の高周波成分を減少させる高周波成分減少手段を備えることを特徴とする。
このような特徴を有する本発明の画像表示方法及び装置によれば、複数のサブフレームのうち、少なくとも1つの所定サブフレームにおいて画像表示に用いられる画像信号の高周波成分が、他のサブフレームにおいて画像表示に用いられる画像信号と比較して減少される。このため、所定サブフレームにおいて表示される画像の輪郭をぼかすことができる。すなわち、複数のフレームを連続して表示した場合には、結果として、輪郭がぼかされた画像が間欠的に表示されることとなる。
人間の脳においては、眼から入射した画像光が輝度成分と色差成分とに分けて処理される。このうち、輝度成分が輪郭や運動の知覚に大きく関与し、色差成分が色や表面テクスチャの知覚に大きく関与すると考えられている。このため、本発明の画像表示方法のように、輪郭がぼかされた画像が間欠的に表示されることによって、黒表示を間欠的に表示した場合と比較して1フレーム全体の輝度低下を抑止しつつ黒表示を間欠表示した場合と同様の効果、すなわち移動物体に視線を追従させた場合の動きぼけを小さくすることができる。また、輪郭がぼかされた画像を表示する場合には、当該サブフレームが属する1フレーム用に入力される画像信号の高周波成分を減少させ、この画像信号を用いて表示すれば良い。このため、表示画像における移動物体の運動を的確に捉え、動きベクトル等を算出して新たな画像信号を生成する必要がないため、信号処理の負担が増加することを抑止することができる。
したがって、本発明の画像表示方法及び装置によれば、持続型画像表示装置において、信号処理の負担が増加することを抑止しつつ、表示画像の動きぼけを抑止することが可能となる。
また、本発明の画像表示方法においては、上記高周波成分の減少量に応じて、上記所定サブフレームと異なるサブフレームにおいて画像表示に用いられる画像信号の高周波成分を増加させるという構成を採用することが好ましい。
上述のように高周波成分を減少させることによって1つのサブフレームにおいて表示される画像の輪郭をぼかした場合には、黒表示を間欠表示した場合程ではないが、若干1フレーム全体における輝度が低下する。このため、高周波成分の減少量に応じて、所定サブフレームと異なるサブフレームにおいて画像表示に用いられる画像信号の高周波成分を増加させることによって、上述の異なるサブフレームにおける画像の輝度が上昇し、1フレーム全体としての輝度の低下を防止することが可能となる。
なお、具体的に、本発明の画像表示方法においては、 上記所定サブフレームにおいて画像表示に用いられる画像信号をローパスフィルタで処理することによって、上記高周波成分を減少させるという構成を採用することができる。
また、本発明の画像表示装置においては、上記高周波成分減少手段によって減少された高周波成分の減少量に応じて、上記所定サブフレームと異なるサブフレームにおいて画像表示装置に用いられる画像信号の高周波成分を増加させる高周波成分増加手段を備えるという構成を採用することができる。
このような構成を採用することによって、上述の異なるサブフレームにおける画像の輝度が上昇し、1フレーム全体としての輝度の低下を防止することが可能となる。
また、具体的には、本発明の画像表示装置においては、上記高周波成分減少手段としてローパスフィルタを用いるという構成を採用することができる。
次に、本発明のプロジェクタは、本発明の画像表示装置を備えることを特徴とする。
本発明の画像表示装置によれば、持続型画像表示装置において、信号処理の負担が増加することを抑止しつつ、表示画像の動きぼけを抑止することが可能となる。このため、本発明のプロジェクタは、優れた表示特性を発揮することが可能となる。
以下、図面を参照して、本発明に係る画像表示方法及び装置、並びにプロジェクタの一実施形態について説明する。
図1は、本実施形態の画像表示装置S1の機能構成を示すブロック図である。この図に示すように、本実施形態の画像表示装置S1は、フレームコンバータ11、ローパスフィルタ12(高周波成分減少手段)、フレームメモリ13、差分検出部14(高周波成分増加手段)、切替回路15、駆動回路16及び液晶パネル17を備えて構成されている。
フレームコンバータ11は、外部から入力される画像信号のフレーム周波数(例えば、60Hz)を2倍(例えば120Hz)にすることによって1つのフレームを2つのサブフレームに分割するものである。なお、以下の説明において、フレームコンバータ11によってフレームコンバートされた画像信号、すなわちフレームコンバータ11から出力される画像信号をオリジナル信号aと称する。
ローパスフィルタ12は、フレームコンバータ11と接続されており、オリジナル信号aの高周波成分を減少させ、この高周波成分が減少されたオリジナル信号aを輪郭除去信号lとして出力するものである。
差分検出部14は、フレームコンバータ11とローパスフィルタ12との各々に接続されており、フレームコンバータ11から入力されるオリジナル信号aとローパスフィルタ12から入力される輪郭除去信号lとの差分を算出し、この算出した差分をオリジナル信号aに加えるものである。なお、以下の説明において、オリジナル信号aと輪郭除去信号lとの差分が加えられたオリジナル信号aを輪郭強調信号bと称する。
フレームメモリ13は、ローパスフィルタ12と接続されており、ローパスフィルタ12から入力される輪郭除去信号lを一定時間記憶した後出力するものである。なお、フレームメモリ13において輪郭除去信号lが記憶される時間は、輪郭除去信号lが切替回路15に入力されるタイミングが、輪郭強調信号bが切替回路15に入力されるタイミングと同期されるように設定される。
切替回路15は、入力される輪郭除去信号lと輪郭強調信号bとを交互に、サブフレーム毎に出力するものである。
駆動回路16は、入力される輪郭除去信号l及び輪郭強調信号bに基づいて液晶パネル17を駆動するための回路であり、液晶パネル17に直接実装された半導体ICチップや、液晶パネル17に導電接続された回路基板に実装された半導体ICチップなどによって構成されている。
なお、液晶パネル17は、駆動回路16によって駆動されることによって、画像を表示するものであり、持続型画像表示装置である。
次に、上述のように構成された本実施形態の画像表示装置S1の動作(画像表示方法)について説明する。
まず、フレームコンバータ11に画像信号が入力されると、画像信号がフレームコンバートされることによって、フレーム周波数が2倍とされたオリジナル信号aが出力される。そして、フレームコンバータ11から出力されたオリジナル信号aは、二手に分岐して出力され、一方のオリジナル信号aがローパスフィルタ12に入力する。
ローパスフィルタ12に入力されたオリジナル信号は、ローパスフィルタ12によって、その高周波成分が減少され、輪郭除去信号lとして出力された後、フレームメモリ13及び差分検出部14に入力する。なお、このように高周波成分が減少された輪郭除去信号lが駆動回路16に入力される場合には、オリジナル信号aが駆動回路16に入力されることによって液晶パネル17に表示される画像より、輪郭がぼやけた画像が液晶パネル17に表示される。
また、他方のオリジナル信号aは、再び二手に分岐され、その一方が差分検出部14に入力する。そして、差分検出部14において、オリジナル信号aと輪郭除去信号lとの差分が検出され、この差分を示す信号がオリジナル信号aに加えられる。そして、差分が加えられたオリジナル信号aは、輪郭強調信号bとして切替回路15に入力する。なお、輪郭強調信号bが駆動回路16に入力される場合には、オリジナル信号aが駆動回路16に入力されることによって液晶パネル17に表示される画像より、輪郭が強調された画像が液晶パネル17に表示される。また、フレームメモリ13に入力された輪郭除去信号lは、フレームメモリ13において記憶された後、上記輪郭強調信号bが切替回路15に入力するタイミングと同期して切替回路15に入力する。
切替回路15に入力した輪郭減少信号l及び輪郭強調信号bは、切替回路15によって、サブフレーム単位で交互に出力され、駆動回路16に入力する。したがって、本実施形態の画像表示装置によれば、液晶パネル17にサブフレーム単位で輪郭がぼやけた画像と輪郭が強調された画像とが交互に表示される。すなわち、図2の波形図に示すように、オリジナル信号aに対して高周波成分が減少された輪郭除去信号lに基づく画像とオリジナル信号aに対して高周波成分(差分)が加えられた輪郭強調信号bに基づく画像とが交互に表示される。このため、複数のフレームを連続的に、液晶パネル17に表示した場合には、所定サブフレーム(切替回路15から輪郭減少信号lが出力される場合)において輪郭がぼやけた画像が表示され、結果として輪郭がぼやけた画像が間欠的に表示されることとなる。
ここで、上述のように、人間の脳においては、眼から入射した画像光が輝度成分と色差成分とに分けて処理されており、このうち、輝度成分が輪郭や運動の知覚に大きく関与し、色差成分が色や表面テクスチャの知覚に大きく関与すると考えられている。このため、本実施形態の画像表示装置及び方法のように、輪郭がぼかされた画像が間欠的に表示されることによって、黒表示を間欠的に表示した場合と比較して1フレーム全体の輝度低下を抑止しつつ黒表示を間欠表示した場合と同様の効果、すなわち移動物体に視線を追従させた場合の動きぼけを小さくすることができる。
また、本実施形態の画像表示装置及び方法においては、オリジナル信号aをローパスフィルタ12において処理することによって輪郭減少信号lを生成し、この輪郭減少信号lを駆動回路16に入力することによって輪郭がぼやけた画像を表示している。このため、表示画像における移動物体の運動を的確に捉え、動きベクトル等を算出して新たな画像信号を生成する必要がないため、従来の画像表示装置と比較して信号処理の負担が増加することを抑止することができる。
したがって、本実施形態の画像表示装置及び方法によれば、持続型画像表示装置において、信号処理の負担が増加することを抑止しつつ、表示画像の動きぼけを抑止することが可能となる。
また、本実施形態の画像表示装置及び方法によれば、差分検出部14によってオリジナル信号aと輪郭減少信号lとの差分(高周波成分の減少量)が検出され、この差分がオリジナル信号aに加えられた輪郭強調信号bが輪郭減少信号lと交互に駆動回路15に入力されている。このため、輪郭がぼやけた画像が表示されるサブフレーム(所定サブフレーム)と異なるサブフレームにおいて輪郭が強調された画像が表示される。
オリジナルの画像に対して輪郭が減少された画像が表示されるということは、画面の輝度が低下するということと等しい。また、オリジナルの画像に対して輪郭が強調された画像が表示されるということは、画面の輝度が増加するということに等しい。このため、輪郭がぼやけた画像を間欠的に表示した場合には、黒表示を間欠的に表示した場合程ではないものの若干の輝度低下が生じる。そこで、本実施形態の画像表示装置及び方法のように、輪郭がぼやけた画像が表示されるサブフレームと異なるサブフレームにおいて輪郭が強調された画像を表示することによって、結果として、1フレーム全体における輝度の低下を防止することが可能となり、より良い表示特性を得ることが可能となる。
なお、輪郭強調信号bによって表示される画像の階調数が液晶パネル17の最大階調数を超える可能性がある。この場合には、表示画像の動きぼけの抑止を最優先にするならば輪郭強調信号bによって表示される画像を最大階調にして表示し、破綻のない画像を最優先にするならば輪郭強調信号bによって表示される画像の階調数が最大階調数以下となるように、オリジナル信号aの高周波成分の減少量を調整し、オリジナル信号aと輪郭減少信号lとの差分を小さくすれば良い。
このような場合切替は、切替スイッチ等を設置し、鑑賞者の好みに応じて鑑賞者自信が切り替えても良いし、画像表示装置の内部において自動で切り替えても良い。
また、より信号処理の負担を減少させるために、図3に示すような構成を採用することもできる。
図3に示す画像表示装置S2は、図1において示した画像表示装置S1が備えていた差分検出部14を備えておらず、切替回路15にオリジナル信号a及び輪郭減少信号lが直接入力される。
このような構成を有する画像表示装置S2によれば、オリジナル信号aに基づく画像と輪郭減少信号lに基づく画面とがサブフレーム単位で交互に表示される。
このような画像表示装置S2によれば、輪郭強調信号bが生成されないため、上述のように、1フレームにおける輝度が若干低下するが、より信号処理の負担を軽減させることが可能となる。
なお、上記実施形態の画像表示装置S1,S2を、例えば3板式のプロジェクタに搭載し、液晶パネル17をライトバルブとして用いた場合には、RGBの各色に対して液晶パネルが設置されるため、フレームコンバータ11、ローパスフィルタ12、フレームメモリ13及び差分検出部14(画像表示装置S1を搭載した場合)の各々が3つずつ必要となる。そして、例えば、外部から画像表示装置に入力される画像信号がYCbCr信号であった場合には、YCbCr信号をRGB信号に変換してから各フレームコンバータに入力することになる。
そこで、外部から画像表示装置に入力される信号がYCbCr信号である場合には、YCbCr信号がRGB信号に変換される前に、YCbCr信号を直接上記実施形態の画像表示装置S1,S2が備えるフレームコンバータ11に入力し、その結果生成された輪郭減少信号lと輪郭強調信号b(画像表示装置S2の場合にはオリジナル信号a)とをRGB信号に変換した後、切替回路によって各液晶パネルが備える駆動回路にR信号、G信号、B信号の各々を振り分ける構成を採用することが好ましい。
このような構成を採用することによって、フレームコンバータ11、ローパスフィルタ12、フレームメモリ13及び差分検出部14(画像表示装置S1を搭載した場合)の各々を1つずつ設置すれば良いため、装置構成を簡素化することが可能となる。
次に、上記実施形態の画像表示装置を備えるプロジェクタについて、図4を参照して説明する。図4は、プロジェクタの要部を示す概略構成図である。このプロジェクタは、上記実施形態の画像表示装置が備える液晶パネル17を、光変調手段822、823、824として備えたものである。
図4において、810は光源、813、814はダイクロイックミラー、815、816、817は反射ミラー、818は入射レンズ、819はリレーレンズ、820は出射レンズ、822、823、824は液晶パネルからなる光変調手段、825はクロスダイクロイックプリズム、826は投射レンズである。光源810は、メタルハライド等のランプ811とランプの光を反射するリフレクタ812とからなる。
ダイクロイックミラー813は、光源810からの白色光に含まれる赤色光を透過させるとともに、青色光と緑色光とを反射する。透過した赤色光は反射ミラー817で反射されて、赤色光用光変調手段822に入射される。また、ダイクロイックミラー813で反射された緑色光は、ダイクロイックミラー814によって反射され、緑色光用光変調手段823に入射される。さらに、ダイクロイックミラー813で反射された青色光は、ダイクロイックミラー814を透過する。青色光に対しては、長い光路による光損失を防ぐため、入射レンズ818、リレーレンズ819および出射レンズ820を含むリレーレンズ系からなる導光手段821が設けられている。この導光手段821を介して、青色光が青色光用光変調手段824に入射される。
各光変調手段により変調された3つの色光は、クロスダイクロイックプリズム825に入射する。このクロスダイクロイックプリズム825は4つの直角プリズムを貼り合わせたものであり、その界面には赤光を反射する誘電体多層膜と青光を反射する誘電体多層膜とがX字状に形成されている。これらの誘電体多層膜により3つの色光が合成されて、カラー画像を表す光が形成される。合成された光は、投射光学系である投射レンズ826によってスクリーン827上に投影され、画像が拡大されて表示される。
ここで、各光変調手段822、823、824は、上記実施形態の画像表示装置が備える液晶パネルによって構成されている。上記実施形態の画像表示装置によれば、信号処理の負担が増加することを抑止しつつ、表示画像の動きぼけを抑止することが可能となる。したがって、本プロジェクタは、優れた表示特性を発揮することが可能となる。
なお、光変調手段としては、液晶パネルのほか、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD:登録商標)やLCOS方式のデバイス等を用いることもできる。
また、本発明の画像表示装置は、上述したプロジェクタ等の投射型表示装置以外の、直視型表示装置にも適用することが可能である。例えば、直視型表示装置としては、液晶表示装置だけでなく、有機EL(Electro-Luminescence)装置や無機EL装置、プラズマディスプレイ装置、電気泳動ディスプレイ装置、電子放出素子を用いた表示装置(Field Emission Display 及び Surface-Conduction Electron-Emitter Display 等)などの発光装置等を挙げることができる。
このような直視型表示装置を備えた電子機器の具体例として、携帯電話を挙げることができる。また、その他の電子機器として、たとえばICカード、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ、ヘッドマウントディスプレイ、さらに表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型TV、DSP装置、PDA、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイ等が挙げられる。
なお、本発明の技術的範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、各実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、上記実施形態においては、入力された画像信号のフレーム周波数をフレームコンバータ11によって2倍にすることによって1つのフレームを2つのサブフレームに分割した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、入力された画像信号のフレーム周波数を3倍以上の整数倍にすることによって1つのフレームを3つ以上のサブフレームに分割しても良い。
さらに、本発明は、フレーム周波数を整数倍にすることには限らず、フレーム周波数を1.5倍にする等、フレーム周波数が増加していれば良い。
本発明の一実施形態である画像表示装置の機能ブロック図である。 輪郭除去信号と輪郭強調信号とを説明するための波形図である。 本発明の一実施形態である画像表示装置の機能ブロック図である。 本発明の一実施形態であるプロジェクタの概略構成図である。 CRT等の瞬間型画像表示の例である。 液晶等の持続型画像表示の例である。 間欠的な画像表示の例である。 連続する入力画像信号の間に生成画像信号を挿入して行う画像表示の例である。
符号の説明
11……フレームコンバータ、12……ローパスフィルタ(高周波成分減少手段)、13……フレームメモリ、14……差分検出部(高周波成分増加手段)、15……切替回路、16……駆動回路、17……液晶パネル、S1,S2……画像表示装置


Claims (7)

  1. 入力された画像信号のフレーム周波数を増加することによって1つのフレームを複数のサブフレームに分割し、該サブフレーム毎に画像表示を行う画像表示方法であって、
    前記複数のサブフレームのうち、少なくとも1つの所定サブフレームにおいて画像表示に用いられる画像信号の高周波成分を、他のサブフレームにおいて画像表示に用いられる画像信号と比較して減少させることを特徴とする画像表示方法。
  2. 前記高周波成分の減少量に応じて、前記所定サブフレームと異なるサブフレームにおいて画像表示に用いられる画像信号の高周波成分を増加させることを特徴とする請求項1記載の画像表示方法。
  3. 前記所定サブフレームにおいて画像表示に用いられる画像信号をローパスフィルタで処理することによって、前記高周波成分を減少させることを特徴とする画像表示方法。
  4. 入力された画像信号のフレーム周波数を増加することによって1つのフレームを複数のサブフレームに分割するフレームコンバータと、該フレームコンバータによって分割されたサブフレーム毎に画像表示を行う表示装置とを備える画像表示装置であって、
    前記複数のサブフレームのうち、少なくとも1つの所定サブフレームにおいて画像表示に用いられる画像信号の高周波成分を減少させる高周波成分減少手段を備えることを特徴とする画像表示装置。
  5. 前記高周波成分減少手段によって減少された高周波成分の減少量に応じて、前記所定サブフレームと異なるサブフレームにおいて画像表示装置に用いられる画像信号の高周波成分を増加させる高周波成分増加手段を備えることを特徴とする請求項4記載の画像表示装置。
  6. 前記高周波成分減少手段としてローパスフィルタを用いることを特徴とする請求項4または5記載の画像表示装置。
  7. 請求項4〜6いずれかに記載の画像表示装置を備えることを特徴とするプロジェクタ。



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