JP4525946B2 - 画像処理装置、画像表示装置および画像処理方法 - Google Patents

画像処理装置、画像表示装置および画像処理方法 Download PDF

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Description

本発明は、ホールド型の画像表示装置に好適に用いられる画像処理装置および画像処理方法、ならびにそのような画像処理装置を備えた画像表示示装置に関する。
ホールド型表示を行う画像表示装置(例えば、液晶表示装置(LCD:Liquid Crystal Display))を擬似的にインパルス表示させて動画応答性の改善を行うための手段として、黒フレーム挿入やバックライトブリンキングといった黒挿入技術が市販のLCDで広く使われている。しかし、これらの技術は黒挿入率を上げて動画応答改善効果を上げているため、黒挿入率を上げるにつれて表示輝度が低下してしまうという問題点がある。
そこで、例えば特許文献1には、表示輝度を犠牲にせずに動画応答性の改善を可能とした擬似インパルス表示方法(以下、改善擬似インパルス駆動という)が提案されている。これは、入力階調(映像信号の輝度階調レベル)が時間的に変化している場合に、映像信号の単位フレーム期間を2つのサブフレーム期間(サブフレーム期間1,2)に分割する(例えば、通常の表示フレームレートである60Hzの単位フレーム期間を、2倍である120Hzのフレームレートである2つのサブフレーム期間に分割する)と共に、(入出力)階調変換特性が、サブフレーム期間1に対応する階調変換特性(もとの輝度よりも高輝度をなす階調変換特性)と、サブフレーム期間2に対応する階調変換特性(もとの輝度よりも低輝度をなす階調変換特性)とに分割されるように適応階調変換を行うようにしたものである。そして階調変換の前後で単位フレーム期間内の平均輝度(輝度の時間積分値)が保たれるようにすれば、表示輝度を犠牲にせずに擬似的なインパルス駆動を行うことができ、ホールド型表示に起因した低動画応答性が改善される。
国際公開第2006/009106号パンフレット
ところが、この改善擬似インパルス駆動では、擬似インパルス駆動に対応して液晶の透過率が変化すると、液晶の透過率の変化があたかも通常のフレームレートのように見え、通常フレームレートのフリッカが見えてしまうという問題点があった。
そこで、上記のような改善擬似インパルス駆動を画面全体で一律に適用するのではなく、動画応答性を特に向上させたい部分(例えば、動画のエッジ部分)に対して選択的に適用するということが考えられる。そしてそのような場合、画素ごとに動き情報やエッジ情報を検出し、その検出結果を基に選択的に改善擬似インパルス駆動を行うという構成が考えられる。
ところが、そのような構成において、処理対象の映像において変則的な動きをしていたり、映像信号に過大なノイズ成分が重畳していたりすると、改善擬似インパルス駆動用の処理領域が時間的に変動してしまう(時間的に不安定なものとなる)ため、改善擬似インパルス駆動における明暗の階調の組み合わせによる階調表現のバランスが崩れてしまい、その結果、表示映像にノイズやフリッカが発生して画質が劣化してしまうおそれがある。具体的には、例えば入力映像信号に対してIP(Interlace Progressive)変換が施されている場合には、このIP変換に際して水平方向に沿ったラインフリッカ成分が発生してしまうことがあり、そのようなラインフリッカ成分に起因した動き情報検出領域(改善擬似インパルス駆動用の処理領域)の時間変動は、上記ノイズ成分の発生要因の一つとなってしまう。したがって、入力映像にラインフリッカ成分が含まれているような場合には、フリッカ感の低減と動画応答性の向上とを両立させるのが困難であり、改善の余地があった。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、入力映像におけるラインフリッカ成分の有無によらず、フリッカ感の低減と動画応答性の向上とを両立させることが可能な画像処理装置、画像表示装置および画像処理方法を提供することにある。
本発明の画像処理装置は、入力映像の動き度を画素ごとに検出する検出手段と、生成手段と、マスク処理手段と、入力映像の単位フレーム期間を複数のサブフレーム期間に分割するフレーム分割手段と、階調変換手段とを備えたものである。ここで、上記生成手段は、入力映像に含まれているラインフリッカ成分に起因して動き度が時間的に変動する変動画素領域に対するマスク信号を入力映像に基づいて生成するものである。また、上記マスク処理手段は、マスク信号を用いて、変動画素領域の動き度に対するマスク処理を画素ごとに行うものである。また、上記階調変換手段は、マスク処理が施された動き度に基づき、入力映像の輝度信号のうちの所定の閾値よりも大きい動き度が検出された画素領域の輝度信号に対し、単位フレーム期間内の輝度信号の時間積分値を保ちつつ、元の輝度信号よりも高輝度側の輝度レベルをなす高輝度期間と、元の輝度信号よりも低輝度側の輝度レベルをなす低輝度期間とが単位フレーム期間内で各サブフレーム期間に割り当てられることとなるように選択的に適応階調変換を行うものである。
本発明の画像表示装置は、上記検出手段と、上記生成手段と、上記マスク処理手段と、上記フレーム分割手段と、上記階調変換手段と、この階調変換手段による適応階調変換後の輝度信号に基づいて映像を表示する表示手段とを備えたものである。
本発明の画像処理方法は、入力映像の動き度を画素ごとに検出する検出ステップと、生成ステップと、マスク処理ステップと、入力映像の単位フレーム期間を複数のサブフレーム期間に分割するフレーム分割ステップと、階調変換ステップとを含むようにしたものである。ここで、上記生成ステップは、入力映像に含まれているラインフリッカ成分に起因して動き度が時間的に変動する変動画素領域に対するマスク信号を入力映像に基づいて生成するものである。また、上記マスク処理ステップは、マスク信号を用いて、変動画素領域の動き度に対するマスク処理を画素ごとに行うものである。また、上記階調変換ステップは、マスク処理が施された動き度に基づき、入力映像の輝度信号のうちの所定の閾値よりも大きい動き度が検出された画素領域の輝度信号に対し、単位フレーム期間内の輝度信号の時間積分値を保ちつつ、元の輝度信号よりも高輝度側の輝度レベルをなす高輝度期間と、元の輝度信号よりも低輝度側の輝度レベルをなす低輝度期間とが単位フレーム期間内で各サブフレーム期間に割り当てられることとなるように選択的に適応階調変換を行うものである。
本発明の画像処理装置、画像表示装置および画像処理方法では、入力映像の動き度が画素ごとに検出されると共に、入力映像の単位フレーム期間が複数のサブフレーム期間に分割される。そして入力映像の輝度信号のうちの所定の閾値よりも大きい動き度が検出された画素領域の輝度信号に対し、単位フレーム期間内の輝度信号の時間積分値が保たれつつ高輝度期間と低輝度期間とが単位フレーム期間内で各サブフレーム期間に割り当てられることとなるよう、選択的な適応階調変換が行われる。このように所定の閾値よりも動き度が大きい画素領域の輝度信号に対して選択的に適応階調変換がなされるため、擬似的なインパルス駆動によって動画応答性が向上すると共に、従来のように全画素領域の輝度信号に対して適応階調変換を行う場合と比べ、フリッカ感が低減する。また、入力映像に含まれているラインフリッカ成分に起因して動き度が時間的に変動する変動画素領域に対するマスク信号が入力映像に基づいて生成されると共に、生成されたマスク信号を用いて変動画素領域の動き度に対するマスク処理を画素ごとになされ、そのようなマスク処理が施された動き度に基づいて上記適応階調変換が行われるため、入力映像にラインフリッカ成分が含まれるような場合であっても、そのようなラインフリッカ成分に起因した動き度の時間変動が抑えられ、検出された動き度が時間軸に沿って安定化する。
本発明の画像処理装置では、上記生成手段が、差分信号生成手段と、現在の入力映像における垂直方向のエッジ度を画素ごとに検出する垂直エッジ検出手段と、マスク信号生成手段とを有するように構成可能である。ここで、上記差分信号生成手段は、現在の入力映像とその4サブフレーム期間前の入力映像との差分信号である第1の差分信号、および現在の入力映像とその4サブフレーム期間後の入力映像との差分信号である第2の差分信号をそれぞれ画素ごとに生成するものである。また、上記マスク信号生成手段は、生成された第1および第2の差分信号と検出された垂直方向のエッジ度とに基づいてマスク信号を画素単位で生成するものである。
本発明の画像処理装置、画像表示装置または画像処理方法によれば、入力映像の動き度を画素ごとに検出すると共に入力映像の単位フレーム期間を複数のサブフレーム期間に分割し、入力映像の輝度信号のうちの所定の閾値よりも大きい動き度が検出された画素領域の輝度信号に対し、単位フレーム期間内の輝度信号の時間積分値を保ちつつ高輝度期間と低輝度期間とが単位フレーム期間内で各サブフレーム期間に割り当てられることとなるように選択的に適応階調変換を行うようにしたので、擬似的なインパルス駆動によって動画応答性を向上させることができると共に、従来のように全画素領域の輝度信号に対して適応階調変換を行う場合と比べ、フリッカ感を低減することが可能となる。また、入力映像に含まれているラインフリッカ成分に起因して動き度が時間的に変動する変動画素領域に対するマスク信号を入力映像に基づいて生成すると共に、生成されたマスク信号を用いて変動画素領域の動き度に対するマスク処理を画素ごとに行い、そのようなマスク処理が施された動き度に基づいて上記適応階調変換を行うようにしたので、入力映像にラインフリッカ成分が含まれるような場合であっても、そのようなラインフリッカ成分に起因した動き度の時間変動を抑え、これにより検出された動き度を時間軸に沿って安定化させることができる。よって、入力映像におけるラインフリッカ成分の有無によらず、フリッカ感の低減と動画応答性の向上とを両立させることが可能となる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施の形態に係る画像処理装置(画像処理部4)を備えた画像表示装置(液晶表示装置1)の全体構成を表すものである。この液晶表示装置1は、液晶表示パネル2と、バックライト部3と、画像処理部4と、映像メモリ62と、Xドライバ51およびYドライバ52と、タイミング制御部61と、バックライト制御部63とを含んで構成されている。なお、本実施の形態に係る画像処理方法は本実施の形態の画像処理装置によって具現化されるので、以下併せて説明する。
液晶表示パネル2は、後述するXドライバ51およびYドライバ52から供給される駆動信号によって例えばTV信号Dinに基づく映像表示を行うものであり、マトリクス状に配置された複数の画素(図示せず)を含んで構成されている。
バックライト部3は、液晶表示パネル2に対して光を照射する光源であり、例えばCCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp:冷陰極蛍光ランプ)やLED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)などを含んで構成される。
画像処理部4は、外部からのTV信号Dinに対して後述する所定の画像処理を施すことにより、映像信号Doutを生成するものであり、IP変換部40と、フレームレート変換部41と、変換領域検出部43と、階調変換部44とを有している。
IP変換部40は、インターレース信号(30Hz)であるTV信号Dinをノンインターレース信号(プログレッシブ信号)(60Hz)に変換するIP変換を行うことにより、プログレッシブ信号である映像信号D0を生成するものである。
フレームレート変換部41は、映像信号D0のフレームレート(プログレッシブ信号の場合、60Hz)をより高速のフレームレート(例えば、120Hz)に変換するものである。具体的には、映像信号D0の単位フレーム期間(プログレッシブ信号の場合、(1/60)秒)を複数(例えば2つ)のサブフレーム期間(例えば、(1/120)秒)に分割することにより、例えば2つのサブフレーム期間により構成された映像信号D1を生成するものである。なお、このようなフレームレート変換による映像信号D1の生成方法としては、例えば動き検出によって補間フレームを作成する方法や、単にもとの映像信号D0の複製によって補間フレームを生成する方法が考えられる。
変換領域検出部43は、フレームレート変換部41から供給された映像信号D1における動き情報(動き度)MDoutおよびエッジ情報(エッジ度)EDoutを画素単位でサブフレーム期間ごとに検出するものであり、RGB/Y変換部430と、動き検出部431と、エッジ検出部432と、検出合成部433とを有している。
RGB/Y変換部430は、輝度信号と色差信号とを含むRGB信号である映像信号D1を、輝度信号Yinに変換して出力するものである。動き検出部431は、輝度信号Yinにおける動き情報MDoutを画素単位でサブフレーム期間ごとに検出するものであり、エッジ検出部432は、輝度信号Yinにおけるエッジ情報EDoutを画素単位でサブフレーム期間ごとに検出するものである。検出合成部433は、動き検出部431から供給される動き情報MDoutおよびエッジ検出部432から供給されるエッジ情報EDoutを合成すると共に、各種の調整処理(検出領域広げ処理や、検出領域丸め処理、孤立点検出処理など)を行うことにより、検出結果合成信号DCTを生成・出力するものである。なお、動き検出部431の構成の詳細および変換領域検出部43による検出動作の詳細については、後述する。
なお、動き検出部431による動き検出の方法としては、例えば、ブロックマッチング法を用いた動きベクトル検出方法や、サブフレーム間の差分信号を用いたサブフレーム間の動きベクトル検出方法などが挙げられる。また、エッジ検出部432によるエッジ検出の方法としては、各サブフレーム期間において、ある画素とその周辺画素との輝度レベル(階調)差が所定の閾値よりも大きい画素領域を検出することによりエッジ検出を行う方法などが挙げられる。
階調変換部44は、変換領域検出部43から供給される検出結果合成信号DCTに応じて、入力された映像信号D1のうちの所定の閾値よりも大きい動き情報MDoutおよびエッジ情報EDoutが検出された画素領域の映像信号に対し、後述する適応階調変換を選択的に行うものであり、2つの適応階調変換部441,442と、選択出力部443とを有している。具体的には、例えば図2に示したように、映像信号D1の(入出力)階調変換特性(輝度γ特性)γ0を、適応階調変換部441,442によってそれぞれ、もとの輝度よりも高輝度側の輝度γ特性γ1Hともとの輝度よりも低輝度側の輝度γ特性γ1Lとに階調変換すると共に、選択出力部443によってこれら2つの輝度γ特性γ1H,γ1Lに基づく映像信号(輝度信号)D2H,D2Lをサブフレーム期間ごとに交互に選択して出力することにより、映像信号Doutを生成・出力するようになっている。
なお、映像信号D1の輝度γ特性γ0を、輝度γ特性γ1H,γ1Lの代わりに、例えば図2中の輝度γ特性γ2H,γ2Lを用いて適応階調変換を行うようにしてもよい。ただし、輝度γ特性γ1H,γ1Lを用いて適応階調変換を行ったほうが輝度γ特性γ2H,γ2Lを用いて適応階調変換を行う場合よりも動画応答性の改善効果が大きいので、輝度γ特性γ1H,γ1Lを用いたほうが好ましい。また、図2では輝度γ特性γ0が線形性の直線となっているが、例えばこの輝度γ特性γ0を、γ2.2の非線形曲線などとしてもよい。
映像メモリ62は、画像処理部4により適応階調変換がなされた映像信号Doutを、サブフレーム単位で画素ごとに記憶するフレームメモリ(サブフレームメモリ)である。タイミング制御部(タイミング・ジェネレータ)61は、映像信号Doutに基づき、Xドライバ51、Yドライバ52およびバックライト駆動部63の駆動タイミングを制御するものである。Xドライバ(データドライバ)51は、液晶表示パネル2の各画素へそれぞれ、映像信号Doutに基づく駆動電圧を供給するものである。Yドライバ(ゲートドライバ)52は、タイミング制御部61によるタイミング制御に従って、液用表示パネル2内の各画素を図示しない走査線に沿って線順次駆動するものである。バックライト駆動部63は、タイミング制御部61によるタイミング制御に従って、バックライト部3の点灯動作を制御するものである。
次に図3を参照して、動き検出部431の詳細構成について説明する。図3は、この動き検出部431のブロック構成を表したものである。
動き検出部431は、8サブフレームメモリ70と、現在のサブフレーム期間の輝度信号Ynとその1サブフレーム期間前後の輝度信号Yp1,Ya1との画素ごとの差分信号に基づいて輝度信号Yinの動き情報MD0を検出する動き検出処理部71と、IP変換部40によるIP変換の際に生じたラインフリッカ成分が輝度信号Yinに含まれている場合に、そのラインフリッカ成分に基づく動き情報の時間変動領域に対するマスク信号(マスク信号MD1)を輝度信号Yinに基づいて生成するマスク信号生成部72と、AND処理部73とを有している。
8サブフレームメモリ70は、図4に示したように、8サブフレーム期間分の輝度信号Yin(現在のサブフレーム期間の輝度信号Yn、4サブフレーム期間前の輝度信号Yp4、3サブフレーム期間前の輝度信号Yp3、2サブフレーム期間前の輝度信号Yp2、1サブフレーム期間前の輝度信号Yp1、1サブフレーム期間後の輝度信号Ya1、2サブフレーム期間後の輝度信号Ya2および3サブフレーム期間後の輝度信号Ya3)を画素単位で記憶するものである。
動き検出処理部71は、現在のサブフレーム期間の輝度信号Ynとその1サブフレーム期間前の輝度信号Yp1との差分を演算する共に所定の絶対値処理を行うことにより、差分信号diff11を生成する差分・絶対値処理部711と、現在のサブフレーム期間の輝度信号Ynとその1サブフレーム期間後の輝度信号Ya1との差分を演算する共に所定の絶対値処理を行うことにより、差分信号diff12を生成する差分・絶対値処理部712と、生成された2つの差分信号diff11,diff12のOR処理(論理和の演算処理)を行ってOR処理信号(論理和信号)diff1を生成するOR処理部713と、生成されたOR処理信号diff1において画素ごとに動き検出処理を実行して動き情報MD0を生成する動き検出実行部714とを有している。なお、この動き検出処理部71による動き検出処理動作の詳細については、後述する。
マスク信号生成部72は、現在のサブフレーム期間の輝度信号Ynとその4サブフレーム期間前の輝度信号Yp4との差分を演算する共に所定の絶対値処理を行うことにより、差分信号diff21(第1の差分信号)を生成する差分・絶対値処理部721と、現在のサブフレーム期間の輝度信号Ynとその4サブフレーム期間後の輝度信号Ya4(Yin)との差分を演算する共に所定の絶対値処理を行うことにより、差分信号diff22(第2の差分信号)を生成する差分・絶対値処理部722と、生成された2つの差分信号diff21,diff22のAND処理(論理積の演算処理)を行ってAND処理信号(論理積信号)diff2を生成するAND処理部723とを有している。このマスク信号生成部72はまた、現在のサブフレーム期間の輝度信号Ynにおける垂直方向(V方向)のエッジ情報を画素ごとに検出することにより、垂直エッジ情報EDvを出力するV方向エッジ検出部724と、AND処理部723により生成されたAND処理信号diff2およびV方向エッジ検出部724により検出された垂直エッジ情報EDvに基づいてマスク信号MD1を画素単位で生成するエッジ適応動き検出部725とを有している。このエッジ適応動き検出部725は、具体的には、AND処理信号diff2に対して適応的な動き検出を行うことにより、より具体的には、例えば図5に示したような適応的な動き検出の際の検出閾値THを垂直エッジ情報EDvに基づいて適応的に変化させることにより、上記マスク信号MD1を生成するようになっている。なお、マスク信号生成部72によるマスク信号生成動作の詳細については、後述する。
AND処理部73は、動き検出処理部71により検出された動き情報MD0に上記時間変動領域が含まれている場合に、マスク信号生成部72により生成されたマスク信号MD1を用いて動き情報MD0に対するマスク処理を画素ごとに行い、最終出力結果である動き情報MDoutを生成するものである。なお、このAND処理部73によるマスク処理の詳細については、後述する。
ここで、液晶表示パネル2およびバックライト部3が、本発明における「表示手段」の一具体例に対応する。また、フレームレート変換部41が本発明における「フレーム分割手段」の一具体例に対応し、階調変換部44が本発明における「階調変換手段」の一具体例に対応する。また、動き検出処理部71が本発明における「検出手段」の一具体例に対応し、マスク信号生成部72が本発明における「生成手段」の一具体例に対応し、AND処理部73が本発明における「マスク処理手段」の一具体例に対応する。また、差分・絶対値処理部721,722が本発明における「差分信号生成手段」の一具体例に対応し、V方向エッジ検出部724が本発明における「垂直エッジ検出手段」の一具体例に対応し、AND処理部723およびエッジ適応動き検出部725が本発明における「マスク信号生成手段」の一具体例に対応する。
次に、このような構成からなる本実施の形態の画像処理部4および液晶表示装置1全体の動作について、詳細に説明する。
まず、図1,図2,図6〜図8を参照して、画像処理部4および液晶表示装置1全体の基本動作について説明する。
本実施の形態の液晶表示装置1全体では、図1に示したように、外部から供給されたTV信号Dinが画像処理部4により画像処理がなされ、これにより映像信号Doutが生成される。
具体的には、まずIP変換部40によって、インターレース信号(30Hz)であるTV信号Dinに対してIP変換がなされ、これによりプログレッシブ信号(60Hz)である映像信号D0が生成される。次に、フレームレート変換部41によって、映像信号D0のフレームレート(60Hz)がより高速のフレームレート(例えば、120Hz)に変換される。より具体的には、映像信号D0の単位フレーム期間((1/60)秒)が2つのサブフレーム期間((1/120)秒)に分割され、これにより2つのサブフレーム期間SF1,SF2により構成された映像信号D1が生成される。
次に、変換領域検出部43では、例えば図6に示したようにして動き情報MDoutおよびエッジ情報EDoutの検出がなされると共に、これらの情報に基づいて変換領域が検出される。具体的には、例えば図6(A)に示したような表示映像の基となる映像信号D1(映像信号D1(2−0),D1(1−1),D1(2−1))が入力すると、動き検出部431によって、例えば図6(B)に示したような動き情報MDout(動き情報MDout(1−1),MDout(2−1))がそれぞれ検出されると共に、エッジ検出部432によって、例えば図6(C)に示したようなエッジ情報EDout(エッジ情報EDout(1−1),EDout(2−1))がそれぞれ検出される。そしてこのようにして検出された動き情報MDoutおよびエッジ情報EDoutに基づき、検出合成部433によって、例えば図6(D)に示したような検出結果合成信号DCT(検出結果合成信号DCT(1−1),DCT(2―1))が、それぞれ生成される。これにより、階調変換部44における階調変換の対象領域(変換領域)、すなわち動画応答性低下の原因となる動画におけるエッジ領域が特定される。
次に、階調変換部44では、フレームレート変換部41から供給される映像信号D1および変換領域検出部43から供給される検出結果合成信号DCTに基づき、映像信号D1のうちの所定の閾値よりも大きい動き情報MDoutおよびエッジ情報EDoutが検出された画素領域(検出領域;具体的には、例えば動画におけるエッジ領域)の映像信号に対しては、例えば図2に示した輝度γ特性γ1H,γ1Lを用いた適応的階調変換(改善擬似インパルス駆動に対応する階調変換)がなされる一方、映像信号D1のうちの所定の閾値よりも小さい動き情報MDoutおよびエッジ情報EDoutが検出された画素領域(検出領域以外の画素領域)の映像信号に対しては適応階調変換がなされず、輝度γ特性γ0を用いた映像信号D1がそのまま出力される。すなわち、映像信号D1のうちの所定の閾値よりも動き情報MDoutおよびエッジ情報EDoutが大きい画素領域の映像信号に対して、それぞれ選択的に適応階調変換がなされ、擬似的インパルス駆動が行われる。
したがって、適応階調変換がなされる画素領域(検出領域)では、映像信号D1の輝度階調レベル(入力階調)が例えば図7に示したように時間的に変化している場合(タイミングt1〜t5)、適応階調変換後の映像信号Doutの輝度階調レベル(入力階調)は、例えば図8に示したように(タイミングt10〜t20)、単位フレーム期間内の輝度の時間積分値が保たれつつ、もとの映像信号D1の輝度レベルよりも高輝度側の輝度レベルをなす高輝度期間(サブフレーム期間SF1)と、もとの映像信号D1の輝度レベルよりも低輝度側の輝度レベルをなす低輝度期間(サブフレーム期間SF2)とが、単位フレーム期間内で各サブフレーム期間に割り当てられることとなるように、選択的な適応階調変換が行われる。すなわち、表示輝度を犠牲にせずに擬似的なインパルス駆動がなされ、ホールド型表示に起因した低動画応答性が改善される。
次に、このようにして階調変換がなされた映像信号(輝度信号)Doutに基づいてXドライバ51およびYドライバ52から出力される各画素への駆動電圧(画素印加電圧)によって、バックライト部3からの照明光が液晶表示パネル2により変調され、表示光として液晶表示パネル2から出力される。このようにして、TV信号Dinに基づく表示光により、映像表示がなされる。
次に、図1,図2,図6〜図8に加えて図3〜図5,図9〜図14を参照して、本発明の特徴的部分の1つである、動き検出部431の動作(動き検出動作)について詳細に説明する。ここで図9は、比較例に係る画像表示装置(画像表示装置101)の全体構成をブロック図で表したものであり、図10は、この比較例に係る動き検出部(後述する動き検出部143A)の詳細構成をブロック図で表したものである。また、図11および図12は、比較例に係る動き検出動作の一例をタイミング図で表したものであり、図13および図14は、本実施の形態の動き検出動作の一例をタイミング図で表したものであり、図11〜図14における四角のマスは、画面上の各画素を示している。なお、比較例に係る画像表示装置101は、本実施の形態に係る動き検出部431の代わりに図10に示した動き検出部143Aを有するようにした変換領域検出部143が、画像処理部104内に設けられたものに対応する。
まず、比較例に係る画像表示装置101では、図10に示した動き検出部143Aにおいて、入力された輝度信号Yin(1サブフレーム期間後の輝度信号Ya1)および2サブフレームメモリ170に記憶されている輝度信号(現在のサブフレーム期間の輝度信号Ynおよびその1サブフレーム期間前の輝度信号Yp1)に基づき、図4中の符号P111、P112で示したように、差分・絶対値処理部711によって輝度信号Yn,Yp1の差分信号diff11が生成されると共に差分・絶対値処理部712によって輝度信号Yn,Ya1の差分信号diff12が生成され、OR処理部713によってこれら2つの差分信号diff11,diff12のOR処理信号(論理和信号)diff1が生成され、動き検出実行部714によってこのOR処理信号diff1における画素ごとの動き検出処理が実行され、これにより最終出力結果である動き情報MDoutとして動き情報MD0が生成・出力される。
したがって、例えば図11(A)〜(E)に示した輝度信号Yinのように、所定の映像が画面上の左から右へとサブフレーム期間ごとに水平方向へ1画素分ずつ移動しているような場合において、その輝度信号YinにIP変換に基づくラインフリッカ成分が含まれていない場合には、図中に示した差分信号diff11,diff12およびOR処理信号diff1のように、それぞれの出力が安定している(追従視の視線上に信号の時間変動がない)ため、図中に示した動き情報MD0(MDout)においても、安定した本来の動き情報が得られることが分かる。
しかしながら、例えば図12(A)〜(E)に示した輝度信号Yinのように、輝度信号Yinに、IP変換部40によるIP変換の際に生じたラインフリッカ成分(図中の符号P101)が含まれているような場合には、図中に示した差分信号diff11,diff12およびOR処理信号diff1のように、それぞれの出力が安定していない(図中の符号P102〜P104に示したように、追従視の視線上に信号の時間変動がある)ため、図中に示した動き情報MD0(MDout)においても、図中の符号P105A〜P105Eに示したように、ラインフリッカ成分に起因した動き情報検出領域(改善擬似インパルス駆動用の処理領域)の時間変動が生じてしまい、安定した本来の動き情報が得られていないことが分かる。このようなラインフリッカ成分に起因した動き情報検出領域の時間変動が生じると、改善擬似インパルス駆動における明暗の階調の組み合わせによる階調表現のバランスが崩れてしまい、その結果、表示映像にノイズやフリッカが発生して画質が劣化してしまうおそれがある。
具体的には、改善擬似インパルス駆動では、例えば図2中の輝度γ特性γ1H,γ1Lの組み合わせ(または輝度γ特性γ2H,γ2Lの組み合わせなど)により階調表現がされているが、上記のようにラインフリッカ成分に起因した動き情報検出領域の時間変動が生じると、一瞬、輝度γ特性γ1H,γ0の組み合わせや輝度γ特性γ1L,γ0の組み合わせとなってしまう場合があり、その場合には本来の輝度よりも明るくなったり暗くなったりしてしまい、表示映像にノイズやフリッカが発生してしまうのである。
そこで本実施の形態の画像表示装置1では、図3に示した動き検出部431において、以下のような動き検出動作がなされる。具体的には、まず動き検出処理部71では、入力された輝度信号Yin(4サブフレーム期間後の輝度信号Ya4)と、8サブフレームメモリ70に記憶されている8サブフレーム期間分の輝度信号(現在のサブフレーム期間の輝度信号Yn、4サブフレーム期間前の輝度信号Yp4、3サブフレーム期間前の輝度信号Yp3、2サブフレーム期間前の輝度信号Yp2、1サブフレーム期間前の輝度信号Yp1、1サブフレーム期間後の輝度信号Ya1、2サブフレーム期間後の輝度信号Ya2および3サブフレーム期間後の輝度信号Ya3)とに基づき、上述した比較例に係る動き検出部143A内の動き検出処理部70と同様にして、例えば図14(A)〜(E)に示したような動き情報MD0が生成・出力される。すなわち、図12(A)〜図12(E)と同様に例えば図13(A)〜(E)に示した輝度信号Yinのように、輝度信号Yinにラインフリッカ成分(図中の符号P1)が含まれているような場合には、動き情報MD0においても、図13中の符号P5A〜P5Eに示したように、ラインフリッカ成分に起因した動き情報検出領域の時間変動が生じてしまい、安定した本来の動き情報が得られなくなっている。
ここで、本実施の形態のマスク信号生成部72では、まず、入力された輝度信号Yin(輝度信号Ya4)および8サブフレームメモリ70に記憶されている8サブフレーム期間分の輝度信号に基づき、例えば図4中の符号P11,P12で示したように、差分・絶対値処理部721によって輝度信号Yn,Yp4の差分信号diff21が生成されると共に差分・絶対値処理部722によって輝度信号Yn,Ya4の差分信号diff22が生成され、AND処理部713によってこれら2つの差分信号diff21,diff22のAND処理信号(論理積信号)diff2が生成される。この際、現在のサブフレーム期間の輝度信号Yinとその4サブフレーム期間前後の輝度信号Yp4,Ya4との差分信号が生成されているのは、IP変換の際に生じるラインフリッカ成分の変動周期が、図13(A)〜図13(E)中の符号P1からも分かるように2単位フレーム期間(この場合、4サブフレーム期間)となっているため、動き検出処理部71内の差分・絶対値処理部711,712により生成される、現在のサブフレーム期間の輝度信号Ynとその1サブフレーム期間前後の輝度信号Yp1,Ya1との差分信号によっては、ラインフリッカ成分に基づく動き情報検出領域の時間変動を除去できないからである。なお、このようにして生成された差分信号diff21,diff22には、例えば図13(A)〜(E)に示したように、依然として出力が安定していない(図中の符号P2,P3に示したように、追従視の視線上に信号の時間変動がある)ものの、それらのAND処理信号(論理積信号)diff2では、図中の符号P4A〜P4Eに示したように、そのようなラインフリッカ成分に基づく動き情報検出領域の時間変動がほとんど除去されていることが分かる。
一方、マスク信号生成部72内のV方向エッジ検出部724では、現在のサブフレーム期間の輝度信号Ynにおける垂直方向(V方向)のエッジ情報を画素ごとに検出され、これにより例えば図14(A)〜(E)に示したような垂直エッジ情報EDvが得られる。このような垂直方向のエッジ情報を検出しているのは、IP変換の際に生じるラインフリッカ成分の多くが垂直方向のエッジ部分で発生していることから、輝度信号Yinにおけるラインフリッカ成分の存在領域を特定するためである。
次に、エッジ適応動き検出部725では、AND処理部723により生成されたAND処理信号diff2およびV方向エッジ検出部724により検出された垂直エッジ情報EDvに基づき、AND処理信号diff2に対して適応的な動き検出を行うことにより、マスク信号MD1が画素単位で生成される。具体的には、例えば図5に示したような適応的な動き検出の際の検出閾値THを垂直エッジ情報EDvに基づいて適応的に変化させることにより、マスク信号MD1が生成される。より具体的には、図5に示したように、垂直エッジ情報EDvの値が100%である領域(垂直エッジ検出領域)では、AND処理信号diff2内の残っている時間的に不安定な領域(図13(A)〜(E)参照)が動き検出されないように(AND処理信号diff2が各画素において「0(ゼロ)」となるように)、検出閾値THが適応的に設定される一方、垂直エッジ情報EDvが0%以上100%未満の領域(垂直エッジ検出領域以外の領域)では検出閾値が0に設定され、これによりエッジ適応検出部725による動き情報としてのマスク信号MD1(図14(A)〜(E)参照)が生成される。この際、AND処理信号diff2内の残っている時間的に不安定な領域が動き検出されないようにするのは、垂直エッジ検出領域内にはIP変換に基づくラインフリッカ成分が含まれている可能性が高いためである。なお、図14(A)〜(E)に示したように、このマスク信号MD1は、ここでは垂直エッジ情報EDvの反転信号となっていると共に、動き検出信号MD0に含まれるラインフリッカ成分に起因した動き情報検出領域の時間変動部分とほぼ一致していることが分かる。
最後に、AND処理部73では、マスク信号生成部72により生成されたマスク信号MD1を用いて動き情報MD0に対するマスク処理(AND処理(論理積の演算処理))が画素ごとになされ、これにより最終出力結果である動き情報MDoutが生成されると共に検出合成部433へ出力される。ここで、このようなマスク処理後の動き情報MDoutでは、図14(A)〜(E)に示したように、図中の符号P6A〜P6Eに示した部分を除き、動き検出信号MD0に含まれていたラインフリッカ成分に起因した動き情報検出領域の時間変動部分がほとんど取り除かれていることが分かる。
このようにして本実施の形態の画像処理部4では、TV信号Dinに基づく映像信号D0の単位フレーム期間が複数のサブフレーム期間SF1,SF2に分割されて映像信号D1にフレームレート変換されると共に、この映像信号D1の動き情報MDoutおよびエッジ情報EDoutが画素ごとに検出される。そしてこの映像信号D1のうちの所定の閾値よりも大きい動き情報MDoutおよびエッジ情報EDoutが検出された画素領域(検出領域)の映像信号に対し、単位フレーム期間内の輝度の時間積分値が保たれつつ高輝度期間(サブフレーム期間SF1)と低輝度期間(サブフレーム期間SF2)とが単位フレーム期間内で各サブフレーム期間SF1,SF2に割り当てられることとなるよう、選択的な適応階調変換が行われる。このように所定の閾値よりも動き情報MDoutおよびエッジ情報EDoutが大きい画素領域(検出領域)の映像信号に対して選択的に適応階調変換がなされるため、この検出領域では擬似的なインパルス駆動によって動画応答性が向上する一方、検出領域以外の画素領域では通常駆動によってフリッカ感が低減する。したがって、従来のように全画素領域の映像信号に対して適応階調変換を行う場合と比べ、高い動画応答性が保たれつつフリッカ感が低減する。
また、映像信号D1に基づく輝度信号Yinにおいて、IP変換部40によるIP変換の際に生じたラインフリッカ成分が含まれている場合には、マスク信号生成部72によって、そのラインフリッカ成分に基づく動き情報MD0の時間変動領域に対するマスク信号MD1が輝度信号Yinに基づいて生成されると共に、動き検出処理部71により検出された動き情報MD0に上記時間変動領域が含まれる場合には、AND処理部73によって、マスク信号MD1を用いて検出された動き情報MD0に対するマスク処理が画素ごとになされ、そのようなマスク処理後の動き情報MDoutに基づいて上記適応階調変換が行われるため、映像信号D1(輝度信号Yin)にラインフリッカ成分が含まれるような場合であっても、そのようなラインフリッカ成分に基づく動き情報の時間変動が抑えられ、検出された動き情報が時間軸に沿って安定化する。
以上のように本実施の形態では、TV信号Dinに基づく映像信号D0の単位フレーム期間を複数のサブフレーム期間SF1,SF2に分割して映像信号D1にフレームレート変換すると共に、この映像信号D1の動き情報MDoutおよびエッジ情報EDoutを画素ごとに検出し、この映像信号D1のうちの所定の閾値よりも大きい動き情報MDoutおよびエッジ情報EDoutが検出された画素領域(検出領域)の映像信号に対し、単位フレーム期間内の輝度の時間積分値を保ちつつ高輝度期間(サブフレーム期間SF1)と低輝度期間(サブフレーム期間SF2)とが単位フレーム期間内で各サブフレーム期間SF1,SF2に割り当てられることとなるように選択的に適応階調変換を行うようにしたので、擬似的なインパルス駆動によって動画応答性を向上させることができると共に、従来のように全画素領域の輝度信号に対して適応階調変換を行う場合と比べ、フリッカ感を低減することが可能となる。また、映像信号D1に基づく輝度信号Yinに、IP変換により生じたラインフリッカ成分が含まれている場合には、そのラインフリッカ成分に基づく動き情報MD0の時間変動領域に対するマスク信号MD1を輝度信号Yinに基づいて生成すると共に、検出された動き情報MD0に上記時間変動領域が含まれる場合には、マスク信号MD1を用いて動き情報MD0に対するマスク処理を画素ごとに行い、そのようなマスク処理後の動き情報MDoutに基づいて上記適応階調変換を行うようにしたので、映像信号D1(輝度信号Yin)にラインフリッカ成分が含まれるような場合であっても、そのようなラインフリッカ成分に基づく動き情報の時間変動を抑え、これにより検出された動き情報を時間軸に沿って安定化させることができる。よって、ラインフリッカ成分周辺の著しい階調劣化を抑えると共にそのような階調劣化の時間変動によるノイズを低減することができるため、入力映像におけるラインフリッカ成分の有無によらず、フリッカ感の低減と動画応答性の向上とを両立させることが可能となる。
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では、AND処理部73において、マスク信号生成部72により生成されたマスク信号MD1を用いてマスク処理を行う場合について説明したが、場合によっては、AND処理部73が、IP変換部において生成されたマスク信号を直接取得し、そのマスク信号を用いてマスク処理を行うようにしてもよい。
また、上記実施の形態では、上記実施の形態では、動き情報MDoutおよびエッジ情報EDoutの両方が所定の閾値よりも大きい画素領域を、変換処理領域(検出領域)として選択的に適応階調変換を行うようにした場合で説明したが、より一般的には、動き情報MDoutおよびエッジ情報EDoutの少なくとも一方が所定の閾値よりも大きい画素領域を、変換処理領域(検出領域)として選択的に適応階調変換を行うようにしてもよい。
また、上記実施の形態では、1つの単位フレーム期間を2つのサブフレーム期間SF1,SF2によって構成した場合について説明したが、フレームレート変換部41が、1つの単位フレーム期間が3つ以上のサブフレーム期間によって構成されるようにフレームレート変換を行うようにしてもよい。
さらに、上記実施の形態では、画像表示装置の一例として、液晶表示パネル2およびバックライト部3を有する液晶表示装置1について説明したが、本発明の画像処理装置は、他の画像表示装置、すなわち、例えばプラズマ表示装置(PDP:Plasma Display Panel)やEL(ElectroLuminescence)表示装置にも適用することが可能である。
本発明の一実施の形態に係る画像処理装置を備えた画像表示装置の全体構成を表すブロック図である。 図1に示した階調変換部による階調変換の際の輝度γ特性を表す特性図である。 図1に示した動き検出部の詳細構成を表すブロック図である。 動き検出部におけるサブフレームの参照範囲を説明するための図である。 図3に示したエッジ応動き検出部での検出閾値について説明するための特性図である。 図1に示した処理領域検出部の基本動作を説明するための模式図である。 階調変換前の輝度信号の入出力特性を表すタイミング波形図である。 階調変換後の輝度信号の入出力特性を表すタイミング波形図である。 比較例に係る画像処理装置を備えた画像表示装置の全体構成を表すブロック図である。 図9に示した比較例に係る動き検出部の詳細構成を表すブロック図である。 比較例においてラインフリッカがない場合の動き検出動作の一例について説明するためのタイミング図である。 比較例においてラインフリッカがある場合の動き検出動作の一例について説明するためのタイミング図である。 実施の形態においてラインフリッカがある場合の動き検出動作の一例について説明するためのタイミング図である。 図13に続いてラインフリッカがある場合の動き検出動作の一例について説明するためのタイミング図である。
符号の説明
1…液晶表示装置、2…液晶表示パネル、3…バックライト部、4…画像処理部、40…IP変換部、41…フレームレート変換部、43…変換領域検出部、430…RGB/Y変換部、431…動き検出部、432…エッジ検出部、433…検出合成部、44…階調変換部、441,442…適応階調変換部、443…選択出力部、61…タイミング制御部、62…映像メモリ、63…バックライト駆動部、70…8サブフレームメモリ、71…動き検出処理部、711,712…差分・絶対値処理部、713…OR処理部、714…動き検出実行部、72…マスク信号生成部、721,722…差分・絶対値処理部、723…AND処理部、724…V方向エッジ検出部、725…エッジ応動き検出部、73…AND処理部、Din…TV信号、D0、D1,D2H,D2L,Dout…映像信号、Yin,Yp4,Yp1,Yn,Ya1,Ya4…輝度信号、diff11,diff12,diff21,diff22…差分信号、diff1…OR処理信号(論理和信号)、diff2…AND処理信号(論理積信号)、MD0…(マスク処理前の)動き情報、MD1…エッジ対応動き情報(マスク信号)、MDout…(マスク処理後の)動き情報、EDv…垂直エッジ情報、EDout…エッジ情報、DCT…検出結果合成信号、γ0,γ1H,γ1L,γ2H,γ2L…輝度γ特性、t0〜t5,t10〜t20…タイミング。

Claims (5)

  1. 入力映像の動き度を画素ごとに検出する検出手段と、
    入力映像に含まれているラインフリッカ成分に起因して動き度が時間的に変動する変動画素領域に対するマスク信号を、入力映像に基づいて生成する生成手段と、
    前記マスク信号を用いて、前記変動画素領域の動き度に対するマスク処理を画素ごとに行うマスク処理手段と、
    入力映像の単位フレーム期間を複数のサブフレーム期間に分割するフレーム分割手段と、
    前記マスク処理が施された動き度に基づき、入力映像の輝度信号のうちの所定の閾値よりも大きい動き度が検出された画素領域の輝度信号に対し、単位フレーム期間内の輝度信号の時間積分値を保ちつつ、元の輝度信号よりも高輝度側の輝度レベルをなす高輝度期間と、元の輝度信号よりも低輝度側の輝度レベルをなす低輝度期間とが単位フレーム期間内で各サブフレーム期間に割り当てられることとなるように、選択的に適応階調変換を行う階調変換手段と
    を備えた画像処理装置。
  2. 前記生成手段は、
    現在の入力映像とその4サブフレーム期間前の入力映像との差分信号である第1の差分信号、および現在の入力映像とその4サブフレーム期間後の入力映像との差分信号である第2の差分信号をそれぞれ画素ごとに生成する差分信号生成手段と、
    現在の入力映像における垂直方向のエッジ度を画素ごとに検出する垂直エッジ検出手段と、
    生成された第1および第2の差分信号と検出された垂直方向のエッジ度とに基づいて前記マスク信号を画素単位で生成するマスク信号生成手段とを有する
    請求項1に記載の画像処理装置。
  3. 前記検出手段は、現在の入力映像とその1サブフレーム期間前後の入力映像との画素ごとの差分信号に基づいて、入力映像の動き度を検出する
    請求項1に記載の画像処理装置。
  4. 入力映像の動き度を画素ごとに検出する検出手段と、
    入力映像に含まれているラインフリッカ成分に起因して動き度が時間的に変動する変動画素領域に対するマスク信号を、入力映像に基づいて生成する生成手段と、
    前記マスク信号を用いて、前記変動画素領域の動き度に対するマスク処理を画素ごとに行うマスク処理手段と、
    入力映像の単位フレーム期間を複数のサブフレーム期間に分割するフレーム分割手段と、
    前記マスク処理が施された動き度に基づき、入力映像の輝度信号のうちの所定の閾値よりも大きい動き度が検出された画素領域の輝度信号に対し、単位フレーム期間内の輝度信号の時間積分値を保ちつつ、元の輝度信号よりも高輝度側の輝度レベルをなす高輝度期間と、元の輝度信号よりも低輝度側の輝度レベルをなす低輝度期間とが単位フレーム期間内で各サブフレーム期間に割り当てられることとなるように、選択的に適応階調変換を行う階調変換手段と、
    前記階調変換手段による適応階調変換後の輝度信号に基づいて映像を表示する表示手段と
    を備えた画像表示装置。
  5. 入力映像の動き度を画素ごとに検出する検出ステップと、
    入力映像に含まれているラインフリッカ成分に起因して動き度が時間的に変動する変動画素領域に対するマスク信号を、入力映像に基づいて生成する生成ステップと、
    前記マスク信号を用いて、前記変動画素領域の動き度に対するマスク処理を画素ごとに行うマスク処理ステップと、
    入力映像の単位フレーム期間を複数のサブフレーム期間に分割するフレーム分割ステップと、
    マスク処理が施された動き度に基づき、入力映像の輝度信号のうちの所定の閾値よりも大きい動き度が検出された画素領域の輝度信号に対し、単位フレーム期間内の輝度信号の時間積分値を保ちつつ、元の輝度信号よりも高輝度側の輝度レベルをなす高輝度期間と、元の輝度信号よりも低輝度側の輝度レベルをなす低輝度期間とが単位フレーム期間内で各サブフレーム期間に割り当てられることとなるように、選択的に適応階調変換を行う階調変換ステップと
    を含む画像処理方法。
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