(57)【要約】【課題】高精細感と高臨場感の二つの要素の条件を満たすことができる画像表示装置及び画像表示方法を提供する。【解決手段】高精細感と高臨場感を両立させる画像表示装置であって、解像度が４Ｋである画像を表示する画面の高さを１とする単位Ｈを用いて示す視聴距離を１〜１．３５Ｈとし、表示するべき画像を検査する画像検査手段と、画像を検査した結果、視聴距離を満たさない画素に対して、該画素が認識されないように画質改善を行う画質改善手段とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高精細感と高臨場感を両立させる画像表示装置であって、
解像度が４Ｋである画像を表示する画面の高さを１とする単位Ｈを用いて示す視聴距離を１〜１．３５Ｈとしたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記画像表示装置は、
表示するべき画像を検査する画像検査手段と、
前記画像を検査した結果、前記視聴距離を満たさない画素に対して、該画素が認識されないように画質改善を行う画質改善手段と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
高精細感と高臨場感を両立させる画像表示方法であって、
解像度が４Ｋである画像を表示する画面の高さを１とする単位Ｈを用いて示す視聴距離を１〜１．３５Ｈとしたことを特徴とする画像表示方法。
【請求項４】
前記画像表示方法は、
表示するべき画像を検査する画像検査ステップと、
前記画像を検査した結果、前記視聴距離を満たさない画素に対して、該画素が認識されないように画質改善を行う画質改善ステップと
を有することを特徴とする請求項３に記載の画像表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高精細感と高臨場感を得ることができる画像表示装置及び画像表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に映像システムを評価する際に重要な指標として、その視聴環境で得られる高精細感と高臨場感の二つの要素が挙げられる。映像を鑑賞する際の最適な解像度は、映像面を視聴者が見たときに、各画素が判別できないほど十分に高精細であればよい。この条件を満たす為には、視聴者の視力が１．０の時に、一般的な視力検査で用いるランドルト環の欠落部分の大きさの限界が視野角上１／６０度であることから、映像を構成する各画素の、視聴者の視野に占める角度が１／６０度より小さければ、十分に高精細であると感じられ、必要な解像度を満たすと考えられている。このことから、映像面と視聴者との間の視聴距離に着目すると、視聴距離が長くなるほど、視聴者の視野における各画素の視野角が小さくなり、高精細感が向上するといえる。
【０００３】
一方で、最適な臨場感については、これは視聴者があたかもその映像世界の中にいるかのように感じる感覚のことで、視聴環境のうち、視聴者の視界を覆う視野角の大きさに比例すると考えられている。ＮＨＫ放送技研の研究によれば、これらの相関関係は、「視野角が０°から７０°までは臨場感に比例し、７０°〜１００°にかけて飽和傾向を示す」ということが実証されている。この場合、視聴距離については短くなるほど、視聴者が見込む視野角が大きくなり、臨場感が向上するといえる。最適な視聴環境とは、この両者の指標をバランスよく満たすことが重要となる。
【０００４】
なお、先行技術として、データを見ている人々とデータ出力画面との距離や出力する媒体や出力画面サイズ等を考慮して自動的にデータの内容や文字のフォント、色などが変化しないという問題を解決するために、視聴距離等に応じた適切なデータ出力が行えるようにしたデータ出力指示装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２７１２７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、高精細感の指標は、図６のような一般的な視力検査に使われるランドルト環の定義から決まったもので、視力１．０の人がランドルト環の隙間と同じ画角（１／６０°）を埋める画素を見分けられるか否か、という基準をそのままあてはめて設定されている。この指標に従って、各解像度毎の最適な視聴距離を、画面の高さを１とする単位「Ｈ」を用いて示すと、ＶＧＡ（Video Graphics Array；６４０×４８０画素）程度の低解像度の映像で６Ｈ、ＨＤ（High Definition）解像度（１９２０×１０８０画素）で３Ｈ、４Ｋ解像度（４０９６×２１６０画素）で１．５Ｈという距離になる。それぞれの視聴位置において、見渡す角度が１度の範囲にほぼ６０個の画素が並んでいる。すなわち画素１個は１／６０度の角度を持つことになり、視力１．０の視聴者が見てぎりぎり見分けられるか見分けられないかという数になる。
【０００６】
映像を十分高精細に感じる基準としては絶対確実な定義ではあるものの、実際にスクリーンで映画等の高精細な映像を鑑賞する際に、スクリーンに映し出すコンテンツ内にランドルト環のような明確に白黒に分かれた一画素の画像情報があって、かつその情報を識別できるか否かが高精細さや高臨場感を体感することに寄与するという状況は、体感上それほどあるものではない。また「一画素の占める視野角＜１／６０度」という条件を満たそうとすると、自ずと映像面から視聴位置をある程度以上離れる必要があり、結果、スクリーン全体で視聴者を覆う視野角が、高い臨場感を得るための十分な大きさに満たなくなる恐れがある。
【０００７】
ここで、高臨場感について前述した指標を解釈すると、視野角が７０°以上になれば、それ以上の増加について臨場感の向上に寄与する部分が少ないということになる。これにより、以下の説明においては、十分な臨場感を得られる視野角として７０°以上という値を一つの目安とする。
【０００８】
前述した十分な高精細感を感じる視聴距離は、映像の解像度によって様々で、当然その視聴距離の変化に応じて映像面全体が視聴者を覆う視野角も変化する。ここで問題となるのは、前述したうちの最も短い視聴距離に定められた４Ｋ解像度の映像の視聴環境においても、視聴距離１．５Ｈから映像を見ると、視界を覆う視野角は約６５°となり、７０°に満たないことである。ＶＧＡ解像度の場合はわずか１１度であり、これでは臨場感はほぼ感じられないと言える。なお視野角が７０°になる視聴距離は４Ｋ解像度のスクリーンの場合１．３５Ｈである。すなわち我々が通常視聴する上映環境では、図７に示すように、これまでに主張されてきた高精細さの条件と高臨場感の条件は両立できないという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、高精細感と高臨場感の二つの要素の条件を満たすことができる画像表示装置及び画像表示方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、高精細感と高臨場感を両立させる画像表示装置であって、解像度が４Ｋである画像を表示する画面の高さを１とする単位Ｈを用いて示す視聴距離を１〜１．３５Ｈとしたことを特徴とする。
【００１１】
本発明は、前記画像表示装置は、表示するべき画像を検査する画像検査手段と、前記画像を検査した結果、前記視聴距離を満たさない画素に対して、該画素が認識されないように画質改善を行う画質改善手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明は、高精細感と高臨場感を両立させる画像表示方法であって、解像度が４Ｋである画像を表示する画面の高さを１とする単位Ｈを用いて示す視聴距離を１〜１．３５Ｈとしたことを特徴とする。
【００１３】
本発明は、前記画像表示方法は、表示するべき画像を検査する画像検査ステップと、前記画像を検査した結果、前記視聴距離を満たさない画素に対して、該画素が認識されないように画質改善を行う画質改善ステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高精細感と高臨場感の二つの要素の条件を満たすことができる画像表示を行うことができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態による画像表示装置を図面を参照して説明する。図１は同実施形態の構成を示すブロック図である。この図において、符号１は、液晶ディスプレイ装置や画像を投影して表示するプロジェクタ等で構成する表示装置であり、４Ｋ解像度（４０９６×２１６０画素）を有している。符号２は、表示装置１において表示する画像に対して表示制御を行う表示制御部である。符号３は、表示装置１に表示する画像データが記憶された画像データ記憶部である。
【００１６】
ここで、高精細感と高臨場感の二つの要素の条件を、少なくとも４Ｋ解像度環境で両立させる為に、４Ｋ解像度における高精細さの条件である１．５Ｈは実際にはもっと低い値になるのではないかという経験的予測から、実証実験を行った結果を説明する。
【００１７】
理想的な実験を行うためには、４Ｋ解像度の映像と、無限の解像度の映像を比較し、判別がつかなくなる視聴距離を測定することが望ましい。すなわち、被験者の視力が１．０の場合、ランドルト環を用いると１．５Ｈの地点で判別がつかなくなるはずだが、通常の映像ではどうかという実験を行うことが望ましい。しかし、物理的に４Ｋ解像度以上の映像表示が現状ではできないため、実際の実験は、４Ｋ解像度と２Ｋ解像度の映像を比較し、判別がつかなくなる距離を測定することにした。すなわち、視聴距離と解像度は比例するため、この測定結果を１／２倍すれば、４Ｋ解像度で耐えられる視聴距離限界が算出できると考えられるため、テストパターンを用意し、解像度の異なる２枚の絵を並べ、判別のつく距離を測定する実験を実施した。
【００１８】
図３に実験に用いたテスト画像（図３に示す画像は、実際の画像を模式図化したもの）を示す。テスト画像は、図３に示すように、判別容易な画像（図３（ａ））と判別困難な画像（図３（ｂ））の２パターンを用意した。なお実験には静止画のテスト画像のみ使用したが、動画の場合については静止画よりも映像の精細さを知覚することが困難になる（識別できなくなる距離が静止画より伸びるとは考えられない）ため、静止画のみに限ってテストすれば、その地点より後方では必ず動画も識別できない（十分高精細）と判断した。
【００１９】
実験は、図４に示すように、スクリーンの中央、中央の上下、右端、右上、右下のうちいずれかの位置にテスト画像を表示しながら判別のつく視聴距離を測定した。併せてランドルト環を用いて被験者の視力検査も行い、テスト画像での測定結果を視力１．０の場合の値に正規化したものを視聴距離限界とした。
【００２０】
図５に、実験の結果を示す。被験者８名の平均を見ると、判別容易な画像でも、１Ｈ（視野角８３度）程度離れれば十分高精細と感じることがわかる。このことから、視聴位置が１．０Ｈ程度であれば、ランドルト環のような特殊な画像でない通常の映像上映を行う限りにおいては、高精細さと高臨場感を両立するという結果が得られた。
【００２１】
以上のことから、映像システムを評価する際の重要な指標となる高精細感と高臨場感について、十分なレベルを共に満たせる基準を、視聴距離を用いて定義することができた。すなわちスクリーン高さを一単位とするＨという距離単位を用いると、４Ｋ解像度においては１．０Ｈとなる。
【００２２】
このように、視力の定義から逆算した理論値ではなく、実際に上映する映像を見て画素を見分けられる視聴距離を測定し、それを元に、高精細感を満たす基準値を新たに割り出す実験を行った結果、４Ｋ解像度においては１．０Ｈ程度離れれば十分高精細で映像を参照することが可能となる。この値は、下限値であり、上限値は、高臨場感のために必要な視野角の条件である視野角７０度以上から決まる視聴距離１．３５Ｈとなる。したがって、高精細感と高臨場感を両立する最適な視聴距離の範囲は、１．０〜１．３５Ｈとなる。
【００２３】
前述した実験においてはランドルト環のようなパターンを、上映する素材としては特殊なものとして扱ったが、やはりこの類のソースが上映される可能性は０ではなく、完全に除外することは入力ソースの自由度を損なうことになる。次に、このような明暗のはっきりしたパターンを含むソースが入力された場合に、表示制御部２が画像品質を改善して表示装置１に表示する方法を図２を参照して説明する。
【００２４】
まず、視聴者と表示装置１との距離（視聴距離）を求め、表示制御を行う表示制御部２に対して求めた距離の値を入力する（ステップＳ１）。視聴距離が分かれば、画素の識別できるパターンが入力されうるか否か、また入力された際に、どれだけの強度で画質改善の画像処理をかけるべきかを判定できる。仮にこの距離がスクリーン高さの１．５倍だった場合、原理上画素を識別できるパターンは出現しえず、この処理自体が不要であると判断できる。そして１．５倍よりも短い場合、画像処理の強度を、その短さに応じて変動させることで、必要以上の加工を避けることができる。
【００２５】
次に、表示制御部２は、画像データ記憶部３に記憶されている全ての画像の、全ての画素について、表示装置１に表示する前に、その周囲の画素と合わさって、画素が認識されてしまうような高精細なパターンを形成しているか否かを検査する（ステップＳ２）。ＶＲ（Virtual Reality）などフルデジタルのＣＧ生成システムにおいては、レンダリングしてからプロジェクタなどの再生機に映像を送出するまでに間に、画素毎の色情報の読み取りや、その値に応じたリアルタイムの画像処理をかけることが可能である。画像品質改善の画像処理は本来極端な高精細さを持たない一般的な映像には不要で、むしろその情報量を損ねるものなので、画像全体に一様に画像処理を行うのは適切ではない。そこで後処理が必要となる領域を、前もって切り出しておく必要がある。この処理は具体的には、検査する画素毎に、周囲の画素に比べて輝度や色差等の違いが大きく、肉眼で境界がわかりやすい関係にあるか否かを調べるものである。
【００２６】
次に、表示制御部２は、検出された画素に対して、画素が認識されなくなるような処理を施すことにより、映像品質を改善する（ステップＳ３）。その強度は先に求めた視聴距離と、その画素の持つ高精細さの度合いに応じて変化させる。ステップＳ２において検出された画素に対し、見かけ上目立たなくするような処理をかけ、滑らかな映像品質にすることができる。
【００２７】
次に、具体例を挙げて、図２に示す画像品質改善動作を説明する。画質改善処理は、以下に示す（１）、（２）のような処理が挙げられ、それぞれ画素の持つ特性に応じて使い分けることが望ましい。
【００２８】
（１）周辺画素の色を混ぜる。
周囲に比べて極端に色が異なる画素があった時に、その画素の色情報に、一定の割合でその周辺の画素の持つ色情報を混ぜ合わせる。これにより周辺の画素に対して極端な色情報の浮きが滑らかになる。混ぜ合わせる割合はステップＳ１で入力した視聴距離や、ステップＳ２で検出した色情報の違いの大きさに比例して、その強度を自動的に調節する。この処理は加工を行わない周囲の領域と比べて色合いや全体の明るさを変えないという利点がある一方で、強くかけすぎると処理前の画素間の境界が潰れ、情報量が落ちるという弊害もある。例えば、画素間の色の違いを公知の手法（色空間上の距離など）を用いて求め、この手法において視聴距離が１．５Ｈの時に識別できる色の違いの最低値をｐとするなら、ステップＳ１において視聴距離（ｘＨ）を求め、ステップＳ２において色情報がｐ×ｘ／１．５以上急激に変化する領域を検出し、ステップＳ３において検出した画素の色情報の変化が、ｐのｘ／１．５倍になるだけの強度で、周囲の色を混ぜ合わせる。
【００２９】
（２）コントラストを下げる。
周囲の画素に比べて、明るさ情報が急激に変化する画素が検出された時に、その極端に輝度の高い画素を黒に、低い画素を白に近づけることで目立たなくする。この処理は明るさの異なる境界自体は変化せず、周囲の領域と比べ、明らかに処理をかけたとわかるような違いは現れないが、輝度のみを検査している為、例えば色情報が（２５５，０，０）と（０，２５５，０）という全く異なる色の画素が並んでいて、肉眼で明確に境界がわかる場合でも、輝度が変わらないのでこの検査では検出できない、という不十分な面もあり、上記のような色情報を元にする検査との併用が効果的である。この処理での色の変化量も、視聴距離や明るさの違いの大きさに応じて自動的に調節する。例えば、輝度が全黒（０．０）から全白（１．０）に変化する（輝度が１上がる）領域を識別できる距離が１．５Ｈと想定するなら、ステップＳ１において視聴距離（ｘＨ）を求め、ステップＳ２において輝度がｘ／１．５以上急激に変化する画素を検出し、ステップＳ３において検出した画素の輝度変化が、ｘ／１．５になるようにコントラストの調整を行う。
【００３０】
以上の処理を行うことで、通常の映像上映には現れないような画素毎の色情報が明確に識別できるパターンが入力された時も、上映機材の持つ物理的な解像力の限界を感じさせず、十分高精細な映像の上映が可能となる。このことから、視聴距離１．０Ｈまで近づいた時に、いかなる条件においても十分な高精細感と高臨場感を維持した映像の上映が可能となる。
【００３１】
以上説明したように、一画素で一つの色情報を表示する画素の集まりで構成されたディスプレイ装置に映像を表示した際、視聴者に与える映像の臨場感、高精細感が、主に映像面と視聴者との相対位置によって決まる視聴環境に応じて変化する部分に着目し、最適な視聴環境を提供するために、視聴距離を１．０〜１．３５Ｈとしたため、高精細感と高臨場感の二つの要素の条件を満たすことができる画像表示を行うことができる。また、求めた視聴距離と、その画素の持つ高精細さの度合いに応じて画像品質改善の強度を変化させるようにしたため、滑らかな映像品質にすることができ、視聴距離を短くしても高精細感を維持することができる。
【００３２】
なお、図１における処理部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより画像表示処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【００３３】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す表示制御部２の動作を示すフローチャートである。
【図３】テスト画像の一例を示す図である。
【図４】実験方法を示す説明図である。
【図５】実験結果を示す説明図である。
【図６】視力検査の方法を示す説明図である。
【図７】視聴距離と視野角の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
１・・・表示装置、２・・・表示制御部、３・・・画像データ記憶部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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