JP2010044107A - 画像表示装置、画像表示装置の制御方法、および制御プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】画像表示装置1は、画像を表示する表示手段2と、入力した画像信号に対して解像度を変換する解像度変換処理を施すとともに空間ローパスフィルタによるフィルタ処理を施す画像処理手段34と、画像処理手段34を制御する制御手段31とを備える。制御手段31は、カットオフ周波数をパラメータとする標本化関数に窓関数を乗じて空間ローパスフィルタのフィルタ係数を算出するフィルタ係数算出部312と、解像度変換処理による画像信号の解像度の変換率に応じて、カットオフ周波数を校正するカットオフ周波数校正部313とを備える。
【選択図】図1
Description
このスケーラによる解像度変換処理では、入力した画像信号の解像度が固定画素表示デバイスの解像度よりも高い場合に、入力画像から画素を間引く処理(縮小処理)が施される。また、解像度変換処理では、入力した画像信号の解像度が固定画素表示デバイスの解像度よりも低い場合に、入力画像に画素を補間する処理(拡大処理)が施される。
そして、上記縮小処理や拡大処理を施した場合には、固定画素表示デバイスの表示画像が不自然になりやすいものである。
このため、スケーラは、解像度変換処理を施した画像信号に、さらにFIR(Finite Impulse Response)等の空間ローパスフィルタを用いてフィルタ処理を施し、画像信号の空間周波数がカットオフ周波数より高い領域の画素値を調整している(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、現実には、タップ数(フィルタの次数)を無限にすることが不可能であり有限に設定せざるを得ないため、上述した理想的な空間ローパスフィルタを製造することは不可能である。すなわち、現実に得られる空間ローパスフィルタは、通過域と阻止域との間に所定幅の遷移域を有し、理想的な空間ローパスフィルタのような急峻な遮断特性を有さないものである。
そこで、折り返しノイズを低減するために遷移域等の周波数成分を低減させる、すなわち、空間ローパスフィルタのカットオフ周波数を低めに設定することが考えられる。
しかしながら、折り返しノイズの発生形態は、解像度変換処理による解像度の変換率によって異なるものである。このため、例えば、上記のように空間ローパスフィルタのカットオフ周波数を一意に定めた場合には、所定の解像度の変換率の場合には折り返しノイズを低減することが可能となるが、他の解像度の変換率の場合には折り返しノイズを低減することができない。
したがって、種々の解像度の変換率に対応して、折り返しノイズを低減し、表示画像の画質劣化を防止できる技術が要望されている。
すなわち、カットオフ周波数校正部は、画像処理手段が解像度変換処理を実施する際の解像度の変換率を取得する。
なお、解像度の変換率としては、例えば、表示手段の垂直方向を基準とし、入力した画像情報の垂直方向の画素数に対する表示手段の垂直方向の画素数の割合(%)等が例示できる。
また、カットオフ周波数校正部は、解像度の変換率に応じて、空間ローパスフィルタのカットオフ周波数を校正する(カットオフ周波数校正ステップ)。
次に、フィルタ係数算出部は、校正されたカットオフ周波数をパラメータとする標本化関数に窓関数を乗じてフィルタ係数を算出する(フィルタ係数算出ステップ)。そして、画像処理手段は、校正されたカットオフ周波数の空間ローパスフィルタを用いて、フィルタ処理を行う。
以上のように、解像度の変換率に応じてカットオフ周波数を校正するので、種々の解像度の変換率に対応して、折り返しノイズを低減し、表示画像の画質劣化を防止できる。
ところで、入力した画像情報に対して縮小処理を施した場合には、画像情報の空間周波数帯域は、入力画像から画素を間引くことで高周波側が狭くなる。すなわち、縮小処理を施した場合には、結果として表示画像をぼかすこととなるため、折り返しノイズが発生し難い。
本発明では、カットオフ周波数校正部は、解像度の変換率が100%以上である場合に、カットオフ周波数を校正するので、言い換えれば、折り返しノイズが発生し難い縮小処理ではカットオフ周波数を校正しない(カットオフ周波数を予め設定された基準カットオフ周波数とする)。このことにより、必要とされる場合に限って、カットオフ周波数の校正処理を行うため、折り返しノイズを効率的に低減でき、制御手段の処理負荷を低減できる。
ここで、第1校正係数としては、カットオフ周波数を基準カットオフ周波数よりも低くする、すなわち、1よりも小さい値が好ましい。
また、本発明では、変換率が100%に近付くほど、折り返しノイズが大きくなることに着目し、基準カットオフ周波数に対して第1校正係数の他、変換率を乗じてカットオフ周波数を校正するものとしている。このことにより、上記微小な変換率の範囲内において、変換率が100%よりも大きくなるほど、カットオフ周波数が高くなるように校正でき、表示画像がぼけない範囲で折り返しノイズを効率的に低減できる。
ここで、第2校正係数としては、上記第1校正係数と同様に、カットオフ周波数を基準カットオフ周波数よりも低くする、すなわち、1よりも小さい値が好ましい。
ところで、解像度の変換率が100%、すなわち、縮小処理や拡大処理を施さない場合であっても、現実に得られる空間ローパスフィルタが理想的な空間ローパスフィルタとは実際の特性が異なるものとなるため、折り返しノイズとは異なるノイズが発生しやすいものである。
本発明では、カットオフ周波数校正部は、解像度の変換率が100%である場合に、基準カットオフ周波数に対して第2校正係数を乗じて、基準カットオフ周波数よりも低くなるようにカットオフ周波数を校正する。このことにより、表示画像をぼかすことで、上記折り返しノイズとは異なるノイズを低減できる。
なお、第2校正係数としては、1よりも小さい値で、表示画像のぼけが目立たない範囲の値を選択すれば、上記折り返しノイズとは異なるノイズのみを低減し、表示画像の鮮明感を十分に確保できる。
本発明の制御方法は、上述した画像表示装置によって実施されるものであるので、上述した画像表示装置と同様の作用および効果を享受できる。
本発明の制御プログラムは、上述した制御方法を実施するために利用されるので、上述した制御方法と同様の作用および効果を享受できる。
〔プロジェクタの概略構成〕
図1は、画像表示装置としてのプロジェクタ1の概略構成を示す模式図である。
プロジェクタ1は、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して画像光を形成し、形成した画像光をスクリーン(図示略)上に拡大投射する。このプロジェクタ1は、図1に示すように、表示手段としての画像投射装置2と、制御装置3等で大略構成されている。
光源装置21は、制御装置3による制御の下、光束を光変調装置22に向けて射出する。 光変調装置22は、液晶パネルで構成され、制御装置3からの駆動信号に基づいて、光源装置21から射出された光束を画像光に変調して投射光学装置23に射出する。
投射光学装置23は、光変調装置22から射出された画像光をスクリーンに向けて拡大投射する。
この制御装置3は、図1に示すように、CPU31およびメモリ32の他、AD変換部33と、画像処理手段としてのスケーラ34と、パネル駆動部35と、解像度検出部36とを備える。
そして、スケーラ34は、入力した画像信号を駆動対象とする光変調装置22の表示フォーマットに適合した画像信号に変換する解像度変換処理を施す。
この解像度変換処理では、入力した画像信号の解像度が光変調装置22の解像度よりも高い場合には入力画像から画素を間引く処理(縮小処理)が施され、逆に、入力した画像信号の解像度が光変調装置22の解像度よりも低い場合には入力画像に画素を補間する処理(拡大処理)が施される。
このフィルタ処理では、画像信号の空間周波数が空間ローパスフィルタのカットオフ周波数より高くなる領域の画素値を調整している。
そして、スケーラ34は、解像度変換処理およびフィルタ処理を施した画像信号をフレームメモリ34Aに一時的に蓄積する。
変換率設定部311は、解像度検出部36にて検出された入力画像の解像度、および光変調装置22の解像度に基づいて、スケーラ34において、解像度変換処理を施す際に用いられる解像度の変換率を設定する。
例えば、変換率設定部311は、光変調装置22の垂直方向を基準とし、入力画像の垂直方向の画素数に対する光変調装置22の垂直方向の画素数の割合(%)を変換率として設定する。
具体的に、フィルタ係数算出部312は、カットオフ周波数ωc´をパラメータとする標本化関数(sinc関数)に窓関数を乗じて、以下の式(1)により、フィルタ係数h(n)を算出する。
また、W(n)は、窓関数である。なお、窓関数としては、方形波窓、ハニング窓、ハミング窓、ブラックマン窓等、種々の窓関数を採用しても構わない。
基準カットオフ角周波数ωcは、基準カットオフ周波数fc、およびサンプリング周波数fsを用いて、以下の式(2)で示されるものである。
図2において、横軸は周波数を示し、縦軸は振幅比を示している。また、図2において、実線は現実に得られる空間ローパスフィルタの特性を示し、破線は理想的な空間ローパスフィルタの特性を示している。
なお、現実に得られる空間ローパスフィルタの特性としては、実際には、通過域や阻止域にいわゆるリップルが存在するが、説明の便宜上、図2ではリップルを省略している。
しかしながら、現実に得られる空間ローパスフィルタは、タップ数を無限にすることが不可能であり有限に設定せざるを得ないため、図2の実線に示すように、通過域と阻止域との間に所定幅の遷移域を有し、理想的な空間ローパスフィルタのような急峻な遮断特性を有さないものである。
このため、カットオフ周波数fcの値によっては、空間ローパスフィルタを用いてフィルタ処理を行うと、遷移域等の周波数成分により、信号処理の過程で本来存在する情報が十分にカバーできず、取り残された情報が折り返しノイズ(あるいは、格子状のノイズ、縦筋ノイズ)として発生してしまう。
そこで、本実施形態では、カットオフ周波数校正部313は、解像度の変換率が100%より大きい場合(拡大処理)に、解像度の変換率に応じて、カットオフ角周波数ωc´(カットオフ周波数)を低くするように校正して上記遷移域等の周波数成分を低減し、折り返しノイズを低減する構成としている。
また、本実施形態では、カットオフ周波数校正部313は、縮小処理の場合には、カットオフ角周波数ωc´を校正することなく、すなわち、カットオフ角周波数ωc´を基準カットオフ角周波数ωcとする。
そこで、本実施形態では、カットオフ周波数校正部313は、解像度の変換率が100%より大きく110%以下である場合に、以下の式(3)により、カットオフ角周波数ωc´を算出する構成としている。
すなわち、式(3)では、第1校正係数に変換率を乗じているので、解像度の変換率が101%から110%の間で1%ずつ基準カットオフ角周波数ωcに乗じる係数が変化するように設定されている。
なお、上記変換率の上限(110%)は、以下に示すように設定したものである。
すなわち、現実に得られる空間ローパスフィルタとして、ある程度の減衰特性を確保した場合、カットオフ周波数に対して5〜10%の遷移域が必要となってくる。
そして、本実施形態では、遷移域が10%程度存在することを前提として、その分の周波数成分を低減できれば、折り返しノイズを低減できると考え、上記変換率の上限を110%に設定している。
そこで、本実施形態では、カットオフ周波数校正部313は、解像度の変換率が100%である場合に、以下の式(4)により、カットオフ角周波数ωc´を算出する構成としている。
このメモリ32として、フラッシュメモリ等のデータの書き換えが可能な不揮発性のメモリで構成すれば、例えば、図示しない操作パネル等の操作手段の操作によりメニュー画面上から第1校正係数や第2校正係数を他の値に変更したり、RS232Cの入力端子を介して第1校正係数や第2校正係数を他の値に変更することが可能となる。
図3は、プロジェクタ1の制御方法を説明するフローチャートである。
次に、上述した制御装置3の処理動作を説明する。
先ず、変換率設定部311は、解像度検出部36にて検出された入力画像の解像度、および光変調装置22の解像度に基づいて、解像度の変換率を設定する(ステップS1)。
ステップS1の後、カットオフ周波数校正部313は、ステップS1において設定された解像度の変換率を認識し、該変換率が100%以上であるか否かを判定する(ステップS2)。
そして、スケーラ34は、制御指令に含まれるフィルタ係数h(n)を用いて、解像度変換処理を施した画像信号に対して、フィルタ処理を施す(ステップS6)。
スケーラ34により解像度変換処理およびフィルタ処理が施され、フレームメモリ34Aに蓄積された画像信号は、パネル駆動部35を介して駆動信号として光変調装置22に出力され、光変調装置22において、該光変調装置22の表示フォーマットに適合した表示画像が形成される。
ステップS7において、CPU31は、「N」と判定した場合、すなわち、解像度の変換率が110%よりも大きいと判定した場合には、解像度の変換率を含む制御指令をスケーラ34に出力する。そして、スケーラ34は、制御指令に含まれる解像度の変換率に応じて、入力した画像信号に対して拡大処理を施す(ステップS8)。
なお、ステップS8の後に実施されるステップS4の処理では、解像度の変換率が110%より大きいため、校正処理が行われることなく、カットオフ角周波数ωc´が基準カットオフ角周波数ωcとされる。
ステップS9において、カットオフ周波数校正部313は、「Y」と判定した場合、すなわち、入力画像の解像度と光変調装置22の解像度とが同一であり、解像度変換処理を実施する必要がないと判定した場合には、式(4)により、カットオフ角周波数ωc´を算出する(ステップS10)。
ステップS10の後、CPU31は、ステップS5の処理に移行する。
ステップS11の後、カットオフ周波数校正部313は、式(3)により、カットオフ角周波数ωc´を算出する(ステップS12)。
ステップS12の後、CPU31は、ステップS5の処理に移行する。
以上説明したステップS2,S4,S7,S9,S10,S12が本発明に係るカットオフ周波数校正ステップに相当する。
ここで、図4では、入力した画像信号の信号フォーマットがXGA(解像度:1024×768)で、光変調装置22の表示フォーマットがWXGA(解像度:1280×800)の場合を示している。
図4の例に示す場合には、変換率設定部311は、ステップS1において、光変調装置22の垂直方向を基準とし、入力画像の垂直方向の画素数「768」に対する光変調装置22の垂直方向の画素数「800」の割合である「104%」を変換率として設定することとなる。
また、ステップS11においてスケーラ34が変換率「104%」に応じて拡大処理を施すことで、光変調装置22には、1066×800の解像度の表示画像(図4に示す2点鎖線)が形成されることとなる。
さらに、カットオフ周波数校正部313は、ステップS12において、式(3)により、カットオフ角周波数ωc´を0.94ωcとして算出することとなる。
ここで、図5では、入力した画像信号の信号フォーマットが92%の表示率の1080p(解像度:1766×994)で、光変調装置22の表示フォーマットが1080p(解像度:1920×1080)の場合を示している。
なお、ビデオ系の映像では、表示枠外にノイズがのっていることが多々あるため、一般的に、表示率を画像サイズより小さくしている(図5の場合には表示率:92%)。
図5の例に示す場合には、変換率設定部311は、ステップS1において、光変調装置22の垂直方向を基準とし、入力画像の垂直方向の画素数「994」に対する光変調装置22の垂直方向の画素数「1080」の割合である「108.6%」を変換率として設定することとなる。
また、ステップS11においてスケーラ34が変換率「108.6%」に応じて拡大処理を施すことで、光変調装置22には、1920×1080の解像度の表示画像(図5に示す2点鎖線)が形成されることとなる。
さらに、カットオフ周波数校正部313は、ステップS12において、式(3)により、カットオフ角周波数ωc´を0.98ωcとして算出することとなる。
本実施形態では、スケーラ34を制御するCPU31は、フィルタ係数算出部312およびカットオフ周波数校正部313を備える。このことにより、解像度の変換率に応じてカットオフ角周波数ωc´(カットオフ周波数)を校正できるので、種々の解像度の変換率に対応して、折り返しノイズを低減し、表示画像の画質劣化を防止できる。
また、解像度の変換率が100%に近付くほど、折り返しノイズが大きくなることに着目し、基準カットオフ角周波数ωcに対して第1校正係数の他、変換率を乗じてカットオフ角周波数ωc´を校正するものとしている。このことにより、上記微小な変換率の範囲内において、変換率が100%よりも大きくなるほど、カットオフ角周波数ωc´が高くなるように校正でき、表示画像がぼけない範囲で折り返しノイズを効率的に低減できる。
また、第2校正係数が1よりも小さい値で、表示画像のぼけが目立たない範囲の「0.98」に設定されているので、演算上のノイズのみを低減し、表示画像の鮮明感を十分に確保できる。
前記実施形態では、解像度の変換率が100%より大きく110%以下の範囲である場合に、式(3)によりカットオフ角周波数ωc´を校正していたが、上記変換率の範囲は、これに限らない。
すなわち、上記変換率の上限は、カットオフ周波数に対する遷移域の幅に応じて設定することが好ましく、フィルタのタップ数や窓関数の種類等により遷移域の幅は変動するため、これらに応じて、適宜、設定すればよい。
前記実施形態では、光変調装置22として液晶パネルを採用したが、光変調装置22としては、透過型の液晶パネルや反射型の液晶パネルの他、DMD(Digital Micromirror Device)(米国テキサスインスツルメント社の商標)等を採用してもよい。
前記実施形態では、画像表示装置としてプロジェクタ1を採用していたが、これに限らず、固定画素表示デバイスを有していれば、液晶ディスプレイや、PDP、有機EL表示装置等の他の画像表示装置を採用しても構わない。
Claims (6)
- 画像を表示する表示手段と、入力した画像情報に対して解像度を変換する解像度変換処理を施すとともに空間ローパスフィルタによるフィルタ処理を施す画像処理手段と、前記画像処理手段を制御する制御手段とを備えた画像表示装置であって、
前記制御手段は、
カットオフ周波数をパラメータとする標本化関数に窓関数を乗じて前記空間ローパスフィルタのフィルタ係数を算出するフィルタ係数算出部と、
前記解像度変換処理による前記画像情報の解像度の変換率に応じて、前記カットオフ周波数を校正するカットオフ周波数校正部とを備える
ことを特徴とする画像表示装置。 - 請求項1に記載の画像表示装置において、
前記カットオフ周波数校正部は、
前記変換率が100%以上である場合に、前記カットオフ周波数を校正する
ことを特徴とする画像表示装置。 - 請求項2に記載の画像表示装置において、
前記カットオフ周波数校正部は、
前記変換率が100%より大きく110%以下である場合に、予め設定された基準カットオフ周波数に対して前記変換率および第1校正係数を乗じて前記カットオフ周波数を校正する
ことを特徴とする画像表示装置。 - 請求項2または請求項3に記載の画像表示装置において、
前記カットオフ周波数校正部は、
前記変換率が100%である場合に、予め設定された基準カットオフ周波数に対して第2校正係数を乗じて前記カットオフ周波数を校正する
ことを特徴とする画像表示装置。 - 画像を表示する表示手段と、入力した画像情報に対して解像度を変換する解像度変換処理を施すとともに空間ローパスフィルタによるフィルタ処理を施す画像処理手段と、前記画像処理手段を制御する制御手段とを備えた画像表示装置の制御方法であって、
前記制御手段が、
前記解像度変換処理による前記画像情報の解像度の変換率に応じて、前記空間ローパスフィルタのカットオフ周波数を校正するカットオフ周波数校正ステップと、
校正した前記カットオフ周波数をパラメータとする標本化関数に窓関数を乗じて前記空間ローパスフィルタのフィルタ係数を算出するフィルタ係数算出ステップとを実行する
ことを特徴とする制御方法。 - 画像を表示する表示手段と、入力した画像情報に対して解像度を変換する解像度変換処理を施すとともに空間ローパスフィルタによるフィルタ処理を施す画像処理手段と、前記画像処理手段を制御する制御手段とを備えた画像表示装置の制御プログラムであって、
請求項5に記載の制御方法を前記制御手段に実行させる
ことを特徴とする制御プログラム。
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