JP2011095842A - 補正画像データ生成方法及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】老眼用などの視度調節ができる事前補正画像を表示可能な、補正画像データ生成方法及び表示装置を提供する。
【解決手段】補正画像データ生成方法においては、表示情報を光学系の補正関数で補正した事前補正画像データを生成する。表示装置においては、所定の補正画像データ生成方法により補正画像データを生成する処理部と、生成された補正画像データを表示する表示部と、を有する。補正関数はデフォーカスの伝達関数の逆数であることが好ましい。
【選択図】図７

Description

本発明は、補正画像データ生成方法及び表示装置に関する。

映像や文字を表示する表示装置（ディスプレイ）として、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイがある。しかし、これらの表示装置は視度の調節が出来ない。高齢化社会の進展に伴って老眼（老視）の高齢者が増えており、視度調節が可能な表示装置、特にフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）が望まれている。特に携帯電話の普及やデジタルカメラの普及により、屋外でＦＰＤによる表示を見る機会が増えている。

しかし、携帯電話やデジタルカメラのＦＰＤを見るときに、いちいち老眼鏡を掛けるのは非常に煩わしい。デジタル一眼レフカメラには、ライブビューモニターとしてＦＰＤが用いられているが、このデジタル一眼レフカメラにおいて、遠方の被写体を見つつ、ライブビューモニターを見るのに、いちいち老眼鏡を掛けたり外したりするのは、実際的ではない。それ以外でも、パソコンの液晶画面もいちいち老眼鏡を掛けるのは煩わしい。

従来、このような問題を解決するＦＰＤは存在していなかった。これに対して、最近ではこのような問題は指摘されつつあり、特許文献１には、エッジ強調をした補正画像を表示する方法が提案されている。また、特許文献２にはテプリッツ行列の逆行列で生成した事前補正画像を用いる方法が提案されている。

特許第３５５２４１３号明細書 特開２００７−１２８３５５号公報

しかしながら、特許文献１によるエッジ強調の手法では、表示情報を多少見易くはするものの、デフォーカス像を鮮鋭な像に回復することは不可能である。特許文献１におけるエッジ強調は、像がボケる原因、すなわちデフォーカスの情報を用いた補正ではないためである。

一方、特許文献２では、デフォーカスの情報を用いた補正を行っている。眼の焦点調節不足（デフォーカス）による点広がり関数からなるテプリッツ行列に基づいて画像を補正している。
しかし、テプリッツ行列を用いた場合は補正した画像データに複素数は生じないので、その補正の結果は、特許文献１と同じエッジ強調程度に留まり、実際に使用した場合の効果は実用レベルに至っているとは言えなかった。

本発明は、上記問題点に鑑みて考案したもので、視度調節ができる事前補正画像を生成する補正画像データ生成方法、及び事前補正画像を表示する表示装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る補正画像データ生成方法は、表示情報を光学系の補正関数で補正した事前補正画像データを生成することを特徴としている。

本発明に係る補正画像データ生成方法において、補正関数はデフォーカスの伝達関数の逆数であることが好ましい。

本発明に係る補正画像データ生成方法において、補正関数はデフォーカスの伝達関数のウイナフィルタであることが好ましい。

本発明に係る補正画像データ生成方法において、事前補正画像データのうちの負の値をゼロとして表示することが好ましい。

本発明に係る補正画像データ生成方法において、事前補正画像データのうちの負の値の最小値の絶対値をバイアスとして加えて表示することが好ましい。

本発明に係る補正画像データ生成方法において、事前補正画像データのうちの、負の値をゼロとしたデータと、正の値をゼロとしたデータに負の値の最小値をバイアスとして加えたデータと、を交互に表示することが好ましい。

本発明に係る補正画像データ生成方法において、光学系は眼光学系であることが好ましい。

本発明に係る表示装置は、上述のいずれかの補正画像データ生成方法により補正画像データを生成する処理部と、生成された補正画像データを表示する表示部と、を有することを特徴としている。

本発明に係る表示装置において、表示部は、補正しない画像データを表示するときの明るさの２倍以上の明るさを表示することが好ましい。

本発明に係る表示装置において、表示部は、事前補正画像データの表示に液晶を用いることが好ましい。

本発明に係る表示装置において、液晶の照明光源としてＬＥＤを用いることが好ましい。

本発明に係る補正画像データ生成方法及び表示装置は、視度調節ができる事前補正画像を生成すると共に、その事前補正画像を表示することができる、という効果を奏する。

本発明の第１実施形態の補正画像データの生成に用いる表示画像の例を示す図である。 老眼の観察者の焦点位置と図１に示す画像を配置した明視距離とを示す図である。 図１に示す画像を明視距離においたときに図２に示す老眼の観察者が見るデフォーカス像を示す図である。 図１に示す画像に基づいてウイナフィルタによって生成した事前補正画像を形成し、その事前補正画像を老眼の観察者が見たときの像を示す図である。 ウイナフィルタで求めた事前補正画像の負の値をゼロと置いて事前補正画像を形成し、その事前補正画像を老眼の観察者が見たときの像を示す図である。 ウイナフィルタで求めた事前補正画像を示す図である。 第１実施形態に係る表示装置の構成を示す図である。 本発明の第２実施形態による事前補正画像を老眼の観察者が見たときの像を示す図である。

以下に、本発明に係る補正画像データ生成方法及び表示装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の説明では、Ｉ（ｘ，ｙ）等のパラメータに関して異なる表記（斜体と標準体（斜体でない））を用いているが、パラメータの意味は同じである。

（第１実施形態）
まず、事前補正画像の生成について説明する。
眼で観察される像（以下、観察像、強度）をＩ（ｘ，ｙ）とする。ｘ、ｙは画像の２次元座標である。眼光学系の点像分布関数（以下、ＰＳＦ、強度）をＰ（ｘ，ｙ）とする。表示装置に表示する画像（以下、表示画像、強度）をＯ（ｘ，ｙ）とする。通常、液晶ディスプレイ等のＦＰＤを見る場合は、インコヒーレント結像であるから、像は表示画像とＰＳＦのコンボリューション、すなわち、次式（１）で表される。

また、Ｉ（ｘ，ｙ）、Ｐ（ｘ，ｙ）、Ｏ（ｘ，ｙ）を、フーリエ変換によって表すと、次式（２）、（３）、（４）のようになる。ここで、ＦＰ（ｕ，ｖ）はＰＳＦのフーリエ変換であるが、これはＯＴＦ（伝達関数）でもある。

すると、ＦＩ（ｕ，ｖ）は式（５）で示すように、ＦＰ（ｕ，ｖ）とＦＯ（ｕ，ｖ）の積で表すことができる。
ＦＩ（ｕ，ｖ）＝ＦＰ（ｕ，ｖ）ＦＯ（ｕ，ｖ） ・・・（５）

ところで、観察者が高齢者だと、老眼（老視）のために、観察者は表示画像にピントを合わすことが困難となることがある。このような場合、観察像はデフォーカスした状態の像となる。これは、光学系（眼）の瞳関数が波面収差、ここではデフォーカスを含んでいることを指す。

瞳関数がデフォーカス（波面収差）を含む場合、その瞳関数は次式（６）で表される。

ここで、ａは光学系の瞳半径、λは波長、ｆは光学系の焦点距離、ｗ（ｕ，ｖ）は波面収差である。また、

である。
さて、上記のように、ＯＴＦはＰＳＦのフーリエ変換である。その一方で、ＯＴＦ（伝達関数）は瞳関数の自己相関で表される。よって、瞳関数の自己相関はＰＳＦのフーリエ変換ＦＰ（ｕ，ｖ）と同じであるから、

となる。
この計算は、解析的には解けないので、見通しを付ける為に、開口（瞳）を正方形と仮定する。
α＝πａ^２Δｚ／λｆ^２
とおくと、
κｗ（ｕ，ｖ）＝α（ｕ^２＋ｖ^２）／ａ^２
と書ける。ここで、Δｚはデフォーカスの量（距離）である。また、
κ＝２π／λ
である。

すると、ＯＴＦは解析的に求められて、
ＦＰ（ｕ，ｖ）≒Ｓｉｎｃ（２ａΔｚｕ／ｆ）・Ｓｉｎｃ（２ａΔｚｖ／ｆ）
と、近似される。ここで、
Ｓｉｎｃ（ｘ）＝ｓｉｎ（πｘ）／πｘ
である。なお、実際の事前補正画像の生成では、眼光学系を考慮した円形瞳で数値計算して求める。

上記のように、式（５）より、結像は空間周波数領域で、
ＦＩ（ｕ，ｖ）＝ＦＰ（ｕ，ｖ）ＦＯ（ｕ，ｖ）
と表される。

上記式において、瞳関数ｐ（ｕ，ｖ）がデフォーカスを含んでいる場合、観察像はデフォーカスした状態の像となる。そこで、本実施形態では、次式で表される補正、すなわち、表示画像Ｏ（ｕ，ｖ）に対してデフォーカスを含んだＯＴＦ、ＦＰ（ｕ，ｖ）で補正を行い、事前補正画像Ｏ’（ｘ，ｙ）を生成する。
ＦＯ’（ｕ，ｖ）＝ＦＯ（ｕ，ｖ）／ＦＰ（ｕ，ｖ）

この事前補正画像Ｏ’（ｘ，ｙ）を用いると、Ｉ’（ｕ，ｖ）は次式で表される。
ＦＩ’（ｕ，ｖ）＝ＦＰ（ｕ，ｖ）ＦＯ（ｕ，ｖ）／ＦＰ（ｕ，ｖ）
＝ＦＯ（ｕ，ｖ）

上記式から明らかなように、観察像Ｉ’（ｕ，ｖ）は、表示画像Ｏ（ｘ，ｙ）となるので、波面収差がない（例えば、デフォーカスしていない）時と同じ像が得られる。なお、Ｏ’（ｘ，ｙ）はＦＯ’（ｕ，ｖ）の逆フーリエ変換で求めることができる。

このように、本実施形態では、表示画像をデフォーカスの伝達関数の逆数（光学系の補正関数）で補正することにより、視度調節を可能にする事前補正画像を生成することが出来る。

ただし、単純にＯＴＦ（伝達関数）で原画像（表示画像）を除すると雑音（ノイズ）が増大して、かえって回復像が劣化する場合がある。その場合には、ウイナフィルタを用いることが好ましい。ウイナフィルタは、

で表される。
ここで、φは信号雑音比である。

また、事前補正画像Ｏ”（ｕ，ｖ）は、
ＦＯ”（ｕ，ｖ）＝Ｔ（ｕ，ｖ）Ｏ（ｕ，ｖ）
の逆フーリエ変換で容易に求められる。

次に、補正画像データ生成方法及び表示装置について、より具体的に説明する。
図１は、第１実施形態の補正画像データの生成に用いる表示画像の例を示す図である。図２は、老眼の観察者の焦点位置と図１に示す画像を配置した明視距離とを示す図である。図３は、図１に示す画像を明視距離においたときに図２に示す老眼の観察者が見るデフォーカス像を示す図である。すなわち、３ｍ以遠しか焦点の合わない老眼の観察者Ａ（焦点位置１０）が、３０ｃｍの明視距離で表示画像１１を見たときの像である。図４は、図１に示す画像に基づいてウイナフィルタによって生成した事前補正画像を上記老眼の観察者が見たときの像を示す図である。

実際の場面においては、ウイナフィルタで生成された事前補正画像に負の値が含まれる場合がある。この場合は、表示することが出来ない。

図５は、ウイナフィルタで求めた事前補正画像の負の値をゼロと置いて事前補正画像を形成し、その事前補正画像を老眼の観察者が見たときの像を示す図である。図５に示すように、事前補正画像に負の値が含まれる場合でも、負の値をゼロとおくことにより、良好に画像を回復できることが分かる。

図６は、ウイナフィルタによる事前補正画像を示す図である。
事前補正画像には、元の表示画像（図１）に対して２倍以上強い強度のデータが存在することがある。この場合に、事前補正画像を有効に表示する為には、通常の明るさの２倍以上に明るく表示するとよい。その手段としては、液晶デバイスのバックライトとして輝度の高いＬＥＤ（発光ダイオード）を用いることが好ましい。

なお、図６の事前補正画像を見ても十分な効果を感じられないのは、現在見ている表示媒体（紙、ＬＣＤなどの既存のＦＰＤと思われる）が上記のような２倍以上の明るい表示になっていないからである。

図７は第１実施形態に係る表示装置の構成を示す図である。
図７に示す表示装置は、表示部としての液晶デバイス２０と、制御部３１と、処理部３２と、を備える。

液晶デバイス２０は、光源としてのＬＥＤ２１、偏光板２２、透明電極２３、液晶２４、透明電極２５、及び、偏光板２６が、この順序で積層されている。なお、図７では、カラー表示用のカラーフィルターは省略してある。

また、透明電極２３、２５は、制御部３１に接続され、制御部３１は処理部３２に接続されている。処理部３２は、上述の手順により、表示情報を光学系の補正関数で補正した事前補正画像データを生成する。処理部３２によって生成された補正画像データは制御部３１によって制御され、液晶デバイス２０に表示される。

なお、図７に示す表示装置は一例であって、本発明の表示装置はこれ以外の構成とすることもできる。

第１実施形態に係る補正画像データ生成方法及び表示装置では、事前補正画像データを表示することにより、表示位置に焦点の合わない人でも焦点の合った表示を見ることが出来る。

また、本実施形態の補正画像データ生成方法及び表示装置では、老眼の人でも老眼鏡を掛けたり、外したりすることなく、焦点の合った表示を見ることが出来る。

さらに、本実施形態の視度調節方法及び表示装置は、老眼の観察者の眼の負担を軽減し、老眼鏡その他の光学部材を追加することなく観察することができる。また、観察者の視力に合わせた視度調節が可能なフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）を実現できる。

（第２実施形態）
図８は、第２実施形態による事前補正画像を老眼の観察者が見たときの像を示す図である。
第２実施形態においては、事前補正画像データに負の値が含まれる場合に、負の値の最小値の絶対値をバイアスとして加え、全ての値を正に変換して表示している。これにより、図８に示すように良好に補正することが可能となり、像回復効果を高めることができる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
第３実施形態においては、事前補正画像データに負の値が含まれる場合に、事前補正画像データの負の値をゼロとしたデータと、正の値をゼロとしたデータに負の値の最小値をバイアスとして加えたデータとを、交互に表示している。すなわち、事前補正画像データの負の値をゼロとしたデータを表示することにより第１実施形態と同じ補正効果を得ると同時に、正の値をゼロとしたデータに負の値の最小値をバイアスとして加えて正の値のデータとした、元負値のデータを交互に表示している。これにより、残像効果に伴ってあたかも負の強度として眼に認識させることにより、事前補正画像の視度補正効果をより確実なものとすることができる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。

以上のように、本発明に係る補正画像データ生成方法及び表示装置は、ＦＰＤを備えた携帯電話やデジタルカメラに有用である。

１０ 焦点位置
１１ 表示画像
２０ 液晶デバイス（表示部）
２１ ＬＥＤ（光源）
２２ 偏光板
２３ 透明電極
２４ 液晶
２５ 透明電極
２６ 偏光板
３１ 制御部
３２ 処理部

Claims (11)

1. 表示情報を光学系の補正関数で補正した事前補正画像データを生成することを特徴とする補正画像データ生成方法。
2. 前記補正関数はデフォーカスの伝達関数の逆数であることを特徴とする請求項１に記載の補正画像データ生成方法。
3. 前記補正関数はデフォーカスの伝達関数のウイナフィルタであることを特徴とする請求項１に記載の補正画像データ生成方法。
4. 前記事前補正画像データのうちの負の値をゼロとして表示することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の補正画像データ生成方法。
5. 前記事前補正画像データのうちの負の値の最小値の絶対値をバイアスとして加えて表示することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の補正画像データ生成方法。
6. 前記事前補正画像データのうちの、負の値をゼロとしたデータと、正の値をゼロとしたデータに負の値の最小値をバイアスとして加えたデータと、を交互に表示することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の補正画像データ生成方法。
7. 前記光学系は眼光学系であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の補正画像データ生成方法。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の補正画像データ生成方法により補正画像データを生成する処理部と、
   生成された前記補正画像データを表示する表示部と、を有することを特徴とする表示装置。
9. 前記表示部は、補正しない画像データを表示するときの明るさの２倍以上の明るさを表示することを特徴とする請求項８に記載の表示装置。
10. 前記表示部は、前記事前補正画像データの表示に液晶を用いることを特徴とする請求項８または９に記載の表示装置。
11. 前記液晶の照明光源としてＬＥＤを用いることを特徴とする請求項１０に記載の表示装置。