計測自動制御学会東北支部 第  回研究集会  
資料番号  プロジェクタのための動きボケ低減手法の評価
        

○吉越太郎  鏡慎吾  橋本浩一 ○     

  東北大学 工学部
 東北大学 大学院情報科学研究科
                  
キーワード
連絡先
#$% 

表示デバイス 

   ，パルス幅変調方式     〒   !  仙台市青葉区荒巻字青葉    東北大学 情報科学研究科
システム情報科学専攻 橋本・荒井研究室 " 鏡研究室 吉越太郎

!  & '() !  & $ * +  

はじめに 

ボケと呼ばれる．非発光型の表示デバイスである  は，多数のマイクロミラーから構成さ人間は視覚を通して多くの情報を取得する．
このため，表示デバイスは視覚情報を与える手段として重要である．表示デバイスは発光型と非発光型の大きく  種類に分類されるれる  デバイスである  ．多数のミラーは独立して切り替えが可能である．

．発光型とは素子自体が発光することで画像を表示するタイプのデバイスであり，非発光型とは素子自体は発光せず，光の透過や反射を利用して表示するタイプのデバイスである．

投影 および

非投影 ににより白画像を，により黒画像を表示する．よって，各ミラーを独立して駆動させることで，ミラー  枚を  画素として  値パターンの投影が可能である．グレースケールの中間色は，白画像と黒画像の表示時間の比率を制御するパルス幅変調

非発光型の表示デバイスの多くは通常，  フ
レーム間は常に同じ画像を表示し続けるホールド型表示方式である．視覚対象が動く場合，人間の眼は視覚対象を追従し注視する追従性眼球運動を起こす．このため，ホールド型表示方式
により移動する画像を人間が見た場合， フレーム間で眼の動きと画像の表示位置との間にズレ方式により表現する．このため， フレームの表現には多くの  値パターンが必要となる．例として  × の  ビット

レースケール画像を表示する場合を

階調 グ に示す．この表示方式は  フレームすべての時間が表示に利用されるため，ホールド型表示方式と同様に移動する画像に動きボケが生じやすい．

が生じ，画像がボケて見える．この現象は動き  一方，発光型の表示デバイスの多くは，表示移動する場合をに示す．横軸が時間，縦素子が発光後直ちに減衰し，画像の表示時間は軸が位置である．この投影手法による表示を人フレームよりも短い．このような表示方式は間が見た場合，  フレーム間で追従性眼球運動

インパルス型表示方式と呼ばれる．インパルスによる眼の動きと移動画像の表示位置との間に型表示方式はホールド型表示方式と比べて動きズレが生じる．このズレがボケとして認識されボケが発生しにくく，「動きに強い」と言われる．

るため，移動画像がボケて見える動きボケが生

しかし，光源からの光が発光後直ちに減衰するじる．

ため，光源からの光の強度がホールド型表示方



式と等しい場合には，ホールド型表示方式より倍速駆動法も得られる輝度が低い．
動きボケを低減するためには，各デバイスの表示方式の特性に応じた対策が必要となる．我々の研究室では  の動きボケに対する対策としてフレーム分割法を提案している  ．しかし，その動きボケ低減効果については定量的に明らかにされていない．本稿では，この低減効果をつの動きボケ対策手法として，

 に示す倍速駆動法と呼ばれる手法が提案されている．
倍速駆動法は表示するフレームの枚数を増やし，強制的に  フレームあたりの表示時間，つまりホールド型表示時間を短くする技術である．
倍速駆動法を  に適用すると，   のようになる．この手法により画像の表示位置を移明らかにすることを目的とする．

動させた場合，眼の動きと移動画像の表示位置

フレーム1 パターンとの間のズレが低減されるため，動きボケが低1減される．しかし，倍速駆動法では前後のフレー

1 pixel

ムから画像処理によって補間した中間フレームをその前後のフレーム間に挿入しなければならない．このため，

32 pixels

常の手法の
時間



画像投影手法

通常の投影手法



倍のデータが必要となる．また，のパルス幅変調方式では， フレームは複数の  値パターンから構成される．このため，


パルス幅変調方式．  ビット
グレースケール画像を表示する例．
 

倍速駆動させる場合，通階調

フレームの時間を短くするためには， パターンを生成するミラーの切り替え速度を上げる必要がある．

ビット  階調 グレースケール画像が静止

1

フレーム: 16 ms

1

フレーム: 8 ms

している場合，すなわちフレームが変化しても各画素の輝度値が変化しない場合は，この  フレーム分のパターンが同じ位置に繰り返し投影中間フレームを補間される．一方，表示画像が移動する場合は通常，
フレームごとに画像の表示位置を移動する．
 の画像を  フレーム ごとに表示位置を 



倍速駆動法

フレーム分割法

の動きボケに対する他の対策手法としてフレーム分割法が提案されている  ．フレーࡈ࡟࡯ࡓ

ム分割法では  の表示方式であるパルス幅変調方式の特性を利用して  フレームを分割する．移動画像を表示する場合，通常は  フレームごとに画像の表示位置が移動されるが，フレー
ム分割法では  フレームを 分割し，  フ

レームごとに表示位置を移動する．これにより

 倍されることに通常手法． フレームごとに画像の表示位置を移動する．


ホールド表示時間が実質 より，画像の動きが眼の動きに近づき，動きボケが低減される．  ビットグレースケール画像ࡈ࡟࡯ࡓで  フレームを  分割し，  フレームごとに表示位置を移動する場合を に示す．

この手法においては倍速駆動法のように中間フレームを補間する必要はない．また，必要となるデータの量も通常の手法と同等で済む．しかし，この手法では分割したフレームごとに画像の表示位置を計算しなければならない．そのた倍速駆動法． フレームの時間はの   になる．
 

めには，表示画像の移動する方向が既知である必要がある．


フレームを  分割し，  フレームごとࡈ࡟࡯ࡓに表示位置を移動する場合には，移動画像の表

示位置を   フレームごとに計算する必要がある．従来は  フレームを  分割し，  フレームごとに表示位置を移動する場合と，  フレームを分割せず，  フレームごとに表示位置を移動する場合のみについて評価が行われていた．しかし， フレームを  分割した場合と分フレーム分割法． ビット  階調 グ
レースケール画像を  分割する例．
 

割しない場合の中間の場合についての評価は行われていない． フレームを  分割し，  フ
レームごとに表示位置を移動する場合をࡈ࡟࡯ࡓ に示す．このような中間の場合にも動きボケの低減効果が得られるのであれば， 分割する場合よりも画像の表示位置計算コストを削減できるのではないかと考えられる．
フレーム分割法． ビット  階調 グ
レースケール画像を  分割する例．
  ! 画質評価実験



概要において勧告されている基本的な項目に従って行った  ．本実験では，評価者に評価画像を計回呈示する．具体的には，評価画像が  種類

章で挙げた各投影手法の動きボケ低減効果の投影手法でそれぞれ  回ずつ計  回呈示さを定量的に評価するため，画質評価実験を行っれる．また，この  回の呈示が行われる順序た．本実験に用いる評価画像は  ビット

階は完全にランダムである．実験中，各呈示画像

調 グレースケール画像であり，  フレームはがいずれの手法で投影されているかは，実験者パターンから構成される．本実験で評価するおよび評価者のいずれにもわからない．評価画 フレーム倍速， 分割して 

投影手法はごとに画像の表示位置を移動するとし，
        

像と黒画像が秒間ずつ交互に投影され，評*価者は評価画像が投影されている*秒間の間に主観的な評価を行う．評価者は評価用紙に書 かれた ** '' の線分上の評価値に相当する位置に横線を記入することにより回答する．線分の計  種類である．本実験は，用いているメモの最上端のスコアを ** ，最下端のスコアを *リボードのメモリ容量の制限から，  ビット画とし，記入した横線の位置をスコアとして測定像を用いて，  倍速駆動まで行うことが可能でする．

ある．また，評価回数が多く実験時間が長時間プロジェクタはスクリーンから約 ***であると評価者の負担が大きいという理由から，''以上の  種類の投影手法を選択して実験を行っ約 *** '' の位置にて投影画像を観測する．

た．評価者は各投影手法により呈示された評価



画像がどのように見えるかを主観的に評価する．

&#%'##%# +&

画像がどのように見えるかは直接評価する指標

いた． の制御には $ !"#('!" 社がない．そのため，本実験には心理学的測定法

製 &%+#0** 1%!"#%# 2%$#) およびそのを用いる必要がある  ．心理学的測定法とは，表示機能拡張ボードである 3/4- 社製 /45

直接観察できない構成概念を数量的に測定する

方法である．

ボードを用いた．また，プロジェクタの光源に実験終了後，各投影手法間の画質に有意な差の位置に設置し，評価者はスクリーンからは，$ !"#('!" 社製 "$  *,-./ /&&%#0 46" '%)($"%# 5$&7$は %$! 8!!# 社の）メモリ

9#4" :**



を用

を用があるかどうかを評価するために，評価結果をいた． の画素数は  *

統計的に分析する．本実験では  種類の投影手あり，スクリーンに投影される画像全体の大き法 水準 の各投影手法間に有意な差があるかさは約 ** ''を調べるため，結果の分析として多重比較を行

ンの被写体照度はプロジェクタからの投影がなう．多重比較とは，複数の水準がある場合にどい状態で約 *, ，白画像を投影した状態で約の水準間に有意な差があるかを統計的に検定す* る方法である．

ケールの , ''である．評価画像には  ビットグレース の画像を用い， ''

本実験は，テレビジョン放送画質の主観評価実!&$"%! !%!

 パターンが必要となる．この画像はスクリーン上では約方法・条件

験を対象に でである．スクリーによる  フレームの表示には , !"#!$"%!$ &%''( ''の大きさで表示される．画像が移動する範囲はスクリーン上で左右に$)%&%''(!&$"%! &"%# " とする．





結果および考察

実験結果解析

節で述べた方法を用いて，男性 , 名による各投影手法の平均スコアから，各投影手法の評価実験を行った．  , は各投影手法と画質画質に有意な差があるかどうかを評価するための平均スコアの関係を示したグラフである．各に多重比較を行った  ．本論文では，多重比較投影手法を横軸に，画質の平均スコアを縦軸にの中でも基本的な方法の  つである (70 法示した．

を用いた．(70 法は各投影手法間の平均スコアの間に有意な差があるのかを統計的に判定す

実験結果に対する考察る方法である．

倍速駆動の場合については，分割数の低下に従ってスコアの値も下がっていることがわか

各手法の画質に有意な差があるか判定した結果を ,中に赤線と 記号で示す．

 ,中，割， 分割については， 分割と  分割の中間

 は有意水準
で画質に有意な差があるこ
で画質に有意な差がとを， は有意水準的な画質が得られていることがわかる．これよあることを示している．心理学領域では有意水り， ビットグレースケール画像において分割準として， < 水準を用いて有意な差があるか数を  から下げていく場合には，分割数の低を判定することが一般的である． < 水準で有下に従い画質は下がるが，画質の低下に伴って意な差があることは， < 水準よりも厳しい水

画像の表示位置計算コストを削減できると考え準で有意な差があり，非常に有意な差があるとられる．

いうことを示している．

る．従来は評価されていなかった  分割， 分

分割数を  とした各倍速

 <

 <

倍速， 倍速，倍速， 倍速 駆動法については，倍速数を増加100させるに従ってスコアの値も高くなっているこ

90とがわかる．特に  倍速駆動から  倍速駆動にࠬࠦࠕ

けるスコアの変化よりもかなり大きくなってい60503020

場合には，駆動に必要となるデータ量が増加し10てしまうが，それに伴って画質は改善されると

0a(1, 1)(1, 2)(1, 4)(1, 8)(1, 16)(2, 1)(3, 1)(4, 1)

ᛩᓇᚻᴺ(m, n)㧦m ୚ㅦ㧘1/n ࡈ࡟࡯ࡓߏߣߦ⴫␜૏⟎ࠍ⒖േ

考えられる．このとき，画質の改善効果は  倍法により各投影手法間に有意な有意水準  <で差があるかを判定した結果．
画質に有意な差がある．
有意水準  <で画質に有意な差がある．
 ,コアが得られていることがわかる．これより，

a*40る．これより，倍速数を  倍速から増加させる

い  分割は， 倍速 ;  分割とほぼ同等のス****

70速駆動から  倍速駆動まで変化させた場合におまた， 倍速駆動において最も分割数が大き*80変化させた場合におけるスコアの変化は，  倍速から  倍速にした場合が最も大きい．

****

倍速 ;  分割は  倍速 ;  分割とほぼ同等の画質が得られていると考えられる．また， 倍速 ;  分割は  倍速 ;  分割ほどではないが，それに近いスコアが得られていることから， 倍速 ;  分割は  倍速 ;  分割とほぼ同等の画質が得られていると考えられる．
 # (70

解析結果に対する考察



画質の低下に伴って画像の表示位置計算コスト

節では， 倍速 ;  分割は  倍速 ; 分割とほぼ同等の画質が得られていると述べた．
より， 倍速 ;  分割と  倍速 ;  分

 ,を削減できることがわかった． 倍速 ;  分割は  倍速 ;  分割と同等以上の画質が得られていると期待できる．

割のどちらも  倍速 ;  分割に対しては，有意水準  < で有意な差が出ている．しかし， 倍

参考文献

速 ;  分割と  倍速 ;  分割の間には有意水

準  < で有意な差が出ているが， 倍速 ;  分

日本光学会 光学界の今とこれから

割と  倍速 ;  分割の間には有意な差が出てい  ない．これより， 倍速 ;  分割は  倍速 ; 

**

$

%= *>*>

分割と同等以上の画質が得られていると期待できる．

 また， 節では， 倍速 ;  分割は  倍速; ?

(!&$!

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%0 @ !%" A(" =%# #% A&"%# $!) 3     

分割とほぼ同等の画質が得られていると述べた．しかし， 倍速 ;  分割に対する有意差()0

を見てみると， 倍速 ;  分割は  < 水準で有 B>***

井上智之，鏡慎吾，橋本浩一 高速 
プロジェクタを用いた動きボケの少ない映意差が出ているが， 倍速 ;  分割は  < 水準

像投影 日本機械学会ロボティクス・メカ

よりも厳しい  < 基準で有意差が出ていること

トロニクス講演会 **

**がわかる．これより， 倍速 ;  分割， 倍速; 分割のどちらも  倍速 ;  分割に対しては

法・統計法 北樹出版

有意な画質が得られているが，  倍速 ;  分割
よりも  倍速 ;  分割の方が有意な差がある，

ということが示唆される．ただし，示唆される

>



**B

石村貞夫，石村光資郎 入門はじめての分散分析と多重比較 東京図書

本稿では， プロジェクタによる投影を想定し， プロジェクタのための動きボケ低減手法をいくつか挙げた．その中でも，フレーム分割法の動きボケ低減効果については，定量的に明らかにされてはいなかった．そのため，この手法による動きボケ低減効果がどれほどであるのかを定量的に明らかにするために，画質評
価実験を行った．
その結果， ビット

三橋哲雄，畑田豊彦，矢野澄男 映像情報メア学会編 画像と視覚情報科学 コロナ社

ことはできない．

おわりに

**,

ディア基幹技術シリーズ  映像情報メディだけであって，厳密にはそうであると断定する

加藤司 心理学の研究法 @ 実験法・測定

階調 グレースケー

ル画像において，分割数を  から下げていく
場合には，分割数の低下に従い画質は下がるが，
 $ 

**