JP4286068B2 - 画面の動画質評価方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、評価対象表示器の画面に映された測定パターンの動きに基づいて、画面の動画質を評価することのできる画面の動画質評価方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示器(LCD),陰極線管表示器(CRT),プラズマ表示器(PDP),エレクトロルミネッセンス表示器(EL)などの各表示器の画面に動画を表示して、その画面の動きを測定して、動画質を評価することが行われている。この評価方法の一つとして、カメラを眼球のように動画の動きに追従させて静止画として撮像し、その撮像された静止画像の鮮明度を評価する方法がある。特にＬＣＤのように画像保持時間が長い表示器の場合は、画像のエッジの鮮明度が低下する。この鮮明度の低下を数値化して指標にする方法が画面の動画質評価方法である。
【０００３】
【特許文献１】
特開2001-204049号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記動画質評価方法は、測定パターンを移動させながらカメラで撮影した場合に、画面に現われた撮像プロファイルの形状を客観的に解析することに重点を置いているにすぎず、この動画質評価方法によっては、表示器の画面の動画質表示性能を示す指標を、正確に、かつ直接導き出す方法は示されていない。
【０００５】
画面の動画質表示性能を示す指標としては、画面の動画質表示性能を客観的、正確に表わすとともに、例えば「残像時間」に対応するような直覚的に理解しやすい指標が望まれる。
従来では、このような指標を得るのに、表示器の画面サイズ、走査線数、フレーム時間など表示器の画面表示特性を知っておかなければならず、もっと簡単な方法で画面の動画質を評価する指標を求めることのできる画面の動画質評価方法が望まれていた。
【０００６】
そこで、本発明は、画面の動画質表示性能を客観的、正確に表わすとともに、直覚的に理解しやすい指標を、簡単な工程を用いて取得することができる画面の動画質評価方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の画面の動画質評価方法によれば、測定対象となる画面の上で測定パターンを移動させ、画像センサの視野を前記測定パターンの移動に追従させて第１のぼやけを観測する。次に、このときの速度と同じ速度で画像センサの視野を移動させて、静止パターンを撮影し、撮影された画像に現われる走査方向に沿った第２のぼやけを観測する。この前記第２のぼやけと、当該静止パターンを撮影したときの画像センサの露光時間とに基づき、前記測定パターンの移動速度を推定することができる。そして、この推定された測定パターンの移動速度を使って、前記第１のぼやけを規格化し、この規格化された前記第１のぼやけを用いて、画面の動画質を評価することができる。前記静止パターンは、測定パターンと同じパターンであってもなくてもよい。
【０００８】
このように、画像センサを測定パターンの移動に追従させたときの速度と同じ速度で画像センサの視野を移動させて、静止パターンを撮影し、第２のぼやけを測定することにより、もとの測定パターンの移動速度を簡単に推定することができる。そして、この測定パターンの移動速度を用いて前記第１のぼやけを規格化し、この規格化された前記第１のぼやけを用いて、画面の動画質を評価することができる。
【０００９】
測定パターンの移動に追従しているかどうかは、画像センサの視野を複数の速度で移動させて、前記移動する測定パターンをそれぞれ撮影し、撮影した各画像に表れる第１のぼやけが最も少ないときの画像センサの視野の移動速度で判断することもできるし、撮影した各画像の操作方向の動きが最も少ないときの画像センサの視野の移動速度で判断することもできる。
また、第１のぼやけは、画像センサの検出面に現われる輝度の分布における、輝度最小値から所定割合又は所定値上がった部分の画素と、輝度最大値から所定割合又は所定値下がった部分の画素との差を用いて測定するとよい。これは輝度最大値や輝度最小値に相当する画素の特定が困難なことがあるからである。
【００１０】
また同じ理由で、第２のぼやけも、画像センサの検出面に現われる輝度の分布における、輝度最小値から所定割合又は所定値上がった部分の画素と、輝度最大値から所定割合又は所定値下がった部分の画素との差を用いて測定することが好ましい。
そして、前記「所定割合又は所定値」は、第１のぼやけと第２のぼやけとで、統一することが最も好ましい。
【００１１】
また、画像センサの露光時間は、画像センサの操作で設定された値を採用すればよいが、これ以外に、画像センサの視野を既知の速度で移動させて画面上の静止パターンを測定し、画像センサの検出面に現われる前記静止パターンの画像の幅を測定することにより、求めることもできる。
また、画像センサの露光時間は、所定周期のパルス状の光を測定し、画像センサの検出面に現われる当該光の検出回数を測定することにより、求めることもできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
―測定装置の構成―
図１は、本発明の画面の動画質評価方法を実施するための、画面の動画質評価装置の構成を示すブロック図である。画面の動画質評価装置は、ガルバノミラー２と、ガルバノミラー２を通して評価対象表示器の画面５を撮影するＣＣＤカメラ３とを備えている。
【００１３】
ガルバノミラー２は、コイルに電流を流すことによって発生する磁界の中に、永久磁石を回転可能に配置し、その永久磁石の回転軸にミラーを装着したもので、スムーズで迅速なミラーの回転が可能である。
ＣＣＤカメラ３は、評価対象表示器の画面５の一部又は全部を撮像の視野としている。ＣＣＤカメラ３と画面５との間には、ガルバノミラー２が存在して、ガルバノミラー２の回転に応じてＣＣＤカメラ３の視野が画面５上を一次元方向（以下「走査方向」という）に動くことができる。コンピュータ制御部６から、ガルバノミラー駆動コントローラ７を通して、ガルバノミラー２に回転信号が送られる。ＣＣＤカメラ３で取得した画像信号は、画像取り込みＩ／Ｏボード８を通してコンピュータ制御部６に取り込まれる。
【００１４】
なお、ガルバノミラー２とＣＣＤカメラ３を別々に構成するのではなく、軽量ディジタルカメラなどＣＣＤカメラ自体を回転台に設置して、回転駆動モータで回転駆動してもよい。
コンピュータ制御部６から、画像信号発生器９に表示画面５を選択する表示コントロール信号が送られ、画像信号発生器９は、この表示コントロール信号に基づいて、評価対象表示器に測定パターンＰを動画表示するための画像信号（画像メモリ９ａに格納されている）を供給する。さらにコンピュータ制御部６には、液晶モニタ１０が接続される。
【００１５】
図２は、ＣＣＤカメラ３の検出面３１と評価対象表示器の画面５との位置関係を示す光路図である。画面５上のＣＣＤカメラ３の視野３３からの光線は、ガルバノミラー２で反射されて、ＣＣＤカメラ３のレンズに入射され、ＣＣＤカメラ３の検出面３１で検出される。ガルバノミラー２の裏側に、ＣＣＤカメラ３の検出面３１の鏡像３２を破線で描いている。
評価対象表示器とガルバノミラー２との光路に沿った距離をＬとする。評価対象表示器とレンズまでの光路に沿った距離をａ、レンズから検出面３１までの距離をbとする。レンズの焦点距離ｆが既知であれば、式
１／ｆ＝１／ａ＋１／ｂ
を用いて、ａ，ｂの関係を求めることができる。
【００１６】
評価対象表示器の画面５の走査方向の座標をＸとする。ＣＣＤカメラ３の検出面３１の走査方向の検出座標をＹとする。Ｘの原点Ｘ0を評価対象表示器の画面中央にとり、Ｙの原点Ｙ0を、Ｘ0に対応する点にとる。ＭをＣＣＤカメラ３のレンズの倍率とすると、
Ｘ＝−ＭＹ （Ｍ＞０）
が成り立つ。倍率Ｍは、前記ａ，bを使って、
Ｍ＝ｂ／ａ
で表される。
【００１７】
いまガルバノミラー２を角度θだけ回転すると、評価対象表示器の画面５上の対応位置はガルバノミラー２の回転軸を中心に角度２θずれる。この角度２θに対応する評価対象表示器の画面５の座標Ｘは、
Ｘ＝Ｌtan ２θ
である。この式を変形すると、
θ＝arctan（Ｘ／Ｌ）／ ２
となる。
【００１８】
前記式Ｘ＝Ｌtan ２θを時間微分して、
ｖ＝２Ｌωcos-2 (2θ)
が導かれる。ｖは視野３３の画面上の移動速度であり、ωはガルバノミラーの回転角速度である（ω＝ｄθ／ｄｔ）。θが微小な角度であれば、cos2 (2θ)→１とおけるので、上の式は、
ω＝ｖ／２Ｌ (ａ)
となリ、視野３３の画面上の移動速度ｖと、ガルバノミラーの回転角速度ωは比例関係とみなせる。
【００１９】
―画面の動画質評価方法―
次に、図３を参照しながら、画面の動画質評価方法を説明する。
評価対象表示器の画面５に表示される評価用測定パターンＰが、走査方向に一定の長さにわたって、地よりも明るい輝度を持った帯状の測定パターンＰであるとする。評価対象表示器の画面５上の測定パターンＰの移動に対応して、ガルバノミラー２をある角速度で回転させると、ＣＣＤカメラ３に測定パターンＰの画像が写される。ただし、ＣＣＤカメラ３の露光は、ガルバノミラー２の回転中、開いているものとする。図３(ａ)は、測定パターンＰが矢印の速度ｖpで移動し、ＣＣＤカメラ検出面３１に対応する視野３３もこれに追従するように速度ｖcで移動している様子を示す。
【００２０】
ＣＣＤカメラ検出面３１で検出される画像の輝度分布は、図３(ｂ)(ｃ)のようになる。図３(ｂ)(ｃ)の横軸は走査方向に並んだ画素、縦軸は輝度を表わす。ガルバノミラー２の回転角速度をωと書くと、回転角速度ωをいろいろ変えていって、測定パターンＰの画像が最もブレが少なく写されるときの回転角速度をω0とする。このとき、視野３３の移動速度ｖcは、測定パターンＰの移動速度ｖpに等しい。図３(ｃ)は、回転角速度ω0のときの測定パターンＰの画像を示している。
【００２１】
なお、以上では回転角速度ωをいろいろ変えていって、「測定パターンＰの画像が最もブレが少なく写されるときの回転角速度をω0」としたが、ＣＣＤカメラ３の露光時間を極めて短く設定して、ガルバノミラー２の回転中、複数回撮影し、撮影した各画像における測定パターンＰの走査方向に沿った動きが最も少ないときの回転角速度をω0としてもよい。
図３(ｄ)は、図３(ｃ)における測定パターンＰの画像のエッジ部分の拡大図を示す。輝度の最大値をＩmaxとし、Ｉminとしている。Ｉmaxからある割合（例えば１０％）下がった輝度をＩmax,thとし、Ｉminからある割合（例えば１０％）上がった輝度をＩmin,thとする。Ｉmax,thとＩmin,thとの間の画素数を「ぼやけ幅ＢＥＷ」(Blurred Edge Width)という。
【００２２】
なお、前記ＢＥＷには、レンズなど光学系のボケ幅Ｂ′も含まれているので、静止した測定パターンＰを撮影して、レンズなど光学系のボケ幅Ｂ′を求め、前記ＢＥＷから引き算して正味のＢＥＷとしておくことが望ましい。
このＢＥＷは、測定パターンＰの、評価対象表示器の画面５上の移動速度ｖpの関数となる。ｖpが速ければ、ＢＥＷは長くなり、ｖpが遅ければ、ＢＥＷは短くなる。したがって、ＢＥＷを移動速度に対してプロットし、その傾き（単位は時間）をＮ＿ＢＥＷと定義する。この移動速度で正規化されたＢＥＷ、つまりＮ＿ＢＥＷは、表示器の応答時間(Response Time)に相当することが知られており、Ｎ＿ＢＥＷを使って表示器の動画質評価が行える。
【００２３】
前記Ｎ＿ＢＥＷを求めるには、測定パターンＰの移動速度ｖpを求めなければならないが、移動速度ｖpを求めるには、画像信号発生器９の出力信号の形、表示器の画面サイズ、走査線数、フレーム時間、などを基にして推定しなければならず、その計算が面倒であり、また誤差も入ってくるおそれがある。
そこで、本発明では、静止した測定パターンを、ガルバノミラー２を回転させて撮影することにより、測定パターンＰの移動速度ｖpを推定する。
【００２４】
まず、移動速度ｖpを推定するため、静止パターンを利用する。例えば、図４(ａ)に示すようなエッジＰEからなる静止パターンを用いる。なお、静止パターンはエッジからなるパターンに限定されるわけではなく、エッジを含むものであれば任意のパターンを用いてもよい。また静止パターンの作成方法も任意であり、表示器に静止パターンの画像信号を入力して作成してもよく、表示器の画面に発光ダイオードやレーザなどで光パターンをスポット照射して作成してもよい。
【００２５】
この静止パターンを停止させておいて、ガルバノミラー２の回転角速度を前記角速度ω0で回転させる。角速度ω0の具体的な値は知る必要はなく、測定パターンＰの画像が最もブレが少なく写されたときの回転角速度をそのまま再現すればよい。ＣＣＤカメラ３の視野３３は、これに追従して、図４(ａ)に示すように、速度ｖcで移動する。角速度がω0なので、この速度ｖcは、前述した測定パターンＰの移動速度ｖpに等しい。
【００２６】
図４(ｂ)は、ＣＣＤカメラ３の検出面３１に形成された画像の輝度分布を示す。この画像は、斜めに立ち上がる部分Ａを持っている。この立ち上がり部分Ａは、ＣＣＤカメラ３の視野３３がエッジＰEを通過したことに応じて形成されたものである。この立ち上がり部分Ａの幅Ｗは、ＣＣＤカメラ３の視野３３の移動速度ｖcとＣＣＤカメラ３の露光時間Ｔの関数になる。
図５(ａ)は、露光時間Ｔが一定の場合の、立ち上がり部分Ａと移動速度ｖcとの関係を示す分布図であり、移動速度ｖcが速いほど立ち上がり部分Ａの傾きが緩くなり、移動速度ｖcが遅いほど立ち上がり部分Ａの傾きが急になることを示している。
【００２７】
また、図５(ｂ)は、移動速度ｖcが一定の場合の、立ち上がり部分Ａと露光時間Ｔとの関係を示す分布図であり、露光時間Ｔが短いほど立ち上がり部分Ａは下方に移動し、露光時間Ｔが長いほど立ち上がり部分Ａは上方に移動する。
前記幅Ｗは、露光時間Ｔの間にＣＣＤカメラ３の視野３３が移動する距離ｖc・Ｔに等しい。つまり、
Ｗ＝ｖc・Ｔ
が成り立つ。
【００２８】
以上のことをまとめると、このエッジＰEを含む静止パターンを使って、ガルバノミラー２の回転角速度を前記角速度ω0で回転させ、ＣＣＤカメラ３で撮影し、その検出画面に現われる立ち上がり部分Ａの幅Ｗを測定することにより、（移動速度ｖc）×（露光時間Ｔ）が分かる。
なお、幅Ｗは、ＣＣＤカメラ３の検出画面において、図３(ｄ)において測定パターンＰのぼやけ幅ＢＥＷを、「Ｉmax,thとＩmin,thとの間の画素数」と定義したことに対応させることが望ましいので、輝度が最小値Ｉminからある割合（例えば１０％）上がった部分Ｉmin,thの画素と、輝度が最大値Ｉmaxからある割合（例えば１０％）下がった部分Ｉmax,thの画素との差とする。
【００２９】
一方、ＣＣＤカメラ３の露光時間Ｔは、ＣＣＤカメラ３に設定された値である。
したがって、前記幅Ｗを測定して、ガルバノミラー２の回転角速度ω0に対応する、評価対象表示器の画面５上の、ＣＣＤカメラ３の視野３３の移動速度ｖcを、次の式から知ることができる。
ｖc＝Ｗ／Ｔ
ガルバノミラー２の回転角速度がω0なので、この移動速度ｖcは、前述したように測定パターンＰの移動速度ｖpに等しいものである。
【００３０】
ｖp＝ｖc
したがって、測定パターンＰの移動速度ｖpを求めることができる。そこで、前記図３(ｄ)で求めたＢＥＷを、この移動速度ｖpで割って、Ｎ＿ＢＥＷを求めることができる。
Ｎ＿ＢＥＷ＝ＢＥＷ／ｖp
このＮ＿ＢＥＷを用いて、画面の動画質の評価を行うことができる。
【００３１】
以上の画面の動画質評価方法において、ＣＣＤカメラ３の露光時間Ｔは、前述したように、ＣＣＤカメラ３に設定された値を用いた。しかし、ＣＣＤカメラ３の設定値を正確に知ることができないときは、ガルバノミラー２の回転角速度ωが分かっていることを前提にするならば、実測して求めることができる。
図３(ａ)に示した測定パターンＰを静止させて評価対象表示器の画面５に映し出し、ガルバノミラー２を静止させた状態で、ＣＣＤカメラ３で撮影する。すると、ＣＣＤカメラ３の撮像面には、図６(ａ)に示すように、測定パターンＰの幅ＳＰＴとレンズなど光学系のボケ幅Ｂ′との和に相当する幅の像が現われる。
【００３２】
次にガルバノミラー２を既知の角速度ωで回転させ、ＣＣＤカメラ３の露光時間Ｔを任意の値に設定して、静止した測定パターンＰを撮影する。すると、ＣＣＤカメラ３の撮像面には、図６(ｂ)に示すように、測定パターンＰの幅ＳＰＴと、レンズなど光学系のボケ幅Ｂ′と、ＣＣＤカメラ３の露光時間Ｔの間に像が動いた画素ΔＹとの和に相当する幅の像が現われる。
図６(ｂ)の像の幅から、図６(ａ)の像の幅をひけば、ＣＣＤカメラ３の露光時間Ｔに相当する撮像面上の画素ΔＹを測定することができる。したがって、ΔＹをＣＣＤカメラ３の視野３３の移動速度ｖで割って、露光時間Ｔを求めることができる。
【００３３】
Ｔ＝ΔＹ／ｖ
一方、このｖとガルバノミラー２の角速度ωの関係は、上の(ａ)式によって分かっているから、露光時間Ｔを、ΔＹとωで表わすことができる。
Ｔ＝ΔＹ／２Ｌω (ｂ)
したがって、ΔＹと角速度ωとを(ｂ)式に代入することにより、露光時間Ｔを求めることができる。角速度ωを変えて複数回測定して、それぞれ露光時間Ｔを求めて平均をとれば、より信頼度の高い露光時間Ｔの値を得ることができる。
【００３４】
また、ＣＤカメラ３の露光時間Ｔは、ガルバノミラー２をある角速度ω（既知でなくてもよい）で回転させ、所定周期のパルス状の光を、ＣＤカメラ３で撮影し、画像センサの検出面に現われる当該光スポットの数を測定することにより、求めてもよい。
なお、以上に述べた本発明において、測定パターンＰの動きは一次元的なものなので、ＣＣＤカメラ３の検出面３１に映される画像は長方形状になる。測定パターンＰの動く方向と垂直な方向には、情報が含まれていないので、測定パターンＰの動きと垂直な方向に、ＣＣＤカメラ３の検出面の画素信号の和をとれば、各画素の信号のノイズ成分を低減させ、検出感度を向上させることができる。
【００３５】
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、画像センサを測定パターンの移動に追従させたときの速度と同じ速度で画像センサの視野を移動させて、静止パターンを撮影し、第２のぼやけを測定することにより、もとの測定パターンの移動速度を簡単に推定することができるので、この測定パターンの移動速度を用いて第１のぼやけを規格化し、この規格化された第１のぼやけを用いて、画面の動画質を正確に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る画面の動画質評価方法を実施する装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ＣＣＤカメラの検出面３１と評価対象表示器の画面５との位置関係を示す光路図である。
【図３】画面の動画質評価方法を説明する図であり、(ａ)は、測定パターンＰが矢印の速度ｖpに移動し、ＣＣＤカメラ検出面３１に対応する視野３３もこれに追従するように移動速度ｖcで移動している様子を示す。(ｂ)(ｃ)は、ＣＣＤカメラ検出面３１で検出される測定パターンＰの輝度分布図を示し、(ｃ)は測定パターンＰの画像が最もブレが少なく写されるときの測定パターンＰの輝度分布図を示す。(ｄ)は、(ｃ)における測定パターンＰの輝度分布のエッジ部分の拡大図である。
【図４】移動速度ｖpを推定する方法を説明する図であり、 (ａ)はエッジＰEからなる静止した測定パターンを示し、(ｂ)は、ガルバノミラー２の回転角速度をω0で回転させたときのＣＣＤカメラ３の検出面３１に形成された画像の輝度分布図である。
【図５】 (ａ)は、露光時間Ｔが一定の場合の、立ち上がり部分Ａと移動速度ｖcとの関係を示すグラフであり、(ｂ)は、移動速度ｖcが一定の場合の、立ち上がり部分Ａと露光時間Ｔとの関係を示すグラフである。
【図６】 (ａ)は、静止した測定パターンＰを、ガルバノミラー２を静止させた状態で、ＣＣＤカメラ３で撮影した輝度分布図であリ、(ｂ)は、ガルバノミラー２を既知の角速度ωで回転させ、ＣＣＤカメラ３の露光時間を設定して、静止した測定パターンＰを撮影したときの輝度分布図である。
【符号の説明】
２ ガルバノミラー
３ ＣＣＤカメラ
５ 評価対象表示器の画面
６ コンピュータ制御部
７ ガルバノミラー駆動コントローラ
８ Ｉ／Ｏボード
９ 画像信号発生器
９ａ 画像メモリ
１０ 液晶モニタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、評価対象表示器の画面に映された測定パターンの動きに基づいて、画面の動画質を評価することのできる画面の動画質評価方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示器(LCD),陰極線管表示器(CRT),プラズマ表示器(PDP),エレクトロルミネッセンス表示器(EL)などの各表示器の画面に動画を表示して、その画面の動きを測定して、動画質を評価することが行われている。この評価方法の一つとして、カメラを眼球のように動画の動きに追従させて静止画として撮像し、その撮像された静止画像の鮮明度を評価する方法がある。特にＬＣＤのように画像保持時間が長い表示器の場合は、画像のエッジの鮮明度が低下する。この鮮明度の低下を数値化して指標にする方法が画面の動画質評価方法である。
【０００３】
【特許文献１】
特開2001-204049号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記動画質評価方法は、測定パターンを移動させながらカメラで撮影した場合に、画面に現われた撮像プロファイルの形状を客観的に解析することに重点を置いているにすぎず、この動画質評価方法によっては、表示器の画面の動画質表示性能を示す指標を、正確に、かつ直接導き出す方法は示されていない。
【０００５】
画面の動画質表示性能を示す指標としては、画面の動画質表示性能を客観的、正確に表わすとともに、例えば「残像時間」に対応するような直覚的に理解しやすい指標が望まれる。
従来では、このような指標を得るのに、表示器の画面サイズ、走査線数、フレーム時間など表示器の画面表示特性を知っておかなければならず、もっと簡単な方法で画面の動画質を評価する指標を求めることのできる画面の動画質評価方法が望まれていた。
【０００６】
そこで、本発明は、画面の動画質表示性能を客観的、正確に表わすとともに、直覚的に理解しやすい指標を、簡単な工程を用いて取得することができる画面の動画質評価方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の画面の動画質評価方法によれば、測定対象となる画面の上で測定パターンを移動させ、画像センサの視野を前記測定パターンの移動に追従させて第１のぼやけを観測する。次に、このときの速度と同じ速度で画像センサの視野を移動させて、静止パターンを撮影し、撮影された画像に現われる走査方向に沿った第２のぼやけを観測する。この前記第２のぼやけと、当該静止パターンを撮影したときの画像センサの露光時間とに基づき、前記測定パターンの移動速度を推定することができる。そして、この推定された測定パターンの移動速度を使って、前記第１のぼやけを規格化し、この規格化された前記第１のぼやけを用いて、画面の動画質を評価することができる。前記静止パターンは、測定パターンと同じパターンであってもなくてもよい。
【０００８】
このように、画像センサを測定パターンの移動に追従させたときの速度と同じ速度で画像センサの視野を移動させて、静止パターンを撮影し、第２のぼやけを測定することにより、もとの測定パターンの移動速度を簡単に推定することができる。そして、この測定パターンの移動速度を用いて前記第１のぼやけを規格化し、この規格化された前記第１のぼやけを用いて、画面の動画質を評価することができる。
【０００９】
測定パターンの移動に追従しているかどうかは、画像センサの視野を複数の速度で移動させて、前記移動する測定パターンをそれぞれ撮影し、撮影した各画像に表れる第１のぼやけが最も少ないときの画像センサの視野の移動速度で判断することもできるし、撮影した各画像の操作方向の動きが最も少ないときの画像センサの視野の移動速度で判断することもできる。
また、第１のぼやけは、画像センサの検出面に現われる輝度の分布における、輝度最小値から所定割合又は所定値上がった部分の画素と、輝度最大値から所定割合又は所定値下がった部分の画素との差を用いて測定するとよい。これは輝度最大値や輝度最小値に相当する画素の特定が困難なことがあるからである。
【００１０】
また同じ理由で、第２のぼやけも、画像センサの検出面に現われる輝度の分布における、輝度最小値から所定割合又は所定値上がった部分の画素と、輝度最大値から所定割合又は所定値下がった部分の画素との差を用いて測定することが好ましい。
そして、前記「所定割合又は所定値」は、第１のぼやけと第２のぼやけとで、統一することが最も好ましい。
【００１１】
また、画像センサの露光時間は、画像センサの操作で設定された値を採用すればよいが、これ以外に、画像センサの視野を既知の速度で移動させて画面上の静止パターンを測定し、画像センサの検出面に現われる前記静止パターンの画像の幅を測定することにより、求めることもできる。
また、画像センサの露光時間は、所定周期のパルス状の光を測定し、画像センサの検出面に現われる当該光の検出回数を測定することにより、求めることもできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
―測定装置の構成―
図１は、本発明の画面の動画質評価方法を実施するための、画面の動画質評価装置の構成を示すブロック図である。画面の動画質評価装置は、ガルバノミラー２と、ガルバノミラー２を通して評価対象表示器の画面５を撮影するＣＣＤカメラ３とを備えている。
【００１３】
ガルバノミラー２は、コイルに電流を流すことによって発生する磁界の中に、永久磁石を回転可能に配置し、その永久磁石の回転軸にミラーを装着したもので、スムーズで迅速なミラーの回転が可能である。
ＣＣＤカメラ３は、評価対象表示器の画面５の一部又は全部を撮像の視野としている。ＣＣＤカメラ３と画面５との間には、ガルバノミラー２が存在して、ガルバノミラー２の回転に応じてＣＣＤカメラ３の視野が画面５上を一次元方向（以下「走査方向」という）に動くことができる。コンピュータ制御部６から、ガルバノミラー駆動コントローラ７を通して、ガルバノミラー２に回転信号が送られる。ＣＣＤカメラ３で取得した画像信号は、画像取り込みＩ／Ｏボード８を通してコンピュータ制御部６に取り込まれる。
【００１４】
なお、ガルバノミラー２とＣＣＤカメラ３を別々に構成するのではなく、軽量ディジタルカメラなどＣＣＤカメラ自体を回転台に設置して、回転駆動モータで回転駆動してもよい。
コンピュータ制御部６から、画像信号発生器９に表示画面５を選択する表示コントロール信号が送られ、画像信号発生器９は、この表示コントロール信号に基づいて、評価対象表示器に測定パターンＰを動画表示するための画像信号（画像メモリ９ａに格納されている）を供給する。さらにコンピュータ制御部６には、液晶モニタ１０が接続される。
【００１５】
図２は、ＣＣＤカメラ３の検出面３１と評価対象表示器の画面５との位置関係を示す光路図である。画面５上のＣＣＤカメラ３の視野３３からの光線は、ガルバノミラー２で反射されて、ＣＣＤカメラ３のレンズに入射され、ＣＣＤカメラ３の検出面３１で検出される。ガルバノミラー２の裏側に、ＣＣＤカメラ３の検出面３１の鏡像３２を破線で描いている。
評価対象表示器とガルバノミラー２との光路に沿った距離をＬとする。評価対象表示器とレンズまでの光路に沿った距離をａ、レンズから検出面３１までの距離をbとする。レンズの焦点距離ｆが既知であれば、式
１／ｆ＝１／ａ＋１／ｂ
を用いて、ａ，ｂの関係を求めることができる。
【００１６】
評価対象表示器の画面５の走査方向の座標をＸとする。ＣＣＤカメラ３の検出面３１の走査方向の検出座標をＹとする。Ｘの原点Ｘ0を評価対象表示器の画面中央にとり、Ｙの原点Ｙ0を、Ｘ0に対応する点にとる。ＭをＣＣＤカメラ３のレンズの倍率とすると、
Ｘ＝−ＭＹ （Ｍ＞０）
が成り立つ。倍率Ｍは、前記ａ，bを使って、
Ｍ＝ｂ／ａ
で表される。
【００１７】
いまガルバノミラー２を角度θだけ回転すると、評価対象表示器の画面５上の対応位置はガルバノミラー２の回転軸を中心に角度２θずれる。この角度２θに対応する評価対象表示器の画面５の座標Ｘは、
Ｘ＝Ｌtan ２θ
である。この式を変形すると、
θ＝arctan（Ｘ／Ｌ）／ ２
となる。
【００１８】
前記式Ｘ＝Ｌtan ２θを時間微分して、
ｖ＝２Ｌωcos-2 (2θ)
が導かれる。ｖは視野３３の画面上の移動速度であり、ωはガルバノミラーの回転角速度である（ω＝ｄθ／ｄｔ）。θが微小な角度であれば、cos2 (2θ)→１とおけるので、上の式は、
ω＝ｖ／２Ｌ (ａ)
となリ、視野３３の画面上の移動速度ｖと、ガルバノミラーの回転角速度ωは比例関係とみなせる。
【００１９】
―画面の動画質評価方法―
次に、図３を参照しながら、画面の動画質評価方法を説明する。
評価対象表示器の画面５に表示される評価用測定パターンＰが、走査方向に一定の長さにわたって、地よりも明るい輝度を持った帯状の測定パターンＰであるとする。評価対象表示器の画面５上の測定パターンＰの移動に対応して、ガルバノミラー２をある角速度で回転させると、ＣＣＤカメラ３に測定パターンＰの画像が写される。ただし、ＣＣＤカメラ３の露光は、ガルバノミラー２の回転中、開いているものとする。図３(ａ)は、測定パターンＰが矢印の速度ｖpで移動し、ＣＣＤカメラ検出面３１に対応する視野３３もこれに追従するように速度ｖcで移動している様子を示す。
【００２０】
ＣＣＤカメラ検出面３１で検出される画像の輝度分布は、図３(ｂ)(ｃ)のようになる。図３(ｂ)(ｃ)の横軸は走査方向に並んだ画素、縦軸は輝度を表わす。ガルバノミラー２の回転角速度をωと書くと、回転角速度ωをいろいろ変えていって、測定パターンＰの画像が最もブレが少なく写されるときの回転角速度をω0とする。このとき、視野３３の移動速度ｖcは、測定パターンＰの移動速度ｖpに等しい。図３(ｃ)は、回転角速度ω0のときの測定パターンＰの画像を示している。
【００２１】
なお、以上では回転角速度ωをいろいろ変えていって、「測定パターンＰの画像が最もブレが少なく写されるときの回転角速度をω0」としたが、ＣＣＤカメラ３の露光時間を極めて短く設定して、ガルバノミラー２の回転中、複数回撮影し、撮影した各画像における測定パターンＰの走査方向に沿った動きが最も少ないときの回転角速度をω0としてもよい。
図３(ｄ)は、図３(ｃ)における測定パターンＰの画像のエッジ部分の拡大図を示す。輝度の最大値をＩmaxとし、Ｉminとしている。Ｉmaxからある割合（例えば１０％）下がった輝度をＩmax,thとし、Ｉminからある割合（例えば１０％）上がった輝度をＩmin,thとする。Ｉmax,thとＩmin,thとの間の画素数を「ぼやけ幅ＢＥＷ」(Blurred Edge Width)という。
【００２２】
なお、前記ＢＥＷには、レンズなど光学系のボケ幅Ｂ′も含まれているので、静止した測定パターンＰを撮影して、レンズなど光学系のボケ幅Ｂ′を求め、前記ＢＥＷから引き算して正味のＢＥＷとしておくことが望ましい。
このＢＥＷは、測定パターンＰの、評価対象表示器の画面５上の移動速度ｖpの関数となる。ｖpが速ければ、ＢＥＷは長くなり、ｖpが遅ければ、ＢＥＷは短くなる。したがって、ＢＥＷを移動速度に対してプロットし、その傾き（単位は時間）をＮ＿ＢＥＷと定義する。この移動速度で正規化されたＢＥＷ、つまりＮ＿ＢＥＷは、表示器の応答時間(Response Time)に相当することが知られており、Ｎ＿ＢＥＷを使って表示器の動画質評価が行える。
【００２３】
前記Ｎ＿ＢＥＷを求めるには、測定パターンＰの移動速度ｖpを求めなければならないが、移動速度ｖpを求めるには、画像信号発生器９の出力信号の形、表示器の画面サイズ、走査線数、フレーム時間、などを基にして推定しなければならず、その計算が面倒であり、また誤差も入ってくるおそれがある。
そこで、本発明では、静止した測定パターンを、ガルバノミラー２を回転させて撮影することにより、測定パターンＰの移動速度ｖpを推定する。
【００２４】
まず、移動速度ｖpを推定するため、静止パターンを利用する。例えば、図４(ａ)に示すようなエッジＰEからなる静止パターンを用いる。なお、静止パターンはエッジからなるパターンに限定されるわけではなく、エッジを含むものであれば任意のパターンを用いてもよい。また静止パターンの作成方法も任意であり、表示器に静止パターンの画像信号を入力して作成してもよく、表示器の画面に発光ダイオードやレーザなどで光パターンをスポット照射して作成してもよい。
【００２５】
この静止パターンを停止させておいて、ガルバノミラー２の回転角速度を前記角速度ω0で回転させる。角速度ω0の具体的な値は知る必要はなく、測定パターンＰの画像が最もブレが少なく写されたときの回転角速度をそのまま再現すればよい。ＣＣＤカメラ３の視野３３は、これに追従して、図４(ａ)に示すように、速度ｖcで移動する。角速度がω0なので、この速度ｖcは、前述した測定パターンＰの移動速度ｖpに等しい。
【００２６】
図４(ｂ)は、ＣＣＤカメラ３の検出面３１に形成された画像の輝度分布を示す。この画像は、斜めに立ち上がる部分Ａを持っている。この立ち上がり部分Ａは、ＣＣＤカメラ３の視野３３がエッジＰEを通過したことに応じて形成されたものである。この立ち上がり部分Ａの幅Ｗは、ＣＣＤカメラ３の視野３３の移動速度ｖcとＣＣＤカメラ３の露光時間Ｔの関数になる。
図５(ａ)は、露光時間Ｔが一定の場合の、立ち上がり部分Ａと移動速度ｖcとの関係を示す分布図であり、移動速度ｖcが速いほど立ち上がり部分Ａの傾きが緩くなり、移動速度ｖcが遅いほど立ち上がり部分Ａの傾きが急になることを示している。
【００２７】
また、図５(ｂ)は、移動速度ｖcが一定の場合の、立ち上がり部分Ａと露光時間Ｔとの関係を示す分布図であり、露光時間Ｔが短いほど立ち上がり部分Ａは下方に移動し、露光時間Ｔが長いほど立ち上がり部分Ａは上方に移動する。
前記幅Ｗは、露光時間Ｔの間にＣＣＤカメラ３の視野３３が移動する距離ｖc・Ｔに等しい。つまり、
Ｗ＝ｖc・Ｔ
が成り立つ。
【００２８】
以上のことをまとめると、このエッジＰEを含む静止パターンを使って、ガルバノミラー２の回転角速度を前記角速度ω0で回転させ、ＣＣＤカメラ３で撮影し、その検出画面に現われる立ち上がり部分Ａの幅Ｗを測定することにより、（移動速度ｖc）×（露光時間Ｔ）が分かる。
なお、幅Ｗは、ＣＣＤカメラ３の検出画面において、図３(ｄ)において測定パターンＰのぼやけ幅ＢＥＷを、「Ｉmax,thとＩmin,thとの間の画素数」と定義したことに対応させることが望ましいので、輝度が最小値Ｉminからある割合（例えば１０％）上がった部分Ｉmin,thの画素と、輝度が最大値Ｉmaxからある割合（例えば１０％）下がった部分Ｉmax,thの画素との差とする。
【００２９】
一方、ＣＣＤカメラ３の露光時間Ｔは、ＣＣＤカメラ３に設定された値である。
したがって、前記幅Ｗを測定して、ガルバノミラー２の回転角速度ω0に対応する、評価対象表示器の画面５上の、ＣＣＤカメラ３の視野３３の移動速度ｖcを、次の式から知ることができる。
ｖc＝Ｗ／Ｔ
ガルバノミラー２の回転角速度がω0なので、この移動速度ｖcは、前述したように測定パターンＰの移動速度ｖpに等しいものである。
【００３０】
ｖp＝ｖc
したがって、測定パターンＰの移動速度ｖpを求めることができる。そこで、前記図３(ｄ)で求めたＢＥＷを、この移動速度ｖpで割って、Ｎ＿ＢＥＷを求めることができる。
Ｎ＿ＢＥＷ＝ＢＥＷ／ｖp
このＮ＿ＢＥＷを用いて、画面の動画質の評価を行うことができる。
【００３１】
以上の画面の動画質評価方法において、ＣＣＤカメラ３の露光時間Ｔは、前述したように、ＣＣＤカメラ３に設定された値を用いた。しかし、ＣＣＤカメラ３の設定値を正確に知ることができないときは、ガルバノミラー２の回転角速度ωが分かっていることを前提にするならば、実測して求めることができる。
図３(ａ)に示した測定パターンＰを静止させて評価対象表示器の画面５に映し出し、ガルバノミラー２を静止させた状態で、ＣＣＤカメラ３で撮影する。すると、ＣＣＤカメラ３の撮像面には、図６(ａ)に示すように、測定パターンＰの幅ＳＰＴとレンズなど光学系のボケ幅Ｂ′との和に相当する幅の像が現われる。
【００３２】
次にガルバノミラー２を既知の角速度ωで回転させ、ＣＣＤカメラ３の露光時間Ｔを任意の値に設定して、静止した測定パターンＰを撮影する。すると、ＣＣＤカメラ３の撮像面には、図６(ｂ)に示すように、測定パターンＰの幅ＳＰＴと、レンズなど光学系のボケ幅Ｂ′と、ＣＣＤカメラ３の露光時間Ｔの間に像が動いた画素ΔＹとの和に相当する幅の像が現われる。
図６(ｂ)の像の幅から、図６(ａ)の像の幅をひけば、ＣＣＤカメラ３の露光時間Ｔに相当する撮像面上の画素ΔＹを測定することができる。したがって、ΔＹをＣＣＤカメラ３の視野３３の移動速度ｖで割って、露光時間Ｔを求めることができる。
【００３３】
Ｔ＝ΔＹ／ｖ
一方、このｖとガルバノミラー２の角速度ωの関係は、上の(ａ)式によって分かっているから、露光時間Ｔを、ΔＹとωで表わすことができる。
Ｔ＝ΔＹ／２Ｌω (ｂ)
したがって、ΔＹと角速度ωとを(ｂ)式に代入することにより、露光時間Ｔを求めることができる。角速度ωを変えて複数回測定して、それぞれ露光時間Ｔを求めて平均をとれば、より信頼度の高い露光時間Ｔの値を得ることができる。
【００３４】
また、ＣＤカメラ３の露光時間Ｔは、ガルバノミラー２をある角速度ω（既知でなくてもよい）で回転させ、所定周期のパルス状の光を、ＣＤカメラ３で撮影し、画像センサの検出面に現われる当該光スポットの数を測定することにより、求めてもよい。
なお、以上に述べた本発明において、測定パターンＰの動きは一次元的なものなので、ＣＣＤカメラ３の検出面３１に映される画像は長方形状になる。測定パターンＰの動く方向と垂直な方向には、情報が含まれていないので、測定パターンＰの動きと垂直な方向に、ＣＣＤカメラ３の検出面の画素信号の和をとれば、各画素の信号のノイズ成分を低減させ、検出感度を向上させることができる。
【００３５】
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、画像センサを測定パターンの移動に追従させたときの速度と同じ速度で画像センサの視野を移動させて、静止パターンを撮影し、第２のぼやけを測定することにより、もとの測定パターンの移動速度を簡単に推定することができるので、この測定パターンの移動速度を用いて第１のぼやけを規格化し、この規格化された第１のぼやけを用いて、画面の動画質を正確に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る画面の動画質評価方法を実施する装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ＣＣＤカメラの検出面３１と評価対象表示器の画面５との位置関係を示す光路図である。
【図３】画面の動画質評価方法を説明する図であり、(ａ)は、測定パターンＰが矢印の速度ｖpに移動し、ＣＣＤカメラ検出面３１に対応する視野３３もこれに追従するように移動速度ｖcで移動している様子を示す。(ｂ)(ｃ)は、ＣＣＤカメラ検出面３１で検出される測定パターンＰの輝度分布図を示し、(ｃ)は測定パターンＰの画像が最もブレが少なく写されるときの測定パターンＰの輝度分布図を示す。(ｄ)は、(ｃ)における測定パターンＰの輝度分布のエッジ部分の拡大図である。
【図４】移動速度ｖpを推定する方法を説明する図であり、 (ａ)はエッジＰEからなる静止した測定パターンを示し、(ｂ)は、ガルバノミラー２の回転角速度をω0で回転させたときのＣＣＤカメラ３の検出面３１に形成された画像の輝度分布図である。
【図５】 (ａ)は、露光時間Ｔが一定の場合の、立ち上がり部分Ａと移動速度ｖcとの関係を示すグラフであり、(ｂ)は、移動速度ｖcが一定の場合の、立ち上がり部分Ａと露光時間Ｔとの関係を示すグラフである。
【図６】 (ａ)は、静止した測定パターンＰを、ガルバノミラー２を静止させた状態で、ＣＣＤカメラ３で撮影した輝度分布図であリ、(ｂ)は、ガルバノミラー２を既知の角速度ωで回転させ、ＣＣＤカメラ３の露光時間を設定して、静止した測定パターンＰを撮影したときの輝度分布図である。
【符号の説明】
２ ガルバノミラー
３ ＣＣＤカメラ
５ 評価対象表示器の画面
６ コンピュータ制御部
７ ガルバノミラー駆動コントローラ
８ Ｉ／Ｏボード
９ 画像信号発生器
９ａ 画像メモリ
１０ 液晶モニタ
Claims (7)
- 評価対象表示器の画面に映された測定パターンの動きに基づいて画面の動画質を評価する方法であって、次の(ａ)〜(ｆ)の工程を含むことを特徴とする画面の動画質評価方法。
(ａ)画面の上で測定パターンを移動させ、画像センサの視野を前記測定パターンの移動に追従させて、測定パターンの画像を撮影する。
(ｂ)撮影された測定パターンの画像に現われる走査方向に沿った第１のぼやけを観測する。
(ｃ)前記画像センサの視野を前記測定パターンの移動に追従する速度で移動させながら、静止パターンを、当該画像センサで撮影する。
(ｄ)この画像センサで前記静止パターンを撮影した画像に基づき、その撮影された画像に現われる走査方向に沿った第２のぼやけを観測する。
(ｅ)前記第２のぼやけと、前記静止パターンを撮影したときの画像センサの露光時間とに基づき、前記測定パターンの移動速度を推定し、この推定された測定パターンの移動速度で、前記第１のぼやけを規格化する。
(ｆ)この規格化された前記第１のぼやけを用いて、画面の動画質を評価する。 - 前記工程(ａ)において、画像センサの視野を複数の速度で移動させて、前記移動する測定パターンをそれぞれ撮影し、撮影した各画像に表れる第１のぼやけが最も少ないときの画像センサの視野の移動速度をもって、前記測定パターンの移動に追従していると判断することを特徴とする請求項１記載の画面の動画質評価方法。
- 前記工程(ａ)において、画像センサの視野を複数の速度で移動させて、前記移動する測定パターンをそれぞれ撮影し、撮影した各画像の操作方向に沿った動きが最も少ないときの画像センサの視野の移動速度をもって、前記測定パターンの移動に追従していると判断することを特徴とする請求項１記載の画面の動画質評価方法。
- 前記工程(ｂ)において、第１のぼやけは、画像センサの検出面に現われる輝度の分布における、輝度最小値から所定割合又は所定値上がった部分の画素と、輝度最大値から所定割合又は所定値下がった部分の画素との差に相当することを特徴とする請求項１記載の画面の動画質評価方法。
- 前記工程(ｄ)において、第２のぼやけは、画像センサの検出面に現われる輝度の分布における、輝度最小値から所定割合又は所定値上がった部分の画素と、輝度最大値から所定割合又は所定値下がった部分の画素との差に相当することを特徴とする請求項１又は請求項４記載の画面の動画質評価方法。
- 前記工程(ｅ)において、画像センサの露光時間は、画像センサの視野を既知の速度で移動させて画面上の静止パターンを測定し、画像センサの検出面に現われる前記静止パターンの画像の幅を測定することにより、求められることを特徴とする請求項１記載の画面の動画質評価方法。
- 前記工程(ｅ)において、画像センサの露光時間は、所定周期のパルス状の光を測定し、画像センサの検出面に現われる当該光の検出回数を測定することにより、求められることを特徴とする請求項１記載の画面の動画質評価方法。
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