(57)【要約】【課題】デジタル画像において、ディザーパターン（例えばノイズ）の振幅を目に見えるほど大きくしなければ、取り除くことが困難なコンチュアアーティファクトに、グレイスケールのセグメントが残ること。【解決手段】空間的次元と時間的次元の双方がハイパス特性を有する構造であるディザーアレイと、カラー画像とを組み合わせる。【選択図】図４
2006229264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．第１の上方水平空間周波数境界、第１の下方水平空間周波数境界、第１の上方垂直空間周波数境界、第１の下方垂直空間周波数境界、第１の上方時間周波数境界および第１の下方時間周波数境界を含む、ディザーパターンタイルの第１の多次元アレイを設定する工程を備え、
ｂ．前記空間周波数境界と前記時間周波数境界とが、ハイパスパターンコンフィギュレーションを構成し、
ｃ．第２の上方水平空間周波数境界、第２の下方水平空間周波数境界、第２の上方垂直空間周波数境界、第２の下方垂直空間周波数境界、第２の上方時間周波数境界および第２の下方時間周波数境界を含む、ディザーパターンタイルの第２の多次元アレイを設定する工程を備え、
ｄ．前記第２の下方時間周波数境界が、前記第１の下方時間周波数境界よりも低く、
ｅ．ディザーパターンタイルの前記第１の多次元アレイと画像特性値の第１のレンジとを関連付ける工程と、
ｆ．ディザーパターンタイルの前記第２の多次元アレイと画像特性値の第２のレンジとを関連付ける工程と、を備えたことを特徴とするディザーパターン構造を作成するための方法。
【請求項２】
前記画像特性値が輝度値を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記画像特性値が、局部的な平均輝度値を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
ａ．デジタル画像を受信する工程と、
ｂ．ディザーパターンタイルを適用するために前記画像内のロケーションを指定する工程と、
ｃ．そのタイルロケーションに対する局部的画像特性を決定する工程と、
ｄ．複数のディザーパターンタイルセットから第１のディザーパターンタイルセットを選択する工程とを備え、前記選択が、前記局部的画像特性に基づくものであることを特徴とするデジタル画像を適応的に処理するための方法。
【請求項５】
ａ．デジタル画像をタイルブロックロケーションに分割する工程と、
ｂ．前記タイルブロックロケーションの各々に対する局部的輝度特性を決定する工程と、
ｃ．複数のディザーパターンアレイから１つのディザーパターンアレイを選択する工程とを備え、前記アレイの各々が、前記局部的輝度特性値のあるレンジに関連していることを特徴とするデジタル画像を適応的に処理するための方法。
【請求項６】
ａ．第１の上方水平空間周波数境界、第１の下方水平空間周波数境界、第１の上方垂直空間周波数境界、第１の下方垂直空間周波数境界、第１の上方時間周波数境界および第１の下方時間周波数境界を含む、ディザーパターンタイルの第１の多次元アレイを設定する工程を備え、
ｂ．第２の上方水平空間周波数境界、第２の下方水平空間周波数境界、第２の上方垂直空間周波数境界、第２の下方垂直空間周波数境界、第２の上方時間周波数境界および第２の下方時間周波数境界を含み、前記第２の下方時間周波数境界が、前記第１の下方時間周波数境界よりも低くなっている、ディザーパターンタイルの第２の多次元アレイを設定する工程を備え、
ｃ．ディザーパターンタイルの前記第１の多次元アレイと局部的輝度持性値の第１のレンジとを関連付ける工程と、
ｄ．ディザーパターンタイルの前記第２の多次元アレイと局部的輝度持性値の第２のレンジとを関連付ける工程と、
ｅ．デジタル画像をタイルブロックロケーションに分割する工程と、
ｆ．多数の前記タイルブロックロケーションに対する局部的輝度特性を決定する工程と、
ｇ．前記第１タイルブロックロケーションが前記第１レンジ内に入る局部的輝度特性値を有するときに、タイルブロックロケーションの第１のセットに適用するためのディザーパターンタイルの前記第１の多次元アレイからディザーパターンタイルを選択する工程と、
ｈ．前記第２タイルブロックロケーションが前記第２レンジ内に入る局部的輝度特性値を有するときに、タイルブロックロケーションの第２のセットに適用するためのディザーパターンタイルの前記第２の多次元アレイからディザーパターンタイルを選択する工程とを備えたことを特徴とするデジタル画像を適応的に処理するための方法。
【請求項７】
ａ．第１の上方水平空間周波数境界、第１の下方水平空間周波数境界、第１の上方垂直空間周波数境界、第１の下方垂直空間周波数境界、第１の上方時間周波数境界および第１の下方時間周波数境界を含み、前記第１の多次元アレイが局部的輝度特性値の第１のレンジに関連しているディザーパターンタイルの第１の多次元アレイと、
ｂ．第２の上方水平空間周波数境界、第２の下方水平空間周波数境界、第２の上方垂直空間周波数境界、第２の下方垂直空間周波数境界、第２の上方時間周波数境界および第２の下方時間周波数境界を含み、前記第２の下方時間周波数境界が前記第１の下方時間周波数境界よりも低く、前記第２の多次元アレイが局部的輝度特性値の第２のレンジに関連しているディザーパターンタイルの第２の多次元アレイと、
ｃ．前記画像内のロケーションに対する局部的輝度特性値に基づき、前記第１アレイおよび前記第２アレイのいずれかを選択するためのセレクタと、を備えたことを特徴とするデジタル画像を適応的に処理するためのシステム。
【請求項８】
ａ．表示すべき画像を記憶するための画像記憶装置と、
ｂ．ｉ．第１の上方水平空間周波数境界、第１の下方水平空間周波数境界、第１の上方垂直空間周波数境界、第１の下方垂直空間周波数境界、第１の上方時間周波数境界および第１の下方時間周波数境界を含み、前記第１の多次元アレイが、局部的輝度特性値の第１のレンジに関連しているディザーパターンタイルの第１の多次元アレイと、
ｉｉ．第２の上方水平空間周波数境界、第２の下方水平空間周波数境界、第２の上方垂直空間周波数境界、第２の下方垂直空間周波数境界、第２の上方時間周波数境界および第２の下方時間周波数境界を含み、前記第２の下方時間周波数境界が前記第１の下方時間周波数境界よりも低く、前記第２の多次元アレイが局部的輝度特性値の第２のレンジに関連しているディザーパターンタイルの第２の多次元アレイとを備えたコンテントを有するディザーアレイ記憶装置と、
ｃ．画像ロケーションに対する局部的輝度特性値を決定するためのプロセッサと、
ｄ．前記画像ロケーションに対する局部的輝度特性値に基づき、前記第１アレイおよび前記第２アレイのいずれかを選択するためのセレクタとを備えたことを特徴とする画像ディスプレイデバイス。
【請求項９】
画像信号に、空間的次元と時間的次元とがハイパス特性を有する構造のディザーアレイを組み合わせ、前記ディザーアレイを組み合わせた前記画像信号を量子化して、表示することを特徴とする画像ディスプレイデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディザー技術に関し、より詳細には、適応型ディザー構造のための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル画像は、画像全体内のロケーションのアレイにおける画像の輝度および色属性を示す値によって伝送される。各値は、所定のビット数により表わされる。バンド幅、記憶装置およびディスプレイに対する要求が制限されていないとき、仮想的に禁止されない視覚的な明瞭性および実際的なカラー再現度で画像を表示できるような十分なビットを利用できる。しかしながら、ビット深度が制限されていると、隣接する輝度、すなわちカラーレベルの間のグラデーションが認識できるようになり、人の観察者にとって不快にさえなり得る。このような効果は、ビット深度が低い画像内で見ることができるコンチュアリングアーティファクトとして明らかである。輝度がゆっくりと変化する低周波領域でコンチュアラインが明らかとなり、この場合、ピクセル値は粗いグラデーションステップの片側または反対側に移動される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これらコンチュアリングアーティファクトは、一般に量子化またはその他のビット深度を低減する前に、画像にノイズまたはその他のディザーパターンを加えることによって「分解」できる。このノイズまたはパターンの追加は、ピクセル値のランダムな、疑似ランダムな、またはその他の変化を生じさせ、このことはコンチュアの発生およびその視覚性を低下させる。一般に、画像は人の観察者にはより自然で快適なものとして認識される。
【０００４】
画像ディスプレイシステム１を示す図１を参照して、これら方法のうちの一部について説明できる。これらシステムではノイズまたはディザーパターン１６を画像２に加算（４）したり、またはその他の方法で組み合わせることができる。この組み合わされた画像は次に低ビット深度へ量子化（６）される。この画像は次に直接表示してもよいし、または図１に示されるように、受信機１０へ送信（８）してもよい。受信後、画像に加算されたノイズ／ディザー１６は画像から減算（１２）するか、または他の方法で逆組み合わせされ、コンチュアリングが生じにくい領域でのノイズ／ディザーの視覚効果を低減できる。次に、この画像は受信機側で表示（１４）される。これら方法は、表示すべき画像データ２よりも低いビット深度能力を有するディスプレイのような、送受信をしないシステムでも使用できる。
【０００５】
図２を参照し、これら方法の一部について説明できる。これらシステム２０では、画像２はノイズ／ディザーパターン１６と組み合わせ（２８）され、画像内に含まれるフルレンジの画像データを表示できないディスプレイシステム２２へ送られる。これらディスプレイシステム２２は、ディスプレイ能力に一致するビット深度まで画像データを量子化（２４）できる。次に、量子化された画像データは、ディスプレイ２６に表示される。
【０００６】
図２に示されたシステムでは、ノイズ／ディザーパターンは画像から減算も逆組み合わせもされない。これらシステムでは、ノイズが好ましくない視覚的影響、すなわち「粒子化」を生じさせる前に画像に少ないノイズを加算できる。ノイズ／ディザーパターンのための種々の周波数分布が、人の視覚系に多少とも見えることが判っている。一般に、人の視覚系は高周波データをフィルタで除去するローパスフィルタとして働く。従って、高周波レンジに集中したノイズは低周波ノイズよりも見えにくい。
【０００７】
画像ファイルと同じだけ大きいディザー／ノイズパターンを使用できないことが多い。これらケースでは、画像全体にわたり、パターンを行および列状に繰り返すことによって、より小さいディザーパターンを使用できる。このプロセスはタイリングと称されることが多い。多数の画像のセット、例えばビデオ画像のフレームまたはフィールドでは、フレームからフレームへとディザーパターンを繰り返すことができる。このディザーパターンは、繰り返しパターンによって生じるアーティファクトを最小にするように設計できる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述のごとき課題を解決するために、以下の各技術手段により構成される。
本発明の第１の技術手段は、第１の上方水平空間周波数境界、第１の下方水平空間周波数境界、第１の上方垂直空間周波数境界、第１の下方垂直空間周波数境界、第１の上方時間周波数境界および第１の下方時間周波数境界を含む、ディザーパターンタイルの第１の多次元アレイを設定する工程を備え、前記空間周波数境界と前記時間周波数境界とが、ハイパスパターンコンフィギュレーションを構成し、第２の上方水平空間周波数境界、第２の下方水平空間周波数境界、第２の上方垂直空間周波数境界、第２の下方垂直空間周波数境界、第２の上方時間周波数境界および第２の下方時間周波数境界を含む、ディザーパターンタイルの第２の多次元アレイを設定する工程を備え、前記第２の下方時間周波数境界が、前記第１の下方時間周波数境界よりも低く、ディザーパターンタイルの前記第１の多次元アレイと画像特性値の第１のレンジとを関連付ける工程と、ディザーパターンタイルの前記第２の多次元アレイと画像特性値の第２のレンジとを関連付ける工程と、を備えたことを特徴としたものである。
【０００９】
第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記画像特性値が輝度値を含むことを特徴としたものである。
【００１０】
第３の技術手段は、第１の技術手段において、前記画像特性値が、局部的な平均輝度値を含むことを特徴としたものである。
【００１１】
第４の技術手段は、デジタル画像を受信する工程と、ディザーパターンタイルを適用するために前記画像内のロケーションを指定する工程と、そのタイルロケーションに対する局部的画像特性を決定する工程と、複数のディザーパターンタイルセットから第１のディザーパターンタイルセットを選択する工程とを備え、前記選択が、前記局部的画像特性に基づくものであることを特徴としたものである。
【００１２】
第５の技術手段は、デジタル画像をタイルブロックロケーションに分割する工程と、前記タイルブロックロケーションの各々に対する局部的輝度特性を決定する工程と、複数のディザーパターンアレイから１つのディザーパターンアレイを選択する工程とを備え、前記アレイの各々が、前記局部的輝度特性値のあるレンジに関連していることを特徴としたものである。
【００１３】
第６の技術手段は、第１の上方水平空間周波数境界、第１の下方水平空間周波数境界、第１の上方垂直空間周波数境界、第１の下方垂直空間周波数境界、第１の上方時間周波数境界および第１の下方時間周波数境界を含む、ディザーパターンタイルの第１の多次元アレイを設定する工程を備え、第２の上方水平空間周波数境界、第２の下方水平空間周波数境界、第２の上方垂直空間周波数境界、第２の下方垂直空間周波数境界、第２の上方時間周波数境界および第２の下方時間周波数境界を含み、前記第２の下方時間周波数境界が、前記第１の下方時間周波数境界よりも低くなっている、ディザーパターンタイルの第２の多次元アレイを設定する工程を備え、ディザーパターンタイルの前記第１の多次元アレイと局部的輝度持性値の第１のレンジとを関連付ける工程と、ディザーパターンタイルの前記第２の多次元アレイと局部的輝度持性値の第２のレンジとを関連付ける工程と、デジタル画像をタイルブロックロケーションに分割する工程と、多数の前記タイルブロックロケーションに対する局部的輝度特性を決定する工程と、前記第１タイルブロックロケーションが前記第１レンジ内に入る局部的輝度特性値を有するときに、タイルブロックロケーションの第１のセットに適用するためのディザーパターンタイルの前記第１の多次元アレイからディザーパターンタイルを選択する工程と、前記第２タイルブロックロケーションが前記第２レンジ内に入る局部的輝度特性値を有するときに、タイルブロックロケーションの第２のセットに適用するためのディザーパターンタイルの前記第２の多次元アレイからディザーパターンタイルを選択する工程と、を備えたことを特徴としたものである。
【００１４】
第７の技術手段は、第１の上方水平空間周波数境界、第１の下方水平空間周波数境界、第１の上方垂直空間周波数境界、第１の下方垂直空間周波数境界、第１の上方時間周波数境界および第１の下方時間周波数境界を含み、前記第１の多次元アレイが局部的輝度特性値の第１のレンジに関連しているディザーパターンタイルの第１の多次元アレイと、第２の上方水平空間周波数境界、第２の下方水平空間周波数境界、第２の上方垂直空間周波数境界、第２の下方垂直空間周波数境界、第２の上方時間周波数境界および第２の下方時間周波数境界を含み、前記第２の下方時間周波数境界が前記第１の下方時間周波数境界よりも低く、前記第２の多次元アレイが局部的輝度特性値の第２のレンジに関連しているディザーパターンタイルの第２の多次元アレイと、前記画像内のロケーションに対する局部的輝度特性値に基づき、前記第１アレイおよび前記第２アレイのいずれかを選択するためのセレクタと、を備えたことを特徴としたものである。
【００１５】
第８の技術手段は、表示すべき画像を記憶するための画像記憶装置と、第１の上方水平空間周波数境界、第１の下方水平空間周波数境界、第１の上方垂直空間周波数境界、第１の下方垂直空間周波数境界、第１の上方時間周波数境界および第１の下方時間周波数境界を含み、前記第１の多次元アレイが、局部的輝度特性値の第１のレンジに関連しているディザーパターンタイルの第１の多次元アレイと、第２の上方水平空間周波数境界、第２の下方水平空間周波数境界、第２の上方垂直空間周波数境界、第２の下方垂直空間周波数境界、第２の上方時間周波数境界および第２の下方時間周波数境界を含み、前記第２の下方時間周波数境界が前記第１の下方時間周波数境界よりも低く、前記第２の多次元アレイが局部的輝度特性値の第２のレンジに関連しているディザーパターンタイルの第２の多次元アレイとを備えたコンテントを有するディザーアレイ記憶装置と、画像ロケーションに対する局部的輝度特性値を決定するためのプロセッサと、前記画像ロケーションに対する局部的輝度特性値に基づき、前記第１アレイおよび前記第２アレイのいずれかを選択するためのセレクタと、を備えたことを特徴としたものである。
【００１６】
第９の技術手段は、画像信号に、空間的次元と時間的次元とがハイパス特性を有する構造のディザーアレイを組み合わせ、前記ディザーアレイを組み合わせた前記画像信号を量子化して、表示することを特徴としたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
ディザー構造体は、マルチフレームの単一画像全体にわたって使用すべき多数のディザーパターンを含むことができる。図３に示されるような三次元ディザー構造は、一連のディザーパターンを利用できる。これらパターン３０〜３６は、ビデオのシーケンシャルフレームで使用されるシーケンスに配置できる。最初のビデオフレーム３８では最初のディザーパターンタイル３０を使用でき、一方、次に続くビデオフレーム４０では次のシーケンシャルパターン３２を使用できる。シーケンス内の各パターンを使用した後に、パターン３０〜３６のシーケンスを繰り返すことができる。これらシーケンスは、繰り返される時間パターンから生じるアーティファクトの発生を特に低減するようにも設計できる。
【００１８】
次に、図を詳細に説明する。図中、同様な番号は本発明の同様な部品を示す。
本発明の実施例の方法およびシステムは、認識されるビット深度を高めるために空間時間ディザリングを使用するディスプレイアルゴリズム、プロセスおよび装置に関する。これら方法およびシステムは、デジタルのビット深度のボトルネックを有するＬＣＤまたは同様なディスプレイ、例えばビデオＲＡＭ（ＶＲＡＭ）が制限されたグラフィックコントローラカードに対して使用できる。ＬＣＤディスプレイ自身またはその内部ハードウェアドライバでもビット深度の限界が生じる。本発明の実施例では、ディザーパターンをダイナミックにパラメータ化するのに、ディスプレイの時間応答特性を使用できる。
【００１９】
全体的な問題はカラーごとのグレイレベルが過度に少なくなるように画質が失われることである。このことは、コンチュアリングおよび情報の喪失（特に低振幅信号の喪失）として現れる。本発明の実施例は、４〜６ビット／カラーディスプレイが視覚的に８ビット／カラーに均等な画質を有する画像を示すことができるように適用できる。別の用途は、１０ビット以上の画像を表示すべき場合に、８ビットディスプレイが１０ビットの画質を有するようにすることである。
【００２０】
現在の技術レベルでの主な問題は、ディザーパターン（例えばノイズ）の振幅を目に見えるほど大きくしなければ、取り除くことが困難なコンチュアアーティファクトに、グレイスケールのセグメントが残ることである。これは視覚系の非線形が１／３に近い一方、トーンスケールの形状が２.４のガンマ乗に近いということに起因する。これら２つの非線形の縦続作用の結果、トーンスケールの他の部分よりも暗い領域で傾きがより急峻となる。
【００２１】
図４を参照し、本発明の実施例の一部の属性について説明する。図４は、人の視覚系（ＨＶＳ）特性にパターンを最適化することにより（例えば視覚系の等価的ノイズのパワースペクトルに一致するように、空間ー時間色パワースペクトルの形状を定めることにより）、ディザーパターンを発生するための方法およびシステムを示している。これら実施例では、量子化６２〜６６を行う前に、マルチカラーチャンネル５２〜５６を有するカラー画像とディザーアレイとを組み合わせる。このディザーアレイ構造は、高周波ノイズに敏感でない人の視覚系６８を参照して作成される。従って、空間的次元と時間的次元の双方がハイパス特性を有する空間−時間ハイパスディザー構造７０が作成される。
【００２２】
本発明の実施例では、ディザー構造はディスプレイ特性に対しても最適にできる。これら実施例の一部では、ディザーパターン設計における要素として、ディスプレイの固有の固定されたパターンの空間ノイズを使用できる。
【００２３】
有効なディザーパターンデザインを得るための目的は、ノイズをできるだけ多く加え、かつ表示される画像内にノイズが見られないように保証することである。本発明の実施例は、ディザー構造にハイパス特性を与え、よって主に光学的特性に起因する視覚系のＬＰＦによってディスプレイでのディザーパターンを減衰できるように、視覚系のＬＰＦ特性を活用できる。換言すれば、（視覚系の周波数応答、すなわち周波数応答に類似するコントラスト感度関数（ＣＳＦ）の逆数としてモデル化されることが多い）視覚系の等価的な入力ノイズを使用してディザーパターン（ノイズ）の形状を定めることができる。
【００２４】
本発明の実施例は時間に対して変化する信号を表示できるディスプレイと共に使用できる。これら実施例では、空間−時間ディザー構造を使用することに価値がある。図５には、等価的ノイズおよびその結果得られるディザーパターンがアイコン形式で示されている。そのパワースペクトルは空間周波数および時間周波数において、相互にハイパスである。デジタル周波数のナイキスト限界は０.５（０.５サイクル／サンプル；サンプル＝ピクセルまたはフレーム）である。軸として水平空間周波数（Ｈ  ＳＦ）８０、垂直空間周波数（Ｖ  ＳＦ）８２および時間周波数（ＴＦ）８４が挙げられる。
【００２５】
これら空間−時間実施例では、ディザーアレイは一連の２Ｄタイル（すなわち等価的には３Ｄシーケンスとして）記憶でき、この場合、シリーズはリアルタイムディスプレイのシーケンシャルフレームのための異なるシーケンシャルタイルから成る。図６には、図４に示されるようなフレーム同期化されたタイルセレクタ７２の挙動が示されている。図６はシーケンシャルな画像フレーム、すなわちフレーム「ｐ」９０およびフレーム「ｐ＋１」に課される空間−時間ディザー構造を示す。画像フレームにはディザー構造のタイルが課される。ディスプレイ上の任意の空間位置にて入力画像フレームに追加される一連のディザータイルがあり、これらタイルはこれらデザインの時間パワースペクトルを保存するようにシーケンシャルにステップ状とされる（すなわち図５）。
【００２６】
本発明の一部の実施例は、視覚上のアーティファクトが生じる可能性を更に低減するよう、図６に示されるようなタイルステップ化方法を使用できる。これら実施例では、ディザーパターンタイル１１０の空間−時間アレイを使用できる。これらディザーパターンタイル１１０は、メモリサイズを低減するように、これらタイルを使用する画像よりも一般に小さい。より小さいタイルは、同じタイルを繰り返し使用するタイルパターン内の画像をカバーできる。一部の応用例では、画像にわたって同じタイルを繰り返し使用できるが、この方法を使用する結果、繰り返されるパターンにより視覚上のアーティファクトが生じ得る。この問題は、多数の連続フレームからのタイルを使用することによって低減または解消できる。この方法は、空間的次元および時間的次元で使用できる。
【００２７】
図６に示されるように、最初のタイルフレーム９４からスタートし、次に連続する各タイルフレーム９６、９８および１００を使って画像９０にわたるタイルパターンを満たすように、画像フレーム９０を横断するように空間的にタイルをインクリメントできる。連続タイルフレームのこのパターンは、時間方向にも使用できる。次の連続する画像フレーム９２では、所定のタイルロケーションにおいて前の画像フレームで使用されたタイルフレームに続くタイルフレームを使用する。例えば、最初の画像フレーム９０内の上方左位置に最初のタイルフレーム９４を使用するとき、次の画像フレーム９２におけるそのロケーションで、次に続くタイルフレーム９６を使用する。同様に、最初のフレーム９０における第２タイル位置は第２のタイルフレーム９６によって占められ、第２の画像フレーム９２内のその位置は第３のタイルフレーム９８によって占められる。各タイル位置および各画像フレームに対して同じパターンを繰り返す。タイルフレームの数が一旦尽きた場合、タイルセットの順序を繰り返すことができる。
【００２８】
一部の応用例では、（ＰＰＩの解像度のストレートフォワードな使用およびデジタル周波数領域に対するＣＳＦのマッピングにおけるビュー距離を除く）ディスプレイの空間的特性を使用することは困難であることを証明できる。これは、空間ディスプレイノイズを使用するにはディスプレイの高解像度の２Ｄイメージングが必要であること、および空間変調伝達関数（ＭＴＦ）は眼の限界よりも良好であるので、ＭＴＦの使用は大きな影響を与えないということによるものである。従って、一部の応用例では視覚系の限界しか空間的に使用しない。
【００２９】
しかしながら、ディスプレイの時間的特性は、その次元おけるディザーアレイをチューニングできない。図７では、特定の「通常の白色」モードのＬＣＤに対する時間的エッジ過渡部から成る種々の記録が示されている。垂直軸１２０はｃｄ／ｍ２を単位とする輝度であり、水平軸１２２はｍｓを単位とする。刺激は時間に対して矩形波であるので、異なる振幅の明暗部１２４と暗明部１２６の過渡部の双方を見ることができる。暗領域に向かう領域だけでなく、暗領域内でも応答がどれだけ速いかに留意されたい。
【００３０】
輝度変化が１０％から９０％に進むのにかかる時間を測定することにより、各応答は一般に１つの数で要約される。図８および図９には、２つのキータイプのＬＣＤ（それぞれ通常は白色、および通常は黒色）に対する異なる振幅の暗から明への過渡部、および明から暗への過渡部へのかかる応答が示されている。
【００３１】
通常、ブラックモードはトーンスケールの暗領域において応答が低速であり、困難な領域はこの領域にあるので、これら低速の応答を有利に利用できる。
【００３２】
本発明の一部の実施例は、グレイレベルと共に低周波のカットオフが変化する相互にハイパスの空間スペクトルおよびハイパスの時間スペクトルを有する空間−時間ディザーパターンを使用している。図１０にはこのスペクトルが示されており、このスペクトルと固定されたカットオフを有する別の実施例（図５）とを比較できる。当然ながら、図１０に示されたブロックはアイコンであり、ノイズはシャープなカットオフ周波数を有するように制限されておらず、ノイズはこれら高周波を中心とするガウスブロックとして良好に可視化される。これら実施例のキーアスペクトは、低い時間周波数カットオフが可変であることである（点線で表示）。
【００３３】
一部の実施例では、アイコン立方体の容積の増加と共に分散値が大きくなる。分散値が大きくなることによってコンチュアをより大きく低減でき、次にこれによってビット深度を低減でき、トーンスケールのトラブルの多い領域におけるコンチュアアーティファクトをより完全に除去できる。
【００３４】
図１１は、本発明の一部の実施例を示すブロック図である。これら実施例では、マルチディザーパターン構造、すなわちアレイ１６４、１６６および１６８を作成し、および／または使用する。ディザーパターンタイルを使用する前にディザーパターン構造１６４、１６６および１６８を作成し、記憶する。パターンの作成は輝度スペクトルを有限レンジ１７０、１７２および１７４に分割することからスタートする。これらレンジ１７０、１７２および１７４の各々に対し、ディザーパターンの異なるセットまたはアレイを設計し、発生（１７６、１７８および１８０）する。これらディザーパターンのセットまたはアレイは、時間バンド幅またはより低い時間周波数カットオフだけでなく、その他の特性が変わってもよい。これらディザーパターンセットまたはアレイは、ノイズをパターン仕様にフィルタリングするか、パターンをダイナミックに作成するか、または他の方法で発生できる。パターンセットまたはアレイが一旦発生されると、これらを画像に適用するために記憶できる。
【００３５】
一部の実施例では、内部で使用するためにディスプレイデバイス内にディザーパターンのセットまたはアレイを記憶（１６４、１６６および１６８）することができる。
【００３６】
これらディザーパターンセットは、モノクロ画像にもカラー画像にも適用できる。カラー画像の実施例では、カラーチャンネル１４２、１４４および１４６に従って１つの画像を分割できる。図１１に示された実施例では、カラーチャンネルはＲＧＢディスプレイの赤、緑および青チャンネルに対応するが、その他のカラーの組み合わせも使用できる。
【００３７】
量子化前に各カラーチャンネル画像フレーム１４２、１４４および１４６とディザーパターンタイルを組み合わせる。しかしながら、フレーム内のタイルロケーションに対して選択された特定のディザーパターンタイルセットは、このディザーパターンタイルを適用する画像フレーム内の輝度レベルに応じて決まる。例えば、特定タイルロケーションにある輝度レベルが第１カテゴリーまたはレンジ１７０に入る場合、このレンジに適したディザーパターンセット１６８をタイルセレクタ１６０により選択し、適用する。第２ロケーションにある輝度値が第２カテゴリーまたはレンジ１７２に入る場合、タイルセレクタ１６０によって別のディザーパターンセット１６６を選択できる。
【００３８】
これら実施例の一部では、ディスプレイ内のメモリに一連のディザーアレイシーケンス１６４、１６６および１６８を記憶でき、タイルの位置に対応する画像の平均輝度グレイレベルに基づき、これらシーケンスを切り換えたり、または選択することができる。画像内の特定のロケーションに対する輝度レベルは、多数の方法によって決定できる。タイル領域の平均輝度グレイレベルを使用できるが、ディザーパターンセットの適用中にディザーパターンセットの設計およびディザーパターンセットの選択の双方において他の輝度データを使用できる。ディザーパターンのあるセットから別のセットに切り替えることに関連する境界効果を防止するために、ディザーパターンの２つのセットを混合するように過渡領域を利用できる。例えば、ディザーパターンセット１とディザーパターンセット２との間の過渡レベルが平均輝度レベル６４にある場合、６４にてセット１からセット２へ切り替えるのではなく、６０でスタートし、６８で終了するようにセット２の寄与分を徐々にセット１に混合する。
【００３９】
一旦画像に対してディザーパターンセットを適用すると、各カラーチャンネルを量子化（１５２、１５４および１５６）する。更なる処理も行うことができる。最終的に、ディスプレイ要素に量子化された情報が割り当てられ、ユーザ１５８に表示される。
【００４０】
ディザースペクトルの発生
本発明の実施例は、ディザースペクトルを発生する方法およびシステムを含む。これらディザーパターンのアレイ、セットまたは構造は、いくつかの方法で発生できる。一部の実施例では、構造の適当な組を発生するのにホワイト空間−時間スペクトル（すなわち空間および時間ナイキスト周波数までの白色）をフィルタリングできる。別の実施例では、ネガティブ空間−時間色フィードバックを使用してアレイを満たすことにより、ディザーパターンのセットを発生できる。
【００４１】
空間−時間白色スペクトルのフィルタリングを使用する一部の実施例では、スタートポイントを３Ｄの画像アレイとすることができ、このアレイのディメンジョンは白色スペクトルで満たされた水平空間（ピクセル）、垂直空間（ピクセル）および時間（フレーム）である。これら実施例のうちの一部では、視覚系の空間ＣＳＦの逆数（すなわちＭＩＴプレス発行の、Ａ．Ｂ．ワトソン編集の「デジタル画像および人の視覚」におけるＳ．デイリー著（１９９３年）第１７章（本明細書で参考例として援用する）に記載されているように、ローパスフォームに変換された）に近似するフィルタによって、各フレーム内でまず空間的にフィルタリングされたノイズからスペクトルを発生できる。次に、この結果はＬＣＤの時間ＭＴＦと視覚系の時間ＣＳＦとの積の逆数で時間に対してフィルタリングされる。ＬＣＤの時間的ＭＴＦは全体に非線形となり得るが、小さい振幅に対してはほぼ線形であり、その形状は（図５および図６の斜め領域に示されるように）グレイレベルの関数として変化する。ＬＣＤの時間ＭＴＦは、通常のライン拡散関数（ＬＳＦ）計算を使ってエッジ応答から計算できる。これらフィルタの各々に対して近似値を使用することができ、ガウスフィルタは良好な一次の近似となる。
【００４２】
ネガティブ空間−時間色フィードバックによってアレイを満たすことにより、ディザーパターンのアレイを発生することもできる。一部の実施例では、所望するパターンの結果として生じるロケーションにディザー値をシーケンシャルに割り当てるのに反発関数を使用できる。ディザーアレイのサイズに基づき、各グレイレベルはタイル内の固定された回数で生じるので、この結果、所望するようにｐｄｆが均一となる。次に、視覚エラー関数を使用することによって得られるアレイの視覚性に基づき、各グレイレベルに対する可能な位置が割り当てられる。視覚エラー関数は、空間−時間的ＣＳＦモデル、一般にＣＳＦに重みづけされたＭＳＥに基づく。
【００４３】
本発明の実施例は、モノクロおよびカラー方法およびシステムを含む。カラーアプリケーションでは、輝度がアレイ全体にわたって逆相関化された３つの独立した空間−時間アレイを使用していくつかのディザーパターンアレイを発生できる。これはＲＧＢアレイを等輝度にする試みである。
【００４４】
本発明の別の実施例は、リアルタイムで発生されるディザーパターンを含む。これら実施例の一部では、局部的グレイレベルのパラメータがディザー発生プロセスを制御できる。これら実施例では、グレイレベルのパラメータに関して時間バンド幅を変更できる。従って、一部の例では、時間バンド幅の下方境界および分散値が変わることを認めることができる。
【００４５】
本発明の実施例は、任意の数のディザーパターンセットおよびこれらセットに対応する任意の数のグレイレベルレンジを含むことができる。簡単な実施例では、２つの空間−時間ノイズセットしか使用しない。一方のセットはグレイレベルの明るいほうのレンジに対して使用し、他方のセットは暗いレンジに対して使用する。暗いレンジに対して使用されるセットは時間バンド幅が狭く、分散値が大きい。
【００４６】
一部の実施例では、多数の別々のアレイでスタートすることにより、カラーアレイを発生できる。次にこれらアレイを相手のカラー信号に適用し、マトリックスを通して１つの非色信号と２つの色信号（例えばＬ＊、Ａ＊およびＢ＊、またはＹ、ＵおよびＶ）から３チャンネルのＲＧＢ信号に変換される。
【００４７】
これまでの詳細な説明は、本発明を完全に理解できるように、多数の特定の詳細を記載したものであるが、当業者であればこれら特定の細部から逸脱することなく、本発明を実施できることが理解できよう。本発明を不明瞭にしないように、周知の方法、手順、部品および回路については詳細には説明しなかった。
【００４８】
本明細書で引用したすべての参考文献は参考例として援用する。
【００４９】
これまでの説明で使用した用語および表現は、説明の用語であって、発明を限定する用語として使用したものではなく、かかる用語および表現の使用にあたり、本明細書に図示し、説明した特徴またはその一部の均等物を排除するものではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲のみによって定められるものであると認識できよう。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】従来のディスプレイデバイスを示す図である。
【図２】従来の別のディスプレイデバイスを示す図である。
【図３】画像フレームに適用されるような従来のディザー構造を示す図である。
【図４】空間−時間ディザーシステムを示す図である。
【図５】相互にハイパスの空間およびハイパスの時間ディザースペクトルのアイコン表示を示す図である。
【図６】画像フレームに適用されるタイルを有するディザー構造を示す図である。
【図７】異なるグレイレベルの過渡現象に対するＬＣＤディスプレイの時間応答を示すグラフである。
【図８】常時白色のＬＣＤに対する過渡時間を示すグラフである。
【図９】常時黒色のＬＣＤに対する過渡時間を示すグラフである。
【図１０】時間周波数レンジの下方の境界が可変である、相互にハイパスの空間およびハイパスの時間ディザースペクトルを示すアイコン表示である。
【図１１】多数のグレイレベルに依存するディザータイルセットを使用するシステムを示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
５２，５４，５６…カラーチャンネル、５８…ＲＧＢタイル、６２，６４，６６…量子化器、６８…視覚系、７０…視覚ノイズモデル、７２…タイルセレクタ。
【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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