JP4042525B2

JP4042525B2 - 画像信号処理装置

Info

Publication number: JP4042525B2
Application number: JP2002305429A
Authority: JP
Inventors: 和弘山田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-10-21
Filing date: 2002-10-21
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2022-10-21
Also published as: JP2004138940A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、残光時間が異なる複数色の発光材料を有するカラー画像表示パネルを駆動するための画像信号処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰと略記する）は、発光材料として一般に紫外線励起で発光する緑、赤、青の３色の蛍光体が用いられている。しかし、発光強度や色純度等の諸条件を満たす蛍光体材料は限られており、現状では全ての条件を満足する緑、赤、青蛍光体材料の組は得られていない。
【０００３】
中でも、これら蛍光体の残光時間は発光色によって大きく異なり、特に青と緑との差が大きい。残光時間を１／１０残光時間で定義した場合、例えば、青の代表的蛍光体であるＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕの残光時間が数μｓであるのに対し、緑の蛍光体であるＺｎ₂ＳｉＯ₄：Ｍｎの残光時間は長く、ほぼ１フィールド期間長（約１６．７ｍｓ）に近い値を持っている。このような残光時間の差異は、動画表示において原画像と異なった色を残光部分に発生させる。例えば、明点が移動する画像に対して明点の後側に緑色の残光が残って尾引きが生じたり、暗転場面で黄緑色の残光が残ったりする。特に人物画像の肌の部分において比視感度の大きい黄緑色の尾引きが発生すると表示品質が著しく損なわれる。
【０００４】
これら残光に伴う画質劣化に対し、残光そのものを無くすには残光時間の短い蛍光体の開発を待たねばならないが、残光があっても、その残光色を原画像と同じにすることにより表示品質を大幅に向上することができる。例えば、残光時間の短い蛍光体の発光色に対応する画像信号に対して、現フィールドの画像を一定の割合で次フィールドの画像に重畳することにより擬似的な残光を付加し、各色の残光の大きさを擬似的に等しくして残光部分の不自然な発色を防ぎ違和感を無くす方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１４６４７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、現フィールドの画像を一定の割合で次フィールドの画像に重畳する方法においては、画像の内容に依存して各色の残光あるいは擬似的残光の大きさのバランスが崩れ、作成した擬似残光が小さすぎる、あるいは大きすぎるために原画像にない色が現れ、むしろ違和感を増大させてしまう場合があった。
【０００７】
本発明は、いかなる画像に対しても、自然な残光強度を持つ擬似残光を作成し、残光の色を原画像と同じにして違和感を無くすことを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像信号処理装置は、残光時間が短い発光材料に対する画像信号に自然な残光強度を持つ擬似残光信号を付加するために、画像信号を各サブフィールド信号に分離し、その中から最も輝度重みの大きいサブフィールド信号に残光係数を乗算して擬似残光信号を作成し、作成した擬似残光信号を次フィールドの画像信号に加算する擬似残光付加手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
すなわち、請求項１に記載の発明は、残光時間が異なる複数色の発光材料を発光させ、且つ１フィールドを輝度重みの異なる複数のサブフィールドで構成するとともにサブフィールドの各々を発光または非発光制御することにより多階調表示するカラー画像表示装置を駆動するための画像信号処理装置であって、少なくともひとつの発光材料に対応する画像信号に擬似残光信号を付加するための擬似残光付加手段を備え、擬似残光付加手段は、画像信号を各サブフィールド信号に分離するサブフィールド変換部と、サブフィールド信号の中で最も輝度重みの大きいサブフィールド信号に残光係数を乗算して擬似残光信号を作成する擬似残光作成部と、擬似残光作成部で作成した擬似残光信号を次フィールドの画像信号に加算する加算部とを設けた画像信号処理装置である。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１において、擬似残光付加手段が、加算部で擬似残光信号を加算した画像信号に基づいて次フィールドの画像信号に加算すべき擬似残光信号を作成する巡回型の回路構成を有することを特徴とする画像信号処理装置である。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、残光時間が異なる複数色の発光材料を発光させ、且つ１フィールドを複数のサブフィールドで構成するとともにサブフィールドの各々を発光または非発光制御することにより多階調表示するカラー画像表示装置を駆動するための画像信号処理装置であって、少なくともひとつの発光材料に対応する画像信号に擬似残光信号を付加するための擬似残光付加手段を備え、擬似残光付加手段は、発光材料の残光特性に基づき決定したしきい値を用いて画像信号を２値化する２値化部と、２値化部で２値化された画像信号に残光係数を乗算して擬似残光信号を作成する乗算部と、乗算部で作成した擬似残光信号を次フィールドの画像信号に加算する加算部とを設けた画像信号処理装置である。
【００１２】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態における画像信号処理装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
実施の形態１においては、発光材料として一般的にＰＤＰに用いられている蛍光体と同様に、緑と赤の蛍光体の残光時間が長く、青の残光時間が短い場合について説明する。従って実施の形態１では、残光色を原画像と同じ白色にするために、青の画像信号に擬似残光信号を付加する。
【００１４】
まず、残光時間の長い蛍光体の残光特性について説明する。
【００１５】
図１は、残光時間の長い蛍光体の残光とサブフィールドの輝度重みとの関係を表わす模式図である。説明を簡単にするため図１（ａ）に示すように１フィールドを４つのサブフィールドＳＦ１、ＳＦ２、ＳＦ３、ＳＦ４で構成し、各サブフィールドの輝度重みを（１、２、４、８）とする。図１（ｂ）は第１フィールドのＳＦ１のみが発光した場合の発光と残光を模式的に表わしており斜線部が残光部分を表わす。同様に、図１（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）はそれぞれ第１フィールドのＳＦ２、ＳＦ３、ＳＦ４のみが発光した場合の発光と残光を模式的に表わしている。このとき図１（ｇ）に示すように、残光はサブフィールドの持つ輝度重みに依存するが、表示階調とともに増大するのではなく、ある一定値に収束する特性を持つ。すなわち、輝度重みが小さいサブフィールドでは最後の発光が小さいため残光も小さくなるが、ある程度輝度重みの大きいサブフィールドでは発光が飽和するため残光も一定値に収束する。また、図１（ｆ）は第１フィールドのＳＦ１、ＳＦ２、ＳＦ３、ＳＦ４が発光した場合の発光と残光を模式的に表わしているが、このように複数のサブフィールドが発光した場合には、残光の大きさは輝度重みの大きいサブフィールドの残光によって決定される。従って、擬似的に残光を作成する場合には、各サブフィールドに対して作成すべき擬似残光信号の大きさをあらかじめ求めておき、入力した画像信号に対して、その階調を表現するために発光するサブフィールドのうち最大の輝度重みを持つサブフィールドに対する擬似残光信号を画像信号に付加すればよい。
【００１６】
図２は、実施の形態１におけるＰＤＰ画像表示装置のサブフィールド構成例を示す図である。この例では、１フィールドが８つのサブフィールド（ＳＦ１、ＳＦ２、・・・、ＳＦ８）に分割され、それぞれのサブフィールドは（１、２、４、８、１６、３２、６４、１２８）の輝度重みを持っている。各サブフィールドは、予備放電を行うセットアップ期間Ｔ１と、画素毎に発光か非発光かのデータ書き込みを行う書き込み期間Ｔ２と、発光データの書き込まれた画素を一斉に発光させる維持期間Ｔ３とからなる。これらのサブフィールドを種々組み合わせて発光させることにより、「０」から「２５５」までの２５６段階の階調を表現できる。例えば、階調「１０」は、輝度重み２、８を持つＳＦ２、ＳＦ４を発光させることにより表現でき、階調「１００」は、輝度重み４、３２、６４を持つＳＦ３、ＳＦ６、ＳＦ７を発光させることにより表現できる。サブフィールドを以上のように構成した実施の形態１においては、各サブフィールドに対する緑の残光強度（相対値）はおよそ図３に示す特性を示した。
【００１７】
図４は、実施の形態１における画像信号処理装置の回路ブロック図である。擬似残光付加手段２０は青の画像信号１０Ｂに青の擬似残光信号を付加する。サブフィールド変換部（以下、ＳＦ変換部と略記する）３０Ｇ、３０Ｒはそれぞれ緑、赤の画像信号１０Ｇ、１０Ｒをサブフィールド変換する。ＳＦ変換部３０Ｂは擬似残光付加手段２０によって擬似残光信号を付加された青の画像信号をサブフィールド変換する。
【００１８】
次に、擬似残光付加手段２０について詳細に説明する。遅延部５０は青の画像信号１０Ｂを１フィールド分遅延する。第２のＳＦ変換部６０は、画像信号を、各サブフィールドを発光させるか否か示す１ビットのサブフィールド信号ｓｆ１〜ｓｆ８に変換する。ここでは発光するサブフィールドに対するサブフィールド信号を「１」、発光しないサブフィールドに対するサブフィールド信号を「０」とする。
【００１９】
擬似残光作成部７０は乗算部７１〜７８と最大値選択部７９から構成されている。乗算部７１〜７８はサブフィールド信号ｓｆ１〜ｓｆ８の各々に残光係数ｋ１〜ｋ８を乗算する。この残光係数は各サブフィールドに対して発生すべき残光の大きさを表わしている。最大値選択部７９は、乗算部７１〜７８で残光係数を乗算したサブフィールド信号のうちから最大のものを選択する。これが付加すべき擬似残光信号である。
【００２０】
擬似残光作成部７０について例をあげて詳しく説明する。
【００２１】
図５は実施の形態１における青の画像信号に対する残光係数ｋ１〜ｋ８の値を示している。このとき、例えば青の画像信号として階調「１００」の画像信号を入力したとする。階調「１００」は輝度重み４、３２、６４を持つＳＦ３、ＳＦ６、ＳＦ７を発光させて表現するので、最大の輝度重みを持つサブフィールドはＳＦ７であり、対応する残光係数ｋ７の値は「２８」（図５参照）となる。従って、作成すべき擬似残光信号は階調「２８」となる。また、青の画像信号として階調「１０」の画像信号を入力した場合は、輝度重み２、８を持つＳＦ２、ＳＦ４を発光させるので最大の輝度重みを持つサブフィールドはＳＦ４となる。このとき、対応する残光係数ｋ４の値は「０」であるので擬似残光信号は付加しない。
【００２２】
なお、これら残光係数ｋ１〜ｋ８の値は、実施の形態１で用いた画像表示装置の蛍光体の残光特性や駆動タイミングの条件に合わせて実験的に最適化したものであるが、図３に示した各サブフィールドに対する緑の残光強度に基づいて計算で求めてもよい。
【００２３】
加算部９０は、擬似残光作成部７０で作成した擬似残光信号を次フィールドの画像信号に加算し、擬似残光信号を付加した画像信号を作成する。
【００２４】
図６は本発明の実施の形態１における擬似残光付加手段の動作を説明する図である。実施の形態１における画像信号処理装置に、例えば図６（ａ）に示すように白色のウインドウパターンが右に動く画像信号を入力したとする。このとき図６（ｂ）は遅延部５０から出力された青の画像信号を示し、図６（ｃ）は擬似残光作成部７０から出力された擬似残光信号を示す。加算部９０は図６（ｃ）に示す擬似残光信号と図６（ｄ）に示す次フィールドの画像信号とを加算し、図６（ｅ）に示す擬似残光信号を付加した画像信号を作成する。次のフィールドにおいても同様の動作により図６（ｆ）に示す擬似残光信号を付加した画像信号を作成する。
【００２５】
以上の信号処理によって、白色ウインドウパターンの左側の領域に青の擬似残光信号を付加する。しかも、このようにして作成した青の画像信号に付加する擬似残光信号の強度は各サブフィールドに対して図５に示す特性を持ち、これは図３に示した緑の蛍光体の各サブフィールドに対する残光の強さの特性を反映し、自然な残光と同様の特性を示す。従って、緑、赤の蛍光体の残光と合わせると残光色が原画像と同じ白色となり、違和感のない自然な画像が得られる。
【００２６】
なお、実施の形態１における擬似残光作成部７０は、サブフィールド信号ｓｆ１〜ｓｆ８の各々に残光係数ｋ１〜ｋ８を乗算した後、最大のものを選択したが、他の構成も可能である。
【００２７】
図７は、実施の形態１における擬似残光作成部の他の回路ブロック図である。図７において、最大ＳＦ選択部８１はサブフィールド信号ｓｆ１〜ｓｆ８の中から最大の輝度重みを持つサブフィールドを選択し、その後、乗算部８２が選択したサブフィールドに対応する残光係数ｋを乗算する。この構成の擬似残光作成部８０おいても図４に記した擬似残光作成部７０と全く同様の作用が得られる。
【００２８】
なお、本実施の形態において遅延部５０は図４に示す位置に設けたが、例えば擬似残光作成部７０の後等、加算部９０との入力側であれば、どの位置に設けてもよい。
【００２９】
（実施の形態２）
図８は、実施の形態２における画像信号処理装置の回路ブロック図である。実施の形態１と異なるところは、巡回型の回路構成としたことにより、実施の形態１における画像信号処理装置のＳＦ変換部３０Ｂと第２のＳＦ変換部６０をひとつのＳＦ変換部３０Ｂで兼用したことである。なお、図８には青の画像信号１０Ｂに対する回路ブロック図のみを示し、緑と赤の画像信号に対する回路ブロックは省略している。
【００３０】
遅延部５０は、ＳＦ変換部３０Ｂによってサブフィールド変換された信号を１フィールド分遅延する。ここでも発光するサブフィールドに対するサブフィールド信号を「１」、発光しないサブフィールドに対するサブフィールド信号を「０」とする。擬似残光作成部７０は実施の形態１と同様、乗算部７１〜７８と最大値選択部７９から構成されている。乗算部７１〜７８は遅延部５０によって遅延されたサブフィールド信号ｓｆ１〜ｓｆ８の各々に残光係数ｋ１〜ｋ８を乗算し、最大値選択部７９は、乗算部７１〜７８で残光係数を乗算したサブフィールド信号のうちから最大のものを選択する。加算部９０は、擬似残光作成部７０の出力を現フィールドの画像信号に加算し、擬似残光信号を付加された画像信号を作成する。
【００３１】
図９は本発明の実施の形態２における擬似残光付加手段の動作を説明する図である。実施の形態２においては、一旦サブフィールド変換されたサブフィールド信号を遅延して擬似残光信号を作成し、それをサブフィールド変換前で足し合わせる巡回型の構成となっている。従って、実施の形態２における画像信号処理装置に、例えば図９（ａ）に示すように白色のウインドウパターンが右に動く画像信号が入力されたとする。このとき図９（ｂ）は遅延部５０から出力された青の画像信号を示し、図９（ｃ）は擬似残光信号と次フィールドの画像信号を加算した信号である。さらに次のフィールドにおいては図９（ｃ）の画像信号を元に図９（ｄ）に示す擬似残光信号を作成し、次の次のフィールドの画像信号を示す図９（ｅ）に加算するため、図９（ｆ）に示すようにそれ以前のフィールドの画像信号が圧縮された形で擬似残光信号の中に残ることになる。つまり、画像信号が１フィールド以前にさかのぼって積算される形になるが、残光係数が十分小さいので実質的には実施の形態１と等価な効果が得られる。
【００３２】
またこの構成は、蛍光体の残光が１フィールド以上に長い場合においては、余分な回路を付加せずに１フィールド以前の画像信号を積算するので特に有効である。
【００３３】
なお、実施の形態２においても擬似残光作成部７０の代わりに図６に示した擬似残光作成部８０を用いてもよい。また、遅延部５０は加算部９０の手前であれば、どの位置に設けてもよい。
【００３４】
（実施の形態３）
図１０は、本発明の実施の形態３における画像信号処理装置の回路ブロック図である。実施の形態１と異なるところは、第２のＳＦ変換部６０を２値化部２６０で置き換えたこと、それに伴って最大値選択部７９が不要となったことである。
【００３５】
遅延部５０は、青の画像信号１０Ｂを１フィールド分遅延する。２値化部２６０は、蛍光体の残光特性およびサブフィールド構成に基づいて設定したしきい値を用いて２値化する。ここでは、２値化部２６０は入力した画像信号がしきい値未満の場合は「０」、しきい値以上の場合は「１」を出力するものとする。乗算部２７０は、蛍光体の残光特性およびサブフィールド構成に基づいて設定した残光係数ｋを２値化部２６０の出力に乗算する。実施の形態３においてはしきい値を「６４」、残光係数ｋを「３０」とおいた。
【００３６】
この場合、入力した青の画像信号１０Ｂのうち、階調が「６４」以上の領域が階調「３０」の擬似残光信号となり、次フィールドの画像信号に付加されることになる。これは、実施の形態１において各サブフィールドに対する残光係数ｋ１〜ｋ８を図１１に示すように２値で近似したもの、すなわちｋ１＝ｋ２＝ｋ３＝ｋ４＝ｋ５＝ｋ６＝０、ｋ７＝ｋ８＝３０とおいたものに等しい。なぜなら、入力した青の画像信号１０Ｂの階調が「６４」未満の場合は、輝度重み１、２、４、８、１６、３２を持つＳＦ１、ＳＦ２、ＳＦ３、ＳＦ４、ＳＦ５、ＳＦ６の組み合わせで表現できるので最大の輝度重みを持つサブフィールドはＳＦ１〜ＳＦ６のいずれかであり、対応する残光係数ｋ１〜ｋ６の値はいずれも「０」であるので擬似残光信号の値も「０」となる。一方、入力した青の画像信号１０Ｂの階調が「６４」以上の場合は、輝度重み６４、１２８を持つＳＦ７、ＳＦ８の少なくともいずれかを発光させるので、最大の輝度重みを持つサブフィールドはＳＦ７あるいはＳＦ８となり、対応する残光係数ｋ７、ｋ８の値はいずれも「３０」であるので擬似残光信号の値も「３０」となるからである。このように青の画像信号１０Ｂに付加する擬似残光信号の強度は、図５に示す特性の代わりに図１１で近似したものと等価になるため、精度はやや犠牲になるが回路が大幅に簡素化される。加算部９０は、乗算部２７０の出力を現フィールドの画像信号に加算し、擬似残光信号を付加された画像信号を作成する。
【００３７】
なお、実施の形態１〜３の構成において、これらの回路ブロックを機能的に実現するための実用上の回路構成例として、デジタル信号処理集積回路（ＬＳＩ）を用いてもよい。
【００３８】
図１２は、実施の形態１〜３の画像信号処理装置を用いたＰＤＰ画像表示装置の一例を示す回路ブロック図である。アナログデジタル（ＡＤ）変換器５１０は緑、赤、青の各画像信号１０をＡＤ変換する。ＬＳＩ５２０内部のデジタルデータ処理部５２１は、内部メモリ５２２および外部メモリ５３０を用いて、緑と赤の画像信号に対してはサブフィールド変換処理、青の画像信号に対しては擬似残光信号を付加する処理を行った後、サブフィールド変換処理を行いＰＤＰドライバ５４０に出力する。ＰＤＰドライバ５４０はＰＤＰ５５０を駆動し画像表示を行う。
【００３９】
以上のように、残光時間の短い青の蛍光体に対応する画像信号に対して擬似残光信号を付加することによって、視覚的には、緑、赤、青の各画像の残光が等しくなり、その結果残光の色が原画像と同じになるので違和感を解消することができる。
【００４０】
なお、実施の形態１〜３において、青の画像信号にのみ擬似残光信号を付加したが、必要に応じて赤あるいは緑の画像信号にも同様に擬似残光信号を付加してもよい。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、残光時間の短い発光材料に対応する画像信号に対して、画像信号の内容に依存して擬似残光信号が小さすぎたり大きすぎることなく、いかなる画像信号に対しても、自然な残光強度を持つ擬似残光信号を作成し、残光の色を原画像と同じにして違和感を無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】残光時間の長い蛍光体の残光とサブフィールドの輝度重さとの関係を表わす模式図
【図２】本発明の実施の形態１におけるＰＤＰ画像表示装置のサブフィールド構成例を示す図
【図３】本発明の実施の形態１における各サブフィールドに対する緑の残光強度（相対値）の特性図
【図４】本発明の実施の形態１における画像信号処理装置の回路ブロック図
【図５】本発明の実施の形態１における青の画像信号に対する残光係数ｋ１〜ｋ８の値を示す図
【図６】本発明の実施の形態１における画像信号処理装置の動作を説明する図
【図７】本発明の実施の形態１における画像信号処理装置の擬似残光作成部の他の回路ブロック図
【図８】本発明の実施の形態２における画像信号処理装置の回路ブロック図
【図９】本発明の実施の形態２における擬似残光付加手段の動作を説明する図
【図１０】本発明の実施の形態３における画像信号処理装置の回路ブロック図
【図１１】本発明の実施の形態３における青の画像信号に対する残光係数を２値で近似した場合の残光係数ｋ１〜ｋ８の値を示す図
【図１２】本発明の実施の形態１〜３における画像信号処理装置を用いたＰＤＰ画像表示装置の一例を示す回路ブロック図
【符号の説明】
１０画像信号
２０，１２０，２２０擬似残光付加手段
３０ＳＦ変換部
５０遅延部
６０第２のＳＦ変換部
７０，８０擬似残光作成部
７１〜７８，８２，２７０乗算部
７９最大値選択部
８１最大ＳＦ選択部
９０加算部
２６０２値化部
５１０ＡＤ変換器
５２０ＬＳＩ
５３０外部メモリ
５４０ＰＤＰドライバ
５５０ＰＤＰ

Claims

残光時間が異なる複数色の発光材料を発光させ、且つ１フィールドを輝度重みの異なる複数のサブフィールドで構成するとともに前記サブフィールドの各々を発光または非発光制御することにより多階調表示するカラー画像表示装置を駆動するための画像信号処理装置であって、
少なくともひとつの発光材料に対応する画像信号に擬似残光信号を付加するための擬似残光付加手段を備え、
前記擬似残光付加手段は、
画像信号を各サブフィールド信号に分離するサブフィールド変換部と、
前記サブフィールド信号の中で最も輝度重みの大きいサブフィールド信号に残光係数を乗算して擬似残光信号を作成する擬似残光作成部と、
前記擬似残光作成部で作成した擬似残光信号を次フィールドの画像信号に加算する加算部と
を有する画像信号処理装置。
前記擬似残光付加手段は、前記加算部で擬似残光信号を加算した画像信号に基づいて次フィールドの画像信号に加算すべき擬似残光信号を作成する巡回型の回路構成を有することを特徴とする請求項１記載の画像信号処理装置。
残光時間が異なる複数色の発光材料を発光させ、且つ１フィールドを複数のサブフィールドで構成するとともに前記サブフィールドの各々を発光または非発光制御することにより多階調表示するカラー画像表示装置を駆動するための画像信号処理装置であって、
少なくともひとつの発光材料に対応する画像信号に擬似残光信号を付加するための擬似残光付加手段を備え、
前記擬似残光付加手段は、
前記発光材料の残光特性に基づき決定したしきい値を用いて画像信号を２値化する２値化部と、
前記２値化部で２値化された画像信号に残光係数を乗算して擬似残光信号を作成する乗算部と、
前記乗算部で作成した擬似残光信号を次フィールドの画像信号に加算する加算部と
を有する画像信号処理装置。