JP2009246444A - 映像表示システム及び映像表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】映像信号源と表示装置との間での特性が異なる場合であっても、視認しやすい映像を表示することができる映像表示システムを提供する。
【解決手段】遠赤外線カメラ１により生成された映像信号を用いて表示装置６で映像を表示させる際に、遠赤外線カメラ１により生成された映像信号の映像特性と表示装置６に表示される映像の映像特性とを、いずれか一方の特性に合わせこむ。このとき、遠赤外線映像の特性を表示用映像の特性に合わせこむ処理は遠赤外線カメラビデオ回路４で行い、表示用映像の特性を遠赤外線映像の特性に合わせこむ処理は表示装置ビデオ回路７で行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、映像信号源から出力された映像信号に基づいて表示装置に映像を表示する映像表示システム及び映像表示方法に関する。

従来、投射された赤外光に照らされた対象物からの赤外光、又は、対象物自身が放射する赤外光を赤外線カメラによって撮像し、その対象物のカメラ画像を表示部に表示する暗視装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この暗視装置は、赤外光を用いることによって対象物の像を確実に捉えることができるので、例えば車両に搭載され、夜間走行時の視界確保補助手段として利用されている。
特開２００３−２５９３６３号公報

ところで、上述した特許文献１に記載された従来の技術においては、カメラによって取得できるカメラ画像と表示装置で表示できる映像との間に特性のずれがあると、表示装置に表示される映像の品質が落ちてしまうという問題があった。

そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、映像信号源と表示装置との間での特性が異なる場合であっても、視認しやすい映像を表示することができる映像表示システム及び映像表示方法を提供することを目的とする。

本発明では、映像信号源により生成された映像信号を用いて表示装置で映像を表示させる際に、映像信号源により生成された映像信号の映像特性と表示装置に表示される映像の映像特性とを、いずれか一方の特性に合わせこむことによって、上述の課題を解決する。

本発明によれば、生成した映像の特性と表示する映像の特性とを、いずれか一方の特性に合わせ込むので、生成する映像が変更されても視認しやすい映像を表示することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本発明に係る映像表示システムは、車両に搭載される車両用暗視装置に適用される。

［車両用暗視装置の構成］
本発明の実施形態として示す車両用暗視装置は、遠赤外線カメラを使用して映像を表示することによって、夜間でも車両前方を認識しやすくする視界確保補助装置である。遠赤外線カメラは、人間の目では視認できない波長の光を撮像し、表示装置に映像を送信する機材である。

具体的には、車両用暗視装置は、図１に示すように、映像を撮像して出力する映像信号生成手段としての遠赤外線カメラ（車両用暗視映像生成装置）１と、この遠赤外線カメラ１から出力された映像信号（遠赤外線映像信号）に基づいて映像を表示する表示装置６とを備える。

遠赤外線カメラ１は、遠赤外線光学レンズ２によって収集した熱線に基づいて遠赤外線映像を撮像する。ここで、赤外線カメラとしては、熱源を感知するタイプである遠赤外線方式のカメラと、通常のモノクロカメラと同様に解像度が高いカメラである近赤外線方式のカメラとの２種類がある。近赤外線方式のカメラは、通常のカメラと同様に、反射した光を撮像する機材であるため、夜間に使用する場合には、光源によって光を与える必要がある。これに対して、車両用暗視装置は、遠赤外線カメラ１を用い、夜間の使用に際しても光源を必要としない構成とされる。具体的には、遠赤外線カメラ１は、遠赤外線カメラ制御回路５の制御に従って、遠赤外線光学レンズ２によって収集した熱線をイメージセンサ３によって感知し、感知した信号を遠赤外線カメラビデオ回路４に供給する。そして、遠赤外線カメラビデオ回路４は、遠赤外線カメラ制御回路５の制御に従って、イメージセンサ３から供給された信号を処理して遠赤外線映像信号を生成し、表示装置６に対して送信する。

表示装置６は、遠赤外線カメラ制御回路５から供給された制御信号を受信した表示装置制御回路８の制御のもとに、遠赤外線カメラビデオ回路４から供給された遠赤外線映像信号を表示装置ビデオ回路７によって処理し、処理した映像信号（表示用映像信号）によって液晶表示部９を駆動させる。また、表示装置６は、車両のフロントガラス１０に蒸着されたコンバイナ１１を映像の表示面とするヘッドアップディスプレイとして構成される。表示装置６は、液晶表示部９に含まれる光源から発した映像光を液晶パネルに透過させてコンバイナ１１によって反射させることにより、遠赤外線映像を表示する。

このような車両用暗視装置は、映像信号源となる遠赤外線カメラ１と表示装置６との映像特性を整合させることにより、遠赤外線映像の表示品質を向上させるものである。

すなわち、解像度やコントラスト階調が高い近赤外線カメラを用いている場合には、映像の表示品質についてはさほど気になることはない。しかし、遠赤外線カメラ１の解像度やコントラスト階調が、その仕組み上、近赤外線カメラほど高くはない。また、映像を提示する構成として、フロントガラス１０上のコンバイナ１１に表示させる場合、当該コンバイナ１１に表示させる映像のコントラスト階調は低く、近赤外線カメラの高階調性能によって補っているのが現状である。これは、表示装置６を構成する液晶表示部９で表示できる映像自体のコントラスト階調は高く近赤外線カメラと同等の程度にあるものの、フロントガラス１０とコンバイナ１１とによる反射特性の影響に起因して、コントラスト階調が著しく低下してしまうためである。

したがって、コントラスト階調が低い映像信号源としての遠赤外線カメラ１とコントラスト階調が低い表示装置６とを組み合わせた場合には、映像の表示品質が著しく低下してしまい、原理的に、映像の視認性が低下することになる。ここで、映像に関するコントラストとは、映像（画像）の明暗差のことである。この明暗差とは、モノクロ映像の場合には黒から白までの変化のことであり、カラー映像の場合にはＲＧＢ（赤、緑、青）それぞれの明暗差を組み合わせた総合的な変化のことである。

このように明暗差を通常の電気的な映像信号に置き換えると、例えば図２に示すように、黒くなるほど（暗くなるほど）電圧が低く、白くなるほど(明るくなるほど)電圧が高くなる。映像信号は、通常、明暗差を電圧で表すと、黒を０Ｖとするとともに白を１Ｖとする０Ｖから１Ｖまでの電圧信号として扱われる。したがって、映像信号においては、電圧が０Ｖから１Ｖまで変化すると明暗差も変化することになるが、この変化を定量的に表して見た目にわかるように示す物差しとしてグレースケールが用いられる。グレースケールは、無段階的に変化するのが望ましいが、明暗差の変化を電気信号に置き換える都合上、図２に示すように段階的となり、この段階的変化が映像の階調である。

特に、遠赤外線カメラ１は、熱源を映像化するものである。このことから、イメージセンサ３の都合上、遠赤外線映像の階調が荒くなる。また、表示装置６を構成するフロントガラス１０やコンバイナ１１は、光を反射させる方式のものである。このことから、表示用映像においては、明暗差の範囲が狭くなり、さほど明暗差が取れないために、人目にわかる階調が８階調程度となってしまう。また、グレースケールは、図２（ｂ）に示すように、遠赤外線カメラ１や表示装置６によって直線的に変化せず、曲線を描くように変化する特性もある。

このように遠赤外線カメラ１により生成する遠赤外線映像と表示装置６によって表示する表示用映像の階調が異なると、遠赤外線カメラ１の遠赤外線映像と表示装置６の表示用映像とのうち、いずれか一方が非常に細かい階調であった場合には、階調が荒い方の階調差で表現される。このため、表示装置６に表示された映像としての見た目は、荒い方の階調で表現されることになる。しかしながら、遠赤外線カメラ１が生成する遠赤外線映像と表示装置６に表示する表示用映像との双方とも階調差が著しく少ない場合には、階調点がずれて、さらに階調が減ることから、得られる映像が視認しにくいものとなってしまう。

より具体的には、以下の理由により、映像の表示品質が著しく低下する。

遠赤外線カメラ１により生成する遠赤外線映像の特性と表示装置６により表示される表示用映像の特性が、それぞれ、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すような関係であると仮定する。

図３（ａ）に示すような遠赤外線カメラ１によって生成された遠赤外線映像をコントラスト階調（グレースケール）にすると、その映像特性は、図２（ａ）に示したように、１０階調の直線的特性を有している。この１０階調は、遠赤外線カメラ１の映像化温度範囲と温度分解能とに基づいて、カメラとしての最適値として設定されている。一方、表示装置６により表示する表示用映像の特性は、図２（ｂ）に示すように、７階調の非直線的特性である。この表示装置６により表示できる表示用映像の特性は、フロントガラス１０とコンバイナ１１とによる反射特性である。

このように階調数が異なる遠赤外線カメラ１と表示装置６とを組み合わせて使用すると、相互の階調変化点が合わず、図２（ｂ）に示したように、階調がまるめられてしまい、図３（ｂ）に示すように、全体的にメリハリがなく荒い映像となってしまう。すなわち、遠赤外線カメラ１により生成された遠赤外線映像が細かい階調で映像を表現できていても、表示装置６で表示できる表示用映像の階調が荒いために、表示される映像の特性は、図４に示すようになる。このように、フロントガラス１０におけるコンバイナ１１の表示面のコントラスト特性と、映像信号源となる遠赤外線カメラ１のコントラスト特性とがずれているため、コンバイナ１１によって表示される映像は、メリハリのない視認しにくいものとなってしまう。

そこで、本発明を適用した車両用暗視装置は、映像信号源となる遠赤外線カメラ１と表示装置６との映像特性を整合させることにより、このような映像の表示品質の改善を図る。

［映像特性を整合させる手法］
まず、映像特性を整合させる第１の手法としては、表示装置６により表示する表示用映像の特性を、遠赤外線カメラ１により生成する遠赤外線映像の特性と同様に直線的とすることが挙げられる。

具体的には、車両用暗視装置は、例えば図５（ａ）に示すように、遠赤外線映像の特性が１０階調の直線的な特性であった場合には、表示装置ビデオ回路７及び表示装置制御回路８によって液晶表示部９を制御し、図５（ｂ）に示すように、表示用映像の特性を７階調の直線的な特性に変更する。なお、図５（ａ）に示す特性は、図６（ａ）に示すような遠赤外線カメラ１によって撮像された遠赤外線映像が得られるような映像特性である。

このように、車両用暗視装置は、遠赤外線映像の特性と表示用映像の特性とをともに直線的特性とすることにより、階調点がまるめられる部分を分散させることができる。したがって、車両用暗視装置は、図６（ｂ）に示すような表示用映像を表示させることができる。この図６（ｂ）の表示用映像を表示させることができる表示用映像の特性は、図５（ａ）に示す遠赤外線映像の特性に図５（ｂ）の表示用映像の特性を整合させて、図７に示すようになる。

このように、車両用暗視装置によれば、図４と比較して階調が細かくなった図７に示す階調の表示用映像によって、図６（ｂ）に示すように、図３（ｂ）と比較して、映像の表示品質の向上を実現できる。

つぎに、映像特性と整合させる第２の手法としては、遠赤外線カメラ１により生成する遠赤外線映像の特性を、表示装置６により表示する表示用映像の特性と同じものとすることが挙げられる。

遠赤外線映像の特性が１０階調であり、表示用映像の特性が７階調である場合、表示用映像の特性の７階調を細かくして遠赤外線映像の特性と同じ１０階調とすることは不可能である。このような場合、車両用暗視装置は、遠赤外線映像の階調を、表示用映像の階調に合わせる。

具体的には、車両用暗視装置は、表示用映像が７階調の非直線的特性であった場合には、遠赤外線カメラビデオ回路４及び遠赤外線カメラ制御回路５により、例えば図８（ａ）に示すように、遠赤外線映像を７階調の直線的特性とし、表示用映像と同じ階調に合わせる。また、車両用暗視装置は、表示用映像についても、表示装置ビデオ回路７及び表示装置制御回路８によって液晶表示部９を制御し、例えば図８（ｂ）に示すように７階調の直線的な特性とする。

これにより、遠赤外線映像は、その階調数が減って、図９（ａ）に示すようなものとなるものの、図９（ｂ）の表示用映像とほぼ同じものとなる。その結果、表示装置６によって表示される映像は、図９（ｂ）に示すようなものとなり、先に図６（ｂ）に示した表示用映像よりも荒さが減って、全体的に鮮明で視認しやすいものとなる。

つぎに、遠赤外線映像の特性及び表示用映像の特性を調整する他の手法としては、双方の特性を非直線的とすることが挙げられる。ここで、表示用映像の特性は、非直線的な曲線を描くような特性を有するのが通常であるが、図１０（ｂ）に示すように表示用映像の特性を非直線的な特性にした方が、図１１（ｂ）に示すように、表示用映像にメリハリがあり、視認しやすい場合もある。

そこで、車両用暗視装置は、遠赤外線カメラビデオ回路４及び遠赤外線カメラ制御回路５により、例えば図１０（ａ）に示すように、遠赤外線映像の特性を７階調の非直線的な特性とし、表示用映像と同じ階調且つ同じ非直線的な特性に合わせる。

これにより、遠赤外線映像の特性は、その階調数が減り、遠赤外線映像は、図１１（ａ）に示すようなものとなるものの、表示装置６の映像表示特性と同じものとなる。このことから、表示用映像は、図１１（ｂ）に示すようなものとなり、先に図９（ｂ）に示した映像よりもさらに視認しやすいものとなる。なお、直線又は非直線の別、及び特性曲線の最適値は、表示装置６に応じて変化することから、車両用暗視装置は、搭載する表示装置６に応じて、最適な特性を決定すればよい。

このように、車両用暗視装置によれば、遠赤外線カメラ１と表示装置６との特性を把握した上で、遠赤外線映像と表示用映像の特性及び階調点を合わせることにより、表示用映像が先に図４又は図７に示したような歪んだ特性を有するものとならず、表示装置６が本来有する特性そのものになり、表示用映像の品質を大幅に改善することができる。

なお、以上では、遠赤外線カメラ１を用いた車両用暗視装置について説明したが、上述した映像表示品質の改善手法は、他のカメラや表示装置を用いた映像表示システムにも適用することができる。また、例えば、ナビゲーション装置によって表示される映像、車両情報等のコンテンツ、ダイナミックレンジが狭い映像、グラフィック等、遠赤外線カメラ１の映像信号と同様にコントラスト階調が少ない映像信号源を用いた場合や、コントラスト階調が少ない表示装置を用いた場合にも適用することができる。更に、映像信号源と表示装置との双方、又は、映像信号源と表示装置とのうちいずれか一方のコントラスト階調が低い場合であっても、両者の特性を合わせこむことにより、映像の表示品質の改善を図ることができる。

更にまた、上述した遠赤外線映像と表示用映像との特性の整合を取る手法は、グレースケール映像のみならず、カラー映像等についても、階調数が荒く、階調点がずれているものであれば、同様に適用することができる。具体例として、ナビゲーション装置のカラー映像の調整イメージを示す。カラー映像の場合には、ＲＧＢの３原色についてそれぞれ調整するため、モノクロ映像のように容易な調整は困難であるが、原理的にはモノクロ映像の場合と同じである。

図１２に、高階調表示器で表示させたナビゲーション映像の具体例を示す。なお、この高階調表示器とは、フロントガラス１０及びコンバイナ１１よりもコントラスト階調が高い通常の液晶表示ディスプレイ等である。ナビゲーション映像は、コンピュータグラフィックとして描画されるが、情報量の制約から階調数を少なくしている。したがって、ナビゲーション映像を液晶表示器等に表示させた場合には、鮮明なイメージとして視認できるが、階調調整を行わずにヘッドアップディスプレイにそのまま表示させた場合には、コントラストや階調のバラツキに起因して、例えば図１３に示すように、わかりにくいものとなる。

そこで、上述したナビゲーション映像とヘッドアップディスプレイとの階調特性に合わせて表示を行うことにより、例えば図１４に示すように、表示品質が大幅に改善された視認しやすい映像を得ることができる。

なお、ディジタル化された映像信号の場合であっても、上述した手法をディジタル処理に置き換えることにより、すなわち、映像信号の電圧やグレースケール等を２値的な数値に置き換えて処理するのみで、映像の表示品質の改善を図ることができる。

［実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明の実施形態として示した車両用暗視装置によれば、遠赤外線映像を用いて表示装置６に映像を表示する際に、当該遠赤外線映像の特性と当該表示装置６の表示用映像の特性とを、いずれか一方の特性に合わせこむように制御する。これにより、この車両用暗視装置によれば、遠赤外線映像の特性と表示用映像の特性とが異なっている場合であっても、映像の表示品質を改善し、コントラスト分解能が少なく埋もれて視認できなくなってしまっていた映像が視認できるようになり、全体的に鮮明で視認しやすい映像を得ることができる。

具体的には、この車両用暗視装置によれば、遠赤外線カメラ１の映像出力特性が所定階調の直線的特性である場合には、表示装置６の映像表示特性を直線的特性とすることにより、階調点がまるめられる部分を分散させることができ、表示装置６によって表示される映像の表示品質を向上させることができる。

また、この車両用暗視装置によれば、遠赤外線映像の階調を、表示用映像の階調に合わせることにより、遠赤外線カメラ１の映像出力特性の階調数が減るものの、表示装置６の映像表示特性と同じものとすることができ、表示装置６によって表示される映像の表示品質を向上させることができる。

さらに、この車両用暗視装置によれば、表示用映像の階調が非直線的な特性である場合には、遠赤外線映像の階調を非直線的な特性とし且つ表示用映像の階調と同じ階調とすることにより、表示装置６によって表示される映像が歪んだ特性を有するものとならず、表示装置６が本来有する特性そのものになり、映像の表示品質を大幅に改善することができる。

さらにまた、この車両用暗視装置によれば、車両に搭載されて視界の確保を補助するために遠赤外線カメラ１を用い、且つ、表示装置６としてフロントガラス１０のコンバイナ１１上に遠赤外線映像を表示させるものであっても、上述したように階調特性を調整することによって、視認しやすい遠赤外線映像を表示することができる。

なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施の形態に限定されることはなく、この実施の形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計などに応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

本発明の実施形態として示す車両用暗視装置の構成について示すブロック図である。 映像特性の具体例を示す図であり、（ａ）は、遠赤外線カメラの映像出力特性の具体例であり、（ｂ）は、表示装置の映像表示特性の具体例である。 図２に示す特性に対応する映像の具体例を示す図であり、（ａ）は、遠赤外線カメラによって撮像された映像の具体例であり、（ｂ）は、表示装置に表示された映像の具体例である。 図２に示す特性を組み合わせた場合における表示装置の映像表示特性の具体例を示す図である。 第１の手法を適用した場合における映像特性の具体例を示す図であり、（ａ）は、遠赤外線カメラの映像出力特性の具体例であり、（ｂ）は、表示装置の映像表示特性の具体例である。 図５に示す特性に対応する映像の具体例を示す図であり、（ａ）は、遠赤外線カメラによって撮像された映像の具体例であり、（ｂ）は、表示装置に表示された映像の具体例である。 図５に示す特性を組み合わせた場合における表示装置の映像表示特性の具体例を示す図である。 第２の手法として階調の合わせこみを行った場合における映像特性の具体例を示す図であり、（ａ）は、遠赤外線カメラの映像出力特性の具体例であり、（ｂ）は、表示装置の映像表示特性の具体例である。 図８に示す特性に対応する映像の具体例を示す図であり、（ａ）は、遠赤外線カメラによって撮像された映像の具体例であり、（ｂ）は、表示装置に表示された映像の具体例である。 第２の手法として非直線的特性への合わせこみを行った場合における映像特性の具体例を示す図であり、（ａ）は、遠赤外線カメラの映像出力特性の具体例であり、（ｂ）は、表示装置の映像表示特性の具体例である。 図１０に示す特性に対応する映像の具体例を示す図であり、（ａ）は、遠赤外線カメラによって撮像された映像の具体例であり、（ｂ）は、表示装置に表示された映像の具体例である。 高階調表示器で表示させたナビゲーション映像の具体例を示す図である。 階調調整を行わずにヘッドアップディスプレイに表示させたナビゲーション映像の具体例を示す図である。 階調調整を行ってヘッドアップディスプレイに表示させたナビゲーション映像の具体例を示す図である。

符号の説明

１ 遠赤外線カメラ
２ 遠赤外線光学レンズ
３ イメージセンサ
４ 遠赤外線カメラビデオ回路
５ 遠赤外線カメラ制御回路
６ 表示装置
７ 表示装置ビデオ回路
８ 表示装置制御回路
９ 液晶
１０ フロントガラス
１１ コンバイナ

Claims (6)

1. 映像信号を生成する映像信号生成手段と、
   前記映像信号生成手段により生成された映像信号を用いて映像を表示する表示装置と、
   前記映像信号生成手段により生成された映像信号の映像特性と前記表示装置に表示される映像の映像特性とを、いずれか一方の特性に合わせこむ制御手段と
   を備えることを特徴とする映像表示システム。
2. 前記制御手段は、前記映像信号生成手段により生成された映像信号の階調が直線的な特性である場合には、前記表示装置に表示される映像の階調を直線的な特性とすることを特徴とする請求項１に記載の映像表示システム。
3. 前記制御手段は、前記映像信号生成手段により生成された映像信号の階調を、前記表示装置に表示される映像の階調に合わせることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の映像表示システム。
4. 前記制御手段は、前記表示装置に表示される映像の階調が非直線的な特性である場合には、前記映像信号生成手段により生成された映像信号の階調を非直線的な特性とし且つ前記表示装置に表示される映像の階調と同じ階調とすることを特徴とする請求項１に記載の映像表示システム。
5. 車両に搭載されて視界の確保を補助する映像表示システムであって、
   前記映像信号生成手段は遠赤外線カメラであり、前記表示装置は、車両のフロントガラス上に、前記遠赤外線カメラにより撮像され前記制御手段により特性が変更された遠赤外線映像を表示するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の映像表示システム。
6. 映像信号源により生成された映像信号を用いて表示装置で映像を表示させる際に、
   前記映像信号源により生成された映像信号の映像特性と前記表示装置に表示される映像の映像特性とを、いずれか一方の特性に合わせこむことを特徴とする映像表示方法。