JP2009042290A - 画像信号処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示装置の応答速度の問題および視覚特性の問題の双方を低減し得る画像信号処理装置を提供する。
【解決手段】画像信号処理装置1は、遅延部10、動き検出部20、中間フレーム生成部30および出力部40を備える。動き検出部20は、遅延部10から出力される第１フレームの画像データＧ_１および遅延部20に入力される第２フレームの画像データＧ_２に基づいて、第１フレームの画像に対する第２フレームの画像の動きを検出する。中間フレーム生成部30は、第１フレームおよび第２フレームそれぞれの画像データＧ_１，Ｇ_２に基づいて中間フレームの画像データＧ_Ｃを生成する。中間フレームの画像におけるエッジは、第１フレームおよび第２フレームそれぞれの画像におけるエッジの間に位置する。出力部40は、第２フレームの画像データＧ_２の前に中間フレームの画像データＧ_Ｃを挿入して、これらを出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像信号の各フレームの画像データを処理した後に該画像信号を液晶表示装置へ出力する画像信号処理装置に関するものである。

画像表示装置は、インパルス型表示装置とホールド型表示装置とに大別される。インパルス型表示装置の一例として挙げられるＣＲＴ（Cathode Ray Tube）では、電子銃により画面が走査されて電子ビームが到達した画素においてのみ表示がされる。これに対して、ホールド型表示装置の一例として挙げられる液晶表示装置や有機エレクトロルミネセンス表示装置では、画像信号のフレームが一定周期で更新され、或る第１フレームの画像の表示が指示されると、次の第２フレームの画像の表示が指示されるまで第１フレームの画像の表示が保持される。インパルス型表示装置と比較して、ホールド型表示装置は、画像歪みが生じ難い等の様々な特長を有している。

しかし、液晶表示装置は応答が遅いという問題を有している。すなわち、或るフレームの画像の目標表示値が指示されたときから、液晶表示装置における実際の表示値が目標表示値になるまで、時間を要する。その所要時間は、フレームが更新される周期を超える場合がある。したがって、動きが速い動画像が液晶表示装置の画面に表示される場合には、その動画像にボケが生じる場合がある。

このような問題を解決することを意図した技術としてオーバードライブ技術が知られている（特許文献１，２を参照）。オーバードライブ技術は、液晶表示装置の画面における或る画素に着目したとき、或る第１フレームにおける目標表示値に対応する画像データＧ_１に対して、次の第２フレームにおける目標表示値に対応する画像データＧ_２が異なる場合に、この画像データＧ_２を補正して、その補正後の画像データＧ_２'を液晶表示装置に与えるものである。この補正に際して、「Ｇ_１＜Ｇ_２」であるときには「Ｇ_２＜Ｇ_２'」とされ、「Ｇ_１＞Ｇ_２」であるときには「Ｇ_２＞Ｇ_２'」とされる。このように画像信号の各フレームの画像データを処理した後に該画像信号を液晶表示装置へ出力する画像信号処理装置が設けられることで、液晶表示装置における実際の表示値が目標表示値に速く達するようにされる。
特開２００５−０４３８６４号公報 特開２００６−０９１４１２号公報

上記のようなオーバードライブ技術により画像信号の各フレームの画像データが補正されることにより、液晶表示装置の応答が遅いという問題は解消され得る。しかし、液晶表示装置は、ホールド型表示装置であることから、表示される動画を見ている者の視覚特性に因る問題をも有している。すなわち、液晶表示装置では、各フレームの画像の表示が１フレーム相当期間に亘って保持されるのに対して、動画を見ている者の注視点が動画の動きに追従しようとして連続的に移動していくので、これに因り動画像にボケが生じる場合がある。

従来の画像信号処理装置は、液晶表示装置の応答が遅いという問題を解消するためにオーバードライブ技術を採用するものの、表示される動画を見ている者の視覚特性に因る問題を同時に解消することはできない。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、液晶表示装置の応答速度の問題および視覚特性の問題の双方を低減し得る画像信号処理装置を提供することを目的とする。

本発明に係る画像信号処理装置は、画像信号の各フレームの画像データを処理した後に該画像信号を液晶表示装置へ出力する画像信号処理装置であって、(1) 画像信号の各フレームの画像データを入力して、１フレームに相当する期間だけ遅延させて該画像データを出力する遅延部と、(2) 遅延部から出力される第１フレームの画像データおよび遅延部に入力される第２フレームの画像データに基づいて、第１フレームの画像に対する第２フレームの画像の動きを検出する動き検出部と、(3) 動き検出部により第１フレームの画像におけるエッジに対して第２フレームの画像におけるエッジが２画素分以上移動したことが検出された場合に、第１フレームおよび第２フレームそれぞれの画像データに基づいて中間フレームの画像データを生成する中間フレーム生成部と、(4) 第２フレームの画像データの前に中間フレームの画像データを挿入して、これらを順次に液晶表示装置へ出力する出力部と、を備えることを特徴とする。

さらに、本発明に係る画像信号処理装置では、中間フレーム生成部は、(a) 中間フレームの画像におけるエッジを、第１フレームおよび第２フレームそれぞれの画像における互いに対応するエッジの間に位置させ、(b) 第１フレームの画像におけるエッジと第２フレームの画像におけるエッジとの間の画素について第１フレームの画像データより第２フレームの画像データが大きい場合に、中間フレームの画像におけるエッジと第１フレームの画像におけるエッジとの間の画素について第２フレームの画像データより中間フレームの画像データを大きくし、(c) 第１フレームの画像におけるエッジと第２フレームの画像におけるエッジとの間の画素について第１フレームの画像データより第２フレームの画像データが小さい場合に、中間フレームの画像におけるエッジと第１フレームの画像におけるエッジとの間の画素について第２フレームの画像データより中間フレームの画像データを小さくする、ことを特徴とする。

本発明に係る画像信号処理装置では、遅延部から出力される第１フレームの画像データおよび遅延部に入力される第２フレームの画像データは動き検出部に入力されて、第１フレームの画像に対する第２フレームの画像の動きが動き検出部により検出される。この動き検出部により第１フレームの画像におけるエッジに対して第２フレームの画像におけるエッジが２画素分以上移動したことが検出された場合に、中間フレーム生成部において、第１フレームおよび第２フレームそれぞれの画像データに基づいて中間フレームの画像データが生成される。そして、出力部により、第２フレームの画像データの前に中間フレームの画像データが挿入されて、これらが順次に液晶表示装置へ出力される。

中間フレーム生成部において生成される中間フレームの画像におけるエッジは、第１フレームおよび第２フレームそれぞれの画像における互いに対応するエッジの間に位置する。第１フレームの画像におけるエッジと第２フレームの画像におけるエッジとの間の画素について第１フレームの画像データより第２フレームの画像データが大きい場合に、中間フレームの画像におけるエッジと第１フレームの画像におけるエッジとの間の画素について第２フレームの画像データより中間フレームの画像データが大きくされる。逆に、第１フレームの画像におけるエッジと第２フレームの画像におけるエッジとの間の画素について第１フレームの画像データより第２フレームの画像データが小さい場合に、中間フレームの画像におけるエッジと第１フレームの画像におけるエッジとの間の画素について第２フレームの画像データより中間フレームの画像データが小さくされる。

このような中間フレームが中間フレーム生成部により生成され、出力部により、元々の第１フレームと第２フレームとの間に中間フレームの画像データが挿入されて、これらが液晶表示装置へ出力される。液晶表示装置では、これら中間フレームの画像データが挿入された画像信号に基づいて動画が表示される。

本発明に係る画像信号処理装置では、中間フレーム生成部は、中間フレームの画像におけるエッジと第２フレームの画像におけるエッジとの間の画素について、中間フレームの画像データを、第１フレームの画像データと第２フレームの画像データとの間の値とすることが好ましい。

また、本発明に係る画像信号処理装置では、中間フレーム生成部は、動き検出部により第１フレームの画像におけるエッジに対して第２フレームの画像におけるエッジが３画素分以上移動したことが検出された場合に、中間フレームの画像におけるエッジと第１フレームの画像におけるエッジとの間、または、中間フレームの画像におけるエッジと第２フレームの画像におけるエッジとの間において、中間フレームの画像データを多段階に異ならせることが好ましい。

なお、上記の処理は、フレームの全体の画像データに対して行われてもよいが、画面に表示される画像のうち一部の領域のみが動画である場合には、その一部領域に対応する画像データに対してのみ行われてもよい。

本発明に係る画像信号処理装置は、液晶表示装置の応答速度の問題および視覚特性の問題の双方を低減し得る。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る画像信号処理装置１の構成を示す図である。画像信号処理装置１は、画像信号の各フレームの画像データを処理した後に該画像信号を液晶表示装置２へ出力するものであり、遅延部１０、動き検出部２０、中間フレーム生成部３０および出力部４０を備える。なお、カラー画像である場合には、そのうちの１色の画像データについて以下に説明するが、他の色の画像データについても同様である。

遅延部１０は、画像信号の各フレームの画像データを入力して、１フレームに相当する期間だけ遅延させて該画像データを動き検出部２０および中間フレーム生成部３０それぞれへ出力するものであり、フレームメモリを含んで構成される。

動き検出部２０は、遅延部１０から出力される第１フレームの画像データＧ_１および遅延部２０に入力される第２フレームの画像データＧ_２に基づいて、第１フレームの画像に対する第２フレームの画像の動き（方向および距離）を検出して、その検出結果を中間フレーム生成部３０へ出力する。第２フレームは、第１の後に続くフレームである。

この動き検出部２０による動き検出のアルゴリズムとしてマッチング法が用いられる。すなわち、動き検出部２０は、第１フレームの画像のうちの或る領域Ａ_１の画像データが第２フレームの画像のうちの何れかの領域の画像データと一致するか否かを判定し、第２フレームの画像のうちで一致した領域Ａ_２がある場合に、領域Ａ_１から領域Ａ_２への動きの方向および距離を画素単位で検出する。

中間フレーム生成部３０は、動き検出部２０により第１フレームの画像におけるエッジに対して第２フレームの画像におけるエッジが２画素分以上移動したことが検出された場合に、第１フレームおよび第２フレームそれぞれの画像データＧ_１，Ｇ_２に基づいて中間フレームの画像データＧ_Ｃを生成して、この中間フレームの画像データＧ_Ｃを出力部４０へ出力する。この中間フレームの画像におけるエッジは、第１フレームおよび第２フレームそれぞれの画像における互いに対応するエッジの間に位置する。

出力部４０は、第２フレームの画像データＧ_２の前に中間フレームの画像データＧ_Ｃを挿入して、これらを順次に液晶表示装置２へ出力する。

図２および図３それぞれは、本実施形態に係る画像信号処理装置１に含まれる中間フレーム生成部３０により生成される中間フレームの画像データを説明する図である。各図（ａ）〜（ｃ）の横軸は、フレームの画像における或るライン上の画素位置を示す。各図（ａ）は、第１フレームの該ライン上の画像データの分布を示し、各図（ｂ）は、中間フレームの該ライン上の画像データの分布を示し、また、各図（ｃ）は、第２フレームの該ライン上の画像データの分布を示す。

各図（ａ）〜（ｃ）に示されるように、該ライン上の表示画像が右に移動していて、第１フレームの画像におけるエッジＥ_１に対して、第２フレームの画像におけるエッジＥ_２が右にあるとしている。また、中間フレームの画像におけるエッジＥ_Ｃは、第１フレームおよび第２フレームそれぞれの画像における互いに対応するエッジＥ_１，Ｅ_２の間の中間位置にある。

図２に示される例では、同図（ａ）に示されるように、第１フレームの画像において、エッジＥ_１より左側の画素の画像データは、エッジＥ_１より右側の画素の画像データより大きい。また、同図（ｃ）に示されるように、第２フレームの画像においても、エッジＥ_２より左側の画素の画像データは、エッジＥ_２より右側の画素の画像データより大きい。すなわち、第１フレームの画像におけるエッジＥ_１と第２フレームの画像におけるエッジＥ_２との間の画素については、第１フレームの画像データより第２フレームの画像データが大きい。

この場合には、同図（ｂ）に示されるように、中間フレームの画像におけるエッジＥ_Ｃと第１フレームの画像におけるエッジＥ_１との間の画素について、第２フレームの画像データより中間フレームの画像データは大きくされる。また、中間フレームの画像におけるエッジＥ_Ｃと第２フレームの画像におけるエッジＥ_２との間の画素については、中間フレームの画像データは、第１フレームの画像データと第２フレームの画像データとの間の値とされ、第１フレームの画像データと同じ値とされてもよい。

図３に示される例では、同図（ａ）に示されるように、第１フレームの画像において、エッジＥ_１より左側の画素の画像データは、エッジＥ_１より右側の画素の画像データより小さい。また、同図（ｃ）に示されるように、第２フレームの画像においても、エッジＥ_２より左側の画素の画像データは、エッジＥ_２より右側の画素の画像データより小さい。すなわち、第１フレームの画像におけるエッジＥ_１と第２フレームの画像におけるエッジＥ_２との間の画素については、第１フレームの画像データより第２フレームの画像データが小さい。

この場合には、同図（ｂ）に示されるように、中間フレームの画像におけるエッジＥ_Ｃと第１フレームの画像におけるエッジＥ_１との間の画素について、第２フレームの画像データより中間フレームの画像データは小さくされる。また、中間フレームの画像におけるエッジＥ_Ｃと第２フレームの画像におけるエッジＥ_２との間の画素については、中間フレームの画像データは、第１フレームの画像データと第２フレームの画像データとの間の値とされ、第１フレームの画像データと同じ値とされてもよい。

また、動き検出部２０により第１フレームの画像におけるエッジＥ_１に対して第２フレームの画像におけるエッジＥ_２が３画素分以上移動したことが検出された場合には、図２（ｂ）および図３（ｂ）それぞれに示されるように、中間フレームの画像におけるエッジＥ_Ｃと第１フレームの画像におけるエッジＥ_１との間、または、中間フレームの画像におけるエッジＥ_Ｃと第２フレームの画像におけるエッジＥ_２との間において、中間フレームの画像データを多段階に異ならせるのが好ましく、また、画素毎に異ならせるのが好ましい。このとき、エッジＥ_１からエッジＥ_２にかけて、中間フレームの画像データは、ステップ的に減少（図２（ｂ））またはステップ的に増加（図３（ｂ））するのが好ましい。図２（ｂ）および図３（ｂ）それぞれでは、エッジＥ_ＣとエッジＥ_１との間において中間フレームの画像データを２段階とし、エッジＥ_ＣとエッジＥ_２との間において中間フレームの画像データを２段階としている。

図４は、本実施形態に係る画像信号処理装置１から出力されて液晶表示装置２に入力される画像信号の各フレームの画像データを示す図である。同図（ａ）〜（ｇ）の横軸は、フレームの画像における或るライン上の画素位置を示す。同図（ａ），（ｃ），（ｅ），（ｇ）は、画像信号処理装置１に入力される画像信号のうちの連続する４つのフレームＦ_１〜Ｆ_４それぞれの画像データの分布を示す。同図（ｂ），（ｄ），（ｆ）は、画像信号処理装置１に含まれる中間フレーム生成部３０により生成される３つの中間フレームＦ_Ｃ１〜Ｆ_Ｃ３それぞれの画像データの分布を示す。

中間フレームＦ_Ｃ１の画像データは、フレームＦ_１およびフレームＦ_２それぞれの画像データに基づいて、図２で説明した関係を有するものとして中間フレーム生成部３０により生成される。中間フレームＦ_Ｃ２の画像データは、フレームＦ_２およびフレームＦ_３それぞれの画像データに基づいて、図２で説明した関係を有するものとして中間フレーム生成部３０により生成される。また、中間フレームＦ_Ｃ３の画像データは、フレームＦ_３およびフレームＦ_４それぞれの画像データに基づいて、図２で説明した関係を有するものとして中間フレーム生成部３０により生成される。

出力部４０からはフレームＦ_１，Ｆ_Ｃ１，Ｆ_２，Ｆ_Ｃ２，Ｆ_３，Ｆ_Ｃ３，Ｆ_４，・・・の順に画像データが出力されて、この順に液晶表示装置２に入力される。したがって、画像信号処理装置１に入力される画像信号のフレームレートに対して、画像信号処理装置１から出力されて液晶表示装置２に入力される画像信号のフレームレートは２倍の速さとされる。

液晶表示装置２の画面には、入力されたフレームＦ_１，Ｆ_Ｃ１，Ｆ_２，Ｆ_Ｃ２，Ｆ_３，Ｆ_Ｃ３，Ｆ_４，・・・の順に各フレームの画像データに応じた画像が表示される。例えば、フレームＦ_１の画像の表示は、次のフレームＦ_Ｃ１の画像の表示が指示されるまで保持される。次のフレームＦ_Ｃ１の画像の表示は、更に次のフレームＦ_２の画像の表示が指示されるまで保持される。このように、液晶表示装置２の画面には、フレームＦ_１，Ｆ_Ｃ１，Ｆ_２，Ｆ_Ｃ２，Ｆ_３，Ｆ_Ｃ３，Ｆ_４，・・・の各画像が順次に各々１フレーム相当期間に亘って表示される。

中間フレーム生成部３０により生成されて液晶表示装置２に入力される各中間フレームＦ_ＣｎのエッジＥ_Ｃは、その前後のフレームＦ_ｎ，Ｆ_ｎ＋１それぞれのエッジＥ_１，Ｅ_２の間に存在している。また、フレームＦ_ｎ，Ｆ_ｎ＋１それぞれのエッジＥ_１，Ｅ_２の間における中間フレームＦ_Ｃｎの画像データは、画像の動きに関してフレームＦ_ｎ，Ｆ_ｎ＋１の各画像の中間の画像に相当するものに対してオーバードライブ技術を適用したものとなっている。ここで、ｎは任意の整数である。したがって、本実施形態に係る画像信号処理装置１から出力される画像信号が入力される液晶表示装置２においては、実際の表示値が目標表示値に速く達するようになり、応答が遅いという問題が解消され得るとともに、表示される動画を見ている者の視覚特性に因る問題も解消され得る。

本実施形態に係る画像信号処理装置１の構成を示す図である。 本実施形態に係る画像信号処理装置１に含まれる中間フレーム生成部３０により生成される中間フレームの画像データを説明する図である。 本実施形態に係る画像信号処理装置１に含まれる中間フレーム生成部３０により生成される中間フレームの画像データを説明する図である。 本実施形態に係る画像信号処理装置１から出力されて液晶表示装置２に入力される画像信号の各フレームの画像データを示す図である。

符号の説明

１…画像信号処理装置、２…液晶表示装置、１０…遅延部、２０…動き検出部、３０…中間フレーム生成部、４０…出力部。

Claims (3)

1. 画像信号の各フレームの画像データを処理した後に該画像信号を液晶表示装置へ出力する画像信号処理装置であって、
   前記画像信号の各フレームの画像データを入力して、１フレームに相当する期間だけ遅延させて該画像データを出力する遅延部と、
   前記遅延部から出力される第１フレームの画像データおよび前記遅延部に入力される第２フレームの画像データに基づいて、前記第１フレームの画像に対する前記第２フレームの画像の動きを検出する動き検出部と、
   前記動き検出部により前記第１フレームの画像におけるエッジに対して前記第２フレームの画像におけるエッジが２画素分以上移動したことが検出された場合に、前記第１フレームおよび前記第２フレームそれぞれの画像データに基づいて中間フレームの画像データを生成する中間フレーム生成部と、
   前記第２フレームの画像データの前に前記中間フレームの画像データを挿入して、これらを順次に前記液晶表示装置へ出力する出力部と、
   を備え、
   前記中間フレーム生成部が、
   前記中間フレームの画像におけるエッジを、前記第１フレームおよび前記第２フレームそれぞれの画像における互いに対応するエッジの間に位置させ、
   前記第１フレームの画像におけるエッジと前記第２フレームの画像におけるエッジとの間の画素について前記第１フレームの画像データより前記第２フレームの画像データが大きい場合に、前記中間フレームの画像におけるエッジと前記第１フレームの画像におけるエッジとの間の画素について前記第２フレームの画像データより前記中間フレームの画像データを大きくし、
   前記第１フレームの画像におけるエッジと前記第２フレームの画像におけるエッジとの間の画素について前記第１フレームの画像データより前記第２フレームの画像データが小さい場合に、前記中間フレームの画像におけるエッジと前記第１フレームの画像におけるエッジとの間の画素について前記第２フレームの画像データより前記中間フレームの画像データを小さくする、
   ことを特徴とする画像信号処理装置。
2. 前記中間フレーム生成部が、前記中間フレームの画像におけるエッジと前記第２フレームの画像におけるエッジとの間の画素について、前記中間フレームの画像データを、前記第１フレームの画像データと前記第２フレームの画像データとの間の値とする、ことを特徴とする請求項１記載の画像信号処理装置。
3. 前記中間フレーム生成部が、前記動き検出部により前記第１フレームの画像におけるエッジに対して前記第２フレームの画像におけるエッジが３画素分以上移動したことが検出された場合に、前記中間フレームの画像におけるエッジと前記第１フレームの画像におけるエッジとの間、または、前記中間フレームの画像におけるエッジと前記第２フレームの画像におけるエッジとの間において、中間フレームの画像データを多段階に異ならせる、ことを特徴とする請求項１または２に記載の画像信号処理装置。
   

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