JP5080899B2 - 映像処理装置及びその制御方法 - Google Patents
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Description
このタイプの表示装置は、フレーム時間内のほとんどの時間において発光する。そのため光強度の時間的偏りが少ない。このためフリッカーがほとんど観測されない。また、追従視(動画像において、動く部分を視線で追いかける見方)を行うと、フレーム内で発光期間の長さに応じて動きぼけが相対的に大きく観測される。なお、ここで言う「動きぼけ」は、表示デバイスの応答特性に起因するものとは異なるものである。
このタイプの表示装置は、フレーム期間内で発光する時間が非常に短いので、光強度の時間的偏りが大きい。このためフレームに同期したフリッカーが観測される。しかし、追従視における動きぼけは、ほとんど観測されず、静止している部分とあまり差の無い解像度が得られる。
単位時間当たりm個のフレームの入力動画像データを、単位時間当たりN(N≧2)倍したN×m個のフレームの出力動画像データとして出力する画像処理装置であって、
前記入力動画像データのうち、着目したフレームの画像を、空間的な高周波成分画像データと空間的な低周波成分画像データとに分離するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段で得られた各空間な周波数成分の画像データを一時的に記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記高周波成分画像データ、及び、前記低周波成分画像データをN回読み出す読み込み手段と、
前記N回の読込みにおいて、前記高周波成分画像データと前記低周波成分画像データの時間的重心が一致し、かつ、前記高周波成分画像データの時間的分散が前記低周波成分画像データの時間的分散よりも小さくなるように設定された所定の乗算係数を前記高周波成分画像データと前記低周波成分画像データに乗算する乗算手段と、
前記読み込み手段で前記高周波成分画像データ、及び、前記低周波成分画像データを読み込む度に、前記乗算手段による乗算後の高周波成分画像データと前記低周波成分画像データとを加算する加算手段と、
前記加算手段による加算した画像データを出力する出力手段とを備える。
本第1の実施形態では、先に示した第1の課題を解決するものである。すなわち、本第1の実施形態においては、空間的高周波成分画像データと空間的低周波成分画像データの表示(出力)における相対的時間的ずれを無くすことができる。これにより、本第1の実施形態では、追従視を行ったときに観測される像においてゴーストや尾引きが発生しない、もしくはそれを軽減するものである。
H[i]=A[i]−L[i]
さらに加算器3は、高周波成分データH[i]を、元のA[i]に加算することにより、空間的高周波成分の多いサブ画像データ(空間的高周波強調画像データ)SH[i]を生成する。
SH[i]=A[i]+H[i]=L[i]+2×H[i]
SL[i−1]={L[i−1]+L[i]}/2
本実施形態においては、一つの入力データA[i]に対応する,2つのサブフレームの信号SH[i]SL[i]について、SHを先に表示し、SLを後から表示するように出力することを前提に説明している。例えば図28などもそのような順番を明示的に示した表である。しかしながら、本発明はこの順番をどちらか一方に限定するものではない。この順番は逆でもよく、この順番が逆の順番であっても本質的に同じであり、効果も同じである。
SL[i−1]=(L[i−1] + L[i])/2
一方、「逆の順番」の場合は、SLは着目フレームの低周波成分と一つ前のフレームの低周波成分を参照して平均値をとる。従って、出力される低周波画像は次式にように表現される。
SL[i]=(L[i] + L[i‐1])/2
上記、2つの式は出力のフレーム番号が1つだけ違うだけであり、形は同じである。
なお、本実施形態においては、N=2であり、また、空間周波数の帯域も高周波Hと低周波Lの2帯域である。しかし、本発明は、入力される画像のフレーム周波数をN倍し(あるいはN個のサブフレームに分けて)、かつ、入力される画像を複数の空間周波数の帯域に分けても構わない。この場合、上記の複数の帯域のなかで空間周波数が高い方のものほど時間的に集中させ、空間周波数の低い方のものほど時間的に分散させ、なおかつ、時間的重心を一致させるようにすれば良い。よってNは2以上でもよいし、入力される画像を複数の空間周波数の帯域に分けてもよい。
以下、L[i]とH[i]とで時間的重心がずれると、なぜゴーストや尾引き波形が発生するのかを説明する。ここでは入力画像のフレーム周波数が60Hzの場合を例に説明する。
上記第1の実施形態と等価の処理を、コンピュータプログラムで実現する例を説明する。このコンピュータプログラムを実行する装置は、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置(以下、PCという)で良い。PCのハードウェアについては説明するまでもないであろう。但し、以下では、単位時間当たりm個のフレームの動画像データファイルはハードディスク等の記憶装置(もしくは記憶媒体)に既に格納されているものとする。そして、本変形例のアプリケーション(コンピュータプログラム)を実行するCPUは、そのファイルから、単位時間当たり2倍の2m個のフレームで再生すべき動画像データに変換し、その変換結果をハードディスクにファイルとして保存する例を説明する。また、変換対象動画像データは記憶装置に格納され、倍速変換後の動画像データも記憶装置に格納されるものであるから、本アプリケーションは倍速変換結果を表示する必要はない。つまり、CPUは、変換対象動画像データで表わされる動画像のフレームレートに同期して処理する必要もない点に注意されたい。また、変形例のアプリケーションは、やはりハードディスクに格納されており、CPUがRAMにロードし、実行するものである。
SH[i]=A[i]+H[i]=L[i]+2×H[i]
ステップS5では1フレーム前のSH[i−1]を現フレームとしてメモリ領域Aから読み出す。
SL[i−1]={L[i−1]+L[i]}/2
こうして、高周波強調画像データSH、低周波平均画像データSLが生成されると、CPUはステップS10に処理を進める。このステップS10では、CPUは、生成された2つの画像データ(サブフレーム)を出力動画像データとして出力する。
本第2の実施形態は先に示した第2の課題を解決する例を説明する。図17は第2の実施形態における画像処理装置のブロック構成図である。図1と同等の構成については、同符号を付し、その説明は省略する。
すなわち、画素(x、y)ごとに
|L1[i](x,y)−L1[i−1](x,y))|≧C1 の場合
AREA1(x,y)=“1”
|L1[i](x,y)−L1[i−1](x,y))|<C1 の場合
AREA1(x,y)=“0”
このようにして定義される領域データAREA1を出力する。
すなわち、画素(x、y)ごとに
|L2[i](x,y)−L2[i−1](x,y))|≧C2 の場合
AREA2(x,y)=“1”
|L2[i](x,y)−L2[i−1](x,y))|<C2 の場合
AREA2(x,y)=“0”
このようにして定義される領域データAREA2を出力する。
すなわち、画素(x、y)ごとに
|L3[i](x,y)−L3[i−1](x,y))|≧C3 の場合
AREA3(x,y)=“1”
|L3[i](x,y)−L3[i−1](x,y))|<C3 の場合
AREA3(x,y)=“0”
このようにして定義される領域データAREA3を出力する。
L1[i]=LPF1(A[i])
L1[i−1]=LPF1(A[i−1])
なお、実際には、L1[i−1]は、既に一つ前のフレームの出力処理を行なっているときに算出されているので、それを保存しておきメモリからロードするようにしても構わない。
L2=L1−(AREA1*L1)+LPF2((AREA1*L1))
L3=L2−(AREA2*L2)+LPF3((AREA2*L2))
L4=L3−(AREA3*L3)+LPF4((AREA3*L3))
ここで(AREA3*L3)はAREA3の成分が“1”である画素データは画像データL3のデータと同じにして、AREA3の成分が“0”である画素データは“0”とするような画像データを作成する演算を意味する。
|X1−X2|≦C1の条件を満たすとき、dif_1=“0”
|X1−X2|>C1の条件を満たすとき、dif_1=“1”
L1[i]=LPF1(A[i])
L1[i−1]=LPF1(A[i−1])
なお、実際には、L1[i−1]は、既に一つ前のフレームの出力処理を行なっているときに算出されているので、それを保存しておきメモリからロードするようにしても構わない。
本第3の実施形態では、先に示した第2の課題の解決方法を説明するものである。
L[i]=LPF(A[i])
H[i]=A[i]−L[i]
SH[i]=L[i]+2H[i]
SL[i]=L[i]
if ( S1>100 ){
SH_over100 = SH-100 ; SH_under0 = 0 ; SH=100 ; }
else if( SH<0 ){
SH_over100 = 0 ; SH_under0 = -SH ; SH= 0 ; }
else {
SH_over100 = 0 ; SH_under0 = 0 ; }
SH_0[i] = SH[i] - SH_over100 + SH_under0;
SL_0[i] = SL[i] + SH_over100 - SH_under0;
このようにすることにより、表示の輝度レベルが飽和した場合(すなわち、計算上SH[i]≧100%、または、SH[i]<0になった場合)、上記のように補正してSH_0[i],SL_0[i]に置き換えられる。従って、画像として不具合が発生しないようにすることができる。
L[i]=LPF(A[i])
H[i]=A[i]−L[i]
SH[i]=L[i]+2H[i]
SL[i]={L[i]+L[i+1]}/2
本第3の実施形態では、ここまでの計算によって得られたSH[i],SL[i]に対し、補正処理を行ない、その結果をSH_0[i],SL_0[i]とする。SH_0[i]とSL_0[i]の値は実際に表示される輝度レベルを表すものであり、0乃至100%の値をとる。
if ( S1>100 ){
SH_over100 = SH-100 ; SH_under0 = 0 ; SH=100 ; }
else if( SH<0 ){
SH_over100 = 0 ; SH_under0 = -SH ; SH= 0 ; }
else {
SH_over100 = 0 ; SH_under0 = 0 ; }
SH_0[i] = SH[i] - SH_over100 + SH_under0;
SL_0[i] = SL[i] + (1/2) * SH_over100 - (1/2) * SH_under0;
SL_0[i-1] = SL[i] + (1/2) * SH_over100 - (1/2) * SH_under0;
このようにすることにより、表示の輝度レベルが飽和した場合(計算上SH[i]≧100%、または、SH[i]<0になった場合)、上記のように補正してSH_0[i],SL_0[i]に置き換えらえる。この結果、画像として不具合が発生しないようにすることができる。また、本実施形態で説明する方法を適用しても、空間的高周波成分と空間的低周波成分の時間的重心はそれぞれ変化せず、従って、追従視をおこなったとき得られる像において空間的高周波成分と空間的低周波成分の表示位置にズレが発生しない。従って、前記追従視を行った像において尾引きなどの歪みが発生することを防止しつつ輝度レベルの飽和による誤動作を防止できる。
第4の実施形態では、先に説明した第1の課題と第2の課題を解決する例を説明する。
まず、Nに関しては2に限定せず、3以上にしても同じことが成り立つことは明白である。むしろ本発明の用件を満たすには、Nは大きい方が配分の自由度が高く有利である。
またRについては、入力画像をR個の空間周波数帯域に分けたとき、隣接する2帯域(すなわち例えばJとJ+1)において、ここまで説明したR=2の場合の関係が常に成り立つように構成すれば、1番目からR番目の全ての帯域において同じ関係が成り立つ。すなわち、R個の帯域成分が、空間周波数の高い順に、前記帯域成分画像の時間的分散が小さく(言い換えると空間周波数が低い順に時間的分散が大きく)かつ、全ての帯域成分の時間的重心が一致するような関係とする。このとき、本発明における効果、すなわち動きボケが改善し、フリッカーも防止し、尾引きなどの歪みがすくなくなるという効果が成り立つ。このように、本発明においてはN、Rを一般化しても、ここまで説明してきたN=2、R=2のときと同様の効果がもたらされる。
S1[i]=L[i]
S2[i]=L[i]+1.5M[i]+0.5H[i]
S3[i]=L[i]+2M[i]+4H[i]
S4[i]=L[i]+1.5M[i]+0.5H[i]
S5[i]=L[i]
(ここで、[i]は対応する入力画像A[i]のフレーム番号である)
本実施形態では、上述したように複数の空間周波数帯域の成分において、空間周波数が高い成分ほど時間的分散が小さく、(言い換えると空間周波数が低い成分ほど時間的分散が大きく)、かつ、全ての成分が、時間的重心が一致するようにするものである。図25は、その条件に従ったものである。図25に示す係数ではH成分、M成分、L成分とも、左右対称な形であり、時間的重心は中央(第3サブフレーム)の位置にあり全ての成分の時間的重心が一致している。また、H成分の係数が最も、真中のフレームに近い部分に重みが集中している。この集中の程度はH>M>Lの順である。L成分に到っては、平坦になっている。すなわち、空間周波数の高い成分ほど時間的分散が小さく(空間周波数が低い成分ほど大きく)なっていることがわかる。ここで、この時間的分散について図25の係数の配列を例に具体的に表現すると以下のように表現できる。すなわち、Mの係数に対するHの係数の比率は、中央の第3サブフレームに近いほど大きくなり、第3サブフレームでその比率が最大となる。Lの係数に対するMの係数の比率も、中央の第3サブフレームに近いほど大きく、第3サブフレームでその比率が最大になるようになっている。また、Lの係数とHの係数の関係も同様になっている。図25の係数の配列は、このように一般化して表現できる配列の一例を示したものである。
Claims (12)
- 単位時間当たりm個のフレームの入力動画像データを、単位時間当たりN(N≧2)倍したN×m個のフレームの出力動画像データとして出力する画像処理装置であって、
前記入力動画像データのうち、着目したフレームの画像を、空間的な高周波成分画像データと空間的な低周波成分画像データとに分離するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段で得られた各空間的な周波数成分の画像データを一時的に記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記高周波成分画像データ、及び、前記低周波成分画像データをN回読み出す読み込み手段と、
前記N回の読込みにおいて、前記高周波成分画像データと前記低周波成分画像データの時間的重心が一致し、かつ、前記高周波成分画像データの時間的分散が前記低周波成分画像データの時間的分散よりも小さくなるように設定された所定の乗算係数を前記高周波成分画像データと前記低周波成分画像データに乗算する乗算手段と、
前記読み込み手段で前記高周波成分画像データ、及び、前記低周波成分画像データを読み込む度に、前記乗算手段による乗算後の高周波成分画像データと前記低周波成分画像データとを加算する加算手段と、
前記加算手段による加算した画像データを出力する出力手段と
を備えることを特徴とする画像処理装置。 - 単位時間当たりm個のフレームの動画像データを入力し、単位時間当たり2m個のフレームの動画像データとして出力する画像処理装置であって、
フレーム単位に画像データを入力する入力手段と、
入力手段で入力した着目フレームの画像データについて、空間的な高周波成分画像データと空間的な低周波成分画像データとに分離するフィルタ手段と、
前記入力した画像データと前記高周波成分画像データと前記低周波成分画像データを記憶する記憶手段と、
前記フィルタ手段で得られた着目フレームの次に入力されるフレームの低周波成分画像データと前記記憶手段に記憶された低周波成分画像データとの平均値である低周波平均画像データを算出する算出手段と、
前記低周波成分画像データと前記高周波成分画像データとに基づいて作成される高周波強調画像データと、前記算出手段で得られた低周波平均画像データを、フレームごとに順番に出力する出力手段と
を備えることを特徴とする画像処理装置。 - 前記フィルタ手段は、入力した着目しているi番目のフレームの画像データをA[i]、前記画像データA[i]から得られる低周波成分画像データをL[i]、高周波成分画像データをH[i]としたとき、前記高周波強調画像データSH[i]を、次式に従って算出し、
SH[i]=L[i]+2×H[i]
前記算出手段は、前記低周波平均画像データであるSL[i]を、次式に従って算出する
SL[i]={L[i]+L[i+1]}/2
ことを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。 - 前記フィルタ手段は、
前記入力手段で入力した着目フレームの1つ前のフレームの画像データを記憶するメモリと、
前記着目フレームの画像データに対し、互いに数珠繋ぎに接続され、下流に位置するほど、濾波する周波数の上限値が低い複数のフィルタで構成される第1のフィルタ手段と、
前記メモリに格納された、着目フレームの1つ前のフレームの画像データに対し、互いに数珠繋ぎに接続され、下流に位置するほど、濾波する周波数の上限値が低い複数のフィルタで構成される第2のフィルタ手段と、
前記第1のフィルタ手段の上流からn番目のフィルタで得られた画像データと、前記第2のフィルタ手段の上流からn番目のフィルタで得られた画像データとの差の絶対値が、初めて予め設定された閾値Cn以下となったとき、前記第1のフィルタ手段のn番目のフィルタで得られた画像データを、前記着目フレームの前記低周波成分画像データとして出力する手段と
を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の画像処理装置。 - 前記第1のフィルタ手段の上流からn番目のフィルタで得られた画像データと、前記第2のフィルタ手段の上流からn番目のフィルタで得られた画像データとの差の絶対値が、予め設定された閾値Cn以上となる領域があったとき、
前記第1のフィルタ手段の上流から(n+1)番目のフィルタと前記第2のフィルタ手段の上流から(n+1)番目のフィルタは前記領域のみをフィルタ処理することを特徴とする請求項4に記載の画像処理装置。 - 更に、前記高周波強調画像データの着目画素の画素値が、画素値の取り得る上限値を超えた場合には、超過分の値を着目画素から減算すると共に、前記着目フレームの前記低周波平均画像データの中の、着目画素と同じ位置の画素に前記超過分の値を加算し、
前記高周波強調画像データの着目画素の画素値が、画素値の取り得る下限値を下回る場合には、前記着目画素の画素値を前記下限値にし、着目画素の画素値を前記下限値とするのに要する値を、前記低周波平均画像データの中の着目画素と同じ位置の画素からに減算することで、
前記高周波強調画像データ、前記算出手段で得られた前記低周波平均画像データを補正する補正手段を備え、
前記出力手段は、前記補正手段の補正後の高周波強調画像データ、低周波平均画像データを出力することを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。 - 単位時間当たりm個のフレームの入力動画像データを、単位時間当たりN(N≧2)倍したN×m個のフレームの出力動画像データとして出力する画像処理装置であって、
前記入力動画像データのうち、着目したフレームの画像データから、R個(R≧2)の空間周波数帯域の成分画像に分離するフィルタ手段と
前記フィルタ手段で得られたR個の成分画像データを一時的に記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されたR個の成分画像データをN回読み出す読み込み手段と、
前記N回の読込みにおいて、前記R個の成分画像データの時間的重心が一致し、かつ、前記R個の成分画像データの時間的分散が、前記空間周波数が高い成分画像ほど小さくなるように設定された所定の乗算係数を前記R個の成分画像データにそれぞれ乗算する乗算手段と、
前記読み込み手段で前記R個の空間周波数帯域成分の画像データを読み込む度に、前記乗算手段による乗算後の前記R個の空間周波数帯域成分の画像データを加算する加算手段と、
前記加算手段による合算した画像データを出力する出力手段と
を備えることを特徴とする画像処理装置。 - 単位時間当たりm個のフレームの入力動画像データを、単位時間当たりN(N≧2)倍したN×m個のフレームの出力動画像データとして出力する画像処理装置の制御方法であって、
フィルタ手段が、前記入力動画像データのうち、着目したフレームの画像データから、空間的な高周波成分画像データと空間的な低周波成分画像データとに分離するフィルタ工程と、
格納手段が、前記フィルタ工程で得られた各空間的な周波数成分の画像データを一時的に記憶手段に格納する工程と、
読み込み手段が、前記記憶手段に記憶された前記高周波成分画像データ、及び、前記低周波成分画像データをN回読み出す読み込み工程と、
乗算手段が、前記N回の読込みにおいて、前記高周波成分画像データと前記低周波成分画像データの時間的重心が一致し、かつ、前記高周波成分画像データの時間的分散が前記低周波成分画像データの時間的分散よりも小さくなるように設定された所定の乗算係数を前記高周波成分画像データと前記低周波成分画像データに乗算する乗算工程と、
加算手段が、前記読み込み工程で前記高周波成分画像データ、及び、前記低周波成分画像データを読み込む度に、前記乗算工程による乗算後の高周波成分画像データと前記低周波成分画像データとを加算する加算工程と、
出力手段が、前記加算工程において加算した画像データを出力する出力工程と
を備えることを特徴とする画像処理装置の制御方法。 - 単位時間当たりm個のフレームの動画像データを入力し、単位時間当たり2m個のフレームの動画像データとして出力する画像処理装置の制御方法であって、
入力手段が、フレーム単位に画像データを入力する入力工程と、
フィルタ手段が、入力工程で入力した着目フレームの画像データについて、空間的な高周波成分画像データと空間的な低周波成分画像データとに分離するフィルタ工程と、
格納手段が、前記着目フレームの1つ前のフレームの低周波成分画像データを記憶手段に格納する工程と、
算出手段が、前記フィルタ工程で得られた着目フレームの次に入力されるフレームの低周波成分画像データと、前記記憶手段に記憶された低周波成分画像データとの平均値である、低周波平均画像データを算出する算出工程と、
出力手段が、前記入力工程で入力した低周波成分画像データと高周波成分画像データとに基づいて作成される高周波強調画像データと、前記算出工程で得られた低周波平均画像データを、フレームごとに順番に出力する出力工程と
を備えることを特徴とする画像処理装置の制御方法。 - 単位時間当たりm個のフレームの入力動画像データを、単位時間当たりN(N≧2)倍したN×m個のフレームの出力動画像データとして出力する画像処理装置の制御方法であって、
フィルタ手段が、前記入力動画像データのうち、着目したフレームの画像データから、R個(R≧2)の空間周波数帯域の成分画像に分離するフィルタ工程と
格納手段が、前記フィルタ工程で得られたR個の成分画像データを一時的に記憶手段に格納する工程と、
読み込み手段が、前記記憶手段に記憶されたR個の成分画像データをN回読み出す読み込み工程と、
乗算手段が、前記N回の読込みにおいて、前記R個の成分画像データの時間的重心が一致し、かつ、前記R個の成分画像データの時間的分散が、前記空間周波数が高い成分画像ほど小さくなるように設定された所定の乗算係数を前記R個の成分画像データにそれぞれ乗算する乗算工程と、
加算手段が、前記読み込み工程で前記R個の空間周波数帯域成分の画像データを読み込む度に、前記乗算工程による乗算後の前記R個の空間周波数帯域成分の画像データを加算する加算工程と、
出力手段が、前記加算工程による加算した画像データを出力する出力工程と
を備えることを特徴とする画像処理装置の制御方法。 - コンピュータが読込み実行することで、前記コンピュータを、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の画像処理装置の各手段として機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
- 請求項11に記載のコンピュータプログラムを格納したことを特徴とするコンピュータ可読記憶媒体。
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