(57)【要約】【課題】実質的な動画疑似輪郭の発生部分を正しく検出でき、かつ回路構成が簡単な階調表示装置を提供する。【解決手段】入力される画像において、画素の階調値の画面内の勾配を検出する勾配検出回路３と、前記画素の階調値の時間に対する変化度合いを検出する時間変化検出回路４と、前記勾配検出回路３の出力と前記時間変化検出回路４の出力とにより、入力される画像の動きの大きさおよび画像の動き方向を検出する手段と、前記検出した画像の動きの大きさおよび画像動きの方向とサブフィールドの輝度重みとに基づいて、入力される画像の信号を補正して表示する階調補正回路１２とを備えた。【選択図】図１
2004348119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１フィールド期間を所定の輝度重みを持つ複数のサブフィールドにより構成し、その複数のサブフィールドにより階調表示を行う階調表示装置であって、入力される画像において、画素の階調値の画面内における勾配を検出する勾配検出手段と、前記入力される画像において、画素の階調値の時間に対する変化度合いを検出する時間変化検出手段と、前記勾配検出手段の出力と前記時間変化検出手段の出力とにより、前記入力される画像の動きの大きさおよび画像の動き方向を検出する手段と、前記検出した画像の動きの大きさおよび画像の動き方向と前記サブフィールドの輝度重みとに基づいて、入力される画像の信号を補正して表示する信号補正手段とを備えたことを特徴とする階調表示装置。
【請求項２】
１フィールド期間を所定の輝度重みを持つ複数のサブフィールドにより構成し、その複数のサブフィールドにより階調表示を行う階調表示装置であって、入力される画像において、画素の階調値の平滑度合いを検出する平滑度検出手段と、前記入力される画像において、画素の階調値の画面内における勾配を検出する勾配検出手段と、前記入力される画像において、画素の階調値の時間に対する変化度合いを検出する時間変化検出手段と、前記勾配検出手段の出力と前記時間変化検出手段の出力とにより、前記入力される画像の動きの大きさおよび画像の動き方向を検出する手段と、前記検出した画像の動きの大きさおよび画像の動き方向と前記サブフィールドの輝度重みとに基づいて、入力される画像の信号を補正して表示する信号補正手段とを備えたことを特徴とする階調表示装置。
【請求項３】
画像の動き方向を水平方向成分および垂直方向成分に分けて検出し、勾配の大きさと画像の動きの大きさを勾配の方向に変換して得られた値に基づいて信号補正を行うように構成したことを特徴とする請求項１または２記載の階調表示装置。
【請求項４】
信号補正手段は、入力される画像の階調値を補正する制御と誤差拡散を行う制御とを行うものである請求項１または２に記載の階調表示装置。
【請求項５】
信号補正手段は、画像の動きの大きさにより入力される画像の階調値を補正する制御を行うとともに、画像の動き方向により誤差拡散の信号処理を制御するものである請求項４に記載の階調表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サブフィールドを用いた階調表示装置に関し、特に動画表示の際の階調表示乱れ、いわゆる動画疑似輪郭を低減する階調表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）を用いた表示装置などのサブフィールドを用いて階調表示を行う画像表示装置では、動画部分において、いわゆる「動画疑似輪郭」等と呼ばれるノイズ状の画質劣化が観測される場合があった。
【０００３】
この動画疑似輪郭は、サブフィールドの数を増加させると改善されることが知られているが、ＰＤＰなどデバイスの種類によっては、サブフィールドの数を増やすと発光時間を確保することが困難になって、必要な輝度が得られないという課題があったため、比較的サブフィールドの数を小さく設定し、動画疑似輪郭の発生する部分においてのみ、表示しようとする階調に対するサブフィールドの組み合わせを制御して、動画画質と輝度確保を両立させようという試みがある（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
この従来の画像表示装置では、画像の動きがある部分では表示に使用する階調数を制限して動画疑似輪郭の発生しにくい階調値の組み合わせに制限して画像を表示し、階調数の低下を補うために、ディザ処理によって疑似的な階調を追加して、一定の階調性を確保しようとするものである。
【特許文献１】特開２０００−２７６１００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の画像表示装置では、動き検出はサブフィールドによる階調表示方法を特に考慮した構成とされておらず、動画疑似輪郭が、発生しやすい画像部分や目立ちやすい部分を精度よく検出する上で改善の余地があった。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、実質的な動画疑似輪郭の発生部分を正しく検出でき、かつ回路構成が簡単な階調表示装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題を解決するために、本発明の階調表示装置は、１フィールド期間を所定の輝度重みを持つ複数のサブフィールドにより構成し、その複数のサブフィールドにより階調表示を行う階調表示装置であって、入力される画像において、画素の階調値の画面内における勾配を検出する勾配検出手段と、前記入力される画像において、画素の階調値の時間に対する変化度合いを検出する時間変化検出手段と、前記勾配検出手段の出力と前記時間変化検出手段の出力とにより、前記入力される画像の動きの大きさおよび画像の動き方向を検出する手段と、前記検出した画像の動きの大きさおよび画像の動き方向と前記サブフィールドの輝度重みとに基づいて、入力される画像の信号を補正して表示する信号補正手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
この構成によって、動画疑似輪郭が発生しやすい部分を精度よく検出し、かつこのような部分での画像の補正に必要な、画像の動きの大きさと方向の検出を精度よく行うことができ、画像に必要な補正を施して良好な階調表示が可能となる。
【０００９】
また、本発明は、１フィールド期間を所定の輝度重みを持つ複数のサブフィールドにより構成し、その複数のサブフィールドにより階調表示を行う階調表示装置であって、入力される画像において、画素の階調値の平滑度合いを検出する平滑度検出手段と、前記入力される画像において、画素の階調値の画面内における勾配を検出する勾配検出手段と、前記入力される画像において、画素の階調値の時間に対する変化度合いを検出する時間変化検出手段と、前記勾配検出手段の出力と前記時間変化検出手段の出力とにより、前記入力される画像の動きの大きさおよび画像の動き方向を検出する手段と、前記検出した画像の動きの大きさおよび画像の動き方向と前記サブフィールドの輝度重みとに基づいて、入力される画像の信号を補正して表示する信号補正手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
すなわち、上記構成に加え、入力される画像において、画素内の階調値の平滑度合いを検出する平滑度検出手段を備えることにより、動画疑似輪郭が発生しやすく、かつ目立ちやすい部分を精度よく簡単な構成で検出することができ、画像に必要な補正を施して良好な階調表示が可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、動画疑似輪郭の発生しやすい部分の画像の動きと勾配を簡単な構成で検出することができ、これにより動画疑似輪郭を抑制して良好な画像表示を実現することができ、サブフィールドを用いた階調表示装置の表示品質を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施の形態による階調表示装置について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態における階調表示装置の構成を示すブロック図である。図１において、入力端子１より供給される画像信号は、平滑度検出手段としての平滑度検出回路２、勾配検出手段としての勾配検出回路３、および入力される画像において、画素の時間方向、すなわち時間に対する階調値の変化度合いを検出する時間変化検出手段としての時間変化検出回路４へ供給される。平滑度検出回路２は、入力される画像において、画素の階調値の平滑度合いを検出するもので、また勾配検出回路３は、前記入力される画像において、画素の階調値の画面内における勾配を検出するものである。
【００１４】
前記平滑度検出回路２、勾配検出回路３、時間変化検出回路４それぞれの出力が入力される判定回路５、６、７は、入力されるデータと予め定められた閾値との比較を行う判定回路であり、総合判定回路８には前記複数の判定回路５〜７の出力が入力され、総合判定回路８からは総合判定結果ｋが出力される。
【００１５】
前記判定回路５は、平滑度検出回路２の出力Ｓが入力されるとともに、１個の閾値ＴＨ１が設定可能であり、判定結果ｋ１を出力する。前記判定回路６は、勾配検出回路３の出力Ｇが入力されるとともに、２個の閾値ＴＨ２、ＴＨ３が設定可能であり、判定結果ｋ２を出力する。前記判定回路７は、時間変化検出回路４の出力Ｂが入力されるとともに、２個の閾値ＴＨ４、ＴＨ５が設定可能であり、判定結果ｋ３を出力する。そして、総合判定回路８には、それらの判定結果ｋ１、ｋ２、ｋ３が入力される。
【００１６】
また、動き量検出回路９は、勾配検出回路３の出力Ｇと、時間変化検出回路４の出力Ｂが供給されるもので、この入力されるデータに基づき、入力される画像の動きの大きさおよび画像の動き方向を検出するものである。そして、階調乱れ量評価回路１０には、勾配検出回路３の出力Ｇと、動き量検出回路９の出力ｍ１が供給され、また補正量制御回路１１には、階調乱れ量評価回路１０の出力ｍ２と総合判定回路８の出力ｋが供給され、この補正量制御回路１１の出力により、信号補正手段としての階調補正回路１２の動作が制御される。
【００１７】
前記階調補正回路１２は、入力端子１から入力される画像信号と補正量制御回路１１の出力ｍ３とが供給されるもので、その出力はサブフィールド階調表示装置１３に接続されている。すなわち、この階調補正回路１２は、動き量検出回路９により検出した画像の動きの大きさおよび画像の動き方向の情報と、入力される画像信号におけるサブフィールドの輝度重みの情報とに基づいて、入力される画像の信号を補正して表示するものである。
【００１８】
次に、このような構成による階調表示装置の各部の作用について、詳細に説明する。
【００１９】
まず、図１において、平滑度検出回路２、勾配検出回路３および時間変化検出回路４より、入力される画像信号において、着目している画素または特定の領域における画像の特徴を検出する。図２は、その特徴の範囲の組み合わせと制御方法の一例を示す図である。
【００２０】
すなわち、図２に示すように、平滑度検出回路２、勾配検出回路３および時間変化検出回路４と、これらに接続される判定回路５〜７により、入力される画像における特徴と、個々の範囲を判定し、さらに総合判定回路８により、この着目している領域が、「時間変化なし」、「時間変化過大」、「平坦部」、「エッジ部」、「一定傾斜部」、「複雑なパターン」の６種類のうちのどの領域に該当するかを分類することにより、総合判定結果ｋを決定する。なお、図２において、不等号は各画像の特徴量と閾値との大小関係を表し、「Ｘ」の記号は大小関係が任意であることを示している。
【００２１】
図２に示す通り、判定回路５では、着目している領域の平滑度合いをＳとすると、Ｓ≧ＴＨ１（ＴＨ１は判定回路５の閾値）となる範囲を検出し、また判定回路６では、この領域の階調値の勾配をＧとすると、ＴＨ２≦Ｇ≦ＴＨ３（ＴＨ２、ＴＨ３は判定回路６の閾値）となる範囲を検出し、また判定回路７では、この領域の階調値の時間方向の変化度合いをＢとすると、ＴＨ４≦Ｂ≦ＴＨ５（ＴＨ４、ＴＨ５は判定回路７の閾値）となる範囲を検出する。そして、この検出した範囲の画素を動画疑似輪郭が発生しやすい、または検知しやすい領域として判定し、この部分に階調補正を行って画像表示を行うものである。
【００２２】
すなわち、動画疑似輪郭は、画像を形成する画素の階調値の画面内における勾配（傾斜度）と、画素の階調値の時間に対する変化度合いがそれぞれ適度な上限と下限の範囲に入り、しかも画像パターンが比較的平滑である部分において目立つため、このような部分を選択的に検出しようとするものである。
【００２３】
ここで、前記平滑度検出回路２、勾配検出回路３、時間変化検出回路４の一例について、説明する。まず、平滑度検出回路２は、図３に示すように、入力端子１から入力される画像信号に基づいて、各画素の信号を遅延させる遅延回路２０と、この遅延回路２０それぞれの出力が入力されかつ各画素の信号から階調値の平均値を演算する画素平均値演算回路２１と、この画素平均値演算回路２１の出力値と前記遅延回路２０の出力値の差分をとることにより、各画素の信号の階調値が平均値に比べてどの程度の差を持っているかを求める差分回路２２と、この差分回路２２でとった差分値の絶対値を求める絶対値演算回路２３と、この絶対値演算回路２３からの絶対値を加算することにより、入力される画像信号における各画素の階調値の平滑度合いを出力する加算回路２４とから構成されている。
【００２４】
次に、勾配検出回路３は、図４に示すように、水平方向の画素の階調値の変化を検出する水平フィルタ３０と、垂直方向の画素の階調値の変化を検出する垂直フィルタ３１と、前記水平フィルタ３０、垂直フィルタ３１のそれぞれの出力値の絶対値を求める絶対値演算回路３２と、この絶対値演算回路３２の出力値を加算する加算回路３３とにより構成されている。前記水平フィルタ３０および垂直フィルタ３１は注目画素の周囲の画素に所定の係数を乗じて加算する作用を行うもので、その係数の一例としては、それぞれ図５（ａ）、（ｂ）に示すように構成すれば良い。すなわち、この水平フィルタ３０、垂直フィルタ３１を用いることにより、入力端子１から入力される画像信号において、画素の階調値の水平方向、垂直方向に対する変化を検出し、この検出した値の絶対値を加算することにより、入力される画像信号における画素の階調値の傾き度合いとしての勾配を検出するものである。
【００２５】
次に、時間変化検出回路４は、図６に示すように、入力される画像信号の１フィールド分の信号を遅延させるフィールド遅延回路４０と、現在の画像信号における画素の階調値と前記フィールド遅延回路４０を通した１フィールド前の画像信号における画素の階調値との差をとる差分回路４１と、この差分回路４１の出力の絶対値を求める絶対値演算回路４２とにより構成されており、現在の画像信号における画素の階調値と１フィールド前の画像信号における画素の階調値との差をとることにより、注目している画素の階調値の時間変化を検出するものである。
【００２６】
なお、図２において、入力される画像の階調補正の程度を、「補正＝弱」と「補正＝強」の２つに単純化したものを記載しているが、補正の程度は３段階以上の多段階とし、連続的に補正量を切り換え、滑らかな補正を行うようにすることができる。図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ判定回路５、判定回路６、判定回路７の特性を示すものであるが、前記した階調の連続的補正に対応させるため、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すような特性としている。
【００２７】
すなわち、判定回路５の特性を示す図７（ａ）について説明すると、検出した平滑度合いＳに対し、閾値ＴＨ１を設定すると、平滑度合いＳが閾値ＴＨ１に近い部分で判定回路５の出力が［０］と［１］の中間の値になり、平滑度合いＳが閾値ＴＨ１より小である部分では、判定回路５の出力が［０］により近い値となり、平滑度合いＳが閾値ＴＨ１より大である部分では、判定回路５の出力が［１］により近い値となるようにしている。
【００２８】
判定回路６については、図７（ｂ）に示すように、閾値ＴＨ２およびＴＨ３を設けており、入力である勾配Ｇがこの２つの閾値の間にあるときに判定回路６の出力が［１］により近い値となり、勾配Ｇの値がそれ以外の場合には判定回路６の出力が［０］により近い値となるようにしている。
【００２９】
また、判定回路７についても、図７（ｃ）に示すように、判定回路６と同様に、２つの閾値ＴＨ４およびＴＨ５を設けており、入力である階調値の時間に対する変化度合いＢがこの２つの閾値の間にあるときに判定回路７の出力が［１］により近い値となり、時間に対する変化度合いＢの値がそれ以外の場合には判定回路６の出力が［０］により近い値となるようにしている。なお、実際の判定回路５、判定回路６、判定回路７の出力は、ステップ状に変化するものでも良いことは言うまでもない。
【００３０】
また、総合判定結果ｋを出力する総合判定回路８は、例えば図８に示す乗算器８１、８２により回路を構成し、前記判定回路５〜７の各出力ｋ１、ｋ２、ｋ３の積を演算するものであり、判定回路５〜７により得られる画像の特徴に応じて滑らかに総合判定結果ｋを得ることができる。
【００３１】
一方、画像の動きの大きさ、すなわち動き量と画像の動き方向の検出は、勾配検出回路３で検出された勾配Ｇと、時間変化検出回路４で検出された時間方向の変化度合いＢとに基づいて、動き量検出回路９で行う。この算出方法は、画像の階調値が、表示している物体の形を変えずに変化していると仮定すると、原理的には次のようにして演算することができる。
【００３２】
すなわち、図９に示すように、着目している画素の階調値の時間方向の変化度合いＢに比例し、階調値の画面内の変化、すなわち勾配Ｇに反比例すると仮定できることから、画像の動き量ｍ１は、ｍ１＝Ｂ／Ｇで求められることになる。ただし、勾配Ｇの変化が大きいところでは前述の仮定が成立せず、動き量は正しく求まらない。また、勾配Ｇがほとんどないような部分では前記計算式の分母が小さな値となり、この場合にも動き量を精度良く求めることができない。また、時間方向変化が非常に小さい場合には、動画疑似輪郭の発生がほとんどないことや、逆に時間あたりの輝度変化が非常に大きい場合などは動画疑似輪郭として知覚されにくい。従って、図２に示すような画像の特徴の組み合わせを限定することにより、動画疑似輪郭の発生し易い部分においては、精度良く画像の動きを検出することができる。すなわち、総合判定回路８の出力ｋに基づいて、動画疑似輪郭を補正する動作を制御することにより、動画疑似輪郭の発生し易い部分においては、精度良く画像の動きを検出して、画像信号を補正することができる。
【００３３】
なお、前述の動き量検出回路９の演算により求められる動き量は、画像の特徴が前述の条件を満たしていれば十分に正確に求められるが、この検出した動き量は単位時間あたりの画素数で、階調乱れとして現れる動画疑似輪郭とはもともと異なる物理量であり、しかも実際に観測される動画疑似輪郭を視覚的に評価した値と完全に比例するとは限らない。
【００３４】
そこで、本発明においては、図１０に示すような二次元的な入出力特性をもつ階調乱れ量評価回路１０を用いて階調乱れ量ｍ２を推定し、その階調乱れ量ｍ２を補正量制御回路１１に入力するという構成としている。すなわち、動き量検出回路９により求められた画素の移動速度である画像の動き量を、階調値の乱れに変換し、補正量制御回路１１に入力するように構成している。
【００３５】
この図１０の特性は、一定の勾配の大きさに対して動き量を変化させた場合に、動き量の中間的な値で動画疑似輪郭が極大値を持つような特性である。すなわち、階調乱れ量評価回路１０の特性は、勾配が比較的小さくても動き量が大きい部分（図１０のＡ）や、動き量が比較的小さくても勾配が大きい部分（図１０のＢ）の点で動画疑似輪郭が強く発生することを表した関数といえる。
【００３６】
次に、補正量制御回路１１は、図示していないが、例えば乗算器で構成することができ、推定した階調乱れ量ｍ２に総合判定係数ｋを乗じて演算した階調補正信号ｍ３を出力する。
【００３７】
また、この階調補正信号ｍ３が入力される階調補正回路１２においては、サブフィールドを用いた画像表示に伴う動画疑似輪郭を抑制するために、サブフィールド構成や画像の動き、階調値に応じた階調補正を行う。この階調補正回路１２は、図１１に示すように、符号化回路とフィードバック回路を組み合わせたもので構成されている。
【００３８】
図１１において、入力端子１から入力された画像信号は、加算器１２１を介して符号化回路１２２に供給され、そして符号化回路１２２において、所定の符号化が行われた後、出力端子１２５から出力される。このとき、減算器１２３にて符号化前の信号との差分をとったあと、フィードバック回路１２４を介して加算器１２１で入力信号と加算される。なお、フィードバック回路１２４は通常複数系統の遅延素子と係数回路を含むため、符号化回路１２２で階調制限を行うことにより、階調補正回路１２としては、いわゆる誤差拡散の処理を行うこととなる。
【００３９】
図１２は階調表示装置１３によって使用するサブフィールドの輝度重みと発光の組み合わせを示す符号化方法の一例であり、図１２は１０個のサブフィールド（ＳＦ１〜ＳＦ１０）を用いた場合を示している。図１２に示すように、各サブフィールドの輝度重みの比はそれぞれ、「１」、「２」、「４」、「８」、「１６」、「２４」、「３２」、「４０」、「５６」、「７２」としている。また、図１２は、ある入力された画像の階調値に対応するサブフィールドの割り当て符号化方法を示しており、図中"１"の部分は「発光あり」を示している。
【００４０】
図１３は、図１１の符号化回路１２２での符号化方法を示す図で、サブフィールドの輝度重みとその符号化方法の例を示している。すなわち、補正量が小であれば、多くの階調を用いて階調表示を行う階調制御を行い、一方補正量が大であれば、少ない階調数を用いて階調表示を行う階調制御を行うとともに、誤差拡散によって実効的な階調を確保して画像表示を行うものである。図１３では、階調の補正量は「０」〜「７」の８段階としており、使用する階調値にドットを付与している。すなわち、階調補正量が「０」のとき、すべての階調を使用可能とし、階調補正量が「７」では使用できる階調数が最小となる。これは、動画疑似輪郭が強く発生する可能性のある部分では、補正量を大きくし、階調値とサブフィールドの発光分布の相関を保つことで動画疑似輪郭の発生を抑えている。また、予想される動画疑似輪郭の発生量が少なくなるにつれて、補正量を小さくすることによって、画像に対する階調補正を連続的に制御し、スムーズな動画疑似輪郭抑制と、動画疑似輪郭の発生しない部分での良好な階調補正を実現している。
【００４１】
このように、本実施の形態によれば、画像の画面内の勾配、階調値の時間に対する変化度合いを検出し、この検出した情報に基づき、入力される画像の動きの大きさおよび画像の動き方向を検出する手段と、前記検出した画像の動きの大きさおよび画像の動き方向と前記サブフィールドの輝度重みとに基づいて、入力される画像の信号を補正して表示する信号補正手段とを備えたもので、簡単な構成で良好な階調表示が可能となる。
【００４２】
ところで、画像の勾配と階調値の時間に対する変化度合いから画像の動きそのものを算出する方法として、「ＴＶ画像の多次元信号処理」（吹抜敬彦著、Ｐ２０２〜Ｐ２０７、昭和６３年１１月１５日発行）等に示されているような手法が知られている。しかし、この「ＴＶ画像の多次元信号処理」等に記載されている勾配法は「動きが比較的小さいときに有効な方法であり、必ずしも実用的には広く用いられていない方法であるとされている。
【００４３】
本発明は、サブフィールドを用いた画像表示装置での動画疑似輪郭の発生を観測し、サブフィールドの構成、画像の特徴、画像の動き量などに対する動画疑似輪郭発生量の関連を解明することにより見出したものである。すなわち、階調値の勾配が所定の上限と下限の範囲内にある部分、階調値の時間的変化が所定の上限と下限の範囲内にある部分の条件を満たしていれば、動画疑似輪郭の発生位置や発生程度の特定が容易であるとともに、勾配と時間変化によって画像の動き検出をほぼ正しく検出できることを見出し、これを活用したものであり、簡単な構成で良好な動画特性と、静止特性を両立できる手段を提供することができる。
【００４４】
なお、上記説明で使用したサブフィールドの輝度重み、サブフィールドの符号化方法、画像の動き量から階調乱れ量を予測する方法、階調補正の方法等、種々の変形が可能なことは言うまでもない。
【００４５】
（実施の形態２）
次に、本発明の他の実施の形態について説明する。本実施の形態では、入力される画像信号の階調値の平滑度合いや、画面内の勾配、時間に対する変化度合いを総合的に判定して得た補正量により、階調値を制御して表示する際に、階調値の勾配の方向と、時間に対する変化の方向の関係に着目したもので、発生する動画疑似輪郭の程度をさらに的確に判定して画像補正を行うものである。本実施の形態において、図１に示す実施の形態と比較して、階調乱れ量予測回路１００の内部の構成と動作が異なるのみであり、他の構成、動作は基本的に同様であるので、異なる部分についてのみ説明する。
【００４６】
図１４は、本実施の形態における階調表示装置において、表示しようとする画像部分の勾配の方向と、画像の移動方向の相対的な関係を示すものである。図１４の表部分は上記実施の形態で説明した図１２に示すものと同じものであり、図１４に示した実線矢印と点線矢印は、階調の勾配が同一である画像部分に対して、逆方向に移動する画像を観測したときに発生する動画疑似輪郭の量的な差異を説明するためのものである。
【００４７】
例えば、図１４において、階調値が「２００」の値を中心付近に持つランプ波形が移動している場合を考える。図１４のａのように、階調値が画面内で増加する方向と逆方向に画像部分が移動する場合には、「発光あり」のサブフィールドを観測する確率が本来より少なくなり、比較的大きな動画疑似輪郭が発生する。これに対して、図１４のｂのように、階調値が画面内で増加する方向と同一方向に画像部分が移動する場合には、本来観測されるべき発光量よりわずかに多い発光が観測されるが、逆方向への移動の場合に比較してその量は比較的少なくなり、結果として動画疑似輪郭の発生程度は比較的小さいと言える。
【００４８】
したがって、画像の動きから動画疑似輪郭の発生量を評価する際に、画像の動きの方向と、画面内における階調値の勾配の方向を相対的に評価して、画像補正量を変化させることにより、より的確に画像補正を行うことができる。
【００４９】
図１５はこの制御の様子を図示したものであり、画像の動きの大きさおよび方向と、階調値の勾配に対する階調乱れ量評価を示したものである。図１５は画像の動き（横軸）と、勾配（縦軸）を２つのパラメータとする２変数関数で、関数値（紙面垂直方向）は階調乱れ量、すなわち動画疑似輪郭発生量の評価値である。
【００５０】
この図１５から分かるように、同一の画像の勾配と画像の動きの絶対値が同じであっても、画像の動きの方向と、階調値の勾配の方向の組み合わせによって、画像補正量を変化させるようにしている。また、図１５の例では、画像の動きの大きさの絶対値が、「０」の状態から増大するに従って、画像補正量が増大し、ある点で極大値をもつよう設定されている。この極大値は、画像の動きの方向と、勾配の方向の組み合わせで異なり、例えば、画像の動き方向が「＋」で、かつ階調値の勾配が「＋」の組み合わせのとき、または画像の動き方向が「−」で、かつ階調値の勾配が「−」の組み合わせのときに画像の補正量を最大にするように設定している。
【００５１】
このように、本実施の形態によれば、動画疑似輪郭量に対して、画像の動きの方向と、勾配の方向の組み合わせに応じて画像の補正量を変化させるものであり、簡単な構成で良好な階調表示が可能となる。
【００５２】
（実施の形態３）
次に、本発明の他の実施の形態について、図１６〜図１８を用いて説明する。本実施の形態では、画像の動きの方向を水平方向成分および垂直方向成分に分けて検出し、勾配の大きさと画像の動きの大きさを勾配の方向に変換して得られた値に基づいて、信号補正を行う階調表示装置である。図１６において、図１に示す実施の形態と比較して、基本的な動作が同一のものについては同一符号を付して説明を省略する。
【００５３】
図１６において、勾配検出回路３１は、階調値の勾配の絶対値｜Ｇ｜の他、勾配の水平方向成分Ｇｘと垂直方向成分Ｇｙを出力する。水平動き量検出回路９１と垂直動き量検出回路９２は勾配の水平方向成分Ｇｘと、勾配の垂直方向成分Ｇｙと、階調値の時間に対する変化量である変化度合いＢとにより、画像の水平方向の動き量Ｖｘと、垂直方向の動き量Ｖｙを算出する。さらに、階調乱れ量予測回路１００は、勾配の絶対値｜Ｇ｜、勾配の水平方向成分Ｇｘと、勾配の垂直方向成分Ｇｙと、画像の水平方向の動き量Ｖｘと、画像の垂直方向の動き量Ｖｙより、等価階調乱れ量ｍｅを算出する。
【００５４】
図１７は、画像の動きの成分（Ｖｘ，Ｖｙ）で表される動きベクトルＶと、動きベクトルＶの勾配の成分ＶＧの関係を示す図である。このＶＧは、図１６に示す構成の階調乱れ量予測回路１００によって算出される。
【００５５】
図１８は、階調乱れ量予測回路１００の具体的構成を示す図で、図１８において、逆正接関数変換手段１０１および逆正接関数変換手段１０２および減算器１０３により、動きベクトルＶと勾配方向のなす角度が算出され、さらにこれを余弦関数変換手段１０４で変換した値に絶対値回路１０６で求めた画像の動き量の絶対値を乗じることで、画像の勾配に変換した動きの大きさ成分ＶＧを求めることができる。テーブル１０７は、図１の階調乱れ量評価回路１０と同様の動画疑似輪郭発生量予測を行うことができる。
【００５６】
以上のように構成することにより、画像の動きと画像の勾配の方向を統一して評価することができ、動画疑似輪郭の発生予測量を適切に推定して、適切な画像補正を行い、良好な画像表示ができる。
【００５７】
（実施の形態４）
図１９は本発明の他の実施の形態を示すブロック図であり、図１９において、図１に示す部分と同一部分については同一番号を付している。図１９において、水平動き量検出回路１４、垂直動き量検出回路１５、４５°動き量検出回路１６および１３５°動き量検出回路１７それぞれには、勾配検出回路３の出力Ｇと、時間方向変化検出回路４の出力Ｂが供給されている。また、水平動き量検出回路１４、垂直動き量検出回路１５の出力は、動き量算出回路１８に入力され、そして総合判定回路８には、動き量算出回路１８により算出された動き量が入力され、総合判定結果ｋを出力する。この総合判定結果ｋは、信号補正手段である階調補正回路１９に供給される。
【００５８】
この階調補正回路１９には、入力端子１から入力された画像信号が入力されており、この階調補正回路１９によって、入力される画像の階調値を補正する階調補正の制御と誤差拡散の制御が行われる。この階調補正と誤差拡散の方法は、前記総合判定回路８の総合判定結果ｋ、および水平動き量検出回路１４、垂直動き量検出回路１５、４５°動き量検出回路１６、１３５°動き量検出回路１７の出力によって制御される。この階調補正回路１９により階調補正された画像信号はサブフィールド階調表示装置１３に供給され、画像として表示される。
【００５９】
ここで、画像の動きの大きさは４つの方向毎に検出し、後段の階調補正回路１９での制御に使用するが、画像の動きの大きさそのものの算出は、水平動き量と垂直動き量の２つから算出できるので、これを動き量算出回路１８に供給して、動きの大きさを求めたあと、総合判定回路８に入力し、必要な階調制限量に相当する総合判定結果ｋの値を決定するように構成している。
【００６０】
次に、階調補正回路１９について、詳細に説明する。階調補正回路１９では、得られた複数方向の画像の動きの方向と、複数方向の画像の動きの大きさと、画像の階調制限量に相当する値である総合判定結果ｋを用いて、入力画像の階調補正を行うが、複数方向の画像の動きの大きさと階調制限の関係は、図１２、図１３で説明した方法と同様にして行われる。
【００６１】
階調補正回路１９の具体的構成例を図２０に示している。この図２０に示すように、階調補正回路１９は、加算器１９１、符号化回路１９２、動き量入力端子１９３、出力端子１９４、減算器１９５、遅延回路１９６〜１９９、係数回路２００〜２０３、係数制御回路２０４を有している。そして、先に検出した水平動き量、垂直動き量、４５°動き量、１３５°動き量は、それぞれ係数制御回路２０４に入力されており、係数回路２００〜２０３によって、それぞれの係数値ＥＡ、ＥＢ、ＥＣ、ＥＤをそれぞれ求め、遅延回路１９６〜１９９の信号を係数値により演算処理したあと、加算器１９１に供給して誤差拡散ループを形成している。
【００６２】
なお、図２０に示す回路構成において、入力される画像信号の階調値に対する階調制御の切り替えは、動き量入力端子１９３に入力された信号により行われ、また図１３に示すような符号化は、階調補正回路１９の符号化回路１９２にて行われる。
【００６３】
このようにして、入力される画像信号は、画像の動きの大きさに応じて階調数が限定されて表示装置に供給され、動画疑似輪郭の発生を適応的に抑制する。そして同時に、誤差拡散ループを構成しているので、等価的な階調値が確保されることになる。なお、動画疑似輪郭の抑制効果を大きくするために、動画部分において階調数の限定を大きくすると、誤差拡散処理によってノイズが多いと感じる画質の低下を招くおそれがある。そのために、本発明では、画像の動きの方向によって誤差拡散の係数を制御して、階調制限を大きくした場合の画質の低下を抑制している。
【００６４】
図２１は、一般的な誤差拡散の係数を説明する図である。図２１は、画素Ｐで階調制限を行って表示したとき、そのときの入力信号と表示信号との差を周囲の４画素Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４つに分配する様子を示すものである。分配の係数ＥＡ、ＥＢ、ＥＣ、ＥＤの実際の数値例を図２２に示す。図２２から分かるように、画像の動きの大きさが小さく、実質的には動画疑似輪郭が発生しないときは、画像は静止画であるとして、係数値ＥＡ、ＥＢ、ＥＣ、ＥＤの値はそれぞれ「７」、「１」、「５」、「３」の値とされる。なお、誤差拡散の係数値は、本来、誤差の分配の係数であるので、合計したものが「１」であるべきであるが、便宜上、１６倍した値で表現している。
【００６５】
なお、画像が静止画ではなく、特定の方向に動いたとすると、図２２に従って、係数値ＥＡ、ＥＢ、ＥＣ、ＥＤの値は更新される。図２２の「静止画」以外の部分は、画像の動きの方向毎に設定される各係数を示している。ただし、ある程度の画像の動きがある場合の係数値を示しており、実際には、画像の動きの大きさに応じて、連続的、または段階的な値に設定される。
【００６６】
図２３はこの様子を説明する図であり、係数ＥＡについての設定方法の概念を示す図である。すなわち、静止画の時には、係数ＥＡは、「７」に設定されているが、画像の動きが大きくなり、例えば画面の画素の水平方向に画像の動きがあった場合、画像の動きの大きさに合わせて、係数ＥＡは最大「１０」に設定される一方、画像の動き方向が画面の画素の垂直方向である場合には、画像の動きの大きさに合わせて係数値ＥＡは「７」から徐々に「０」に小さくなっていくように制御される。その他、画像の動きが画面の斜め方向の場合には、同様に「７」から徐々に「３」に変化するように制御する。
【００６７】
図２４はこの様子を説明する図であり、図２２に示した角度θと、画像の動きの関係を示している。図２４は、水平から角度θの方向の画像の動きがあるとき、画像の動きの大きさをｍとして、画像の動きをベクトル的に表したものである。
【００６８】
このような画像の動きに対応する係数値ＥＡは、図２３を補間して得られた値を図示した図２５で求めることができる。図２５は、図２３に示した数値以外の点を、周囲の明示された数値から補間した値を示したもので、角度θ＝０は画面水平方向を表す。また、図２５の上方（底面に垂直な方向）は、各点の係数値を表す。図２５では点Ｐでの値が図２４の点Ｐに相当し、その係数値はＥＡで図示されているものである。
【００６９】
このように係数値は連続的に変化するように設定しているので、誤差拡散の係数値は、静止画の時の値と、画像の動きの方向と、画像の動きの大きさによって、連続的に変化させることができ、画像の動きの大きさと方向に応じた階調補正をスムーズに行って良好な動画疑似輪郭の抑制と、良好な誤差拡散動作を行うことができる。
【００７０】
なお、その他の係数、例えば係数値ＥＢは、図２６に示すような遷移で表すことができ、これを補間して、図２７のように表すことができる。係数値ＥＣ、ＥＤの遷移図についても同様にして、それぞれ図２８、図２９で表現することができる。また、図示していないが、係数値ＥＣ、ＥＤについても図２５や図２７と同様の図を用いて、係数値の補間の概念を表すことができる。
【００７１】
以上説明したように本実施の形態によれば、サブフィールドを用いた階調表示装置において、画像の動きの大きさと動きの方向を用いて、階調補正の制御と誤差拡散の制御を含む信号処理を施すものであり、動画疑似輪郭の抑制と良好な階調表示を実現することができる。
【００７２】
なお、以上の説明では、画像の動き方向と平行方向の誤差拡散係数を相対的に大きくしている。これは画像の動きに合わせて視線が画面上の対象物を追いかけるような場合、観測者の網膜上では、複数の画素での発光量が「視覚的に融合」すると考えられるので、これを考慮したものである。すなわち、画像の動きと平行方向上にある複数の画素は、等価的に一つの画素と類似の働きを示すと考えられ、このような画素間で、できるだけ誤差を共有することにより、「視覚的な融合」が起こりにくい画素、すなわち、画像の動きに直交する方向にある画素への拡散誤差を小さくすることになり、誤差拡散に伴うノイズ感の増大を抑制することが可能となる。
【００７３】
また、本実施の形態では、係数値の補間を直線的な比例配分となるような例で説明したが、より高次の関数による曲線的な補間や、その他連続的な関数を用いてもよいことは言うまでもない。また、画像の動きの大きさに合わせて、階調値を数段階に制御する例を挙げたが、この段階数は上記の例に限るものではない。さらに特別な例として、階調数の制御は行わず、誤差拡散の係数のみを制御するものであってもよい。また、本実施の形態で説明した誤差拡散係数は、図示したものに限らず、画像の動きの方向に合わせて、視覚的に融合する効果を利用した特性のものであれば同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００７４】
以上説明したように、本発明によれば、入力される画像において、画素の階調値の画面内における勾配を検出する勾配検出手段と、前記入力される画像において、画素の階調値の時間に対する変化度合いを検出する時間変化検出手段と、前記勾配検出手段の出力と前記時間変化検出手段の出力とにより、入力される画像の動きの大きさおよび画像の動き方向を検出する手段と、前記検出した画像の動きの大きさおよび画像の動き方向と前記サブフィールドの輝度重みとに基づいて、入力される画像の信号を補正して表示する信号補正手段とを備えたもので、画像の動きの方向を画像の勾配により検出し、動画疑似輪郭の発生を予測しているので、より的確な階調補正を行って、動画疑似輪郭を抑えつつ、良好な階調特性を確保した画像表示が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
以上説明したように本発明によれば、動画疑似輪郭の発生しやすい部分の画像の動きと勾配を簡単な構成で検出することができ、信号を補正して表示することで、動画疑似輪郭を抑制して良好な画像表示を実現することができ、サブフィールドを用いた階調表示装置の表示品質を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の一実施の形態における階調表示装置の構成を示すブロック図
【図２】同装置の特徴量の範囲組み合わせと制御方法を示す図
【図３】同装置における平滑度検出回路の一例を示すブロック図
【図４】同装置における勾配検出回路の一例を示すブロック図
【図５】同勾配検出回路におけるフィルタの係数の一例を示す図
【図６】同装置における時間変化検出回路の一例を示すブロック図
【図７】同装置における判定回路の特性を示す図
【図８】同装置の総合判定結果の構成図
【図９】同装置において、勾配と時間変化より画像の動き量を算出する方法を説明する図
【図１０】同装置における階調乱れ量評価回路の特性を示す図
【図１１】同装置における階調補正回路の特性を示す図
【図１２】同装置におけるサブフィールドの輝度重みと発光の組み合わせを示す図
【図１３】同装置における符号化回路での符号化方法を示す図
【図１４】本発明の他の実施の形態による階調表示装置における画像部分の勾配の方向と、画像の移動方向の相対的な関係を示す図
【図１５】同装置における階調乱れ量評価を示す図
【図１６】本発明の他の実施の形態による階調表示装置の構成を示すブロック図
【図１７】同装置における動きベクトルＶの勾配方向の成分ＶＧを示す図
【図１８】同装置における階調乱れ量予測回路の構成図
【図１９】本発明の他の実施の形態における階調表示装置の構成を示すブロック図
【図２０】同装置における階調補正回路の構成を示すブロック図
【図２１】一般的な誤差拡散の係数を説明するための説明図
【図２２】本発明の装置における誤差拡散制御方法を説明するための説明図
【図２３】同装置における誤差拡散係数ＥＡの遷移を示す図
【図２４】同装置における誤差拡散係数ＥＡの算出方法を説明するための説明図
【図２５】同装置における誤差拡散係数ＥＡの補間概念を説明するための説明図
【図２６】同装置における誤差拡散係数ＥＢの遷移を示す図
【図２７】同装置における誤差拡散係数ＥＢの補間概念を説明するための説明図
【図２８】同装置における誤差拡散係数ＥＣの補間概念を説明するための説明図
【図２９】同装置における誤差拡散係数ＥＤの補間概念を説明するための説明図
【符号の説明】
【００７７】
１  入力端子
２  平滑度検出回路
３  勾配検出回路
４  時間変化検出回路
５、６、７  判定回路
８  総合判定回路
９  動き量検出回路
１０  階調乱れ量評価回路
１１  補正量制御回路
１２、１９  階調補正回路
１３  サブフィールド階調表示装置
１４  水平動き量検出回路
１５  垂直動き量検出回路
１６  ４５°動き量検出回路
１７  １３５°動き量検出回路
１８  動き量算出回路
９１  水平動き量検出回路
９２  垂直動き量検出回路
１００  階調乱れ量予測回路
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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