JP5950721B2 - 画像処理装置、画像処理方法 - Google Patents

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Description

本発明は、画像表示のための技術に関するものである。
近年、TVの受像機やPCのモニタをはじめとして、液晶表示デバイスなどの様々な表示デバイスを備えた画像表示装置が実用化されている。一般に液晶表示デバイスは、画素電極と対向電極との間に直流電圧が長時間にわたり印加され続けると、電荷の偏りが発生して階調特性を再現できなくなる、所謂“焼付き”が発生する。
このため、液晶表示デバイスでは、電荷の偏りが生じないように、例えばフレームレート60Hzの入力画像信号を、倍の120Hzとしてサブフレーム化する。そしてサブフレーム毎に液晶に印加する信号電圧の極性を、共通電極(VCOM)電圧に対して周期的に反転するという駆動を行っている。ここでは、サブフレーム毎に液晶に印加する信号電圧の極性を反転する駆動のことをサブフレーム反転交流駆動と呼ぶ。
一方、液晶表示装置に代表されるホールド型表示装置において、動物体の追従視(動画表示において、動物体を視線で追いかける見方)を行なった場合、光出力期間に応じた動きぼけが観測される。このような動きぼけを低減する為の技術として、「空間周波数分離方式」が提案されている。「空間周波数分離方式」とは、動きぼけに関与する画像の空間的高周波数成分を、サブフレームの一方に集中させ、もう一方は減少させて表示する方法である。これにより、出力画像において一方のサブフレームに空間的高周波数成分が局在することとなり、動きぼけを改善することができる。
しかしながら、「空間周波数分離方式」は、サブフレーム間で印加する電圧が異なるため、一方の極性に印加電圧が偏り、長時間駆動した場合に焼付きが発生する可能性があった。このため、各サブフレームの差分の累積値すなわち電荷蓄積量に応じて、「空間周波数分離方式」における駆動波形を補正することで電荷蓄積の増大を低減し、さらに動きぼけを改善する技術が開示されている(特許文献1)。また、極性反転駆動周期をサブフレーム単位からフレーム単位に拡張することで、印加電圧の偏りを防止する技術が開示されている(特許文献2)。
特開2009−042481号公報 特開2008−064919号公報
特許文献1に開示された技術は、各サブフレームの差分の累積値を記憶する為に、精度の高い電荷蓄積量の見積もりが可能な一方で、フレームメモリが必要となることから、メモリ帯域が制限されたシステムにおいては実現することが難しい。
また、特許文献2に開示された極性反転周期を拡張する方法では、極性反転周期が長くなることによりフリッカが視認されやすくなるという課題がある。また、「空間周波数分離方式」は空間的な周波数成分を時間的に分割して各サブフレームで表示するので、その表示時間差によって、動きが早い動画表示においては、高周波数成分に対して、低周波数成分が時間的にずれて尾引き現象として視認される場合がある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、「空間周波数分離方式」によって動きぼけを改善する一方で、各周波数成分の表示時間差によって生じる尾引き現象を改善する為の技術を提供することを目的とする。さらには、「空間周波数分離方式」を適用した際の電荷の偏りによって生じる焼付き等の画質劣化を抑制することを更なる目的とする。
本発明の目的を達成するために、例えば、本発明の画像処理装置は、画像データを入力する入力手段と、
前記入力手段により入力された第1フレームの画像データと該第1フレームに続く第2フレームの画像データとを第1合成比率に基づいて合成して合成画像を生成する合成手段と、
前記合成画像から、高周波成分が低減された低周波画像を生成する生成手段と、
前記低周波画像に基づく第1サブフレームを含む複数のサブフレームを前記入力手段による画像データの入力におけるフレームレートよりも高いフレームレートで表示させる表示制御手段と
を有することを特徴とする。
本発明の構成により、「空間周波数分離方式」によって動きぼけを改善する一方で、各周波数成分の表示時間差によって生じる尾引き現象を改善することができる。また、「空間周波数分離方式」を適用した際の電荷の偏りによって生じる焼付き等の画質劣化を抑制することができる。
画像処理装置の機能構成例を示すブロック図。 第1の実施形態に係る画像処理方法を説明する図。 画像処理装置の機能構成例を示すブロック図。 表示順序を入れ替える方法を説明する図。 画像処理装置が行う処理のフローチャート。 画像処理装置の機能構成例を示すブロック図。 合成比率b、cの調整について説明する図。 画像処理装置の機能構成例を示すブロック図。
以下、添付図面を参照し、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下説明する実施形態は、本発明を具体的に実施した場合の一例を示すもので、特許請求の範囲に記載の構成の具体的な実施例の1つである。
[第1の実施形態]
本実施形態に係る画像処理装置は、入力される各フレームの画像を2つのサブフレーム画像に分解し、1フレーム期間内に2枚のサブフレーム画像を出力することで、入力フレームレートの2倍の出力フレームレートを得る。そしてその際に、「空間周波数分離方式」において、動きぼけに関与する高周波数成分を一方のサブフレームに局在させることで、動きぼけを改善する。一方、空間的な周波数成分を時間的に分割して各サブフレームで表示することで、その表示時間差によって、動きが早い動画表示においては、高周波数成分に対して、低周波数成分が時間的にずれて視認される場合がある。ここでは、低周波数成分が時間的にずれて視認される現象を尾引き現象と呼ぶこととする。本実施形態では、表示における時間的な重心のずれによって視認される尾引き現象を低減する為に、フレーム間で画像を合成した後に低周波数成分画像を生成する。先ず、本実施形態に係る画像処理装置の機能構成例について、図1のブロック図を用いて説明する。
フレームレート変換部101には、動画像を構成する各フレームの画像が順次入力される。フレームレート変換部101は、入力された各フレームの画像を入力画像として取得し、該取得した入力画像をフレームメモリ102に格納すると共に、該フレームメモリ102から入力フレームレートの2倍の速度で入力画像を読み出す。
以下の説明では、フレームレート変換部101が、i番目のフレームの画像F[i]と、(i−1)番目のフレームの画像F[i−1]と、を読み出した場合について説明する。ここで、F[i]は、フレームレート変換部101にi番目に入力された画像(i番目のフレームの画像)を示している。然るに、以下に説明する各処理をi=2,3,…について行うことで、各フレームのサブフレーム画像を生成して出力することができる。
そしてフレームレート変換部101は、画像F[i]を高周波画像生成部103及び第1の画像合成部106に対して送出すると共に、画像F[i−1]を第1の画像合成部106に対して送出する。
第1の画像合成部106は、以下の式1に従って、画像F[i]と、画像F[i−1]と、を合成比率a(0≦a≦1)で合成することにより、合成画像A[i]を生成する。
A[i]=F[i]×a+F[i−1]×(1−a) … (1)
係る式は、画像F[i]を構成する各画素の画素値をa倍したものと、画像F[i−1]を構成する各画素の画素値を(1−a)倍したものと、を加算した値を画素値とする画像を、合成画像A[i]として生成することを意味している。なお、この合成比率aは、予め設定されたものであっても良いし、ユーザが不図示の操作部などを用いて適宜設定したものであっても良い。そして第1の画像合成部106は、生成した合成画像A[i]を低周波画像生成部104に対して送出する。
低周波画像生成部104は、合成画像A[i]中の低周波数成分から成る画像を低周波数成分画像LPF(A[i])として生成する。本実施形態では、低周波数成分画像LPF(A[i])は、合成画像A[i]に対してローパスフィルタ(LPF)を用いたフィルタ処理を行うことで生成する。しかし、低周波数成分画像LPF(A[i])の生成方法やローパスフィルタの構成については特定の生成方法、特定の構成に限るものではない。そして低周波画像生成部104は、生成した低周波数成分画像LPF(A[i])を、選択部105に対して送出する。
高周波画像生成部103は、画像F[i]中(入力画像中)の高周波数成分を強調した画像を高周波数成分強調画像HPF(F[i])として生成する。高周波数成分強調画像HPF(F[i])の生成方法については、特定の生成方法に限るものではないが、例えば、以下の式2に従って生成することができる。
HPF(F[i])=2×F[i]−LPF(F[i]) … 式2
係る式は、画像F[i]を構成する各画素の画素値を2倍したものから、画像F[i]に対してローパスフィルタ処理を行った画像を構成する各画素の画素値を差し引いた値を画素値とする画像を、高周波数成分強調画像として生成することを意味している。そして高周波画像生成部103は、生成した高周波数成分強調画像HPF(F[i])を選択部105に対して送出する。
選択部105は、高周波数成分強調画像HPF(F[i])と低周波数成分画像LPF(A[i])とを、サブフレームとして順次選択して出力する。選択部105は、低周波数成分画像LPF(A[i])が高周波成分強調画像HPF(F[i])より時間的に先頭のサブフレーム(ここでは第1サブフレームと呼ぶ)で選択して出力するよう切り替えることが望ましい。
以上説明した各部の動作により、「空間周波数分離方式」において、動きぼけに関与する高周波数成分を一方のサブフレームに局在させて表示することが可能となる。次に、表示における時間的な重心のずれによって視認される尾引き現象を低減する為に、フレーム間で画像を合成する方法について説明する。
図2は、第1の実施形態における画像処理方法を説明する為の図である。例えば60Hzのフレームレートで入力された画像が2倍の120Hzのフレームレートに変換され、フレームレート変換部101において画像F[i](図2における201)と画像F[i−1](図2における202)がそれぞれ出力される。その後、合成比率a=0.5として、画像F[i]と画像F[i−1]を合成する。図2における符号203は、合成比率a=0.5であることを示しており、符号204は、画像F[i]と画像F[i−1]の平均画像である合成画像を示している。
画像F[i]と画像F[i−1]の平均画像である合成画像A[i]に基づいて低周波数成分画像LPF(A[i])を生成し、画像F[i]に基づいて高周波成分強調画像HPF(F[i])を生成する。そして、第1サブフレームとして低周波数成分画像LPF(A[i])を表示し、第2サブフレームとして高周波成分強調画像HPF(F[i])を表示する。
本実施形態では、尾引き現象を改善する為に、時間的な重心のずれが低減するよう予めフレーム間で画像を合成した後に低周波数成分画像を生成する。図2に示すように、2つのサブフレームに分割して表示をする場合は、合成比率a=0.5として、画像F[i]と画像F[i−1]の平均画像を合成画像とすることで、時間的な重心のずれをよく改善し、尾引き現象による画像の歪みを低減することができる。
このように、本実施形態によれば、「空間周波数分離方式」によって動きぼけを改善する一方で、表示における時間的な重心のずれによって視認される尾引き現象を低減することが可能となる。
なお、合成画像は、着目フレームと該着目フレームよりも1フレーム前のフレームとから生成することに限定するものではなく、着目フレームと該着目フレームよりも過去のフレームとから生成しても良い。これは以降の実施形態においても同様である。
[第2の実施形態]
第1の実施形態に係る「空間周波数分離方式」は、サブフレーム毎に異なる画像を表示する。一方、”焼付き”を改善する為にサブフレーム反転交流駆動を行なう液晶表示デバイスにおいて、「空間周波数分離方式」を適用すると、一方の極性に印加電圧が偏る可能性があり、電極間にかかる電荷の偏りをキャンセルすることができない場合がある。
本実施形態では、「空間周波数分離方式」をサブフレーム反転交流駆動を行う液晶表示デバイスに適用した際の、電荷の偏りによって生じる焼付き等の画質劣化を抑制する画像処理装置、及び画像処理方法について説明する。
具体的には、低周波数成分画像と高周波成分強調画像の表示順序をある一定期間毎に入れ替えて表示することで電荷の偏りを改善する。またその際、複数フレーム期間で段階的に入れ替えることによって入れ替え時の動画歪みを改善する。
先ず、本実施形態に係る画像処理装置の機能構成例について、図3のブロック図を用いて説明する。なお、図3において、図1に示した機能部と同じ機能部には同じ参照番号を付しており、この機能部に係る説明は省略する。
第2の画像合成部302は、以下の式3に従って、画像F[i]と、画像F[i−1]と、を合成比率b(0≦b≦1)で合成することによって、合成画像B[i]を生成する。
B[i]=F[i]×b+F[i−1]×(1−b) … (3)
係る式は、画像F[i]を構成する各画素の画素値をb倍したものと、画像F[i−1]を構成する各画素の画素値を(1−b)倍したものと、を加算した値を画素値とする画像を、合成画像B[i]として生成することを意味している。本実施形態では、第1の画像合成部106で用いる合成比率aや、第2の画像合成部302で用いる合成比率bは、合成比率調整部301によって調整される。その調整方法について詳しくは後述する。そして第2の画像合成部302は、生成した合成画像B[i]を高周波画像生成部103に対して送出する。
高周波画像生成部103は、合成画像B[i]中の高周波数成分を強調した画像を高周波数成分強調画像HPF(B[i])として生成する。高周波数成分強調画像HPF(B[i])の生成方法については、特定の生成方法に限るものではないが、例えば、以下の式4に従って生成することができる。
HPF(B[i])=2×B[i]−LPF(B[i]) … 式4
係る式は、画像B[i]を構成する各画素の画素値を2倍したものから、画像B[i]に対してローパスフィルタ処理を行った画像を構成する各画素の画素値を差し引いた値を画素値とする画像を、高周波数成分強調画像として生成することを意味している。そして高周波画像生成部103は、生成した高周波数成分強調画像HPF(B[i])を、第3の画像合成部30及び第4の画像合成部30に対して送出する。一方、低周波画像生成部104は、生成した低周波数成分画像LPF(A[i])を、第3の画像合成部303及び第4の画像合成部304に対して送出する。
第3の画像合成部303は、以下の式5に従って、高周波数成分強調画像HPF(B[i])と低周波数成分画像LPF(A[i])とを合成比率c(0≦c≦1)で合成することで合成画像C[i]を生成する。
C[i]=HPF(B[i])×c+LPF(A[i])×(1−c) … (5)
係る式は、HPF(B[i])を構成する各画素の画素値をc倍したものと、LPF(A[i])を構成する各画素の画素値を(1−c)倍したものと、を加算した値を画素値とする画像を、合成画像C[i]として生成することを意味している。そして第3の画像合成部303は、生成した合成画像C[i]を選択部105に対して送出する。
第4の画像合成部304は、以下の式6に従って、高周波数成分強調画像HPF(B[i])と低周波数成分画像LPF(A[i])とを合成比率d(0≦d≦1)で合成することで合成画像D[i]を生成する。
D[i]=HPF(B[i])×d+LPF(A[i])×(1−d) … (6)
係る式は、HPF(B[i])を構成する各画素の画素値をd倍したものと、LPF(A[i])を構成する各画素の画素値を(1−d)倍したものと、を加算した値を画素値とする画像を、合成画像D[i]として生成することを意味している。そして第4の画像合成部304は、生成した合成画像D[i]を選択部105に対して送出する。
本実施形態では、第3の画像合成部303で用いる合成比率cや、第4の画像合成部304で用いる合成比率dは、合成比率調整部301によって調整される。その調整方法について詳しくは後述する。
選択部105は、合成画像C[i]と合成画像D[i]とを、サブフレームとして順次選択して出力する。選択部105は、合成画像C[i]が合成画像D[i]より時間的に先頭のサブフレーム(ここでは第1サブフレームと呼ぶ)で選択して出力するよう切り替えることが望ましい。
合成比率調整部301は、上記の通り、合成比率a、合成比率b、合成比率c、合成比率d、をフレーム単位で調整する。ここで、これらの合成比率を調整することで、低周波数成分画像と高周波成分強調画像の表示順序を入れ替える方法について、図4を用いて説明する。以下では、各フレーム期間における表示順について説明する。
<フレーム期間T0>
まず、図4においてフレーム期間T0に着目する。図4では、合成比率調整部301は、フレーム期間T0で合成比率a、合成比率b、合成比率c、合成比率d、の各合成比率を以下のように設定している。
合成比率a=0.5(符号401)
合成比率b=1.0(符号402)
合成比率c=0.0(符号403)
合成比率d=1.0(符号404)
このように各合成比率を設定すると、フレーム期間T0で表示する各サブフレームの画像は以下の通り表すことができ、これは、各サブフレームの表示画像が第1の実施形態と同一であることを意味している。
第1サブフレーム(符号405)=LPF(A[i])=LPF(F[i]×0.5+F[i−1]×0.5)
第2サブフレーム(符号406)=HPF(B[i])=HPF(F[i])
これにより、フレーム期間T0においては第1の実施形態と同様、高周波数成分を第2サブフレームに局在させることで、動きぼけを改善する効果を得ることができる。さらに低周波成分画像は画像F[i]と画像F[i−1]の平均画像に基づいており、表示における時間的な重心のずれによって視認される尾引き現象を低減することができる。
<フレーム期間T6>
次に、図4においてフレーム期間T6に着目する。図4では、合成比率調整部301は、フレーム期間T6で合成比率a、合成比率b、合成比率c、合成比率d、の各合成比率を以下のように設定している。
合成比率a=0.5(符号411)
合成比率b=0.0(符号412)
合成比率c=1.0(符号413)
合成比率d=0.0(符号414)
このように各合成比率を設定すると、フレーム期間T6で表示する各サブフレームの画像は以下の通り表すことができる。
第1サブフレーム(符号415)=HPF(B[i+6])=HPF(F[i+5])
第2サブフレーム(符号416)=LPF(A[i+6])=LPF(F[i+6]×0.5+F[i+5]×0.5)
フレーム期間T6では、画像F[i+5]における高周波数成分を第1サブフレームに局在させており、また、第2サブフレームに表示する低周波成分画像は、画像F[i+6]と画像F[i+5]の平均画像に基づいている。つまり高周波数成分を第1サブフレームに局在させることで、動きぼけを改善する一方で、表示における時間的な重心のずれによって視認される尾引き現象を低減することができる。
但し、フレーム期間T6では、フレーム期間T0と比較して各サブフレームで表示する高周波成分強調画像と低周波成分画像の表示順序が逆である。フレーム期間T0における各合成比率と、フレーム期間T6における各合成比率と、を所定の時間毎に切り替えて画像表示を行うことで、サブフレーム反転交流駆動を行う際に、一方の極性に印加電圧が偏り続ける現象の改善が可能となる。例えば、第1サブフレームをプラス極性で駆動し、第2サブフレームをマイナス極性で駆動する場合、高周波成分強調画像は、フレーム期間T0においてマイナス極性で表示し、フレーム期間T6においてプラス極性で表示することになる。このように各周波数成分画像の表示極性を所定の時間毎に切り替えて表示することで、印加電圧の偏りを改善することができる。
一方、フレーム期間T0とフレーム期間T6を連続するフレームで切り替えると、例えば、スクロール画像のような動画を表示した際に、動画の不連続が動画歪みとして視認される場合がある。この場合、例えば、切り替えるタイミングを静止画像表示時やシーンチェンジ時と同期して実施することで、動画歪みの視認程度は改善することができる。しかしここでは、連続した動画表示期間中であっても、切り替え時の動画の不連続による動画歪みを改善する方法について説明する。具体的にはフレーム期間T0とフレーム期間T6の間に位置するフレーム期間T3において、「空間周波数分離方式」を実施しない場合に相当する画像を表示する。そしてフレーム期間T0、T3、T6のそれぞれの間に位置するフレームについては、それぞれ段階的に画像が切り替わるように制御する。
<フレーム期間T3>
次に、図4においてフレーム期間T3に着目する。図4では、合成比率調整部301は、フレーム期間T3で合成比率a、合成比率b、合成比率c、合成比率d、の各合成比率を以下のように設定している。
合成比率a=1.0(符号421)
合成比率b=1.0(符号422)
合成比率c=0.5(符号423)
合成比率d=0.5(符号424)
この時、A[i+3]=F[i+3]、B[i+3]=F[i+3]となり、A[i+3]とB[i+3]とは同一画像となる。また、フレーム期間T3で表示する各サブフレームの画像は以下の通り表すことができる。
第1サブフレーム(符号425)=LPF(A[i+3])×0.5+HPF(B[i+3])×0.5
第2サブフレーム(符号426)=HPF(B[i+3])×0.5+LPF(A[i+3])×0.5
ここで、A[i+3]=F[i+3]、B[i+3]=F[i+3]であるので、次式の通り、第1サブフレームと第2サブフレームの表示画像は同一画像であるといえる。
第1サブフレーム(符号425)=第2サブフレーム(符号426)=HPF(F[i+3])×0.5+LPF(F[i+3])×0.5
また、式(4)に基づくと、第1サブフレームと第2サブフレームの表示画像はいずれもF[i+3]と表すことができ、入力フレームと同等の画像である。つまり、フレーム期間T3における表示画像は「空間周波数分離方式」を実施しない場合と同等であることを意味する。
<フレーム期間T1、T2、T4、T5>
フレーム期間T1、T2では、フレーム期間T0における合成比率とフレーム期間T3における合成比率との間を補間するような(連続的に変化するような)合成比率を設定する。例えば、合成比率aは、フレーム毎に逓増するように、フレーム期間T1における合成比率aは”0.8”、フレーム期間T2における合成比率aは”0.9”と設定する。
また、フレーム期間T4、T5では、フレーム期間T3における合成比率とフレーム期間T6における合成比率との間を補間するような(連続的に変化するような)合成比率を設定する。例えば、合成比率aは、フレーム毎に逓減するように、フレーム期間T4における合成比率aは”0.9”、フレーム期間T5における合成比率aは”0.8”と設定する。また、合成比率bも、フレーム毎に逓減するように、フレーム期間T4における合成比率bは”0.8”、フレーム期間T5における合成比率bは”0.4”と設定する。
合成比率c、合成比率dについても同様に設定する。即ち、合成比率cは、フレーム期間T1からT3、及びT3からT6の期間において逓増するように設定し、合成比率dは逓減するように設定する。
なお、図4では説明上、フレーム数を7フレームとしているがこれに限らない。連続するN(Nは2以上の整数)フレームからなるフレーム群を第1フレーム群とすると、第1フレーム群において、合成比率aが逓増するように設定する。また、第1フレーム群より後で連続するNフレーム群を第2フレーム群とすると、第2フレーム群において、合成比率a及び合成比率bが逓減するように設定する。また、第1フレーム群及び第2フレーム群の間では、合成比率cは逓増するように設定し、合成比率dは逓減するように設定する。
フレーム期間T0からフレーム期間T6への段階的な入れ替えが終了し、所定の時間が経過した後は、同様にフレーム期間T6からフレーム期間T0への段階的な入れ替えを実施する。第1フレーム群及び第2フレーム群は、フレームレート60Hzの画像入力に対して30から1800フレーム(0.5秒から30秒)の期間とすると、切り替え時の動画の不連続が視認され難いことが確認されている。また、図4のフレーム期間T3で示したように、入れ替えシーケンスの中間付近に、「空間周波数分離方式」を実施しない場合と同等の画像を表示することが望ましい。また、合成比率aは、第1フレーム群において逓減するように設定することで、フレーム期間T3において「空間周波数分離方式」を実施しない場合と同等の画像を表示し、第2フレーム群において逓増するように設定しても同様の効果が得られる。
また、各画像合成部、高周波画像生成部、低周波画像生成部では、ディスプレイのガンマ特性を考慮して、ディスプレイに表示した際の輝度特性にリニアな空間で各種演算処理を実施することが望ましい。
以上説明したように、サブフレームで表示順序を入れ替える際に、入れ替え後の表示順序を目的として複数フレーム間で段階的に各合成比率を設定することで、切り替え時の動画の不連続による動画歪みを改善することが可能となる。
次に、本実施形態に係る画像処理装置の動作について図5のフローチャートを用いて説明する。ステップS1では、画像処理装置の不図示の制御部は、カウンタmの値を0に初期化する。
ステップS2では、上記の各処理により、第1サブフレームとして低周波数成分画像を出力し、第2サブフレームとして高周波数成分強調画像を出力するように動作する。このような動作モードをドライブモード1と呼称する。このドライブモード1は、例えば、図4中のフレーム期間T0における表示を行うモードである。ステップS2の処理を行うたびに、上記制御部はカウンタmを1つインクリメントする。
ステップS3では、上記制御部は、カウンタmの値が規定値に達したか否かを判断する。この判断の結果、規定値に達した場合には、表示順序の入れ替えシーケンスを開始するものと判断し、処理はステップS4に進む。一方、規定値に達していない場合には、処理はステップS2に戻る。
ステップS4では、合成比率調整部301は、各合成比率を上記の如く、中間目標値まで段階的に逓増、または逓減処理する。中間目標値は、例えば図4中のフレーム期間T3における各合成比率の値であって、「空間周波数分離方式」を実施しない場合と同等の画像を得るための合成比率である。
次にステップS5では、合成比率調整部301は、ドライブモード2において表示する内容と等しくなるように、各合成比率を、段階的に逓増、または逓減処理する。ドライブモード2とは、例えば、図4中のフレーム期間T6における表示を行うためのモードであって、第1サブフレームが高周波成分強調画像、第2サブフレームが低周波数成分画像である。
なお、ステップS4、ステップS5で各合成比率を変化させる処理と並行して、該合成比率に応じて第1サブフレーム及び第2サブフレームを生成して出力する処理は行われる。段階的な逓増、または逓減処理が終了した後、ステップS6では、上記制御部は、カウンタmの値を0に初期化する。
ステップS7では、上記の各処理により、第1サブフレームとして高周波数成分強調画像を出力し、第2サブフレームとして低周波数成分画像を出力するように動作する。このような動作モードをドライブモード2と呼称する。ステップS7の処理を行うたびに、上記制御部はカウンタmを1つインクリメントする。
ステップS8では、上記制御部は、カウンタmの値が規定値に達したか否かを判断する。この判断の結果、規定値に達した場合には、表示順序の入れ替えシーケンスを開始するものと判断し、処理はステップS9に進む。一方、規定値に達していない場合には、処理はステップS7に戻る。
ステップS9では、合成比率調整部301は、ドライブモード1において表示する内容と等しくなるように、各合成比率を、段階的に逓増、または逓減処理する。なお、ステップS9で各合成比率を変化させる処理と並行して、該合成比率に応じて第1サブフレーム及び第2サブフレームを生成して出力する処理は行われる。
以上のように、本実施形態によれば、「空間周波数分離方式」によって動きぼけを改善する一方で、表示における時間的な重心のずれによって視認される尾引き現象を低減することが可能となる。さらに、「空間周波数分離方式」をサブフレーム反転交流駆動を行う液晶表示デバイスに適用した際に、サブフレームで表示順序を入れ替えることにより、電荷の偏りによって生じる焼付き等の画質劣化を抑制することが可能である。また、表示順序を入れ替える際に、入れ替え後の表示順序を目的として複数フレーム間で段階的に入れ替えることで、動画の不連続による動画歪みを改善することが可能となる。
なお、第2の実施形態として説明した上記の構成には様々な変形例が考えられるが、何れも以下の構成の一例に過ぎない。即ち、各フレームの画像を入力画像として取得し、該入力画像と該入力画像よりも過去のフレームの入力画像である過去入力画像とを第1の合成比で合成した第1の合成画像、第2の合成比で合成した第2の合成画像、を生成する(第1の合成)。そして、第1の合成画像中の高周波数成分を強調した画像を高周波数成分強調画像として生成する(第1の生成)と共に、第2の合成画像中の低周波数成分から成る画像を低周波数成分画像として生成する(第2の生成)。
そして、高周波数成分強調画像と低周波数成分画像とを第3の合成比で合成した第3の合成画像、第4の合成比で合成した第4の合成画像、を生成し(第2の合成)、第3の合成画像と第4の合成画像とを交互に、入力画像のサブフレームの画像として出力する。その際、第1乃至4の合成比をフレームごとに調整する。
この調整では、第1の合成比を、連続する複数フレームの期間の両端フレームでは、入力画像と過去入力画像とが同比率で合成されるように調整し、該期間の中央フレームでは、入力画像が第1の合成画像となるように調整する。また、両端フレームと中央フレームとの間のフレームでは、両端フレームにおける第1の合成比と中央フレームにおける第1の合成比との間を補間した合成比に調整する。
第2の合成比は、上記期間の開始から途中フレームまでは、入力画像が第2の合成画像となるように調整し、該期間の終端フレームでは、過去入力画像が第2の合成画像となるように調整する。また、途中フレームと終端フレームとの間のフレームでは、途中フレームにおける第2の合成比と終端フレームにおける第2の合成比との間を補間した合成比に調整する。
第3の合成比は、上記期間の開始フレームでは、低周波数成分画像が第3の合成画像となるように調整し、該期間の終端フレームでは、高周波数成分強調画像が第3の合成画像となるように調整する。また、開始フレームと終端フレームとの間のフレームでは、開始フレームにおける第3の合成比と終端フレームにおける第3の合成比との間を補間した合成比に調整する。
第4の合成比は、上記期間の開始フレームでは、高周波数成分強調画像が第4の合成画像となるように調整し、該期間の終端フレームでは、低周波数成分画像が第4の合成画像となるように調整する。また、開始フレームと終端フレームとの間のフレームでは、開始フレームにおける第4の合成比と終端フレームにおける第4の合成比との間を補間した合成比に調整する。
[第3の実施形態]
第2の実施形態は、各合成比率をフレームごとに切り替える実施形態の一例であった。本実施形態では、各合成比率をサブフレームごとに切り替える一例について説明する。先ず、本実施形態に係る画像処理装置の機能構成例について、図6のブロック図を用いて説明する。なお、図6において、図1,3に示した機能部と同じ機能部には同じ参照番号を付しており、この機能部に係る説明は省略する。
第2の画像合成部302は、合成比率調整部601によって指定された合成比率bを用いて、第2の実施形態と同様にして合成画像B[i]を生成する。そして第2の画像合成部302は、生成した合成画像B[i]を高周波画像生成部103及び低周波画像生成部104に対して送出する。
高周波画像生成部103は、第2の実施形態と同様にして、高周波数成分強調画像HPF(B[i])を生成し、生成した高周波数成分強調画像HPF(B[i])を第3の画像合成部303に対して送出する。
低周波画像生成部104は、合成画像B[i]中の低周波数成分から成る画像を低周波数成分画像LPF(B[i])として生成する。生成方法は第1の実施形態で説明したとおりである。そして低周波画像生成部104は、生成した低周波数成分画像LPF(B[i])を、第3の画像合成部303に対して送出する。
第3の画像合成部303は、高周波数成分強調画像HPF(B[i])と、低周波数成分画像LPF(B[i])と、から、合成比率調整部601によって指定された合成比率cを用いて、第2の実施形態と同様にして合成画像C[i]を生成する。
合成比率調整部601による合成比率b、cの調整について、図7を用いて説明する。合成比率調整部601は、上記の如く、サブフレーム毎に合成比率bと合成比率cを設定する。
例えば、合成比率bは、第1フレーム群(図7におけるフレーム期間T0〜T3)において第1サブフレームでは0.5から逓減するように設定し(第1サブフレーム用)、第2サブフレームでは1.0のまま変化させていない(第2サブフレーム用)。また、合成比率bは、第2フレーム群(図7におけるフレーム期間T4〜T6)において第1サブフレームでは0.0のまま変化させず(第1サブフレーム用)、第2サブフレームでは1.0からから逓減するように設定する(第2サブフレーム用)。
即ち、第1サブフレームについては、第1フレーム群の期間では合成対象の2フレームのうち過去のフレームに対する合成比率を逓増させ、第2フレーム群の期間では、該2フレームのうち該過去のフレームが採用されるようにしている。第2サブフレームについては、第1フレーム群の期間では該2フレームのうち最近フレームが採用されるようにし、第2フレーム群の期間では該過去のフレームに対する合成比率を逓増させる。
また例えば、合成比率cは、第1フレーム群及び第2フレーム群において第1サブフレームでは0.0から逓増するように設定し、第2サブフレームでは1.0から逓減するように設定する。
即ち、第1フレーム群及び第2フレーム群の期間において、第1サブフレームについては、低周波数成分画像LPFに対する合成比率を逓減させ、第2サブフレームについては、高周波数成分強調画像HPFに対する合成比率を逓減させる。
いずれも、入れ替え後の表示順序を目的として、また中間のフレーム(図7におけるT3)において「空間周波数分離方式」を実施しない場合と同等の画像を表示するものとして、各合成比率をサブフレーム毎に設定する。これによって、段階的な表示順序の入れ替えが可能となる。
以上、本実施形態によれば、第2の実施形態と同様に、「空間周波数分離方式」によって動きぼけを改善する一方で、表示における時間的な重心のずれによって視認される尾引き現象を低減することが可能となる。さらに、「空間周波数分離方式」をサブフレーム反転交流駆動を行う液晶表示デバイスに適用した際に、サブフレームで表示順序を入れ替えることにより、電荷の偏りによって生じる焼付き等の画質劣化を抑制することが可能である。また、表示順序を入れ替える際に、入れ替え後の表示順序を目的として複数フレーム間で段階的に入れ替えることで、動画の不連続による動画歪みを改善することが可能となる。また、各画像合成比率をサブフレーム毎に切り替えて設定するので、画像合成部の実装総数を第2の実施形態と比較をして削減することが可能となる。
なお、第3の実施形態として説明した上記の構成には様々な変形例が考えられるが、何れも以下の構成の一例に過ぎない。即ち、各フレームの画像を入力画像として取得し、該入力画像に対する複数枚のサブフレームの画像を生成し、該サブフレームの画像を出力するのであるが、サブフレームの生成は、次のようにして行う。
先ず、入力画像と該入力画像よりも過去のフレームの入力画像である過去入力画像とを、着目サブフレーム用に調整された第1の合成比で合成した第1の合成画像を生成する(第1の合成)。そして、第1の合成画像中の高周波数成分を強調した画像を高周波数成分強調画像として生成する(第1の生成)と共に、第1の合成画像中の低周波数成分から成る画像を低周波数成分画像として生成する(第2の生成)。
そして、高周波数成分強調画像と低周波数成分画像とを、着目サブフレーム用に調整された第2の合成比で合成した第2の合成画像を、着目サブフレームの画像として生成(第2の合成)し、第1の合成比及び第2の合成比をサブフレームごとに調整する。
[第4の実施形態]
第1乃至3の実施形態では、「空間周波数分離方式」での表示における時間的な重心のずれを改善する為に、連続する2フレームの合成画像を用いて低周波数成分画像を生成している。本実施形態は、「空間周波数分離方式」での表示における時間的な重心のずれを改善する為に、連続する2フレーム間の画像としての補間画像を用いて低周波数成分画像を生成する場合に適した実施形態の一例である。
本実施形態に係る画像処理装置の機能構成例について、図8のブロック図を用いて説明する。なお、図8において、図1,3に示した機能部と同じ機能部には同じ参照番号を付しており、この機能部に係る説明は省略する。
補間画像生成部801は、フレームレート変換部101から2倍のフレームレートでフレームメモリ102から読み出された画像F[i]と画像F[i−1]とを受け取ると、この2フレーム間の画像としての補間画像を生成する。補間画像は、画像中のオブジェクトの動きベクトルを検出して推定した画像である。
ここで補間画像生成方法の一例を示す。まず、基準とする画像F[i]を複数の画素ブロックに分割する。そして、画像F[i−1]中の各画素ブロックに対して、最も相関の高い画像F[i]中の画素ブロックを求め、動きベクトルを推定する。相関の高いブロックを求める処理には、例えば、ブロックマッチングのアルゴリズムを用いることができる。推定した動きベクトルに応じて、フレーム間の中間位置に該ブロックが移動するように補間画像を生成して出力する。
例えば、第1サブフレームとして低周波数成分画像を表示し、第2サブフレームとして高周波数成分強調画像を表示するとする。この場合、補間画像生成部801は、第1サブフレームとして、F[i]及びF[i−1]から補間画像を生成して出力し、第2サブフレームとして、F[i]をそのまま出力する。また、逆に、第1サブフレームとして高周波数成分強調画像を表示し、第2サブフレームとして低周波数成分画像を表示するとする。この場合、補間画像生成部801は、第1サブフレームとして、F[i−1]をそのまま出力し、第2サブフレームとして、F[i−1]及びF[i]から補間画像を生成して出力する。
ここで、動きベクトル量を補間比率調整部802で生成する補間比率v(0≦v≦1)で表現すると、例えば各フレーム間の中間位置(補間するフレーム位置)に補間画像を生成する場合、補間比率v=0.5と表現することができる。一方、サブフレームで表示順序を段階的に入れ替える場合は、上記の実施形態と同じく補間比率vをサブフレーム毎に段階的に逓増、または逓減処理すればよい。
例えば、画像F[i]において、補間比率v=0の場合は画像F[i−1]に相当、補間比率v=1の場合は画像F[i]に相当する。また、補間比率v=0.5の場合は画像F[i−1]と画像F[i]の中間位置に相当する補間画像とすると、図7における合成比率bをそのまま補間比率vとして適用することで、サブフレームで表示順序を段階的に入れ替えることが可能となる。この時、補間比率調整部802において設定する合成比率cについても、図7における合成比率cをそのまま適用すればよい。
以上、本実施形態によれば、「空間周波数分離方式」での表示における時間的な重心のずれを改善する為に、フレーム間の補間画像を用いて低周波数成分画像を生成する場合であっても、表示順序を段階的に入れ替えることが可能となる。
補間画像は、動きベクトルを推測してフレーム間の中間位置に相当するように生成されるので、補間画像に基づいて低周波数成分画像(補間画像中の低周波数成分から成る画像)を生成することで時間的な重心のずれを改善することができる。一方、補間画像は、動きベクトルの推測結果に基づくので、常に理想とする中間位置に画像が生成できるものではないが、低周波数成分画像で所謂ぼかして表示することで、生成ミスを補うことが可能となる。
[第5の実施形態]
前述までの実施形態では、フレームレート変換部101において、入力される各フレームの画像を2つのサブフレーム画像に分解し、1フレーム期間内に2枚のサブフレーム画像を出力する場合について説明したが、これに限らない。即ち、1フレーム期間内にM(M≧2)枚のサブフレーム画像を出力するものであればよい。例えば、各フレームの画像を4つのサブフレーム画像に分解して出力した場合においても、高周波数成分強調画像を駆動する極性を入れ替えるように表示順序を入れ替えればよい。その際、入れ替え後の表示画像を目標とする画像として各サブフレームの各合成比率、及び補間比率を段階的に逓増、または逓減処理すればよい。さらに上記で説明した各合成比率の値域(0〜1)は、これに限ったものではなく、例えば1以上に設定したとしてもよい。さらに、「空間周波数分離方式」における適用のみならず、サブフレーム反転交流駆動において異なる画像を各サブフレームに表示する場合に対して同様に適用できる。
また、図1,3,6,8に示した各部はハードウェアで構成しても良いが、フレームメモリ102以外の各部はソフトウェア(コンピュータプログラム)で構成しても良い。例えば、一般のPC(パーソナルコンピュータ)が有するハードディスクにこのコンピュータプログラムをインストールしておくと共に、各フレームの画像をこのハードディスクに格納する。そしてこのPCのCPUがこのコンピュータプログラムをハードディスクからRAMに読み出して実行することで、このPCは上記の各画像処理装置として機能することになる。また、第1乃至4の実施形態は適宜組み合わせて用いても良く、組み合わせる技術は一部だけであっても良いし、全部であっても良い。
(その他の実施例)
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (11)

  1. 画像データを入力する入力手段と、
    前記入力手段により入力された第1フレームの画像データと該第1フレームに続く第2フレームの画像データとを第1合成比率に基づいて合成して合成画像を生成する合成手段と、
    前記合成画像から、高周波成分が低減された低周波画像を生成する生成手段と、
    前記低周波画像に基づく第1サブフレームを含む複数のサブフレームを前記入力手段による画像データの入力におけるフレームレートよりも高いフレームレートで表示させる表示制御手段と
    を有することを特徴とする画像処理装置。
  2. 前記合成手段は、さらに、前記第1フレームの画像データと前記第2フレームの画像データとを第2合成比率に基づいて合成して第2合成画像を生成し、
    前記生成手段は、さらに、前記第2合成画像から、高周波成分が強調された高周波強調画像を生成し、
    前記表示制御手段は、前記低周波画像と前記高周波強調画像とに基づく前記複数のサブフレームを、前記入力手段による画像データの入力におけるフレームレートよりも高いフレームレートで表示させることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
  3. 前記生成手段は、前記高周波強調画像と前記低周波画像とを第3合成比率に基づいて合成して前記第1サブフレームを生成すると共に、前記高周波強調画像と前記低周波画像とを第4合成比率に基づいて合成して第2サブフレームを生成し、
    前記表示制御手段は、前記生成手段により生成された前記第1及び第2サブフレームを前記複数のサブフレームとして表示させることを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。
  4. 前記合成手段は、前記入力手段により入力された規定数のフレームのうち最初に入力したフレーム及び最後に入力したフレームである端部フレームと、該端部フレームと隣接したタイミングで前記入力手段により入力された隣接フレームと、が同じ比率で合成されるように前記第1合成比率を制御し、前記最初に入力したフレームから該規定数よりも小さいフレーム数分後の後続フレームまでは、前記最初に入力したフレームから該後続フレームに近づくにつれてより最近に入力したフレームの比率が高い合成画像が生成されるように前記第1合成比率を制御し、該後続フレームから前記最後に入力したフレームまでは、前記後続フレームから該最後に入力したフレームに近づくにつれてより最近に入力したフレームの比率が低い合成画像が生成されるように前記第1合成比率を制御することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の画像処理装置。
  5. 前記合成手段は、前記入力手段により入力された規定数のフレームのうち最初に入力したフレームから該規定数よりも小さいフレーム数分後の後続フレームまでは、前記最初に入力したフレームから該後続フレームに近づくにつれてより最近に入力したフレームの比率が高い合成画像が生成されるように前記第2合成比率を制御し、該後続フレームから、該規定数のフレームのうち最後に入力したフレームまでは、前記後続フレームから該最後に入力したフレームに近づくにつれてより最近に入力したフレームの比率が低い合成画像が生成されるように前記第2合成比率を制御することを特徴とする請求項2又は3に記載の画像処理装置。
  6. 前記表示制御手段は、前記入力手段により入力された1フレーム分の画像データに対して2フレーム分のサブフレームを表示させ、
    前記生成手段は、
    前記入力手段により入力された規定数のフレームのうち最初に入力したフレームに対応する前記第1サブフレームと前記第2サブフレームとを順次表示させる場合において、前記第1サブフレームは、前記高周波強調画像よりも前記低周波画像の比率が高くなるように合成された画像となるように前記第3合成比率を制御すると共に、前記第2サブフレームは、前記低周波画像よりも前記高周波強調画像の比率が高くなるように合成された画像となるように前記第4合成比率を制御し、
    前記入力手段により入力された前記規定数のフレームのうち最後に入力したフレームに対応する前記第1サブフレームと前記第2サブフレームとを順次表示させる場合において、前記第1サブフレームは、前記低周波画像よりも前記高周波強調画像の比率が高くなるように合成された画像となるように前記第3合成比率を制御すると共に、前記第2サブフレームは、前記高周波強調画像よりも前記低周波画像の比率が高くなるように合成された画像となるように前記第4合成比率を制御することを特徴とする請求項3に記載の画像処理装置。
  7. 前記生成手段は、前記最初に入力したフレームと前記最後に入力したフレームとの中間に位置する中間フレームに対応する前記第3及び第4合成比率のそれぞれを、前記最初に入力したフレームに対応する前記第3及び第4合成比率と、前記最後に入力したフレームに対応する前記第3及び第4合成比率と、の中間の値となるように制御することを特徴とする請求項6に記載の画像処理装置。
  8. 画像データを入力する入力工程と、
    前記入力工程で入力された第1フレームの画像データと該第1フレームに続く第2フレームの画像データとを第1合成比率に基づいて合成して合成画像を生成する合成工程と、
    前記合成画像から、高周波成分が低減された低周波画像を生成する生成工程と、
    前記低周波画像に基づく第1サブフレームを含む複数のサブフレームを前記入力工程での画像データの入力におけるフレームレートよりも高いフレームレートで表示させる表示制御工程と
    を有することを特徴とする画像処理方法。
  9. 前記合成工程では、さらに、前記第1フレームの画像データと前記第2フレームの画像データとを第2合成比率に基づいて合成して第2合成画像を生成し、
    前記生成工程では、さらに、前記第2合成画像から、高周波成分が強調された高周波強調画像を生成し、
    前記表示制御工程では、前記低周波画像と前記高周波強調画像とに基づく前記複数のサブフレームを、前記入力工程での画像データの入力におけるフレームレートよりも高いフレームレートで表示させることを特徴とする請求項8に記載の画像処理方法。
  10. 前記生成工程では、前記高周波強調画像と前記低周波画像とを第3合成比率に基づいて合成して前記第1サブフレームを生成すると共に、前記高周波強調画像と前記低周波画像とを第4合成比率に基づいて合成して第2サブフレームを生成し、
    前記表示制御工程では、前記生成工程で生成された前記第1及び第2サブフレームを前記複数のサブフレームとして表示させることを特徴とする請求項9に記載の画像処理方法。
  11. コンピュータを請求項1乃至の何れか1項に記載の画像処理装置の各手段として機能させるためのコンピュータプログラム。
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