JP2021177626A - ディスプレイ変調度測定装置およびそのプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】精度の高いディスプレイ変調度を求めることが可能なディスプレイ変調度測定装置を提供する。【解決手段】ディスプレイ変調度測定装置１は、ラインペア画像のラインが基準軸と平行になるようにラインペア画像の傾きを補正するライン傾き補正手段１５と、傾きが補正されたラインペア画像の画素を、基準軸に垂直な相対画素倍率およびオーバーサンプリング比で特定されるビン幅の投影軸に投影し、ビンごとに平均化することで輝度プロファイルを生成する輝度プロファイル生成手段１６と、輝度プロファイルを平滑化する平滑化手段１７と、平滑化された輝度プロファイルの最小輝度および最大輝度から、画素の輝度の変調の度合いをディスプレイ変調度として算出する変調度算出手段１８と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ディスプレイ変調度を測定するディスプレイ変調度測定装置およびそのプログラムに関する。

従来、カメラでディスプレイを撮影し、ディスプレイ変調度を測定する手法として、ディスプレイにグリル（ｇｒｉｌｌｅ）パターンと呼ばれる矩形波のラインペア画像（非特許文献１）を表示してディスプレイ変調度を測定する手法がある。
このディスプレイ変調度を測定する従来手法は、図１５（ａ）に示すように、水平方向または垂直方向に白黒の矩形波のラインペアパターンＰをディスプレイに表示し、カメラで撮影する。なお、図１５（ａ）は、画素構造の例としてＲＧＢＷの構造を示し、１画素ごとに水平方向のラインペアパターンＰを表示した例を示している。
そして、従来手法は、カメラで撮影した画像から、図１５（ｂ）に示すように、横軸をカメラ画素位置（水平方向または垂直方向）、縦軸を輝度（画素値）とした、サブピクセル単位の位置の輝度（図１５（ｂ）中、実線）にディスプレイの１画素幅の平滑化フィルタをかける。そして、従来手法は、平滑化した輝度プロファイル（図１５（ｂ）中、破線）において最大輝度および最小輝度から、ディスプレイ変調度を測定している。
また、従来手法は、高いＳＮ比で輝度プロファイルを求めるために、ラインペア画像の輝度をライン方向の複数の画素で平均化している。

"IDMS(Information Display Measurements Standard)", SID(Society of Information Display), ICDM(International Committee for Display Metrology), version1.03, pp.109-134, June 1, 2012.

従来のディスプレイ変調度の測定手法は、ライン方向に複数の画素を平均化して輝度プロファイルを求めるため、各ラインがカメラのイメージセンサのサンプリング・グリッドに対して水平または垂直になるように正確にアライメントを行わなければならない。
また、ディスプレイの画素幅をカメラの画素幅の整数倍にするように倍率調整を行うことは困難なため、従来手法では、ディスプレイの１画素幅に対して平滑化フィルタの長さを合わせることが難しく、精度よくディスプレイ変調度を求めることができないという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、ライン方向の正確なアライメントが不要で、ディスプレイの１画素幅に長さが一致した平滑化フィルタを用いて、精度の高いディスプレイ変調度を求めることが可能なディスプレイ変調度測定装置およびそのプログラムを提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明に係るディスプレイ変調度測定装置は、ディスプレイに表示した明暗の異なるラインのペアを、前記ディスプレイのスクリーンに光軸を垂直に向けて配置したカメラによって前記光軸を中心に前記カメラのサンプリング軸に対して傾けて撮影したラインペア画像から、ディスプレイ変調度を測定するディスプレイ変調度測定装置であって、ライン傾き補正手段と、輝度プロファイル生成手段と、平滑化手段と、変調度算出手段と、を備える構成とした。

かかる構成において、ディスプレイ変調度測定装置は、ライン傾き補正手段によって、ラインペア画像のラインが予め定めた水平軸または垂直軸の基準軸と平行になるようにラインペア画像の傾きを補正する。これによって、ディスプレイ変調度測定装置は、測定者がアライメントを行うことなく、ラインが基準軸と平行になるようにラインペア画像を回転させるとともに、ラインペア画像を構成するサブピクセルのエッジをカメラのサンプリング位置に対して位相が一様になるように分布させることができる。
そして、ディスプレイ変調度測定装置は、輝度プロファイル生成手段によって、傾きが補正されたラインペア画像の画素を、基準軸に垂直な予め定めた相対画素倍率およびオーバーサンプリング比で特定されるカメラの画素幅よりも小さい幅のビンが配列された投影軸に投影し、ビンごとに画素の輝度値を平均化することで輝度プロファイルを生成する。これによって、ディスプレイ変調度測定装置は、カメラの画素幅よりも狭いサンプリング間隔で輝度分布を収集することができる。

そして、ディスプレイ変調度測定装置は、平滑化手段によって、輝度プロファイルを平滑化する。このとき、輝度プロファイルは、相対画素倍率およびオーバーサンプリング比で特定されるカメラの画素幅よりも狭く、ディスプレイの画素幅の整数分の１の幅の間隔でサンプリングされるため、ディスプレイの画素幅と同じフィルタ長のフィルタを用いて平滑化を行うことができる。
そして、ディスプレイ変調度測定装置は、変調度算出手段によって、平滑化された輝度プロファイルの最小輝度および最大輝度から、画素の輝度の変調の度合いをディスプレイ変調度として算出する。

このディスプレイ変調度測定装置は、コンピュータを、前記した各手段として機能させるためのディスプレイ変調度測定プログラムで動作させることができる。

本発明は、以下に示す優れた効果を奏するものである。
本発明によれば、測定者がディスプレイに表示されたラインの方向にカメラのサンプリング軸を精密に合わせることなく、予めカメラを傾けてディスプレイを撮影してディスプレイ変調度を測定することができる。
また、本発明によれば、輝度プロファイルをディスプレイの画素幅の整数分の１の幅のサンプリング間隔で生成するため、平滑化フィルタのフィルタ長を、ディスプレイの画素幅に正確に合わせることが可能になり、高い精度でディスプレイ変調度を測定することができる。

本発明の実施形態に係るディスプレイ変調度測定装置の構成を示すブロック構成図である。 測定対象のディスプレイに表示するラインペア画像の例を示す画面例である。 カメラの撮影画像におけるＲＯＩを説明するための説明図である。 ＲＯＩのラインペア画像を画素レベルで表示した図である。 ラインペア画像のエッジの傾きを説明するための説明図である。 ラインペア画像をエッジの傾きに応じて回転した回転画像を示す図である。 回転画像のラインの傾きを説明するための説明図である。 ピークフィッティング関数とエッジ形状の分布との関係を示す図であって、（ａ）はピークフィッティング関数のグラフ、（ｂ）はピークフィッティング関数のグラフを２次元のラインペア画像の座標に適用したグラフ、（ｃ）はラインペア画像の座標上のピークフィッティング関数の頂点位置のグラフである。 ピークフィッティング関数とライン幅との関係を説明するための説明図である。 輝度プロファイルの生成手法を説明するための説明図である。 輝度プロファイルの平滑化を説明するための説明図であって、（ａ）は平滑化前、（ｂ）は平滑化後の輝度プロファイルを示す図である。 オーバーサンプリングを行わない場合の相対画素倍率と平滑化フィルタの長さとの関係を説明するための説明図である。 オーバーサンプリングを行った場合の相対画素倍率と平滑化フィルタの長さとの関係を説明するための説明図である。 本発明の実施形態に係るディスプレイ変調度測定装置の動作を示すフローチャートである。 従来のディスプレイ変調度を測定する手法を説明するための説明図であって、（ａ）はＲＧＢＷの画素構造のディスプレイで矩形波のラインペアパターンを表示する例、（ｂ）はラインペアパターンをカメラで撮影し、平滑化したカメラ画像の画素値の例を示すグラフ図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
［ディスプレイ変調度測定装置の構成］
最初に、図１を参照して、本発明の実施形態に係るディスプレイ変調度測定装置１の構成について説明する。

ディスプレイ変調度測定装置１は、ディスプレイ２のディスプレイ変調度を測定するものである。ここで、ディスプレイ変調度とは、画素の輝度の変調の度合いであって、ディスプレイ２のコントラストの変調度（コントラストモジュレーション）を定量的に表す指標である。例えば、ディスプレイ変調度は、マイケルソンコントラスト（Michelson contrast）である。

ディスプレイ２は、ディスプレイ変調度を測定する対象となる表示装置である。このディスプレイ２は、ＵＨＤＴＶ、スマートフォン、タブレットデバイス、プロジェクタ等、画像を表示する装置であればなんでもよい。また、ディスプレイ２の画素構造は、ＲＧＢストライプに限定されず、ペンタイル、ＲＧＢＷ等、どのような画素構造であっても構わない。
ディスプレイ変調度測定装置１は、ディスプレイ２、カメラ３および表示装置４を接続して動作する。

カメラ（輝度測定用カメラ）３は、ディスプレイ２が表示する画面を撮影する輝度測定用の撮影装置である。
カメラ３は、予め定めた相対画素倍率でディスプレイ２の画面を撮影する。ここで、相対画素倍率とは、カメラ３のイメージセンサの１画素の幅に対するディスプレイ２の画素幅の比（ディスプレイ２の画素幅／カメラ３の画素幅）である。
また、カメラ３は、ディスプレイ２のスクリーンに対して光軸を垂直に向けて、光軸を中心にカメラ３のサンプリング軸に対して数度（例えば、３度）傾いた状態で配置する。なお、サンプリング軸とは、カメラ３が撮影する画像の２次元座標系の軸（例えば、ｘ軸）である。

表示装置４は、ディスプレイ変調度測定装置１を操作するユーザインタフェースを提供するとともに、カメラ３が撮影した画像、測定結果等を表示するものである。例えば、表示装置４は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等である。
以下、ディスプレイ変調度測定装置１の構成について詳細に説明する。

図１に示すように、ディスプレイ変調度測定装置１は、測定用画像表示手段１０と、画像入力手段１１と、画像記憶手段１２と、ＲＯＩ設定手段１３と、ＲＯＩ画像抽出手段１４と、ライン傾き補正手段１５と、輝度プロファイル生成手段１６と、平滑化手段１７と、変調度算出手段１８と、を備える。

測定用画像表示手段１０は、ディスプレイ２のディスプレイ変調度を測定するための画像（測定用画像）を表示するものである。
測定用画像表示手段１０は、図２に示すように、等しい線幅（例えば、幅１ピクセル）を持つ明暗の異なるラインのペア（ラインペア）で構成されるラインペアパターンを測定用画像としてディスプレイ２に表示する。
なお、ここでは、ディスプレイ２の水平方向のディスプレイ変調度を測定するため、垂直方向のラインペアで構成されたラインペアパターンを測定用画像としている。しかし、測定対象をディスプレイ２の垂直方向のディスプレイ変調度とする場合、測定用画像表示手段１０は、水平方向のラインペアで構成されたラインペアパターンを測定用画像として表示すればよい。

画像入力手段１１は、カメラ３で撮影された画像（撮影画像）を入力するものである。
画像入力手段１１は、入力した撮影画像を、画像記憶手段１２に記憶する。
画像記憶手段１２は、画像入力手段１１で入力された撮影画像を記憶するものである。この画像記憶手段１２は、半導体メモリ等の一般的な記憶媒体で構成することができる。
画像記憶手段１２に記憶されている撮影画像は、図示を省略した画像出力手段を介して表示装置４に出力し、表示される。
また、画像記憶手段１２に記憶されている撮影画像は、ＲＯＩ画像抽出手段１４によって読み出される。

ＲＯＩ設定手段１３は、カメラ３で撮影された撮影画像内で、ディスプレイ変調度を測定したい関心領域（ＲＯＩ：Region of Interest）を設定するものである。例えば、ＲＯＩ設定手段１３は、表示装置４が表示している撮影画像内において、測定者が操作するポインティングデバイス（不図示）で矩形等を指定されることで、ＲＯＩを特定する情報（位置、大きさ等）をＲＯＩ情報として設定する。

例えば、ＲＯＩ設定手段１３は、測定者によって、図３に示すように、撮影画像Ｇにおいて、矩形によってＲＯＩを指定されることで、ＲＯＩ情報を設定する。
このＲＯＩによって、図４に示すように、直線のラインＬを含んだ測定対象のラインペア画像Ｒが特定されることになる。なお、図４は、ラインペア画像Ｒの輝度を分かりやすくするため、ＲＯＩを小さくし、白のラインＬを一本だけ表したラインペア画像を画素レベルで表している。ラインＬは、相対画素倍率に応じて、カメラ３の複数画素のライン幅で撮影される。
ＲＯＩ設定手段１３は、設定したＲＯＩを特定するＲＯＩ情報をＲＯＩ画像抽出手段１４に出力する。

ＲＯＩ画像抽出手段１４は、画像記憶手段１２に記憶されている撮影画像から、ＲＯＩ設定手段１３で設定されたＲＯＩ情報で示されるラインペア画像を抽出するものである。
ＲＯＩ画像抽出手段１４は、抽出したラインペア画像をライン傾き補正手段１５に出力する。

ライン傾き補正手段１５は、ラインペア画像のラインが基準軸と平行になるようにラインペア画像の傾きを補正するものである。また、ラインペア画像は、ラインが傾いた状態で撮影された画像であるため、ラインを基準軸に対して平行に補正することで、ラインペア画像を構成するサブピクセルのエッジをカメラ３のサンプリング位置に対する位相に一様に分布させることができる。

具体的には、ライン傾き補正手段１５は、ラインペア画像における水平方向および垂直方向の軸を２軸とする座標系（ｘｙ座標系）において、予め定めた基準軸（ここでは、垂直軸〔ｙ軸〕とする）におけるラインの傾き角度を検出し、ラインが基準軸と平行になるようにラインペア画像を回転させる。
このラインの傾き角度は、ハフ（Ｈｏｕｇｈ）変換により求めることができる。例えば、ライン傾き補正手段１５は、ラインペア画像Ｒにおいて、Ｓｏｂｅｌエッジ検出によりエッジを検出し、図５に示すように、ラインペア画像Ｒをエッジｅの境界で２値化して２値画像を生成する。そして、ライン傾き補正手段１５は、２値画像をハフ変換し、エッジｅの傾き角度θｅを、ラインＬの傾き角度として検出する。このとき、ライン傾き補正手段１５は、例えば、０．１度程度の角度間隔でラインＬの傾き角度θｅを求める。
これによって、ライン傾き補正手段１５は、ラインの傾き角度を検出することが可能であるが、さらに、ハフ変換によって求められる０．１度程度の傾き角度のずれを補正することが好ましい。
ここでは、さらに正確に傾き角度を求めるため、ライン傾き補正手段１５は、ピークフィッティング関数を用いて、ラインＬの傾き角度を求める。

ライン傾き補正手段１５は、図６に示すハフ変換により求めたラインの傾き角度θｅでラインペア画像を回転したラインペア画像Ｒ（回転画像）の画素値の分布と、基準軸に垂直な軸上のピークフィッティング関数を基準軸に沿って適用した関数値の分布とが、最も近似するピーク位置の基準軸に対する傾きを、図７に示すラインＬの基準軸（ｙ軸）に対する傾き角度θｅ′として検出する。

ここで、図８を参照して、ライン傾き補正手段１５における傾き角度θｅ′の算出手法について説明する。
図８（ａ）は、ピークフィッティング関数に用いるピーク関数の例を示すグラフである。横軸はｘ座標、縦軸は関数値ｖを示す。ピークフィッティング関数は、ピーク位置（ｘ＝ｐ_１）で凸形状となるピーク関数である。例えば、このピーク関数は、ガウス関数、ローレンツ関数等である。あるいは、凸部分に余弦曲線、２次曲線、三角波等を用い、他の部分を“０”等の定数とする関数を用いてもよい。
図８（ｂ）は、図８（ａ）のピークフィッティング関数を、基準軸（ｙ軸）に沿って適用して算出される関数値ｖ（ｘ，ｙ）の分布を示す。

図６に示した回転画像において基準軸（ｙ軸）に対してラインの傾きが存在する場合、回転画像の画素値の分布と、図８（ｂ）の関数値の分布とを最も近似させると、図８（ｃ）に示すように、ピークフィッティング関数のピーク位置ｐ_１が、基準軸（ｙ軸）に対して、θｅ′だけ傾くことになる。
そこで、ライン傾き補正手段１５は、ピーク位置ｐ_１の基準軸（ｙ軸）に対する傾きｐ_２を求めることで、より正確なラインの傾き角度θｅ′を算出する。なお、図８（ｃ）中、μは（ｐ_１＋ｐ_２ｙ）を示す。
以下、ピークフィッティング関数として、以下の式（１）に示す関数とする。

また、σは関数の広がりを決める定数である。
ライン傾き補正手段１５は、図６に示した回転画像の画素値と、前記式（１）の関数値ｖ（ｘ，ｙ）との相関が最大になるパラメータｐ_１，ｐ_２を探索する。

前記式（１）において、ｐ_１は、ピークフィッティング関数のピーク位置である。回転画像上には、複数のラインが存在するため、ｐ_１の初期値は、回転画像上の任意のｘ座標値を設定すればよい。また、ｐ_２は、ピーク位置の基準軸に対する傾きであって、回転画像においてほぼ“０”となっていることから、初期値を“０”とすることが好ましい。これによって、ライン傾き補正手段１５は、パラメータであるｐ_１，ｐ_２の探索速度を速めることができる。また、これによって、ライン傾き補正手段１５は、誤った局所解への探索を防止し、最適化を安定させることができる。

なお、ラインペア画像のラインは、相対画素倍率に応じて、太さが異なる。
例えば、図９に示すように、前記式（１）の関数を、回転画像の任意のラインＬにフィッティングさせる場合、フィッティングのばらつきを防止するため、関数の半値全幅（ＦＷＨＭ：Full Width at Half Maximum）が、ラインＬの幅の画素数に相当することが好ましい。なお、半値全幅（ＦＷＨＭ）は、必ずしもラインＬの幅の画素数と一致する必要はなく、ラインＬの幅の画素数に近似した値であることが好ましい。
そこで、前記式（１）のσは、相対画素倍率をｍとしたとき、例えば、ｍ／３とする。なお、図９中、μは前記式（１）の（ｐ_１＋ｐ_２ｙ）を示す。
これによって、ライン傾き補正手段１５は、精度よくｐ_１，ｐ_２を探索することができる。

なお、相対画素倍率は、予め既知の情報として外部から設定されるものとする。この相対画素倍率は、ディスプレイ２およびカメラ３のそれぞれの画素サイズと、カメラ３の倍率とから求めることができる。なお、カメラ３の倍率は、カメラ３のレンズの焦点距離と被写体距離とから求めることができる。

ライン傾き補正手段１５は、探索したパラメータｐ_２に対して、以下の式（２）のａｒｃｔａｎを演算することで、ラインの傾き角度θｅ′を求める。

ライン傾き補正手段１５は、検出したラインの傾き角度θｅ′で、図６に示したラインペア画像Ｒ（回転画像）をさらに回転して補正したラインペア画像（補正回転画像）を生成する。これによって、ライン傾き補正手段１５は、ラインの傾きを精度よく補正することができる。
ライン傾き補正手段１５は、ラインの傾きを補正したラインペア画像を、輝度プロファイル生成手段１６に出力する。

輝度プロファイル生成手段１６は、傾きが補正されたラインペア画像の画素を、基準軸に垂直な予め定めた相対画素倍率およびオーバーサンプリング比（仮オーバーサンプリング比）で特定されるカメラ３のサブピクセル間隔のビンの投影軸に投影し、ビンごとに画素の輝度値を平均化することで、輝度プロファイルを生成するものである。この投影軸は、ラインペア画像の画素単位よりも小さいサブピクセル単位とする。

なお、仮オーバーサンプリング比は、相対画素倍率と同様、予め既知の情報として外部から設定されるものとする。この仮オーバーサンプリング比は、カメラ３の画素をオーバーサンプリングして投影軸のビン幅を特定する仮のオーバーサンプリング比である。例えば、仮オーバーサンプリング比は、４、８等である、
ビン幅は、相対画素倍率および仮オーバーサンプリング比に応じた値とする。具体的には、輝度プロファイル生成手段１６は、相対画素倍率をｍ、仮オーバーサンプリング比をｎ′_ｂｉｎとしたとき、ビン幅ｗ_ｂｉｎを、以下の式（３）に示すように、相対画素倍率ｍを四捨五入した値と仮オーバーサンプリング比ｎ′_ｂｉｎとの積で相対画素倍率ｍを除算した値として算出する。なお、ｒｏｕｎｄ（ｍ）は、ｍの四捨五入を示す。

これによって、ラインペア画像におけるディスプレイ２の１画素幅は、ビン幅ｗ_ｂｉｎの整数倍となる。また、実際のオーバーサンプリング比（実オーバーサンプリング比）ｎ_ｂｉｎは、１／ｗ_ｂｉｎとなる。

輝度プロファイル生成手段１６は、図１０に示すように、ライン傾き補正手段１５でラインが投影軸に垂直となったラインペア画像Ｒの各画素を、投影軸のビンに投影し、同一のビンごとに投影された画素の輝度（画素値）を平均化することで、輝度プロファイルを生成する。この輝度プロファイルは、ビンごとに平均化された輝度の数値列である、
輝度プロファイル生成手段１６は、生成した輝度プロファイルを平滑化手段１７に出力する。

平滑化手段１７は、輝度プロファイル生成手段１６で生成された輝度プロファイルを平滑化するものである。
この平滑化手段１７は、ディスプレイ２の画素構造によって生じる同一ラインにおける輝度変化を平滑化するため、ディスプレイ２の１画素幅の長さに応じた平滑化フィルタを用いる。
この平滑化フィルタは、平滑化対象の画素の画素値を、当該画素を中心とする予め定めた数（フィルタ長）の画素の画素値の平均として求めるボックスフィルタ（移動平均フィルタ）である。フィルタ長は、ディスプレイ２の１画素幅の長さに相当するビンの数である。

図１１に、平滑化手段１７による輝度プロファイルの平滑化を模式的に示す。
図１１（ａ）は、平滑化前の輝度プロファイルＰ_１を、横軸（ｘ軸）を投影軸、縦軸（ｙ軸）を輝度として表したグラフである。図１１（ａ）に示すように、輝度プロファイルＰ_１は、ディスプレイ２の画素構造によって、同じラインＬであっても輝度に異なるピーク値が存在する。そこで、平滑化手段１７は、異なる画素構造でも同じ基準でディスプレイ変調度を測定するため、平滑化フィルタＦを適用し、図１１（ｂ）に示す平滑化した輝度プロファイルＰ_２を生成する。

なお、輝度プロファイルは、相対画素倍率およびオーバーサンプリング比に応じたカメラ３の画素のサブピクセル間隔のビンでサンプリングされている。そこで、平滑化手段１７は、ディスプレイ２上のラインの画素幅に応じたビンの数をフィルタ長とする平滑化フィルタで平滑化を行う。
例えば、相対画素倍率をｍ、仮オーバーサンプリング比をｎ′_ｂｉｎとした場合、平滑化手段１７は、相対画素倍率ｍを四捨五入した値（ｒｏｕｎｄ（ｍ））と仮オーバーサンプリング比ｎ′_ｂｉｎとの積（ｒｏｕｎｄ（ｍ）×ｎ′_ｂｉｎ）をフィルタ長とするボックスフィルタを平滑化フィルタとして用いる。
なお、相対画素倍率ｍおよび仮オーバーサンプリング比ｎ′_ｂｉｎとビン幅ｗ_ｂｉｎとは前記式（３）の関係を有するため、フィルタ長（ｒｏｕｎｄ（ｍ）×ｎ′_ｂｉｎ）は、ディスプレイ２の１画素幅のビンの数に相当することになる。
これによって、平滑化手段１７は、ディスプレイ２の１画素幅に対して、平滑化フィルタの長さをカメラ３の画素のサブピクセル間隔のビンに合わせて、精度よく輝度プロファイルを平滑化することができる。
平滑化手段１７は、平滑化した輝度プロファイルを変調度算出手段１８に出力する。

変調度算出手段１８は、平滑化手段１７で平滑化された輝度プロファイルの最小輝度および最大輝度から、画素の輝度の変調の度合いを、ディスプレイ変調度として算出するものである。
このディスプレイ変調度は、一般的な指標を用いることができ、例えば、マイケルソンコントラストを用いることができる。
マイケルソンコントラストを算出する場合、変調度算出手段１８は、図１１（ｂ）に示す平滑化後の輝度プロファイルＰ_２の最小輝度をＬ_ｍｉｎ、最大輝度をＬ_ｍａｘとしたとき、以下の式（４）により、ディスプレイ変調度（マイケルソンコントラスト）Ｃを算出する。

変調度算出手段１８は、算出したディスプレイ変調度を、測定結果として外部（表示装置４）に出力する。

以上説明したように、ディスプレイ変調度測定装置１は、ディスプレイ２が表示するラインペアパターンをカメラ３が撮影したラインペア画像から、ディスプレイ２のディスプレイ変調度を測定することができる。
このとき、ディスプレイ変調度測定装置１は、撮影したラインペア画像のラインを垂直に補正して測定を行うため、測定者がライン方向の正確なアライメントを行う必要がない。
また、ディスプレイ変調度測定装置１は、数度傾いたラインペア画像を撮影し、カメラの画素幅よりも狭い間隔でビニングすることによって超解像された輝度プロファイルを生成するため、精度よくディスプレイ変調度を測定することができる。

ここで、図１２および図１３を参照して、ディスプレイ変調度測定装置１が精度よくディスプレイ変調度を測定することができる理由を模式的に説明する。
図１１および図１２は、図１０と同様、輝度プロファイルの生成手法を説明するための図である。ここでは、説明を分かりやすくする相対画素倍率を“４．３”とする。また、図１２は、オーバーサンプリングを行わず、図１３はオーバーサンプリングを行い、仮オーバーサンプリング比を“２”とする。
相対画素倍率が“４．３”の場合、本来、平滑化フィルタは、ディスプレイ２の画素幅に対応するカメラ３の画素幅として“４．３”をフィルタ長とすることが望ましい。

しかし、図１２に示すように、オーバーサンプリングを行わない場合、平滑化フィルタは、カメラ３の画素幅の整数倍を基準とするため、“４”または“５”のフィルタ長を用いなければならない。図１２では、画素幅“４”のフィルタ長の平滑化フィルタＦの例を示している。
このように、オーバーサンプリングを行わないと、平滑化フィルタの長さを細かく調整することができない。

一方、図１３に示すように、オーバーサンプリングを行った場合、ここでは、相対画素倍率が“４．３”、仮オーバーサンプリング比が“２”であるため、ビン幅は、前記式（３）により“０．５３７５”となる。このとき、実オーバーサンプリング比は、１／０．５３７５（≒１．８６）である。これによって、ディスプレイ変調度測定装置１は、平滑化フィルタをビン幅“０．５３７５”の８個のビンに対応させることで、“４．３”のフィルタ長を実現することができ、小数点以下の単位で平滑化フィルタの長さを調整することができる。

また、ディスプレイ変調度測定装置１は、図１０や図１２に示すように、斜めに撮影して取得したラインペア画像Ｒをオーバーサンプリングして輝度プロファイルを生成することで、ラインのパターンと、カメラ３のイメージセンサの位相がランダムになる。そのため、ディスプレイ変調度測定装置１は、特定の位相によらない平均的なコントラストを算出することができる。

一方、図１５で説明した従来手法の場合、ラインペア画像を傾けないため、ラインのエッジの境目がカメラ３のイメージセンサの画素の境目に重なるか重ならないかによって、コントラストが大きく異なってしまう。
これによって、ディスプレイ変調度測定装置１は、精度よくディスプレイ変調度を測定することができる。
なお、ディスプレイ変調度測定装置１は、コンピュータを前記した各手段として機能させるためのプログラム（ディスプレイ変調度測定プログラム）で動作させることができる。

［ディスプレイ変調度測定装置の動作］
次に、図１４を参照（構成については適宜図１参照）して、本発明の実施形態に係るディスプレイ変調度測定装置１の動作について説明する。

ステップＳ１において、測定用画像表示手段１０は、等しい線幅（例えば、幅１ピクセル）を持つ明暗の直線対（ラインペア）が幅方向に連続したラインペアパターンを測定用画像としてディスプレイ２に表示する。
ステップＳ２において、画像入力手段１１は、カメラ３で撮影された画像（撮影画像）を入力し、画像記憶手段１２に記憶する。なお、このとき、カメラ３は、ディスプレイ２が表示する垂直のラインに対して、数度傾いた状態で撮影を行う。

ステップＳ３において、ＲＯＩ設定手段１３は、ステップＳ２で入力した撮影画像内で、ディスプレイ変調度を測定したい関心領域（ＲＯＩ）を設定する（図３参照）。
ステップＳ４において、ＲＯＩ画像抽出手段１４は、ステップＳ２で画像記憶手段１２に記憶された撮影画像から、ステップＳ３で設定されたＲＯＩの画像（ラインペア画像）を抽出する。

ステップＳ５において、ライン傾き補正手段１５は、ステップＳ４で抽出されたラインペア画像から、ラインの傾き角度を検出し、ラインの傾きを補正するようにラインペア画像を回転させる。例えば、ライン傾き補正手段１５は、ラインペア画像において、Ｓｏｂｅｌエッジ検出により検出したエッジの境界で２値化した２値画像を生成し、２値画像をハフ変換することで、０．１度程度の角度間隔でラインの傾き角度を検出し、ラインペア画像を回転する。そして、ライン傾き補正手段１５は、回転後のラインペア画像（回転画像）の画素値の分布と、基準軸に垂直な軸上のピークフィッティング関数を基準軸に沿って適用した関数値の分布とが、最も近似するピーク位置の基準軸に対する傾きを求め、その傾きで回転画像をさらに回転させることで、ラインペア画像のラインが垂直になるように補正する。

ステップＳ６において、輝度プロファイル生成手段１６は、ラインペア画像の画素を、ラインの傾き角度に基づくラインに垂直な投影軸のビンの配列に投影する。なお、ビンの幅は、相対画素倍率を四捨五入した値と仮オーバーサンプリング比との積で相対画素倍率を除算した値とする（式（３）参照）。
ステップＳ７において、輝度プロファイル生成手段１６は、ステップＳ６で投影軸に投影された画素の画素値を、投影軸の同一のビンごとに平均化することで、輝度プロファイルを生成する。

ステップＳ８において、平滑化手段１７は、ステップＳ７で生成された輝度プロファイルを、ディスプレイ２の１画素幅のフィルタ長の平滑化フィルタを用いて平滑化する。なお、平滑化フィルタは、相対画素倍率を四捨五入した値と仮オーバーサンプリング比との積とする。これによって、平滑化手段１７は、ディスプレイ２のサブピクセル配列によって生じるライン幅内の輝度変化を平滑化して、白ラインおよび黒ラインの各輝度値を求めることができる。

ステップＳ９において、変調度算出手段は、ステップＳ８で平滑化された輝度プロファイルから、ディスプレイ変調度（例えば、マイケルソンコントラスト）を算出する。

以上の動作によって、ディスプレイ変調度測定装置１は、ディスプレイ２に表示したラインペアパターンによって、ディスプレイ２のディスプレイ変調度を測定することができる。

以上、ディスプレイ変調度測定装置１の構成および動作について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。
例えば、ここでは、ディスプレイ２に、垂直なラインペアパターンを表示することとしたが、水平なラインペアパターンを表示することとしてもよい。これによって、ディスプレイ変調度測定装置１は、ディスプレイ２の垂直方向のディスプレイ変調度を測定することができる。

また、ここでは、ラインをディスプレイ２の１画素幅で表示した。しかし、この幅は、２画素以上としてもよい。なお、この場合、前記式（１）のピークフィッティング関数を用いて傾き角度を検出する際に、図９で説明したように、前記式（１）の関数の半値全幅は、ラインの幅の画素数に近似した値であることが好ましく、例えば、σにラインの幅の画素数を乗算する必要がある。

また、ここでは、カメラ３が撮影した画像からＲＯＩを設定し、ＲＯＩの大きさのラインペア画像を用いてディスプレイ変調度を算出した。
しかし、カメラ３が撮影した画像全体がラインペアパターンの画像である場合、必ずしもＲＯＩを設定する必要はなく、撮影画像全体からディスプレイ変調度を算出することとしてもよい。
その場合、ディスプレイ変調度測定装置１は、ＲＯＩ設定手段１３およびＲＯＩ画像抽出手段１４を省略して構成し、ラインペア画像として撮影画像そのものを用いればよい。

また、ここでは、ディスプレイ変調度測定装置１は、ディスプレイ２を接続し、測定用画像表示手段１０によって、ディスプレイ２の画面上にラインペアパターンを表示することとした。しかし、ディスプレイ２は、ディスプレイ変調度測定装置１と独立して、ラインペアパターンを表示することが可能な場合、ディスプレイ変調度測定装置１は、ディスプレイ２を接続する必要はない。また、その場合、ディスプレイ変調度測定装置１は、測定用画像表示手段１０を構成から省略してもよい。

また、ここでは、ライン傾き補正手段１５は、ハフ変換で検出したラインの傾き角度でラインペア画像を回転させた回転画像において、ラインの傾き角度の基準軸に対するずれ量を前記式（１），式（２）により検出した。
しかし、ライン傾き補正手段１５は、前記式（１）のパラメータｐ_２の初期値を、ハフ変換で検出された０でないラインの傾き角度とし、元のラインペア画像の基準軸に対するラインの傾き角度を補正した補正傾き角度として検出することとしてもよい。
これは、ライン傾き補正手段１５が、ＲＯＩ画像抽出手段１４で抽出された元のラインペア画像の画素値の分布と、基準軸に垂直な軸上のピークフィッティング関数を基準軸に沿って適用した関数値の分布とが、最も近似するピーク位置の基準軸に対する傾きを、補正傾き角度として検出することに相当する。

その場合、ライン傾き補正手段１５は、検出した補正傾き角度で、ラインが投影軸に垂直となるように、ＲＯＩ画像抽出手段１４で抽出された元のラインペア画像を回転させればよい。これによって、ライン傾き補正手段１５は、１度の回転で、補正回転画像を生成することができる。

１ ディスプレイ変調度測定装置
１０ 測定用画像表示装置
１１ 画像入力手段
１２ 画像記憶手段
１３ ＲＯＩ設定手段
１４ ＲＯＩ画像抽出手段
１５ ライン傾き補正手段
１６ 輝度プロファイル生成手段
１７ 平滑化手段
１８ 変調度算出手段
２ ディスプレイ
３ カメラ
４ 表示装置

Claims (7)

1. ディスプレイに表示した明暗の異なるラインのペアを、前記ディスプレイのスクリーンに光軸を垂直に向けて配置したカメラによって前記光軸を中心に前記カメラのサンプリング軸に対して傾けて撮影したラインペア画像から、ディスプレイ変調度を測定するディスプレイ変調度測定装置であって、
   前記ラインペア画像の前記ラインが基準軸と平行になるように前記ラインペア画像の傾きを補正するライン傾き補正手段と、
   傾きが補正された前記ラインペア画像の画素を、前記基準軸に垂直な予め定めた相対画素倍率およびオーバーサンプリング比で特定されるビン幅の投影軸に投影し、前記画素の輝度値をビンごとに平均化することで、輝度プロファイルを生成する輝度プロファイル生成手段と、
   前記輝度プロファイルを平滑化する平滑化手段と、
   平滑化された前記輝度プロファイルの最小輝度および最大輝度から、画素の輝度の変調の度合いを前記ディスプレイ変調度として算出する変調度算出手段と、
   を備えることを特徴とするディスプレイ変調度測定装置。
2. 前記ライン傾き補正手段は、ハフ変換により検出した前記ラインの前記基準軸に対する傾き角度で前記ラインペア画像を回転した回転画像を生成し、前記回転画像の画素値の分布と、前記基準軸に垂直な軸上のピークフィッティング関数を前記基準軸に沿って適用した関数値の分布とが、最も近似するピーク位置の前記基準軸に対する傾きで前記回転画像をさらに回転させて傾きを補正することを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ変調度測定装置。
3. 前記ライン傾き補正手段は、ハフ変換により前記基準軸に対する前記ラインの傾き角度を検出し、前記傾き角度を初期値として、前記ラインペア画像の画素値の分布と、前記基準軸に垂直な軸上のピークフィッティング関数を前記基準軸に沿って適用した関数値の分布とが、最も近似するピーク位置の前記基準軸に対する傾きで前記ラインペア画像を回転させて傾きを補正することを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ変調度測定装置。
4. 前記輝度プロファイル生成手段は、前記カメラの画素幅に対する前記ディスプレイの画素幅の比である相対画素倍率を、当該相対画素倍率を四捨五入した値と整数値で与えられる仮のオーバーサンプリング比との積で除算し、前記ビン幅とすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のディスプレイ変調度測定装置。
5. 前記平滑化手段は、前記ディスプレイのラインの画素幅に対応する前記投影軸のビンの数のフィルタ長である平滑化フィルタで平滑化を行うことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のディスプレイ変調度測定装置。
6. 前記カメラが撮影した撮影画像から、設定されたＲＯＩの領域をラインペア画像として抽出するＲＯＩ画像抽出手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のディスプレイ変調度測定装置。
7. コンピュータを、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のディスプレイ変調度測定装置として機能させるためのディスプレイ変調度測定プログラム。

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