JP3719944B2

JP3719944B2 - 動画性能評価装置

Info

Publication number: JP3719944B2
Application number: JP2001090883A
Authority: JP
Inventors: 龍男内田; 徳夫小間
Original assignee: 龍男内田; 株式会社東北テクノブレインズ
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2021-03-27
Also published as: JP2002291001A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディスプレイの動画性能を評価する動画性能評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディスプレイにおいて動画性能は重要である。ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）では液晶の応答速度遅延のため動画性能が悪くなることが問題となっている（文献1,2 （文献名は表１に示す。以下同じ。））。またＬＣＤのようなホールド型ディスプレイでは、応答速度を十分速くしてもＣＲＴのようなインパルス型ディスプレイに比較し動画性能が劣ることが指摘されている（文献3,4 ）。このため、ホールド型である従来ＬＣＤを点滅バックライト等と組み合わせることによりインパルス型駆動とする検討も行われている（文献5,6 ）。高透過率、高解像度を実現できることで注目されているＦＳ（フィールドシーケンシャル方式）−ＬＣＤにおいてはカラーブレイクによる動画性能の劣化が報告されている（文献7,8 ）。液晶の応答速度遅延による動画性能の劣化は画像がボケるといった現象であり、ＦＳ−ＬＣＤのカラーブレイクによる動画性能の劣化は画像のＲＧＢが色割れするといったものであり、これらの現象によりディスプレイの表示品位が低下してしまう。
【０００３】
このように動画性能はディスプレイにとって重要な特性であるが、その評価方法が確立されていないのが現状である。そのため、ＬＣＤの動画性能の評価は、液晶の応答速度を測定することにより代用されている。しかしながらこのような方法では、応答速度の測定結果と実際のディスプレイにおける動画性能の劣化との対応がつきにくい中間調に対しての評価も含めると、情報量が多く、測定にも莫大な時間を要するといった問題がある。また、この方法では、ホールド型、インパルス型、ＦＳ−ＬＣＤでのカラーブレイクも含めた動画性能の評価は不可能である。
【０００４】
【表１】

【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記従来技術の問題を解決し、種々の表示方式のディスプレイの動画性能を的確にかつ効率よく評価できる動画性能評価装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、肉眼による動画の視認像を再現しうる画像情報が得られればそれを解析することで前記目的を達成できると考え、さらに、そのような画像情報を得るためには、以下に概説する眼の追従運動と応答特性を模すことのできる装置構成とすればよいことに想い到り、本発明をなすに至った。
【０００７】
（眼の追従運動）
動いている対象を見るとき、眼は巧妙な追従運動によって、対象に視線を固定させるよう、眼を滑らかに回転させている。そして補償運動により、身体が動くときでも対象に視線を固定させることができる。さらに調整（眼の焦点位置を自律調整）と輻輳（眼の回転角度位置を両眼で同時かつ相互補完的に自律調整）により、注目している対象がはっきりと焦点を結び、網膜の中心（中心窩）に位置づけられる（文献9 ）。そして、この追従運動は対象物の移動速度が視角速度でほぼ30deg/s 以下のとき良好に行われる (文献3 ）。なお、視角速度＝Tan ^-1（視対象移動速度の視線直角方向成分／視距離）である。
【０００８】
（眼の応答特性）
ある程度以下の輝度であれば、数十ms以下の短時間の光刺激はほぼ完全に積分される（文献10）。図２に示すように、十分に短時間の光刺激が眼に入った場合、眼の感度は最初徐々に立ち上がり、一定の感度が数十ms持続する。この一定の時間は、１／ＣＦＦ（ＣＦＦ：臨界フリッカ周波数＝ちらつきが見え始める周波数）と考えられる。その後感度が低下していく。すなわち、眼は短時間の光刺激を網膜上の各点で図２に示す感度の面積の範囲で完全に積分する時間積分効果を有すると考えられている（文献10）。
【０００９】
前記目的を達成した本発明は、ディスプレイの動画性能を評価する装置であって、前記ディスプレイに標識画像を表示させるディスプレイドライバと、前記標識画像を撮影するカメラと、該カメラを移動および／または回転させるカメラムーバと、前記ディスプレイドライバ、前記カメラ、および前記カメラムーバを同期制御して前記標識画像を所定の動画速度で移動させ該移動中の標識画像にカメラ中心を当てて眼の積分時間に相当する所定の撮影時間（シャッタスピード）で撮影する撮影制御器とを有してなることを特徴とする動画性能評価装置（本発明装置）である。
【００１０】
前記所定の動画速度の大きさは視角速度で30deg/s 以下が好ましい。前記所定の撮影時間は10〜100ms が好ましい。前記カメラのシャッタは透過強度可変のもの（透過強度可変シャッタ、中でもとりわけＬＣＤ）が好ましい。透過強度可変シャッタの場合、透過強度変更パターンは、立ち上がり時間＝０〜100ms 、一定保持時間＝５〜50ms、立ち下がり時間＝０〜100ms とするのが好ましい。前記カメラは視野を制限する視野フィルタを有するものが好ましい。
【００１１】
前記カメラムーバは、前記カメラを前記ディスプレイの画面に平行でかつ互いに直交する二軸の方向に移動および／または該二軸の回りに回転させるものが好ましい。
前記標識画像は、輝度が空間周期的に変化する明暗パターンをなすものが好ましい。
【００１２】
前記撮影制御器は、前記カメラの撮影結果をデータ処理するものが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明装置の１例を示す模式図である。図示のように、本発明装置は、動画性能評価対象のディスプレイ１に標識画像２を表示させるディスプレイドライバ３と、標識画像２を撮影するカメラ４と、カメラ４を移動（回転でもよい）させるカメラムーバ５と、ディスプレイドライバ３、カメラ４、およびカメラムーバ５を同期制御して標識画像２を所定の動画速度Ｖで移動させ該移動中の標識画像２にカメラ中心10を当てて眼の積分時間に相当する所定の撮影時間（シャッタスピード）で撮影する撮影制御器６とを有する。
【００１４】
なお、７はシャッタ、８はカメラ４とカメラムーバ５を支持するガイドアーム、９はガイドアーム８を支持するスタンドである。シャッタ７は、この例では外付けとしたが、カメラ４に内蔵したものでもよい。
標識画像の外形形状はとくに限定されず、円形、長方形などの各種幾何学図形を適宜用いうる。標識画像のサイズもとくに限定されず、ディスプレイの画面サイズやカメラの視野範囲、対物距離（視距離または視線長ともいう）などを勘案して設定すればよい。
【００１５】
カメラは、光学カメラ（フィルムに撮影するもの）、デジタルカメラ、ＣＣＤ等のいずれも好ましく用いうる。
本発明装置は、上記構成を採用したことにより、カメラ中心を動画（動いている標識画像）に釘付けにした状態で所望のシャッタスピードで動画を撮影することができる。シャッタスピードは眼の感度に対応すると考えられるから、本発明装置によれば、前記した眼の追従運動と応答特性（時間積分効果）を良好に再現すること、すなわち、種々の表示方式のディスプレイについて肉眼による動画視認像に近い状態の撮影画像データを得ることができ、これを解析することで、種々の表示方式の動画性能（像ボケや色割れの程度）を的確にかつ効率よく定量評価できるようになる。
【００１６】
本発明装置では、前記所定の動画速度Ｖの大きさ｜Ｖ｜が視角速度で30deg/s を超えると、前述の肉眼追従性が良いとされている範囲を逸脱することになって肉眼による動画視認像を再現したものとはいえなくなるので、｜Ｖ｜≦30deg/s とするのが好ましい。なお、より好ましくは｜Ｖ｜≦20deg/s である。
また、前記所定のシャッタスピード（シャッタ開時間：ｔso）は、10〜100ms とするのが好ましい。ｔsoが10ms未満では感光時間が不足し、ｔsoが100ms 超では感光時間が過剰となって、適切な撮影像を得難くなるからである。なお、ｔsoは図２に示した眼の積分時間ｔ_W（＝40〜70ms）に合わせるのがより好ましい。
【００１７】
また、カメラのシャッタは、機械的に開閉するものでもよいが、電圧印加などにより透過強度を変えうるもの（透過強度可変シャッタ）の方が、肉眼の応答性をより良く近似できて好ましい。かかる透過強度可変シャッタとしては、制御応答性に優れるＬＣＤが好適である。また、画像の情報の信号処理をうることによりシャッタと同様の効果を得ることも可能である。
【００１８】
シャッタを透過強度可変シャッタとした場合、透過強度変更パターンは、前記時間積分効果を忠実に模擬したもの、すなわち、立ち上がり時間＝０〜100ms 、一定保持時間＝５〜50ms、立ち下がり時間＝０〜100ms となるパターンとするのが好ましい。
ところで、眼の網膜は、中心窩両側の視野角±１deg 程度の範囲にピークをもつ視力分布を有するとされているので、この状態を再現できるように、カメラには、視野を制限する視野フィルタを設けることが好ましい。この視野フィルタは、フィルムの表面に拡散処理をしたもので構成するのが好ましい。また信号処理により同様の効果を実現することも可能である。
【００１９】
また、カメラムーバは、カメラ中心を標識画像の動きに追従させるために、カメラをディスプレイの画面に平行でかつ互いに直交する二軸の方向（所謂ｘ方向とｙ方向）に移動させるか、あるいは該二軸の回り（所謂極角θ方向と方位角φ方向）に回転させるものが好ましい。無論、移動、回転の両方ともできるものでもよい。カメラムーバは周知の機械要素を適宜組み合わせて構成しうる。
【００２０】
また、標識画像は、無地（模様なし）のものでも本発明装置による動画撮影写真からボケや色割れの程度を目視評価しうるが、輝度が空間周期的（例えば正弦波状）に変化する明暗パターンをなす標識画像を用いると、ＭＴＦ（Modulation Transfer Function）による像ボケの定量化が可能となり、より客観性の高い評価ができるようになるので好ましい。すなわち、図３に示すように、明暗パターンを有する原画像を動画化して本発明装置で撮影するとボケが生じた状態の変換後画像が得られる。そこで、画像解析手法を用いて、原画像パターンの振幅（Li0/2)と変換後画像（動画撮影像）パターンの振幅(Lf0/2）の比（ Lf0/Li0）で定義されるＭＴＦを測定することにより、動画化による像ボケを定量化することができる。なお、種々のディスプレイの動画性能を評価する場合、パターンの空間周波数Ｆと動画速度の大きさ｜Ｖ｜を適当な値に固定して求めたＭＴＦの値を比較するのが簡便である。
【００２１】
また、撮影制御器は、前記の制御を行うことに加え、カメラの撮影結果をデータ処理する機能をもたせておくと、像ボケやＲＧＢの色割れ程度をより効率よく評価できて好ましい。かかるデータ処理機能は周知の画像解析ソフトウエアあるいはこれをハード化したＬＳＩチップ等を用いて容易に構成することができる。
【００２２】
【実施例】
（実施例１）
図１に示した形態に類する装置を用いて動画撮影を行った。所定のディスプレイドライバを使用し、フレーム周波数＝60Hzで駆動した。カメラは光学カメラを用いた。カメラの視距離（被写体画面との距離）は360mm とした。シャッタは外付けのＬＣＤを用いた。カメラムーバはカメラホルダを可変速モータで動画移動方向に移動させるように構成した。撮影制御器はＣＰＵ、メモリ、タイマ等を組み合わせて前記の同期制御を実行可能に構成した。
【００２３】
評価対象ディスプレイは、▲１▼インパルス型ＯＣＢ（光学補償ベンド）−ＬＣＤ、▲２▼インパルス型ＴＮ（ねじれネマティック）−ＬＣＤ、▲３▼ホールド型ＯＣＢ−ＬＣＤ、▲４▼ホールド型ＴＮ−ＬＣＤ１、▲５▼ホールド型ＴＮ−ＬＣＤ２（▲４▼、▲５▼では▲４▼の方が液晶の応答が速い）、▲６▼ＯＣＢモードを用いたＦＳ−ＬＣＤ、の６種類を用いた。いずれのディスプレイも、画面サイズ（Ｖ（縦）×Ｈ（横））＝600 ×800mm 、画素数（Ｖ×Ｈ）＝240 ×320 である。
【００２４】
被写体（原画像）は背景のキャラクタ文字の中を標識画像がＶ方向に動くものとした（図４（ａ））。標識画像は長方形（寸法（Ｖ×Ｈ）＝７×20mm）外形で内部を白抜きとした画像を用いた。動画速度の大きさ｜Ｖ｜は10deg/s 、20deg/s とした。シャッタスピードは50ms（透過強度の立ち上がり＝15ms、一定保持＝20ms、立ち下がり＝15ms）とした。
【００２５】
各ディスプレイの表示画像はカラー写真に撮られた。それらのモノクロコピーを図４（ｂ）〜（ｇ）に示す。これらの図からはわかりにくいが、もとのカラー撮影写真から以下のことがわかった。
・インパルス型ＯＣＢ−ＬＣＤ（▲１▼）では動画速度によらず動画像のボケはない。
【００２６】
・インパルス型ＴＮ−ＬＣＤ（▲２▼）では動画像が２重に写っており、その間隔は動画速度が速い方が大きい。
・ホールド型ディスプレイ（▲３▼▲４▼▲５▼）では動画像がボケており、動画速度が速いほどボケの程度が大きい。
・ホールド型ディスプレイ（▲３▼▲４▼▲５▼）でのボケの量はＴＮ−ＬＣＤ１（▲４▼）、ＴＮ−ＬＣＤ２（▲５▼）、ＯＣＢ−ＬＣＤ（▲３▼）の順に大きい。
【００２７】
・ＦＳ−ＬＣＤ（▲６▼）では動画像の端にＲＧＢの色割れ（カラーブレイク）が発生している。
このように、本発明装置で撮影した動画表示画面の写真を観察することにより、ディスプレイの動画性能を的確かつ容易に評価することができる。
また、背景画像は、図４（ｂ）〜（ｇ）からもわかるように、眼の時間積分効果を模擬したことにより、ボケた撮影像となる。このボケの程度は動画速度が速くなるに従い大きくなる。しかしながら、人間はある動画を注視しているときその背景がボケても画像の劣化として認識しない。すなわち、背景画像の劣化は、動画性能評価の対象外となりうる。このことも本発明装置により明らかとなった点である。
【００２８】
（実施例２）
図１に示した形態に類する装置を用いて動画撮影を行った。所定のディスプレイドライバを用い、フレーム周波数＝60Hzで駆動した。カメラはデジタルカメラを用いた。カメラの視距離（被写体画面との距離）は360mm とした。シャッタは外付けのＬＣＤを用いた。カメラムーバはカメラホルダを可変速モータで動画移動方向に移動させるように構成した。撮影制御器はＣＰＵ、メモリ、タイマ等を組み合わせて前記の同期制御を実行可能に構成し、さらに、デジタルカメラの標識画像撮影データを画像解析してＭＴＦを算出するデータ処理機能をもたせた。
【００２９】
評価対象ディスプレイは、実施例１の▲１▼〜▲６▼と同じものを用いた。
被写体（原画像）は背景のキャラクタ文字の中を標識画像がＶ方向に動くものとした（図４（ａ））。標識画像は長方形（寸法（Ｖ×Ｈ）＝20×20mm）外形で内部を輝度が空間周波数Ｆ＝２cycle/deg の正弦波で変わる明暗パターンとした画像を用いた。動画速度の大きさ｜Ｖ｜は０〜30deg/s の範囲で種々変更した。シャッタスピードは50ms（透過強度の立ち上がり＝15ms、一定保持＝20ms、立ち下がり＝15ms）とした。
【００３０】
各ディスプレイについてのＭＴＦ測定結果を動画速度（視角速度）に対してプロットしたグラフを図５に示す。
図５に示されたＭＴＦの動画速度依存性は、動画撮影写真観察による評価順位と強い正相関の関係にある（ＭＴＦの動画速度依存性が小のものほど動画撮影写真観察による評価順位が小（評価は高い））ことが確認された。よって、本発明装置を用いてＭＴＦを測定することにより、動画撮影写真を比較観察する労が省けて、さらに容易に、しかもより客観的かつ定量的にディスプレイの動画性能を評価することができる。
【００３１】
また、図５より、明暗パターンの空間周波数Ｆ＝２cycle/deg の場合、ディスプレイ相互のＭＴＦ差が明確に判別できる視角速度の値域は概ね10〜20deg/s の範囲にあることがわかる。例えばＦ＝２cycle/deg 、｜Ｖ｜＝10deg/s における各ディスプレイのＭＴＦ（ＭＴＦ_v10と記す）は、表２に示すように、ディスプレイ相互の動画性能差を的確に定量化しうるパラメータとなる。すなわち、本発明装置によれば、標識画像の明暗パターンの空間周波数Ｆを適当な一定値に固定し、視角速度を10〜20deg/s の範囲内のいずれか一定値に固定してＭＴＦを測定すればよいことになり、よりいっそう簡便に動画性能を評価することができる。
【００３２】
【表２】

【００３３】
【発明の効果】
かくして本発明によれば、作業負荷の大きい液晶応答速度測定を行わずとも、容易かつ的確に種々のディスプレイの動画性能を評価できるようになり、加えて、ＭＴＦを評価パラメータに用いることができて、さらに簡便でしかもより客観的かつ定量的な評価が可能となるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の１例を示す模式図である。
【図２】眼の時間積分効果を示す説明図である。
【図３】ＭＴＦの定義説明図である。
【図４】本発明装置によるカラー動画撮影写真のモノクロ複写図である。
【図５】本発明装置によるＭＴＦ測定結果の１例を示すグラフである。
【符号の説明】
１ディスプレイ
２標識画像
３ディスプレイドライバ
４カメラ
５カメラムーバ
６撮影制御器
７シャッタ
８ガイドアーム
９スタンド
10 カメラ中心

Claims

ディスプレイの動画性能を評価する装置であって、前記ディスプレイに標識画像を表示させるディスプレイドライバと、前記標識画像を撮影するカメラと、該カメラを移動および／または回転させるカメラムーバと、前記ディスプレイドライバ、前記カメラ、および前記カメラムーバを同期制御して前記標識画像を所定の動画速度で移動させ該移動中の標識画像にカメラ中心を当てて眼の積分時間に相当する所定の撮影時間（シャッタスピード）で撮影する撮影制御器とを有してなることを特徴とする動画性能評価装置。
前記所定の動画速度の大きさは視角速度で30deg/s 以下である請求項１記載の動画性能評価装置。
前記所定の撮影時間は10〜100ms である請求項１または２に記載の動画性能評価装置。
前記カメラのシャッタは、透過強度可変なシャッタである請求項１〜３のいずれかに記載の動画性能評価装置。
前記透過強度可変なシャッタはＬＣＤである請求項４記載の動画性能評価装置。
前記透過強度可変なシャッタの透過強度変更パターンを、立ち上がり時間＝０〜100ms 、一定保持時間＝５〜50ms、立ち下がり時間＝０〜100ms とした請求項４または５に記載の動画性能評価装置。
前記カメラは視野を制限する視野フィルタを有する請求項１〜６のいずれかに記載の動画性能評価装置。
前記カメラムーバは、前記カメラを前記ディスプレイの画面に平行でかつ互いに直交する二軸の方向に移動および／または該二軸の回りに回転させる請求項１〜７のいずれかに記載の動画性能評価装置。
前記標識画像は、空間周期的な明暗パターンをなす請求項１〜８のいずれかに記載の動画性能評価装置。
前記撮影制御器は、前記カメラの撮影結果をデータ処理する請求項１〜９のいずれかに記載の動画性能評価装置。