動画ぼやけ測定方法MPRTと知覚された動画ぼやけ …...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

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


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


液晶の応答時間とぼやけ

255

192

128

64

0 0

64

128 19

2 255

0

10

20

30

40

50

60

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


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


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


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


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


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


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


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


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


FPDM UPDATE FILE

VESA FPDM UPDATE FILE より引用

5/19 FPDM UPDATE FILEが公開


MPRT測定方法


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


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


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


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


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


動きぼやけと主観評価実験


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


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


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

Y1-

Y3

Y1-

Y4

Y1-

Y5

Y1-

Y6

Y2-

Y3

Y2-

Y4

Y2-

Y5

Y2-

Y6

Y3-

Y4

Y3-

Y5

Y3-

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)


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


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

Y0

-Y5

Y0

-Y6

Y1

-Y2

Y1

-Y3

Y1

-Y4

Y1

-Y5

Y1

-Y6

Y2

-Y3

Y2

-Y4

Y2

-Y5

Y2

-Y6

Y3

-Y4

Y3

-Y5

Y3

-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


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

Y0

-Y4

Y0

-Y5

Y0

-Y6

Y1

-Y2

Y1

-Y3

Y1

-Y4

Y1

-Y5

Y1

-Y6

Y2

-Y3

Y2

-Y4

Y2

-Y5

Y2

-Y6

Y3

-Y4

Y3

-Y5

Y3

-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


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


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


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

-Y4

Y0

-Y5

Y0

-Y6

Y1

-Y2

Y1

-Y3

Y1

-Y4

Y1

-Y5

Y1

-Y6

Y2

-Y3

Y2

-Y4

Y2

-Y5

Y2

-Y6

Y3

-Y4

Y3

-Y5

Y3

-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


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


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

-Y4

Y0

-Y5

Y0

-Y6

Y1

-Y2

Y1

-Y3

Y1

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Y1

-Y5

Y1

-Y6

Y2

-Y3

Y2

-Y4

Y2

-Y5

Y2

-Y6

Y3

-Y4

Y3

-Y5

Y3

-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


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


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


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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動画ぼやけ測定方法MPRTと 知覚された動画ぼやけ …...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

動画ぼやけ測定方法MPRTと知覚された動画ぼやけ …...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