JP4966015B2 - 動きボケ低減のための帯域通過フィルタを用いた動き補償逆フィルタリング - Google Patents
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Description
が2つの次元を有する、すなわち
である、空間−時間連続強度関数
である。
この元の画像は、時間及び空間でカメラ100によって標本化される。空間標本化がこの仕様の範囲外であるので、我々はこれを今後時折にのみ参照する。しかし、時間の作用は、この仕様の他の部分に関する主な焦点であり得る。標本化処理は、
が、δ−インパルスの3次元格子である。我々は、間隔
及び
を標本化することによって記述される、長方形標本化格子
である。ディスプレイ101によって再生される画像は、
を数式(3)へ適用する。
のフーリエ変換
は、空間
、
及び
(フレームレート)を有する逆格子である。
及び正規化空間周波数
の関数として、それぞれ図2の4つのプロットで、インパルス型(CRT)ディスプレイの場合に関して示される。例示を簡単化するために、我々は、信号が空間次元で連続であるかのように、空間的な繰り返しを省略する。表示される画像に関して、これは、空間次元が完全に再構築されていること、すなわち元の連続的な信号がナイキスト規準に従い空間的に帯域制限されたことを仮定することと同等であり、再構築が、繰り返しスペクトルを効果的に除去する。
は、減衰されないが、少なくとも最低のオーダーの繰り返し(the lowest order repeats)は通過される。
に等しい幅を有する時間的「ボックス」再構築関数になる。周波数領域において、これは、「
」特性、
のスペクトル、表示される画像のスペクトル、及び最終的に知覚される画像のスペクトルは、斯様なホールド型ディスプレイに関する、それぞれ図3の4つのプロットで示される。これは、直ちに、インパルス型ディスプレイに対するホールド型ディスプレイの特有な有利な点を示す。すなわち、
特性が、表示される画像の繰り返しスペクトル(図3の第3プロットを参照)を抑制し、標本化周波数においてゼロ伝達をも有する。このことは、全てのフレームレートにおける大区域フリッカを除去する。
は、
及びtに関して用いられるのと同じ単位でここで測定される、スクリーンにおける動く画像の速度である。
標本化間隔
が既知である場合、
も、「フレームごとの画素」で表現され得る。このことは、「動きベクトル」すなわち「フレーム変位ベクトル」に対応する。
は、インパルス型ディスプレイに関して図6の第3プロットに示され、ホールド型ディスプレイに関して図7の第4プロットに示され、図6及び7のプロットは、それぞれ図4のプロットの補完する。眼の低域通過後の画像は、周波数
で見ることによってのみ得られ、再び、空間領域における完全な再構築を仮定する。ここで、我々は、ディスプレイの時間開口関数の効果が、眼の追跡と組み合わせられて、動く画像の空間フィルタ
と動き方向
に沿った正規化空間周波数
の関数として表し、白い領域は、1及び0.5の間の増幅(低減衰)を表し、影の領域は、0.4及び0の間の減衰(高減衰)を表す。
特性によって減衰され得、減衰が開始する空間周波数は速度とともに小さくなり、これにより、拡張される空間周波数領域に影響を及ぼす。更に、このボケは、動き方向に沿ってのみ発生し得る。各オブジェクトの動きに垂直方向の鮮明さは影響されない。
が減らされるべきであることを提案する。このことは、2つの方法で達成され得る。まず始めに、フレームレートが増加され得る。所要の効果を有するためには、このことは、単純なフレーム繰り返しが同一の効果的保持時間になるので、動き補償フレームレート変換で行われるべきである。第2に、フレームレートを変更することなく、我々は、発光の時間(すなわちより正確には、デューティ周期)を減らし得る。LCDに関して、このことは、いわゆる「走査バックライト」を用いてフレーム時間の一部の間のみバックライトをスイッチオンすることによって実現され得る。
の逆フィルタ900を用いることによって達成され得る。
は、純粋に空間フィルタであり、眼の追跡を組み合わせられると、ディスプレイの時間開口が、空間低域通過フィルタ
になるという観点を反映する。更にチェーンに沿った逆フィルタ900及びディスプレイ+眼の組合せ903の直列接続は、可能な限り元の画像に達する知覚される画像になるべきである。
900の近似
の使用を、速度依存高空間周波数増大フィルタ(又は高空間周波数ブーストフィルタ)の形状で開示し、該速度依存高空間周波数増大フィルタは、動きの成分の速度にしたがい高空間周波数でビデオ信号のスペクトルを増大し、高空間周波数の前記スペクトルはビデオ信号の画像の動く成分に関連する。(増大が開始する)空間周波数増大フィルタのカットオフ周波数は、動きベクトル推定器によって推定される動きベクトルにしたがい調整される。欧州特許出願公開第0657860A2号で使用される空間周波数増大フィルタ
は、例えばノイズしきい値以下の非常に低いレベルに(例えば空間低域通過フィルタ
のゼロに)
減衰されている周波数の復元が現実的には達成され得ないので、式(12)に規定の正確な逆フィルタ
ではない。
1000の伝達関数、式(12)の逆フィルタ
1001の伝達関数、及び式(12)の逆フィルタ
の近似1002の伝達関数を、空間周波数の関数として示し、前記近似1002は、欧州特許出願公開第0657860A2号の高周波数増大フィルタと同様である。
が、既に非常に低い空間周波数で、高速でかなりの減衰を有するという観点から述べている。更に、人間視覚システムは、低い空間周波数でより敏感であり、高い周波数は、一般的に低いS/N比率を有することが認識される。更に、本発明は、通常のビデオマテリアルにおける動くオブジェクトが、カメラの制限による最高周波数(カメラボケ)を含まないことを認識する。この理由のため、看者は、LCDパネルによって生じる程ではないが(低い空間周波数まで)、高速度である程度の詳細を失うことに慣れている。
図1:従来技術による、静止元画像、標本化画像及び表示される画像を含む表示チェーンの概略図。
図2:従来技術による、インパルス型ディスプレイにおける画像の標本化及び表示に対応する、元の画像
、標本化画像
、表示画像
、及び(眼の低域通過後の)知覚画像
の(正規化時間周波数
と正規化空間周波数
との関数としての)空間−時間周波数スペクトル。
図3:従来技術による、ホールド型ディスプレイにおける画像の標本化及び表示に対応する、標本化画像
、(低増幅を表すカラーコード白及び高増幅を表すカラーコード黒を有する)開口関数
、
表示画像
、及び(眼の低域通過後の)知覚画像
の空間−時間周波数スペクトル。
図4:従来技術による、静止元画像
、動元画像
、及び標本化された元の画像
の空間−時間周波数スペクトル。
図5:従来技術による、動元画像から最終的な知覚画像への表示チェーンの概略図。
図6:図4を補完する、従来技術によるインパルス型ディスプレイに関する表示画像
、眼の追跡後の画像
、及び眼の低域通過後の画像
の空間−時間周波数スペクトル。
図7:図4を補間する、従来技術によるホールド型ディスプレイに関する開口関数
、
表示画像
、眼の追跡後の画像
、及び眼の低域通過後の知覚画像
の空間−時間周波数スペクトル。
図8:フレーム毎の画素で測定される速度、画素毎の周期で表現される
、及び
=1フレームとする場合の、空間周波数及び速度の関数としての、眼の追跡及び時間表示開口による空間フィルタ
の概略的増幅応答。
図9:従来技術による予備補償フィルタを用いたビデオ信号から知覚画像への表示チェーンの概略的例示。
図10:フレーム毎の3つの画素の速度に関する、従来技術による空間周波数の関数としての、表示+眼フィルタ
、対応する逆フィルタ
、及び逆フィルタの近似の伝達関数。
図11:本発明による、動きボケを低減するための、例示的な速度依存中間周波数ブーストフィルタ構造。
図12:本発明による、図11のフィルタ構造に含まれる1D耐ボケフィルタの速度依存タップ及び回転の概略的例示。
図13:本発明による、異なる速度に関する正規化空間周波数の関数としての、図11によるフィルタ構造の例示的な伝達関数(実線)、及び理想的な逆フィルタの伝達関数(点線)。
図14:本発明による、1D耐ボケフィルタタップ位置への標本の補間に含まれるビデオ標本化グリッドの標本の概略的例示。
図15a:本発明による、平均が増している、1D耐ボケフィルタタップ位置への標本の補間に含まれるビデオ標本化グリッドの標本の概略的例示。
図15b:本発明による、フィルタタップの数が増加されている、1D耐ボケフィルタタップ位置への標本の補間に含まれるビデオ標本化グリッドの標本の概略的例示。
図16:本発明による、異なる速度に関する正規化空間周波数の関数としての、図11による中間周波数ブーストフィルタ構造の例示的な伝達関数(実線)、及び理想的な逆フィルタの伝達関数(点線)。
図17:(フレームごとの画素での)動きと正規化空間周波数との関数としての、図16によるフィルタ構造とディスプレイ+眼の組合せとの組合せの概略的増幅応答。
図18:本発明による、フィルタタップによって規定される線から更に離れて位置する標本の追加的な使用のもとで、1D耐ボケフィルタタップ位置への標本の補間に含まれるビデオ標本化グリッドの標本の概略的例示。
Claims (21)
- ホールド型ディスプレイに示されるビデオ信号の画像の動きボケを低減する方法であって、
−前記ビデオ信号の前記画像の動く成分の動きベクトルを推定するステップと、
−前記ビデオ信号を空間周波数領域に関して、伝達関数が非ゼロである通過帯域部分と、前記通過帯域部分の低周波数側及び高周波数側に伝達関数がほぼゼロである停止帯域部分とを有する帯域通過フィルタ処理するステップであって、前記帯域通過フィルタ処理ステップが、少なくとも部分的に前記推定動きベクトルに依存し、前記帯域通過フィルタ処理ステップの通過帯域が、前記推定動きベクトルの長さが増加するに連れて、高空間周波数から中間空間周波数へ順応的にシフトする、帯域通過フィルタ処理するステップと、
−前記ホールド型ディスプレイに関する入力ビデオ信号を生成するために、前記ビデオ信号及び前記帯域通過フィルタ処理されたビデオ信号を組み合わせるステップと、
を有する方法。 - 前記帯域通過フィルタ処理ステップが、低域通過フィルタ処理ステップ及び耐ボケフィルタ処理ステップを直列形式で含む、請求項1に記載の方法。
- 前記耐ボケフィルタ処理ステップが、反転低域通過フィルタを近似する耐ボケフィルタを用いて実行される、請求項2に記載の方法。
- 前記耐ボケフィルタ処理ステップが、耐ボケフィルタを用いて実行され、前記耐ボケフィルタが、固定フィルタ係数及び前記推定動きベクトルの前記長さに依存する可変タップ間隔を備える1次元フィルタである、請求項2ないし3の何れか一項に記載の方法。
- 前記耐ボケフィルタ処理ステップが一次元耐ボケフィルタで実行され、当該一次元耐ボケフィルタが前記ビデオ信号に適用される方向が前記推定動きベクトルの方向である、請求項2又は請求項3に記載の方法。
- 前記低域通過フィルタリング処理ステップが一次元低域通過フィルタで実行され、当該一次元低域通過フィルタが前記ビデオ信号に適用される方向が前記推定動きベクトルの方向である、請求項2ないし5の何れか一項に記載の方法。
- 前記低域通過フィルタ処理ステップが一次元低域通過フィルタで実行され、当該一次元低域通過フィルタが前記ビデオ信号に適用される方向が前記推定動きベクトルの方向に垂直な方向及び平行な方向の両方である、請求項2ないし5の何れか一項に記載の方法。
- 前記低域通過フィルタ処理ステップが、前記ビデオ信号の前記画像の標本の補間によって少なくとも一部分補間される、請求項2ないし7の何れか一項に記載の方法。
- 前記ビデオ信号の前記帯域通過フィルタ処理ステップが、
−補間された標本を得るために、前記ビデオ信号の前記画像の標本を補間するステップと、
−前記帯域通過フィルタ処理されたビデオ信号の画像の標本を得るために、前記補間された標本とそれぞれの耐ボケフィルタ係数と乗算し、その積を合計するステップと、
を含む、請求項1ないし8の何れか一項に記載の方法。 - 前記耐ボケフィルタが一次元耐ボケフィルタであり、当該一次元耐ボケフィルタが前記ビデオ信号に適用される方向が前記推定動きベクトルの方向にしたがって回転され、前記ビデオ信号の前記画像の前記標本が、前記回転された耐ボケフィルタのタップの位置に補間される、請求項9に記載の方法。
- 前記耐ボケフィルタ係数が、前記推定動きベクトルから独立している、請求項9ないし10の何れか一項に記載の方法。
- 前記耐ボケフィルタ係数の間隔が、前記推定された動きベクトルの長さに依存する、請求項9ないし11の何れか一項に記載の方法。
- 補間される、前記ビデオ信号の前記画像の前記標本が、前記回転される耐ボケフィルタの前記フィルタタップを相互接続する線の近傍に位置される、請求項10ないし12の何れか一項に記載の方法。
- 補間される、前記ビデオ信号の前記画像の前記標本が、前記回転される耐ボケフィルタの前記フィルタタップを相互接続する前記線から両側に垂直に延在する領域に位置される、請求項10ないし12の何れか一項に記載の方法。
- 前記補間が、前記ビデオ信号の前記画像の前記標本の少なくとも1部分の平均化を含む、請求項9ないし14の何れか一項に記載の方法。
- 前記ビデオ信号の前記帯域通過フィルタ処理ステップが、
−前記推定された動きベクトルに応じて、所定の群の2D帯域通過フィルタから2D帯域通過フィルタを決定するステップと、
−前記選択された2D帯域通過フィルタを用いて前記ビデオ信号をフィルタ処理するステップと、
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記2D帯域通過フィルタの前記決定するステップが、前記所定の群の2D帯域通過フィルタのうちの2D帯域通過フィルタから2D帯域通過フィルタを補間するステップを含む、請求項16に記載の方法。
- 前記帯域通過フィルタ処理されたビデオ信号が、前記ビデオ信号と組み合わせられる前に、ノイズ抑制処理を更に行われる、請求項1ないし17の何れか一項に記載の方法。
- 請求項1ないし18の何れか一項に記載の方法ステップを処理器に実行させるように動作可能な命令を含む計算機プログラム。
- 請求項1ないし18の何れか一項に記載の方法ステップを処理器に実行させるように動作可能な命令が記憶された記憶媒体。
- ホールド型ディスプレイに示されるビデオ信号の画像の動きボケを低減する装置であって、
−前記ビデオ信号の前記画像の動く成分の動きベクトルを推定するように構成される手段と、
−前記ビデオ信号を空間周波数領域に関して、伝達関数が非ゼロである通過帯域部分と、前記通過帯域部分の低周波数側及び高周波数側に伝達関数がほぼゼロである停止帯域部分とを有する帯域通過フィルタ処理するように構成される手段であって、前記帯域通過フィルタ処理が、少なくとも部分的に前記推定動きベクトルに依存し、前記帯域通過フィルタ処理の通過帯域が、前記推定動きベクトルの長さが増加するに連れて高空間周波数から中間空間周波数へ順応的に移動する手段と、
−前記ホールド型ディスプレイに関する入力ビデオ信号を生成するために、前記ビデオ信号及び前記帯域通過フィルタ処理されたビデオ信号を組み合わせる手段と、
を備える装置。
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