JPWO2009091063A1 - 画像信号処理装置 - Google Patents

Abstract

画像信号処理装置（１）は、動き検出部（１１）、前フレーム画像データ生成部（１２）および補正後画像データ出力部（１３）を備える。動き検出部（１１）は、入力される画像信号の各フレームの画像データによる画像の動きの方向を検出する。前フレーム画像データ生成部（１２）は、入力される画像信号の現フレームの画像データと動き検出部（１１）による動き検出結果とに基づいて、１フレーム前の画像データを生成する。補正後画像データ出力部（１３）は、入力される画像信号の現フレームの画像データＧ２と、前フレーム画像データ生成部（１２）により生成された１フレーム前の画像データＧ１とに基づいて、入力された画像信号の現フレームの画像データを補正して、その補正後の画像データを液晶表示装置（２）へ出力する。

Description

本発明は、入力される画像信号の各フレームの画像データを処理した後に該画像信号を液晶表示装置へ出力する画像信号処理装置に関するものである。

画像表示装置は、インパルス型表示装置とホールド型表示装置とに大別される。インパルス型表示装置の一例として挙げられるＣＲＴ（Cathode Ray Tube）では、電子銃により画面が走査されて電子ビームが到達した画素においてのみ表示がされる。これに対して、ホールド型表示装置の一例として挙げられる液晶表示装置や有機エレクトロルミネセンス表示装置では、画像信号のフレームが一定周期で更新され、或る第１フレームの画像の表示が指示されると、次の第２フレームの画像の表示が指示されるまで第１フレームの画像の表示が保持される。インパルス型表示装置と比較して、ホールド型表示装置は、画像歪みが生じ難い等の様々な特長を有している。

しかし、液晶表示装置は応答が遅いという問題を有している。すなわち、或るフレームの画像の目標表示値が指示されたときから、液晶表示装置における実際の表示値が目標表示値になるまで、時間を要する。その所要時間は、フレームが更新される周期を超える場合がある。したがって、動きが速い動画像が液晶表示装置の画面に表示される場合には、その動画像にボケが生じる場合がある。

このような問題を解決することを意図した技術としてオーバードライブ技術が知られている（特許文献１，２を参照）。オーバードライブ技術は、液晶表示装置の画面における或る画素に着目したとき、或る第１フレームにおける目標表示値に対応する画像データＧ_１に対して、次の第２フレームにおける目標表示値に対応する画像データＧ_２が異なる場合に、この画像データＧ_２を補正して、その補正後の画像データＧ_２'を液晶表示装置に与えるものである。この補正に際して、「Ｇ_１＜Ｇ_２」であるときには「Ｇ_２＜Ｇ_２'」とされ、「Ｇ_１＞Ｇ_２」であるときには「Ｇ_２＞Ｇ_２'」とされる。このように画像信号の各フレームの画像データを処理した後に該画像信号を液晶表示装置へ出力する画像信号処理装置が設けられることで、液晶表示装置における実際の表示値が目標表示値に速く達するようにされる。
特開２００５−０４３８６４号公報 特開２００６−０９１４１２号公報

上記特許文献１，２に開示されたオーバードライブ技術では、第２フレームの画像データを補正するために、この第２フレームより１つ前の第１フレームの画像データを記憶している。それ故、少なくとも１フレーム分の画像データを記憶することができる大容量の記憶装置を用いる必要があり、このような大容量の記憶装置を含む画像信号処理装置のコストが高い。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、安価に構成され得る画像信号処理装置を提供することを目的とする。

本発明に係る画像信号処理装置は、入力される画像信号の各フレームの画像データを処理した後に該画像信号を液晶表示装置へ出力する画像信号処理装置であって、(1) 入力される画像信号の各フレームの画像データによる画像の動きの方向を検出する動き検出部と、(2) 入力される画像信号の現フレームの画像データと、動き検出部により検出された画像の動きの方向とに基づいて、１フレーム前の画像データを生成する前フレーム画像データ生成部と、(3)入力される画像信号の現フレームの画像データと、前フレーム画像データ生成部により生成された１フレーム前の画像データとに基づいて、入力された画像信号の現フレームの画像データを補正して、その補正後の画像データを液晶表示装置へ出力する補正後画像データ出力部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る画像信号処理装置では、動き検出部により、入力される画像信号の各フレームの画像データによる画像の動きの方向が検出される。また、前フレーム画像データ生成部より、入力される画像信号の現フレームの画像データと、動き検出部により検出された画像の動きの方向とに基づいて、１フレーム前の画像データが生成される。そして、補正後画像データ出力部により、入力される画像信号の現フレームの画像データと、前フレーム画像データ生成部により生成された１フレーム前の画像データとに基づいて、入力された画像信号の現フレームの画像データが補正されて、その補正後の画像データが液晶表示装置へ出力される。

本発明に係る画像信号処理装置では、動き検出部が画像信号の各フレームの画像データによる画像の動きの方向および速さを検出し、動き検出部により検出された画像の動きの方向がライン方向（横方向）であるときに、前フレーム画像データ生成部が、動き検出部により検出された画像の動きの方向および速さに応じて、入力された画像信号の現フレームの画像データをライン方向にシフトすることで、１フレーム前の画像データを生成するのが好適である。

本発明に係る画像信号処理装置では、動き検出部により検出された画像の動きの方向がライン方向に垂直な方向（縦方向）であるときに、前フレーム画像データ生成部が、入力された画像信号の現フレームの各ラインの画像データを、該ラインの元の画像データと１つ前のラインの画像データとの間の値に変更することで、１フレーム前の画像データを生成するのが好適である。

なお、上記の処理は、フレームの全体の画像データに対して行われてもよいが、画面に表示される画像のうち一部の領域のみが動画である場合には、その一部領域に対応する画像データに対してのみ行われてもよい。

本発明に係る画像信号処理装置は安価に構成され得る。

図１は本実施形態に係る画像信号処理装置１の構成を示す図である。 図２は本実施形態に係る画像信号処理装置１に含まれる補正後画像データ出力部１３から出力される補正後の画像データ等の一例を説明する図である。 図３は本実施形態に係る画像信号処理装置１に含まれる補正後画像データ出力部１３から出力される補正後の画像データ等の一例を説明する図である。 図４は本実施形態に係る画像信号処理装置１に含まれる補正後画像データ出力部１３から出力される補正後の画像データ等の一例を説明する図である。

符号の説明

１ 画像信号処理装置
２ 液晶表示装置
１１ 動き検出部
１２ 前フレーム画像データ生成部
１３ 補正後画像データ出力部

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る画像信号処理装置１の構成を示す図である。画像信号処理装置１は、入力される画像信号の各フレームの画像データを処理した後に該画像信号を液晶表示装置２へ出力するものであり、動き検出部１１、前フレーム画像データ生成部１２および補正後画像データ出力部１３を備える。なお、カラー画像である場合には、そのうちの１色の画像データについて以下に説明するが、他の色の画像データについても同様である。

動き検出部１１は、入力される画像信号の各フレームの画像データによる画像の動きの方向を検出する。また、動き検出部１１は、画像の動きの方向に加えて動きの速さをも検出するのが好適である。動き検出部１１は、その動き検出結果を前フレーム画像データ生成部１２へ出力する。ここで、動き検出の対象となる画像は、フレームの全体の画像であってもよいが、その全体画像のうちの一部領域の画像であってもよく、また、動きがない又は小さい背景画像の中において動きがある画像であってもよい。

この動き検出部１１による動き検出のアルゴリズムとして、様々なものが知られており、例えばマッチング法が用いられる。すなわち、動き検出部１１は、前フレームの画像G₁’のうちの或る領域Ａ_１の画像データが現フレームの画像G₂のうちの何れかの領域の画像データと一致するか否かを判定し、現フレームの画像G₂のうちで一致した領域Ａ_２がある場合に、領域Ａ_１から領域Ａ_２への動きの方向（＝R(Δｘ，Δｙ））および距離（L＝（Δｘ²＋Δｙ^２）^1/2）を画素単位で検出することで、画像の動きの方向Rおよび速さ（V=L／Δｔ）を検出する。但し、Δｘ、Δｙは二次元座標における画像の各軸に沿った移動量を示し、Δｔは時系列に表示される画像の表示周期（フレームレートの逆数）を示す。

前フレーム画像データ生成部１２は、入力される画像信号の現フレームの画像データＧ_２（A_２）と動き検出部１１による動き検出結果（方向R及び距離L又は速度Ｖ）とに基づいて、１フレーム前の画像データＧ_１を生成する。例えば、現フレームの画像データＧ_２の領域A_２を、−Ｒ方向に距離Ｌだけ移動させる。ただし、ここで前フレーム画像データ生成部１２により生成される１フレーム前の画像データＧ_１（Ａ_１）は、現フレームの画像データＧ_２（Ａ_２）と画像の動きとから推定されるものであるが、画像が一定方向に一定速度で動いている場合には、実際の１フレーム前の画像データとよく一致している。

補正後画像データ出力部１３は、入力される画像信号の現フレームの画像データＧ_２と、前フレーム画像データ生成部１２により生成された１フレーム前の画像データＧ_１とに基づいて、入力された画像信号の現フレームの画像データＧ_２を補正して、その補正後の画像データを液晶表示装置２へ出力する。この補正に際しては、従来と同様のオーバードライブ技術が用いられ得る。

すなわち、液晶表示装置２の画面における或る画素に着目したとき、前フレーム画像データ生成部１２により生成された１フレーム前の画像データＧ_１に対して、入力される画像信号の現フレームの画像データＧ_２が異なる場合に、この画像データＧ_２を補正して、その補正後の画像データＧ_２'を液晶表示装置２に与える。より具体的には、「Ｇ_１＜Ｇ_２」であるときには「Ｇ_２＜Ｇ_２'」とされ、「Ｇ_１＞Ｇ_２」であるときには「Ｇ_２＞Ｇ_２'」とされる。

液晶表示装置２では、補正後画像データ出力部１３から出力される補正後の画像データＧ_２'に基づいて画像が表示される。これにより、液晶表示装置２における実際の表示値が目標表示値に速く達するようにされる。

図２および図３それぞれは、本実施形態に係る画像信号処理装置１に含まれる補正後画像データ出力部１３から出力される補正後の画像データ等の一例を説明する図である。なお、ここでは、動き検出部１１により検出される画像の動きの方向がライン方向であって、画像が右に向って動いているとする。このとき、前フレーム画像データ生成部１２は、動き検出部１１により検出された画像の動きの方向および速さに応じて、入力された画像信号の現フレームの画像データをライン方向にシフトすることで、１フレーム前の画像データを生成する。

各図（ａ）〜（ｃ）の横軸は、フレームの画像における或る横方向のライン上の画素位置を示す。各図（ａ）は、入力される画像信号の現フレームの画像データＧ_２の該ライン上の強度分布（輝度分布）を示す。各図（ｂ）は、前フレーム画像データ生成部１２により生成された１フレーム前の画像データＧ_１の該ライン上の強度分布を示す。また、各図（ｃ）は、補正後画像データ出力部１３から出力される補正後の画像データＧ_２’の該ライン上の強度分布を示す。

画像が右に向って動いている場合、前フレーム画像データ生成部１２により生成される１フレーム前の画像データＧ_１（各図（ｂ））は、入力される画像信号の現フレームの画像データＧ_２（各図（ａ））を左方向へシフトすることで得られる。また、そのシフト量は、画像動きの速さに応じたもの、すなわち、１フレーム当たりの画像の移動量とされる。なお、二次元座標系内で画像データが移動する場合は、注目する画像データの移動方向とは逆方向に、移動した距離だけ当該画像データを移動させればよい。

各図（ａ）〜（ｃ）で中央にある画素に注目すると、図２に示される例では、前フレーム画像データ生成部１２により生成された前フレームにおける注目画素の画像データＧ_１と比べて、現フレームにおける注目画素の画像データＧ_２が大きいので（同図（ａ），（ｂ））、補正後画像データ出力部１３から出力される注目画素の補正後画像データＧ_２'は、画像データＧ_２より大きい値とされる（同図（ｃ））。また、図３に示される例では、前フレーム画像データ生成部１２により生成された前フレームにおける注目画素の画像データＧ_１と比べて、現フレームにおける注目画素の画像データＧ_２が小さいので（同図（ａ），（ｂ））、補正後画像データ出力部１３から出力される注目画素の補正後画像データＧ_２'は画像データＧ_２より小さい値とされる（同図（ｃ））。このようなオーバードライブ技術に基づいて補正された後の画像データＧ_２'が液晶表示装置２に入力されることで、液晶表示装置２における実際の表示値が目標表示値に速く達するようにされる。

以上のように、画像がライン方向（横方向）に動いているときには、１ライン毎に処理をすることができるので、入力される画像信号の現フレームの画像データを１ライン分だけ順次に記憶するとともに、前フレーム画像データ生成部１２により生成された１フレーム前の画像データを１ライン分だけ順次に記憶すればよい。したがって、画像信号処理装置１は、記憶容量が少ない記憶部を用いればよいので、安価に構成され得る。

図４は、本実施形態に係る画像信号処理装置１に含まれる補正後画像データ出力部１３から出力される補正後の画像データ等の他の一例を説明する図である。なお、ここでは、動き検出部１１により検出される画像の動きの方向がライン方向に垂直な縦方向であって、画像が下に向って動いているとする。なお、画像データの強度（値の大きさ）は、同図のラインの右方向を正として示されている。このとき、前フレーム画像データ生成部１２は、入力された画像信号の現フレームの各ラインの画像データＧ_２を、該ラインの元の画像データＧ_２と１つ前のラインの画像データＧ_１との間の値に変更し、１フレーム前の画像データＧ_１を生成する。補正後画像データ出力部１３は、この値を変更したラインの画像データＧ_１と、１つ後のラインの元の画像データＧ_２とに基づいて、現フレームの画像データＧ_２を補正する。

同図（ａ）〜（ｃ）の縦軸は、フレームの画像における或る列（ラインに垂直な方向の画素の並び）上の画素位置を表す。同図（ａ）は、入力される画像信号の現フレームの画像データＧ_２の該列上の輝度の分布を実線で示し、また、補正後画像データ出力部１３から出力される補正後の画像データＧ_２’の該列上の分布を破線で示す。また、同図（ｂ），（ｃ）では、前フレーム画像データ生成部１２により生成された１フレーム前の画像データＧ_１の該列上の分布を実線で示す。なお、３ライン分の画像データを記憶する記憶部を用いるものとする。画像信号処理装置１には、各フレームにつき、第１ラインＬ_１から第ＭラインＬ_Ｍまでの画像データがライン順に入力される。Ｍは総ライン数である。

第(ｍ＋２)ラインＬ_ｍ＋２の画像データが画像信号処理装置１に入力された後の時点では、３本のラインＬ_ｍ〜Ｌ_ｍ＋２それぞれの画像データが記憶部により記憶されている。また、次の第(ｍ＋３)ラインＬ_ｍ＋３の画像データが画像信号処理装置１に入力された後の時点では、３本のラインＬ_ｍ＋１〜Ｌ_ｍ＋３それぞれの画像データが記憶部により記憶されている。このとき、前フレーム画像データ生成部１２は、同図（ｂ）に示されるように、ラインＬ_ｍ＋１の画像データを、該ラインＬ_ｍ＋１の元の画像データＧ_{２,ｍ＋１}と１つ前のライン（上側のライン）Ｌ_ｍの画像データＧ_１,ｍとの間の値Ｇ_{１,ｍ＋１}に変更することで、１フレーム前の画像データＧ_{１，ｍ＋１}を生成する。更に、値を変更したラインＬ_ｍ＋１の画像データＧ_{１,ｍ＋１}と１つ後のライン（下側のライン）Ｌ_ｍ＋２の元の画像データＧ_{２,ｍ＋２}とに基づいて、補正後の画像データＧ'_{２,ｍ＋１}を生成する。この補正は、上述のオーバードライブ技術を用いることができる。

次の第(ｍ＋４)ラインＬ_ｍ＋４の画像データが画像信号処理装置１に入力された後の時点では、３本のラインＬ_ｍ＋２〜Ｌ_ｍ＋４それぞれの画像データが記憶部により記憶されている。このとき、前フレーム画像データ生成部１２は、同図（ｃ）に示されるように、ラインＬ_ｍ＋２の画像データを、該ラインＬ_ｍ＋２の元の画像データＧ_{２,ｍ＋２}と１つ前のライン（上側のライン）Ｌ_ｍ＋１の画像データＧ_{１,ｍ＋１}との間の値Ｇ_{１,ｍ＋２}に変更することで、１フレーム前の画像データＧ_{１，ｍ＋２}を生成する。更に、その値を変更したラインＬ_ｍ＋２の画像データＧ_{１,ｍ＋２}と１つ後のライン（下側のライン）Ｌ_ｍ＋３の元の画像データＧ_{２,ｍ＋３}とに基づいて、補正後の画像データＧ'_{２,ｍ＋２}を生成する。この補正は、上述のオーバードライブ技術を用いることができる。

前フレーム画像データ生成部１３は、１ライン分の画像データが入力される度に、上記の処理を繰返すことで、同図（ａ）で破線により示されるような、補正後の画像データＧ_２'を生成することができる。また、３ライン分の画像データを記憶する記憶部を用いることで、画像が下方向に移動する場合だけでなく、画像が下方向に移動する場合にも対応することができる。以上のように、画像がライン方向に垂直な方向に動いているときには、画像信号処理装置１は、３ライン分の画像データを記憶する記憶部を用いればよいので、安価に構成され得る。

本発明は、入力される画像信号の各フレームの画像データを処理した後に該画像信号を液晶表示装置へ出力する画像信号処理装置に利用できる。

Claims (3)

1. 入力される画像信号の各フレームの画像データを処理した後に該画像信号を液晶表示装置へ出力する画像信号処理装置であって、
   入力される前記画像信号の各フレームの画像データによる画像の動きの方向を検出する動き検出部と、
   入力される前記画像信号の現フレームの画像データと、前記動き検出部により検出された画像の動きの方向とに基づいて、１フレーム前の画像データを生成する前フレーム画像データ生成部と、
   入力される前記画像信号の現フレームの画像データと、前記前フレーム画像データ生成部により生成された１フレーム前の画像データとに基づいて、入力された前記画像信号の現フレームの画像データを補正して、その補正後の画像データを前記液晶表示装置へ出力する補正後画像データ出力部と、
   を備えることを特徴とする画像信号処理装置。
2. 前記動き検出部が前記画像信号の各フレームの画像データによる画像の動きの方向および速さを検出し、
   前記動き検出部により検出された画像の動きの方向がライン方向であるときに、前記前フレーム画像データ生成部が、前記動き検出部により検出された画像の動きの方向および速さに応じて、入力された前記画像信号の現フレームの画像データをライン方向にシフトすることで、１フレーム前の画像データを生成する、
   ことを特徴とする請求項１記載の画像信号処理装置。
3. 前記動き検出部により検出された画像の動きの方向がライン方向に垂直な方向であるときに、前記前フレーム画像データ生成部が、入力された前記画像信号の現フレームの各ラインの画像データを、該ラインの元の画像データと１つ前のラインの画像データとの間の値に変更することで、１フレーム前の画像データを生成する、
   ことを特徴とする請求項１記載の画像信号処理装置。

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