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先端表現情報学特別講義Ⅴ(実践情報社会論(放送・通信・コンテンツ技術論))
NHK放送技術研究所 野尻祐司先生

ハイビジョン=日本での呼称
HDTV=海外での呼称
→新しくスーパーハイビジョン(SHV)を開発

1953年 テレビ放送開始
1969年 技研公開でHDTVを初展示
1981年 HDTVを海外初公開
1991年 ハイビジョン試験放送開始

1990年代にSHV研究開始
2000年 BSデジタル開始(HDTV本放送)
2002年 4K超高精細映像システム一般公開
2006年 SHVを海外初公開

東京オリンピックで、映像の宇宙中継を行い、世界と肩を並べた。
1963年 初めてアメリカから日本に映像(ケネディ大統領が暗殺された映像)を送ることができた。

将来のテレビの研究としてHDTVの研究を行った。


SDTV(Standard Difinition TV)→HDTV(High Difinition TV)→SHV

SHVの概要
想定ディスプレイ 100~200インチ(あまり予想できていない)
目標 臨場感(SDTVは遠くの映像を映し出すことが目的だった。)
カメラ技術 真空管、CMOSから次のデバイス(有機撮像デバイスなど)への転換
記録 HDDよりも大容量
ディスプレイ ブラウン管、液晶、プラズマなどから、さらに新しいデバイスへ
プロジェクタも高性能化が必要
現状ではプラズマでのSHVしかできていない。液晶ではできていない。
しかし、100~200インチのテレビが家に入るのか?
という課題があるから新しいものが必要


スーパーハイビジョンなどの観視条件は、『視力1.0の人』を基準にしている
その場合、画角1度に対して60画素、1画素1分の画素が判別限界。

ハイビジョン(1920x1080px)のディスプレイの場合、
画面の高さから3倍離れた場所からの視聴が絶対視距離となる。

スーパーハイビジョン(7680x4320px)のディスプレイの場合、
画面の高さから0.75倍の距離が絶対視距離。

ということで水平画角は、
ハイビジョン:30°
スーパーハイビジョン:100°
になる!(人の視野は周辺視野を含めると100度程度だから視野をカバーできる)

ハイビジョンは207万画素で走査線が1000本がインタレースで、2Kシステムと呼ばれ、
スーパーハイビジョンは3300万画素で、走査線が4000本順次走査で、8Kシステムと呼ばれる。


HDTVの目標設定として
人間の視覚効果にマッチする
 画面から十分な臨場感→画角30°
将来目標と映像パラメータ
 視覚特性と心理特性のアプローチ
  視覚疲労=絶対視距離
  めまぐるしさ=相対視距離
  視覚特性=走査線数、フレーム周波数
  心理特性=アスペクト比、相対視距離
  以上のような対応関係がある。
 視聴環境からのアプローチ
  画面の絶対サイズ(部屋のサイズなどの条件)
  絶対視距離(部屋の広さ)
 技術的将来予測、実現性

☆3Dテレビは1990年ごろには「まだ20~30年では実現できないだろう」という見通しだった。

[Ref]畑田、他:"画面サイズによる方向感覚誘導効果" テレビ誌, vol.23, no.5 (1969)

視距離と画質の関係
 風景や人物をHDTVに表示した場合、画面に対して3倍くらいの距離だと綺麗に感じる。

縦横比
 画面サイズが大きくなればなるほど横長の画面が好まれる。
 3:5,3:6あたりの画面比が好まれることが分かっている。

画面サイズと臨場感
 自分から画面に対する相対画角が同じでも、実際の画面サイズが大きいほど臨場感が高まる。

CCF(Critical Flicker Frequency)
 画面のフレーム数が少ないと画面がフリッカー(ちかちかみたいな)する。そのフリッカーを感じなくなるフレーム周波数は60fps当たり。
 ただ、網膜上の中心でCCFが一番高いのではなく、中心から少し離れた(30°とか)の方がCCFが高い。
 日本は60fpsだが、ヨーロッパは50fpsの映像を送っている。
 (ヨーロッパでは日本よりも暗めの部屋でディスプレイの輝度を落として見ているのでは?という考察がある)

動きが滑らかに見えるfps
 左から右にオブジェクトが動くときはfps30で10度くらい。
 右から左にオブジェクトが動くときはfps30で30度くらい。

 左から右にオブジェクトが動くときはfps60で25度くらい。
 右から左にオブジェクトが動くときはfps60で33度くらい。

 なのでfps60でつくることにした。

☆左右でちがうんですね!!

受像機が設置されている部屋の広さ

昭和42年のデータ(かなり古いですね…)
 6畳が45%でほとんど

最近のテレビの視聴条件
[Ref] 成蹊大学 窪田ほか「過程におけるテレビの観視条件」情報メディア学会視,Vol40,No4 (2006)

☆画面の絶対サイズは画面の絶対視距離によって決められる

最小視距離:目の疲労
 ピント調節を行う筋肉が2m以内だと疲労してしまう。
 ピント情報を奥行き情報の手がかりとする機能の低下は2m以上。
 →ということは2m以上に離せば疲労しないし、奥行きを想像してくれる。

最大視距離:部屋の大きさ
 8~10畳の部屋だと3mくらいが限界

→絶対視距離として2.5mとして設定
 →水平画角30度、縦横比9:16
  →0.75m x 1.3m(60インチのハイビジョンテレビ) でかい!

昔は画面はなぜ9:16になった?
 最初は3:5にしていた。
 フィルムのサイズで一番近いのが9:16で、映画はHDTVにとって非常に重要なコンテンツだったため、そのサイズに合わせた。


こんな根拠を基にハイビジョンテレビは設計されてきた。

(根拠としてる実験の被験者数が4人とか3人とか、少ないのが気になる。)

2K(HDTV)を60インチ視聴距離2.5mとすると、視野角30度
4Kディスプレイは120インチで視野角60度
8Kは240インチで視野角100度。

4Kはデジタルシネマとかで使われる規格。

有効視野 眼球運動だけで中止し、瞬時に情報重要可能な範囲 横30°、縦20°
誘導視野 提示情報の存在が分かる程度 横100度縦85度


スーパーハイビジョンを使った実験紹介

観視画角の増加と臨場感の関係はどうなるのか?
 主観評価実験を行った
 ・被験者内計画
  被験者全員がすべての大きさのディスプレイを評価する
 ・被験者間計画
  被験者一人が一つの大きさのディスプレイを評価する
 被験者は非専門家200名で視力0.7以上
 評価軸は「臨場感がある」~「全くない」で10cm尺度

 結果
 (被験者内計画)40度から100度まで、画角の広がりと臨場感は直線的に変化した。
 (被験者間計画)80度のあたりで臨場感のピークがあり、それ以上は飽和しているか若干の低下がみられた。

 考察の一つとして
  平面の大スクリーンの場合、近づいてみるために、外側の視野の部分が歪んで見える。これが原因の一つだったのでは?
  →確認する実験は行っていない。

観視画角と重心動揺に関する実験(画像を動かした時に被験者の重心に変化がどう出るかの実験)
 画面を見ていた時の重心の変化の長さを評価した(身長で正規化)
 →画面が大きいほど重心が安定している。


解像度と実物感の関係(視力を超えた高解像度にして、意味があるのか、実物っぽく見えるのか)
 125x125px~1000x1000pxの250mmx250mmディスプレイ
 解像度19.5cpd~156cpd(視距離4.5m)
 実物とディスプレイとを被験者に分からないように交換して、本物かどうか回答してもらう。
 Synopterをつかい、両眼視差をなくした。
 被験者 視力1.0以上非専門家65名

 結果
 47cpdあたりで実物感が飽和してくる。 しかし、実物に至らない。(映像によっては実物に肉薄する場合もあり。)


結論
 水平画角80度、50cpd=水平やく8000画素当たりでいいのではないか。
 (SHVは100度、30cpdで6000画素)

水平画角80度を実現するテレビサイズとし距離の関係
 20inch:25cm
 30inch:38cm
 50inch:63cm
 100inch:1.25m
 200inch:2.5m

大画面になると等身大の映像が出せる
 実物感が出る

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