JP2019158959A - 表示装置およびその制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】二重像とハローの両者を適切に低減して高品質な画像を表示することのできる技術を提供する。【解決手段】第1パネルを透過したのち第2パネルを透過した光によって画面に画像を表示する表示装置が、表示画像の輝度分布データを生成する生成部と、前記輝度分布データに対し空間的なローパスフィルタを適用するフィルタ適用部と、を有し、前記第1パネルの各画素の透過率は、前記ローパスフィルタが適用された前記輝度分布データを用いて制御されるものであり、前記第1パネルの第1領域内の画素に適用するローパスフィルタと、前記第1パネルの第2領域内の画素に適用するローパスフィルタとが異なる。【選択図】図1

Description

本発明は、バックライトと、バックライトの光を透過する二枚以上の透過パネルとを有する表示装置およびその制御方法に関する。
近年、撮影や映像制作の現場では、HDR(High Dynamic Range)と呼ばれる、より現実に近いダイナミックレンジで表現される映像を取り扱う機会が増えている。これらの映像を表示するデバイス開発も活発化しており、その一つに液晶パネルを二重にして表示する、いわゆる二重液晶の表示装置がある。
二重液晶は、観察ユーザ側の前面液晶と、前面液晶と背面にある光源(いわゆるバックライト)の間に挟まれる背面液晶と、に分けることができる。前面液晶は光の3原色(赤,緑,青)のカラーフィルタを装着し、映像データを表現する。背面液晶は映像データの輝度成分から、主に暗部の液晶の特性に起因する漏れ光を低減するように制御される。これにより二重液晶では、高輝度領域と低輝度領域が隣接した場合などでも漏れ光を充分に軽減することができ、局所コントラストを高めることができる。従って、自然画などで暗部と明部の高コントラストを観察することが可能である。
一方で二重液晶では、高輝度領域と低輝度領域が隣接する部分に二重に輪郭が見える妨害映像(以下、二重像又は二重輪郭妨害と呼ぶ。)が見えることがある。
特許文献1では、背面液晶用の画像に空間ローパスフィルタをかけて、前面液晶用の画像と背面液晶用の画像の空間周波数を異ならせることにより、二重液晶におけるモアレの発生を低減させる方法が提案されている。
国際公開第2007/040127号
本発明者らは、実験により、特許文献1の提案方法のように背面液晶用の画像に空間ローパスフィルタをかけることで、二重輪郭妨害を緩和できることを見出した。しかしながら、単純にローパスフィルタをかけるだけでは、高輝度領域の周辺にハロー(ぼんやりと明るい領域)が現れるという別の問題が発生してしまうことがわかった。
そこで本発明は、二重像とハローの両者を適切に低減して高品質な画像を表示することのできる技術を提供することを目的とする。
本発明の第1態様は、透過率を制御可能な複数の画素を各々が有する第1パネル及び第2パネルを備え、前記第1パネルを透過したのち前記第2パネルを透過した光によって画面に画像を表示する表示装置において、表示画像の輝度分布データを生成する生成部と、前記輝度分布データに対し空間的なローパスフィルタを適用するフィルタ適用部と、を有し、前記第1パネルの各画素の透過率は、前記ローパスフィルタが適用された前記輝度分布データを用いて制御されるものであり、前記第1パネルの第1領域内の画素に適用するローパスフィルタと、前記第1パネルの第2領域内の画素に適用するローパスフィルタと
が異なることを特徴とする表示装置を提供する。
本発明の第2態様は、透過率を制御可能な複数の画素を各々が有する第1パネル及び第2パネルを備え、前記第1パネルを透過したのち前記第2パネルを透過した光によって画面に画像を表示する表示装置の制御方法であって、表示画像の輝度分布データを生成するステップと、前記輝度分布データに対し空間的なローパスフィルタを適用するステップと、前記ローパスフィルタが適用された前記輝度分布データを用いて、前記第1パネルの各画素の透過率を制御するステップと、を有し、前記第1パネルの第1領域内の画素に適用するローパスフィルタと、前記第1パネルの第2領域内の画素に適用するローパスフィルタとが異なることを特徴とする表示装置の制御方法を提供する。
本発明の第3態様は、第2態様に係る表示装置の制御方法の各ステップをプロセッサに実行させるためのプログラムを提供する。
本発明によれば、二重像とハローの両者を適切に低減して高品質な画像を表示することができる。
第1実施形態における表示装置の構成図である。 第1実施形態におけるフローチャートである。 第1実施形態における第1領域及び第2領域とフィルタの例である。 第1実施形態におけるフィルタ適用処理の例である。 第1実施形態におけるフィルタ適用処理の変形例である。 第1実施形態におけるフィルタ適用処理の変形例である。 第1実施形態におけるフィルタ適用処理の変形例である。 二重輪郭妨害が発生する原因を示す説明図である。 ハロー妨害が発生する原因を示す説明図である。 二重液晶を用いた表示装置の構成図である。 第2実施形態における表示装置の構成図である。 第2実施形態におけるフィルタの例である。 第3実施形態におけるフィルタの例である。
<表示装置の構成>
図10を参照して、本発明が適用される二重液晶を用いた表示装置のハードウェア構成の概略を説明する。
表示装置100は、バックライトモジュール11、背面パネル12、前面パネル13、及び、制御ユニット14を有する。以後、バックライトモジュール11から表示面に向かう方向を前方向として説明を行う。背面パネル12はバックライトモジュール11に対して前側(前面側)に設けられた液晶パネルであり、前面パネル13は背面パネル12に対して前側に設けられた液晶パネルである。背面パネル12及び前面パネル13の各々は透過率を制御可能な複数の画素を有しており、バックライトモジュール11から発せられた光が、背面パネル12を透過したのち前面パネル13を透過することで、画面に画像が表示される。制御ユニット14は、表示装置100の各種処理や制御を行う。制御ユニット14の位置は特に限定されないが、図10では、制御ユニット14(制御ユニット14が設けられた制御回路基板)は、バックライトモジュール11に対して後ろ側(背面側)に設けられている。また、表示装置100は、不図示の部材として、外装ベゼル、電源、操作キー、リモートコントロール等を有する。モアレ防止などのために、背面パネル12と前面パネル13の間に、光学シート、所定の空間、等が設けられてもよい。
<二重液晶の課題>
前述のように、二重液晶を用いた表示装置では、高輝度領域と低輝度領域が隣接する部分に二重輪郭妨害が発生することがある。この現象が発生する原因を図8A〜図8Cを用いて説明する。図8Aは入力画像801の一例を示す。入力画像801は、黒背景のなかに垂直方向に複数の白線802が存在する画像である。図8Bは前面パネル13と背面パネル12それぞれの透過率、及び、視点807と視線方向を示す図である。説明の簡略化のため、図8Bは、視点807と同じ高さにある水平方向の一ラインの透過率を示しており、黒色が透過率0%の画素、白色が透過率100%の画素を表す。図8Cは、視点807で観察される表示画像808を模式的に示す。
図8Aの入力画像801に基づき前面パネル13及び背面パネル12を制御すると、図8Bに示すように、白線802に対応する位置の画素805、806の透過率が100%となる。この時、視点807の正面(視線角度がほぼ0度の位置)にある白線は高品位な画像として観察される(図8C参照)。しかし、視点807の正面から外れた位置にある画素については、前面パネル13上の画素に対する視線角度と背面パネル12上の画素に対する視線角度にズレが生じ、そのズレは視線角度が大きくなるほど(視点807の正面から外れるほど)大きくなる。そのため、視点807から見たときに、背面パネル12上の高輝度(高透過率)画素が前面パネル13上の低輝度(低透過率)画素を通して視認されてしまうことがある。これが二重輪郭妨害が発生する原因である。図8Cに示す表示画像808では、本来の画像である白線809以外に、二重輪郭妨害810が視認された例を模式的に表現している。
本発明者らは、このような二重輪郭妨害を緩和するために、背面パネル12の駆動に用いるデータに対して空間的なローパスフィルタをかけるという方法を試みたところ、ハロー妨害という別の問題に直面した。これを図9A〜図9Cを用いて説明する。入力画像801(図8A)にローパスフィルタをかけると、白線の幅が広がり且つ輪郭がぼやけた画像が得られる。そのような画像を用いて背面パネル12を駆動すると、図9Aのように、背面パネル12では本来の白線よりも広い領域で光が透過する。これを視点807から見ると、図9Bのような表示画像901が観察される。表示画像901では、二重輪郭は発生しないものの、それぞれの白線の周りに広範囲のハロー(ぼんやりと明るい領域)が見えている。このようなハロー妨害は、コントラストやシャープネスの低下を招き、観察者に画質低下を感じさせる場合がある。例えば、星空や夜景の画像のように、暗い背景のなかに小面積の高輝度領域が存在する画像では、高輝度領域の周りがぼんやりと明るくなるなど、視覚的な違和感を生じやすい。
とはいえ、ハロー妨害の軽減のために、ローパスフィルタのカーネルサイズ(参照範囲)を小さくしたり、平滑化度合を小さくすると、図9Cの表示画像903のように二重輪郭妨害904を十分に抑制できない場合がある。
以上の課題に鑑み、本発明者らは、背面パネル12上の画素の位置に応じて、適用するローパスフィルタを適応的に変えることによって、観察者が視認する画像において二重輪郭妨害とハロー妨害をバランス良く抑えることに成功した。その具体的な構成及び方法については後述する。
なお、背面パネル12と前面パネル13のそれぞれは、液晶パネルに限られず、透過率を制御可能な複数の画素(表示素子)を有する透過パネル(透過型の表示パネル)であればよい。例えば、背面パネル12と前面パネル13の少なくとも一方は、表示素子としてMEMS(Micro Electro Mechanical System)シャッターを有するMEMSシャッター方式表示パネルであってもよい。液晶以外の二重パネル構造の表示装置においても、上述した二重輪郭妨害とハロー妨害の課題が発生するため、
本発明を適用可能である。
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係る表示装置の内部構成を模式的に示すブロック図である。
表示装置100は、映像入力部101、画像重畳部102、EOTF適用部103、前面パネル104、輝度抽出部105、フィルタ生成部106、フィルタ適用部107、背面ガンマ適用部108、背面パネル109、グラフィックス生成部110を有する。また表示装置100は、発光部としてのバックライトモジュール111を有する。さらに表示装置100は、CPU(プロセッサ)120、ユーザI/F部121、メモリ部122、不揮発メモリ部123を有する。ここで、前面パネル104、背面パネル109、及び、バックライトモジュール111を除くブロック(101〜103、105〜108、110、120〜123)は、制御ユニット(図10の符号14)に含まれる構成である。
不図示の映像出力装置より出力された映像信号は、信号線から入力端子を通り映像入力部101に入力される。映像入力部101は、入力された映像信号をヘッダデータと映像データへ分離し、ヘッダデータはCPU120へ、映像データは復調して画像重畳部102へ出力する。復調とは、伝送用に配列された映像信号を表示用に配列し直すことを指す。
画像重畳部102は、映像入力部101から出力された映像データに、グラフィックス生成部110から出力されたグラフィックス画像を重畳し、EOTF適用部103および輝度抽出部105へ映像データを出力する。
EOTF適用部103は、画像重畳部102から出力された映像データにElectro−Optical Transfer Function(以下、EOTFと略す)の係数を乗算する。EOTFとは電気信号をどのように光信号へ変換するかを表す関数である。主なものに国際電気通信連合の無線通信部門(略称はITU−R)勧告BT.210
0で標準化されているHybrid Log−Gamma(以下、HLGと略す)、Perceptual Quantization(以下、PQと略す)がある。EOTF変換された映像データは前面パネル104へ出力される。なお、EOTF適用部103で用いられるEOTFは、上述の例に限らない。
背面パネル109は後述するように映像信号の輝度分布データに基づいてバックライト111の光を透過する。EOTF適用部103は、前面パネル104の画面に表示される画像の輝度と、入力された映像信号との関係が、所定のEOTFの関係を満たすように、背面パネル109を透過する光量に基づいて、映像信号に適用するEOTFを決定してもよい。
前面パネル104は、EOTF適用部103から出力された映像データに従って液晶の透過率を制御し、映像を表示する。なお、EOTF適用部103から出力される映像データは、前面パネル104の透過率を制御するためのデータであるため、前面パネル104の制御画像データ又は駆動画像データとも呼ばれる。
輝度抽出部105は、画像重畳部102より出力された映像データから各画素の輝度情報を抽出して輝度分布データを生成する生成部である。映像データが赤、青、緑の3つの画素値から構成される場合、輝度抽出部105は、赤、青、緑の3要素の内、最も大きい画素値を当該画素の輝度情報として抽出すればよい。例えば、1つの画素の輝度情報を8ビットで表す場合、輝度分布データは、映像データと同じ画素数をもつ256階調のグレースケール画像データである。生成された輝度分布データはフィルタ適用部107へ出力される。
フィルタ生成部106は、フィルタ適用部107で適用される複数のローパスフィルタを生成する。フィルタ生成部106は、不揮発メモリ部123に予め保持されているローパスフィルタを用いても良いし、入力映像やユーザ(観察者)の視点位置に従ってローパスフィルタを動的に算出しても良い。生成されたローパスフィルタはフィルタ適用部107へ出力される。
フィルタ適用部107は、フィルタ生成部106から出力されたローパスフィルタを、輝度抽出部105から出力された輝度分布データに適用する。適用に際しては、輝度分布データの領域(画面上の位置)に応じて、各画素に適用するローパスフィルタを変更する。ローパスフィルタを適用された輝度分布データは背面ガンマ適用部108へ出力される。なお、ローパスフィルタとしては、輝度分布データ(画像データ)を空間的に平滑化又はぼかす作用をもつものであれば、どのようなフィルタを用いてもよい。実空間のフィルタでもよいし、周波数空間のフィルタでもよい。また、1次元のフィルタ(例えば、水平方向のフィルタ、垂直方向のフィルタなど)でもよいし、2次元のフィルタでもよい。本実施形態では、対象とする画素の画素値を参照範囲に含まれる画素の画素値の統計量に応じた値(例えば合計値や平均値や重み付き平均値)に変換するフィルタ処理を行うローパスフィルタを用いる。
背面ガンマ適用部108は、フィルタ適用部107から出力された輝度分布データにガンマ係数を乗算する。ガンマ係数は、輝度分布データにおける各画素の輝度情報を、液晶の透過率に変換する係数である。一般的に、Y=Xγ(γ<1)で表現される変換式となるようなガンマ係数が設定される。変換された輝度分布データは背面パネル109へ出力される。
背面パネル109は、背面ガンマ適用部108から出力された輝度分布データに従って各画素(液晶素子)を制御し、バックライトモジュール111から発せられる光の透過を調整する。なお、背面ガンマ適用部108から出力される輝度分布データは、背面パネル109の透過率を制御するためのデータであるため、背面パネル109の制御画像データ又は駆動画像データとも呼ばれる。
グラフィックス生成部110は、CPU120からの命令に従って、映像や装置に関するOSD(On Screen Display)用の画像を生成する。生成されたグラフィックス画像は、画像重畳部102へ出力される。CPU120は、各部に対して一連の処理実行の指示を行う。
CPU120は、不揮発メモリ部123に記憶されているプログラムをメモリ部122に展開し、そのプログラムを実行することによって各種処理の実行及び各種機能の提供を行う。
ユーザI/F部121は、ユーザの操作情報を取得する。ユーザの操作情報は、表示装置100に取り付けられたボタンやタッチパネルの押下情報、有線もしくは無線で接続されるリモートコントローラからのボタン押下情報などを含む。ユーザの操作情報とグラフィックス生成部110で生成されたOSDから、CPU120はユーザから入力される設定値や目標値を得る。
メモリ部122は、通電状態のみ情報保持できる記憶媒体である。不揮発メモリ部123は、非通電状態でも情報保持可能な記憶媒体である。
本実施形態の表示装置100では、映像入力部101、画像重畳部102、EOTF適用部103、輝度抽出部105、フィルタ適用部107、背面ガンマ適用部108、グラフィックス生成部110は、専用の回路(ASICなど)により構成される。ただし、これらのうちの一部又は全部の機能を、CPU120が実行するプログラムによって代替してもよい。
(フィルタ適用処理)
次に図2を用いて本実施形態におけるフィルタ適用部107のフィルタ適用処理の基本フローを説明する。本実施形態のフィルタ適用部107は、背面パネル109を第1領域と第2領域の2種類の領域に区分し、第1領域内の画素に適用するローパスフィルタを、第2領域内の画素に適用するローパスフィルタと異ならせる、という処理を行う。第1領域と第2領域の具体例については後述する。
輝度抽出部105より輝度分布データが入力されると、フィルタ適用部107が図2の処理を開始する。ステップS201及びS205はループ端であり、ステップS202〜S204の処理が、輝度分布データの全ての画素を対象として、繰り返し実行されることを示す。以後の説明では、処理の対象となっている画素を「画素n」と表記する。ステップS202において、フィルタ適用部107は、画素nが背面パネル上の第1領域に含まれるか否か判定する。第1領域内の画素である場合はステップS203へ、第2領域内の画素である場合はステップS204へ進む。ステップS203では、フィルタ適用部107は、画素nに対して第1のローパスフィルタF1を適用し、ステップS205へ進む。他方、ステップS204では、フィルタ適用部107は、画素nに対して第2のローパスフィルタF2を適用し、ステップS205へ進む。第1のローパスフィルタF1は、第2のローパスフィルタF2に比べて、参照範囲(カーネルサイズ)が小さいか又は平滑化度合が小さいフィルタである。各フィルタF1、F2の具体例については後述する。ステップS205において、輝度分布データ上の全画素へのフィルタ適用が完了している場合は、終了となる。完了していない場合は、ステップS201へ戻る。
図3A及び図3Bを用いて、第1及び第2領域とフィルタF1、F2の一例を説明する。本例は、画面の中央領域が観察者の有効視野に対応する領域であるとみなし、画面の中央領域を第1領域、画面の端部領域を第2領域に設定する例である。
図3Aは水平方向における人間の有効視野と安定注視野を表した図であり、図3Bは表示装置の画面と有効視野の関係を表した図である。有効視野とは情報受容能力に優れる視野範囲で、おおよそ水平方向に30度、垂直方向に20度の範囲といわれている。安定注視野は注視点を迅速に安定して移動可能な範囲で、水平方向に最大90度、垂直方向に最大70度といわれている。水平方向において、視点301から画面302を観察した際に、有効視野は符号303で示した範囲となる。同様にして、水平方向において、視点301から画面302を観察した際の安定注視野は、符号303で示した範囲と符号304で示した範囲とを合わせた範囲となる。一般にディスプレイを観察する場合、ユーザは画面全体を安定注視野304内に収めようとするため、ユーザの有効視野は画面302上の符号305で示した範囲にくることが多い。有効視野内では視線角度(画面の垂線と視線がなす角)は十分に小さいので、有効視野内では二重輪郭妨害を視認しづらい。その一方で、有効視野内では、観察者はハロー等の画質低下に敏感である。言い換えれば、画面の中央付近は、端部に比べて観察者が二重輪郭妨害を視認しづらく、かつ、ハロー等の画質低下に敏感な領域であるといえる。
そこで、画面の中央領域(第1領域)内の画素に対しては、カーネルサイズ又は平滑化度合が小さいフィルタF1を適用し、画面の端部領域(第2領域)内の画素に対しては、カーネルサイズ又は平滑化度合が大きいフィルタF2を適用する。これにより、ユーザは有効視野内では二重輪郭妨害及びハロー妨害の少ない映像を見ることができ、有効視野の外側では二重輪郭妨害が少ない映像を見ることができる。
図6A〜図6Cに、水平方向及び垂直方向の有効視野に対応する領域とそれ以外の領域とのあいだで、適用するローパスフィルタを変えた場合の例を示す。図6Aに示すような入力画像データ600が与えられると、輝度抽出部105によって輝度分布データ601が生成される。次に、フィルタ適用部107が、輝度分布データ601における有効視野
領域602内の画素に対しフィルタF1を適用し、それ以外の領域内の画素に対しフィルタF2を適用することで、フィルタ後の輝度分布データ604を得る。
図6B及び図6CはローパスフィルタF1、F2の一例を示している。このローパスフィルタは、対象とする画素(フィルタの中心に位置する画素)の画素値を、参照範囲に含まれる画素の画素値に係数を乗算して加算した値に変換する(置き換える)フィルタ処理を行うものである。したがって、一般には、参照範囲(カーネルサイズ)が小さいほど平滑化度合は小さくなる。また、(仮に参照範囲が同じでも)対象とする画素の画素値に乗算する係数が他の画素の画素値に乗算する係数よりも大きいほど、平滑化度合は小さくなる。
図6Bは、フィルタF1とフィルタF2のカーネルサイズを変えた例であり、フィルタF1は3×3のフィルタ、フィルタF2は9×9のフィルタである。図6Cは、フィルタF1とフィルタF2の平滑化度合を変えた例であり、フィルタ係数の設計により、フィルタF1の方がフィルタF2に比べて平滑化度合が小さくなっている。説明の便宜から図6B及び図6Cではフィルタ係数を整数値で示したが、実際のフィルタでは、フィルタ係数の合計値がフィルタF1とF2とで同じ値(例えば1)となるように、フィルタ係数の値が調整される。なお、図6Bと図6Cのフィルタはあくまで一例であり、カーネルサイズやフィルタ係数はこれらに限られない。また、フィルタF1とF2のあいだで、カーネルサイズと平滑化度合(フィルタ係数)の両方を変えてもよい。このようなフィルタF1、F2を用いることにより、フィルタ後の輝度分布データ604では、有効視野領域602内の像はぼけが小さく、それ以外の領域内の像はぼけが大きくなる。
前面パネル104の透過率を入力画像データ600に基づき制御し、背面パネル109の透過率をフィルタ後の輝度分布データ604に基づき制御することで、二重輪郭妨害が抑制され、且つ、有効視野内におけるハロー妨害の少ない表示画像605が得られる。
上述のように、画面の領域ごとに異なるフィルタ処理を適用することにより、観察者と画面との関係に応じて、観察者が二重輪郭を認識しづらくなることを優先するか、画質低下を認識しづらくなることを優先するかを好適に選択することが可能となる。
なお、上述の例では、画面の水平方向および垂直方向において、中央近傍の領域と、それ以外の領域とで、輝度分布データに適用するフィルタを異ならせたが、フィルタを異ならせる領域の選択の方法はこれに限らない。以下に、本実施形態における変形例を説明する。
(変形例1)
変形例1は、画面の水平方向における視線角度に着目し、画面の水平方向における中央領域と端部領域とで、輝度分布データに適用するフィルタを異ならせる場合について説明する。なお、簡単のため、適用するフィルタはいずれも水平方向に対して輝度分布データを平滑化するフィルタであるとする。
図4A〜図4Cに、水平方向の有効視野に対応する領域とそれ以外の領域とのあいだで、適用するローパスフィルタを変えた場合の例を示す。図4Aに示すような入力画像データ400が与えられると、輝度抽出部105によって輝度分布データ401が生成される。次に、フィルタ適用部107が、輝度分布データ401における水平方向の有効視野領域402内の画素に対しフィルタF1を適用し、それ以外の領域403内の画素に対しフィルタF2を適用することで、フィルタ後の輝度分布データ404を得る。
図4Bは、フィルタF1とフィルタF2のカーネルサイズを変えた例であり、フィルタF1は3×1のフィルタ、フィルタF2は13×1のフィルタである。図4Cは、フィルタF1とフィルタF2の平滑化度合を変えた例であり、フィルタ係数の設計により、フィ
ルタF1の方がフィルタF2に比べて平滑化度合が小さくなっている。説明の便宜から図4B及び図4Cではフィルタ係数を整数値で示したが、実際のフィルタでは、フィルタ係数の合計値がフィルタF1とF2とで同じ値(例えば1)となるように、フィルタ係数の値が調整される。なお、図4Bと図4Cのフィルタはあくまで一例であり、カーネルサイズやフィルタ係数はこれらに限られない。また、フィルタF1とF2のあいだで、カーネルサイズと平滑化度合(フィルタ係数)の両方を変えてもよい。このようなフィルタF1、F2を用いることにより、フィルタ後の輝度分布データ404では、有効視野領域402内の像はぼけが小さく、それ以外の領域403内の像はぼけが大きくなる。
前面パネル104の透過率を入力画像データ400に基づき制御し、背面パネル109の透過率をフィルタ後の輝度分布データ404に基づき制御することで、二重輪郭妨害が抑制され、且つ、有効視野内におけるハロー妨害の少ない表示画像405が得られる。
(変形例2)
変形例2は、画面の垂直方向における視線角度に着目し、画面の垂直方向における中央領域と端部領域とで、輝度分布データに適用するフィルタを異ならせる場合について説明する。なお、簡単のため、適用するフィルタはいずれも垂直方向に対して輝度分布データを平滑化するフィルタであるとする。
図5A〜図5Cに、垂直方向の有効視野に対応する領域とそれ以外の領域とのあいだで、適用するローパスフィルタを変えた場合の例を示す。図5Aに示すような入力画像データ500が与えられると、輝度抽出部105によって輝度分布データ501が生成される。次に、フィルタ適用部107が、輝度分布データ501における垂直方向の有効視野領域502内の画素に対しフィルタF1を適用し、それ以外の領域503内の画素に対しフィルタF2を適用することで、フィルタ後の輝度分布データ504を得る。
図5Bは、フィルタF1とフィルタF2のカーネルサイズを変えた例であり、フィルタF1は1×3のフィルタ、フィルタF2は1×13のフィルタである。図5Cは、フィルタF1とフィルタF2の平滑化度合を変えた例であり、フィルタ係数の設計により、フィルタF1の方がフィルタF2に比べて平滑化度合が小さくなっている。説明の便宜から図5B及び図5Cではフィルタ係数を整数値で示したが、実際のフィルタでは、フィルタ係数の合計値がフィルタF1とF2とで同じ値(例えば1)となるように、フィルタ係数の値が調整される。なお、図5Bと図5Cのフィルタはあくまで一例であり、カーネルサイズやフィルタ係数はこれらに限られない。また、フィルタF1とF2のあいだで、カーネルサイズと平滑化度合(フィルタ係数)の両方を変えてもよい。このようなフィルタF1、F2を用いることにより、フィルタ後の輝度分布データ504では、有効視野領域502内の像はぼけが小さく、それ以外の領域503内の像はぼけが大きくなる。
前面パネル104の透過率を入力画像データ500に基づき制御し、背面パネル109の透過率をフィルタ後の輝度分布データ504に基づき制御することで、二重輪郭妨害が抑制され、且つ、有効視野内におけるハロー妨害の少ない表示画像505が得られる。
(変形例3)
図7を用いて変形例3のフィルタ適用処理を説明する。本変形例では、画面内の注目領域に対し、カーネルサイズ又は平滑化度合が大きいフィルタF2を適用し、それ以外の領域に対し、カーネルサイズ又は平滑化度合が小さいフィルタF1を適用する。これにより、注目領域における二重輪郭妨害の発生を確実に防止する。注目領域とは、観察者により注目される(又は注目される可能性が高い)画面内の領域をいう。本例では、表示画像に重畳されたグラフィクス画像(例えばOn Screen Display(OSD)画像)を注目画像の一例として述べる。
図7は入力画像データ701上にOSD702が重畳された表示画像の例を表す。画面にOSD702が表示された場合、観察者はOSD702を注視する可能性が極めて高い。したがって、観察者に強い妨害感を与えるおそれのある二重輪郭妨害は、OSD702の領域では発生させないことが望ましい。しかも、OSD702は、メニュー表示や情報表示のために、文字や線画を含む画像であることが多い。それゆえ、二重輪郭妨害が発生すると文字や線画が判読しづらくなり、観察者がOSD702の表示内容を誤認識してしまうおそれもある。
そこで本変形例では、OSD702が重畳される注目領域を第2領域に設定し、それ以外の領域を第1領域に設定する。これにより、OSD702の領域に対して、カーネルサイズ又は平滑化度合が大きいフィルタF2が適用されるので、OSD702の領域における二重輪郭妨害の発生を抑制できる。よって観察者はOSD702の情報を正確に読み取ることができるようになる。他方、OSD702以外の領域(第1領域)に対してはカーネルサイズ又は平滑化度合が小さいフィルタF1が適用される。これにより不要なハローを抑えることができ、良好な画像を観察可能となる。
なお図7ではOSD702の一例としてメニューを例示したが、画像信号の情報、例えば、画像信号のベクトルスコープ、波形モニタ、ヒストグラムなどのグラフィックス表示でも同様の効果が得られる。また、注目画像はOSDに限られない。例えば、入力画像における高輝度領域や動きの大きい領域、特定の物体が写っている領域などを、注目領域に選んでもよい。また、注目領域を自動で検出・設定するのではなく、観察者に注目領域を指定させてもよい。
上述したように、画面の水平方向における位置が中央近傍の領域であるか否かに応じて異なるフィルタを適用することや、画面の垂直方向における位置が中央近傍の領域であるか否かに応じて異なるフィルタを適用することも可能である。また、予め設定された画像が表示される領域とそうでない領域とで異なるフィルタを適用することも可能である。
上述した複数のフィルタ適用の条件を、観察者が選択することも可能である。これにより、表示する画像や観察者が行う作業に応じて、どのように画像の領域を区別してフィルタを適用することが望ましいかを、観察者が判断して選択することが可能となる。このような選択は、観察者(ユーザ)がユーザI/F部121を介して入力してもよい。
なお、ユーザが設定可能なフィルタ適用に関する動作モードは、上述したように第1領域と第2領域とで異なるフィルタを適用する動作モードのほか、輝度分布データの全面に対して同じフィルタを適用する動作モードを含んでいてもよい。また、フィルタを適用しない動作モードを選択可能であってもよい。
また、領域の分割の方法は、上述したように中央領域と端部領域との2つに限らない。3つ以上の領域でそれぞれ異なるフィルタを適用することも可能である。また、表示装置の設定部を利用することにより、異なるフィルタを適用する領域の位置、大きさ、および形状等を、ユーザが設定することも可能である。例えば、画面上に領域を示すマーカを表示して、ユーザがユーザI/F部121を介してマーカを操作することにより、互いに異なるフィルタを適用する複数の領域を設定してもよい。また、画像における座標位置をユーザが入力して互いに異なるフィルタを適用する複数の領域を設定してもよい。
<第2実施形態>
次に本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態は、第1実施形態とはフィ
ルタの適用処理が異なる。以下、第1実施形態との相違点を中心に説明し、第1実施形態と同一の構成及び同一の動作については説明を割愛する。また、第1実施形態と同一の構成
については同一の符号を用いるものとする。
本実施形態においては、第1領域の第1画素に対しては、第1画素を中心とした参照範
囲に含まれる画素の画素値を用いてローパスフィルタを適用する。そして、第1画素から離れた位置に存在する第2領域の第2画素に対しては、第2画素よりも第1画素の側に位置する第3画素を中心とする参照範囲に含まれる画素の画素値を用いてローパスフィルタを適用する。好ましくは、第1画素と第2画素との距離が長いほど、第2画素と第3画素の距離が長くなるように、第3画素を決定するとよい。このようにローパスフィルタの参照範囲を切り替えることによって、第1画素が正面にくるような観察位置から画面を見たときに、二重輪郭妨害及びハローが低減された良好な映像を観察することができる。
ここで「第1画素」は、観察者の注視点に対応する画素であるとよく、例えば、画面の中心の画素、注目領域内の点(OSDのグラフィクス画像の中央や選択状態のメニュー上の点など)などが第1画素に選ばれる。あるいは、観察者の視点の位置を測定することにより、実際の観察者の注視点の位置(第1画素)を計算してもよい。第2画素よりも第1画素の側に位置する第3画素を中心とする参照範囲に含まれる画素の画素値を用いてローパスフィルタを適用すると、画像の平滑化(ぼかし)だけでなく第3画素近傍の画像を第2画素の位置に平行移動するような効果も得られる。
図11は第2実施形態の表示装置1100の構成を表した図である。第1実施形態との違いは、視点測定部1101とフィルタ生成配置部1102を備える点である。視点測定部1101は、不図示のカメラなどを用いて、観察者の視点の位置(具体的には、表示装置1100の画面からの距離、画面中央からの水平方向及び垂直方向の相対位置)を測定する。測定した観察距離と水平方向及び垂直方向の相対位置情報は、フィルタ生成配置部1102へ出力される。フィルタ生成配置部1102は、視点測定部1101より出力された観察距離および水平方向及び垂直方向の相対位置から、輝度分布データの各画素におけるローパスフィルタの係数を算出する。算出方法については後述する。算出された各画素におけるローパスフィルタの係数をフィルタ適用部107へ出力する。
次に図12A及び図12Bを用いてフィルタ生成配置部1102におけるローパスフィルタの係数決定方法を例示する。図12A及び図12Bでは説明を簡略化するため、水平方向についてのみ言及するが、垂直方向についても同様に算出することが可能である。
図12Aにおいて、符号104は前面パネルを表し、符号109は背面パネルを表す。また、視点1200と画面(前面パネル104の表面)の間の観察距離をZ、前面パネル104と背面パネル109の間の距離をDとする。このとき、視点1200から画面に下した垂線と背面パネル109との交点に位置する背面パネル109上の画素1201が、上述した第1画素となる。換言すると、第1画素を通り画面に垂直な直線上の、画面から距離Dだけ離れた位置に視点1200が存在する。
ここで、視点1200から水平方向に距離Xbだけ離れた位置に存在する背面パネル109上の画素1202を第2画素とし、視点1200から第2画素1202に引いた線分と前面パネル104との交点に位置する画素1204を第4画素と呼ぶ。また、第4画素1204と同じ位置にある、背面パネル109上の画素1203を第3画素と呼ぶ。図12Aからわかるように、第1画素1201から第33画素1203までの水平方向の距離Xfは、下記の式で表せる。
Xf=Xb×Z/(Z+D)
このような位置関係が成り立つ場合に、視点1200から画面をみたとき、背面パネル109の第2画素1202と前面パネル104の第4画素1204とがちょうど重なって見えることとなる。したがって、背面パネル109の第2画素1202の透過率を、前面パネル104の第4画素1204の輝度情報に基づいて制御することにより、二重輪郭妨害を抑制することができる。そこで本実施形態では、フィルタ適用処理において、第2画
素1202に対し、第3画素1203を中心とする画素範囲を参照するローパスフィルタを適用する。このようなフィルタ処理によって、輝度分布データの平滑化に加え、第4画素1204の輝度情報を第2画素1202の制御に適用するのと等価な効果が得られる。なお、第2画素1202の位置(フィルタの中心)と第3画素1203の位置(参照範囲の中心)との距離は、観察距離が近いほど大きくなる。
図12Bに、前面パネル104の第4画素1204と背面パネル109の第2画素1202及び第3画素1203のあたりを拡大した模式図と、第2画素1202に適用するローパスフィルタ1210のフィルタ係数を行列で表現した例を示す。このローパスフィルタ1210では、例えば、第4画素1204に対応する位置にある画素(第3画素1203)とその両隣の画素の係数のみが1に設定されている。これにより、視点1200から見たときに同じ位置に見える画素1202,1204が対応する輝度情報を用いて制御されるようになるので、二重輪郭妨害とハローの発生を最小限に抑えることができる。なお、図12Bに示したフィルタのサイズ及び係数はあくまで一例である。係数は1に限定されないし、また第3画素1203とその両隣の画素とで係数を変えても良い。また、参照範囲は3画素より多くてもよいし、少なくてもよい。
以上述べた本実施形態によれば、第1実施形態よりもさらに二重輪郭妨害とハローの発生を低減することができる。なお本実施形態では、輝度分布データの画素ごとにローパスフィルタを変えたが、画素ごとではなく、領域ごと(画素群ごと)にローパスフィルタを変化させてもよい。後者の方がフィルタ係数の演算に要する処理を削減できるという利点がある。また本実施形態では、水平方向のフィルタを例示したが、垂直方向のフィルタを適用してもよいし、水平方向と垂直方向の双方向のフィルタを適用してもよい。また本実施形態では、視点測定部1101で観察者の観察距離と視点の水平・垂直位置を測定したが、視点の水平・垂直位置は固定値(例えば画面中央)とし、観察距離のみを測定しても良い。あるいは、視点位置の測定は行わず、観察距離も水平・垂直位置も固定値を用いてもよいし、観察者自身がOSDなどで提供されるユーザインタフェースを利用して観察距離や水平・垂直位置を指定してもよい(この場合、視点測定部1101は不要である)。また本実施形態では、視点からの水平・垂直方向の相対位置を距離で算出していたが、画素数あるいはそれに準じる値で距離を算出してもよい。
<第3実施形態>
次に本発明の第3実施形態について説明する。第3実施形態は、第2実施形態とフィルタの適用処理(特にフィルタ係数の設定)が異なる。以下、第2実施形態との相違点を中心に説明し、第2実施形態と同一の構成及び同一の動作については説明を割愛する。また、第1及び第2実施形態と同一の構成については同一の符号を用いるものとする。
第3実施形態においても、第2実施形態と同様に、輝度分布データに適用するローパスフィルタを画素ごとに変更する。ただし、第2実施形態では、観察距離(視点と画面のあいだの距離)に応じてフィルタ係数を変えたのに対し、本実施形態では、視点が所定の距離範囲内にあるときに二重輪郭妨害が発生しないような汎用的なフィルタ係数を設定する。これにより、所定の距離範囲内であれば、観察者が観察距離を変えても良好な映像を観察することができる。また、第2実施形態のように視点位置を測定する必要がないので、構成も簡易にできるという利点もある。なお、視点の水平・垂直位置については、固定値でもよいし、第2実施形態と同じように測定してもよい。本実施形態では、視点の水平・垂直位置は固定値(画面中央)とし、観察距離の範囲は、観察者が映像を視認できる最近接距離から無限大の距離までの範囲とする。
図13Aは観察距離の最近接距離を表す図である。簡略化するため、水平方向のみの記述となっているが、垂直方向も同様である。視点1301から見たときに、画面1302
の全体が安定注視野に入る観察距離の最小値が、最近接距離Dである。画面1302の水平方向の幅をWとすると、安定注視野は90度であることから、観察距離の最近接距離Dは、画面の水平方向の幅Wの半分の距離、すなわち、
D=W/2
となる。この距離Dの値を用いて、第2実施形態で述べた方法により、最近接距離Dから観察したときに二重輪郭妨害が発生しないようにするための、各画素におけるフィルタ係数を算出することができる。つまり、画素nに適用するフィルタは、視点から画素n(第2画素)に引いた線分と前面パネルとの交点に位置する前面パネル上の画素(第4画素)と同じ位置にある背面パネル上の画素(第3画素)を中心とする画素範囲を参照するように設計すればよい。
一方で、視点が無限大の距離にある場合は、各画素を正面から見る場合と等価と考えることができる。したがって、背面パネル上の画素と前面パネル上の画素のずれ(視差)を考慮する必要はなく、同じ位置の画素の輝度情報に基づき背面パネルの透過率を制御すればよい。この場合、画素nに適用するフィルタは、画素n(第2画素)自身を中心とする画素範囲を参照するように設計すればよい。
そして、最近接距離用のフィルタの参照範囲と無限大距離用のフィルタの参照範囲の両方を包含する画素範囲を参照するようなフィルタを生成する。言い換えると、本実施形態では、第2画素に対して、少なくとも第2画素と第3画素とを包含する参照範囲を参照するローパスフィルタを適用する。このようにローパスフィルタを設計することにより、最近接距離から無限大距離まで、つまり観察距離によらず二重輪郭妨害を抑制することができる。例えば、図13Bのように最近接距離用のフィルタ係数1303と無限大距離用のフィルタ係数1304が求められた場合、最近接距離から無限大距離まで対応するフィルタ係数は、符号1305のように導くことができる。
以上述べた本実施形態のフィルタ適用処理によれば、観察者が観察距離を変えても良好な映像を観察することができる。なお、本実施形態では、視点の水平・垂直位置を画面中央位置(固定値)としたが、これに限られない。画面中央位置以外の位置を視点の水平・垂直位置に設定してもよいし、第2実施形態と同じように視点位置を測定してもよい。あるいは、観察者が視点位置を指定してもよい。また本実施形態では、観察距離の範囲を画面全体が安定注視野に入る距離から無限大までとしたが、これに限られない。例えば、画面全体が安定注視野に入る距離から画面全体が有効視野に入る距離までを観察距離の範囲としてもよい。このように設定することでハロー妨害の発生を減少させることができる。また本実施形態では、画面幅の長さWをそのまま使用しているが、人間の視野は楕円形であることから、画面幅の長さWをそのまま使用すると、画面4隅が安定注視野から外れる。そのためWは本来の画面幅の長さより大きな値を採用しても良い。これにより、よりハロー妨害を減少させることができる。
(その他)
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
なお、本発明はその精神、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形態で実施することが出来る。従って、前述の実施形態はあらゆる点に於いて例示に過ぎず、本発明の範囲は前述の実施形態の構成に限定的に解釈されない。例えば、表示装置が、輝度分布データの全体に同一のローパスフィルタを適用する動作モードと、上述した各実施形態のように領域や画素によって異なるローパスフィルタを適用する動作モードとを含む、
複数の動作モードを有していてもよい。そして、表示装置のモード設定部が、それら複数の動作モードのうちからいずれかの動作モードを設定し、設定された動作モードに基づいて適用するフィルタを適宜切り替える制御を行うとよい。このとき、動作モードの設定は、リモートコントロールや表示装置上の操作部を用いてユーザが設定してもよいし、あるいは、入力画像あるいは表示装置の動作条件(最大輝度など)に応じて、自動で適切な動作モードを設定してもよい。
12:背面パネル
13:前面パネル
14:制御ユニット
100:表示装置
104:前面パネル
106:フィルタ生成部
107:フィルタ適用部
109:背面パネル

Claims (20)

  1. 透過率を制御可能な複数の画素を各々が有する第1パネル及び第2パネルを備え、前記第1パネルを透過したのち前記第2パネルを透過した光によって画面に画像を表示する表示装置において、
    表示画像の輝度分布データを生成する生成部と、
    前記輝度分布データに対し空間的なローパスフィルタを適用するフィルタ適用部と、
    を有し、
    前記第1パネルの各画素の透過率は、前記ローパスフィルタが適用された前記輝度分布データを用いて制御されるものであり、
    前記第1パネルの第1領域内の画素に適用するローパスフィルタと、前記第1パネルの第2領域内の画素に適用するローパスフィルタとが異なることを特徴とする表示装置。
  2. 前記第1領域内の画素に適用されるローパスフィルタは、前記第2領域内の画素に適用されるローパスフィルタに比べて平滑化度合が小さいことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記ローパスフィルタは、対象とする画素の画素値を参照範囲に含まれる画素の画素値の統計量に応じた値に変換するフィルタ処理であって、
    前記第1領域内の画素に適用されるローパスフィルタは、前記第2領域内の画素に適用されるローパスフィルタに比べて参照範囲が小さいことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の表示装置。
  4. 前記ローパスフィルタは、対象とする画素の画素値を参照範囲に含まれる画素の画素値に係数を乗算して加算した値に変換するフィルタ処理であって、
    前記第1領域内の画素に適用されるローパスフィルタは、前記第2領域内の画素に適用されるローパスフィルタに比べて、前記対象とする画素の画素値に乗算する係数が他の画素の画素値に乗算する係数よりも大きいことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の表示装置。
  5. 前記ローパスフィルタは、対象とする画素の画素値を参照範囲に含まれる画素の画素値の統計量に応じた値に変換するフィルタ処理であって、
    前記フィルタ適用部は、前記第1領域の第1画素に対して、前記第1画素を中心とした参照範囲に含まれる画素の画素値を用いてローパスフィルタを適用し、
    前記第1画素から離れた位置に存在する前記第2領域の第2画素に対して、前記第2画素よりも前記第1画素の側に位置する第3画素を中心とする参照範囲に含まれる画素の画素値を用いてローパスフィルタを適用する
    ことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の表示装置。
  6. 前記フィルタ適用部は、前記第1画素と前記第2画素との距離が長いほど、前記第2画素と前記第3画素との距離が長くなるように、前記第3画素を決定することを特徴とする請求項5に記載の表示装置。
  7. 前記第1画素は、前記画面の中心の画素である
    ことを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の表示装置。
  8. 前記フィルタ適用部は、前記第2画素に対して、前記第2画素と前記第3画素とを包含する参照範囲を参照するローパスフィルタを適用する
    ことを特徴とする請求項5乃至請求項7のいずれか1項に記載の表示装置。
  9. 前記第3画素は、前記第1画素を通り前記画面に垂直な直線上の前記画面から所定の距離だけ離れた点から前記第2画素に引いた線分と前記第2パネルとの交点に位置する前記第2パネル上の画素と同じ位置にある前記第1パネル上の画素であることを特徴とする請求項5乃至請求項8のいずれか1項に記載の表示装置。
  10. 観察者の視点の位置を測定する視点測定部を有し、
    前記フィルタ適用部は、前記視点測定部により測定された前記視点に基づいて、前記第1画素を設定する
    ことを特徴とする請求項5乃至請求項9のいずれか1項に記載の表示装置。
  11. 前記視点と前記画面のあいだの距離が近いほど、前記第2画素と前記第3画素との距離が長いことを特徴とする請求項10に記載の表示装置。
  12. 前記第1領域は、前記画面の中央領域であり、
    前記第2領域は、前記画面の端部領域である
    ことを特徴とする請求項1乃至請求項11のいずれか1項に記載の表示装置。
  13. 前記第1領域は、観察者の有効視野に対応する領域であり、
    前記第2領域は、前記観察者の有効視野の外側に対応する領域である
    ことを特徴とする請求項1乃至請求項11のいずれか1項に記載の表示装置。
  14. 前記第1領域は、前記表示画像において所定の画像を含む領域である
    ことを特徴とする請求項1乃至請求項11のいずれか1項に記載の表示装置。
  15. ユーザの入力に応じて前記第1領域と前記第2領域とを設定する設定部を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項14のいずれか1項に記載の表示装置。
  16. 前記フィルタ適用部は、前記第1領域および前記第2領域と異なる第3領域に、前記第1領域に適用するローパスフィルタおよび前記第2領域に適用するローパスフィルタと異なるローパスフィルタを適用することを特徴とする請求項1乃至請求項15のいずれか1項に記載の表示装置。
  17. 前記輝度分布データの全体に同一のローパスフィルタを適用する動作モードと、前記第1領域と前記第2領域とに異なるローパスフィルタを適用する動作モードとを含む、複数の動作モードのうちからいずれかの動作モードを設定するモード設定部を備え、
    前記フィルタ適用部は、設定された動作モードに基づいて、適用するローパスフィルタを切り替えることを特徴とする請求項1乃至請求項16のいずれか1項に記載の表示装置。
  18. 透過率を制御可能な複数の画素を各々が有する第1パネル及び第2パネルを備え、前記第1パネルを透過したのち前記第2パネルを透過した光によって画面に画像を表示する表示装置の制御方法であって、
    表示画像の輝度分布データを生成するステップと、
    前記輝度分布データに対し空間的なローパスフィルタを適用するステップと、
    前記ローパスフィルタが適用された前記輝度分布データを用いて、前記第1パネルの各画素の透過率を制御するステップと、
    を有し、
    前記第1パネルの第1領域内の画素に適用するローパスフィルタと、前記第1パネルの第2領域内の画素に適用するローパスフィルタとが異なることを特徴とする表示装置の制御方法。
  19. 前記ローパスフィルタを適用するステップでは、
    前記第1領域の第1画素に対して、前記第1画素を中心とした参照範囲に含まれる画素の画素値を用いてローパスフィルタを適用し、
    前記第1画素から離れた位置に存在する前記第2領域の第2画素に対して、前記第2画素よりも前記第1画素の側に位置する第3画素を中心とする参照範囲に含まれる画素の画素値を用いてローパスフィルタを適用することを特徴とする請求項18に記載の表示装置の制御方法。
  20. 請求項18又は19に記載の表示装置の制御方法の各ステップをプロセッサに実行させるためのプログラム。
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