JP3499532B2

JP3499532B2 - 画像表示方法

Info

Publication number: JP3499532B2
Application number: JP2001019616A
Authority: JP
Inventors: 舜平山崎; 晃間瀬; 正明 ▲ひろ▼木; 保彦竹村
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2001-01-29
Filing date: 2001-01-29
Publication date: 2004-02-23
Anticipated expiration: 2019-02-23
Also published as: JP2001255842A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＲＴ、液晶装
置、プラズマ装置、エレクトロルミネッセンス、エレク
トロクロミック装置等を利用した、直射型テレビ受像
機、プロジェクション型表示装置、コンピューターの画
像出力装置およびその表示方法を提案するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来複数ドットをもってカラー表示を行
う場合、例えば任意の表示内容に対して、Ａ色の領域、
Ｂ色の領域、Ｃ色の領域、Ｄ色の領域に別れて表示が行
われている。同様にモノクロ表示であっても、カラー表
示であっても、明るさの異なる領域にそれぞれ別れて表
示がおこなわれることがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、それら
領域の境界線において、混色が発生して、鮮明な表示が
しがたい状況にあった。色の濃淡（明るさ）の場合には
色のぼけが生じることがあった。これは、表示装置の能
力上の問題だけではなく、表示装置に至までの間に映像
信号の処理段階で、高周波成分がカットされたために、
信号波形がなまることによってももたらされた。特に高
精細が要求されるＯＡ用の表示に際しては見にくいもの
となった。そこで、図３に示すように画像の生データ１
に対して、輪郭処理を行ったデータ２を演算処理し、そ
の合成画面データ３を実際に表示する方法が提案されて
いた。

【０００４】しかしながら、この方法をもちいた場合、
一画面当たりの演算速度を非常に高速に行わねばなら
ず、１秒間に６０画面以上の動画表示を行うためには不
向きなものであった。

【０００５】

【問題を解決するための手段】そこで本発明では、この
ような方法にかわる幾つかの方法を提案する。その一つ
は、複数のＸ軸と複数のＹ軸よりなるマトリクス構成に
よる複数ドットをもってカラー表示を行う装置を点順次
または線順次走査にて表示を行う場合、任意のＸ軸一列
分の画像データの内、隣接する複数個の同色のデータが
並んだ場合、その最端の色データを黒色に情報変換する
ことを行う手段を有することを特徴としている。

【０００６】また、同時に任意のＹ軸一列分の画像デー
タの内、隣接する複数個の同色のデータが並んだ場合、
その最端の色データを黒色に情報変換することを行う手
段を有することを特徴としている。

【０００７】このようにすることによって、図３のデー
タで示されるような鮮明な表示を従来のような高速表示
を行わなくとも得ることができる。

【０００８】また、これまでの説明においては、隣接す
る複数個の同色のデータが並んだ場合、その最端の色デ
ータを黒色に情報変換することによって、鮮明な表示を
得るものであるが、階調表示を行おうとする際等におい
ては、隣接する複数個の同じ光強度のデータが並んだ場
合、その最端のデータの光強度を強く、あるいは弱くす
ることによって、より鮮明な表示を得ることができる。
これは、弱い光を放つ背景を背にしてより強い（網膜を
より刺激する）光を放射する表示を示そうとする場合、
この強い光を有する表示即ちより認識しやすい表示の周
囲を強調（即ち光の強度を強くする）させることで、同
一色を有する画面において、表示しようとするもの（例
えば白い背景に白い文字を浮かびあわせる）を背景から
浮かび上がらせ鮮明に表示することができる。

【０００９】このことを利用すると、本発明において、
隣接する複数個の同色のデータが並んだ場合、その最端
の色データを黒色にするのみならず、さらにそれに加え
て光強度を変化させてもよい。

【００１０】さらには特定の色の組み合わせにおいて
は、複数個の同色のデータの最端部分の色を黒以外の色
にした方が鮮明な表示を得ることができ、この場合は本
発明の構成において、黒以外の表示を行えるようにすれ
ばよい。

【００１１】このような思想をもう少し数学的に一般化
したものが以下の方式である。その１つは入力表示デー
タの特定の区間の平均値を求め、その区間内を、さらに
平均値以上の値を有する領域と平均値以下の値を有する
領域にわける。そして、それぞれの領域の極大値（実質
的には該領域の最大値）、極小値（実質的には該領域の
最小値）をその領域の表示すべきデータ（出力データ）
として使用するものである。この場合、各領域の極大
値、極小値が不連続に出力されてもよいが、その場合に
は、各部分間の色調、明るさがあまりに急激に変化する
ので視覚的に不自然さを感じる場合もある。そのような
ことを回避するには何らかの方法によって、極大値から
極小値の間に遷移区間を設け、その区間において連続的
な表示をおこなえばよい。例えば、入力表示データが平
均値と交差する点での入力表示データの傾きを求め、該
交差点を通過し、前記傾きを有する直線によって、該遷
移区間の表示データとすればよい。

【００１２】あるいは、入力表示データの導関数の絶対
値を算出し、その絶対値が任意の極大となる点によって
挟まれた区間の出力表示データを、該区間の導関数の絶
対値の極小となる点の入力表示データを出力表示データ
としてもよい。この場合も、前者の方法と同じく、出力
表示データが不連続となるので、その問題を避けるため
には前者と場合と同様な処理をおこなえばよい。

【００１３】さらには、入力表示データの導関数の絶対
値を算出し、その絶対値が極大となる点の近傍のみを強
調したデータを出力表示データとしてもよい。すなわ
ち、導関数の絶対値が極大となる点では、画像の色調、
明暗等が遷移している部分であるので、その縁をことさ
ら強調することによって、遷移領域の存在を強調できる
のである。

【００１４】以上、いずれの方式も明るさや色調の異な
る隣接した領域が有る場合に、それぞれの領域の境界を
強調する際に有効である。すなわち、以上の方法はいず
れも何らかの機械的、自動的手段によって表示装置が境
界を判別し、その境界にあわせて画面を補正するという
システムであるという点で共通している。このようなシ
ステムを有する表示装置は、通常のＯＡ機器に対する場
合以外に、アミューズメント目的の表示装置などにおい
ても有効である。

【００１５】例えば、ＮＴＳＣ方式のテレビ放送におい
ては、走査線数は５２５本であるが、横の長さを縦の
１．５倍とし、水平解像度を５２５本の１．５倍の８０
０本とした場合には、少なくとも３０ＭＨｚもの広帯域
の搬送波が必要であるが、実際には数ＭＨｚしか割り当
てられず、したがって、きめ細かい画像は送ることがで
きなかった。特に、垂直方向は高精細であるにもかかわ
らず、水平方向はにじんだ、あるいは、ぼけた表示とな
ることがあった。これは前述のように画像搬送波の帯域
のカットによって高周波成分がカットされるためであ
り、そのことは、映像信号のなまりを意味していた。

【００１６】このような画像のぼけはＣＲＴ方式ではあ
まり認識されることはなかった。というのも、高精細画
像を復元しようにも、ＣＲＴは点順次走査であるので、
３０ＭＨｚもの高周波の電子ビームを始め、信号処理の
ために、特殊な高周波回路を必要とされたからである。

【００１７】しかしながら、ＬＣＤやＰＤＰのような線
順次走査方式を採用する表示装置では事情が異なる。例
えば、先の８００×５２５マトリクスでは、列ごとの画
像信号の並列処理によって、ＣＲＴの場合に比べて８０
０倍も時間的な余裕が生じる。したがって、上記のよう
な画像処理は特に、ＬＣＤやＰＤＰに適していると考え
られる。複数の以下実施例によって詳細な説明を加え
る。

【００１８】

【実施例】『実施例１』本実施例では６４０×４００
ドットを有する液晶表示装置による説明を加える。図１
に本発明による装置の構成を示す。液晶表示装置はＸ軸
用ドライバーとＹ軸用ドライバー（図中点線内）からな
り、これらのドライバーは液晶マトリクス（図中にＬＣ
Ｄと示す）に接続され、また、Ｙ軸用ドライバーに対し
てデータを送り込む信号線が設置されている。

【００１９】データ加工装置＊Ａは図２（Ａ）に示すフ
ローチャートに従って、順次入力データの加工を行って
Ｙ軸用ドライバー（図中点線内）に加工済データを送り
込むものとする。また、データ加工装置＊Ｂは図２
（Ｂ）に示すフローチャートに従って、順次入力データ
の加工を行ってＹ軸電極に加工済データを送り込むもの
とする。

【００２０】図２（Ｃ）に実際のデータを用いてさらに
説明を加える。Ｒ（赤色）が３回続いた後にＧ（緑色）
がきたため、３回目のＲはデータ加工装置の処理によっ
てＢＬ（黒色）に変換される。同様にして、左から１０
個目のＧはＢＬに、左から１３個目のＢはＢＬにそれぞ
れ変換される。しかしながら、右から２つ目のＢ、右端
のＲは、連続色ではないため、図に示すように変換され
ない。

【００２１】液晶表示装置として、本実施例では強誘電
性液晶を用いたものを使用したが、ＳＴＮ、ＴＮ、分散
型液晶表示装置、ＥＬ、プラズマ表示装置等において
も、可能であることがわかった。

【００２２】『実施例２』本実施例では、画像の中の
ある行の区間、Ｘ_iからＸ_jにおける画像処理の例を示
す。この区間に含まれる画素の数としては３つ以上が必
要であるが、数学的な処理の問題から、２０以上が望ま
しい。あるいは１画面全体を対象としてもよい。この区
間に入力されるべきデータは図４（Ａ）に示される。最
初にこの区間の入力データの明るさの平均値を算出す
る。その結果、得られた平均値は図中に点線で示され
る。次にこの区間のデータが平均値より大きいか小さい
かによって図に示すように、領域ａ（Ｘ_iからＸ₁）、
ｂ（Ｘ₁からＸ₂）、ｃ（Ｘ₂からＸ₃）およびｄ（Ｘ
₃からＸ_d）に分割する。そして、領域ａの最大値、領
域ｂの最小値、領域ｃの最大値、領域ｄの最小値をそれ
ぞれの区間の出力すべき表示データとする。その例は図
４（Ｂ）に鎖線で示される。

【００２３】しかし、このような処理では、出力データ
は不連続な値となるので、視覚的に不自然な印象を与え
がちである。そこで、不連続性を解消するために、各領
域の出力値を適当な傾きを有する直線によって接続し、
連続性をもたせる。傾きとしては、各領域の境界点であ
る、点Ｘ₁、Ｘ₂、Ｘ₃における入力データの傾きが適
当である。具体的には、各点での傾きを有し、各点を通
過する直線を採用した。そして、この直線と前述の極大
値、極小値を結んで、図４（Ｂ）に実線で示すようなデ
ータを作成し、これを出力表示データとした。

【００２４】『実施例３』本実施例では、入力画像デ
ータの導関数を算出して、それをもとに出力画像データ
を演算する過程について説明する。実施例２の場合と同
様にある行の画素Ｘ_iからＸ_jまでの区間に、図５
（Ａ）に示されるデータが入力される。このデータはた
だちに微分もしくはそれと同等な演算によって、導関数
が求められる。このようにして得られた導関数の絶対値
を図５（Ｂ）に示す。導関数の求めかたとしては、最も
単純には、隣接する画素Ｘ_kとＸ_k+1の入力画像デー
タ、ｆ（Ｘ_k）とｆ（Ｘ_k+1）の差を計算すればよい。

【００２５】図５（Ｂ）において導関数の絶対値は、点
Ｘ₂、Ｘ₄、Ｘ₆で極大値を取り、点Ｘ₁、Ｘ₃、Ｘ₃
で極小値を取る。そこで、このようにして得られた極大
値をもとに、これらの極大値で挟まれた領域、例えば点
Ｘ₂とＸ₄の間、をひとまとまりの領域とし、それぞ
れ、ａ（点Ｘ₂まで）、ｂ（点Ｘ₂からＸ₄まで）、ｃ
（点Ｘ₄からＸ₆まで）、ｄ（点Ｘ₆以降）とする。そ
して、これらの領域の出力データとしては、各領域の導
関数の絶対値の最小値を取る点のデータを用いた。例え
ば、領域ａにおいては点Ｘ₁の入力データｆ（Ｘ₁）で
あり、領域ｂにおいては点Ｘ₃のデータｆ（Ｘ₃）であ
る。これらの点では導関数の絶対値は０となり、すなわ
ち、各区間の最大値、最小値である。一方、区間ｃにお
いては、点Ｘ₅のデータｆ（Ｘ₃）を採用することとな
るが、この場合にはｆ（Ｘ₃）は、該領域の最大値でも
最小値でもないことに注意すべきである。以上のように
して加工した出力表示データは図５（Ｃ）のようにな
る。

【００２６】本実施例は実施例２の場合のように、入力
画素データを適当な区間に分割するという必要がない。
実施例２の場合には、設定する区間が大きすぎた場合、
例えば、１行のデータを１つの区間とした場合には、次
の行と平均値が異なれば、表示される信号は、入力信号
としてはさして差がないものが、出力では大きくことな
る場合もある。また、逆に設定すべき区間が狭いものと
なれば、画像にメリハリを与えるという本発明の目的は
十分に達成できない。例えば、図４の例では領域ｃは非
常に複雑な構造を有しているのであるが、設定した区間
における平均値以上・以下という機械的な判断によって
これらの構造は無視されてしまう。

【００２７】本実施例は、区間設定後に平均値を算出す
るという手順を踏まないために、このような設定した区
間に比べて十分に小さな部分の特殊な構造までも捕捉で
き、画像として不自然さは少なくなる。

【００２８】『実施例４』本実施例を図６に示す。例
えばテレビの放送などでは、極めて急峻な境界を送信す
ることは困難である。それは、先に説明したように、放
送に使用できる周波数帯に制限があるためで、急峻な境
界を信号とした場合には、そこには非常に多くの高周波
成分が含まれる。したがって、本来の信号は図６（Ａ）
に点線で示されるようなものであっても、実際に受信さ
れ、処理された映像信号は図６（Ａ）の実線で示される
程度のものとなる。

【００２９】このような信号をそのまま表示した場合に
は、境界のぼやけたメリハリのない画像となる。したが
って、何らかの方法によって、オリジナルの信号に近い
信号を復元することが求められる。本実施例では、この
ような境界部分を特定し、その部分の画像信号に強調処
理を施すことによって、オリジナル信号に近い信号を出
力する例を示す。

【００３０】境界を特定する方法としては、入力信号の
導関数を計算し、その絶対値が極大となる点を境界とす
る。すなわち、急激に信号値が変化している箇所は境界
と考えて差し支えない。しかし、この方法では、極めて
なだらかに信号が変化している場合でも、導関数の絶対
値が極大となる場合もある。そのようななだらかな変化
がある箇所では必ずしもメリハリのある画像があったと
は考えられない。したがって、導関数の絶対値にしきい
値を設定し、そのしきい値以上の値が得られた場合のみ
を境界と判断するようにしてもよい。

【００３１】さて、このようにして境界を判断したのち
は、この境界の点（図６ではａで示される）での入力信
号の値をもとに、境界をはっきりさせる処理をおこな
う。例えば、境界近傍の任意の点Ｘでの、入力信号がｆ
（Ｘ）であったとしたばあいには、出力信号ｇ（Ｘ）と
して、ｇ（Ｘ）＝ｆ（ａ）＋〔ｆ（Ｘ）−ｆ（ａ）〕ｅｘｐ
〔１／（Ｘ−ａ）²〕で与えられる値を採用すればよい。ただし、Ｘ≠ａ。一
般的な表現では、ｇ（Ｘ）＝ｆ（ａ）＋〔ｆ（Ｘ）−ｆ（ａ）〕ｈ（Ｘ−
ａ）（Ｘ≠ａ）となる。ここで、関数ｈ（ｘ）は、ｘが無限大あるいは
無限小では１に収束し、ｘ＝０では無限大、もしくは有
限の正値をとる。

【００３２】実際には、いちいち演算をおこなわず、上
述の方法で境界と認定された画素から離れるごとに差
〔ｆ（Ｘ）−ｆ（ａ）〕に特定の値を掛けて、ｆ（ａ）
を差し引くことによって、出力信号を加えるような操作
を採用してもよい。例えば、境界がＸ_kであれば、Ｘ
_k+1の画素には２．７２を乗じ、Ｘ_k+2には１．２８
を、Ｘ_k+3には１．１２を、Ｘ_k+4には１．０６を、Ｘ
_k+5には１．０４を、Ｘ_k+6には１．０３を、Ｘ_k+7か
らＸ_k+8には１．０２を、それぞれ乗じ、それより遠い
画素には何ら処理を施さないようにすればよい。逆方向
の画素Ｘ_k-1、Ｘ_k-2、Ｘ_k-3、Ｘ_k-4、Ｘ_k-5、Ｘ
_k-6、Ｘ_k-7Ｘ_k-8についても、同じように処理を施
す。この処理は、上記の式においてｈ（ｘ）＝ｅｘｐ
（１／ｘ²）の場合と実質的に同じである。

【００３３】あるいはそのような数学的に厳密な補正を
おこなわず、単に境界の画素の隣の画素は１０倍、２番
目の画素は５倍、３番目の画素は３倍、４番目の画素は
２倍、５番目の画素は１．５倍、６番目の画素は１．２
倍、７番目の画素は１．１倍、それより遠い画素には処
理をおこなわないというようなフローチャートを実行す
るだけでもよい。

【００３４】本実施例の技術思想は、実施例１と同じも
のであり、境界を認定する方法を数学的におこなうよう
にしたことと、境界の画素だけを処理するのではなく、
ある特定の領域の境界の近傍の画素に処理をおこなうこ
とを特徴としている。したがって、実施例２および３の
ように、境界部分以外の領域の信号を一律に規定してし
まう者でもないので、微妙な色合いの連続的な変化や明
るさの連続的な変化は保たれる。

【００３５】

【発明の効果】以上のように複数のドットを有する同一
色あるいは同一の明るさを有する領域を自動的に識別
し、その端部に黒色の輪郭を設ける、あるいは境界部を
演算処理によって強調し、中間的な遷移領域を排除する
ことで、他の色との混色が起きず、メリハリのある表示
を実現することができた。

【００３６】実施例１の場合には、ＬＣＤらＰＤＰ等の
画像表示装置へのデータの転送段階で、処理を行うため
に、処理速度の低下が起きず、高速動作の画面において
も、実現が可能になった。その他の実施例の場合には処
理には若干の時間を要するが、ＬＣＤやＰＤＰのように
画面の列ごとの並列処理が可能な表示方法であれば特に
問題はなかった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による表示装置の構成を示す。

【図２】本発明によるシステムのフローチャートおよび
本発明によるデータの加工の例を示す。

【図３】従来の例による画像処理の方法を示す。

【図４】本発明による画像信号の処理例示す。

【図５】本発明による画像信号の処理例示す。

【図６】本発明による画像信号の処理例示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０４Ｎ 9/68 １０３Ｇ０９Ｇ 5/36 ５２０Ｃ (56)参考文献特開平３−107919（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−155274（ＪＰ，Ａ) 齋藤正男，ディジタルテクノロジーシリーズ７ディジタル画像処理，日本, 東海大学出版会，1986年７月25日，初版，Ｐ65−67 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G09G 3/00 - 5/42 G06T 7/60 H04N 1/409 H04N 5/14 - 5/217

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】マトリクスに配置された複数の画素に入力
信号を入力し、階調をもった画像を線順次走査方式を用
いて表示する方法において、前記画素に対する入力信号の導関数を計算し、前記導関数の絶対値の極大値に閾値を設定し、前記極大値が前記閾値を超えたときに前記極大値となる
画素を前記画像の境界とし、前記境界の近傍の画素に入力される入力信号に強調処理
を行うに際し、前記強調処理は、入力信号をｆ（ｘ）、
処理後の入力信号をｇ（ｘ）、無限大または無限小では
１に収束し、ｘ＝０では無限大または有限の正値をとる
関数をｈ（ｘ）として、ｇ（ｘ）＝ｆ（ａ）＋［ｆ（ｘ）−ｆ（ａ）］ｈ（ｘ−ａ）（ｘ≠ａ）と表される式により行われることを特徴とする画像表示
方法。
【請求項２】一列に配置された複数の画素に入力信号を
入力し、階調をもった画像を線順次走査方式を用いて表
示する方法において、前記画素に対する入力信号の導関数を計算し、前記導関数の絶対値の極大値に閾値を設定し、前記極大値が前記閾値を超えたときに前記極大値となる
画素を前記画像の境界とし、前記境界の近傍の画素に入力される入力信号に強調処理
を行うに際し、前記強調処理は、入力信号をｆ（ｘ）、
処理後の入力信号をｇ（ｘ）、無限大または無限小では
１に収束し、ｘ＝０では無限大または有限の正値をとる
関数をｈ（ｘ）として、ｇ（ｘ）＝ｆ（ａ）＋［ｆ（ｘ）−ｆ（ａ）］ｈ（ｘ−ａ）（ｘ≠ａ）と表される式により行われることを特徴とする画像表示
方法。
【請求項３】前記関数ｈ（ｘ）はｅｘｐ［１／ｘ²］で
あることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示
方法。
【請求項４】マトリクスに配置された複数の画素に入力
信号を入力し、階調をもった画像を線順次走査方式を用
いて表示する方法において、前記画素に対する入力信号の導関数を計算し、前記導関数の絶対値の極大値に閾値を設定し、前記極大値が前記閾値を超えたときに前記極大値となる
画素を前記画像の境界とし、前記境界の近傍の画素に入力される入力信号に強調処理
を行うに際し、前記強調処理は、前記境界の画素を
Ｘ_k、ｎ（ｎは正数）番目の画素Ｘ_k±_nの入力信号をｆ
（Ｘ_k±_n）、ｎ（ｎは正数）番目の画素Ｘ_k±_nの処理後
の入力信号をｇ（Ｘ_k±_n）とし、ｎが増加するに従って
１に収束し、Ｚ₁＞Ｚ₂＞…Ｚ_n-1＞Ｚ_nを満たす定数Ｚ_n
を用いて、ｇ（Ｘ_k±_n）＝［ｆ（Ｘ_k±_n）−ｆ（Ｘ_k）］Ｚ_n＋ｆ（Ｘ_k）と表される式により行われることを特徴とする画像表示
方法。
【請求項５】一列に配置された複数の画素に入力信号を
入力し、階調をもった画像を線順次走査方式を用いて表
示する方法において、前記画素に対する入力信号の導関数を計算し、前記導関数の絶対値の極大値に閾値を設定し、前記極大値が前記閾値を超えたときに前記極大値となる
画素を前記画像の境界とし、前記境界の近傍の画素に入力される入力信号に強調処理
を行うに際し、前記強調処理は、前記境界の画素を
Ｘ_k、ｎ（ｎは正数）番目の画素Ｘ_k±_nの入力信号をｆ
（Ｘ_k±_n）、ｎ（ｎは正数）番目の画素Ｘ_k±_nの処理後
の入力信号をｇ（Ｘ_k±_n）とし、ｎが増加するに従って
１に収束し、Ｚ₁＞Ｚ₂＞…Ｚ_n-1＞Ｚ_nを満たす定数Ｚ_n
を用いて、ｇ（Ｘ_k±_n）＝［ｆ（Ｘ_k±_n）−ｆ（Ｘ_k）］Ｚ_n＋ｆ（Ｘ_k）と表される式により行われることを特徴とする画像表示
方法。
【請求項６】前記定数Ｚ_nは、Ｚ_n＝ｅｘｐ［１／ｎ²］
で表されることを特徴とする請求項４又は５に記載の画
像表示方法。
【請求項７】液晶表示装置に用いられることを特徴とす
る請求項１乃至６のいずれか一に記載の画像表示方法。
【請求項８】エレクトロルミネッセンス表示装置に用い
られることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に
記載の画像表示方法。
【請求項９】前記入力信号は、輝度信号であることを特
徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載の画像表示
方法。