Effect of the number of gray-scale levels on the image quality of multimedia displays

1.は じめに コ ンピュー タデ イス プ レイの人間工 学的研 究 は,主 に文字 画像 を対 象 として いた.し か し,コ ン ピュー タのマル チメ デ ィア化 に よっ て,映 像 に対 す る画質 評価 が必要 となった. 文字画像 の視 認性 に対 しては,表 示輝 度 とコ ン トラス トが重 要 で あ った が,デ ィジ タル映 像 の画質 に対 しては,階 調数 と階調特 性 が重 要 とな る. 本研 究 で は,デ ィジ タル映像 の階調 数 と画 質 の関係 を主観 評価 実験 に よ り明 らか に し た.そ して,デ ィジ タル映像 に求 め られ る階 調数 につ い て検 討 した. 2. 方 法 パ ー ソナ ル コ ン ピュー タ(NECPC9821As66MHz)に フル カラ ー フ レー ムメ モ リー(デ ジ タル アー ツHyperFRAME3)を 増 設 し, CRTデ ィス プ レイ(SONYGDM-2000TC, 20inch,マ ス ク ピ ッチ0.30mm,マ ル チ シ ン ク,短 残光 蛍光体)に31KHzで640×480画 素 のデ ィジ タル画像 を表 示 した.表 示 した画像 は,テ レビジ ョン学会 の標 準 デ ィジ タル画像 か らヘ アーバ ン ドの女性,天 気 予 報,ス イ ス の 山村,チ ュー リ ップ畑 の四種 類 で ある. これ らの画像 を ソフ トウ ェアで任 意 の階調 数 に変 え て表示 で きる ように した.階 調数 を 減 らす際 には,256階 調 を均 等 に分割 した. 図1に 示 す ようにデ ィス プ レイ(640×480画 素)の 右側 半分 に256階 調(フ ル カ ラー)の 画像 を表示 し,左 側半分 に同 じ内容 の画像 を ある階調数 で表 示 した.左 側 半分 に表 示 した 画像 の階調数 は,10,13,18,24,32,42,56,75,100 の9条 件 で ある. 表示輝度 は,最 高 階調 の 白で100cd/m2,色 温度9300Kと した.実 験 室 の水 平面 照 度 は 5001xで あ った.た だ し,画 面 の外光 拡散 反 射輝度 を低下 させ るために フー ドを取 り付 け た.画 面 の外 光拡散 反射輝度 は,ビ ー ムOFF の状態 で約1cd/m2と した. 被 験 者 は色 覚 に異 常 の な い大学 生20名 で あった.各 被 験者 は,様 々な階調数 で表示 さ れる左 側 の画像 の画質 を,256階 調 で表 示 し た右側 の画像 と比較 して評価 した.画 質 の主 観 評価 尺度 は以 下 の5段 階 であ る. 1. 劣 化 が ひ ど く気 に な る 2. 劣化 が 気 に な る 3. 劣化 が 明 らか に認 め られ る が気 に な らな い 4. 劣 化 が ほん の わ ず か に認 め られ る 5. 劣 化 が分 か らな い 画像 の観 視 距離 は約60cmで あ った.実 験 時 間は,― 人4画 像 ×9条 件 ×繰 り返 し3回 で 約30分 間 で あ った. 3. 結 果 と考察 図2に 階調 数 と画質 の関係 を20名 の平均 評 定値 と標 準誤差 で示 した.こ の図 か ら,階 調 数 の増加 に ともな う画 質 の向上 は,50-60階 調 で飽 和 して い る こ とが 分 か る.ま た, チュー リ ップ畑 の画像 だけ他 の画像 と比較 し て,少 ない階調数 で も評価 が高 い こ とが分 か る.こ れは,チ ュー リ ップ畑 の画像 が他 の画 像 と比較 して空 間周波 数が高 いため に階調数