動画ぼやけ測定方法mprtと 知覚された動画ぼやけ …...2007/3/9...
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2007/3/9 FPD人間工学シンポジウム2007 1
動画ぼやけ測定方法MPRTと
知覚された動画ぼやけの相関について
染谷 潤
三菱電機㈱ 先端技術総合研究所大画面ディスプレイ開発プロジェクトグループ
2007/3/9 FPD人間工学シンポジウム2007 2
表示特性
• 静的な表示特性– 輝度, コントラスト, 視野角, ムラ, 色再現範囲....
• 動的な表示特性– フリッカー, 動画偽輪郭, 色割れ, 動きぼやけ
–– 動いているときしか発生しない動いているときしか発生しない →比較・測定が難しい→比較・測定が難しい
•• 液晶パネルの液晶パネルのMotion ArtifactMotion Artifact–– 動きぼやけ動きぼやけ
•• 改善技術の開発と実用化改善技術の開発と実用化
•• 液晶の動きぼやけの客観的な測定・評価方法が必要液晶の動きぼやけの客観的な測定・評価方法が必要
2007/3/9 FPD人間工学シンポジウム2007 3
液晶の応答時間とぼやけ
255
192
128
64
0 0
64
128 19
2 255
0
10
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40
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70
80
Res
pons
e T
ime
(ms)
DestinationLevel
Source Level Time
Lu
min
an
ce Response time
32
224
Time
Gra
y le
vel
Response time of liquid crystal Change of image data and luminance
Gray levels before
alteratio
n
Gray levels after
alteration
Re
spo
nse
tim
e
(ms)
Moving image on LCDMoving image on LCD
time
position
応答時間によるぼやけ
2007/3/9 FPD人間工学シンポジウム2007 4
time
Display coordinate
理想的ホールド型表示と動きぼやけ
position
center of the object
eye trace
Retina coordinate
time
position
position
lightness
One frame
2007/3/9 FPD人間工学シンポジウム2007 5
液晶の動きぼやけ
• 動きぼやけの発生原因– 液晶の応答時間の遅さ
– ホールド型表示と視線追従の関係
• 液晶の動きぼやけ評価– 中間階調の応答特性とホールド効果を考慮
25
5
19
2
12
8
64
0 0 32 6
4 96 12
8 16
0 19
2 22
4 25
5
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Re
spo
nse
Tim
e (
ms)
DestinationLevel
Source Level
Slow responseSlow response Hold type displayingHold type displaying
time
position
1 frame
* =
Moving image on LCDMoving image on LCD
time
position
2007/3/9 FPD人間工学シンポジウム2007 6
動きぼやけに関する研究発表
• 液晶の動画に関する報告– 2000年頃から改善技術、評価技術の発表が活発化
• 動画改善技術
– 高速応答技術• 材料、パネル、オーバードライブ
– インパルス表示• 点滅バックライト、スクロールバックライト、黒挿入
• 動きぼやけの評価方法
– 固定式・高速シャッターによる画像積分
– 回転カメラによる動画追従
– 画像シミュレーションによる動きぼやけの再現方法
2007/3/9 FPD人間工学シンポジウム2007 7
液晶の応答時間と動画表示性能
• 液晶の応答時間の定義– 応答時間 = Tr + Tf
– 中間調の応答時間が表現されていない
– ODや黒挿入、点滅バックライトなど動画改善効果が現れない
• 動きぼやけ– 動いている時しか発生しない
– 評価・比較がしにくい
• 動画ぼやけを数値化できないか
• 数社が独自に評価方法を研究 255
192
128
64
0 0
64 1
28 1
92 255
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Resp
once T
ime (
ms)
TOFROM
2007/3/9 FPD人間工学シンポジウム2007 8
液晶の応答時間と動画表示品質
• 液晶の応答時間– Liquid Crystal Response Time (LCRT)
• Gray to Gray (GtoG)
• 液晶の動画評価– ホールド型表示に伴う網膜積分効果を考慮する必要がある
normal panelnormal panel
overdriveoverdrive
overdrive & overdrive & blinking backlightblinking backlight
LC
RT G to G
同じ値同じ値
2007/3/9 FPD人間工学シンポジウム2007 9
近年の動画評価方法
• 視線追従を基本とした評価方法– Moving Picture Response Time (MPRT)
– Visual Intensity of Edge Width / Visual Intensity of Contour by Compaction
– Dynamic Contrast, using MTF…
• Moving Picture Response Time (MPRT)– 参加十数社で検討
– VESAに提案• VESA: Video Electronics Standard Association
• FPDM2:Flat Panel Display Measurement
2007/3/9 FPD人間工学シンポジウム2007 10
動画評価技術動画評価技術のの検討検討
• 動画評価の検討開始– '01/10:動画表示性能の評価方法検討に関する打診
– '01/11:評価方法のディスカッションを開始
• 動画評価技術検討会の発足– '02/4:3社で原案検討開始
• SIDで動画改善技術、評価技術を発表
– 動画応答時間を定義• MPRT( Motion Picture Response Time )
後にMovingに変更
2007/3/9 FPD人間工学シンポジウム2007 11
VESA FPDM2
• Video Electronics Standard Association (VESA)– MBM task group / Japan Committee
• Gray Scale Motion Blur Measurement Proposed Standard
– FPDM task group / Display Device Committee (US)• Flat Panel Display Measurement Ver.2 (FPDM2)をアップデー
ト版が公開(2005/5)
• FPDM3の開発へ
• FPDM UPDATE FILE– FPDM3にMotion artifactsのための新しい章を追加
– 準備段階としてFPDM2のUPDATE FILEを発行
– Motion-Edge Blur• MPRTを基本とした測定方法
2007/3/9 FPD人間工学シンポジウム2007 12
FPDM UPDATE FILE
VESA FPDM UPDATE FILE より引用
5/19 FPDM UPDATE FILEが公開
2007/3/9 FPD人間工学シンポジウム2007 13
MPRT測定方法
2007/3/9 FPD人間工学シンポジウム2007 14
Moving Picture Response Time (MPRT)
• 一般的なCCDカメラによる測定のための定義– Smooth pursuit eye tracking (SPET) condition
– Simple temporal summation
• 追従カメラシステム– Time-based image integration
– Rotating camera
– Fixed camera with rotating mirror
• 単位に「時間(ms)」を使う理由
– 様々な条件・仕様で測定されても比較可能
• 画面サイズ, 解像度, 移動速度, 垂直周波数など
Tim
en
fra
me
per
iod
capturing
TimeTime--based image integrationbased image integration
capturing
Rotating cameraRotating cameraRotating mirrorRotating mirror
capturing
2007/3/9 FPD人間工学シンポジウム2007 15
MPRT測定に用いる測定パターン
• 2つの明るさエッジ部分を測定
• 42 組の画像を測定
– 7 階調の組み合わせ
– 全白と全黒を6分割
Initial Gray Level
Final Gray Level
Initial Gray Level
Final Gray Level
Initial Gray Level
Final Gray Level
measured edgemeasured edge measured edgemeasured edge measured edgemeasured edge
到達
階調
2007/3/9 FPD人間工学シンポジウム2007 16
測定階調の求め方
Y1からY5を表示する階調数は、測定により求められる
• 明度(L*:CIE1976)軸上で均等に分割
– パネルの特性に依存しない主観的に等距離な明るさ
– 異なるγカーブでも同じ明るさで測定(最小・最大輝度が同じ場合)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Psy
chom
etri
c li
ghtn
ess
(L*)
Relative luminance (%)Y0 Y6
for 008856.06/0 ≤YY6/03.9030
1006
YYL
L
×=
=
1/6
1/6
1/6
1/6
1/6
1/6
6/03.9030
6/1)0100(01
6/2)0100(02
6/3)0100(03
6/4)0100(04
6/5)0100(05
1006
YYL
LLL
LLL
LLL
LLL
LLL
L
×=
×−+=
×−+=
×−+=
×−+=
×−+=
=
Y1 Y2 Y3 Y4 Y5
CIE 1976
2007/3/9 FPD人間工学シンポジウム2007 17
Extended Blurred Edge Time (EBET)
-0.10
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
1.10
0 25 50
Time (ms)
Rel
ativ
e lu
min
ance
Initial Level
Final Level
10%
90%
EBET
ti tf
Initial level
Final level
Rela
tive
lum
inan
ce
Time (ms)
Change of luminance of captured image
2007/3/9 FPD人間工学シンポジウム2007 18
MPRT測定方法のまとめ
• 測定階調の決定
– 白、黒の輝度を測定して求める
• 42組の評価パターンを測定(撮影)
– 追従カメラを用いて撮影
• MPRTの計算
– 42枚の画像ごとにEBETを計算
–
• その他
– オーバーシュートがある場合の測定方法• FPDM UPDATE FILEに考え方を記載
∑=
=42
42)(n
EBETnmsMPRT
2007/3/9 FPD人間工学シンポジウム2007 19
動きぼやけと主観評価実験
2007/3/9 FPD人間工学シンポジウム2007 20
動きぼやけに関する主観評価実験
• 主観評価実験
– 実際に見えている動きぼやけの幅を測定
– CRTと液晶を用いた調整法
• 目的– 主観評価結果とMPRTを比較
– MPRTの測定結果の妥当性を検証
2007/3/9 FPD人間工学シンポジウム2007 21
主観評価装置
• 調整法LCDモニターへの入力画像
CRTモニターへの入力画像
LCDモニター上の表示画像
CRTモニター上の表示画像
水平スクロール
< = >
LCDモニター
CRTモニター
2007/3/9 FPD人間工学シンポジウム2007 22
主観評価実験
•• 被験者間の相関被験者間の相関移動速度:7.6 deg/s(視距離:600mm)被験者:11名(20代から30代、男性:7名、女性:4名)
実験回数:3回
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
Y0-
Y1
Y0-
Y2
Y0-
Y3
Y0-
Y4
Y0-
Y5
Y0-
Y6
Y1-
Y2
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Y3
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Y4
Y1-
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Y1-
Y6
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Y3
Y2-
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Y2-
Y5
Y2-
Y6
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Y6
Y4-
Y5
Y4-
Y6
Y5-
Y6
Y1-
Y0
Y2-
Y0
Y2-
Y1
Y3-
Y0
Y3-
Y1
Y3-
Y2
Y4-
Y0
Y4-
Y1
Y4-
Y2
Y4-
Y3
Y5-
Y0
Y5-
Y1
Y5-
Y2
Y5-
Y3
Y5-
Y4
Y6-
Y0
Y6-
Y1
Y6-
Y2
Y6-
Y3
Y6-
Y4
Y6-
Y5
Gray level combination
Adj
uste
d bl
ur w
idth
on
CR
T (
pixe
l)
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
16.00
18.00
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00
Averaged percived motion blur width (dot)
Pe
rcie
ved
mot
ion
blu
r w
idth
(do
t)
2007/3/9 FPD人間工学シンポジウム2007 23
主観評価の概要
実験1実験1液晶モニタ:液晶モニタ:RDT153ARDT153A(三菱電機)(三菱電機)CRTCRTモニタ:モニタ:RDS17XRDS17X(三菱電機)(三菱電機)被験者:被験者:1111名(男性名(男性:7/:7/女性女性44))
2020代~代~3300代代
実験2実験2液晶モニタ:液晶モニタ:RDT1RDT179V79V(三菱電機)(三菱電機)CRTCRTモニタ:モニタ:RDS17RDS1733XX(三菱電機)(三菱電機)被験者:被験者:1177名(男性名(男性:12/:12/女性女性55))
2020代~代~5050代代
063
127191
255
063
127191
2550
10
20
30
40
50
60
応答
時間
(ms)
063
127191
255
063
127191
2550
10
20
30
40
50
60
開始階調
応答
時間
(ms)
LCRT 46.8ms平均 26.1ms
LCRT 25.6ms平均 16.6ms
2007/3/9 FPD人間工学シンポジウム2007 24
主観評価結果とEBETの比較
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
Y0
-Y1
Y0
-Y2
Y0
-Y3
Y0
-Y4
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-Y5
Y0
-Y6
Y1
-Y2
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-Y3
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-Y4
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-Y5
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-Y5
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-Y6
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-Y0
Y2
-Y0
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Y3
-Y0
Y3
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-Y0
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-Y0
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-Y3
Y5
-Y4
Y6
-Y0
Y6
-Y1
Y6
-Y2
Y6
-Y3
Y6
-Y4
Y6
-Y5
Gray level combination
Me
asu
red
EB
ET
(m
s)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
Pe
rce
ive
d m
otio
n b
lur
wid
th (
pix
el
Measured EBET
Perceived motion blur width
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
Y0
-Y1
Y0
-Y2
Y0
-Y3
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-Y4
Y0
-Y5
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-Y6
Y1
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-Y6
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-Y0
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Y6
-Y1
Y6
-Y2
Y6
-Y3
Y6
-Y4
Y6
-Y5
Gray level combination
Me
asu
red
EB
ET
(ms)
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
Pe
rce
ive
d m
otio
n b
lur w
idth
(pi
xel
Measured EBET
Perceived motion blur width
y = 0.0299x + 0.1239
R2 = 0.8717
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0
Measured EBET (ms)
Pe
rcie
ved
mo
tion
blu
r w
idth
(p
ixe
l)
y = 0.0235x + 0.5449
R2 = 0.669
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0
Measured EBET (ms)
Per
ciev
ed m
otio
n bl
ur w
idth
(pi
xel)
相関係数相関係数 : 0.934: 0.934 相関係数相関係数 : 0.: 0.818818
2007/3/9 FPD人間工学シンポジウム2007 25
閾値による相関の変化
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
Y0
-Y1
Y0
-Y2
Y0
-Y3
Y0
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Y0
-Y5
Y0
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-Y2
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-Y5
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-Y6
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-Y0
Y2
-Y0
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Y3
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-Y0
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Y5
-Y4
Y6
-Y0
Y6
-Y1
Y6
-Y2
Y6
-Y3
Y6
-Y4
Y6
-Y5
Gray level combination
Me
asu
red
EB
ET
(m
s)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
Pe
rce
ive
d m
otio
n b
lur
wid
th (
pix
el
Measured EBET
Perceived motion blur width
EBET
知覚されたぼやけ幅
EB
ET (m
s)
知覚
され
たぼ
やけ
幅 (pi
xel)
階調の組み合わせ
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
Y0
-Y1
Y0
-Y2
Y0
-Y3
Y0
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Y0
-Y5
Y0
-Y6
Y1
-Y2
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-Y0
Y5
-Y1
Y5
-Y2
Y5
-Y3
Y5
-Y4
Y6
-Y0
Y6
-Y1
Y6
-Y2
Y6
-Y3
Y6
-Y4
Y6
-Y5
Gray level combination
Me
asu
red
EB
ET
(m
s)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
Pe
rce
ive
d m
otio
n b
lur
wid
th (
pix
el
Measured EBET
Perceived motion blur width
EBET
知覚されたぼやけ幅
階調の組み合わせ
閾値10%-90%、相関係数 : 0.934 閾値10%-80%、相関係数 : 0.943
閾値
2007/3/9 FPD人間工学シンポジウム2007 26
主観評価のまとめ
• MPRT測定結果と主観評価結果に強い相関– MPRTは、我々が感じる動きぼやけの量を表現
– 現在の閾値(10%-90%)で評価可能
• 動向– VESAの規格として採用
– 液晶パネルの動画評価手法として普及
– 動画評価手法の研究が活性化
• 今後の課題– 一部の階調で「測定結果>主観評価結果」
– 閾値、あるいは数値化方法の見直しにより、さらに相関の高い評価方法になる可能性がある
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