(57)【要約】  本発明は、一般に、複数のホログラフィ方式で生成されたサブフレーム（ＨＩ・・・ＨＮ）を使用して画像を表示するための技法に関する。より特定的には、本発明は、このようにして表示される画像の実効解像度を向上するための方法、装置、およびコンピュータ・プログラム・コードに関係付けられる。時系列での表示のための複数のホログラフィ方式で生成されるサブフレーム（ＨＩ・・・ＨＮ）によって定義される画像を表示するためのデータを生成する方法であって、表示のための前記画像に関するデータ（Ｔ）を受信すること、第１の空間解像度（２Ｍ）でのターゲット画像データ（Ｔ’、Ｔ’’）から、前記サブフレームに関するホログラフィ・データ（Ｈ’）を決定すること、前記ホログラフィ・サブフレーム（ＨＩ・・・ＨＮ）を生成するために、表示のためのサブフレーム・データ（Ｈ）であって、前記第１の空間解像度よりも低い第２の空間解像度（Ｍ）を有するサブフレーム・データ（Ｈ）に前記ホログラフィ・データ（Ｈ’）を変換すること、前記サブフレーム・データ（Ｈ）から、前記第１の空間解像度で、再構成画像データ（Ｘ，Ｒ）を数値的に生成すること、前記再構成画像データ（Ｘ，Ｒ）を使用して、前記ターゲット画像データ（Ｔ’、Ｔ’’）を調節すること、および前記調節された画像データ（Ｔ’’）を使用して、後続の前記サブフレームに関するホログラフィ・データ（Ｈ’）を決定することを含む方法。
2009524845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像の印象を与えるために、時系列での表示のための複数のホログラフィ方式で生成されるサブフレームによって定義される画像を表示するためのデータを生成する方法であって、
表示のための前記画像に関するデータを受信すること、
前記受信されたデータから導出される第１の空間解像度でのターゲット画像データから、前記サブフレームに関するホログラフィ・データを決定すること、
前記ホログラフィ・サブフレームを生成するために、表示のための画像サブフレーム・データであって、前記第１の空間解像度よりも低い第２の空間解像度を有する画像サブフレーム・データに前記ホログラフィ・データを変換すること、
前記画像サブフレーム・データから、前記第１の空間解像度で、前記表示されるホログラフィ・サブフレームを表す再構成画像データを生成すること、
前記再構成画像データを使用して、前記ターゲット画像データを調節すること、および
前記調節された画像データを使用して、後続の前記サブフレームに関するホログラフィ・データおよび画像サブフレーム・データを決定すること
を含む方法。
【請求項２】
前記ターゲット画像データが、ターゲット位相画像データおよびターゲット振幅画像データを備え、前記ホログラフィ・データ決定が、前記ホログラフィ・データから生成される前記ホログラフィ・サブフレームに関する前記画像サブフレーム・データに応じて前記ターゲット位相画像データを調節することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
さらに、前記ホログラフィ・データ決定の前に前記ターゲット位相画像データをランダム化することを含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記変換が、前記ホログラフィ・データを位相量子化することを含む請求項１、２、または３に記載の方法。
【請求項５】
前記画像サブフレーム・データへの前記ホログラフィ・データの前記変換が、前記ホログラフィ・データを帯域制限することを含む請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記再構成画像データの前記生成が、周波数領域から空間領域への変換を行うことを含み、前記変換が、前記第２の解像度から前記第１の解像度への解像度の増加を提供する請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記再構成画像データの前記生成が、さらに、前記再構成画像データを決定するために、前記変換の出力を大きさ値データに変換することを含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
複数のホログラフィ方式で生成される一時画像サブフレームを使用して画像を表示するためのデータを生成する方法であって、
表示されるべき前記画像に関するデータを受信し、前記受信されたデータからターゲット画像データを決定すること、
前記画像サブフレームに関するデータを生成するために、前記ターゲット画像データに対して第１の解像度で空間周波数変換を行うこと、および
前記サブフレームを表示するためのデータを生成するために、前記第１の解像度を低減すること
を含む方法。
【請求項９】
前記ターゲット画像データが位相データを含み、方法が、さらに、前記サブフレームにおける位相関連雑音を補償するために、前記サブフレームに関する前記ターゲット画像データの位相を調節することを含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ターゲット画像データが位相データを含み、方法が、さらに、先行のサブフレームにおける位相関連雑音を補償するために、サブフレームに関する前記ターゲット画像データの前記位相データを調節することを含む請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
先行のサブフレームにおける位相関連雑音を補償するための前記位相データ調節が、前記第１の解像度への解像度の増加を含む画像サブフレームに関する前記データの周波数空間変換を行うことを含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
複数のホログラフィ方式で生成される一時サブフレームを使用して、表示画像データによって定義される画像を表示するためのデータを生成する方法であって、前記一時サブフレームが、前記一時サブフレームが単一の雑音低減された画像として知覚されるように時系列で表示され、前記方法が、前記サブフレームに関する前記ホログラフィ・データによって定義されるホログラムの連続する再生が前記画像の外観を与えるように、前記画像データの解像度と比較されて低減された解像度を有するサブフレームの前記組の各サブフレームに関するホログラフィ・データを前記表示画像データから生成することを含み、前記方法が、さらに、前記サブフレームに関する前記ホログラフィ・データを生成するときに、ホログラフィ方式で生成されるサブフレームの前記シーケンスの１つまたは複数の先行のサブフレームから生じる前記解像度低減を補償することを含む方法。
【請求項１３】
実行時に、請求項１乃至１２のいずれかに記載の方法を実施するための処理装置制御コードを担持するキャリア。
【請求項１４】
画像の印象を与えるために、時系列での表示のための複数のホログラフィ方式で生成されるサブフレームによって定義される画像を表示するためのデータを生成するためのシステムであって、
表示のための前記画像に関するデータを受信するための入力と、
作業メモリと、
ホログラフィ・サブフレーム出力と、
処理装置制御コードを格納するプログラム・メモリと、
前記処理装置制御コードをロードして実施するために、前記プログラム・メモリ、データ・メモリ入力、および出力に結合される処理装置とを備え、前記コードが、
前記受信されたデータから導出される第１の空間解像度でのターゲット画像データから、前記サブフレームに関するホログラフィ・データを決定するため、
前記ホログラフィ・サブフレームを生成するために、表示のための画像サブフレーム・データであって、前記第１の空間解像度よりも低い第２の空間解像度を有する画像サブフレーム・データに前記ホログラフィ・データを変換するため、
前記画像サブフレーム・データから、前記第１の空間解像度で、前記表示されるホログラフィ・サブフレームを表す再構成画像データを生成するため、
前記再構成画像データを使用して、前記ターゲット画像データを調節するため、および
前記調節された画像データを使用して、後続の前記サブフレームに関するホログラフィ・データおよび画像サブフレーム・データを決定するため
に処理装置を制御するためのコードを備えるシステム。
【請求項１５】
複数のホログラフィ方式で生成される一時画像サブフレームを使用して画像を表示するためのデータを生成するためのシステムであって、
表示されるべき前記画像に関するデータを受信するための入力と、
作業メモリと、
ホログラフィ・サブフレーム出力と、
処理装置制御コードを格納するプログラム・メモリと、
前記処理装置制御コードをロードして実施するために、前記プログラム・メモリ、データ・メモリ入力、および出力に結合される処理装置とを備え、前記コードが、
前記受信されたデータからターゲット画像データを決定するため、
前記画像サブフレームに関するデータを生成するために、前記ターゲット画像データに対して第１の解像度で空間周波数変換を行うため、および
前記サブフレームを表示するためのデータを生成するために、前記第１の解像度を低減するため
に処理装置を制御するためのコードを備えるシステム。
【請求項１６】
複数のホログラフィ方式で生成される一時サブフレームを使用して、表示画像データによって定義される画像を表示するためのシステムであって、前記一時サブフレームが、前記一時サブフレームが単一の雑音低減された画像として知覚されるように時系列で表示され、
前記表示画像データのための入力と、
前記表示画像データおよび前記ホログラフィ・サブフレーム・データを格納するための作業メモリと、
ホログラフィ・サブフレーム・データ出力と、
処理装置制御コードを格納するプログラム・メモリと、
前記処理装置制御コードをロードして実施するために、前記メモリ、データ・メモリ、入力、および出力に結合される処理装置と
を備え、前記コードが、
前記サブフレームに関する前記ホログラフィ・データによって定義されるホログラムの連続する再生が前記画像の外観を与えるように、前記画像データの解像度と比較されて低減された解像度を有するサブフレームの前記組の各サブフレームに関するホログラフィ・データを前記表示画像データから生成するため、および前記サブフレームに関する前記ホログラフィ・データを生成するときに、
ホログラフィ方式で生成されるサブフレームの前記シーケンスの１つまたは複数の先行のサブフレームから生じる前記解像度低減を補償するため
に処理装置を制御するためのコードを備えるシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、複数のホログラフィ方式で生成されたサブフレームを使用して画像を表示するための技法に関する。より特定的には、本発明は、このようにして表示される画像の実効解像度を向上するための方法、装置、およびコンピュータ・プログラム・コードに関係付けられる。
【背景技術】
【０００２】
本出願人等は、ホログラフィ・サブフレームを順次に表示することによって画像（本明細書では、ビデオ・シーケンスのフレームを含む）を表示するための技法を以前に説明している。各サブフレーム自体は、比較的低い知覚画像品質であってよいが、これらのサブフレームは、ヒトの眼の中で統合して、高品質画像の印象を与える。背景として、本出願人等は、後でＯＳＰＲ（１ステップ位相検索）と呼ばれる本願の好ましい技法の概説を提供する。より多くの詳細のためには、また、本出願人等の同時係属中の特許出願、例えばＷＯ２００５／０５９８８１号（本明細書に参照として組み込む）に対する参照がなされてもよい。大まかに言えば、ホログラフィ・サブフレームの連続が、ある範囲の利用可能ないわゆるマイクロディスプレイの１つなど空間光変調器（ＳＬＭ）を使用して表示される。ＳＬＭは、いくつかの好ましい実施形態ではサブフレーム・データを２つ（または３つ以上）の位相に量子化する結果として２値（オンまたはオフ）である各サブフレームに関するホログラフィック・データで変調される。これは、比較的安価なＳＬＭの使用を容易にし、また量子化要件を大幅に減少する。いくつかの他の好ましい実施形態では、３つ以上の位相レベル、例えば４位相変調（０、π／２、π、３π／２）が採用され、この理由は、２値変調のみでは、共役画像が生成され、表示された画像が、一方が他方に関して空間的に反転された一対の画像を備え、利用可能な光の半分を失うからである。これは、４位相変調によって回避されうる（ＳＬＭは、一般に、振幅変調ではなく位相変調を提供することが理解される）。ここでも、さらなる詳細のために、ＷＯ’８８１（同じ箇所）への参照がなされてよい。本出願人等は、特に２００５年１２月１６日出願の英国特許出願第ＧＢ０５１８９１２．１号（参照として組み込む）で、雑音低減のためのいくつかの改善された技法を以前に説明しており、その出願では、大まかに言えば、各連続サブフレームが、１つまたは複数の前に表示されたサブフレームによって生成された雑音を補償するように調節される。これは、手順の収束を改善し（１／Ｎではなく１／Ｎ２、ここでＮはサブフレームの数）、したがってやはり、計算負荷を軽減し、および／または知覚される画像品質を高める。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、表示される画像の品質を高める、および／または計算負荷を軽減するための一般的な必要性が残っている。単一のコンピュータ生成されたホログラムを使用して画像を表示するとき、コンピュータ生成されたホログラムの位相分布をちょうど適切な方式で調節することが可能であった場合、解像度の増加が実現されうることが以前から認識されており（Ｙａｓｕｈｉｒｏ  ＴａｋａｋｉおよびＪｕｎｉｃｈｉ  Ｈｏｊｏ著“Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  ｈｏｌｏｇｒａｍｓ  ｔｏ  ｐｒｏｄｕｃｅ  ｈｉｇｈ−ｄｅｎｓｉｔｙ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  ｐａｔｔｅｒｎｓ，”Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．３８（１１）ｐｐ．２１８９−２１９５参照）、しかし、これがどのように行われうるかは知られていなかった（セクション５、考察、同じ箇所参照）。問題は、以下のように示されうる。ホログラフィ方式で表示される画像では、画像の各「点」が、ＳＬＭアパーチャのフーリエ変換（一般に２次元ｓｉｎｃ２関数）である光のパターンを使用して表現される。画素パターンおよびホログラフィ・データに応じて、２つの隣接する画素は、＋１，＋１パターンによって、または＋１，−１パターンによって表されてよい。前者の場合、強め合う干渉が生じ、２つの画素が効果的に合わさる。後者の場合、２つの画素が、その２つの画素の間の境界で弱め合って干渉し、黒い画像を生成し、これは視覚的に煩わしく、表示される画像においてスペックル（speckle）として現れる。したがって、問題の１つの表現は、特に複数のホログラフィ・サブフレームを使用して画像を表示するシステムの文脈で、このスペックルを減少する方法を見出すことである。本発明者等は、そのようなシステムにおいて、複数のサブフレームにわたって平均化することによって、位相があるべき状態を明示的に計算する必要なく、位相の適切な選択が効果的に行われうることを認識している。したがって、大まかに言えば、本発明者等は、異なる解像度で作業することによって、一般に問題となる隣接する画素間の境界面でのスペックルの影響が、解像度向上の目的のために利用されうると認識している。さらに、（一般に高周波数に向けて漸減する入力画像空間周波数スペクトルを実質的に平坦なスペクトルに変換するために）位相ランダム化ステップを含むＯＳＰＲタイプの手順の文脈で、この技法の実施形態は、実質的に平坦な空間周波数スペクトルの所望の要件を満たしながら、実効解像度の増加（およびスペックルの減少）を可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
したがって、本発明の第１の態様によれば、画像の印象を与えるために、時系列での表示のための複数のホログラフィ方式で生成されるサブフレームによって定義される画像を表示するためのデータを生成する方法であって、表示のための前記画像に関するデータを受信すること、前記受信されたデータから導出される第１の空間解像度でのターゲット画像データから、前記サブフレームに関するホログラフィ・データを決定すること、前記ホログラフィ・サブフレームを生成するために、表示のための画像サブフレーム・データであって、前記第１の空間解像度よりも低い第２の空間解像度を有する画像サブフレーム・データに前記ホログラフィ・データを変換すること、前記画像サブフレーム・データから、前記第１の空間解像度で、前記表示されるホログラフィ・サブフレームを表す再構成画像データを生成すること、前記再構成画像データを使用して、前記ターゲット画像データを調節すること、および前記調節された画像データを使用して、後続の前記サブフレームに関するホログラフィ・データおよび画像サブフレーム・データを決定することを含む方法が提供される。
【０００５】
大まかに言えば、いくつかの実施形態では、サブフレームを表示するために実際に使用されるよりも高い解像度でホログラフィ・サブフレーム・データを決定することによって、位相誘起誤差の補償は、持ち込まれた誤差を補償するためにターゲット画像データ、特に（画像の画素に関する）ターゲット位相データを調節することによって自動的に生成されうる。好ましくは、これは、平坦な空間スペクトルの制約が満たされるように行われる。
【０００６】
いくつかの実施形態では、（ターゲット画像の画素に関する）ターゲット位相データが始めにランダム化され、しかしその後で調節されて、誤差補償およびしたがって雑音低減を行い、誤差補償は、表示されるサブフレームよりも高い解像度で行われ、このようにして、表示される画像の解像度を効果的に増加する。好ましくは、補償は、各連続して表示されるサブフレームに関して反復して行われ、したがって、各サブフレームが、画像に関する先行のホログラフィ・サブフレームから生じる累積位相関連誤差を補償する。さらに、好ましくは、第２の補償ループが、ターゲット画像データに従って各サブフレームに関するデータを決定するときに含まれる。したがって、好ましくは、サブフレームに関するホログラフィ・データを決定することは、所望のターゲットに向けて連続的に改善される近似を生成するために、計算された画像サブフレーム・データに応答してターゲット位相データを調節することを含む。このプロセスは、ターゲット・データ画像の振幅データが（ターゲットによって）固定され、しかし位相データが効果的に自由パラメータであるループとして表されてよい。サブフレームを表示するためのデータは、始めにターゲット位相データから計算され、しかし、これは次いで、表示されるサブフレームを再構成し、ターゲット位相データを調節するために使用され、したがって、さらなる反復をすると、画像サブフレーム・データは、所望のサブフレーム画像へのより良い近似となる。所定数の反復が、所望のターゲットに収束するために採用されてよい。いくつかの実施形態では、この「内部」ループは、フーリエおよび逆フーリエ変換、ならびに位相量子化（例えば２値化）を含み、この理由は、これらが、初期ランダム化によって提供される実質的に平坦なスペクトルを保存するからである。しかしまた、他のタイプの変換が採用されてもよい。したがって、大まかに言えば、いくつかの実施形態では、像平面位相の初期ランダム化は、ほぼ平坦なスペクトルをもたらす。すなわち、スペクトル（ホログラム）は、位相のみの関数を近似し、この制約は、その後、位相量子化操作によって各反復時にホログラム面内で施行される。
【０００７】
いくつかの好ましい実施形態では、例えば空間光変調器を駆動するための画像サブフレーム・データへのホログラフィ・データの変換は、ホログラフィ・データを帯域制限することを含む。これは、例えば、ホログラフィ（空間周波数）面の原点からより遠くに離れた周波数成分を含むホログラフィ・データのより高い周波数成分を選択的にマスクアウトすることによって実施されてよい。例えば、空間周波数面の中心に中心を定められた正方形または長方形マスクが適用されてよい。
【０００８】
好ましい実施形態では、再構成画像データの生成は、周波数領域から空間領域に戻る変換を含み、この変換は、第１のレベルの解像度に戻して解像度の増加を提供するように構成される。これは、例えば、解像度が第１の解像度に対応するように高い空間周波数の成分を追加するために、ホログラフィ・サブフレーム・データを所定のデータ、特にゼロでパディングすることによって実施されてよい。次いで、フーリエまたは逆フーリエ変換など従来の変換が採用されてよい。代替法として、修正されたフーリエまたは他の変換が採用されてよく、変換は、入力（周波数領域）サブフレーム点の間に挿間される点で適用されて、ｘおよび／またはｙ解像度を２倍以上増加する（当業者は、この文脈で、フーリエおよび逆フーリエ変換が、スケーリング係数を除いて等価であることを理解されよう）。
【０００９】
好ましい実施形態では、再構成画像データの生成はまた、観察者の眼が見ることになるものに近似するように、変換からの（複素）空間領域出力を大きさ値データに変換することも含む。
【００１０】
別の関連付けられる態様では、本発明は、複数のホログラフィ方式で生成される一時画像サブフレームを使用して画像を表示するためのデータを生成する方法であって、表示されるべき前記画像に関するデータを受信し、前記受信されたデータからターゲット画像データを決定すること、前記画像サブフレームに関するデータを生成するために、前記ターゲット画像データに対して第１の解像度で空間周波数変換を行うこと、および前記サブフレームを表示するためのデータを生成するために、前記第１の解像度を低減することを含む方法を提供する。
【００１１】
上に注記されたように、好ましい実施形態では、ターゲット画像データは、位相データを含み、方法は、さらに、サブフレームにおける位相関連雑音を補償するために、サブフレームに関するターゲット画像データの位相を調節することを含む。いくつかの実施形態では、これは、反復サブフレーム・データ生成プロセスを提供し、このプロセスにおいて、位相（量子化、例えば２値化または４位相量子化の前）は、解像度低減プロセスから最適な知覚結果を与える（画素に関する）値の組に収束する。好ましくは、この方法はまた、１つまたは複数のサブフレームにおける位相関連雑音を補償するために、サブフレームに関するターゲット画像データの位相データを調節することも含む。これは、表示される画像に対する先行のフレームからの解像度低減の影響を最適化することを各連続するサブフレームが狙う反復プロセスを提供する。上で言及されたように、好ましくは、ターゲット画像の位相データの調節は、表示されたサブフレームに関するデータの周波数空間変換を実施することを含み、これは、画像サブフレームを生成するために使用されるより高い解像度に戻す解像度の増加を含む。
【００１２】
本発明は、さらに、複数のホログラフィ方式で生成される一時サブフレームを使用して、表示画像データによって定義される画像を表示するためのデータを生成する方法であって、前記一時サブフレームが、前記一時サブフレームが単一の雑音低減された画像として知覚されるように時系列で表示され、前記方法が、前記サブフレームに関する前記ホログラフィ・データによって定義されるホログラムの連続する再生が前記画像の外観を与えるように、前記画像データの解像度と比較されて低減された解像度を有するサブフレームの前記組の各サブフレームに関するホログラフィ・データを前記表示画像データから生成することを含み、前記方法が、さらに、前記サブフレームに関する前記ホログラフィ・データを生成するときに、ホログラフィ方式で生成されるサブフレームの前記シーケンスの１つまたは複数の先行のサブフレームから生じる前記解像度低減を補償することを含む方法を提供する。
【００１３】
本発明は、さらに、上に説明された方法を実施するために、特にディスク、ＣＤまたはＤＶＤ−ＲＯＭ、読取り専用メモリなどのプログラムされたメモリ（ファームウェア）などのデータ・キャリアに、または光学または電気信号キャリアなどのデータ・キャリアに処理装置制御コードを提供する。本発明の実施形態を実施するためのコード（および／またはデータ）は、Ｃなど（解釈される、またはコンパイルされる）従来のプログラミング言語でのソース、オブジェクト、もしくは実行可能なコード、またはアセンブリ・コード、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）またはＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）をセットアップまたは制御するためのコード、あるいはＶｅｒｉｌｏｇ（登録商標）またはＶＨＤＬ（超高速集積回路ハードウェア記述言語）などハードウェア記述言語のためのコードを含むことがある。当業者は理解するように、そのようなコードおよび／またはデータは、互いに通信する複数の結合された構成要素の間で分散されてよい。
【００１４】
第１の補足的な態様では、本発明は、画像の印象を与えるために、時系列での表示のための複数のホログラフィ方式で生成されるサブフレームによって定義される画像を表示するためのデータを生成するためのシステムであって、表示のための前記画像に関するデータを受信するための入力と、作業メモリと、ホログラフィ・サブフレーム出力と、処理装置制御コードを格納するプログラム・メモリと、前記処理装置制御コードをロードして実施するために、前記プログラム・メモリ、データ・メモリ入力、および出力に結合される処理装置とを備え、前記コードが、前記受信されたデータから導出される第１の空間解像度でのターゲット画像データから、前記サブフレームに関するホログラフィ・データを決定するため、前記ホログラフィ・サブフレームを生成するために、表示のための画像サブフレーム・データであって、前記第１の空間解像度よりも低い第２の空間解像度を有する画像サブフレーム・データに前記ホログラフィ・データを変換するため、前記画像サブフレーム・データから、前記第１の空間解像度で、前記表示されるホログラフィ・サブフレームを表す再構成画像データを生成するため、前記再構成画像データを使用して、前記ターゲット画像データを調節するため、および前記調節された画像データを使用して、後続の前記サブフレームに関するホログラフィ・データおよび画像サブフレーム・データを決定するために処理装置を制御するためのコードを備えるシステムを提供する。
【００１５】
本発明は、さらに、複数のホログラフィ方式で生成される一時画像サブフレームを使用して画像を表示するためのデータを生成するためのシステムであって、表示されるべき前記画像に関するデータを受信するための入力と、作業メモリと、ホログラフィ・サブフレーム出力と、処理装置制御コードを格納するプログラム・メモリと、前記処理装置制御コードをロードして実施するために、前記プログラム・メモリ、データ・メモリ入力、および出力に結合される処理装置とを備え、前記コードが、前記受信されたデータからターゲット画像データを決定するため、前記画像サブフレームに関するデータを生成するために、前記ターゲット画像データに対して第１の解像度で空間周波数変換を行うため、および前記サブフレームを表示するためのデータを生成するために、前記第１の解像度を低減するために処理装置を制御するためのコードを備えるシステムを提供する。
【００１６】
本発明は、さらになお、複数のホログラフィ方式で生成される一時サブフレームを使用して、表示画像データによって定義される画像を表示するためのシステムであって、前記一時サブフレームが、前記一時サブフレームが単一の雑音低減された画像として知覚されるように時系列で表示され、前記表示画像データのための入力と、前記表示画像データおよび前記ホログラフィ・サブフレーム・データを格納するための作業メモリと、ホログラフィ・サブフレーム・データ出力と、処理装置制御コードを格納するプログラム・メモリと、前記処理装置制御コードをロードして実施するために、前記メモリ、データ・メモリ、入力、および出力に結合される処理装置とを備え、前記コードが、前記サブフレームに関する前記ホログラフィ・データによって定義されるホログラムの連続する再生が前記画像の外観を与えるように、前記画像データの解像度と比較されて低減された解像度を有するサブフレームの前記組の各サブフレームに関するホログラフィ・データを前記表示画像データから生成するため、および前記サブフレームに関する前記ホログラフィ・データを生成するときに、ホログラフィ方式で生成されるサブフレームの前記シーケンスの１つまたは複数の先行のサブフレームから生じる前記解像度低減を補償するために処理装置を制御するためのコードを備えるシステムを提供する。
【００１７】
なおさらなる態様では、本発明は、上で説明された本発明の方法態様それぞれに関する、およびそれらの実施形態に関するシステムを提供する。したがって、各システムは、上で説明されたそれぞれの方法の各ステップを実施するための手段を備える。
【００１８】
ここで、本発明のこれらおよび他の態様が、単に例として、添付図面を参照してさらに説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（ＯＳＰＲ（１ステップ位相検索））
始めに図１を参照すると、この図は、ＯＳＰＲ（１ステップ位相検索）プロセスを概説し、このプロセスは、（例えば３０Ｈｚで）各ビデオまたは画像フレームに関して単一のホログラムを生成するのではなく、各ビデオ（または画像）・フレームに関していくつか（Ｎ個）の「サブフレーム・ホログラム」を生成し、これらのサブフレーム・ホログラムが、単一フレームの期間（この例では、１秒の１／３０）内に順次に表示される。これらのサブフレーム・ホログラムそれぞれが、同じ画像を、しかし異なる（かつ独立した）雑音で生成する場合、眼の制限された時間帯域幅が平均化効果（眼での統合）をもたらし、雑音の知覚レベルの実質的な低減を引き起こすことが示されうる。より正確には、存在する雑音の知覚レベルと強く相関する雑音分散が、１／Ｎとして低下するように示されうる。
【００２０】
前置きとして、基本（非適応）ＯＳＰＲアルゴリズムとその実装とを説明することが役立つ。このアルゴリズムは、各静止またはビデオ・フレームＩ＝Ｉｘｙに関して、Ｎ個の二位相ホログラムｈ（１）・・・ｈ（Ｎ）の組を生成する方法である。このアルゴリズムの統計分析は、ホログラムのそのような組が、相互に独立した加法性雑音を示す再生フィールドを形成することを示している。
【００２１】
１．１≦ｎ≦Ｎ／２および１≦ｘ，ｙ≦ｍに関して、
【数１】
2009524845.tif 000003
とし、ここで、
【数２】
2009524845.tif 000004
は、０と２πとの間で一様に分散される。
２．１≦ｎ≦Ｎ／２に関して、
【数３】
2009524845.tif 000005
とし、ここで、Ｆ−１は、２次元逆フーリエ変換演算子を表す。
３．１≦ｎ≦Ｎ／２に関して、
【数４】
2009524845.tif 000006
とする。
４．１≦ｎ≦Ｎ／２に関して、
【数５】
2009524845.tif 000007
とする。
５．
【数６】
2009524845.tif 000008
とし、ここで、
【数７】
2009524845.tif 000009
および１≦ｎ≦Ｎである。
【００２２】
ステップ１は、供給される強度ターゲットＩｘｙの振幅に等しく、しかし独立同一分布（ｉ．ｉ．ｔ．）であって一様にランダムな位相を有するＮ個のターゲット
【数８】
2009524845.tif 000010
を生成する。ステップ２は、Ｎ個の対応する全複素フーリエ変換ホログラム
【数９】
2009524845.tif 000011
を計算する。ステップ３および４は、それぞれホログラムの実部および虚部を計算する。次いで、ステップ５で、ホログラムの実部および虚部それぞれの２値化が行われる。
【数１０】
2009524845.tif 000012
のメジアンの周囲でのしきい値設定は、ホログラム内に同数の−１および１の点が存在し、ＤＣバランス（定義上）およびまた最小の再構成誤差を実現することを保証する。一実施形態では、
【数１１】
2009524845.tif 000013
のメジアン値は、ゼロであると仮定される。この仮定は、妥当であると示されてよく、この仮定を行う影響は、知覚される画像品質に関して最小である。さらなる詳細は、本出願人の先行出願（同じ箇所）で見られてもよく、その出願に対して参照が行われてよい。
【００２３】
図２は、後でさらに説明される本発明の実施形態を実施するのに適したホログラフィ投影システムの例を示す。図２を参照すると、レーザ・ダイオード２０が、実質的にコリメート（collimate）された光２２を、画素化された液晶変調器など空間光変調器２４に提供する。ＳＬＭ２４が光２２を位相変調し、位相変調された光が縮小光学系２６に提供される。例示される実施形態では、光学系２６は、それぞれ焦点距離ｆ１、ｆ２を有し、ｆ１＜ｆ２であり、距離ｆ１＋ｆ２だけ離隔された一対のレンズ２８、３０を備える。光学系２６は、図示されるように、表示される画像を生成する光を発散することによって、投影されるホログラフィ画像のサイズを増大する。
【００２４】
レンズＬ１およびＬ２（それぞれ焦点距離ｆ１およびｆ２を有する）が、ビーム拡大対を形成する。この対は、光源からのビームを拡大し、それによりビームが変調器の表面全体を覆う。レンズ対Ｌ３およびＬ４（それぞれ焦点距離ｆ３およびｆ４を有する）が、ビーム拡大対を形成する。この対は、変調器の画素サイズを効果的に縮小し、したがって回折角を増加する。その結果、画像サイズが増大する。画像サイズの増大は、それぞれレンズＬ３およびＬ４の焦点距離であるｆ３とｆ４との比に等しい。
【００２５】
デジタル信号処理装置システム１００が、表示されるべき画像を定義する消費者電子デバイスからの画像データを受け取るために入力１０２を有する。ＤＳＰ１００は、本明細書で説明されるような手順を実施して、複数のホログラフィ・サブフレームに関するサブフレーム（位相）ホログラム・データを生成し、このデータが、必要とされる場合にはオプションでドライバ集積回路を介して、ＤＳＰ１００の出力１０４からＳＬＭ２４に提供される。ＤＳＰ１００は、ＳＬＭ２４を駆動して、複数の位相ホログラム・サブフレームを投影し、それらのサブフレームが組み合わさって、表示画像１４の印象を与える。
【００２６】
ＤＳＰシステム１００は、作業メモリと、（調節された）表示画像データ、累積位相調節フレーム格納データ、ターゲット表示画像データ、およびホログラフィ・サブフレーム・データを格納するデータ・メモリと、処理装置制御コード、特に、表示画像調節コード、ターゲット画像決定コード、解像度向上コードを含めたホログラフィ画像サブフレーム計算コード、およびオペレーティング・システム・コードを格納するＲＯＭ、フラッシュＲＡＭ、または他の不揮発性メモリなどのプログラム・メモリとに結合された処理装置を備えて、後でさらに説明されるような対応する機能を実施する。
【００２７】
図３は、ホログラフィＯＳＰＲベースの画像表示システムのためのハードウェアの概略ブロック図を示す。図３のシステムへの入力は、好ましくは、コンピュータなどのデータ源からの画像データであり、しかし他のデータ源も同様に適用可能である。入力データは、１つまたは複数の入力バッファに一時的に格納され、このプロセスに関する制御信号は、システム内部の１つまたは複数の制御装置ユニットから供給される。各入力バッファは、好ましくはデュアルポート・メモリを備え、したがってデータは、同時に、入力バッファに書き込まれ、入力バッファから読み出される。入力バッファからの出力は、Ｉとラベル付けされた画像フレームであり、これは、ハードウェア・ブロックへの入力となり、ハードウェア・ブロックは、前述された画像フレームＩそれぞれに対して一連の操作を行って、各画像フレームに関して１つまたは複数のホログラフィ・サブフレームｈを生成する。サブフレームｈは、１つまたは複数の出力バッファに送信される。各出力バッファは、好ましくはデュアルポート・メモリを備える。これらのサブフレームは、オプションでドライバ・チップを介して、ＳＬＭなどの表示デバイスに出力される。このプロセスが制御される制御信号は、１つまたは複数の制御装置ユニットから供給される。これらの制御信号は、好ましくは、ビデオ・フレーム期間につき１つまたは複数のホログラフィ・サブフレームが生成されて、ＳＬＭに送信されることを保証する。一実施形態では、制御装置から入力バッファと出力バッファとの両方に伝送される制御信号は、読取り／書込み選択信号であり、一方、制御装置とハードウェア・ブロックとの間の信号は、タイミング、初期化、およびフロー制御情報を含む。
【００２８】
図４は、各画像フレームに関して１つまたは複数のホログラフィ・サブフレームを生成するためにハードウェアまたはソフトウェアで実装されてよい１組の手順を示す。好ましくは、１つの画像フレームＩｘｙが、入力としてビデオ・フレーム期間につき１回または複数回供給され、次いで各画像フレームＩｘｙが使用されて、位相変調ステージ、空間周波数変換ステージ、および量子化ステージの１つまたは複数を含む１組の操作によって、１つまたは複数のホログラフィ・サブフレームを生成する。いくつかの実施形態では、前述された操作の１つの順次的な組、または異なるサブフレームに対して並列に作用するそのような操作の複数の組、あるいはこれら２つの手法の組合せを使用することによって、フレーム期間につきＮ個のサブフレームの組が生成され、ここでＮは１以上である。
【００２９】
図４に示される位相変調ブロックの目的は、空間周波数領域内で入力フレームのエネルギーを再分配することであり、それにより、以降の操作を行った後に最終的な画像品質の改善が得られる。図５は、ランダムな位相分布が使用される位相変調ステージ（ランダムな位相行列の乗算）の前後で、サンプル画像のエネルギーがどのように分配されるかの例を示す。そのような位相分布によって画像を変調することが、空間周波数領域全体にわたってより均等にエネルギーを再分配する効果を有することがわかる。
【００３０】
図４に示される量子化は、先行する空間周波数変換ブロックの出力として生成された複素ホログラム・データを取り、そのデータを、ターゲットＳＬＭで実現されうる実際の位相変調レベルに対応する値の制限された組にマッピングするという目的を有する。一実施形態では、量子化レベルの数は２に設定され、そのような方式の例は、各画素で０またはπの位相遅延を生成する位相変調器である。他の実施形態では、異なる位相遅延に対応する量子化レベルの数が２以上であってよい。異なる位相遅延レベルがどのように分布されるかに対する制限はなく、すなわち規則的な分布、不規則な分布、またはそれら２つの組合せが使用されてよい。好ましい実施形態では、量子化器が構成されて、ホログラフィ・サブフレーム・データの実数および虚数成分を量子化して、２つの位相遅延レベルをそれぞれ有する一対のサブフレームを出力バッファのために生成する。離散的に画素化されたフィールドに関して、複素ホログラフィ・サブフレーム・データの実数成分と虚数成分とは相関されないことが示されてよく、これは、実数成分と虚数部分とを独立して処理すること、および２つの相関されないホログラフィ・サブフレームを生成することが妥当である理由である。
【００３１】
図６は、それぞれ複素ホログラフィ・サブフレーム・データの実数および虚数成分から一対のホログラフィ・サブフレームを生成するために、一対の量子化要素がシステム内で並列に構成されるモジュール（ハードウェアおよび／またはソフトウェア）を示す。
【００３２】
図４に示されるような位相変調データが生成されうる多くの異なる方式が存在する。一実施形態では、擬似乱数二位相変調データが、フィードバックを有するシフト・レジスタとＸＯＲ論理ゲートとを備えるハードウェアによって生成される。図７は、そのような実施形態を示し、この実施形態はまた、入ってくる画像データに二位相データを乗算するためのハードウェアも含む。このハードウェアは、入ってくるデータの２つのコピーを生成するための手段を備え、２つのコピーの一方が−１を乗算され、その後、マルチプレクサが、２つのデータ・コピーの一方を選択する。この実施形態でのマルチプレクサへの制御信号は、前に説明されたようにシフト・レジスタと関連の回路とによって生成される擬似乱数二位相変調データである。
【００３３】
別の実施形態では、事前計算された位相変調データがルックアップ・テーブルに格納され、ルックアップ・テーブルに関するアドレス値のシーケンスが、ルックアップ・テーブルから読み出される位相データがランダムであるように生成される。この実施形態では、ランダム性を保証するための十分条件は、ルックアップ・テーブル内のエントリの数Ｎが、アドレス値が各回に増分する値ｍよりも大きいこと、ｍが、Ｎの整数の因数でないこと、およびアドレス値が、Ｎが超えられるときにアドレス値の範囲の先頭に「ラップアラウンド（ｗｒａｐ  ａｒｏｕｎｄ）」することであることが示されうる。好ましい実施形態では、Ｎは、２の累乗、例えば２５６であり、したがってアドレス・ラップアラウンドは、任意の追加の回路を用いずに得られ、ｍは、Ｎの因数でないように奇数である。
【００３４】
図８は、位相変調された画像データＧｘｙを生成するために、入ってくる画像フレーム・データＩｘｙに、ルックアップ・テーブルからランダムに選択される複素位相値を乗算するためのハードウェアを示す。ハードウェアは、フィードバックを有する３入力加算器を備え、この加算器は、それぞれ実数および虚数成分を有するＮ個のデータ・ワードの組を含むルックアップ・テーブルに関するアドレス値のシーケンスを生成する。入力画像データＩｘｙは、複製されて２つの同一の信号を生成し、２つの同一の信号は、ルックアップ・テーブルからの選択された値の実数および虚数成分を乗算される。それにより、この操作は、それぞれ、位相変調された入力画像データＧｘｙの実数および虚数成分を生成する。一実施形態では、ｎとして示される加算器への第３の入力は、現行のホログラフィ・サブフレームを表す値である。別の実施形態では、第３の入力ｎが省略される。さらなる実施形態では、ｍとＮとはどちらも、素数の集合の異なる要素であるように選択され、これは、アドレス値のシーケンスが真にランダムであることを保証する強い条件である。
【００３５】
図９は、ホログラフィ・データｇｕｖを生成するために、入ってくる位相変調された画像データＧｘｙに対して２−Ｄ  ＦＦＴを行うハードウェアを示す。この例では、２−Ｄ  ＦＦＴ操作を行うためのハードウェアは、１−Ｄ  ＦＦＴブロックと、中間の行または列の結果を格納するためのメモリ要素と、メモリの出力からマルチプレクサの一方の入力へのフィードバック経路とを備える。このマルチプレクサの他方の入力は、位相変調された入力画像データＧｘｙであり、マルチプレクサへの制御信号は、例えば図３に示されるように、制御装置ブロックから供給される。そのような実施形態は、２−Ｄ  ＦＦＴ操作を行う領域効率の良い方法を表す。
【００３６】
上に説明された操作は、一部または完全にハードウェアで、および／または一部または完全にソフトウェアで、例えば汎用デジタル信号処理装置で実装されてよい。
【００３７】
（画素間干渉を使用するホログラフィ・ビデオ投影のための解像度向上）
次に図１０を参照すると、この図は、解像度向上技法を使用して単一の画像フレームを表示するための複数（Ｎ個）のサブフレーム・ホログラムを生成するための、本発明の実施形態によるシステムの概略ブロック図を示す。
【００３８】
２Ｄホログラフィ・ビデオ投影システムでは、理論上最大の出力解像度は、通常せいぜいマイクロディスプレイの解像度であり、この理由は、再生フィールド（出力画像）が、（マイクロディスプレイ上に示される）ホログラムのフーリエ変換であり、フーリエ変換が、
【数１２】
2009524845.tif 000014
から
【数１３】
2009524845.tif 000015
への全単射（ｂｉｊｅｃｔｉｖｅ  ｍａｐｐｉｎｇ）であるからである。しかし、実際には、いくつかの理由から、使用可能な出力解像度はより低い。すなわち、例えばＭ×Ｍ画素の二位相変調器がマイクロディスプレイとして採用されるとき、共役画像の存在が、対処可能な出力解像度をせいぜいＭ×Ｍ／２点に制限する。
【００３９】
したがって、マイクロディスプレイは、典型的には、出力に存在する画素の数の少なくとも２倍、実用上はそれよりも多くの画素を必要とすることになる。これらの追加の画素は、以下の影響を有する。
・マイクロディスプレイ・シリコン領域が増大し、増加されるコストをもたらす。
・ディスプレイを駆動するのに必要とされる空間帯域幅が増加し、駆動電子回路をより複雑でコストのかかるものにする。
・ディスプレイ・サイズの増加によりシステム内の光収差の大きさが増加し、ぼけや非点収差など収差によって生じる重大な画像アーチファクトを回避するために、より複雑な（およびそれゆえ、より高価な）光学系の必要性をもたらす。
【００４０】
Ｍ×Ｍ／２よりも大きい解像度で出力画像を生成するために２値Ｍ×Ｍ画素マイクロディスプレイを使用することが可能であった場合、多くの利点が存在することになる。
【００４１】
この問題に対する１つの取り得る解決策は、特許出願ＰＣＴ  ＧＢ２００４  ００５２５５で説明されており、二位相マイクロディスプレイに、ランダムであり、しかし既知の位相の２Ｍ×２Ｍ点を含む同じ物理サイズの二位相マスクを重畳し、ホログラムを計算するときに位相マスク構造を考慮することを含む。そのような技法は、２Ｍ×Ｍ点の出力解像度を与えることができ、しかし信号対雑音（ＳＮＲ）比の大幅な減少という犠牲を払う。高いＳＮＲは、ビデオを含む多くの用途に関して不可欠であるので、そのような技法の使用はしばしば実用的でない。
【００４２】
本発明者等は、増加された解像度を生成するために画素間干渉が利用されてよいと認識している。図１２を参照すると、出力での各点は、ホログラム・アパーチャのフーリエ変換のコピーである。アパーチャが正方形であり、照明が一様である場合、これは、出力でのｓｉｎｃ形状の画素に対応する。
【００４３】
そのようなｓｉｎｃ関数の主ローブは、実際、出力での画素間距離よりも広いことが示されうる（およびまた、グラフからもわかる）。したがって、隣接する画素が互いに干渉し、それらの相対位相によって決定される。通常、この効果は、再構成画像の品質に有害であり、サンプル間のランダムな構造を引き起こし、これはしばしば、文献（例えば、Ｊ．Ｐ．Ａｌｌｅｂａｃｈ、Ｎ．Ｃ．Ｇａｌｌａｇｈｅｒ、およびＢ．Ｌｉｕ著“Ａｌｉａｓｉｎｇ  ｅｒｒｏｒ  ｉｎ  ｄｉｇｉｔａｌ  ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ，”Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．１５，２１８３−２１８８，１９７６）で、やや混同して「スペックル」と呼ばれる。しかし、この効果を、本願では有利に利用することが可能である。
【００４４】
眼は、フィールド振幅Ｆ（最大周波数±Ｍ／２を有する）ではなく、その強度｜Ｆ｜２（最大周波数±Ｍを有するように示されうる）を知覚するので、位相の注意深い操作が、Ｍ／２よりも高い空間周波数で構造を形成するようにサンプリング・グリッド間で画素値に影響を及ぼすことを可能とする。例えば、出力サンプル［１，０，１，０，１］のシーケンスが、予想されるように、周波数Ｍ／２の３つのピークをもたらす（図１３ａ）が、サンプル［−１，１，−１］のシーケンスは、周波数Ｍの３つのピークを生成するように示されうる（図１３ｂ）。ＴａｋａｋｉおよびＨｏｊｏ（“Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  Ｈｏｌｏｇｒａｍｓ  ｔｏ  Ｐｒｏｄｕｃｅ  Ｈｉｇｈ−Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｐａｔｔｅｒｎｓ，”Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．３８，２１８９−２１９５，１９９９）は、この効果を認識しており、しかしこの効果が使用されうる実用的な方式は突き止めなかった。本出願人等は、以下に、フィードバックを有するＯＳＰＲタイプ手順を使用してどのように超解像度が実施されうるか説明する。
【００４５】
フィードバック付きＯＳＰＲアルゴリズムの使用は、解像度Ｍ×ＭのＯＳＰＲホログラムの組を生成することができ、この組は、ホログラムの画像再生成の解像度の（各次元で）２倍、すなわち２Ｍ×２Ｍでの高品質画像再生成を生じる。二位相システムにおいて存在する共役画像を考慮すると、これは、２Ｍ×Ｍの有用な解像度が実現されることを可能とする。
【００４６】
（２００５年９月１６日出願の英国特許出願第０５１８９１２．１号で説明されるような）フィードバック付きＯＳＰＲアルゴリズムは、１組のホログラムを、ホログラムＨ１・・・ＨＮ−１によって生成される累積雑音を組内の第ＮのホログラムＨＮが相殺するように生成することができる。これは、ホログラムＨ１・・・ＨＮ−１を時系列化することによって、実現される再生成の動的推定を保ち、第Ｎのホログラム生成ステージに誤差をフィードフォワードすることによって行われ、それにより誤差が相殺されうる。Ｎ個のホログラムが時系列化されるとき、効果は、組内の最終のホログラムのみが出力雑音に寄与するものであり、（雑音分散が単に１／Ｎとして低下する、特許出願ＰＣＴ  ＧＢ２００４  ００５２５３で説明されるフィードバックを有さない標準のＯＳＰＲと比較されて）１／Ｎ２として低下する雑音分散をもたらす。
【００４７】
ここで、本出願人等は、アルゴリズムを修正することによってこの技法を拡張し、それにより、Ｍ×Ｍ個のサンプリング点（ｘ，ｙ）それぞれで存在する再生成誤差をフィードフォワードすることに加えて、ステージＮ−１の後にサンプリング点の間で、すなわち（ｘ１／２，ｙ）、（ｘ，ｙ１／２）、および（ｘ１／２，ｙ１／２）で存在する誤差もまたフィードフォワードされ、ステージＮでホログラムＨＮを計算するときに補償される。いくつかの実施形態では、これは、修正された画素間フーリエ変換操作を使用して、サンプルおきにではなく、半サンプルおきに周波数成分を評価する。半サンプル評価に対する代替として、そのような変換は、例えば、ゼロの行列に各Ｍ×Ｍホログラムを埋め込むことによって、各Ｍ×Ｍホログラムを２Ｍ×２Ｍまでパディングすることによって実施されうる。いずれの場合にも、本出願人等は、これをＦ２Ｍ×２Ｍ［Ｈ（ｘ，ｙ）］と表記する。次いで、このパディングされたホログラムのフーリエ変換を行うことが、２Ｍ×２Ｍフィールドを生成し、この２Ｍ×２Ｍフィールドは、２Ｍ×２Ｍホログラムを得るために逆フーリエ変換を行う前に、望まれるときには誤差に関して調節されてよく、その後、２Ｍ×２Ｍホログラムは、出力ＯＳＰＲの組における次のＭ×Ｍホログラムを生成するために帯域制限される。
【００４８】
アルゴリズムは、インコヒーレント（フィードバック付きＯＳＰＲ）およびコヒーレント（位相）最適化ストラテジの組合せを使用する。画像フレームにつき単一のホログラムを使用するコヒーレント最適化のみでは十分でない。ホログラムは、画像の周波数スペクトルであるので、位相ホログラム（事実上、どこでも均一な振幅を有する）は常に、均一（すなわち平坦）な周波数スペクトルを有する画像を生成し、これは、固定振幅ターゲット画像に関して、画像画素での効果的にランダムな位相の必要性を示唆する。しかし、本出願人等が上で論じたように、画素間干渉を使用する超解像度は、画像画素位相に対する正確な制御を使用し、これは、ランダムな画像画素位相（平坦なスペクトル）の要件と適合しない。追加として、フィードバック付きＯＳＰＲ手法によってビデオ・フレームにつき複数のサブフレーム・ホログラムを使用することが、（眼によって知覚されるときの）１組のサブフレーム・ホログラムの時間的統合に関して正確な位相制御要件が実現されることを可能とし、その代わり、組内の各個別のホログラムに関しては、平坦なスペクトル（効果的にランダムな画像画素位相）の制約が満たされることを可能とするようにこの位相制御要件は満たされない。
【００４９】
本出願人等は、次に、例示の超解像度フィードバック付きＯＳＰＲ手順の詳細を説明する。
【００５０】
変数は、以下のようなものである。
・Ｎは、生成するためのＯＳＰＲサブフレームの数である。
・Ｔは、解像度２Ｍ×２Ｍの入力ビデオ・フレームである。
・各ステージの終了時に生成されるＭ×Ｍ画素のホログラムＨ１・・・ＨＮが、出力ＯＳＰＲホログラムの組を生成する。
・アルゴリズムの各ステージで、φ（ｘ，ｙ）が、一様に分散されたランダムな位相の２Ｍ×２Ｍアレイに再初期化される。コヒーレント最適化サブアルゴリズムのＱ回の反復が、誤差最小に向けてこれらの位相を調節するために採用される。
・Ｆ（ｘ，ｙ）が、それまで計算されたホログラム・サブフレームの効果の、動的に更新される２Ｍ×２Ｍ画素再構成を保持する。
・γは、所望のディスプレイ出力ガンマである（２．２が、標準のＣＲＴにほぼ対応する）。
【００５１】
次に、本出願人等は、以下の定義を行う。
【表１】
2009524845.tif 000016
【００５２】
当業者は、修正された（画素間）フーリエ変換が、中間画像点でのフーリエ（または逆フーリエ）変換、すなわち、
【数１４】
2009524845.tif 000017
を効果的に評価することを認識されよう。
【００５３】
以降では、以下に詳細に説明される手順ステップの概説のための図１１への参照が行われてよい。
【００５４】
（事前処理）
【数１５】
2009524845.tif 000018
【００５５】
（ステージ１）
Ｆ（ｘ，ｙ）：＝０
Ｔ’’（ｘ，ｙ）：＝Ｔ’（ｘ，ｙ）．ｅｘｐ｛ｊφ（ｘ，ｙ）｝
【数１６】
2009524845.tif 000019
【００５６】
（ステージ２）
Ｆ（ｘ，ｙ）：＝Ｆ（ｘ，ｙ）＋｜Ｆ２Ｍ×２Ｍ［Ｈ１（ｘ，ｙ）］｜２
【数１７】
2009524845.tif 000020
【数１８】
2009524845.tif 000021
上では、Ｆ（ｘ，ｙ）は、変換または逆変換Ｆ（上付き文字を有する）とは異なることに留意されたい。
【００５７】
（ステージＮ）
動的出力推定を更新する
Ｆ（ｘ，ｙ）：＝Ｆ（ｘ，ｙ）＋｜Ｆ２Ｍ×２Ｍ［ＨＮ−１（ｘ，ｙ）］｜２
２Ｍ×２Ｍ雑音補償ターゲットを計算する
【数１９】
2009524845.tif 000022
Ｍ×Ｍ帯域制限された２値ホログラムＨＮを計算する（他の手法が使用されてもよい）
【数２０】
2009524845.tif 000023
【００５８】
図１４ａおよび１４ｂを参照すると、これらの図は、上の手順に従って解像度向上された画像を表示するための複数（Ｎ個）のサブフレーム・ホログラムを生成するためのシステムの詳述されたブロック図を示す。図中、上に説明された操作は、矢印と、ブロックによる得られるデータ（典型的には２次元行列）とに関連付けられ、ブロックにおいて、Ｒが示し、Ｃが複素数値データを示し、｛−１，１｝が、量子化された（ここでは２値化された）データを示す。２Ｄ行列に関連付けられる変数は、ブロックの傍に示され、行列の寸法は矢印によって示される。図１４ａ、ｂの例では、ブロック（行列）が正方であるが、長方行列もまた使用されてよいことを当業者は理解されよう。すなわち、この技法は、正方画像行列に限定されない。
【００５９】
本出願人等は、次に、この手順の数値シミュレーションのいくつかの結果を説明する。
【００６０】
英国特許出願第０５１８９１２．１号で説明されるフィードバック付きＯＳＰＲアルゴリズムを用いると、雑音分散は１／Ｎ２として低下する。上に説明された超解像度手順（２Ｍ×２Ｍ入力画像、Ｍ×Ｍ出力ホログラム）で、本出願人等は、雑音分散の低減の同じ割合を予想する。しかし、本出願人等はまた、各Ｎに関する雑音分散値が、従来のフィードバック付きＯＳＰＲ（Ｍ×Ｍ入力画像、Ｍ×Ｍ出力ホログラム）の場合の対応する雑音分散よりも大きくなることも予測する。これは、本出願人等が、ホログラムにおける自由度の数を増やすことなく出力フィールド内でより多数のパラメータを制御しているからであり、この情報の損失が、制御される画素それぞれにおける増加された出力雑音として現れると予想される。
【００６１】
定量的な比較を提供するために、本出願人等は、以下のものに関して、平均統計値（効果的には、雑音分散の平方根）にわたる標準偏差のＮに関する変動を見る。
・標準のフィードバック付きＯＳＰＲを使用して、６０×６０画素の均一な正方形を含む１２８×１２８点フィールドを生成するための１２８×１２８画素ホログラムの組
・超解像度フィードバック付きＯＳＰＲを使用して、１２０×１２０画素の均一な正方形を含む２５６×２５６点フィールドを生成するための１２８×１２８画素ホログラムの組
【００６２】
数値シミュレーションによって得られる結果が、図１５ａに示される。図１５ｂは、平均統計値にわたる標準偏差の逆数の変動を示し、これは、実現可能な一意のグレー・レベルの数にほぼ対応する。Ｎに関する線形変動は、両方の場合における雑音分散が１／Ｎ２として低下することを示す。
【００６３】
この手法で実現可能な結果の品質を示すために、７６８×３８４入力画像が選択されて、１０２４×１０２４フレーム内に埋め込まれた。次いで、ホログラムが、以下のように生成された。
・ターゲット７６８×３８４画像のダウンサンプルされた（３８４×１９２）バージョンを形成するために従来のフィードバック付きＯＳＰＲを使用して生成される、１つの５１２×５１２ＯＳＰＲホログラムの組
・ターゲット７６８×３８４画像を形成するために超解像度フィードバック付きＯＳＰＲを使用して生成される、１つの５１２×５１２ＯＳＰＲホログラムの組
【００６４】
各場合における出力の一部が図１６ａおよび１６ｂに示される。興味深いことに、図１５ｂは、おそらく自由度の数が減少されるので、超解像度技法による雑音分散が、本出願人等の以前に説明されたフィードバック付きＯＳＰＲ技法（信号対雑音比、または有用なグレー・レベルの数がより小さい）による雑音分散よりも大きいことを示唆するが、画像での知覚される雑音は、おそらく、雑音分散と比較されるときに解像度に対する眼の反応と組み合わされた増加された実効解像度の効果により、超解像度技法においてより小さい。
【００６５】
上で説明された方法およびシステムに関する適用例は、以下のものを含み、しかしそれらに限定されない。移動電話、ＰＤＡ、ラップトップ、デジタル・カメラ、デジタル・ビデオ・カメラ、ゲーム・コンソール、車内映画、パーソナル・ナビゲーション・システム（車内または腕時計ＧＰＳ）、時計、パーソナル・メディア・プレーヤ（例えば、ＭＰ３プレーヤ、パーソナル・ビデオ・プレーヤ）、ダッシュボード取付型ディスプレイ、レーザ光ショー・ボックス（ｓｈｏｗ  ｂｏｘ）、パーソナル・ビデオ・プロジェクタ（「ビデオｉＰｏｄ」の着想）、広告および標識システム、コンピュータ（デスクトップを含む）、遠隔制御ユニット、デスクトップ・コンピュータ、テレビジョン、ホーム・マルチメディア・エンターテインメント・デバイスなど。
【００６６】
当業者は、本発明の実施形態が、完全にハードウェアで、完全にソフトウェアで、またはそれら２つの組合せを使用して実施されてよいことを理解されよう。
【００６７】
多くの効果的な代替形態が当業者に思い浮かぶことは疑いない。本発明は、説明された実施形態に限定されず、本明細書に添付された特許請求の範囲の精神および範囲内にある当業者に明らかな修正形態を包含することが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】単一の画像フレームを表示するための複数（Ｎ個）のサブフレーム・ホログラムを生成するためのシステムを示す図である。
【図２】本発明の態様を具現化するホログラフィ投影システムの例を示す図である。
【図３】ＯＳＰＲ手順を実施するためのハードウェアのブロック図である。
【図４】ＯＳＰＲ手順の実施において行われる操作を示す図である。
【図５】ランダム位相行列の乗算前と後との、サンプル画像のエネルギー・スペクトルを示す図である。
【図６】それぞれ複素ホログラフィ・サブフレーム・データの実数および虚数成分からの２つのサブフレームの同時生成のための並列量子化器を示す図である。
【図７】擬似乱数二位相データを発生し、Ｇｘｙを生成するために、入ってくる画像データＩｘｙに位相値を乗算するためのハードウェアを示す図である。
【図８】位相変調された画像データＧｘｙを生成するために、ルックアップ・テーブルからランダムに選択される複素位相値を、入ってくる画像フレーム・データＩｘｙに乗算するためのハードウェアを示す図である。
【図９】ホログラフィ・データｇｕｖを生成するために、フィードバックを有する１−Ｄ  ＦＦＴブロックによって、入ってくる位相変調された画像データＧｘｙに対して２−Ｄ  ＦＦＴを行うためのハードウェアを示す図である。
【図１０】解像度向上された画像を表示するための複数（Ｎ個）のサブフレーム・ホログラムを生成するための本発明の実施形態によるシステムの概略ブロック図である。
【図１１】向上された知覚解像度の画像を表示するための複数（Ｎ個）のサブフレーム・ホログラムを生成するための本発明の実施形態による手順を示す図である。
【図１２】正方形ホログラムによって生成される典型的な出力フィールド「画素」を示す図である。
【図１３ａ】超解像度効果を生成するために画素位相を制御することの例示を示す図である。
【図１３ｂ】超解像度効果を生成するために画素位相を制御することの例示を示す図である。
【図１４ａ】解像度向上された画像を表示するための複数（Ｎ個）のサブフレーム・ホログラムを生成するための本発明の実施形態によるシステムの詳述されたブロック図である。
【図１４ｂ】解像度向上された画像を表示するための複数（Ｎ個）のサブフレーム・ホログラムを生成するための本発明の実施形態によるシステムの詳述されたブロック図である。
【図１５ａ】超解像度を伴う（図１５ａにおける上側トレース、図１５ｂにおける下側トレース）、および伴わないフィードバック付きＯＳＰＲに関して、Ｎに関する平均統計値にわたる標準偏差（図１５ａ）およびその逆数（図１５ｂ）の変動を示す図である。
【図１５ｂ】超解像度を伴う（図１５ａにおける上側トレース、図１５ｂにおける下側トレース）、および伴わないフィードバック付きＯＳＰＲに関して、Ｎに関する平均統計値にわたる標準偏差（図１５ａ）およびその逆数（図１５ｂ）の変動を示す図である。
【図１６ａ】従来のフィードバック付きＯＳＰＲ（図１６ａ）と超解像度フィードバック付きＯＳＰＲ（図１６ｂ）との比較を示す図である。
【図１６ｂ】従来のフィードバック付きＯＳＰＲ（図１６ａ）と超解像度フィードバック付きＯＳＰＲ（図１６ｂ）との比較を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１６ａ】
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【図１６ｂ】
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【国際調査報告】
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