(57)【要約】【課題】無限インパルス応答フィルターでの演算誤差の蓄積による画像の劣化を抑制可能な画像処理装置、画像処理方法、画像表示装置及びプロジェクターを提供する。【解決手段】ＨＤＭＩ入力部４５は、図示しないＨＤＭＩコネクターを備えており、外部からＨＤＭＩに対応するデジタルの画像信号が入力される。ＨＤＭＩ入力部４５は、入力された画像信号をノイズ合成部４７に出力する。ノイズ合成部４７は、ＨＤＭＩ入力部４５から入力される画像信号に、ノイズ生成部４６で生成されるノイズを合成してスケーラー４８に出力する。具体的には、ノイズ合成部４７は、入力された画像信号のうち、画像の明るさへの影響が大きな緑色用の画像信号（１０ビット）に対して、その最下位ビットにノイズを合成する。【選択図】図２
2012195820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタルの画像信号が入力される画像信号入力部と、
ノイズを生成するノイズ生成部と、
前記画像信号入力部に入力された画像信号に、前記ノイズ生成部で生成されたノイズを合成するノイズ合成部と、
前記ノイズ合成部でノイズが合成された画像信号に対して信号処理を施す信号処理部と、
を備えたことを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像処理装置であって、
前記信号処理部は、無限インパルス応答フィルターによって３次元ノイズリダクションを行うことを特徴とする画像処理装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の画像処理装置であって、
前記ノイズ合成部で合成させるノイズの量を指定可能であることを特徴とする画像処理装置。
【請求項４】
デジタルの画像信号が入力される画像信号入力ステップと、
ノイズを生成するノイズ生成ステップと、
前記画像信号入力ステップで入力された画像信号に、前記ノイズ生成ステップで生成されたノイズを合成するノイズ合成ステップと、
前記ノイズ合成ステップでノイズが合成された画像信号に対して信号処理を施す信号処理ステップと、
を備えたことを特徴とする画像処理方法。
【請求項５】
請求項４に記載の画像処理方法であって、
前記信号処理ステップでは、無限インパルス応答フィルターによって３次元ノイズリダクションを行うことを特徴とする画像処理方法。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の画像処理方法であって、
合成させるノイズの量を指定するノイズ量指定ステップをさらに備え、
前記ノイズ合成ステップでは、前記ノイズ量指定ステップで指定された量のノイズを合成することを特徴とする画像処理方法。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像処理装置を備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項８】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像処理装置を備えたことを特徴とするプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルの画像信号に画像処理を施す画像処理装置、画像処理方法、画像表示装置及びプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
動画像の画像信号を処理する画像処理装置において、画像信号に含まれるランダムノイズをフレーム間の相関に基づいて低減させる処理（３次元ノイズリダクション）が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような３次元ノイズリダクションでは、参照するフレーム数を多くするほど効果が高まるが、処理の負荷が増大するため、遅延が大きくなったり、装置のコストが高くなったりしてしまう。このため、３次元ノイズリダクションを実現するための回路には、ＦＩＲ（有限インパルス応答）フィルターよりも少ない演算タップ数で性能のよいフィルターを実現可能なＩＩＲ（無限インパルス応答）フィルターが用いられることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３１８２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＩＩＲフィルターは、演算結果をフィードバックして次の演算にも利用するため、演算誤差が蓄積するという問題を有している。特に、ＨＤＭＩ（High-Definition Multimedia Interface）に対応する画像信号のようにデジタルの画像信号が入力される場合には、変化（動き）の少ない部分で演算誤差が蓄積しやすく、シーンが切り替わったり字幕が変化したりする際等に、蓄積した演算誤差が残像のように見えてしまう場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本適用例に係る画像処理装置は、デジタルの画像信号が入力される画像信号入力部と、ノイズを生成するノイズ生成部と、前記画像信号入力部に入力された画像信号に、前記ノイズ生成部で生成されたノイズを合成するノイズ合成部と、前記ノイズ合成部でノイズが合成された画像信号に対して信号処理を施す信号処理部と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
この画像処理装置によれば、信号処理部での信号処理に先立って、画像信号にノイズを合成しているため、演算誤差の蓄積が抑制され、演算誤差の蓄積による画像の劣化（残像）を防ぐことが可能となる。
【０００８】
［適用例２］上記適用例に係る画像処理装置において、前記信号処理部は、無限インパルス応答フィルターによって３次元ノイズリダクションを行ってもよい。
【０００９】
［適用例３］上記適用例に係る画像処理装置において、前記ノイズ合成部で合成させるノイズの量を指定可能であることが望ましい。
【００１０】
［適用例４］本適用例に係る画像処理方法は、デジタルの画像信号が入力される画像信号入力ステップと、ノイズを生成するノイズ生成ステップと、前記画像信号入力ステップで入力された画像信号に、前記ノイズ生成ステップで生成されたノイズを合成するノイズ合成ステップと、前記ノイズ合成ステップでノイズが合成された画像信号に対して信号処理を施す信号処理ステップと、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
この画像処理方法によれば、信号処理に先立って、画像信号にノイズを合成しているため、演算誤差の蓄積が抑制され、演算誤差の蓄積による画像の劣化（残像）を防ぐことが可能となる。
【００１２】
［適用例５］上記適用例に係る画像処理方法において、前記信号処理ステップでは、無限インパルス応答フィルターによって３次元ノイズリダクションを行ってもよい。
【００１３】
［適用例６］上記適用例に係る画像処理方法において、合成させるノイズの量を指定するノイズ量指定ステップをさらに備え、前記ノイズ合成ステップでは、前記ノイズ量指定ステップで指定された量のノイズを合成することが望ましい。
【００１４】
［適用例７］本適用例に係る画像表示装置は、上記適用例のいずれかに記載の画像処理装置を備えたことを特徴とする。
【００１５】
［適用例８］本適用例に係るプロジェクターは、上記適用例のいずれかに記載の画像処理装置を備えたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】プロジェクターの概略構成を示すブロック図。
【図２】画像処理装置の概略構成を示すブロック図。
【図３】ノイズ生成部及びノイズ合成部の概略構成を示すブロック図。
【図４】変形例に係るノイズ生成部及びノイズ合成部の概略構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本実施形態の画像処理装置について、図面を参照して説明する。
本実施形態の画像処理装置は、画像表示装置としてのプロジェクターの内部に搭載されている。プロジェクターは、外部の画像供給装置から供給される画像信号に基づく画像をスクリーンや壁面等に投写して表示する。
【００１８】
図１は、プロジェクターの概略構成を示すブロック図である。
図１に示すように、プロジェクター１は、画像投写部１０、制御部２０、操作部３０、画像処理装置４０を備えている。
【００１９】
画像投写部１０は、光源装置１１、光変調装置としての液晶ライトバルブ１２、投写光学系としての投写レンズ１３、液晶駆動部１４等で構成されている。画像投写部１０は、表示部に相当するものであり、光源装置１１から射出された光を液晶ライトバルブ１２で画像光に変調し、この画像光を投写レンズ１３から拡大投写して、外部のスクリーンＳＣ等に画像を表示する。
【００２０】
光源装置１１は、超高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等からなる放電型の光源ランプ１１ａと、光源ランプ１１ａが放射した光を液晶ライトバルブ１２側に反射するリフレクター１１ｂとを含んで構成されている。
【００２１】
液晶ライトバルブ１２は、一対の透明基板間に液晶が封入された透過型の液晶パネル等によって構成される。液晶ライトバルブ１２には、マトリクス状に配列された複数の画素（図示せず）が形成されており、液晶に対して画素毎に駆動電圧を印加可能になっている。そして、液晶駆動部１４の駆動により、入力される画像信号に応じた駆動電圧が各画素に印加されると、各画素は、画像信号に応じた光透過率に設定される。このため、光源装置１１から射出された光は、この液晶ライトバルブ１２を透過することによって、画像信号に応じた階調を有する画像光に変調され、投写レンズ１３から拡大投写される。
【００２２】
制御部２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、制御プログラムや設定データ等が記憶される不揮発性のＲＯＭ（Read Only Memory）と、各種処理の一時記憶に用いられるＲＡＭ（Random Access Memory）（いずれも図示せず）とを備え、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムに従ってＣＰＵが動作することによりプロジェクター１の動作を統括制御する。つまり、制御部２０は、コンピューターとして機能する。
【００２３】
操作部３０は、ユーザーの入力操作を受け付けるものであり、プロジェクター１に対して各種指示を行うための複数の操作キーを備えている。ユーザーが操作部３０の各種操作キーを操作すると、操作部３０は、この入力操作を受け付けて、ユーザーの操作内容に応じた操作信号を制御部２０に出力する。なお、操作部３０として、遠隔操作が可能なリモコン（図示せず）を用いた構成としてもよい。この場合、リモコンは、ユーザーの操作内容に応じた赤外線の操作信号を発信し、図示しない受信部がこれを受信して制御部２０に伝達する。
【００２４】
画像処理装置４０は、コンピューターや各種映像再生装置等、外部の画像供給装置（図示せず）から供給される画像信号に各種信号処理を施して、画像投写部１０で利用可能な形式の画像信号、即ち液晶ライトバルブ１２の各画素の階調を表す画像信号に変換する。ここで、変換された画像信号は、液晶ライトバルブ１２の各画素に対応する複数の画素値を含んでいる。画素値とは、対応する画素の光透過率を定めるものであり、この画素値によって、各画素から射出される光の輝度が規定される。画像処理装置４０で処理がなされた画像信号が画像投写部１０に出力されると、この画像信号に基づく画像光が画像投写部１０から投写される。
【００２５】
図２は、画像処理装置４０の概略構成を示すブロック図である。
図２に示すように、画像処理装置４０は、アナログ入力部４１と、マルチプレクサー（ＭＵＸ）４２と、ローパスフィルター（ＬＰＦ）４３と、アナログ−デジタル変換回路（ＡＤＣ）４４と、ＨＤＭＩ（High-Definition Multimedia Interface）入力部４５と、ノイズ生成部４６と、ノイズ合成部４７と、スケーラー４８と、ノイズ低減処理部４９とを備えている。
【００２６】
また、プロジェクター１は、図示しない複数のビデオ入力端子を備えており、これらのビデオ入力端子には、外部の画像供給装置からアナログの画像信号が入力可能になっている。ビデオ入力端子を介して外部から供給されるアナログの画像信号は、アナログ入力部４１に入力される。そして、アナログ入力部４１は、各ビデオ入力端子に入力された画像信号をマルチプレクサー４２に出力する。
【００２７】
マルチプレクサー４２は、アナログ入力部４１から入力された複数の画像信号のうち、制御部２０の指示に基づく１つの画像信号を選択し、選択した画像信号をローパスフィルター４３に出力する。
【００２８】
ローパスフィルター４３は、後段のアナログ−デジタル変換回路４４でサンプリングを行う際に生じうるエイリアスを軽減するためのフィルターである。マルチプレクサー４２から出力された画像信号は、このローパスフィルター４３を通った後にアナログ−デジタル変換回路４４に入力される。
【００２９】
アナログ−デジタル変換回路４４は、入力されるアナログの画像信号に対して所定のサンプリング周波数でサンプリングを行い、アナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換する。そして、変換後の画像信号をスケーラー４８に出力する。
【００３０】
また、プロジェクター１は、図示しない複数のＨＤＭＩコネクターを備えており、外部からＨＤＭＩに対応するデジタルの画像信号が入力可能になっている。ＨＤＭＩコネクターを介して外部から供給されるデジタルの画像信号は、ＨＤＭＩ入力部４５に入力される。ＨＤＭＩ入力部４５は、入力された複数のデジタルの画像信号のうち、制御部２０の指示に基づく１つの画像信号を選択し、ノイズ合成部４７に出力する。ＨＤＭＩ入力部４５に入力される画像信号としては、例えば、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）のそれぞれの明るさ（輝度）を画素毎に１０ｂｉｔの画素値で表した画像信号が入力される。
【００３１】
ノイズ合成部４７は、ＨＤＭＩ入力部４５から入力される画像信号に、後述するノイズ生成部４６で生成されるノイズを合成してスケーラー４８に出力する。具体的には、ノイズ合成部４７は、入力された画像信号のうち、所定の画像信号、例えば緑色用の画像信号（１０ビット）に対して、その最下位ビットにノイズを合成する。
【００３２】
図３は、ノイズ生成部４６及びノイズ合成部４７の概略構成を示すブロック図である。
図３に示すように、ノイズ生成部４６は、ツェナーダイオード６１と、抵抗６２と、増幅回路（ＡＭＰ）６３と、シュミットトリガーインバーター６４とを備えて構成され、画像信号に合成するためのノイズを生成する。
【００３３】
ツェナーダイオード６１は、抵抗６２と直列に接続され、この直列回路には、ツェナーダイオード６１の逆方向の電圧が印加される。また、ツェナーダイオード６１と抵抗６２の接続点Ａは、増幅回路６３の入力に接続され、増幅回路６３の出力は、シュミットトリガーインバーター６４に接続されている。
【００３４】
このように構成されたノイズ生成部４６では、ツェナーダイオード６１のアバランシェ降伏により、接続点Ａに電圧変動が発生する。この電圧変動は、広い周波数帯域に渡って強度分布が略均等なホワイトノイズであり、オペアンプ等で構成される増幅回路６３によって増幅された後、シュミットトリガーインバーター６４でデジタル化されて、ノイズ合成部４７に出力される。
【００３５】
ノイズ合成部４７は、ＸＯＲ（eXclusive OR）ゲート６５を備えて構成され、ノイズ生成部４６で生成されてデジタル化されたノイズを画像信号に合成する。具体的には、ＸＯＲゲート６５には、ＨＤＭＩ入力部４５から出力される赤色用の画像信号ＲＤ０〜９、緑色用の画像信号ＧＤ０〜９、青色用の画像信号ＢＤ０〜９のうち、緑色用の画像信号の最下位ビットＧＤ０が入力されるとともに、ノイズ生成部４６からシュミットトリガーインバーター６４の出力が入力される。そして、ＸＯＲゲート６５は、双方の排他的論理和をスケーラー４８に出力する。また、他の画像信号ＲＤ０〜９，ＧＤ１〜９，ＢＤ０〜９については、そのままスケーラー４８に出力される。
【００３６】
図２に戻って、スケーラー４８は、ＨＤＭＩ入力部４５に入力されてノイズ合成部４７でノイズが合成された画像信号と、アナログ入力部４１に入力されてアナログ−デジタル変換回路４４でデジタル信号に変換された画像信号のうち、制御部２０の指示に基づく一方の画像信号に対して、その解像度を、液晶ライトバルブ１２の解像度に合わせるための解像度変換処理を行う。具体的には、スケーラー４８は、処理対象の画像信号の解像度が液晶ライトバルブ１２の解像度よりも高い場合には、画像信号から画素を間引く処理を行い、処理対象の画像信号の解像度が液晶ライトバルブ１２の解像度よりも低い場合には、画像信号に画素を補間する処理を行う。スケーラー４８は、処理対象の画像信号をフレームメモリー４８ａにフレーム単位で順次記憶させながらこれらの処理を行い、処理後の画像信号をノイズ低減処理部４９に出力する。
【００３７】
ノイズ低減処理部４９は、ＩＩＲ（無限インパルス応答）フィルター６６を備えて構成される。ノイズ低減処理部４９は、このＩＩＲフィルター６６により、スケーラー４８から入力される画像信号に対して、画像信号に含まれるランダムノイズをフレーム間の相関に基づいて低減させる処理（３次元ノイズリダクション）を施す。ノイズ低減処理部４９は、処理対象の画像信号をフレームメモリー４９ａにフレーム単位で順次記憶させながらこの処理を行い、処理後の画像信号を画像投写部１０に出力する。この結果、３次元ノイズリダクションが施された画像信号に基づく画像がスクリーンＳＣに投写される（図１参照）。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態の画像処理装置４０によれば、以下の効果を得ることができる。
【００３９】
（１）本実施形態の画像処理装置４０によれば、ＩＩＲフィルター６６での３次元ノイズリダクションに先立って、画像信号にノイズを合成しているため、ＩＩＲフィルター６６での演算誤差の蓄積が抑制され、演算誤差の蓄積による画像の劣化を防ぐことが可能となる。なお、本実施形態では、１０ビット画像信号の最下位ビットにのみノイズを合成しているため、合成したノイズが画像の劣化として視認されることはない。
【００４０】
（２）本実施形態の画像処理装置４０によれば、ツェナーダイオード６１を用いてノイズを生成しているため、ノイズ生成部４６を簡単に構成することが可能となる。
【００４１】
なお、本実施形態において、ＨＤＭＩ入力部４５は、画像信号入力部に相当し、ノイズ低減処理部４９は、信号処理部に相当する。
【００４２】
（変形例）
また、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
【００４３】
上記実施形態では、ＲＧＢの画像信号のうち、緑色用の画像信号にノイズを合成させているが、ＲＧＢすべての画像信号にノイズを合成するようにしてもよい。この場合には、図４に示すように、ＲＧＢ各色の画像信号にそれぞれ専用のノイズ合成部４７Ｒ，４７Ｇ，４７Ｂを設けるようにしてもよい。さらに、図４では、ノイズ生成部４６を一つだけ用いる構成を例示しているが、ＲＧＢ各色の画像信号にそれぞれ専用のノイズ生成部４６を設けるようにしてもよい。また、ＨＤＭＩ入力部４５から出力されるデジタルの画像信号が、輝度信号Ｙと２つの色差信号Ｃｂ，Ｃｒを含む輝度色差信号の場合には、輝度信号Ｙにのみノイズを合成させてもよいし、輝度信号Ｙと色差信号Ｃｂ，Ｃｒのすべてにノイズを合成させてもよい。輝度信号Ｙにのみノイズを合成する場合は、ＨＤＭＩ入力部４５からスケーラー４８に伝送される画像信号が輝度色差信号であることを除き、図３に示したノイズ生成部４６及びノイズ合成部４７の回路構成と同様の回路構成を採用することができる。同様に、輝度信号Ｙと色差信号Ｃｂ，Ｃｒのすべてにノイズを合成させる場合は、図４に示したノイズ生成部４６及びノイズ合成部４７の回路構成と同様の回路構成を採用することができる。
【００４４】
上記実施形態では、画像信号の最下位ビットにノイズを合成させているが、ノイズを合成させるビットは、最下位の１ビットに限定されず、下位の複数のビットに合成させるようにしてもよい。ただし、ＳＮ（Signal-Noise）比が５０ｄＢよりも小さくなってくると、合成したノイズが画像の劣化として視認されやすくなってくるため、画像信号が１０ビットの場合には、ノイズを合成させるビットを下位の２ビット以下にすることが望ましい。また、合成させるノイズの量、即ちノイズを合成させるビット数をユーザーの好み等に応じて指定できるようにして、指定されたビット数だけノイズ合成部４７でノイズを合成させるようにしてもよい。
【００４５】
上記実施形態において、画像信号がデジタルの場合には、アナログの場合に比べてノイズが少ないため、３次元ノイズリダクションの必要性はさほど高くないが、映画をソースとする画像信号の場合には、映画に特有の粒子状のノイズ（フィルムグレイン）が含まれていることが多いため、ユーザーによっては、このノイズの低減を強く望む場合がある。このため、画像信号のソースを検出するソース検出部を画像処理装置４０に備えるようにして、ＨＤＭＩ入力部４５に入力された画像信号のソースが映画であることをソース検出部が検出した場合に、ノイズ合成部４７でのノイズの合成とノイズ低減処理部４９での３次元ノイズリダクションを実施するようにしてもよい。なお、画像信号のソースが映画であるか否かを検出するためには、例えば、フレーム間の相関に基づいて、２−３プルダウンによって生成された画像信号であるか否かを判断するようにすればよい。
【００４６】
上記実施形態において、ツェナーダイオード６１の周辺の回路構成については、上記に限定されず、様々な変形が可能である。また、ノイズを生成する回路はツェナーダイオード６１を利用したものに限定されず、トランジスターを利用したもの等、様々な回路構成で実現することが可能である。
【００４７】
上記実施形態では、ノイズ合成部４７は、ＸＯＲゲート６５を備えて構成され、画像信号の最下位ビットと、ノイズ生成部４６との排他的論理和を出力するようにしているが、この構成に限定されない。例えば、双方の論理和を出力するＯＲゲートで構成するようにしてもよい。
【００４８】
上記実施形態では、ＨＤＭＩに対応する画像信号にノイズを合成させているが、デジタルの画像信号であれば、他の規格（例えば、ＤＶＩ（Digital Visual Interface））に対応する画像信号に適用させてもよい。
【００４９】
上記実施形態において、プロジェクター１は、ＲＧＢに対応する３つの液晶ライトバルブ１２を利用してカラー画像を形成する３板式のプロジェクターであってもよい。
【００５０】
上記実施形態では、光変調装置として、透過型の液晶ライトバルブ１２を用いているが、反射型の液晶ライトバルブ等、反射型の光変調装置を用いることも可能である。また、入射した光の射出方向を、画素としてのマイクロミラー毎に制御することにより、光源から射出した光を変調する微小ミラーアレイデバイス等を用いることもできる。
【００５１】
上記実施形態では、光源装置１１は、放電型の光源ランプ１１ａを備えて構成されているが、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）光源等の固体光源や、その他の光源を用いることもできる。
【００５２】
上記実施形態では、画像処理装置４０がプロジェクター１に搭載された例を示したが、この態様に限定されない。例えば、画像処理装置４０を、プロジェクター１以外の画像表示装置（例えば、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ等）に搭載するようにしてもよいし、画像表示装置に画像信号を供給する画像供給装置に搭載するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１…プロジェクター、１０…画像投写部、１１…光源装置、１１ａ…光源ランプ、１１ｂ…リフレクター、１２…液晶ライトバルブ、１３…投写レンズ、１４…液晶駆動部、２０…制御部、３０…操作部、４０…画像処理装置、４１…アナログ入力部、４２…マルチプレクサー（ＭＵＸ）、４３…ローパスフィルター（ＬＰＦ）、４４…アナログ−デジタル変換回路（ＡＤＣ）、４５…ＨＤＭＩ入力部、４６…ノイズ生成部、４７…ノイズ合成部、４８…スケーラー、４８ａ…フレームメモリー、４９…ノイズ低減処理部、４９ａ…フレームメモリー、６１…ツェナーダイオード、６２…抵抗、６３…増幅回路（ＡＭＰ）、６４…シュミットトリガーインバーター、６５…ＸＯＲゲート、６６…ＩＩＲフィルター、ＲＤ０〜９，ＧＤ０〜９，ＢＤ０〜９…画像信号、ＳＣ…スクリーン。
【図１】
2012195820.tif 000003
【図２】
2012195820.tif 000004
【図３】
2012195820.tif 000005
【図４】
2012195820.tif 000006