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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１フレーム当たりの点灯時間を制御することによって中間調を再現する画像表示方法および装置に関し、プラズマディスプレイパネル（Plasma Display Panel：ＰＤＰ）または有機ＥＬパネルによる表示に好適である。
【０００２】
ＰＤＰは、テレビジョン及びコンピュータのモニターのどちらにも利用可能な高速性と解像度とを兼ね備えており、大画面表示デバイスとして利用されている。このようなＰＤＰの課題の１つに動画表示における偽輪郭およびフリッカの低減がある。
【０００３】
【従来の技術】
ＰＤＰにおける中間調の再現は、セル（表示素子）毎に１フレームの放電回数を階調レベルに応じて設定することにより行われる。カラー表示は階調表示の一種であって、表示色は３原色の輝度の組合せによって決まる。
【０００４】
ＰＤＰの階調表示方法として、１フレームを輝度の重み付けをした複数のサブフレームで構成し、サブフレーム単位の点灯／非点灯の組合せ（これを点灯パターンと呼称する）によって１フレームの総放電回数を設定するサブフレーム法が広く知られている。一般にフレームからサブフレームへの変換は、あらかじめ作成された変換テーブルによって行われる。なお、インタレース表示の場合には、フレームを構成する複数のフィールドのそれぞれが複数のサブフィールドで構成され、サブフィールド単位の点灯制御が行われる。ただし、点灯制御の内容はプログレッシブ表示の場合と同様である。
【０００５】
サブフレーム単位の点灯制御による表示では、点灯するサブフレームと点灯しないサブフレームとが混在してフレーム期間内で発光時期が離散的となることに起因して、フリッカおよび偽輪郭が生じるという問題がある。例えば、あるフレームでは表示期間の前半に発光が集中し、続くフレームでは表示期間の後半に発光が集中する場合、低輝度となる時間が長くなるために、発光の時間分布は人間の目にフリッカとして感じられることがある。また、画面内で動く物体を含む画像を表示する場合、観察者が物体を目で追うので、観察者が注目するセルの像は網膜上を移動する。このとき、偶然に網膜上のある点に低発光強度のセルの像が投影され続けると、その点に対応する物体表面の明るさが暗く感じられてしまう。そのような点が線上に連なって、物体表面に筋上の模様が見える場合が偽輪郭と呼ばれている。すなわち、偽輪郭は、観察者が表示内容と異なる明暗を知覚する現象であって、特に階調レベルの似通った画素からなる濃度変化の緩やかな画像部分が画面内で移動する場合に生じ易い。例えば人が歩くシーンにおいて顔の部分で偽輪郭が生じる。
【０００６】
従来において、フリッカおよび偽輪郭を低減するための手法として、中間調に対して複数通りのサブフレーム表現が可能なように重み付けを工夫し、個々のフレームに注目して階調レベル毎に最適のサブフレーム表現を選択する方法が知られている。サブフレーム表現の最適化の基本は、特開平１０−３０７５６１号公報に記載されているように、フレーム期間における発光重心が階調レベルによって大きく変わらないようにすることである。例えば、常に発光重心をフレーム期間の中央付近に設定する。発光重心が一定であれば、フレーム間の発光重心間隔も一定となり、低輝度の時間が長く続くという発光時期の偏りがなくなる。
【０００７】
また、特開平１１−２２４０７４号公報において、あるフレーム（これを現フレームという）に注目して点灯パターンを決める際に、以前のフレーム（これを前フレームという）の点灯パターンを参照し、前フレームと現フレームとの関係を加味して最適の点灯パターンを選択する方法が提案されている。これによれば、現フレームのみに注目して点灯パターンを決める方法と比べて、より確実に偽輪郭を低減することができる。さらに、特開平９−１７２５８８号公報および特開２０００−１０５５６５号公報において、隣接セルの点灯パターンを考慮して、点灯パターンを決定する方法が提案されている。隣接セル間でなるべく点灯パターンが変わらないようにすれば、偽輪郭の発生が低減する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように重心位置のみに着目して点灯パターンを決めると、表示の良否が発光波形の広がりに依存するという問題があった。例えば、図２１（Ａ）（Ｂ）に示す同じ重心位置をもつ２つの発光波形が、図２２のように交互に現れると、フレーム周期の２倍の周期で輝度が変調され、重心位置を固定していてもフリッカが知覚される。また、偽輪郭の抑制も重心位置の制御のみでは不十分である。画面上を物体が動く場合の表示の変化を図２３に示す。図２３はＱ階調の背景上を動くＰ階調の物体の輪郭部を示している。この物体の動きに視線が追随すると、網膜上で物体の像が静止し、網膜上での入射光量は図２４のように分布する。点灯パターンを考慮すると、網膜上の積分光量は図２５のようになる。実際のセル配列では、セル間に間隙が存在するのが一般的である。例えばセルを区画する隔壁がセル間隙を形成する。３色のセルを用いるカラー表示においては、ある色のセル間に他の色のセルが存在し、それによって２セル分の間隙が生じる場合がある。このことを考えて、セル間隙がある場合の網膜上の入射光量を図２５に示す。図２５では、複数のサブフレーム（図ではＳＦと表記）で構成される１フレームの積分光量を図示してある。図２５では隣接セル間で発光プロファイルの重なりはないが、これに限らない。重なりの有無は視線の移動速度および点灯パターンに依存する。
【０００９】
通常、画面の観察は、セルピッチが目の分解能よりも細かくなる状態で行われる。したがって、図２５の網膜上の光量プロファイルは空間方向に平均化されて視認される。目標光量との差である表示誤差のうち、セルピッチ以上の空間周波数成分は通常は認知されない。偽輪郭にはセルピッチ未満の空間周波数成分が主に関与し、空間の発光プロファイルの疎密が暗部および明部に対応する。この発光プロファイルの疎密は発光重心のみでは制御できず、図２６および図２７に示す点灯パターンの広がりに影響される。図２６は隣接するセルの双方でフレームの投影範囲の中央部に発光が集中しており、偽輪郭は目立たない。これに対し、図２７のパターンでは発光重心は図２６のパターンと同じであるものの、一方のセルの発光分布がフレームの投影範囲の端部に偏っている。この場合に、隣接するセル間に発光強度の疎密が生じてそれが偽輪郭として視認される。
【００１０】
さらに、従来では、フレームとサブフレームとを対応づける変換テーブルの作成にあたって、各階調レベルに対してどの点灯パターンを選択するかを、熟練者が経験則に基づいて階調レベル毎に判断する必要があった。上述のように前フレームと現フレームとの関係を加味する場合には、階調数Ｎを２５６とすると、２５６2 通りの階調の組み合わせに対して１つずつ最適の点灯パターンを決めなければならず、その労力は甚大であった。２つ以上の前フレームを参照するとなると、階調の組み合わせはＮ3 通りにもなる。階調数Ｎを増やしたり、重み付けを変更したりすることで仕様が変わると、その都度に面倒な作業を行わなければならない。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、フリッカおよび偽輪郭の双方を低減するために、時間的に隣接する過去のフレームの点灯パターンと、隣接する画素の点灯パターンの双方を参照して注目画素の点灯パターンを決定する。具体的には、注目するフレームとそれに連続する過去のフレームとの表示誤差のフーリエ成分を基に計算される誤差と、注目画素とそれの近傍の周辺画素との表示誤差のフーリエ成分を基に計算される誤差との和が小さくなるように点灯パターンを決定する。ここでいう画素とは、画面を構成する単位表示要素（単一発色の表示素子）を意味する。
【００１２】
過去のフレームとの表示誤差とは、フレームをサブフレームに分割して表示するときの発光波形と、理想的な発光波形との差である。この表示誤差のフーリエ成分を評価し、その差が小さくなるような点灯パターンを選択する。その際、フーリエ成分が高次になるほど人間の目の時間分解能では弁別しにくくなるので、フーリエ成分の次数ごとに重みを設定して誤差を評価する。これはフリッカの低減に有効である。
【００１３】
周辺画素との表示誤差とは、視線が移動する場合に網膜上において期待される目標光量と、サブフレームごとの発光を積分して得られる光量分布との差である。
【００１４】
参照する周辺画素は１つであっても効果はあるが、２つ以上とするのが望ましい。すなわち、画面の一方向に並ぶ画素だけを参照すると、他の方向に視線が動いたときの点灯パターンの混合に関して考慮されないことになる。したがって、注目画素に対する配置方向が異なる２以上の画素を参照するのが望ましい。例えば、水平方向の隣接画素と垂直方向の隣接画素とを参照して点灯パターンを決定すればよい。ただし、参照する画素の点灯パターンが参照の以前に決定されている必要があるので、この条件を満たすように各画素の注目順序を選定する。シリアルの画像データ入力と並行して処理を進める形態では、画像データの入力順に点灯パターンを決めるやり方が自然であり、データ処理のアルゴリズムを考え易い。画面の端部の画素には参照すべき位置の全部または一部に画素が存在しない。このような画素については、全てのサブフレームを非点灯とした仮想の画素を参照して点灯パターンを決定するか、参照可能な画素だけを参照して点灯パターンを決定する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る表示装置の構成図、図２は点灯パターンの決定に係る注目画素と周辺画素との位置関係を示す図、図３は正方配列の画素群における点灯パターンの決定順序を示す図である。
【００１６】
表示装置１００は、ｍ×ｎ個のセルからなる表示面を有した面放電型のＰＤＰ１と、縦横に並ぶセルを選択的に発光させるためのドライブユニット７０とから構成されており、壁掛け式テレビジョン受像機、コンピュータシステムのモニターなどとして利用される。
【００１７】
ＰＤＰ１では、表示放電を生じさせるための電極対を構成する表示電極が平行配置され、これら表示電極と交差するようにアドレス電極が配列されている。表示電極は画面の行方向（水平方向）に延び、アドレス電極は列方向（垂直方向）に延びている。
【００１８】
ドライブユニット７０は、コントローラ７１、電源回路７３、データ変換回路７５、Ｘドライバ８１、Ｙドライバ８５、およびＡドライバ８７を有している。ドライブユニット７０にはＴＶチューナ、コンピュータなどの外部装置からＲ，Ｇ，Ｂの３色の輝度レベルを示す多値画像データであるフレームデータＤｆが、各種の同期信号とともに入力される。
【００１９】
ＰＤＰ１による表示では、２値の点灯制御によって階調再現を行うために、入力画像である時系列の原フレームを所定数Ｍのサブフレームに分割する。データ変換回路７５は、フレームデータＤｆを階調表示のためのサブフレームデータＤｓｆに変換してＡドライバ８７へ送る。サブフレームデータＤｓｆは１セル当たり１ビットの表示データのＭ画面分の集合であって、その各ビットの値は該当する１つのサブフレームにおけるセルの発光の要否、厳密にはアドレス放電の要否を示す。データ変換回路７５は、点灯パターン決定回路７６とともに、少なくとも１フレーム分のサブフレームデータＤｓｆを記憶するサブフレームメモリ７７、およびルックアップ形式でサブフレームデータＤｓｆを出力するためのテーブルメモリ７８を有する。
【００２０】
表示しようとするｋ番目のフレームについてのフレームデータＤｆ(k) からサブフレームデータＤｓｆ(k) への変換は、図３の順序で１画素ずつ行なわれる。括弧内の文字はフレーム順位を表す。注目画素ｊについてのサブフレームデータＤｓｆj (k) の決定に際しては、少なくも（ｋ−１）番目を含む過去のフレームのサブフレームデータＤｓｆj (k-1) 、および注目画素ｊの近傍に位置する周辺画素ａ，ｂに対して既に決定されたｋ番目のフレームのサブフレームデータＤｓｆa (k) ，Ｄｓｆb (k) が、参照テータとして点灯パターン決定回路７６に入力される。点灯パターン決定回路７６は、注目画素ｊのフレームデータＤｆ(k) における注目画素ｊのデータ値と参照テータ値との組合せに対応したサブフレームデータＤｓｆj (k) を、テーブルメモリ７８から読み出してサブフレームメモリ７７へ書き込む。テーブルメモリ７８のデータ内容は、本発明に則して目標との誤差のフーリエ成分が最小となるように設定されている。なお、テーブルメモリ７８に代えて演算プロセッサを設け、入力に呼応してフーリエ演算を行って最適のサブフレーム表現を求める構成を採用することもできる。
【００２１】
図４はＰＤＰのセル構造の一例を示す図である。
図４において、ＰＤＰ１は一対の基板構体（基板上にセル構成要素を設けた構造体）１０，２０からなる。前面側の基板構体１０の基材であるガラス基板１１の内面に、ｎ行ｍ列の表示面ＥＳの各行に一対ずつ表示電極Ｘ，Ｙが配置されている。表示電極Ｘ，Ｙは、面放電ギャップを形成する透明導電膜４１とその端縁部に重ねられた金属膜４２とからなる。表示電極Ｘ，Ｙを被覆するように誘電体層１７が設けられ、誘電体層１７の表面には保護膜１８が被着されている。
【００２２】
背面側のガラス基板２１の内面に１列に１本ずつアドレス電極Ａが配列されており、これらアドレス電極Ａは誘電体層２４で被覆されている。誘電体層２４の上に高さ１５０μｍ程度の隔壁２９が設けられている。隔壁パターンは放電空間を列毎に区画するストライプパターンである。誘電体層２４の表面および隔壁２９の側面を被覆するように、カラー表示のための蛍光体層２８Ｒ，２８Ｇ，２８Ｂが設けられている。図中の斜体文字（Ｒ，Ｇ，Ｂ）は蛍光体の発光色を示す。色配列は各列のセルを同色とするＲ，Ｇ，Ｂの繰り返しパターンである。すなわち、１行内の３列 (３個のセル）が表示画像の１画素に対応する。蛍光体層２８Ｒ，２８Ｇ，２８Ｂは放電ガスが放つ紫外線によって局部的に励起されて発光する。
【００２３】
図５はフレーム分割の概要を示す図、図６は点灯パターンの一例を示す図である。
色別の階調表示によるカラー再現を行うために、フレームを例えば１２個のサブフレームに分割する。つまり、フレームを１２個のサブフレームｓｆ１〜ｓｆ１２の集合に置き換える。これらサブフレームにおける輝度の相対比率がおおよそ５：１６：５９：３２：３：７：２：１：２２：９：４３：５６となるように重み付けをして各サブフレームの表示放電の回数を設定する。サブフレーム単位の点灯／非点灯の組合せでＲＧＢの各色毎に２５６段階の輝度設定を行うことができる。
【００２４】
表示フレーム期間Ｔｆを分割して各サブフレームにサブフレーム期間Ｔｓｆ１〜Ｔｓｆ１２を割り当てる。サブフレーム期間Ｔｓｆ１〜Ｔｓｆ１２のそれぞれを、画面全体の電荷分布を均一化する準備期間ＴＲ、表示内容に応じた帯電分布を形成するアドレス期間ＴＡ、および階調レベルに応じた輝度を確保するために点灯状態を維持する表示期間ＴＳに分ける。準備期間ＴＲおよびアドレス期間ＴＡの長さは輝度の重みに係わらず一定であり、表示期間ＴＳの長さは輝度の重みが大きいほど長い。
【００２５】
図６では、階調レベル１２６（＝５９＋２＋２２＋４３）の表示において、４個のサブフレームｓｆ３，ｓｆ７，ｓｆ９，ｓｆ１１を点灯させる点灯パターンが選択されている。
【００２６】
以下、点灯パターンの最適化に係わるデータ変換方法を説明する。
〔実施例１〕
一つのセルについて議論する。参照する位置にセルが存在しない場合は、参照できるセルのみを参照する。
【００２７】
まず、フリッカ低減のためのフーリエ成分の評価について説明する。今、表示すべき輝度レベルをｆk とする。ここでｋはフレームの番号である。これから点灯パターンを決めようとするフレーム番号をｋとし、一つ前のフレーム番号をｋ−１とする。このとき理想的な発光波形は、図７のようになる。１フレーム内の発光強度が一定となる状態を目標とする。
【００２８】
第ｋフレームのｉ番目のＳＦの発光強度をηk i とし、表示期間の始点をαk i 、終点をβk i とする（図８) 。時間軸の単位をフレーム周期とし、αk i 、βk i の原点を第ｋフレームの先頭にとる。また、ηk i については、全てのフレームを同一のサブフレーム構成にして、第ｉサブフレーム単独で点灯させた場合の輝度レベルをｆSF k i とした場合に、
【００２９】
【数１】
【００３０】
と規格化されているものとする。表示放電の周期がサブフレームにより変わらない場合は、ηk i もサブフレームによらず略一定の値になる。サブフレームの構成はフレーム毎に異なっていてもよい。
【００３１】
フーリエ級数への展開は第ｋフレームと第ｋ−１フレームの連続した２個のフレームの区間において行う。ｔをフレーム周期を単位とした時間軸の座標とし、座標の原点を第ｋフレームの先頭にとり、基底関数系を、
【００３２】
【数２】
【００３３】
にとる。
第ｋフレームのサブフレームの点灯パターンは、発光波形と目標波形の誤差が小さくなるように決定される。そして、その誤差は、発光波形と目標波形の差のフーリエ展開で評価する。
【００３４】
今、発光波形をφ(t) 、目標発光波形をｆ(t) とすると、第ｋ−１フレーム、第ｋフレームの２フレーム区間での誤差のフーリエ展開は以下で与えられる。
【００３５】
【数３】
【００３６】
ここで、係数は以下で与えられる。
【００３７】
【数４】
【００３８】
次に各フレームの先頭に座標原点をとった場合の、発光波形をφk (t) 、目標発光波形をｆk (t) とする。ｋがフレーム番号である。このとき、各フレーム毎に以下の積分を定義する。
【００３９】
【数５】
【００４０】
（５）式の表式を使えば（４) 式の係数は、
【００４１】
【数６】
【００４２】
と書ける。
次に（５) 式の積分を求める。
まず、第ｋフレームにおけるサブフレームの点灯パターンをδk (i) とする。第ｉサブフレームが点灯の時、δk (i) ＝１とし、非点灯の時δk (i) ＝０とする。さらに、αからβまでの区間のみ値１をとり、その他の区間は０である関数をＳ（ｔ；α、β）とすると、第ｋフレームの区間においてφk (t) は以下のように書ける。
【００４３】
【数７】
【００４４】
ここでＭk は第ｋフレームのサブフレームの総数である。
一方、ｆk (t) は第ｋフレーム期間において
【００４５】
【数８】
【００４６】
である。これらより、
【００４７】
【数９】
【００４８】
となる。この表式と（６）式により、フーリエ係数が得られる。なお、入力信号の階調数を表現できるだけの階調数を表示装置が持っている場合には、ａk n 、ｂk n は点灯パターンによって決まるので、予め、変換テ−ブルを作っておくことができる。
【００４９】
次に人間の目に感じる発光分布の誤差を考える。フーリエ成分のそれぞれの周波数に対する人間の目の感度（もしくはそれに比例した量) をξn とすると、このξn を重みとして人間の目に感じる２フレーム内の発光波形の重みつき誤差は、以下のようになる。
【００５０】
【数１０】
【００５１】
この誤差の２フレーム内の２乗平均の平方根をとる。
【００５２】
【数１１】
【００５３】
通常、フレーム周波数は、フリッカが感じられない周波数に設定される。すなわち、フレーム周波数以上の成分に対しては、目の感度はないと近似してよいから、 (１１) 式は、
【００５４】
【数１２】
【００５５】
と近似できる。ここで表示装置が入力信号の階調数を表現できる能力をもち、かつ入力信号の階調どおりに表示を行っている場合を考えれば、ａ0 ＝０であり、 (１２) 式は
【００５６】
【数１３】
【００５７】
となる。なお、点灯パターンの選択の際には（１３) 式において重みは意味がないので省略した。またｐは考えているセルの番号を表す。
次に、視線が動いた場合に、網膜の空間方向に投影されたフレームにおける注目セルと隣接セルとの表示誤差のフーリエ成分について説明する。なお、視線の移動は物体の動きを追随する場合だけではなく、画面上の注視点を移動する場合もある。
【００５８】
考えているフレームは第ｋフレームである。フレームを表す添え字は省略する。今、表示すべき輝度レベルをｆp とする。ここで、ｐはセルの番号である。なお、カラーディスプレイにおいては、同色のセルどうしを考える。視線の移動方向により点灯パターンの混合の仕方には図９の２種類ある。視線の移動速度をＵとして、図１７（Ａ）の場合を正とする。視線の移動速度は１フレーム当たりのセル数で表現する。
【００５９】
網膜上の座標をｘとして、視線移動方向のセルピッチを単位とする。これから、点灯パターンを決定するセルをｐとし、参照するセルをｐ’とする。セルｐの網膜への投影像の中心座標をｘ＝１／２とし、セルｐ’の網膜への投影像の中心座標をｘ＝−１／２とする。さらに、視線移動方向のセル幅をセルピッチを単位としてＷとする。ＲＧＢのストライプ構造のセルでは、水平方向に視線が移動する場合、Ｗ＝１／３とし、垂直方向に視線が移動する場合はＷ＝１とする。
【００６０】
今、セルｐの第ｉサブフレームの投影像φ’P i (x) は、以下のように表される。
【００６１】
【数１４】
【００６２】
セルｐの点灯パターンをδP (i) とすれば、セルｐの投影像φ’P (x) は
【００６３】
【数１５】
【００６４】
となる。
偽輪郭は図２７のような発光分布の疎密に起因する。この疎密は隣接する２セルの点灯パターンを仮に交互に繰返し配置した場合の分布をフーリエ展開した場合の、セルピッチの２倍周期の成分に対応する。ただし、セルの階調レベルの差に起因するセルピッチの２倍周期の成分は、疎密に関係しないので、その部分は除く。つまり、発光分布と目標発光分布の差のフーリエ成分を評価すればよいことになる。
【００６５】
フリッカを評価した場合と同様に、点灯パターンを決めるべきセルｐと参照するセルｐ’にわたる範囲の基底関数系を、
【００６６】
【数１６】
【００６７】
にとる。この基底関数系の元に、発光分布φ’(x) と目標発光分布ｆ’(x) の差を以下のようにフーリエ展開する。
【００６８】
【数１７】
【００６９】
ここで、係数は以下で与えられる。
【００７０】
【数１８】
【００７１】
セルｐとセルｐ’の点灯パターンを仮に１セル毎に交互に配置した場合のφ’(x) は以下のように表すことができる。
【００７２】
【数１９】
【００７３】
従って、点灯パターン毎の積分を以下のように定義すると、
【００７４】
【数２０】
【００７５】
（１８) 式の係数は、
【００７６】
【数２１】
【００７７】
と書ける。セルｐの目標発光強度をｆ’P とすればセルｐの区間において、
【００７８】
【数２２】
【００７９】
である。（２０）式の積分を実行すると
【００８０】
【数２３】
【００８１】
となる。セルの設定階調が、目標階調レベルと等しければ、ａ’P 0 ＝０である。なお、入力信号の階調数を表現できるだけの階調数を表示装置が持っている場合には、ａ’P n 、ｂ’P n は点灯パターンによって決まるので、予め、変換テ−ブルを作っておくことができる。
【００８２】
セルピッチの２倍の周期の成分は、ｎ＝１に相当するので、発光分布の疎密は以下の式で評価できる。
【００８３】
【数２４】
【００８４】
なお、この値はＵの符合によらない。
今、水平方向の参照セルをｐ’とし、垂直方向の参照セルをｐ''とする。セルｐの第ｋフレームと第ｋ−１フレームのフリッカ成分の誤差が（１３) 式で与えられるとして、次式で与えられるＥs が最小になるように、セルｐの点灯パターンを決定する。
【００８５】
【数２５】
【００８６】
ここで、ζ、ζ’、ζ''は重みである。フリッカを重視するか、偽輪郭を重視するかにより重みを変える。（２５) 式の右辺は、第ｋ−１フレームのセルｐの点灯パターンと、第ｋフレームのセルｐ、ｐ’、ｐ''の点灯パターンの関数である。図３の順序で点灯パターンの決定を進め、第ｋフレームのセルｐの点灯パターンを決定する時点では、それ以外の点灯パターンが決定されているようにする。
【００８７】
視線移動速度Ｕは、状況により異なり、ＥS の値もＵに依存するが、代表としてＵ＝２（１フレームあたり２セルの視線移動速度) のときのＥS の値を評価して点灯パターンを決定する。図２のように左隣のセルと上隣のセルを参照することにする。
【００８８】
重心位置がなるべく揃うようにして、予め点灯パターンを決めた場合（重心固定法）と、本発明の方法により点灯パターンを決めた場合で、フリッカと偽輪郭の比較を行う。
【００８９】
【数２６】
【００９０】
とする。ここでのサブフレーム配列は｛４８、４８、１、２、４、８、１６、３２、４８、４８｝である。
フリッカは、ｒ階調とｒ−１階調の表示を１フレーム毎に繰り返した場合の２フレーム周期成分、すなわち（１３）式の値で評価する。平均階調レベルで規格化し、ｒ＝１からｒ＝２５５までの２５５通りの場合の平均値をとる。その結果を図１０に示す。比較として重心固定法を図中に示した。ζの値によらず、本発明の効果のあることが分かる。
【００９１】
次に、偽輪郭を評価する。偽輪郭は、ｒ階調の縦帯とｒ−１階調の縦帯を隣接して表示し、左右にスクロ−ルした場合と、ｒ階調の横帯とｒ−１階調の横帯を隣接して表示させ、上下にスクロ−ルした場合で評価する。それぞれ、目標とする発光レベルからの誤差の最大値を平均階調で規格化する。ｒ＝１からｒ＝２５５までの全ての場合の平均をとる。なお、目の空間周波数特性としては、カットオフ周波数１１ｃ／ｄｅｇの３．３次のバタワース特性（ローパスフィルタ）で近似し、セルピッチの周期が５０ｃ／ｄｅｇになる条件で見ているものとした。重みζに対する偽輪郭の低減効果を図１１に示す。スクロ−ル速度４セル／フレームの場合である。偽輪郭低減に関しても、本発明の効果があることが分かる。図１１よりζが０. ４以下で、偽輪郭の低減効果のあることが分かる。ζ＝０の場合は、隣接セルの点灯パターンだけを参照して点灯パターンを決定する場合に相当する。図１０および図１１を見て分かるように、過去のフレームの点灯パターンも参照する方が参照しないよりもフリッカ低減、偽輪郭低減に効果のあることが分かる。
【００９２】
視線移動速度（スクロール速度）に対する低減効果を図１２に示す。点灯パターンを決める際の（２５）式の評価はスクロール速度２セル／フレームとして行ったが、スクロ−ル速度によらず低減効果がある。
【００９３】
なお、ここではＰＤＰによる表示を例示したが、サブフレーム法を使うものであれば、他のディスプレイ（例えば有機ＥＬ）であっても本発明が有用である。〔実施例２〕
実施例１では、フーリエ成分を評価して点灯パターンを決定したが、参照画素となるべく点灯パターンが同じになるように点灯パターンを決定してもよい。
サブフレーム構成がフレームによらず一定である場合を考えると、（１３）式は（９）式を使って以下のように書き下せる。
【００９４】
【数２７】
【００９５】
さらに、（２４）式は（２３）式を使って以下のように書き下せる。
【００９６】
【数２８】
【００９７】
ここで、
【００９８】
【数２９】
【００９９】
である。
δk (i) 、δp (i) は点灯パターンである。近似的には、過去のフレームの点灯パターンと近い程（２７) 式の値は小さく、隣接セルの点灯パターンに近い程（２８) 式の値は小さくなる。
【０１００】
そこで、（２５) 式を評価する代わりに、次式が最小となるように点灯パターンを決定するという簡略法が考えられる。
【０１０１】
【数３０】
【０１０２】
（３０) 式は、点灯パターンをベクトルとして見た場合に、参照セルと点灯パターンを決めるべきセルとの点灯パターンの差ベクトルの各成分の絶対値の重みつき和を表している。
【０１０３】
別の言い方をすると、（３０) 式は、点灯パターンを座標値と見た場合の、参照セルと点灯パターンを決めるべきセルとの点灯パターンの距離の和を表している。
【０１０４】
効果を図１３、図１４、図１５に示す。実施例１と同等の効果があることが分かる。
〔実施例３〕
実施例２をさらに簡略化して、（３０) 式の和の内、発光時間の長いサブフレームのみの和をとる方法もある。選択した発光時間の長いサブフレームの番号の集合をσとして表される
【０１０５】
【数３１】
【０１０６】
を評価する。つまり、１フレーム分の一部のサブフレームの点灯／非点灯の組合せ（部分点灯パターン）に着目して点灯パターンを決定する方法である。
上位５つのサブフレームの部分点灯パターンを考慮したときの効果を図１６、図１７、図１８に示す。実施例１と同等の効果のあることが分かる。なお、部分点灯パターンは参照する点灯パターンごとに異なっていてもよい。
〔実施例４〕
（３１) 式をさらに近似して、サブフレームの重みの評価を省略し、次式の評価を行う方法も考えられる。
【０１０７】
【数３２】
【０１０８】
次に、点灯パターンを記憶するサブフレームメモリ７７の使い方の一例を説明する。
点灯パターンは画像デ−タの入力順に決定する。カラーディスプレイの場合、ＲＧＢの色毎に処理を行う。以下の説明は１色についての説明である。
【０１０９】
図１９に画面のセル配置の形式でフレームメモリを表す。図中の矢印は点灯パターンを決定する順を表す。図は、ｐ’のセルまで第ｋフレームの点灯パターンを決定したところを表す。次にｐのセルの点灯パターンを決定するが、フレームメモリには、第ｋ−１フレームのセルｐの参照点灯パターンと、第ｋフレームのセルｐ’とセルｐ''の参照点灯パターンが記憶されているので、これらを読み出して、第ｋフレームのセルｐの点灯パターンを決定する。第ｋフレームのセルｐの点灯パターンが決定されたら、第ｋ−１フレームのセルｐの場所に、第ｋフレームのセルｐの点灯パターンを記憶し、次のセルの点灯パターンの決定に移る。
〔変形例１〕
セルの配列は図２のような直交格子状の正方配列でなくとも、図２０のようなデルタ配列であってもよい。図２０では注目セルと隣接参照セルとの位置関係の一例が示されている。
【０１１０】
【発明の効果】
請求項１ないし請求項５の発明によれば、偽輪郭およびフリッカを低減するための点灯
パターンの選択の最適性を高め、画質を向上させることができる。さらに、点灯パターン
の選択を体系化し、自動処理による点灯パターンの最適化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る表示装置の構成図である。
【図２】点灯パターンの決定に係る注目画素と周辺画素との位置関係を示す図である。
【図３】正方配列の画素群における点灯パターンの決定順序を示す図である。
【図４】ＰＤＰのセル構造の一例を示す図である。
【図５】フレーム分割の概要を示す図である。
【図６】点灯パターンの一例を示す図である。
【図７】目標発光波形を示す図である。
【図８】１フレームの発光波形と目標発光波形とを示す図である。
【図９】視線の動く方向と網膜における入射光量変化との関係を示す図である。
【図１０】実施例１における重み設定とフリッカとの関係を示す図である。
【図１１】実施例１における重み設定と偽輪郭との関係を示す図である。
【図１２】実施例１における視線移動速度と偽輪郭との関係を示す図である。
【図１３】実施例２における重み設定とフリッカとの関係を示す図である。
【図１４】実施例２における重み設定と偽輪郭との関係を示す図である。
【図１５】実施例２における視線移動速度と偽輪郭との関係を示す図である。
【図１６】実施例３における重み設定とフリッカとの関係を示す図である。
【図１７】実施例３における重み設定と偽輪郭との関係を示す図である。
【図１８】実施例３における視線移動速度と偽輪郭との関係を示す図である。
【図１９】サブフレームメモリへのデータ書き込みの要領を示す図である。
【図２０】デルタ配列の画面の模式図である。
【図２１】発光波形の広がりを説明するための図である。
【図２２】フリッカの目立つ点灯パターンの組合せを示す図である。
【図２３】画面上を物体が動く場合の表示の変化を示す図である。
【図２４】画面上を物体が動く場合の網膜上の入射光量を示す図である。
【図２５】セル間隙のある画面上を物体が動く場合の網膜上の入射光量を示す図である。
【図２６】偽輪郭が目立たない点灯パターンの組合せを示す図である。
【図２７】偽輪郭が目立つ点灯パターンの組合せを示す図である。
【符号の説明】
Ｄｓｆ サブフレームデータ (点灯パターン）
１００ 表示装置 (画像表示装置）
７６ 点灯パターン決定回路
７７ サブフレームメモリ（メモリ）
【発明の属する技術分野】
本発明は、１フレーム当たりの点灯時間を制御することによって中間調を再現する画像表示方法および装置に関し、プラズマディスプレイパネル（Plasma Display Panel：ＰＤＰ）または有機ＥＬパネルによる表示に好適である。
【０００２】
ＰＤＰは、テレビジョン及びコンピュータのモニターのどちらにも利用可能な高速性と解像度とを兼ね備えており、大画面表示デバイスとして利用されている。このようなＰＤＰの課題の１つに動画表示における偽輪郭およびフリッカの低減がある。
【０００３】
【従来の技術】
ＰＤＰにおける中間調の再現は、セル（表示素子）毎に１フレームの放電回数を階調レベルに応じて設定することにより行われる。カラー表示は階調表示の一種であって、表示色は３原色の輝度の組合せによって決まる。
【０００４】
ＰＤＰの階調表示方法として、１フレームを輝度の重み付けをした複数のサブフレームで構成し、サブフレーム単位の点灯／非点灯の組合せ（これを点灯パターンと呼称する）によって１フレームの総放電回数を設定するサブフレーム法が広く知られている。一般にフレームからサブフレームへの変換は、あらかじめ作成された変換テーブルによって行われる。なお、インタレース表示の場合には、フレームを構成する複数のフィールドのそれぞれが複数のサブフィールドで構成され、サブフィールド単位の点灯制御が行われる。ただし、点灯制御の内容はプログレッシブ表示の場合と同様である。
【０００５】
サブフレーム単位の点灯制御による表示では、点灯するサブフレームと点灯しないサブフレームとが混在してフレーム期間内で発光時期が離散的となることに起因して、フリッカおよび偽輪郭が生じるという問題がある。例えば、あるフレームでは表示期間の前半に発光が集中し、続くフレームでは表示期間の後半に発光が集中する場合、低輝度となる時間が長くなるために、発光の時間分布は人間の目にフリッカとして感じられることがある。また、画面内で動く物体を含む画像を表示する場合、観察者が物体を目で追うので、観察者が注目するセルの像は網膜上を移動する。このとき、偶然に網膜上のある点に低発光強度のセルの像が投影され続けると、その点に対応する物体表面の明るさが暗く感じられてしまう。そのような点が線上に連なって、物体表面に筋上の模様が見える場合が偽輪郭と呼ばれている。すなわち、偽輪郭は、観察者が表示内容と異なる明暗を知覚する現象であって、特に階調レベルの似通った画素からなる濃度変化の緩やかな画像部分が画面内で移動する場合に生じ易い。例えば人が歩くシーンにおいて顔の部分で偽輪郭が生じる。
【０００６】
従来において、フリッカおよび偽輪郭を低減するための手法として、中間調に対して複数通りのサブフレーム表現が可能なように重み付けを工夫し、個々のフレームに注目して階調レベル毎に最適のサブフレーム表現を選択する方法が知られている。サブフレーム表現の最適化の基本は、特開平１０−３０７５６１号公報に記載されているように、フレーム期間における発光重心が階調レベルによって大きく変わらないようにすることである。例えば、常に発光重心をフレーム期間の中央付近に設定する。発光重心が一定であれば、フレーム間の発光重心間隔も一定となり、低輝度の時間が長く続くという発光時期の偏りがなくなる。
【０００７】
また、特開平１１−２２４０７４号公報において、あるフレーム（これを現フレームという）に注目して点灯パターンを決める際に、以前のフレーム（これを前フレームという）の点灯パターンを参照し、前フレームと現フレームとの関係を加味して最適の点灯パターンを選択する方法が提案されている。これによれば、現フレームのみに注目して点灯パターンを決める方法と比べて、より確実に偽輪郭を低減することができる。さらに、特開平９−１７２５８８号公報および特開２０００−１０５５６５号公報において、隣接セルの点灯パターンを考慮して、点灯パターンを決定する方法が提案されている。隣接セル間でなるべく点灯パターンが変わらないようにすれば、偽輪郭の発生が低減する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように重心位置のみに着目して点灯パターンを決めると、表示の良否が発光波形の広がりに依存するという問題があった。例えば、図２１（Ａ）（Ｂ）に示す同じ重心位置をもつ２つの発光波形が、図２２のように交互に現れると、フレーム周期の２倍の周期で輝度が変調され、重心位置を固定していてもフリッカが知覚される。また、偽輪郭の抑制も重心位置の制御のみでは不十分である。画面上を物体が動く場合の表示の変化を図２３に示す。図２３はＱ階調の背景上を動くＰ階調の物体の輪郭部を示している。この物体の動きに視線が追随すると、網膜上で物体の像が静止し、網膜上での入射光量は図２４のように分布する。点灯パターンを考慮すると、網膜上の積分光量は図２５のようになる。実際のセル配列では、セル間に間隙が存在するのが一般的である。例えばセルを区画する隔壁がセル間隙を形成する。３色のセルを用いるカラー表示においては、ある色のセル間に他の色のセルが存在し、それによって２セル分の間隙が生じる場合がある。このことを考えて、セル間隙がある場合の網膜上の入射光量を図２５に示す。図２５では、複数のサブフレーム（図ではＳＦと表記）で構成される１フレームの積分光量を図示してある。図２５では隣接セル間で発光プロファイルの重なりはないが、これに限らない。重なりの有無は視線の移動速度および点灯パターンに依存する。
【０００９】
通常、画面の観察は、セルピッチが目の分解能よりも細かくなる状態で行われる。したがって、図２５の網膜上の光量プロファイルは空間方向に平均化されて視認される。目標光量との差である表示誤差のうち、セルピッチ以上の空間周波数成分は通常は認知されない。偽輪郭にはセルピッチ未満の空間周波数成分が主に関与し、空間の発光プロファイルの疎密が暗部および明部に対応する。この発光プロファイルの疎密は発光重心のみでは制御できず、図２６および図２７に示す点灯パターンの広がりに影響される。図２６は隣接するセルの双方でフレームの投影範囲の中央部に発光が集中しており、偽輪郭は目立たない。これに対し、図２７のパターンでは発光重心は図２６のパターンと同じであるものの、一方のセルの発光分布がフレームの投影範囲の端部に偏っている。この場合に、隣接するセル間に発光強度の疎密が生じてそれが偽輪郭として視認される。
【００１０】
さらに、従来では、フレームとサブフレームとを対応づける変換テーブルの作成にあたって、各階調レベルに対してどの点灯パターンを選択するかを、熟練者が経験則に基づいて階調レベル毎に判断する必要があった。上述のように前フレームと現フレームとの関係を加味する場合には、階調数Ｎを２５６とすると、２５６2 通りの階調の組み合わせに対して１つずつ最適の点灯パターンを決めなければならず、その労力は甚大であった。２つ以上の前フレームを参照するとなると、階調の組み合わせはＮ3 通りにもなる。階調数Ｎを増やしたり、重み付けを変更したりすることで仕様が変わると、その都度に面倒な作業を行わなければならない。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、フリッカおよび偽輪郭の双方を低減するために、時間的に隣接する過去のフレームの点灯パターンと、隣接する画素の点灯パターンの双方を参照して注目画素の点灯パターンを決定する。具体的には、注目するフレームとそれに連続する過去のフレームとの表示誤差のフーリエ成分を基に計算される誤差と、注目画素とそれの近傍の周辺画素との表示誤差のフーリエ成分を基に計算される誤差との和が小さくなるように点灯パターンを決定する。ここでいう画素とは、画面を構成する単位表示要素（単一発色の表示素子）を意味する。
【００１２】
過去のフレームとの表示誤差とは、フレームをサブフレームに分割して表示するときの発光波形と、理想的な発光波形との差である。この表示誤差のフーリエ成分を評価し、その差が小さくなるような点灯パターンを選択する。その際、フーリエ成分が高次になるほど人間の目の時間分解能では弁別しにくくなるので、フーリエ成分の次数ごとに重みを設定して誤差を評価する。これはフリッカの低減に有効である。
【００１３】
周辺画素との表示誤差とは、視線が移動する場合に網膜上において期待される目標光量と、サブフレームごとの発光を積分して得られる光量分布との差である。
【００１４】
参照する周辺画素は１つであっても効果はあるが、２つ以上とするのが望ましい。すなわち、画面の一方向に並ぶ画素だけを参照すると、他の方向に視線が動いたときの点灯パターンの混合に関して考慮されないことになる。したがって、注目画素に対する配置方向が異なる２以上の画素を参照するのが望ましい。例えば、水平方向の隣接画素と垂直方向の隣接画素とを参照して点灯パターンを決定すればよい。ただし、参照する画素の点灯パターンが参照の以前に決定されている必要があるので、この条件を満たすように各画素の注目順序を選定する。シリアルの画像データ入力と並行して処理を進める形態では、画像データの入力順に点灯パターンを決めるやり方が自然であり、データ処理のアルゴリズムを考え易い。画面の端部の画素には参照すべき位置の全部または一部に画素が存在しない。このような画素については、全てのサブフレームを非点灯とした仮想の画素を参照して点灯パターンを決定するか、参照可能な画素だけを参照して点灯パターンを決定する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る表示装置の構成図、図２は点灯パターンの決定に係る注目画素と周辺画素との位置関係を示す図、図３は正方配列の画素群における点灯パターンの決定順序を示す図である。
【００１６】
表示装置１００は、ｍ×ｎ個のセルからなる表示面を有した面放電型のＰＤＰ１と、縦横に並ぶセルを選択的に発光させるためのドライブユニット７０とから構成されており、壁掛け式テレビジョン受像機、コンピュータシステムのモニターなどとして利用される。
【００１７】
ＰＤＰ１では、表示放電を生じさせるための電極対を構成する表示電極が平行配置され、これら表示電極と交差するようにアドレス電極が配列されている。表示電極は画面の行方向（水平方向）に延び、アドレス電極は列方向（垂直方向）に延びている。
【００１８】
ドライブユニット７０は、コントローラ７１、電源回路７３、データ変換回路７５、Ｘドライバ８１、Ｙドライバ８５、およびＡドライバ８７を有している。ドライブユニット７０にはＴＶチューナ、コンピュータなどの外部装置からＲ，Ｇ，Ｂの３色の輝度レベルを示す多値画像データであるフレームデータＤｆが、各種の同期信号とともに入力される。
【００１９】
ＰＤＰ１による表示では、２値の点灯制御によって階調再現を行うために、入力画像である時系列の原フレームを所定数Ｍのサブフレームに分割する。データ変換回路７５は、フレームデータＤｆを階調表示のためのサブフレームデータＤｓｆに変換してＡドライバ８７へ送る。サブフレームデータＤｓｆは１セル当たり１ビットの表示データのＭ画面分の集合であって、その各ビットの値は該当する１つのサブフレームにおけるセルの発光の要否、厳密にはアドレス放電の要否を示す。データ変換回路７５は、点灯パターン決定回路７６とともに、少なくとも１フレーム分のサブフレームデータＤｓｆを記憶するサブフレームメモリ７７、およびルックアップ形式でサブフレームデータＤｓｆを出力するためのテーブルメモリ７８を有する。
【００２０】
表示しようとするｋ番目のフレームについてのフレームデータＤｆ(k) からサブフレームデータＤｓｆ(k) への変換は、図３の順序で１画素ずつ行なわれる。括弧内の文字はフレーム順位を表す。注目画素ｊについてのサブフレームデータＤｓｆj (k) の決定に際しては、少なくも（ｋ−１）番目を含む過去のフレームのサブフレームデータＤｓｆj (k-1) 、および注目画素ｊの近傍に位置する周辺画素ａ，ｂに対して既に決定されたｋ番目のフレームのサブフレームデータＤｓｆa (k) ，Ｄｓｆb (k) が、参照テータとして点灯パターン決定回路７６に入力される。点灯パターン決定回路７６は、注目画素ｊのフレームデータＤｆ(k) における注目画素ｊのデータ値と参照テータ値との組合せに対応したサブフレームデータＤｓｆj (k) を、テーブルメモリ７８から読み出してサブフレームメモリ７７へ書き込む。テーブルメモリ７８のデータ内容は、本発明に則して目標との誤差のフーリエ成分が最小となるように設定されている。なお、テーブルメモリ７８に代えて演算プロセッサを設け、入力に呼応してフーリエ演算を行って最適のサブフレーム表現を求める構成を採用することもできる。
【００２１】
図４はＰＤＰのセル構造の一例を示す図である。
図４において、ＰＤＰ１は一対の基板構体（基板上にセル構成要素を設けた構造体）１０，２０からなる。前面側の基板構体１０の基材であるガラス基板１１の内面に、ｎ行ｍ列の表示面ＥＳの各行に一対ずつ表示電極Ｘ，Ｙが配置されている。表示電極Ｘ，Ｙは、面放電ギャップを形成する透明導電膜４１とその端縁部に重ねられた金属膜４２とからなる。表示電極Ｘ，Ｙを被覆するように誘電体層１７が設けられ、誘電体層１７の表面には保護膜１８が被着されている。
【００２２】
背面側のガラス基板２１の内面に１列に１本ずつアドレス電極Ａが配列されており、これらアドレス電極Ａは誘電体層２４で被覆されている。誘電体層２４の上に高さ１５０μｍ程度の隔壁２９が設けられている。隔壁パターンは放電空間を列毎に区画するストライプパターンである。誘電体層２４の表面および隔壁２９の側面を被覆するように、カラー表示のための蛍光体層２８Ｒ，２８Ｇ，２８Ｂが設けられている。図中の斜体文字（Ｒ，Ｇ，Ｂ）は蛍光体の発光色を示す。色配列は各列のセルを同色とするＲ，Ｇ，Ｂの繰り返しパターンである。すなわち、１行内の３列 (３個のセル）が表示画像の１画素に対応する。蛍光体層２８Ｒ，２８Ｇ，２８Ｂは放電ガスが放つ紫外線によって局部的に励起されて発光する。
【００２３】
図５はフレーム分割の概要を示す図、図６は点灯パターンの一例を示す図である。
色別の階調表示によるカラー再現を行うために、フレームを例えば１２個のサブフレームに分割する。つまり、フレームを１２個のサブフレームｓｆ１〜ｓｆ１２の集合に置き換える。これらサブフレームにおける輝度の相対比率がおおよそ５：１６：５９：３２：３：７：２：１：２２：９：４３：５６となるように重み付けをして各サブフレームの表示放電の回数を設定する。サブフレーム単位の点灯／非点灯の組合せでＲＧＢの各色毎に２５６段階の輝度設定を行うことができる。
【００２４】
表示フレーム期間Ｔｆを分割して各サブフレームにサブフレーム期間Ｔｓｆ１〜Ｔｓｆ１２を割り当てる。サブフレーム期間Ｔｓｆ１〜Ｔｓｆ１２のそれぞれを、画面全体の電荷分布を均一化する準備期間ＴＲ、表示内容に応じた帯電分布を形成するアドレス期間ＴＡ、および階調レベルに応じた輝度を確保するために点灯状態を維持する表示期間ＴＳに分ける。準備期間ＴＲおよびアドレス期間ＴＡの長さは輝度の重みに係わらず一定であり、表示期間ＴＳの長さは輝度の重みが大きいほど長い。
【００２５】
図６では、階調レベル１２６（＝５９＋２＋２２＋４３）の表示において、４個のサブフレームｓｆ３，ｓｆ７，ｓｆ９，ｓｆ１１を点灯させる点灯パターンが選択されている。
【００２６】
以下、点灯パターンの最適化に係わるデータ変換方法を説明する。
〔実施例１〕
一つのセルについて議論する。参照する位置にセルが存在しない場合は、参照できるセルのみを参照する。
【００２７】
まず、フリッカ低減のためのフーリエ成分の評価について説明する。今、表示すべき輝度レベルをｆk とする。ここでｋはフレームの番号である。これから点灯パターンを決めようとするフレーム番号をｋとし、一つ前のフレーム番号をｋ−１とする。このとき理想的な発光波形は、図７のようになる。１フレーム内の発光強度が一定となる状態を目標とする。
【００２８】
第ｋフレームのｉ番目のＳＦの発光強度をηk i とし、表示期間の始点をαk i 、終点をβk i とする（図８) 。時間軸の単位をフレーム周期とし、αk i 、βk i の原点を第ｋフレームの先頭にとる。また、ηk i については、全てのフレームを同一のサブフレーム構成にして、第ｉサブフレーム単独で点灯させた場合の輝度レベルをｆSF k i とした場合に、
【００２９】
【数１】
【００３０】
と規格化されているものとする。表示放電の周期がサブフレームにより変わらない場合は、ηk i もサブフレームによらず略一定の値になる。サブフレームの構成はフレーム毎に異なっていてもよい。
【００３１】
フーリエ級数への展開は第ｋフレームと第ｋ−１フレームの連続した２個のフレームの区間において行う。ｔをフレーム周期を単位とした時間軸の座標とし、座標の原点を第ｋフレームの先頭にとり、基底関数系を、
【００３２】
【数２】
【００３３】
にとる。
第ｋフレームのサブフレームの点灯パターンは、発光波形と目標波形の誤差が小さくなるように決定される。そして、その誤差は、発光波形と目標波形の差のフーリエ展開で評価する。
【００３４】
今、発光波形をφ(t) 、目標発光波形をｆ(t) とすると、第ｋ−１フレーム、第ｋフレームの２フレーム区間での誤差のフーリエ展開は以下で与えられる。
【００３５】
【数３】
【００３６】
ここで、係数は以下で与えられる。
【００３７】
【数４】
【００３８】
次に各フレームの先頭に座標原点をとった場合の、発光波形をφk (t) 、目標発光波形をｆk (t) とする。ｋがフレーム番号である。このとき、各フレーム毎に以下の積分を定義する。
【００３９】
【数５】
【００４０】
（５）式の表式を使えば（４) 式の係数は、
【００４１】
【数６】
【００４２】
と書ける。
次に（５) 式の積分を求める。
まず、第ｋフレームにおけるサブフレームの点灯パターンをδk (i) とする。第ｉサブフレームが点灯の時、δk (i) ＝１とし、非点灯の時δk (i) ＝０とする。さらに、αからβまでの区間のみ値１をとり、その他の区間は０である関数をＳ（ｔ；α、β）とすると、第ｋフレームの区間においてφk (t) は以下のように書ける。
【００４３】
【数７】
【００４４】
ここでＭk は第ｋフレームのサブフレームの総数である。
一方、ｆk (t) は第ｋフレーム期間において
【００４５】
【数８】
【００４６】
である。これらより、
【００４７】
【数９】
【００４８】
となる。この表式と（６）式により、フーリエ係数が得られる。なお、入力信号の階調数を表現できるだけの階調数を表示装置が持っている場合には、ａk n 、ｂk n は点灯パターンによって決まるので、予め、変換テ−ブルを作っておくことができる。
【００４９】
次に人間の目に感じる発光分布の誤差を考える。フーリエ成分のそれぞれの周波数に対する人間の目の感度（もしくはそれに比例した量) をξn とすると、このξn を重みとして人間の目に感じる２フレーム内の発光波形の重みつき誤差は、以下のようになる。
【００５０】
【数１０】
【００５１】
この誤差の２フレーム内の２乗平均の平方根をとる。
【００５２】
【数１１】
【００５３】
通常、フレーム周波数は、フリッカが感じられない周波数に設定される。すなわち、フレーム周波数以上の成分に対しては、目の感度はないと近似してよいから、 (１１) 式は、
【００５４】
【数１２】
【００５５】
と近似できる。ここで表示装置が入力信号の階調数を表現できる能力をもち、かつ入力信号の階調どおりに表示を行っている場合を考えれば、ａ0 ＝０であり、 (１２) 式は
【００５６】
【数１３】
【００５７】
となる。なお、点灯パターンの選択の際には（１３) 式において重みは意味がないので省略した。またｐは考えているセルの番号を表す。
次に、視線が動いた場合に、網膜の空間方向に投影されたフレームにおける注目セルと隣接セルとの表示誤差のフーリエ成分について説明する。なお、視線の移動は物体の動きを追随する場合だけではなく、画面上の注視点を移動する場合もある。
【００５８】
考えているフレームは第ｋフレームである。フレームを表す添え字は省略する。今、表示すべき輝度レベルをｆp とする。ここで、ｐはセルの番号である。なお、カラーディスプレイにおいては、同色のセルどうしを考える。視線の移動方向により点灯パターンの混合の仕方には図９の２種類ある。視線の移動速度をＵとして、図１７（Ａ）の場合を正とする。視線の移動速度は１フレーム当たりのセル数で表現する。
【００５９】
網膜上の座標をｘとして、視線移動方向のセルピッチを単位とする。これから、点灯パターンを決定するセルをｐとし、参照するセルをｐ’とする。セルｐの網膜への投影像の中心座標をｘ＝１／２とし、セルｐ’の網膜への投影像の中心座標をｘ＝−１／２とする。さらに、視線移動方向のセル幅をセルピッチを単位としてＷとする。ＲＧＢのストライプ構造のセルでは、水平方向に視線が移動する場合、Ｗ＝１／３とし、垂直方向に視線が移動する場合はＷ＝１とする。
【００６０】
今、セルｐの第ｉサブフレームの投影像φ’P i (x) は、以下のように表される。
【００６１】
【数１４】
【００６２】
セルｐの点灯パターンをδP (i) とすれば、セルｐの投影像φ’P (x) は
【００６３】
【数１５】
【００６４】
となる。
偽輪郭は図２７のような発光分布の疎密に起因する。この疎密は隣接する２セルの点灯パターンを仮に交互に繰返し配置した場合の分布をフーリエ展開した場合の、セルピッチの２倍周期の成分に対応する。ただし、セルの階調レベルの差に起因するセルピッチの２倍周期の成分は、疎密に関係しないので、その部分は除く。つまり、発光分布と目標発光分布の差のフーリエ成分を評価すればよいことになる。
【００６５】
フリッカを評価した場合と同様に、点灯パターンを決めるべきセルｐと参照するセルｐ’にわたる範囲の基底関数系を、
【００６６】
【数１６】
【００６７】
にとる。この基底関数系の元に、発光分布φ’(x) と目標発光分布ｆ’(x) の差を以下のようにフーリエ展開する。
【００６８】
【数１７】
【００６９】
ここで、係数は以下で与えられる。
【００７０】
【数１８】
【００７１】
セルｐとセルｐ’の点灯パターンを仮に１セル毎に交互に配置した場合のφ’(x) は以下のように表すことができる。
【００７２】
【数１９】
【００７３】
従って、点灯パターン毎の積分を以下のように定義すると、
【００７４】
【数２０】
【００７５】
（１８) 式の係数は、
【００７６】
【数２１】
【００７７】
と書ける。セルｐの目標発光強度をｆ’P とすればセルｐの区間において、
【００７８】
【数２２】
【００７９】
である。（２０）式の積分を実行すると
【００８０】
【数２３】
【００８１】
となる。セルの設定階調が、目標階調レベルと等しければ、ａ’P 0 ＝０である。なお、入力信号の階調数を表現できるだけの階調数を表示装置が持っている場合には、ａ’P n 、ｂ’P n は点灯パターンによって決まるので、予め、変換テ−ブルを作っておくことができる。
【００８２】
セルピッチの２倍の周期の成分は、ｎ＝１に相当するので、発光分布の疎密は以下の式で評価できる。
【００８３】
【数２４】
【００８４】
なお、この値はＵの符合によらない。
今、水平方向の参照セルをｐ’とし、垂直方向の参照セルをｐ''とする。セルｐの第ｋフレームと第ｋ−１フレームのフリッカ成分の誤差が（１３) 式で与えられるとして、次式で与えられるＥs が最小になるように、セルｐの点灯パターンを決定する。
【００８５】
【数２５】
【００８６】
ここで、ζ、ζ’、ζ''は重みである。フリッカを重視するか、偽輪郭を重視するかにより重みを変える。（２５) 式の右辺は、第ｋ−１フレームのセルｐの点灯パターンと、第ｋフレームのセルｐ、ｐ’、ｐ''の点灯パターンの関数である。図３の順序で点灯パターンの決定を進め、第ｋフレームのセルｐの点灯パターンを決定する時点では、それ以外の点灯パターンが決定されているようにする。
【００８７】
視線移動速度Ｕは、状況により異なり、ＥS の値もＵに依存するが、代表としてＵ＝２（１フレームあたり２セルの視線移動速度) のときのＥS の値を評価して点灯パターンを決定する。図２のように左隣のセルと上隣のセルを参照することにする。
【００８８】
重心位置がなるべく揃うようにして、予め点灯パターンを決めた場合（重心固定法）と、本発明の方法により点灯パターンを決めた場合で、フリッカと偽輪郭の比較を行う。
【００８９】
【数２６】
【００９０】
とする。ここでのサブフレーム配列は｛４８、４８、１、２、４、８、１６、３２、４８、４８｝である。
フリッカは、ｒ階調とｒ−１階調の表示を１フレーム毎に繰り返した場合の２フレーム周期成分、すなわち（１３）式の値で評価する。平均階調レベルで規格化し、ｒ＝１からｒ＝２５５までの２５５通りの場合の平均値をとる。その結果を図１０に示す。比較として重心固定法を図中に示した。ζの値によらず、本発明の効果のあることが分かる。
【００９１】
次に、偽輪郭を評価する。偽輪郭は、ｒ階調の縦帯とｒ−１階調の縦帯を隣接して表示し、左右にスクロ−ルした場合と、ｒ階調の横帯とｒ−１階調の横帯を隣接して表示させ、上下にスクロ−ルした場合で評価する。それぞれ、目標とする発光レベルからの誤差の最大値を平均階調で規格化する。ｒ＝１からｒ＝２５５までの全ての場合の平均をとる。なお、目の空間周波数特性としては、カットオフ周波数１１ｃ／ｄｅｇの３．３次のバタワース特性（ローパスフィルタ）で近似し、セルピッチの周期が５０ｃ／ｄｅｇになる条件で見ているものとした。重みζに対する偽輪郭の低減効果を図１１に示す。スクロ−ル速度４セル／フレームの場合である。偽輪郭低減に関しても、本発明の効果があることが分かる。図１１よりζが０. ４以下で、偽輪郭の低減効果のあることが分かる。ζ＝０の場合は、隣接セルの点灯パターンだけを参照して点灯パターンを決定する場合に相当する。図１０および図１１を見て分かるように、過去のフレームの点灯パターンも参照する方が参照しないよりもフリッカ低減、偽輪郭低減に効果のあることが分かる。
【００９２】
視線移動速度（スクロール速度）に対する低減効果を図１２に示す。点灯パターンを決める際の（２５）式の評価はスクロール速度２セル／フレームとして行ったが、スクロ−ル速度によらず低減効果がある。
【００９３】
なお、ここではＰＤＰによる表示を例示したが、サブフレーム法を使うものであれば、他のディスプレイ（例えば有機ＥＬ）であっても本発明が有用である。〔実施例２〕
実施例１では、フーリエ成分を評価して点灯パターンを決定したが、参照画素となるべく点灯パターンが同じになるように点灯パターンを決定してもよい。
サブフレーム構成がフレームによらず一定である場合を考えると、（１３）式は（９）式を使って以下のように書き下せる。
【００９４】
【数２７】
【００９５】
さらに、（２４）式は（２３）式を使って以下のように書き下せる。
【００９６】
【数２８】
【００９７】
ここで、
【００９８】
【数２９】
【００９９】
である。
δk (i) 、δp (i) は点灯パターンである。近似的には、過去のフレームの点灯パターンと近い程（２７) 式の値は小さく、隣接セルの点灯パターンに近い程（２８) 式の値は小さくなる。
【０１００】
そこで、（２５) 式を評価する代わりに、次式が最小となるように点灯パターンを決定するという簡略法が考えられる。
【０１０１】
【数３０】
【０１０２】
（３０) 式は、点灯パターンをベクトルとして見た場合に、参照セルと点灯パターンを決めるべきセルとの点灯パターンの差ベクトルの各成分の絶対値の重みつき和を表している。
【０１０３】
別の言い方をすると、（３０) 式は、点灯パターンを座標値と見た場合の、参照セルと点灯パターンを決めるべきセルとの点灯パターンの距離の和を表している。
【０１０４】
効果を図１３、図１４、図１５に示す。実施例１と同等の効果があることが分かる。
〔実施例３〕
実施例２をさらに簡略化して、（３０) 式の和の内、発光時間の長いサブフレームのみの和をとる方法もある。選択した発光時間の長いサブフレームの番号の集合をσとして表される
【０１０５】
【数３１】
【０１０６】
を評価する。つまり、１フレーム分の一部のサブフレームの点灯／非点灯の組合せ（部分点灯パターン）に着目して点灯パターンを決定する方法である。
上位５つのサブフレームの部分点灯パターンを考慮したときの効果を図１６、図１７、図１８に示す。実施例１と同等の効果のあることが分かる。なお、部分点灯パターンは参照する点灯パターンごとに異なっていてもよい。
〔実施例４〕
（３１) 式をさらに近似して、サブフレームの重みの評価を省略し、次式の評価を行う方法も考えられる。
【０１０７】
【数３２】
【０１０８】
次に、点灯パターンを記憶するサブフレームメモリ７７の使い方の一例を説明する。
点灯パターンは画像デ−タの入力順に決定する。カラーディスプレイの場合、ＲＧＢの色毎に処理を行う。以下の説明は１色についての説明である。
【０１０９】
図１９に画面のセル配置の形式でフレームメモリを表す。図中の矢印は点灯パターンを決定する順を表す。図は、ｐ’のセルまで第ｋフレームの点灯パターンを決定したところを表す。次にｐのセルの点灯パターンを決定するが、フレームメモリには、第ｋ−１フレームのセルｐの参照点灯パターンと、第ｋフレームのセルｐ’とセルｐ''の参照点灯パターンが記憶されているので、これらを読み出して、第ｋフレームのセルｐの点灯パターンを決定する。第ｋフレームのセルｐの点灯パターンが決定されたら、第ｋ−１フレームのセルｐの場所に、第ｋフレームのセルｐの点灯パターンを記憶し、次のセルの点灯パターンの決定に移る。
〔変形例１〕
セルの配列は図２のような直交格子状の正方配列でなくとも、図２０のようなデルタ配列であってもよい。図２０では注目セルと隣接参照セルとの位置関係の一例が示されている。
【０１１０】
【発明の効果】
請求項１ないし請求項５の発明によれば、偽輪郭およびフリッカを低減するための点灯
パターンの選択の最適性を高め、画質を向上させることができる。さらに、点灯パターン
の選択を体系化し、自動処理による点灯パターンの最適化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る表示装置の構成図である。
【図２】点灯パターンの決定に係る注目画素と周辺画素との位置関係を示す図である。
【図３】正方配列の画素群における点灯パターンの決定順序を示す図である。
【図４】ＰＤＰのセル構造の一例を示す図である。
【図５】フレーム分割の概要を示す図である。
【図６】点灯パターンの一例を示す図である。
【図７】目標発光波形を示す図である。
【図８】１フレームの発光波形と目標発光波形とを示す図である。
【図９】視線の動く方向と網膜における入射光量変化との関係を示す図である。
【図１０】実施例１における重み設定とフリッカとの関係を示す図である。
【図１１】実施例１における重み設定と偽輪郭との関係を示す図である。
【図１２】実施例１における視線移動速度と偽輪郭との関係を示す図である。
【図１３】実施例２における重み設定とフリッカとの関係を示す図である。
【図１４】実施例２における重み設定と偽輪郭との関係を示す図である。
【図１５】実施例２における視線移動速度と偽輪郭との関係を示す図である。
【図１６】実施例３における重み設定とフリッカとの関係を示す図である。
【図１７】実施例３における重み設定と偽輪郭との関係を示す図である。
【図１８】実施例３における視線移動速度と偽輪郭との関係を示す図である。
【図１９】サブフレームメモリへのデータ書き込みの要領を示す図である。
【図２０】デルタ配列の画面の模式図である。
【図２１】発光波形の広がりを説明するための図である。
【図２２】フリッカの目立つ点灯パターンの組合せを示す図である。
【図２３】画面上を物体が動く場合の表示の変化を示す図である。
【図２４】画面上を物体が動く場合の網膜上の入射光量を示す図である。
【図２５】セル間隙のある画面上を物体が動く場合の網膜上の入射光量を示す図である。
【図２６】偽輪郭が目立たない点灯パターンの組合せを示す図である。
【図２７】偽輪郭が目立つ点灯パターンの組合せを示す図である。
【符号の説明】
Ｄｓｆ サブフレームデータ (点灯パターン）
１００ 表示装置 (画像表示装置）
７６ 点灯パターン決定回路
７７ サブフレームメモリ（メモリ）
Claims (5)
- フレームを複数のサブフレームに変換するサブフレーム法により中間調を再現する画像表示方法であって、
表示画面を構成する画素のそれぞれについて、サブフレームごとの点灯または非点灯の選択の組合せである点灯パターンを、注目画素のフレームデータ値と、過去のフレームにおける注目画素の点灯パターンと、注目画素の近傍に位置する同じ表示色の画素である周辺画素について決定された点灯パターンとに基づいて決定し、その際に、
前記過去のフレームの点灯パターンが示す発光波形と前記フレームデータ値が示す目標発光波形との差のフーリエ成分の強度、および前記周辺画素と注目画素との発光分布誤差のフーリエ成分の強度を求め、これらを重み付けして加算した和が最小になるようにする ことを特徴とする画像表示方法。 - 前記過去のフレームの点灯パターンが示す発光波形と前記フレームデータ値が示す目標発光波形との差のフーリエ成分のうち、フリッカ周波数を越える周波数のフーリエ成分に対する重みを０とする
請求項１に記載の画像表示方法。 - 前記周辺画素と注目画素との発光分布誤差のフーリエ成分のうち、画素ピッチの２倍の周期に対応する成分のみを点灯パターンの決定に適用する
請求項１に記載の画像表示方法。 - 点灯パターンを１フレームに対応するサブフレーム数をＭとしたＭ次元座標空間における座標値として捉え、前記過去のフレームの点灯パターンとの距離および前記周辺画素について決定された点灯パターンとの距離の和が最小になるように、注目画素の点灯パターンを決定する
請求項１に記載の画像表示方法。 - 前記複数のサブフレームのうちの一部のみに着目して、前記過去のフレームの点灯パターンおよび前記周辺画素について決定された点灯パターンを参照し、点灯パターンを１フレームに対応するサブフレーム数をＭとしたＭ次元座標空間における座標値として捉え、前記過去のフレームの点灯パターンとの距離および前記周辺画素について決定された点灯パターンとの距離の和が最小になるように、注目画素の点灯パターンを決定する
請求項１に記載の画像表示方法。
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