JP2009053221A - 画像表示装置及び画像表示方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ホールド型表示方法及びパルス幅変調型表示方法の画像表示装置では、動画を見た際の画像の表示位置と視点の動きのずれにより、動画ぼやけ等の画質劣化が発生する。
【解決手段】外部より受信した画像信号のフレーム周波数は2倍に高められる。受信画像の1フレーム期間に、第1番目に出力される画像信号Cは第1階調補正部8により中間階調が明るく補正され、その高周波成分が補正量生成部10により検出され、加算器11は画像信号Eに高周波補正量Gを加算する。他方で、画像信号Cは第2階調補正部9により中間階調が暗く補正され、減算器12は画像信号Fより高周波補正量Gを減算する。選択部13は画像信号Hを画像表示信号Dとして選択する。上記1フレーム期間中に1/2フレーム分遅延して第2番目に出力される画像信号Cに関しては、選択部13は画像信号Iを画像表示信号Dとして選択する。
【選択図】図2
【解決手段】外部より受信した画像信号のフレーム周波数は2倍に高められる。受信画像の1フレーム期間に、第1番目に出力される画像信号Cは第1階調補正部8により中間階調が明るく補正され、その高周波成分が補正量生成部10により検出され、加算器11は画像信号Eに高周波補正量Gを加算する。他方で、画像信号Cは第2階調補正部9により中間階調が暗く補正され、減算器12は画像信号Fより高周波補正量Gを減算する。選択部13は画像信号Hを画像表示信号Dとして選択する。上記1フレーム期間中に1/2フレーム分遅延して第2番目に出力される画像信号Cに関しては、選択部13は画像信号Iを画像表示信号Dとして選択する。
【選択図】図2
Description
この発明は、フリッカーの発生を抑えつつ動画像のぼやけを改善するための画像表示技術に関する。
LCD(液晶ディスプレイ)、PDP(プラズマディスプレイパネル)、EL(エレクトロルミネッセンス)、又はDMD(デジタルミラーデバイス)等の様にミラーの反射又は光学的な干渉によって離散的に配置されたマトリクス状の画素の画像信号を変調して画像を表示する表示デバイスは、薄型テレビ、プロジェクションテレビの他、プロジェクター及びコンピュータ用のモニター等、様々な画像表示装置に用いられている。
従来から用いられていたCRT方式の画像表示装置は、インパルス型の表示方法を用いた画像表示装置として知られており、動画像の表示特性に優れている一方で、フリッカーが発生すると言う問題点を有していた。
このCRTに対して、LCD又はELディスプレイは、ホールド型表示方式のディスプレイとして呼ばれており、その表示方式に起因する動画像のぼやけが発生すると言う問題点を有している。
又、PDP又はDMDはパルス幅変調型の表示方式を用いたディスプレイとして知られているが、このパルス幅変調方式も、ホールド期間を有しているため、動画像のぼやけを生じさせる。
このような背景の中、ホールド型表示方式に起因する動画像のぼやけを改善するために、ホールド時間を短くする方法が、特許文献1及び特許文献2に提案されている。
確かに、特許文献1及び2に開示されている技術により、動画像のぼやけを改善することが出来る。しかしながら、特許文献1及び2の各々の技術には、以下に記載する課題を有している。
即ち、特許文献1に記載された、補間フレームを生成して高い周波数で画像を表示することでホールド時間を短くする方法は、補間フレームという受信を、或いは、蓄積されていない画像データを生成することになり、動きベクトル等で画像データを予測する際に、その予測を正確に行うためには回路規模が増大することになると言う問題点を内包している。逆に、回路規模の削減化は、補間エラーを発生させて、動画像のぼやけの改善以前に著しい画質の劣化を生じさせてしまう。
他方、特許文献2によれば、1フレームの期間を複数のサブフレーム(例えば2サブフレーム)で構成して、第一のサブフレームを元の画像よりも明るく表示し、第二のサブフレームを元の画像よりも暗く表示する方法によって、例えば画像データが256階調で構成されている場合には、0階調から128階調までは、第一のサブフレームを2倍の階調で表示し、第二のサブフレームを0階調とすることで、ホールド時間を半分にすることが出来る。しかし、上記階調の範囲では、明るい画像と黒の画像とが交互に表示されるため、フリッカーが検知されることになる。特に、第一のサブフレームと第二のサブフレームとの階調差が大きな場合には、フリッカーが検知され易くなる。逆に、このフリッカーを抑えるために第一のサブフレームと第二のサブフレームとの階調差を小さく設定する場合には、動画像のぼやけの改善効果が少なくなると言う問題点がある。
本発明は上記の技術状況に鑑みて成されたものであり、その目的は、フリッカーの発生を抑えるために複数のサブフレームの階調差を小さくした場合であっても、動画像のぼやけを改善することが可能な画像表示技術を提供することにある。
本発明の主題に係る画像表示装置は、受信した画像信号のフレーム周波数をk倍(kは2以上の自然数)に高めて、前記受信画像信号の1フレーム期間中に、前記受信画像信号をk回分出力するフレーム周波数変換部と、前記受信画像信号の前記1フレーム期間中に、前記フレーム周波数変換部より出力されるk回分の画像信号の各々毎に、互いに相違する階調特性に基づく階調補正を順次に行う階調処理部と、前記受信画像信号の前記1フレーム期間中に、前記階調処理部から順次に出力される階調補正済みのk回分の画像信号を表示する画像表示部とを備えたことを特徴とする。
以下、この発明の主題の様々な具体化を、添付図面を基に、その効果・利点と共に、詳述する。
本発明の主題によれば、動画像のぼやけを改善することが出来る。
特に高周波成分補正を行う場合には、フリッカーの発生を抑えると共に、動画像のぼやけを改善することが出来る。
(実施の形態1)
図1は、本実施の形態に係る画像表示装置の構成を模式的に示すブロック図である。図1には、画像表示装置7の他に、画像表示装置7の外部に配置されて、画像表示装置7に表示する画像を発生する画像発生部(例えばVTRやDVDレコーダ)1が記載されている。画像発生部1は、画像表示装置7に対して、電気的に接続されたケーブル上にアナログ又はデジタルの画像信号(時間及び空間に関して離散したデータで構成される画像信号)Aを出力することで、画像信号Aを伝送する。或いは、画像発生部1は、無線電波又は光通信を用いて画像信号Aを画像表示装置7に伝送する。又、画像信号Aに含まれて或いは画像信号Aと共に、水平同期信号及び垂直同期信号(図示せず。)も、画像発生部1から画像表示装置7へ送信されている。尚、図1は、後述する実施の形態1、2及び3に於いても援用される。
図1は、本実施の形態に係る画像表示装置の構成を模式的に示すブロック図である。図1には、画像表示装置7の他に、画像表示装置7の外部に配置されて、画像表示装置7に表示する画像を発生する画像発生部(例えばVTRやDVDレコーダ)1が記載されている。画像発生部1は、画像表示装置7に対して、電気的に接続されたケーブル上にアナログ又はデジタルの画像信号(時間及び空間に関して離散したデータで構成される画像信号)Aを出力することで、画像信号Aを伝送する。或いは、画像発生部1は、無線電波又は光通信を用いて画像信号Aを画像表示装置7に伝送する。又、画像信号Aに含まれて或いは画像信号Aと共に、水平同期信号及び垂直同期信号(図示せず。)も、画像発生部1から画像表示装置7へ送信されている。尚、図1は、後述する実施の形態1、2及び3に於いても援用される。
画像発生部1が出力した画像信号Aは、画像表示装置7の画像受信部2に入力される。画像受信部2は、受信した画像信号Aを、以降の処理で用いられる画像データBに変換する。例えば、画像信号Aがアナログ信号の場合には、画像受信部2はアナログ−デジタル変換を行う一方、画像信号Aがシリアルのデジタル画像信号の場合には、画像受信部2はシリアル−パラレル変換を行って、伝送方式に合わせた処理を行う。又、受信した画像信号Aが輝度と色度とで表されている場合には、画像受信部2は、赤、緑、青等の色信号で構成される画像信号Bへの変換を行っても良い。
画像受信部2から出力された画像信号Bは、フレーム周波数変換部3に入力される。フレーム周波数変換部3は、フレームメモリ4を用いて、画像信号Bから2倍のフレーム周波数を有する画像信号Cを生成し出力する。ここで、フレームメモリ4は、少なくとも2フレーム分の画像データを記憶可能な容量を有する。フレーム周波数変換部3は、このフレームメモリ4に対して画像受信部2から入力された画像信号Bを記憶する一方で、その1フレーム前のフレームメモリ4に記憶されている1フレーム分の画像信号を2倍のフレーム周波数で2回分読み出して、読み出した2回分の上記1フレーム分の画像信号を画像信号Cとして階調処理部5に出力する。
フレーム周波数変換部3から出力された画像信号Cは、階調処理部5に入力される。階調処理部5は、フレーム周波数変換部3でフレームメモリ4から2回分読み出された2つの画像信号(同一の画像信号)の内で、1回目に読み出された画像信号と2回目に読み出された同一の画像信号とに対して互いに異なる階調処理を施し、階調処理された後の画像信号Dを画像表示部6に出力する。
画像表示部6は、階調処理部5より送信されて来る画像信号Dを順次に表示する。
図2は、階調処理部5のより詳細な構成を示すブロック図である。図2に於いて、フレーム周波数変換部3より送信されて来た画像信号Cは、前述の通り、同じフレームに属する2つの同一の画像信号であり、当該2つの画像信号は、画像信号Bのフレーム周波数の2倍のフレーム周波数で以って、階調処理部5に入力される。そして、当該2つの画像信号Cのそれぞれは、共に、第1階調補正部8と第2階調補正部9とに入力される。
第1及び第2階調補正部8、9は、例えばルックアップテーブル又は予め決められた演算式に基づいて、それぞれ、互いに異なる階調特性を有する階調補正を行い、第1階調補正部8から画像信号Eが、第2階調補正部9から画像信号Fが、それぞれ出力される。
ここで、図3は、第1及び第2階調補正部8、9のそれぞれの階調補正特性の一例を示す図である。図3の横軸が入力画像信号の階調を示し、縦軸が出力画像信号の階調を示す。図3に於いて、第1階調補正部8が有する第1階調補正特性は第1ルックアップテーブルLUT1の特性(特に中間の階調での明るさが元の画像の明るさよりも明るい。)に該当し、第2階調補正部9が有する第2階調補正特性は第2ルックアップテーブルLUT2が示す特性(特に中間の階調での明るさが元の画像の明るさよりも暗い。)に該当する。図3に示す通り、第1ルックアップテーブルLUT1を用いた場合には、中間の階調が元の画像の階調よりも明るく補正される。他方、第2ルックアップテーブルLUT2を用いた場合には、中間の階調が元の画像の階調よりも暗く補正される。理想的には、ある入力階調C(t)に対して、第1ルックアップテーブルLUT1の出力階調E(t)と第2ルックアップテーブルLUT2の出力階調F(t)との平均値が当該入力階調C(t)の明るさと同じになる様に、階調補正を行う。
第1階調補正部8から出力された画像信号Eは、高周波補正量生成部10及び加算器11に入力される。
図4は、図2の高周波補正量生成部10の構成例を示すブロック図である。第1階調補正部8より出力された画像信号Eは、高周波補正量生成部10内の高周波成分検出部14に入力される。高周波成分検出部14は、例えば2次微分で表される様なデジタルフィルタを用いて構成されている。そして、高周波成分検出部14は、入力された画像信号Eから、その高周波成分Jを検出して、検出した高周波成分Jを強調量生成部15に出力する。強調量生成部15は、外部から入力される制御信号ENHに基づいて、高周波成分Jの強度を制御して、高周波補正量Gを生成・出力する。
図5(a)、図5(b)及び図5(c)は、高周波補正量生成部10の動作を説明するための図である。それらの内、図5(a)は、画像信号Eの画素位置と当該画像信号Eの階調との関係を示す図である。又、図5(b)は、高周波成分検出部14が出力する画像信号Eの高周波成分Jと画像信号Eの画素位置との関係を示す図である。図5(a)と図5(b)との比較から理解される様に、画像信号Eの階調が変化する前後で、高周波成分Jに関して正と負の出力が現れている。又、図5(c)は、強調量生成部15が出力する高周波補正量Gと画像信号Eの画素位置との関係を示すと共に、高周波補正量Gと制御信号ENHとの関係をも示す図である。図5(c)に示されている様に、強調量生成部15は、高周波補正量Gの波形の高さを、制御信号ENHの値に応じて増減することが出来る。強調量生成部15より出力された高周波補正量Gは、図2の加算器11と減算器12とに入力される。
加算器11は、第1階調補正部8が出力した画像信号Eに高周波補正量Gを加算し、その加算結果を第1画像信号Hとして画像選択部13に出力する。又、減算器12は、第2階調補正部9が出力した画像信号Fから高周波補正量Gを減算し、その減算結果を第2画像信号Iとして画像選択部13に出力する。ここで、加算器11の加算結果及び減算器12の減算結果が画像信号Cの取り得る範囲(例えば、256階調の場合には0〜255の値)を超える場合には、その取り得る範囲内に収まる様に、加算器11の加算結果及び減算器12の減算結果を制限することとしても良い。
図6(a)、図6(b1)、図6(b2)、図6(c)、図6(d1)、図6(d2)、図6(e1)及び図6(e2)は、階調処理部5によって、画像信号Cから第1画像信号H及び第2画像信号Iが生成されるまでの流れを説明するための図である。図6(a)に示す、フレーム周波数変換部3(図1)から出力された各画素位置に於ける画像信号Cは、一方では、第1階調補正部8によって、図6(b1)に示す階調特性に変換されて、画像信号Eとして高周波補正量生成部10及び加算器11(図2)に出力される。他方で、画像信号Cは、第2階調補正部9によって、図6(b2)に示す階調特性に変換されて、画像信号Fとして減算器12(図2)に出力される。図6(c)は、図4の高周波成分検出部14が出力した高周波成分Jを示しており、高周波成分検出部14は、画像信号Eの階調の変化部分より、高周波成分Jを検出する。図6(d1)及び図6(d2)は、図4の強調量生成部15が出力した高周波補正量Gを示す図であり、ここでは、強調量生成部15は、制御信号ENHの値に応じて、その出力値である高周波補正量Gが検出した高周波成分Jよりも小さくなる様に、高周波成分Jを制御している。図6(e1)は、図2の加算器11が画像信号Eと高周波補正量Gとを加算した結果である第1画像信号Hを、階調補正前の画像信号C(破線で示されている。)との比較で以って示す図である。又、図6(e2)は、図2の減算器12が画像信号Fから高周波補正量Gを減算した結果である第2画像信号Iを、階調補正前の画像信号C(破線で示されている。)との比較で以って示す図である。ここでは、第1画像信号Hは階調補正前の画像信号Cよりも中間調以上に於いて明るく補正されている一方、第2画像信号Iは階調補正前の画像信号Cよりも中間調以上に於いて暗く補正されているが、この2つの画像信号H,Iを重ね合わせると、その明るさは、元の画像信号Cと同じ明るさになる。
図7は、フレーム周波数変換部3に入力された画像信号Bと、画像表示部6に入力される画像信号Dとの関係を示した図である。フレーム周波数変換部3は、入力された1フレーム分の画像信号Bから2フレーム分の画像信号Cを生成する。例えば、フレーム周波数変換部3は、1フレーム分の画像信号B(t)から、出力画像のフレーム周波数を入力画像信号B(t)のフレーム周波数の2倍に設定することで、1フレーム分の画像信号C(t)及び1フレーム分の画像信号C(t+0.5)を生成するものとすると、画像信号C(t)と画像信号C(t+0.5)とは、画像信号B(t)の1フレームの期間内に、2フレームの画像信号として出力される。ここで、画像信号C(t)と画像信号C(t+0.5)とは、互いに、同じ画素位置に於ける同一の画像を表わす信号であり、画像信号C(t)は画像信号B(t)の出力タイミングと同じタイミングでその出力を開始するが、他方の画像信号C(t+0.5)は、画像信号C(t)の出力開始タイミングから、画像信号B(t)の1フレームの時間に対して1/2フレームの時間だけシフトしたタイミングに於いて、その出力を開始する。そして、フレーム周波数変換部3から出力された画像信号C(t)は、一方では、第1階調補正部8、高周波補正量生成部10及び加算器11による第1階調処理を施され、他方では、第2階調補正部9及び減算器12による第2階調処理を施されて、第1画像信号H(t)及び第2画像信号I(t)が得られる。更に、その後に上記出力タイミングでフレーム周波数変換部3から遅れて出力される画像信号C(t+0.5)も、一方では、第1階調補正部8、高周波補正量生成部10及び加算器11による第1階調処理を施され、他方では、第2階調補正部9及び減算器12による第2階調処理を施されて、第1画像信号H(t+0.5)及び第2画像信号I(t+0.5)が得られる。
そして、図2の画像選択部13は、画像信号C(t)に対応する画像信号として、第1画像信号H(t)を選択し、画像信号C(t+0.5)に対応する画像信号として、第2画像信号I(t+0.5)を選択する。その結果、第1画像信号H(t)は、画像信号D(t)として、第2画像信号I(t+0.5)は、画像信号D(t+0.5)として、それぞれ画像表示部6に出力される。尚、画像選択部13は、周知のセレクタより成り、そのセレクト信号SLは、例えば画像表示装置7の各構成要素の同期処理を制御するコントローラCT(図1)によって生成・出力される、画像信号Aに含まれる又は画像信号Aと共に送信される垂直同期信号(図示せず。)の周波数を2倍して得られるクロックより成る。
図8(a)及び図8(b)は、ホールド型表示デバイスに於いて動画ぼやけが視認される原理を説明する図である。
その内で、図8(a)は、ホールド型表示デバイスのディスプレイ面に於いて、黒い背景の上を左から右に向かって白い物体(数画素の集合体)が移動する画像を表示した場合の、白い物体の表示位置と時間との関係を示す図である。図8(a)の横軸は表示デバイスのディスプレイ面上の水平位置を、その縦軸は時間を、各々示している。又、図8(a)中の実線は、当該白い物体(白い部分)の中心位置を示しており、1フレームの期間中、白い部分は同じ位置に表示され、1フレーム単位で、白い部分はコマ送りの様に移動する。又、図8(a)の破線は、視点を示しており、白い部分のコマ送りの時間がある程度早くなると(例えば1秒間に60回コマ送りをする場合)、人間の目は実際の物が動いているかの様に白い部分を滑らかに追いかける様になる。
他方、図8(b)は、人間の目の網膜上の水平位置を基準とした際の白い物体の画像の動きを表した図である。この様に、人間の目がホールド型表示デバイスの画面上に表示された等速で動く画像を追従視すると、網膜上では、白い物体の中心位置が左右に揺れて感知されることになる(この点はホールド型表示デバイスに特有の現象である)。この網膜上で画像が左右に揺れる現象は、この画像の強度の揺れが積分される結果、動画ぼやけとして、視認される。
図9(a)は、図8(a)に示した白い物体の画像が従来の画像表示装置の画面上に表示された際の、人間の目の網膜上の水平位置と白い物体の画像の明るさとの関係を、1フレームの期間内で示した図である。又、図9(b)は、人間の目の網膜で視認される画像の明るさとして、時間軸に対して図9(a)の白い物体の画像の明るさを1フレームの期間に渡って積分して得られる結果を示している。ここで、図9(a)及び図9(b)の横軸は共に人間の目の網膜上の水平位置を示している。図9(b)の積分結果から理解される通り、本来ならば、ぼやけのない白い物体の画像が画面に表示されて人間の目の網膜によって当該ぼやけのない画像が視認される筈であるが、従来の画像表示装置による画像表示による限り、輪郭部分の明るさが水平位置に対して徐々に明るく、或いは、徐々に暗く変化することになり、この変化部分が動画ぼやけとして人間の目の網膜によって知覚される。
図10(a)及び図10(b)は、本実施の形態に係る画像表示装置7によって既述した階調補正及び高周波成分補正から成る画像処理が施された後の白い物体の画像を、その画像表示部6に表示した際の画像を、それぞれ、図8(a)及び図8(b)と同じ形式で以って表現した図である。尚、図10(a)及び図10(b)中の白い物体の画像の輪郭部分に表示された破線APは、既述した階調補正及び高周波成分補正が施された部分を示している。本実施の形態に係る画像表示部6では、水平位置上の同じ位置に、第1画像信号H(t)及び第2画像信号I(t+0.5)が共に表示されるが、既述した第1及び第2階調補正部8,9による階調補正により、その一方の画像信号H(t)は全体的に明るく表示され、且つ、他方の画像信号I(t+0.5)は全体的に暗く表示される。しかも、白い物体の画像の輪郭部分に於いては、図6(e1)及び図6(e2)に示した既述の高周波補正によって、第1画像信号H(t)の輪郭部分が、より明るく表示される一方、第2画像信号I(t+0,5)の輪郭部分が、より暗く表示される。
図11(a)は、画像表示部6に表示された図10(a)の画像の内で1フレーム期間当たりの白い物体の画像が人間の目の網膜上に結像される画像の明るさを、網膜の水平位置との関係で示した図である。又、図11(b)は、図9(b)と同様に、図11(a)に示される網膜上に結像される画像の明るさを時間軸に関して画像Bの1フレーム期間内で積分した結果を示す図である。図11(b)の横軸は、図9(b)と同様に、網膜の水平位置を示す。
図11(a)に示す様に、第1階調補正部8に於ける第1階調補正によって第1画像信号H(t)が元の画像信号Cよりも明るく補正された結果と、第2階調補正部9に於ける第2階調補正によって第2画像信号I(t+0.5)が元の画像信号Cよりも暗く補正された結果と、その他に、高周波補正による加算分及び高周波補正による減算分が存在する。これらの画像を合成した結果が、図11(b)に示されている。図11(b)の破線BLは、高周波補正による加算分と高周波補正による減算分とを含まない合成結果であり、即ち、第1及び第2階調補正による結果のみを合成したものであり、この場合でも、従来(図9(b)参照)に比べて、網膜で視認される明るさの左右両エッジの傾斜が急になり、ぼやけが改善されている様子を確認することが出来る。そして、図11(b)の実線SLが、図11(b)の破線BLに対して高周波補正による加算分及び高周波補正による減算分を更に合成して得られる結果を示している。実線SLの形状より、高周波補正の付加によって、左右両エッジの傾斜が更に一層に急傾斜に成るので、より一層に動画ぼやけを改善することが出来る。しかも、実線SLの両エッジには、オーバーシュートOSが付加された状態で画像の明るさが表示されるので、人の目の網膜により知覚される画像の鮮鋭度は更に高まる。換言すれば、第1階調補正による第1画像信号H(t)の補正量及び第2階調補正による第2画像信号I(t+0.5)の補正量を共に少なく設定した上で既述した高周波補正を行うことにより、高周波補正を伴わない乃至は行わない図11(b)の破線BLの場合に得られる動画ぼやけの改善程度と同程度の動画ぼやけの改善効果を得ることが出来ると共に、階調補正差を小さく設定出来る分だけ、階調補正に伴うフリッカーの発生を抑えることも出来ると言う利点が付加される。
以上に記載した様に、本実施の形態では、外部より入力された画像信号のフレーム周波数よりも2倍の高いフレーム周波数で2回分繰り返して1フレームの画像信号を表示するに際して、その1回目の画像信号を元の入力画像信号の階調値よりも明るく階調補正すると共に、第1階調補正後の画像信号に対して高周波補正量を加算して得られた第1画像信号を、入力画像信号の1フレーム期間の1/2の期間内で表示し、その2回目の画像信号を元の入力画像信号の階調値よりも暗く階調補正すると共に、第2階調補正後の画像信号に対して高周波補正量を減算して入力された第2画像信号を同様に入力画像信号の1フレーム期間の1/2の期間内で表示するので、少ない演算量で以って動画のぼやけを効果的に改善することが出来る。
特に、高周波成分の補正を行うことで、1回目と2回目の階調補正量を少なく設定しても動画ぼやけを改善することが可能に成るので、フリッカーの発生を抑えることが出来る。
(実施の形態2)
本実施の形態の中核は、高周波補正量生成部の改良にあるので、本実施の形態では図1及び図2を援用する。
本実施の形態の中核は、高周波補正量生成部の改良にあるので、本実施の形態では図1及び図2を援用する。
図12は、本実施の形態に係る画像表示装置7に用いられる高周波補正量生成部10の別の構成を示すブロック図である。図12の回路構成が図4のそれと異なる点は、高周波成分検出部14の出力端と強調量生成部15の入力端との間に負値制限部16を追加し、高周波成分検出部14から出力される高周波成分Jの負の値を制限する点にある。
図13(a)、図13(b)、図13(c)及び図13(d)は、図12に示された高周波補正量生成部10の動作を記載するための図である。先ず、図13(a)に示す画像信号Eは、デジタルフィルタ等より構成される高周波成分検出部14に入力され、その結果、図13(b)に示す様な高周波成分Jが検出される。高周波成分Jは、負値制限部16に入力され、図13(c)に示す様に、高周波成分Jの負の値が0に制限される。負の値が制限された高周波成分Kは、強調量生成部15に入力され、図13(d)に示す様に、高周波成分Kの強度が外部より入力される制御信号ENHによって調整される。
強調量調整部15から出力された高周波補正量Gは、図2の加算器11と減算器12とに入力され、それ以降の画像処理は、既述した実施の形態1の動作と同様に実行される。
図14(a)、図14(b1)、図14(b2)、図14(c)、図14(d)、図14(e1)、図14(e2)、図14(f1)及び図14(f2)は、本実施の形態に於ける画像信号Cから第1画像信号H及び第2画像信号Iが生成されるまでの流れを記載するための図である。
図14(a)に示すフレーム周波数変換部3から出力された画像信号Cは、一方では、第1階調補正部8によって、図14(b1)に示す階調特性(特に中間階調で元の階調よりも明るく補正される)に変換され、画像信号Eとして高周波補正量生成部10及び加算器11に出力される。他方で、画像信号Cは、第2階調補正部9によって、図14(b2)に示す階調特性(特に中間階調で元の階調よりも暗く補正される)に変換され、画像信号Fとして減算器12に出力される。図14(c)は、図12の高周波成分検出部14が出力した高周波成分Jを示しており、高周波成分検出部14は画像信号Eの階調の変化部分で高周波成分を検出する。図14(d)は、図12の負値制限部16によって、高周波成分Jの負の値が制限された結果を示している。図14(e1)及び図14(e2)は、図12の強調量生成部15によって、負値制限部16から出力された、負の値が制限された高周波成分Kの強度を調整した高周波補正量Gを示している。ここでは、検出した高周波成分Jよりも高周波補正量Gの方がその強度が小さくなる様に、強調量生成部15が出力した高周波補正量Gは制御されている。図14(f1)は、加算器11で画像信号Eと高周波補正量Gとを加算して得られた結果である第1画像信号Hを示しており、他方、図14(f2)は、減算器12で画像信号Fから高周波補正量Gを減算して得られた結果である第2画像信号Iを示している。図14(f1)に示す様に、第1画像信号Hは、元の画像信号Cよりも明るく補正されており(特に低階調に於いて図6(e1)の場合よりも明るく補正されている)、第2画像信号Iは元の画像信号Cよりも暗く補正されているが、この2つの画像信号H,Iを重ね合わせると、元の画像信号Cと同じ明るさが得られる。
本実施の形態の利点は、次の通りである。即ち、図6(e1)に示した画像信号Hでは、輪郭部分に隣接する黒側の部分が元の画像信号Cよりも暗く、逆に画像信号Iでは輪郭部分に隣接する黒側の部分が明るく変化していたが、図14(f1)及び図14(f2)に示した第1画像信号H及び第2画像信号Iは、輪郭部分に隣接する黒側の部分の階調の変化が無く、より一層に動画ぼやけを軽減する様に働く。
以上の様に、高周波成分検出部14が検出した高周波成分Jの負の値を0値に制限することで、演算量を著しく増やすこと無く、動画表示特性をより一層改善することが出来る。
(実施の形態3)
本実施の形態の特徴点は、第2階調補正部の出力からも第2高周波補正量を生成して生成した第2高周波補正量を減算器12に入力する点にあり、図1を援用する。
本実施の形態の特徴点は、第2階調補正部の出力からも第2高周波補正量を生成して生成した第2高周波補正量を減算器12に入力する点にあり、図1を援用する。
図15は、本実施の形態に係る画像表示装置7に用いられる階調処理部5の別の構成を示すブロック図である。実施の形態1及び2では、減算器12は、高周波補正量生成部10が出力した高周波補正量Gを第2階調補正部9が出力する画像信号Fから減算する構成を有していた。しかし、本実施の形態に係る階調処理部5は、第1高周波補正量生成部10及び第2高周波補正量生成部17を備える。第1高周波補正量生成部10は、第1階調補正部8が出力する画像信号Eから、高周波補正量G1を生成し、高周波補正量G1を加算器11に出力する。他方、第2高周波補正量生成部17は、第2階調補正部9が出力する画像信号Fから第2高周波補正量G2を生成し、第2高周波補正量G2を減算器12に出力する。第1及び第2高周波補正量生成部10,17の動作は、実施の形態1或いは実施の形態2に於いて記載した図4或いは図12の高周波補正量生成部10の動作と同様であるので、両部10,17の動作の詳細な説明を省略する。
次に、加算器11は、第1階調補正部8が出力した画像信号Eに第1高周波補正量G1を加算した第1画像信号Hを画像選択部13に出力する。他方、減算器12は、第2階調補正部9が出力した画像信号Fから第2高周波補正量G2を減じた第2画像信号Iを画像選択部13に出力する。
以降の動作については、実施の形態1の場合と同様である。
図16(a)、図16(b1)、図16(b2)、図16(c1)、図16(c2)、図16(d1)、図16(d2)、図16(e1)及び図16(e2)は、画像信号Cから第1画像信号Hおよび第2画像信号Iが生成されるまでの動作を記載する図である。
図16(a)に示すフレーム周波数変換部3から出力された画像信号Cは、一方では、第1階調補正部8によって図16(b1)に示す階調特性に変換され、画像信号Eとして第1高周波補正量生成部10及び加算器11に出力される。他方では、画像信号Cは、第2階調補正部9によって、図16(b2)に示す階調特性に変換され、画像信号Fとして第2高周波補正量生成部17及び減算器12に出力される。図16(c1)は、第1高周波補正量生成部10の高周波成分検出部14(図4)が出力した高周波成分J1を示しており、高周波成分検出部14は画像信号Eの階調の変化部分で高周波成分J1を検出する。又、図16(c2)は、第2高周波補正量生成部17の高周波成分検出部14(図4)が出力した高周波成分J2を示しており、第2高周波補正量生成部17の高周波成分検出部14は、画像信号Fの階調変化部分で高周波成分J2を検出する。図16(d1)は、第1高周波補正量生成部10が出力した第1高周波補正量G1を示す図であり、ここでは、検出した高周波成分J1よりも第1高周波補正量G1の強度が小さくなる様に、第1高周波補正量生成部10の強調量生成部15(図4)は制御されている。又、図16(d2)は、第2高周波補正量生成部17が出力した第2高周波補正量G2を示しており、ここでは、検出した高周波成分J2よりも高周波補正量G2が小さくなる様に、第2高周波補正量生成部17の強調量生成部15(図4)は制御されている。図16(e1)は、加算器11によって画像信号Eと第1高周波補正量G1とを加算して得られた結果である第1画像信号Hを示しており、図16(e2)は、減算器12によって画像信号Fから第2高周波補正量G2を減算した結果である第2画像信号Iを示す図である。
第1階調補正部8は、中間階調を元の画像信号Cの階調よりも明るく補正するので、画像信号Eの暗部の変化が急峻になり、第2階調補正部9は、中間階調を元の画像信号Cの階調よりも暗く補正するので、画像信号Fの明部の変化が急峻になる。図15に示す通り、画像信号Eと画像信号Fとに対してそれぞれ個別に高周波補正を行う第1及び第2高周波補正量生成部10,17を設けることで、画像信号E及び画像信号Fの各々に対応した最適な高周波補正量を得ることが出来る。
特に、明部の変化が急峻になった画像信号Fから第2高周波補正量G2を生成することで、明部の補正量が大きく、輪郭部分も急峻になるので、動画ぼやけの軽減効果が一層高まるという効果が得られる。
尚、実施の形態2に示した様に、第1及び第2高周波補正量生成部10,17の内部に負値制限部16(図12)を設けて、第1及び第2高周波補正量G1及びG2の負値を0値に制限することしても良い。この場合には、実施の形態2で記載した効果が重畳的に得られる。
<変形例>
図15では、説明を簡単化するために、階調処理部5が第1及び第2階調補正部8,9、並びに、第1及び第2高周波補正量生成部10,17を備えることで、第1及び第2画像信号H及びIを生成する構成について示したが、図17に示す構成を有する階調処理部5を採用することでも、以下の通り、実施の形態3と同様の結果を得ることが出来る。
図15では、説明を簡単化するために、階調処理部5が第1及び第2階調補正部8,9、並びに、第1及び第2高周波補正量生成部10,17を備えることで、第1及び第2画像信号H及びIを生成する構成について示したが、図17に示す構成を有する階調処理部5を採用することでも、以下の通り、実施の形態3と同様の結果を得ることが出来る。
図17の階調補正部18は、フレーム周波数が2倍に変換された画像信号Cの1フレーム毎に、階調補正の特性を切り替える。例えば、1回目の画像信号Cの表示に於いては、図16(b1)に示す様な階調補正特性を適用し、引き続く2回目の画像信号Cの表示に於いては、図16(b2)に示す様な階調補正特性に切替て画像信号Cに対して当該階調補正特性を適用する。即ち、階調補正部18は、図16(b1)に示す様な階調補正特性及び図16(b2)に示す様な階調補正特性の両方をルックアップテーブル値として保有している。しかも、図17では、高周波補正量生成部19も画像信号Cの1フレーム毎に高周波補正量を作成して、その極性を切り替える。例えば、階調補正部18が図16(b1)に示す様な階調補正特性を適用した結果を出力する1回目の表示のときには、高周波補正量生成部19は、図16(d1)に示す様な、その強度が小さく調整された第1高周波補正量に相当する高周波補正量を生成して加算器11に出力する。これに対して、階調補正部18が図16(b2)に示す様な階調補正特性を適用した結果を出力する画像信号Cの2回目の表示期間に於いては、高周波補正量生成部19は、図16(d2)に示す様な、その強度が小さく調整された第2高周波補正量に相当する高周波補正量を生成した上で、更にその極性を反転させた高周波補正量を作成して加算器11に出力する。その結果、加算器11は、図15の減算器12と同様の動作・機能を呈する。従って、図17の様に構成することで、階調補正部と高周波補正量生成部とをそれぞれ1つだけ設けることとすることが出来る。尚、高周波補正量生成部19に実施の形態2の記載した負値制限部16(図12)を設ける場合には、先ず負値の制限を行った後に高周波補正量の極性を切り替える構成とすることは言うまでも無い。
以上の様に構成することで、階調処理部5の構成を簡略化することが出来る。
(実施の形態4)
図18は、本実施の形態に係る画像表示装置7の構成を示すブロック図である。図18に示す画像表示装置7では、フレーム周波数変換部20は、既述した画像信号Cの他に、2種類の画像を含んだ画像信号Lを出力する。フレーム周波数変換部20から出力された画像信号Cは、階調処理部21に入力され、画像信号Lは、動画判定部22に入力される。
図18は、本実施の形態に係る画像表示装置7の構成を示すブロック図である。図18に示す画像表示装置7では、フレーム周波数変換部20は、既述した画像信号Cの他に、2種類の画像を含んだ画像信号Lを出力する。フレーム周波数変換部20から出力された画像信号Cは、階調処理部21に入力され、画像信号Lは、動画判定部22に入力される。
図19は、画像信号Lの一構成例を示す図である。図19では、画像信号Lは、画像信号Bと画像信号Rとで構成される場合が示されている。図19中に示した数字は、受信した画像信号Aに対応するフレームの番号を示す。画像信号Bは受信した画像信号Aに対応しており、他方の画像信号Rは図18のフレームメモリ4に現時点で記憶されている画像信号Bを示す信号である。従って、フレーム番号が0の画像信号Rは、フレームメモリ4にその時点で1フレーム分の画像信号Bが記憶されていない状態を示している。図19に示す通り、画像信号Lは、受信した画像信号Aと同じフレーム周波数を有する連続する2つのフレームの組で構成される。この様な構成を有する画像信号Lが動画判定部22に入力される。
図18の動画判定部22は、画像信号Lに含まれる2フレームの画像信号B,Rを画素毎に比較し、その差分の累計等から当該受信した画像A(又はB)が動画像であるのか静止画像であるのかをフレーム毎に(フレーム単位で)判定し、その判定結果を示す信号Mを、コントローラCT及び階調処理部21に出力する。
図20は、図18の階調処理部21の構成を示すブロック図である。動画判定部22から出力された判定結果信号Mは、画像選択部23に入力される。画像選択部23の入力端は、加算器11が出力した画像信号H及び減算器12が出力した画像信号Iの受信に加えて、フレーム周波数変換部20が出力した画像信号Cをも受信する。画像選択部23は、受信画像A(又はB)が静止画像であることを判定結果信号Mが示している場合には(そのときには、コントローラCTから、画像信号H及び画像信号Iを選択するためのセレクト信号SLは出力されてはいない。)、画像信号Cを選択する。他方、受信画像A(又はB)が動画像であることを判定結果信号Mが示す場合には(そのときには、コントローラCTから、セレクト信号SLが出力されている。)、画像選択部23は、そのフレームに応じて画像信号H及び画像信号Iの一方を選択する。画像信号H及び画像信号Iの選択の動作に関しては、実施の形態1で記載した選択動作と同様である。画像信号選択部23は、判定結果信号M及びセレクト信号SLのレベルに応じて選択した画像信号Dを、画像表示部6に出力する。
その他の動作については、実施の形態1で記載した動作内容と同様である。
以上の様に構成することで、受信画像が静止画である場合には、画像表示装置7の階調処理部21の中で階調補正処理が行われないので、微小なフリッカーの発生及び演算誤差による微小な階調の変化を抑えることが出来る。尚、受信画像が動画である場合には、時間的に画像自体が変化しているので、微小なフリッカー及び階調の変化は問題とはならない。
図21は、画像信号Lの他の構成例を示す図である。既述した図19の構成例は、画像信号Rが、画像信号Bの1フレーム前の画像信号を示している場合であったが、図21の構成例では、画像信号Rは、画像信号Bの1フレーム前の画像信号の上位ビットで構成される。例えば、画像信号が各色8ビットで構成される場合には、画像信号Rを画像信号Bの1フレーム前の画像信号の上位4ビットで構成する。このビット数は、動画判定部22で受信画像が動画像か静止画像であるかを判定するに足りるビット数で良く、4ビット以下のビット数で画像信号Rを構成することも可能である。この様に構成する場合、フレームメモリ4には、予め各色の画像信号の上位ビットと下位ビットとを別々のアドレスに記憶しておき、図18のフレーム周波数変換部20はフレームメモリ4から上位ビットだけを読み出すことが出来る構成としておく。この様な構成とすることで、フレームメモリ4から読み出すデータの量を少なくすることが出来る。勿論、画像信号Cを読み出す場合には、フレーム周波数変換部20は、別々のアドレスに記憶された上位ビットと下位ビットとの画像データを読み出して合成した後に、フレーム周波数が高められた画像信号Cとして出力すれば良い。
以上の様に画像信号Lを構成することで、フレームメモリ4から読み出すデータ量を削減することが出来る。
図22は、画像信号Lの他の構成を示す図である。図22では、画像信号Lは、画像信号Rと画像信号Cとで構成されており、画像信号Rは、フレーム周波数が2倍に変換された画像信号Cに対応した1フレーム前の画像信号として出力される。動画判定部Mは、この画像信号Lを受信して、前述と同様にフレーム単位で動画像か静止画像かを判定し、判定結果信号Mを階調処理部21に出力する。その他の動作は、前述と同様である。
尚、画像信号Lを図22の様に構成することで、動画判定部22は、画素毎に画像データが変化したかどうかを判定することも可能になる。この場合、判定結果信号Mは、画素毎に画像データが変化したか否かを示すことになり、画像選択部23は、判定結果信号Mの判定結果に基づいて、画素毎に、画像信号C、第1画像信号H及び第2画像信号Iを選択することが出来ることになる。以上の様に構成することで、1フレームの画像の中に静止画像の場合の処理と動画像の場合の処理とを混在させることが出来るので、判定の切り替わりに伴う画像の変化を検出しにくくなると言う利点が得られる。
図23は、画像信号Lの他の構成を示す図である。図23は、図22の画像の組み合わせに対して、画像信号Rを上位ビットで構成した場合を示す。この場合には、動画判定部Mは、画像信号Rと画像信号Cとの上位ビット同士を比較して、フレーム単位、或いは、画素単位で、動画像の判定を行う。以上の様に構成することで、画素単位で動画像を判定する場合であっても、フレームメモリ4から読み出す画像データの量を削減することが出来る。
以上に記載した様に、外部より入力した画像を少なくとも2倍のフレーム周波数に変換し、フレーム周波数が変換された画像に対してそれぞれ特性の異なる階調補正を行った後、高周波成分を補正し、当該高周波成分が補正された少なくとも2つの画像信号の中から1画像信号を選択して表示するので、動画の画質を低下させることなく画像表示を行うことが出来る。
(付記)
一般的には、フレーム周波数変換部は、受信した画像信号のフレーム周波数をk倍(kは2以上の自然数)に高めて、受信画像信号の1フレーム期間中に、受信画像信号をk回分出力する機能を有する。又、階調処理部は、受信画像信号の1フレーム期間中に、フレーム周波数変換部より出力されるk回分の画像信号の各々毎に、互いに相違する階調特性に基づく階調補正を順次に行うと共に、k回分の階調補正済み画像信号の各々に対して当該階調補正済み画像信号に適合する高周波成分補正を行って画像表示部に順次に出力する。そして、kが2である場合が、既述した実施の形態1乃至4の各々に相当する。
一般的には、フレーム周波数変換部は、受信した画像信号のフレーム周波数をk倍(kは2以上の自然数)に高めて、受信画像信号の1フレーム期間中に、受信画像信号をk回分出力する機能を有する。又、階調処理部は、受信画像信号の1フレーム期間中に、フレーム周波数変換部より出力されるk回分の画像信号の各々毎に、互いに相違する階調特性に基づく階調補正を順次に行うと共に、k回分の階調補正済み画像信号の各々に対して当該階調補正済み画像信号に適合する高周波成分補正を行って画像表示部に順次に出力する。そして、kが2である場合が、既述した実施の形態1乃至4の各々に相当する。
以上、本発明の実施の形態を詳細に開示し記述したが、以上の記述は本発明の適用可能な局面を例示したものであって、本発明はこれに限定されるものではない。即ち、記述した局面に対する様々な修正や変形例を、この発明の範囲から逸脱することの無い範囲内で考えることが可能である。
この発明は、例えばホールド型表示デバイス(カラーTV等)に適用して好適である。
1 画像発生部、2 画像受信部、3 フレーム周波数変換部、4 フレームメモリ、5 階調処理部、6 画像表示部、7 画像表示装置、8 第1階調補正部、9 第2階調補正部、10 高周波補正量生成部、11 加算器、12 減算器、13 画像選択部。
Claims (11)
- 受信した画像信号のフレーム周波数をk倍(kは2以上の自然数)に高めて、前記受信画像信号の1フレーム期間中に、前記受信画像信号をk回分出力するフレーム周波数変換部と、
前記受信画像信号の前記1フレーム期間中に、前記フレーム周波数変換部より出力されるk回分の画像信号の各々毎に、互いに相違する階調特性に基づく階調補正を順次に行う階調処理部と、
前記受信画像信号の前記1フレーム期間中に、前記階調処理部から順次に出力される階調補正済みのk回分の画像信号を表示する画像表示部とを備えたことを特徴とする、
画像表示装置。 - 請求項1記載の画像表示装置であって、
前記階調処理部は、
前記受信画像信号の前記1フレーム期間中に、前記フレーム周波数変換部より出力される前記k回分の画像信号の各々に対して前記階調補正を順次に行う階調補正部と、
前記階調補正部から順次に出力されるk回分の前記階調補正済み画像信号の各々に対して当該階調補正済み画像信号に適合する高周波成分補正を行って前記画像表示部に順次に出力する高周波補正部とを備えることを特徴とする、
画像表示装置。 - 請求項2記載の画像表示装置であって、
前記kは2であり、
前記階調補正部は、
前記フレーム周波数変換部より出力される第1番目の画像信号に対しては、その中間階調を前記受信画像信号の中間階調よりも明るく補正する一方、
前記第1番目の画像信号の出力に引き続いて前記受信画像信号の前記1フレーム期間中に前記フレーム周波数変換部より出力される第2番目の画像信号に対しては、その中間階調を前記受信画像信号の中間階調よりも暗く補正することを特徴とする、
画像表示装置。 - 請求項3記載の画像表示装置であって、
前記高周波補正部は、
前記階調補正部より出力される階調補正された第1番目の画像信号の高周波成分から高周波補正量を決定し、前記階調補正された第1番目の画像信号に対しては前記高周波補正量を加算することで前記高周波成分補正を実行する一方、
前記階調補正された第1番目の画像信号に引き続いて前記階調補正部より出力される階調補正された第2番目の画像信号に対しては前記高周波補正量を減算することで前記高周波成分補正を実行することを特徴とする、
画像表示装置。 - 請求項4記載の画像表示装置であって、
前記高周波補正部は、前記高周波補正量の決定後に前記高周波補正量に含まれる負の値を0に制限した上で、制限後の高周波補正量を前記階調補正された第1番目の画像信号に対しては加算する一方、前記制限後の高周波補正量を前記階調補正された第2番目の画像信号に対しては減算することを特徴とする、
画像表示装置。 - 請求項3記載の画像表示装置であって、
前記高周波補正部は、
前記階調補正部より出力される階調補正された第1番目の画像信号の高周波成分から第1高周波補正量を決定し、前記階調補正された第1番目の画像信号に対しては前記第1高周波補正量を加算することで前記高周波成分補正を実行する一方、
前記階調補正された第1番目の画像信号に引き続いて前記階調補正部より出力される階調補正された第2番目の画像信号の高周波成分から第2高周波補正量を決定し、前記階調補正された第2番目の画像信号に対しては前記第2高周波補正量を減算することで前記高周波成分補正を実行することを特徴とする、
画像表示装置。 - 請求項6記載の画像表示装置であって、
前記高周波補正部は、
前記第1高周波補正量の決定後に前記第1高周波補正量に含まれる負の値を0に制限した上で、制限後の第1高周波補正量を前記階調補正された第1番目の画像信号に対して加算する一方、
前記第2高周波補正量の決定後に前記第2高周波補正量に含まれる負の値を0に制限した上で、制限後の第2高周波補正量を前記階調補正された第2番目の画像信号に対して減算することを特徴とする、
画像表示装置。 - 請求項1記載の画像表示装置であって、
前記受信画像信号の前記1フレーム期間毎に、当該受信画像信号が動画像信号であるか否かを判定する動画判定部を更に備えており、
前記動画判定部が、当該受信画像信号が静止画像信号であることを示す判定結果信号を前記階調処理部に出力するときには、
前記階調処理部は、当該受信画像信号の前記1フレーム期間中に、前記フレーム周波数変換部より出力される前記k回分の画像信号の各々に対して前記階調補正を行うことなく前記k回分の画像信号の各々をそのまま前記画像表示部に出力することを特徴とする、
画像表示装置。 - 請求項8記載の画像表示装置であって、
前記動画判定部は、当該受信画像信号の一部の情報に基づいて当該受信画像信号が前記動画像信号であるか否かを判定することを特徴とする、
画像表示装置。 - 受信した画像信号のフレーム周波数をk倍(kは2以上の自然数)に高めて、前記受信画像信号の1フレーム期間中に、前記受信画像信号をk回分出力するフレーム周波数変換工程と、
前記受信画像信号の前記1フレーム期間中に、前記k回分の画像信号の各々毎に、互いに相違する階調特性に基づく階調補正を順次に行う階調処理工程と、
前記受信画像信号の前記1フレーム期間中に、階調補正済みのk回分の画像信号を順次に表示する画像表示工程とを備えたことを特徴とする、
画像表示方法。 - 請求項10記載の画像表示方法であって、
前記階調処理工程は、
前記受信画像信号の前記1フレーム期間中に、前記k回分の画像信号の各々に対して前記階調補正を順次に行う階調補正工程と、
k回分の階調補正済み画像信号の各々に対して当該階調補正済み画像信号に適合する高周波成分補正を行って順次に出力する高周波補正工程とを備えることを特徴とする、
画像表示方法。
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