(57)【要約】ここに量子化した表示システムにおける改善したガンマ精度を提供する実施例を説明する。実施例のシステムおよび方法の両方が３原色および多原色表示システムにおける画像品質を向上するために提供される。【選択図】図１２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像源、画像処理エンジンおよび表示装置を備えた表示システムにおいて、量子化誤差を低減するための方法であって、前記方法が、
ノイズ信号を発生すること、
前記ノイズ信号をスケーリングすることであって、前記スケーリングが画像信号に依存すること、
前記のスケールしたノイズ信号を前記画像信号に加えて混合信号とすること、
前記混合信号を量子化すること、の諸段階を含む方法。
【請求項２】
表示システムであって、
出力応答曲線を備える表示装置と、
入力ガンマテーブルと、
線形画像処理と、
出力ガンマテーブルであって、ここで前記入力ガンマテーブルは前記表示装置の出力応答曲線のデータから生成され、さらに前記出力ガンマテーブルは前記入力ガンマテーブルから生成され、前記出力ガンマテーブルは実質的に前記入力ガンマテーブルを反転したものと、を備えるシステム。
【請求項３】
前記入力ガンマテーブルのデータが暗い画像データ値に対して１あるいはそれより大きい勾配をもつように修正されている、請求項２に記載の表示システム。
【請求項４】
さらに出力ガンマ曲線データを生成する前に前記出力ガンマテーブルのデータが切り捨てられ整数になる、請求項２に記載の表示システム。
【請求項５】
前記の切り捨てられた入力曲線が前記出力テーブルを生成するための制御点集合として使用される、請求項４に記載の表示システム。
【請求項６】
表示システムであって、
入力画像値に対する線形出力応答を有する複数の光放射領域、
非線形表示応答を生じるように、複数のPWMカウンタを備えるガンマ関数発生器と、を備えるシステム。
【請求項７】
前記表示装置がOLEDである、請求項６に記載の表示システム。
【請求項８】
前記非線形表示応答が実質的に人間の眼の応答に適合する、請求項６記載の表示システム。
【請求項９】
表示システムのための時空間的ノイズを発生する方法であって、前記方法が、
複数のランダム色を含む、複数の第１の画像フレームを作ること、
複数の前記第１の画像フレームからフィルタされた画像データを含む、複数の第２の画像フレームを作ること、
前記第１および第２の画像フレームの機能を含む、複数の第３の画像フレームを作ること、の諸段階を含む方法。
【請求項１０】
前記複数の第１の画像フレームを作る段階が、さらに複数のランダム色を発生することを含み、前記ランダム色が実質的に一定の明度およびランダムな色度成分を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記一定の明度値が約５０％である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ランダム色が、実質的に一定のL*と実質的にランダムなaおよびb値を持つL*ab空間で発生される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記ランダム色がL*abから群の１つに変換され、前記群が、RGB空間、RGBW空間、RGBCW空間および多原色色空間を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記の複数の第２の画像フレームを作る段階が、さらに前記第１の画像フレームから画像データをローパスフィルタリングすることを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記ローパスフィルタリングが空間的フィルタリングである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ローパスフィルタリングが時間的フィルタリングである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記ローパスフィルタリングが時空間的フィルタリングである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記ローパスフィルタリングがさらに画像データの包み込みを伴うフィルタリングを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記包み込みデータが１つの画像フレームを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記包み込みデータが前記第１画像データフレームの最初のフレームおよび前記第１画像データフレームの最後のフレームからのデータを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記複数の第３の画像フレームを作る段階がさらに前記第２画像フレームから前記第１画像フレームを減算することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項２２】
前記第３の画像フレームのデータが、変換され正の値として保存される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
表示システムであって、
画像源と、
ガンマ調整ユニットと、
画像処理ユニットと、
ノイズ源と、
ガンマ量子化ユニットと、を備え、
ここで前記ノイズ源が前記の実質的に明度が一定で実質的に色度がランダムであるデータを含んでいる、システム。
【請求項２４】
前記システムがさらに量子化補償を備える、請求項２３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は量子化した表示システムにおけるガンマ精度の向上を提供するためのさまざまな実施例におけるシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自己の米国特許出願において、(1) 米国特許出願番号09/916,232（「232出願」）タイトル「簡単化したアドレッシングを有するフルカラー画像装置に対する色ピクセルの配列」、2001年7月25日出願、(2) 米国特許出願番号10/278,353（「353出願」）タイトル「向上した変調伝送関数応答による、サブピクセル・レンダリングに対するカラーフラットパネル表示装置サブピクセル配列およびレイアウトの改善」、2002年10月22日出願、(3) 米国特許出願番号10/278,352（「352出願」）、タイトル「分離青色サブピクセルによる、サブピクセル・レンダリングに対するカラーフラットパネル表示装置サブピクセル配列およびレイアウトの改善」、2002年10月22日出願、(4) 米国特許出願番号10/243,094（「094出願」）、タイトル「サブピクセル・レンダリングに対する４色配列およびエミッタの改善」、2002年9月13日出願、(5) 米国特許出願番号10/278,328（「328出願」）、タイトル「可視性のよい青色輝度の低減によるカラーフラット表示パネルサブピクセル配列およびレイアウトの改善」、2002年10月22日出願、(6) 米国特許出願番号10/278,393（「393出願」）、タイトル「水平サブピクセル配列およびレイアウトを有するカラー表示装置」、2002年10月22日出願、(7) 米国特許出願番号01/347,001（「001出願」）、タイトル「縞状の表示装置に対するサブピクセル配列の改善およびそのサブピクセル・レンダリングに対する方法およびシステム」2003年1月16日出願、のそれぞれはそのまま参照することによりここに組み込まれ、新しいサブピクセル配列が画像表示装置に対する費用/性能曲線を改善するために開示されている。
【０００３】
水平方向に偶数のサブピクセルを有するあるサブピクセル繰り返し群に対して、改善、たとえば適切なドット反転の仕組みおよびその他の改善、を行うための以下のようなシステムおよび技術が開示されており、またその全体を参照することによりここに組み込まれる。(1)米国特許出願番号10/456,839、タイトル「新しい液晶表示装置における画像劣化補正」、(2)米国特許出願番号10/455,925タイトル「ドット反転をもたらす交叉接続を有する表示パネル」、(3)米国特許出願番号10/455,931、タイトル「新しい表示パネルレイアウトにおいて標準ドライバとバックプレーンを用いてドット反転を行うシステムおよび方法」、(4)米国特許出願番号10/455,927、タイトル「量子化誤差低減による、固定パターンノイズを有するパネル上の視覚効果に対する補償のシステムおよび方法」、(5)米国特許出願番号10/456,806、タイトル「付加的なドライバを用いた新しい表示パネルレイアウトにおけるドット反転」、(6)米国特許出願番号10/456,838、タイトル「非標準サブピクセル配列に対する液晶表示装置のバックプレーンおよびアドレッシング」、(7)米国特許出願番号10/696,236、タイトル「分離青色サブピクセルによる新しい液晶表示装置における画像劣化補正」、2003年10月28日出願、(8)米国特許出願番号10/807,604、タイトル「異なるサイズのサブピクセルを備えた液晶表示装置に対する改良トランジスタバックプレーン」、2004年3月23日出願。
【０００４】
これらの改善はさらにこれらの出願ならびに以下の自己米国特許出願に開示されているサブピクセル・レンダリング（SPR）システムおよび方法と組み合わせると顕著である。(1) 米国特許出願番号10/051,612（「612出願」）、タイトル「RGBピクセルフォーマットデータのペンタイルマトリックス・サブピクセルデータフォーマットへの変換」2002年1月16日出願、(2) 米国特許出願番号10/150,355（「355出願」）、タイトル「ガンマ調節によるサブピクセル・レンダリングのための方法およびシステム」、2002年5月17日出願、(3) 米国特許出願番号10/215,843（「843出願」）、タイトル「適応フィルタリングによるサブピクセル・レンダリングのための方法およびシステム」、2002年8月8日、(4) 米国特許出願番号10/379,767、タイトル「画像データの時間的サブピクセル・レンダリングのためのシステムおよび方法」、2003年3月4日、(5) 米国特許出願番号10/379,765、タイトル「動き適応フィルタリングのためのシステムおよび方法」、2003年3月4日、(6) 米国特許出願番号10/379,766、タイトル「表示装置視角改善のためのサブピクセル・レンダリングシステムおよび方法」、2003年3月4日出願、(7) 米国特許出願番号10/409,413、タイトル「埋め込んだプリサブピクセル・レンダリングした画像を有する画像データ集合」、2003年4月7日出願、これらはここで全体を参照することによりここに組み込まれる。
【０００５】
色域変換および写像における改善は以下の自己のまた同時係属出願に開示されている。(1) 米国特許出願番号10/691,200、タイトル「色相角の計算システムおよび方法」、2003年10月21日出願、(2) 米国特許出願番号10/691,377、タイトル「源の色空間からRGBWターゲット色空間へ変換するための方法および装置」、2003年10月21日出願、(3) 米国特許出願番号10/691,396、タイトル「源の色空間からターゲット色空間へ変換するための方法および装置」、2003年10月21日出願、および(4)米国特許出願番号10/690,716、タイトル「色域変換システムおよび方法」、2003年10月21日、これらはすべてここで全体を参照することによりここに組み込まれる。
【０００６】
さらなる有利性が以下に説明されている。(1) 米国特許出願番号10/696,235、タイトル「複数の入力ソースフォーマットからの画像データを表示するための改善した複数モードを有する表示システム」、2003年10月28日出願、(2) 米国特許出願番号10/696,026、タイトル「複数モード表示のためのスケーリングのための画像再構成およびサブピクセル・レンダリングを行うシステムおよび方法」、2003年10月28日出願。
【０００７】
さらにこれらの自己および同時係属出願は全体を参照することによりここに組み込まれる。(1) 米国特許出願番号[代理人整理番号08831.0064]、タイトル「非縞状表示システムにおける画像テータのサブピクセル・レンダリングを改善するためのシステムおよび方法」、(2) 米国特許出願番号[代理人整理番号08831.0065]、タイトル「画像表示に対する白点を選択するためのシステムおよび方法」、(3) 米国特許出願番号[代理人整理番号08831.0066]、タイトル「高輝度表示のための新しいサブピクセル・レイアウトおよび配列」、(4) 米国特許出願番号[代理人整理番号08831.0067]、タイトル「１つの画像データ集合から他のデータ集合への色域写像改善のためのシステムおよび方法」、(5) 米国特許出願番号[代理人整理番号08831.0068]、タイトル「高輝度サブピクセル・レイアウトのための改善したサブピクセル・レンダリング・フィルタ」、これらはすべて参照することによりここに組み込まれる。本明細書に記載するすべての出願は全体を参照することによりここに組み込まれる。
【発明の開示】
【０００８】
ある実施例において、表示システムが開示されており、前記表示システムは画像源、画像処理エンジンおよび表示装置と、量子化誤差を低減する方法とを備え、前記方法の段階は、ノイズ信号の生成と、前記ノイズ信号のスケーリングと、前記スケーリングは画像信号に依存するが、スケールしたノイズ信号を前記画像信号に加えて混合信号とすることと、前記混合信号を量子化することとを含む。
【０００９】
他の実施例において、表示システムが開示されており、前記表示システムは、表示装置と、前記表示装置は出力応答曲線を有するが、入力ガンマ表と、線形画像処理と、出力ガンマ表とを備え、前記入力ガンマ表は前記表示装置の出力応答曲線のデータから生成され、さらに前記出力ガンマ表は前記入力ガンマ表から生成され、さらに前記出力ガンマ表は実質的に入力ガンマ表を反転したものである。
【００１０】
この明細書に組み込まれ、その一部を形成している添付の図面は、本発明の例としての具体化および実施例を図示し、説明と併せて本発明の原理を解説するのに役立つ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
画像の量子化は色および明るさのデータを離散的なディジタル数値として保存するのに用いられる。明るさレベルを直線的に量子化することは可能であるが、人間の視覚システムは明るさの増加に対して逆対数的に反応するので、このデータを対数的、あるいはほぼ対数的に量子化するのが望ましいことが判っている。このような量子化はしばしば「知覚的に」量子化すると呼ばれる。このような量子化は「知覚的に検出できない画像圧縮」の１つの形と考えることができる。たとえば、sRGBガンマ規格はしばしばこのようなデータ圧縮技術の１つとして考えられる。
【００１２】
人間の眼と脳は明るさの変化をパーセンテージの変化として体験するのであって、絶対放射エネルギーの測定ではない。明るさが増加するとき、明るさに所定の知覚された増加を得るにはそれよりも大きな放射エネルギーの増加が必要である。そのために画面で等しい明るさ、あるいは明度、の増加を知覚するためには、各光エネルギーの増分はそれよりも対数的に大きいことが必要となる。この曲線は次の等式で与えられる。
L*= E 1/Gamma
ここで、L*は知覚された明るさ、Eは放射エネルギーである。
【００１３】
人間の眼は応答関数、「ｇ」を有し、これはおよそ g(x) = x 1/Gamma = x 1/2.2 である。この関数に適合、というよりは打ち消すために、表示システムはガンマ曲線を持つように設計されているが、これは眼の応答関数の逆関数である数学的関数で、これを「g -1」と呼ぶ。この曲線は対数項のゆえに通常「ガンマ曲線」と呼ばれている。表示装置は人間の眼の対数的な要求にほぼ適合するように約２．２のガンマ値を使用するように設計される。陰極線管が、対数的でこのような対数的ガンマで符号化された「知覚的」に量子化された画像の画像再構築に望ましい、ほぼ近似の電圧-明るさ伝達曲線を有するのは全くの偶然であった。他の表示技術は自然にこの対数的伝達曲線に適合することはなく、ガンマ符号化された画像の再構築のために必要な伝達曲線を近似するために伝達曲線を調節する回路を有する必要がある。この非線形ガンマを予想して量子化された画像は「知覚的に符号化あるいは量子化」されている、というのは眼の応答関数「g」に基づく量子化関数を用いるからである。表示装置はこの非線形表現を線形表現に変換する。
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【００１４】
このような知覚的に量子化された画像は、これが画像の量子化の直線性に依存するディジタルアルゴリズムにより処理される場合、線形の明るさフォーマットに変換される必要がある。前記アルゴリズムにはスケーリング、サブピクセル・レンダリング、色域写像などを含むことができる。ディジタル処理のあと、画像はしばしばディジタル入力陰極線管（CRT）モニタ、プラズマ表示パネル（PDP）、あるいは液晶表示素子（LCD）のような表示装置によって期待される形式に「知覚的に」再量子化される。
【００１５】
説明の目的で、理想的な場合と実際の場合の両方について量子化信号入力表示装置を調べる。ある表示装置、たとえばツイステッドネマティック(TN)、スーパーツイステッドネマティック（STN）、縦型配列方式、マルチドメイン縦型配列方式（MVA）、インプレーンスイッチング方式（IPS）などを用いる一般の液晶表示装置は電界に応答して光学的伝達が所定の電界強度範囲にわたって連続的に変化する。発光ダイオード（LED）および有機発光ダイオードディスプレイ（OLED）のようなその他の表示素子は与える電流レベルあるいは時間的なデューティーサイクル比によって制御できる。図６は表示のための理想化した電気-光学的表示あるいは時間-光学的伝達曲線６００を示す。等しい電圧、電流あるいは時間間隔６１０が横軸６０５に示されている。量子化されたディジタル信号がこのような理想的伝達曲線６００を持つ表示装置の上に等しい単位間隔で写像されるとき、応答曲線６００の量子化された出力レベル６２０が確立され、これが次に縦軸６０１上に示されているように、量子化された光学的明るさ６３０を与える。出力の光学的明るさレベル６３０は対数的に増加することに留意いただきたい。
【００１６】
この理想化した表示と対称的に、実際の表示装置の多くは理想的でない光学的応答曲線を持つ。図７Ａは理想的でない光学的応答曲線７００を持つ表示装置上で等しい入力単位間隔６１０を用いて量子化した入力の理想的でない結果を示す。量子化した光学的明るさレベル７３５が対数的関係で分布していないことに留意いただきたい。
【００１７】
この理想的でない表示装置は図７Ｂに示すように均等でない間隔で量子化した入力７１０により駆動することができる。これらの量子化した入力値は、理想的でない伝達曲線７００上で結果としての点７２０が所望の量子化した光学的明るさ６３０に写像されるように、慎重に選択あるいは調節される。従来技術の電圧駆動のアクティブマトリックス液晶（AMLCD）表示装置において、これらのレベルは表示ドライバ集積回路に基準電圧を供給する外部の梯子形抵抗を持つドライバを使って近似的に調節される。駆動集積回路は６５あるいは２５６のアナログ電圧出力レベルを出すことができるので、外部で調節可能な同じ数の梯子形抵抗を供給するのは非常に費用がかかる、というのは基準電圧をタップするのにそれに対応する入力ピンがなければならないからである。したがって梯子形抵抗の数を減らして使うことが普通に行われており、１６が一般的な選択である。その結果量子化した出力の調節は減らした数の外部基準電圧から直接写像した値に対してのみ正確である。各外部基準電圧の中間の出力電圧は表示ドライバにおける内部抵抗網により内挿された均等単位間隔の値である。本来の伝達曲線７００は低い明るさの領域においては望ましい理想的伝達曲線６００の妥当な近似であるので、低い明るさの領域において調節された量子化した光学的出力は区分的に望ましい対数値にほぼ従っている。しかし外部基準値間の値は理想的には量子化されず、特に高い明るさの領域においてはそうである。何らかの方法でこの誤差が補償されないと、画像再構成の不自然な結果が人間の観察者に見えてしまう。
【００１８】
表示装置に始まって逆向きに説明を進めたのはただそれだけのように見えるかも知れないが、その方が説明の目的に対して各要素の関数の理論的根拠を理解しやすいからであって、それによって本発明を限定するものではない。脳に知覚的に符号化されている元の画像「ｘ」にあるデータを見させることが望ましいが、それはディジタル的に「ｘｐ」として処理されている。人間の眼は応答関数「ｇ」を持ち、これはほぼg(x) = x 1/Gamma = x 1/2.2である。この関数に適合する、というよりは打ち消すために、グラフィックスシステム（しかし必ずしも表示装置自体である必要はない）ガンマ曲線を持つように設計されるが、これは眼の数学的応答の逆関数である数学的関数であり、これを「g -1」と呼ぶ。眼によって取り込まれたときg -1xpはxpとなる。前に記したように、この表示ガンマは線形ディジタル処理アルゴリズムに干渉する。線形表示システムを達成するために、表示装置の関数「f」を特定し、ガンマ補正あるいはむしろ打ち消し関数「f -1」をfの逆関数として生成することができる。この関数は線形ディジタル画像処理の後、しかし表示の前に適用できる。これにより眼に適合した適切なガンマ曲線で処理したデータが表示により妨げられることなく眼に到達する。しかしどこでシステムが適切なガンマ項g -1を実現するのであろうか。線形ディジタル処理の後では望ましくない。したがってその直前、事前処理段階においてであろう。こうして以下に示す全データパイプラインができる。
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【００１９】
ガンマパイプラインができると、線形ディジタル処理は実質的にシステムに期待される正しい色バランスと明るさを生成するはずである。
【００２０】
実際にはデータは「知覚的に量子化された」ガンマでNビットに圧縮されてファイルに保存され、入力ガンマ・ルックアップテーブルを通じて非圧縮、線形、精度の高いもっと多くのビット、N+Xビットを必要とするフォームに変換される。色の専門家は誤差を避けるために何ビットの精度が必要かについて論じるかもしれない。より多くの内部ビットを使うと誤差の数は減少するが、誤差がゼロであることを確保するためには受け入れがたいほど大きなビット数を必要とするであろう。ガンマパイプラインにおける非ゼロ誤差は横縞（バンディング）あるいは輪郭強調を生じ、これは感知され、場合により好ましくないものであろう。
【００２１】
ガンマパイプラインを通るデータの流れを調べると、このシステムは - 線形化の事前処理段階および出力量子化、表示装置ガンマ補正のためのいろいろな関数を用いて - 理想的でない表示装置を用いても実質的に理想的な結果を達成できる可能性のあることが理解されよう。しかし、このシステムは量子化された画像上で操作するので、システムが写像により制約されるかもしれない。たとえば、多くの表示装置がグレーの２５６のレベルを表示でき、これは多くのディジタル画像フォーマットの８ビット量子化に適合する８ビットのディジタル値で表される。２つの関数g-1とf -1とが似ておらず、また問題を改善する他の手段が取られない場合、その間に何ビットの精度が使われたかに関係なく、入力値を出力値に写像する際に問題がある。それらが互いに逆関数であれば、入力値のいくつかは同じ出力値に写像されるが、いくつかの出力値はそれに写像する入力値を持たないかもしれない、つまりこれらの出力値は「スキップ」される。このガンマパイプラインにおける誤差は画像に感知され、ことによると好ましくない、強い横縞あるいは輪郭強調を生じる可能性がある。
【００２２】
したがって、前記ディジタル画像処理に対する線形領域において商業的に妥当なビット深さ表現を維持しながら、ディジタル画像処理表示システムの改善したガンマ精度を提供することが望ましい。さらに、商業的に妥当なビット深さの表示ドライバを維持しながら、ディジタル画像処理表示システムの増加したグレーレベルを提供することが望ましい。
【００２３】
写像問題に関する１つの可能な実施例は、お互いに正確に逆関数である適合した入力および出力ガンマ曲線を使用する。３つの対応実施例が可能である。第１の実施例は任意の関数とその逆関数を用いる。しかしこれは入力画像の量子化関数あるいは表示関数のいずれかの適合基準を満たさない可能性がある。他の２つの実施例は入力画像の量子化関数あるいは表示関数のいずれかを合わせることができる。
【００２４】
別の実施例において期待入力ガンマ曲線を使用する代わりに、測定した表示ガンマ曲線をスケールし内挿したバージョンを入力ガンマテーブルとして使用する。それから測定したモニタガンマ曲線の反転したバージョンを、出力ガンマテーブルを生成するのに使用する。これはディジタル処理後の表示応答の直線性を提供する利点があり、この直線性に依存するこれらのアルゴリズムに対して色バランスが実質的に正しいことを確保する（たとえばサブピクセル・レンダリングおよび色域写像）。
【００２５】
表示ガンマ曲線の特性化は、図４Ａに示すように、グレースケール値の部分集合の浮動小数点測定の集合から行うことができる。図４Ｂのように曲線（たとえば３次あるいは類似の）をすべての測定点を通るように作ることができる。入力および出力曲線はこの１本の数学的曲線から図４Ｃおよび図４Ｄのように生成できる。
【００２６】
表示ガンマ曲線はしばしばsRGBガンマ曲線にかなり近いので、入力ガンマ変換は直線性の適度な近似である。この２つの曲線は実質的にお互いの反転で作ることができるので、写像問題による誤差の数は小さいはずである。残念ながらどのような妥当な精度においてもいくらかの誤差はなおも現れる。その理由の１つは、ガンマ・ルックアップテーブルを作るためにこれらが整数値に切り捨てられるので、これらの曲線が決して「正確な反転」でないことであろう。１つの結果は、入力ガンマ曲線のほぼ平坦な始まりがいくつもの入力値を１つの中間値に写像し、この領域においてデータの元の差異が失われることである。図１Ａはこの問題が起こる入力ガンマテーブルの選択を示す。もう１つの結果は出力ガンマ曲線の縦の始まりの近くで、使われることのない出力数を飛ばして、連続した中間値が非常に異なった出力値に写像されることであろう。図１Ｂはこの問題が起こる出力ガンマテーブルの部分を示す。これらの問題や曲線の端での同様の問題を緩和する実施例の１つは、入力ガンマ曲線の出力における精度のビット数を増やすことである。これは処理の精度を向上させ、出力ガンマテーブルのサイズを増し、実施する費用を増大させる。以下はテーブルサイズを小さく保ったまま誤差をゼロに減らす手順である。
【００２７】
（ガンマ曲線の始端の勾配を制御）
１つの実施例は、ゼロあるいは実質的に平坦であるよりも大きい、望ましい勾配を持つように入力ガンマ曲線の始端を修正することで、たとえば約１あるいはそれより多い勾配についてスケーリングしたあと整数に変換する。sRGB規格は曲線の初めは常に直線的であるという同様の要求をしており、これによって入力ガンマ変換テーブルを修正する際に、入力画像量子化への適合と表示への適合との合成物となる。もちろん所望の勾配は、量子化効果あるいは同様のものについてシステムの所望の応答に応じて、１より大きいあるいは小さいどのような値でもよいことが理解されよう。さらに曲線のその他の部分も同様に直線化できることが理解される。
【００２８】
多くの表示システムは色の１つのチャネルを０から２５５の範囲の値を取ることができる８ビットの値として保存する。このことは入力ガンマテーブルが２５６の異なる内部値をその中に持たなければならないことを意味する。これらの内部値のそれぞれは通常入力範囲より大きい。内部値の一般的なサイズは１２ビットの深さで０から４０９５の範囲である。このようにある例において、この整数表現における入力ガンマ曲線が直線であった場合、４０９５/２５５の勾配を持ち、これはすでに１より大きい。
【００２９】
しかし典型的な表示ガンマ曲線は非常に小さい勾配で始まり、そこから眼の対数的な応答の逆関数を取りながら増加する。ガンマパイプラインの内部精度が、たとえば１２ビット深さあるいはそれ以上と充分に大きいときには、整数入力ガンマテーブルの勾配は、たとえば１．０より大きく始まることができ、これらの誤差は発生しにくい。勾配がすでに１．０あるいはそれより大きい場合、入力ガンマテーブルの始端の修正は必要ない。しかし内部ビット数がたとえば１１ビットあるいはそれより少ないとき、整数曲線の勾配は１より小さい可能性がある。ある実施例によれば、この勾配は１．０の値に修正できる。１１あるいは１２ビットにおける精度の転換点は、全体としてガンマが約２．２である曲線についてあてはまる例であることに留意いただきたい。これとは異なるガンマの曲線は異なる精度で１．０より小さい勾配からそれより大きい勾配への転換が起こる。
【００３０】
始端の勾配への対処は多くの可能な実施例において異なる方法で行えることが理解されよう。場合によって２．２のような単一のガンマを持つ数学的に定義された曲線、あるいはsRGBのような複合の数学的曲線が使われるかもしれない。これらの数学的な場合には、通常直線部分がsRGB曲線に付加されているのと同様のやり方で所望の勾配を持つ直線部分を曲線の始端に付加することができる。直線の始端のあとの曲線の指数部分は、その曲線が曲がり始まる前に所望の値（たとえば実質的に平坦でない）になるまで修正できる。この結果、曲線には試験画像で認識できるような勾配の突然の変化が実質的にない。
【００３１】
直線を曲線に組み合わせた結果の複合曲線は若干異なる複合ガンマ値を持つことになる。指数部分の曲がりはしたがって複合ガンマ値がふたたび所望の値（通常２．２）に近接するまで修正される。たとえばsRGBの指数部分は実際には２．４であるが始端で直線部分と組み合わされると複合ガンマ値は２．２である。
【００３２】
表示装置から測定したガンマ曲線を入力ガンマとして用いると、前記のような修正をするために数学的関数を必ずしも利用できるとは限らない。この場合、測定した入力ガンマを必要な範囲にスケーリングし、それから入力ガンマテーブルの内容をインデックスで置き換えることによって所望の勾配を持つように曲線の始端を修正することを行う。入力ガンマ曲線の勾配が増加して行くので、いずれは勾配が所望の値あるいはそれより大きくなる点があり、処理を終了することができる。適度に高い内部精度を持つ場合、この処理で入力ガンマ曲線の最初の数個の値を修正するだけである。図２Ａおよび２Ｂはこの直線化段階を行う前と後における入力ガンマ曲線の始端部分を示す。
【００３３】
精度が低いときにはもっと多くの値を修正する必要がある。単なる１例として、８ビットの内部値を持つ６ビット入力ガンマテーブルの場合、２．２のガンマに対して最初の２０個の値が修正される。これは６４ビットの可能な入力範囲の約３分の１であり、おそらく他の画像不良が出ることになろう。ガンマ曲線の始端を１．０の勾配に直線化する影響は色範囲の暗い端がガンマ補正されないことを意味する。最初のいくつかの非常に暗い値に関してこれは問題とならないはずである。精度があまりにも低いとき、これは暗黒から中程度の色の受け入れられないほど広い範囲でガンマ補正ができないことを意味する。
【００３４】
（丸め誤差）
前記直線化処理を行った場合、あるいは直線化が不要であると判った場合でも、誤差はなお現れる。これらの誤差は異なる種類であり、反転ガンマ曲線を生成し、整数に切り捨てるやり方から発生する。出力ガンマ曲線上のすべての測定点を通る曲線を構成するのにカットマル・ロム３次式あるいはその他の適切な内挿技術を使うことができる。この曲線は内挿する標本がどのような数であっても入力ガンマ曲線を生成するのに、どのような割合ででもスケールし標本抽出できる。３次曲線はパラメトリックであるから、反転ガンマ曲線を生成するために別の軸上で標本抽出することができる。これら２つの数学的操作は、結果を浮動小数点の数として保存する場合、実質的に互いに反転したテーブルを生じるはずである。これらを整数に変換するために行った丸めと切り捨て操作は実効的にいつ曲線が次の整数値に移るかを決定する。注意しないと入力曲線について行うこの決定が出力曲線とは違う場所で起こり、またこれらの段階が互いにぶつかる可能性がある。
【００３５】
これらの誤差を説明するために、図３Ａ、３Ｂ、３Ｃおよび３Ｄはそれぞれ入力傾斜線の小部分、１つの可能な入力ガンマテーブル、１つの可能な出力ガンマテーブルの対応する部分、および結果の出力傾斜線を示す。最終結果が図３Ａの最初の傾斜線に正確に合致するのが望ましい。これらの入力値は例として図３Ｂの入力ガンマテーブルに供給される。このテーブルの出力が内部処理によって修正されない場合、結果は図３Ｃの出力ガンマテーブルに供給される。この曲線に平坦な点が見られるが、入力ガンマ曲線で隣り合った２つの値が出力ガンマ曲線で同じ平坦点に落ちるのは望ましくない。その結果は図３Ｄに示す最終結果における誤差となる。２つの曲線の通常の丸めおよび切り捨てはこれらの場合表示画像で認識できるような最終傾斜線における凸凹を生じる。
【００３６】
（丸め誤差の補償）
この丸め誤差を軽減するために多くの実施例が可能である。１つの可能な実施例は出力ガンマ曲線を手で調節するものである。図３Ｃを見ると、曲線の部分を１つだけ右か左（この場合左）に動かすと、曲線のこの部分に他の誤差を導入することなく図３Ｄの誤差が除去されることが容易に判る。他の実施例では出力ガンマ曲線を整数に丸めるやり方を変更する。単なる１つの例であるが、浮動小数点値を所望の値だけ（たとえば約０．５）丸めることは曲線の部分を１つだけ上に動かし、これは曲線の部分を左または右に移動するのと同じ効果を持つ。これは曲線の他の部分に誤差を作るかもしれないが、場合によりそこにある誤差を除去する。第３の実施例は出力ガンマ曲線を入力ガンマ曲線の整数の複製から作ることである。
【００３７】
さらに別の実施例は図４Ａから図４Ｄに示す手順を変更することである。図４Ｄの最終段階を図５Ａおよび５Ｂに示す段階で置き換える。図５Ａにおいて図４Ｃの整数の結果から新しい曲線が生成できる。図５Ｂに示す最終段階において、出力ガンマ曲線を直接図４Ｂの最初の曲線からではなく、図５Ａの第２の曲線から生成することが可能である。実質的にすべてのデータ点を通るカットマル・ロム３次曲線を使うことができる。整数入力曲線を第２の３次曲線に対するデータ点として使用することで、結果として得られる出力ガンマ曲線が実質的に、すべてでないにしても、入力ガンマ点を通る。こうして入力および出力テーブルは互いにより良く合致した逆関数となる。
【００３８】
さらに別の実施例では、入力ガンマデータの勾配を所望の値に直線化することを、それを出力ガンマテーブルのための第２の曲線を生成するのに使う前に完了する。任意によりこれらの段階をすべて行い、結果として得られた適合したテーブルに誤差がないことを確認するのにコンピュータプログラムを使用できる。始端の勾配を所望の値に直線化することはいつも望ましいとは限らないので、この段階は１つの可能な選択肢である。適合したガンマテーブルを使用しない場合もあるので、このプログラムは、図４Ａから４Ｄ、あるいは図５Ａから５Ｂまたはその両方のように、出力ガンマ曲線を測定データから直接作る選択肢を有する。我々が適合した入力ガンマテーブルの代わりに標準のsRGB入力ガンマテーブルを使用するとき、この出力ガンマ曲線の形を使うことができる。
【００３９】
また別の実施例では、直接に表示出力明るさ量子化値を制御するために、ガンマ・ルックアップテーブル（LUT）あるいはその他のガンマ関数発生器を使用することによりこの写像問題を解決する。ある実施例において、パルス幅変調駆動電圧あるいは電流に対して直線的な出力応答を有する表示装置は、そのPWMデューティーサイクルをガンマ関数発生器により制御させることができる。たとえば、電流駆動される有機LED表示装置のようなシステムにおいて、放射光はそれを通過する全瞬時電流の流れに比例する。市販されているOLEDドライバCLAIRMicronix 部品番号MXED102、240チャネルコラムドライバチップ、のデータシートを見ると、これが定電流、パルス変調、グレースケールシステムを使用し、その中で各チャネル用のダウンカウンタがデータ値でラッチされ、それからクロックが入り、電流が表示素子に加えられている間、カウンタがインクリメントをカウントダウンし、ゼロになった時点でそのチャネルが切られることが判る。
【００４０】
ほとんどのクロックは一定間隔である。しかし最初短く、時間と共に長くなるような非一定間隔を使用すると、写真画質の画像を生成するのに必要な非直線ガンマを提供するために、表示装置に適切なガンマを適用するPWMを制御するための、ガンマで調整したクロックを実現できる。
【００４１】
図１３に示す、柔軟なガンマクロック１３０２を供給するある実施例は、別のカウンタ１３０６、アップあるいはダウン、を使用し、これはディジタルコンパレータバンク１３１０に入力する。各コンパレータはガンマテーブル１３０８から数を入力され、この数はsRGBのような期待知覚量子化関数から生成される。１３０６からのクロックカウントがテーブルからの値に等しいとき、コンパレータはクロック信号をドライバ１３１４に送る。ドライバ１３１４はまた画像プロセッサ１３１２から信号を入力し、表示装置１３１６を駆動するために適切に信号を処理する。
【００４２】
１３１０の中にはドライバ中のグレーレベルの数だけディジタルコンパレータがある。ガンマカウンタ１３０６のビット深さは、ガンマ曲線の精度を向上するためガンマクロック発生器の中で任意に大きくできる。ガンマクロックテーブルおよびサブピクセル・レンダリングのためのガンマパイプライン・データパス・ルックアップテーブルは実質的に同じあるいは反転した値を持つことができる。その代わりにガンマクロックカウンタに適切なより高速の、しかし直線的で一定間隔のクロックを入力することもできる。値を計算しテーブル中に保存することにより、所望のどのようなガンマ曲線でもPMW装置に提供することができる。
【００４３】
サブピクセル・レンダリング・エンジン入力（ガンマ「事前調整」テーブル出力）で用いるのと実質的に同じビット深さをガンマテーブルに用いることにより、実質的に低空間周波数グレースケール・パススルー誤差をゼロにすることができる。このように画像処理アルゴリズムは、グレースケール符号化の直線性に依存して、 線形空間で行われ、「線形」OLED上の非線形のガンマ表示装置あるいはガンマがサブピクセル・レンダリング・コントローラで制御されるその他の適切なPWMで駆動される表示装置に対して置き換えられる。
【００４４】
さらに他の実施例において、写像の問題は利用できる量子化された出力値の数を増すことによりまたある程度解決される。出力値の数が入力値を超える場合、ディジタル処理システムの入力および出力の伝達関数は異なっており、２つの入力値を同じ出力値に写像することはない。いくつかの出力値は飛ばされるかもしれないが、出力値の数は実質的に入力値の数と同じである。さらにディジタル処理アルゴリズムあるいはガンマパイプ中での処理が入力値から直接に写像されない内部値を作り出すとしても、この内部的に生成された値は入力値が直接に写像しない出力値に写像する。この特性は有用である、というのは多くのディジタル処理アルゴリズムおよび処理はこのような新しい値を作り出し、その値は人間の観察者が見たときに情報を伝達する情報を運ぶからである。
【００４５】
この特性が有用であることの単なる説明として本発明の範囲を限定することなく１つの例を示す。従来の画像データ集合をサブピクセル・レンダーしたデータ集合に写像するとき（おそらく参照によって組み込まれている特許出願のどれかに説明された方法を使うことによって）、ターゲット色をサブピクセル化した表示のサブピクセル構造にエイリアシングするかもしれない高い空間周波数画像成分が除去され、フィルタされて除かれる。画像のどの点においても結果は低い空間周波数成分の値である。元の画像と同じビット深さに再量子化されるとき、前記のガンマ関数を構成する方法を使っても受け入れがたい不自然な結果が起こり得る。
【００４６】
説明の目的でさらに特定の例を与えると、図１０Ａに示す、２つの連続した量子化値の間を交番している部分の画像を持つ６ビットの画像データ集合１０１０は最初の入力ガンマ関数によって変換されて、図１０Ｂに示す１０ビットの内部画像データ集合１０２０になる。これは次にこのすぐ下に示すようなフィルタカーネルによってフィルタされる、あるいは平均化され、図１０Ｃに示す画像データ集合１０３０の結果となる。
【表１】
2008503185.tif 000005
【００４７】
元の１０１０に存在し、１０２０画像データ集合に変換された、対角軸における高い空間周波数エネルギーがフィルタされ、低い空間周波数勾配を残していることに留意が必要である。この内部画像データ集合がそれから知覚的、対数的に６ビット、６４レベルに戻るよう再量子化される場合、丸めに依存して、図１０Ｄおよび１０Ｅにそれぞれ示すように、高低２つの可能な画像データ集合１０４０および１０５０が結果として得られる。これらのデータ集合１０４０および１０５０にある画像が、勾配の中央ではなく１つの縁あるいは他の縁にある１０４５あるいは１０５５の輪郭あるいは縁を示すことに留意が必要である。これは受け入れがたい不自然さとして現れる。この不自然さは量子化ノイズとして知られている。このノイズは所望の信号と実際の信号との差である。しかし、フィルタされた画像データ集合１０３０が知覚的に８ビットに量子化される場合、結果は図１０Ｆに示す８ビット出力画像データ集合１０６０となろう。画像１０６０は滑らかで、フィルタした内部画像１０３０に存在するそれぞれ異なる値を表す値を持つことに留意いただきたい。この最後の例では量子化ノイズはない。
【００４８】
システムが、入力データが提供するよりも低いグレースケールのドライバを使用するとき、量子化ノイズの低減の有利性はかなり大きい。しかし、システムの入力データと同じグレースケールビット深さを使用するシステムに対しても、入力ガンマ調節手段（LUTあるいはその他の関数発生器）に表示システムガンマの設定をさせ、出力量子化器が正確に適合して相補的とし、したがって実際の表示装置の伝達関数を打ち消し、量子化ノイズ低減の便益が追加されたお陰でドライバのビット深さよりも大きい忠実性を有することにより、全体として伝達関数（ガンマ）のより良い制御が得られて有益である。このように入力データをある任意のより大きいビット深さに変換する入力変換を利用でき、希望する場合にはスケーリングあるいはサブピクセル・レンダリングのような随意的なデータ処理を続いて行うことができる。これに続いて適合した出力変換を介して入力データ集合よりも大きいビット深さ、大きい量子化レベル数を持つ表示装置への変換を行うことができる。量子化出力レベル数増加についての別の実施例をさらに以下に説明する。
【００４９】
（適合量子化ルックアップテーブルを使った固定パターンノイズ）
あるパネルは、ピクセルあるいはサブピクセルに対する電気-光(EO)伝達関数が他の部分集合とは異なる、おそらくずれている、固定（たとえば動かない）パターンノイズを示す。この固定パターンノイズが補償されない場合、差が大きいと受け入れがたい画像を生じる。しかしこの大きな差も通常不十分なグレースケール深さに起因する偽輪郭のような量子化ノイズによる不自然さを低減するのに利用できる。
【００５０】
説明の目的でここに例を示す。図９Ａは共に同じ表示装置にある２つの伝達曲線６００および７００を示し、曲線６００は理想に近く、もう１つの曲線７００は理想からは遠い。各曲線は表示装置上のピクセルあるいはサブピクセルの部分集合に対応している。説明の目的のため、各色のサブピクセルの半分が理想に近い伝達曲線６００を持ち、他の半分が理想的でない伝達曲線７００を持つと仮定しよう。さらにこれらのサブピクセルは均等に分布し、表示全体で混ざっている。所定の量子化した入力レベル９１０において、伝達曲線６００および７００上でそれぞれ９６０と９７０の２つの点が選択される。これらの点６００および７００はそれぞれ２つの明るさレベル９０６および９０７に写像される。出力レベルにおけるこの差は、表示上で望ましくない画像信号である固定パターンが存在することを意味する。望ましい画像信号と実際の信号との差が固定パターンノイズである。
【００５１】
このパターンノイズは予測、測定可能であるから、各部分集合のEO伝達関数に適合した、ピクセルあるいはサブピクセルの各部分集合に対する別々の量子化器を備えることができる。ディジタルシステムにおけるこの量子化器はしばしばルックアップテーブル（LUT）、あるいは大きいビット深さの値を小さいビット深さの値に変換するその他の関数発生器である。大きいビット深さの値は線形ディジタル画像処理用であるかもしれないがそうでなくてもよい。大きいビット深さの値は線形輝度空間（符号化）あるいは任意の空間（符号化）にあるかもしれない。別々の量子化器を使って図９Ａに示すように固定パターンノイズを補償できる。理想に近い伝達関数６００を持つサブピクセルの部分集合に対する別の量子化器を使って、所定の内部値が表示入力値９１５に写像され、これは次に曲線６００上で点９６５を選択し、次いで光学的出力の明るさレベル９０５に写像する。理想的でない伝達曲線７００を持つサブピクセルの部分集合に対する別の量子化器は前記所定の同じ内部値を異なる入力値９１０に写像し、これは理想的でない曲線７００上で点９７０を選択し、これは最初の出力明るさレベル９０５に近いところにある出力明るさレベル９０７に写像される。このようにして固定パターンノイズ振幅は低減できる。
【００５２】
別々のLUTを持つことは、別々の伝達曲線を補償して固定パターンノイズを低減するだけでなく、サブピクセルとLUTの各組合せが異なる内部値入力において異なる丸め（出力を変化させる）を伴って量子化するので、表示システムの実効グレースケールが増加する。固定パターンノイズは、適量存在するとき、人間の視覚システムがフィルタし、平均化する。所定の伝達関数を持つピクセルあるいはサブピクセルの部分集合における各明るさレベルに対して、最初の前記明るさレベルに写像する内部値の範囲内で状態を切り替えるような、異なる伝達関数を持つ他のピクセルあるいはサブピクセルの部分集合の１つあるいは複数の出力明るさレベルがある。異なる伝達曲線を持つピクセルあるいはサブピクセルの部分集合からのこれらの可能な明るさレベルの組合せは、人間の視覚システムにより異なるグレースケールレベルとして知覚される。この特性を図９Ｂに示す。最初の伝達曲線６００上の量子化点９３０により与えられる所定の明るさにおけるピクセルあるいはサブピクセル集合の群は、９２５および９３５でそれぞれ中間の明るさレベルを作るために、第２の伝達曲線７００上で量子化点９２０あるいは９４０のいずれかにおけるピクセルあるいはサブピクセルの群のいずれかと組み合わせることができる。この説明において最初の伝達曲線６００上のあらゆる量子化点が２倍になってはいないが、一般的な場合、この技術により表示に利用できる実効明るさレベルの数は２倍近くになろう。
【００５３】
改善を実現するために部分集合が正確に歩調を合わせずに、あるいは一様に歩調を合わせずに量子化することは、それがあれば助けにはなるけれども、必要ない。部分集合の数は２あるいはそれより多いかもしれない。部分集合が多いとLUTの数が増えるが、また各部分集合が異なる入力レベルで量子化し、このことが表示上で利用できる実効明るさレベルの総数を増加させるので、量子化ノイズの低減およびグレースケール再生の恩恵も増える。
【００５４】
他の実施例において、サブピクセル色あたり２つあるいはそれより多いEO伝達関数を使って、固定パターンノイズを意図的に導入するのが有利である。通常は緑が輝度の知覚の大きなパーセンテージを担っているので、緑の複数の部分集合を持つことは輝度グレースケール性能を向上させる。２つあるいはそれより多い赤の部分集合を持つことはさらに輝度グレースケール性能を上げるが、多分その程度は小さい。どの色でも増加すれば（たとえば、赤、緑、あるいは青、あるいは多原色システムにおけるその他の原色）色量子化誤差なしに表現できる色の数が増えることが理解されよう。ここで説明した実施例および技術が３原色（たとえば赤、緑、青）システムと同様に多原色システムにも適用できることが理解されよう。
【００５５】
固定パターンノイズは偶然に、たとえばサブピクセルに寄生するものの差の結果として見つけたものであろう。その代わりに固定パターンノイズはサブピクセルの口径比を調節するような意図的なものでもあり得る。寄生物における差はアクティブマトリックス液晶表示素子（AMLCD）における薄膜トランジスタ（TFT）あるいは記憶キャパシタの位置あるいはサイズのずれの結果であろう。この口径比はサブピクセルの設計について単一あるいは組み合わせた調節を用いて調整でき、もっとも知られているのはあるLCD設計で使われている「ブラックマトリックス」であろう。しかしこの考え方はモノクロでもカラーでも、適切なピクセルあるいはサブピクセル化した表示装置に使用できる。
【００５６】
さらに固定パターンノイズには大きい振幅も小さい振幅もある。小さい場合は適合した量子化器なしでも見えない。しかし適合した量子化器を使うとグレースケールの向上を実現できる。振幅が大きい場合、このノイズは見えるが、適合した量子化器を使えばこのノイズは実質的に打ち消すことができ、見えなくなるまで低減すると同時にグレースケールも改善される。
【００５７】
またEO差にも多数の形がある。１つの形は、部分集合に対して口径比が異なるとき起こるような線形移動である。他の形は、寄生物の差で起こるようなEO曲線の形の移動である。両方とも量子化LUTを通じて調節できる、というのはこのLUTは相補関数だからである。
【００５８】
別の実施例において、システムの性能をさらに向上させるために、複数の量子化器の使用を、大きなビット深さの値に付加される高時空間周波数ノイズと組み合わせることができる。この２つを組み合わせるといずれか単独よりも良い性能が得られる。これは量子化ノイズの低減とともに改善したガンマ（伝達関数）調整を提供する。
【００５９】
ある実施例は技術的に「ディザ」として知られている技術、たとえば固定空間パターンディザを使うことができる。つまりディザパターンは横方向に動いたりあるいは明るさの深さを変更したりしない。固定パターンディザは知られている技術であるが、これらのパターンはここで説明するように適合した量子化関数発生器の使用とともに使用することができる。
【００６０】
知られているディザ技術の他の形は「時間的ディザ」および「時空間的ディザ」として知られている。時間的ディザは２つの明るさレベルの間を人間の視覚システムにより知覚できるよりも非常に速い速度で切り替えることにより生成される。しかし時間的切替速度が低い場合、一般に60 Hz以下であるが、この時間的ディザはフリッカとして知覚される。時間的ディザの有用な特性を保持しながらフリッカの出現を低減するために、この時間的ディザを空間的パターンと組み合わせることができる。その結果が「時空間的ディザ」で、ピクセルあるいはサブピクセルの１つの部分集合が１つの明るさ状態にあり、もう１つの部分集合が第２の明るさ状態にあり、これは空間的ディザであるが、所定の時間ののち最初のピクセルあるいはサブピクセルの部分集合は前記第２の明るさ状態に、また他の前記部分集合は前記最初の明るさ状態に切り替えられ、これは時間的ディザである。時間的周波数は60 Hz以下に減らすことができるが人間の視覚システムには見えない、よく知られている技術である。
【００６１】
一般的な時空間的ディザリングの形は「フレームレート制御」あるいは「FRC」と呼ばれている技術である。典型的には、このようなシステムは表示の「真の」グレーレベルをグレーレベルの数に適合する最初のNビットに写像する（たとえば６ビットグレースケールドライバの量子化出力レベルは８ビットの量子化画像データ集合の最上位の６ビットに写像される）。画像データ集合で利用できる残りのビット深さは予め規定した時空間的ディザパターンの選択に使用される（たとえば、８ビットの量子化画像の最下位の２ビットは３つの予め規定した時空間的ディザパターンとディザがないときに割り当てられる第４の値の選択に使用できる）。この典型的なパターンは、パターンの可視性を減らすためパターンの空間周波数をできるだけ高く保つように、非常に小さな繰り返しセルパターンを含む。
【００６２】
フレームレート制御を使った低価格のAMLCDで時折見られる問題の１つに時空間的ディザによる不自然さが見られることがある。これらの不自然さの１つが、マッハバンドあるいは輪郭の出現で、陰影をつけた対象の均等でないグレースケールの出現である。この原因は、真の、ディザされていないグレースケールのグレーバンドレベルが所望のガンマ曲線に合うように調節されているという事実によるものである。しかしディザされたレベル間は真のグレーレベル間の直線的内挿である。これにより、前記直線的内挿時空間的ディザを用いた全伝達曲線は、各セグメントに末端を伴った、所望の対数的曲線に従う直線セグメントに沿った一連の量子化点を示すが、各線セグメントに沿った量子化点は所望の対数的曲線の内部にある弦に沿って並んでいる。直線セグメントに沿った各点は一定勾配の伝達曲線を示す。一方末端にある各点は勾配の突然の変化を表している。人間の眼は陰影画像の勾配の変化を検出するのが非常に上手である。これは画像の２次および３次導関数だけを脳に送るように眼が画像を処理するからである。各直線セグメントの末端における突然の勾配変化により、表示されている画像の３次導関数における線としてディザの不自然さが検出される。
【００６３】
この人間の処理を利用する１つの実施例は、ディザなしとディザを加えたグレースケール明るさレベルの両方を前記したように適合した量子化器を使って写像する。他の実施例はもっとグレーレベルの多いディザリングシステムを備え、それらを適合した量子化器で写像して、前記したようなより良い改善を得る。
【００６４】
予め規定した時空間的ディザパターンのグレーレベルの数を増やすためのある実施例は、さらなる中間グレーレベルを生成するために真のグレーレベルの大きいスパンを用い、これにより問題を解決の一部に転換する。
【００６５】
ディザのない量子化した出力グレーレベルが線形で線上に均等間隔である場合、隣接していない量子化レベル間のディザにより形成されるこれらの余分のグレーレベルは冗長であり、既に非ディザレベルあるいは２つの近いレベルの間のディザまたはその両方によりにより供給されたレベルと同じレベルになる。しかし真のグレーレベルは非直線ガンマ曲線の上にあるから、次の最も近い隣のレベルの中間レベルは２つの最も近い隣のレベル間のディザによって提供される同じ点には着地しない。このレベルの分離は高いグレースケールレベル性能とより良いガンマ写像を与える。典型的な時空間的なディザパターンは２つの隣接する真のグレースケール値を交互に入れ替える。これを図８に示しており、ここではディザパターンは最も高い真値点８３０とその下の次の真値点８２０との間を交互に入れ替える。これは平均知覚出力明るさレベル８２５の結果となり、伝達曲線７００上の点８２０と８３０から得られる量子化出力明るさレベル８２９と８３９間の中間点を与える。その他の点はこれらの２つの真値のパターンでアクセスできる。典型的なパターンは１:３、２:２および３:１である。これは４:０を含むとき４つのパターンを与える。これは技術的に知られている最も簡単な時空間的パターンの１つである。
【００６６】
多数のグレースケールレベルが、繰り返しパターンにおける多数のピクセルあるいはサブピクセルに対して利用できる。しかし前記したように大きい繰り返しセルパターンは人間の視覚システムに見えるようになる危険がある。本発明のある実施例に従って、ディザパターンに用いる真のグレースケールのスパンを増すことによって、利用できるグレースケールレベルの数を増すことが可能である。これはディザの振幅を大きくするが、繰り返しセルのサイズを最小に保つことができる利点もある。また図８に示すディザパターンは伝達曲線７００上の次に最も近い点８３０および８１０を含む。このディザの結果は平均知覚出力明るさレベル８２３で、これは以前に述べたレベル８２５の下にあるが真のレベル８２９の上にある。３つの点８３０，８２０および８１０の関係が直線的であれば、ディザパターンによる平均知覚出力明るさレベル８２３は真のグレーレベル８２９に合致しているはずである。この例はディザパターン中に２つの真のグレー値のみを含んでいる。追加のパターンは３つの真値を含むことができる。既に示した例は、４つのピクセルあるいはサブピクセル空間的繰り返しセルに対して２:０:２として記述できる。その他の例は、１:１:２、１:２:１、２:１:１などである。その他の例ももちろん可能で、本発明の範囲内にあると見なされる。利用できる追加の知覚グレーレベルを使って、内部画像データ集合値の表示明るさレベルへの写像は、ガンマパイプラインを通ることによる写像誤差が起こらないように、また前記のように量子化ノイズを低減しながら、画像処理アルゴリズムから内部的に発生した値が追加で利用できるグレーレベルに写像されるように、行える。
【００６７】
拡張した時空間的ディザを用いることにより、利用できるグレーレベルが増加する。しかし、これらは均等な間隔ではなく、また所望する知覚的に量子化された対数的間隔でもない。これは問題ではなく、大きいビット深さの直線データ間隔をテーブル経由でガンマ曲線に写像でき、その値は、各入力データを所望の出力明るさレベル上の最も近い点に対応する最も近い出力値にするように選択される。
【００６８】
量子化する前に信号にランダムあるいは疑似ランダムノイズを加えるディザリングアル
2008503185.tif 000006
【００６９】
CCDあるいはヴィディコン撮像管、あるいは高ビット深さディジタル（またこのように予め量子化されている）からのようなアナログあるいは非量子化形式の画像データは、高い周波数、低いコントラスト、それに付加された空間的あるいは時空間的ノイズを持ち、それから量子化Qを受け、それによって特定のデータ標本点のビット深さを減らし、表示装置がそれにガンマ曲線を適用し、それを眼で見て脳で解釈されるとき、ノイズは人間の眼によって時空間的な応答であるノイズ-1によりフィルタされる際にノイズのある量子化を連続データに変換してフィルタし、これにより画像が回復して、ガンマが知覚的に線形であるように眼は表示装置に応答する。このシステムは表示装置のガンマが、人間の視覚システムから適切な応答を作るために別の画像作成システムの中に置かれている量子化装置と非常に正確に適合していることを要求する。
【００７０】
本発明の原理に従って作られた、ガンマパイプラインと共に使用するための次の実施例は、グレースケール値の数を増やすことができる。
2008503185.tif 000007
【００７１】
このようなシステムにおいて、画像データは所望のガンマ曲線g-1で調整されるが、これはもちろん実際に予め知覚的に量子化された画像データ集合をより深い（大きい）ビット深さの線形輝度データ集合に写像し、続いて画像処理、たとえばサブピクセル・レンダリング、スケーリング、あるいはその他の画像変換Spを行い、これはデータをできるだけ線形輝度表現空間に置くことを意図している。すべての画像処理のあと、ノイズが画像に付加され、続いてまた表示装置のためのガンマ補正関数Qf−1を含む量子化段階を行う。例の特性を見ると、この画像は８ビットの知覚的に量子化された画像データ集合であり、これは所望のガンマ曲線で事前調整されるとき、所望する非常に精度の高い正確な１１から１６ビットの線形輝度データ空間に変換される。この画像処理は、８ビットエントロピーのいくつかが変換され、それがフィルタされたとき、真の９からおそらく１１ビット画像エントロピーデータとして表され、なおも１１から１６ビットの線形輝度精度の中にあることを許容する。しかし表示装置は８ビット、あるいはそれより小さい６ビットのドライバしか持たないかもしれない。出力ガンマ補正ルックアップテーブル（LUT）あるいはその他の関数発生器は表示ドライバが要求する８ビットあるいは６ビットとしてのみデータを出力する。このように、出力ガンマ補正ルックアップテーブル（LUT）あるいはその他の関数発生器は量子化器としても使える。この出力ガンマ補正LUTは実際の表示装置の伝達関数によって決まる、入力から出力への写像を有し、このようにして既に説明したように理想に近い表示への適合を与える。通常従来のシステムにおいては、実際の表示装置の量子化ガンマ伝達曲線は所望のシステムガンマに非常に近い近似である必要があった、というのはそうでないと量子化誤差が入り込み、画像のある種の歪みを起こすからである。しかしこのシステムでは、伝達関数はほとんどどのような単調伝達関数でもよい、というのは表示伝達関数について正確に量子化されるとき付加されたノイズが理想に近い時空間的ディザシステムを作ることができ、これによって小さいビット深さのドライバを使うときでも、人間の眼をガンマ事前調整とエントロピー変換の精度と正確さに反応させるからである。ノイズの振幅が表示装置の局部的量子化間隔の振幅に適合しなければならない前記の近い近似を用いるとなお有利である。量子化した出力が実質的に理想に近い知覚的に量子化された出力に従う場合、望ましいノイズ振幅はさらに以下で説明するように一定の知覚のコントラストに保たれる。
【００７２】
このシステムに対して選択されるノイズは、見る人によって受け入れられると見なされるどのようなものでもよい。それは青色ノイズあるいは特定のパターンでもよく、大きく、複雑であるほど（表示したときに受け入れられないような低い時空間的成分を持つことはなく）システムの全体的な性能は良くなる。しかし、より大きく複雑なノイズ源については経済的なコストの問題がある。したがって量子化による不自然さを低減するために商業的に妥当なノイズ源を提供することが望ましい。
【００７３】
別の実施例では、見ることができ、したがって人間の眼にとって受け入れがたい、望ましくない低い時空間的コントラスト成分を含む、表示の動的ノイズを減算することができる。このようなノイズにはドット反転あるいはその他の表示における操作により起こるドットクロールあるいはフリッカを含む。
【００７４】
時空間的ディザリングはディジタル化フラットパネル表示装置のビット深さを増すための一般的な技術である。そのようなディザリングを発生する１つの方法は、成形したノイズパターンを作り、それを信号に付加することによる。他の従来技術によるシステムは白色ノイズ、緑色ノイズ、あるいは青色ノイズを使用している。ある実施例によれば、ノイズパターンを特にアンシャープマスキングで作ることにより、その際にこのマスクは特定のフラットパネル色サブピクセル配列についてのサブピクセル・レンダリングに対する空間的な色のアンチエイリアシングフィルタに適合するが、このノイズは輝度が存在しないこのような色度の空間周波数成分で発生させることができる。これには時空間的信号を実質的にパネルの色度チャネル上で、実際の信号に対して通常境界外にある同じ空間周波数で置くという利点がある。これは真の信号が容易に検出されることを維持し、人間の視覚システムによる適応をせずに、時空間的パターンが表示上の真の信号をマスクする機会を減らすことができる。さらに、アンシャープマスクされたノイズは、もしあったにせよ非常に小さい正味の輝度信号を含む、高い時空間的色度信号であるから、このノイズは色サブピクセルの上に置かれる、つまりこれらは特に別々の色として解像できるよりも高い空間周波数で互いに近接して設計されている。この色度ノイズは観察者にとって「不可視」である。このことからこのノイズは技術的便宜上「紫外線」を意味する「UV」と記述される。本発明の他の態様によれば、このノイズ信号はアンシャープマスクによって、残りの色のノイズが実質的に画像信号フィルタリング操作によって除去される空間周波数で発生するように形成される。
【００７５】
図１１Ａ、１１Ｂ、および１１Ｃを調べると、「不可視ノイズ」を生成する処理の最初の段階は２つか３つの完全に相関のないディジタル白色ノイズ源を作ることである。これらの信号を作る１つの方法はディジタル白色ノイズ発生器１１０５として所望のビット深さの単一疑似乱数発生器を使用し、この数を２つあるいは３つに分割し、デマルチプレックス機能１１１０あるいは１１１５を用いてこれらの間を交互に入れ替えることである。
【００７６】
図１１Ａに色のUV時空間的ノイズを３原色RGB表示装置に対して発生するためのシステム１１００を示すが、白色ノイズ信号は単一ディジタル白色ノイズ発生器１１０５から発生され、それから１:２デマルチプレックサ機能１１１０により２つの相関のない白色ノイズ信号に分割される。これら２つのノイズ信号はLAB-RGB色空間変換器１１２０に供給される。より良い性能のために、変換アルゴリズムに使用される原色の輝度係数、色空間変換マトリックス、は「不可視ノイズ」が表示されるフラットパネル表示装置の測定から作ることができる。これは輝度チャネルへのクロストークを減少させる。変換器の輝度信号入力はどのような適切な定数にでも設定できるが、ここでは便宜上５０％に設定する。LAB-RGB色空間変換器１１２０の１つの色入力へのノイズ信号入力の大きさを調節あるいはスケールすることにより、青から赤/緑への輝度差を許すようにできるが、これはスケールしない場合、大きな振幅のノイズをB（青）出力信号に生じる。図１１ＡにおいてこのスケーリングをLAB-RGB色空間変換器のB入力に示す。スケール係数はBスケール係数入力１１３０からの分数乗算器で、B入力値を減少させる。変換器の出力はN x M x Pデータ集合として保存され、Pフレーム長のN x Mサイズの「動画」を表す。
【００７７】
次の段階はアンシャープマスクを作ることである（つまり信号にローパスフィルタを通らせる）あるいはその代わりに信号にハイパスフィルタ（示されていない）を通らせる。前記段階からのデータ集合は適切なスムージングフィルタを使ってフィルタする。この場合、このスムージングフィルタはサブピクセル・レンダリングに対して画像信号フィルタリングを行うのに使うフィルタに非常に似ている。これにより、サブピクセル・レンダリングの場合に、表示上の色サブピクセルのパターンとエイリアスするかもしれない信号を除去するためフィルタされた、標本数が低減したデータ集合が作られる。その代わりに、このフィルタは他のスムージング、ローパスフィルタであってもよい。別の実施例において、動画が時間的および空間的にフィルタされることが望ましく、そのフィルタは３次元で、フレームをオーバーラッピングする。
【００７８】
操作において「動画」は時空間的に表示上でタイル状に分割され、フィルタされない変化がタイルの境界を越えることを許すのは望ましくないので、この動画はアンシャープマスクが時間的また空間的にタイルの境界を越えて働くようにフィルタ操作中にタイル状に分割される。つまりデータ集合の縁で値をフィルタするとき、フィルタリング操作はデータ集合の他の側にある値を標本抽出するように包み込むことができる。これはある実施例において「動画」データ集合の３つのすべての軸と６つのすべての面で起こる。これによりタイルの間に境界の無いことが確保される。
【００７９】
次の時空間的ローパスフィルタカーネルが有用であろう。
【表２】
2008503185.tif 000008
【００８０】
結果として得られるフィルタした動画標本は元の動画、それぞれの色平面、から減算して、高時空間周波数UVノイズのみを含む有符号数「動画イメージ」を作ることができる。符号無しの２進数として保存するために、平均輝度レベル（たとえば５０％あるいはある適切なレベル）を動画に加え戻し、信号の負の半分を移動して正に戻す。結果として得られるノイズの時空間周波数の確率密度関数は白色から紫外に移され、すべて不可視となるように調整されていることに留意いただきたい。
【００８１】
また前記フィルタが、上記により組み込まれている参照特許出願で開示されている新しいサブピクセル配列についてサブピクセル・レンダリングをエリア・リサンプリングするのに用いたフィルタに似ていることに留意が必要である。ある実施例によれば、このような類似のフィルタを、アンシャープマスクを作るのに使用すると、空間周波数中に高い空間周波数の色のノイズのみが残るが、これは前記新しいサブピクセル配列に対するサブピクセル・レンダリングの間にフィルタで除去できる。このように導入したノイズは、前記新しいサブピクセル配列への前記サブピクセル・レンダリングにより形成される結果として得られる画像中の所望の信号に干渉しない。
【００８２】
これまでRGB表示装置に対して「不可視ノイズ」をどのように発生するかを説明した。このシステムにおいて一定の明度を持つランダムな色を発生することから進めている。これは人間の視覚システムが明度ほど色度の変化に敏感でないことによる。ノイズがどこかに現れなければならないときは、それを人間の視覚がそれを見ることが難しい所に置く。これに続いて色ノイズが実質的に高い時空間周波数に限定されることを確保するためにアンシャープマスキングを行う。
【００８３】
RGBWあるいはその他の多原色表示装置においては、ノイズを隠すさらに良い機会がある。このような表示装置には、数学的に曖昧さがある。RGBWでは多くの色が人間の視覚システムにより同じ色と知覚される色に写像される。たとえば、色中のWを増す場合、同じ色を再現するのにR、G、およびBを下げることによりこれを補償できる。同じ色を生じるRGBWのすべての組合せは色のメタマーと呼ばれる。これはノイズを隠す仕事をよりうまくやる機会を作る。ノイズを色度のみに隠す代わりにメタマーの中に隠すことができる。さらに本発明の別の態様に従って、入力RGBに一定の色度を使い、ノイズをすべてメタマーに隠すことができる。
【００８４】
RGB表示装置用のノイズを発生するには、前記のように一定の明度を持つランダム色で始めることができる。 RGBW用のノイズを発生するには、まったく同じ明度のRGB色で始めることができる。RGBWに変換したあとこのランダム色のWにランダムな擾乱を加え、それからRGおよびB色を補償するように修正する。このランダムな擾乱は正でも負でもよく、一様な分布でもガウス分布でもよい。RGBランダムノイズ発生におけると同様に、これも時として色域の外にある色を結果として作る。これが起こるときは、この色を捨て、有効なメタマーが見つかるまで新しい色を発生することを始めることができる。これらのランダムなメタマーは前記のRGB表示装置について説明したのと同じ方法で使用できる。繰り返すと、これらは僅かなノイズの「動画」のフレームの中に集められる。このフレームは動画のフレームごとに空間的および時間的の両方でローパスフィルタされる。動画がフィルタされたあと、最終ノイズテーブルを作るために、これを動画のフィルタされていない複製からピクセルごとに減算する。このノイズテーブルは入力画像にわたってタイル状に分割されており、図１２Ａおよび１２Ｂに示すように、画像処理（必要な場合RGBWへの変換を含む）のあとでガンマ量子化段階の前に、各ピクセルに加えられる。
【００８５】
ランダムなメタマーを発生するために前記説明した段階の１つがW原色をランダムに擾乱したあと、他の原色を修正することである。RGBWの場合Wにおける変化とその他の原色について補償するための変更との間に直線的な関係がある。値rがWに加えられると、R原色はr*mRを加えられる必要があり、G原色はr*mGを加えられる必要があり、Ｂ原色はb*mBを加えられる必要がある。これら３つのスケール係数は次のマトリックス方程式を解くことにより得られる。
【数１】
2008503185.tif 000009
【００８６】
W2XはRGBW色をCIE XYZ三刺激値に変換するマトリックスである。組み込まれた特許出願において論じているように、このマトリックスはRGBW表示装置の色度と明度との測定から生成できる。NはRGBW値における中立グレー色である。このように、ランダム色（これはrの関数であろう）により擾乱され、それからCIE XYZに変換された色は実質的に元の色を変換するのと同じCIE XYZ三刺激値を生じるはずである。このW2Xマトリックスは4x3のマトリックスであるが、前記方程式を解く過程で３つの未知数mR、mG、およびmBを持つ３つの方程式に分解され、これは標準的なマトリックス代数を使って解くことができる。所定の表示装置についてこれら３つのスケール係数が計算されると、ランダムメタマーを作ることができる。
【００８７】
前記方程式は、W原色がランダム量により修飾され、その他の原色は補償するように修正されるという仮定の下に書かれたことに留意が必要である。他の実施例ではその代わりに別の原色の１つを修飾し、残りについてスケール係数を計算することによって行われる。前記方程式はどのような４原色 - たとえばRGBC（赤緑青シアン）- を持つ多原色システムでも使えることが理解されよう。
【００８８】
４原色よりも多い多原色システムの場合、この方程式は同様であるが、異なる手法を使う方が望ましい。例として赤、緑、青、シアンおよび白原色をもつRGBCW表示装置を考えてみよう。この場合方程式は式２のようになる。
【数２】
2008503185.tif 000010
【００８９】
ここでRGBCWからCIE XYZに変換するM2Xマトリックスはなおも表示装置の測定から生成でき、ここで色NはRGBCW値である。しかしこの方程式を従来の方法で記号的に解こうとすると、３つの方程式と４つの未知数（mR, mG, mBおよびmC）となる。これには単一の解がなく解けない。しかし多数の解のどれか１つは実用にまったく充分である。数値解法プログラムが使えるスケール係数の組を見つけてくれる。ある実施例において、解法が、たとえば１つあるいは複数のスケール係数がゼロになるような「縮退した」解を出さないようにすることが望ましい。
【００９０】
メタマーを得るための代わりの実施例では式２の解をまったく見つけられないが、メタマーを見つけるために数値解法ソフトウエアパッケージを使用する。たとえば数値解法は次の式を解くことができる。
【数３】
2008503185.tif 000011
【００９１】
ここでWとｒが与えられ、解法はCIE XYZ値における色Nを作るRGB&Cに対する値を見つける必要がある。このような数値的解法は表示装置のパイプラインで用いるにあまりにも遅い。しかしこの処理は予めノイズテーブルを発生するために前もってオフラインで行うことができ、アルゴリズムの速度は問題ではない。最近のPCではこの方法で１秒間に１万個のメタマーを生成できる。
【００９２】
図１１ＡはRGBに対してどのようにランダムノイズテーブルが生成されるかを示す。図１１Ｂは同様にRGBW表示装置に対してどのようにディジタルな色の高時空間周波数が設計されるかを示す。図１１Ｂに示すように、これは４つの原色、RGBW、表示システムに対する色のUV時空間的ノイズを発生するシステム１１０１であり、白色ノイズ信号は単一の白色ノイズ発生器１１０５から発生され、それから１:３デマルチプレックス機能１１１５により３つの相関のない白色ノイズ信号に分割される。これらの２つのノイズ信号はRGB色空間変換器１１２０のLABに供給される。最良の性能のため、変換アルゴリズム、色空間変換マトリックス、に使用される原色の輝度係数は、「不可視ノイズ」が表示されるフラットパネル表示装置の測定から得る。これは輝度チャネルへのクロストークを低減する。変換器の輝度信号入力はどのような適切な一定値でもよいが、ここでは便宜上５０％に設定する。LAB-RGB色空間変換器１１２０の１つの色入力へのノイズ信号入力の大きさを調節あるいはスケールすることにより、青から赤/緑への輝度差を許すようにできるが、これはスケールしない場合、大きな振幅のノイズをB（青）出力信号に生じる。図１１ＢにおいてこのLAB-RGB色空間変換器のB入力におけるスケーリングを示す。スケール係数はBスケール関数入力１１３０からの分数乗算器で、B入力値を減少させる。
【００９３】
図１１Ｄを参照することによりRGBrからR'G'B'W’への色空間変換器１１５０の動作を調べることができる。あるRGB色が入力されて、RGBからRGBWへの色空間変換器１１６０によりあるRGBW値に変換される。１つの乱数値rが入力され、Wに加えられてW’を生じる。暫定的なR'G'B'W’値を与えるため、Wの変化に対するRGB値を補正するのに（式１から計算したmR,mG,およびmB値を使って）オフセット計算１１７０を行う。この結果その色が色域の外にある場合、色域外試験検出器１１８０が処理に結果の色を無視させ、次の色とランダムな擾乱を待つ。
【００９４】
ランダムノイズ動画のフレームのすべてを満たすために充分な有効ランダムメタマーが発生されると、この動画はローパスフィルタされ、最終的な時空間的ノイズ標本を作るために、フィルタされていない動画の複製から減算される。
【００９５】
図１１Ｃに示すように、これは５つの原色、RGBCW、表示システムに対して色のUV時空間的ノイズを発生するシステム１１０２であり、白色ノイズ信号は単一の白色ノイズ発生器１１０５から発生され、それから１:３デマルチプレックス機能１１１５により３つの相関のない白色ノイズ信号に分割される。２つのノイズ信号はRGB色空間変換器１１２０のLABに供給される。最良の性能のため、変換アルゴリズム、色空間変換マトリックス、に使用される原色の輝度係数は、「不可視ノイズ」が表示されるフラットパネル表示装置の測定から得る。これは輝度チャネルへのクロストークを低減する。変換器の輝度信号入力はどのような適切な一定値でもよいが、ここでは便宜上５０％に設定する。LAB-RGB色空間変換器１１２０の１つの色入力へのノイズ信号入力の大きさを調節あるいはスケールすることにより、青から赤/緑への輝度差を許すようにできるが、これはスケールしない場合、大きな振幅のノイズをB（青）出力信号に生じる。図１１ＣにこのLAB-RGB色空間変換器のB入力におけるスケーリングを示す。スケール係数はBスケール関数入力１１３０からの分数乗算器で、B入力値を減少させる。
【００９６】
図１１Ｅを参照することによりRGBrからR'G'B'C'W'への色空間変換器１１５５の動作を調べることができる。あるRGB色が入力されて、RGBからRGBWへの色空間変換器１１６５によりあるRGBCW値に変換される。この変換器は多数の組み込まれている特許出願あるいは同様のものに開示されているように、アルゴリズムを使用できる。ある乱数値rが入力され、Wに加えられてW’を生じる。暫定的なR'G'B'C'W'値を与えるため、Wの変化に対するRGBC値を補正するためにオフセット計算１１７５を行う。これは式２から計算したスケール係数を用いて、あるいは式３のように直接RGBCを得るため数値解法パッケージを用いて行うことができる。この結果その色が色域の外にある場合、色域外試験検査器１１８５が処理に結果の色を無視させ、次の色とランダムな擾乱を待つ。
【００９７】
同じ処理がどのような数の原色を持つ表示装置に対してもディジタル白色ノイズを発生するのに使用できる。多原色表示装置がW原色を持たない場合、原色のどの１つでもランダムな擾乱を受ける「基本」原色として使用できる。
【００９８】
ランダムノイズ動画が発生されると、それは実質的に、それがRGB、RGBW、RGBCWあるいはその他の多原色システムであっても、どのシステムにも使用できる。図１２Ａおよび１２Ｂはそれを示すが、RGBWおよびその他の多原色システムの場合、画像処理は他の色フォーマットから多原色の色空間への変換を含む。この変換は時空間的ノイズが信号に加えられる前に行われる。
【００９９】
UVノイズ「動画」の保存費用と実効ビット深さ利得との間にトレードオフが存在する。「動画」が大きいほど理論的実効ビット深さ利得が大きくなる。これは大きなサイズの動画を保存する対価を払うことで実現する。他の考慮すべき点は、フィルタリング操作にも拘わらず時空間的信号を生じるノイズ動画のタイリングによる可視の不自然さの可能性である。究極的なノイズ動画は表示する画像源と同じ次元を持つものである。これは商業的システムに対してはあまりにも費用がかかりすぎる。人間の視覚システムが５から１０サイクル/°の間にピーク空間コントラスト感度を持つことを考えると、ノイズ標本の大きさは所定の表示装置における５分の１度に適合するかあるいはそれより若干大きいのがよい。標本がこれよりずっと大きいとおそらく便益が急激に減ることが示されよう。これより小さい動画標本は望ましくない可視の空間低調波が現れる。さらに小さい動画標本は所望するような明確なディザしたグレーレベルをつくるのに充分な明確な状態を持たない可能性がある。このように高密度表示装置は大きいノイズ動画から恩恵を受ける。標本の時間深さは、それが実質的に4Hzでのピーク時空間的コントラスト感度における値か、あるいはそれよりも長くなるように選択される。このように60Hzにおける表示システムに対する良いノイズ動画長さは１５あるいは１６フレームからおそらく３２フレームまでである。フィルタリング操作のお陰で、ノイズ動画サイズの下限における時空間周波数が動画中に存在しないことを確保できる。
【０１００】
不可視UVノイズ信号は、それを使用するガンマパイプラインで必要なビット深さに適合するように所望のビット深さに切り捨てることができる。
【０１０１】
ノイズの振幅は、どの特定の画像信号値に加えたノイズでも２つあるいはそれより多い出力量子化値の間に量子化器がディザできるように、充分な高さに調節できる。知覚的に符号化する量子化器に対して、このノイズ振幅は明るい信号領域ではより大きく、暗い信号領域ではより小さいことに留意が必要である。しかし人間の視覚システムは暗い信号領域の信号、ノイズを含む、に対してより敏感なので、明るい信号領域で所望のディザを作るのに充分な大きさのノイズ信号振幅が暗い領域で受け入れがたいほど可視である可能性がある。したがってノイズ信号を画像信号に加える前に、そのノイズ信号の振幅をスケールすることが望ましいかもしれない。図１２Ａはある実施例による時空間的ノイズを使った画像処理システム１２００のブロック図を示す。予め知覚的に量子化し、符号化した画像源１２１０からの画像は１２２０によって修正され、ガンマ調整されて、データ集合は線形輝度表現に変換され、それから画像処理機能１２３０によって操作される。この時点で処理された画像データは１２５５によって時空間的ノイズ源１２５０からの時空間的ノイズにより乗算される。この乗算の積は１２６０で処理後画像データに加えられる。結果として得られたノイズを含む信号は表示装置１２８０に適合するガンマ量子化機能１２７０によって知覚的に量子化される。
【０１０２】
図１２Ａに示す画像処理システム１２００において、処理後画像源に加えられるノイズ信号の振幅はほぼ必要な大きさである、というのは知覚的に符号化する量子化器１２７０は信号の明るさが増加するにつれて単調に増加する量子化間隔を有するからである。しかし図７Ａに示すような理想的でない伝達曲線の表示装置の量子化した出力値に適合するガンマパイプラインに対して、各画像信号の明るさ領域に対して量子化間隔に適合するように、時空間的なノイズの振幅をスケールするのが望ましい。図１２Ｂに示す画像処理システム１２０５は、このような時空間的ノイズ振幅の理想的でない量子化間隔スケーリングを、新しい関数、量子化補償機能１２４０を用いて行う。これは、画像データ信号を受け取ったとき、その信号値における量子化器１２７５の量子化間隔に依存して（あるいはその関数である）値を出力するLUTあるいはその他の適切な関数発生器を使って、実現できる。
【０１０３】
固定ディザパターンに関して既に述べたように、表示装置から結果として知覚される明るさは、量子化間隔の帯列の理想的でない性質により、望ましい値以外の他の値に移動されている可能性がある。実際の値は表示装置の曲がった伝達曲線の点間の直線である弦の上にある。最終結果は望ましい曲線の内側にある曲線である。伝達曲線を「誇張」することにより量子化値を調節するか、伝達曲線が理想的に近い場合はより大きいガンマを持つ曲線に適合するような量子化値を選ぶか、あるいは理想的でない伝達曲線に対してより大きい２次導関数を持つ量子化値を選ぶかをすることによって、これを補償することが望ましいかもしれない。適切な値が選ばれた場合、結果として得られる伝達曲線は所望の知覚的伝達曲線に近いものと考えられる。
【０１０４】
本発明のいくつかの態様の組合せが有効であることを実証することができる。たとえば、複数の固定空間的ノイズおよび量子化テーブルを前記時空間的ディザリングシステムに組み合わせる。他の組合せも技術に詳しい専門家には思い浮かぶであろう。
【０１０５】
実施例を参照しながら本発明を説明してきたが、技術に詳しい専門家には本発明の範囲を逸脱することなくその要素に対していろいろな変化が可能でありまた同等物により置き替えることが可能であることが理解されよう。さらにその本質的な範囲を逸脱することなく特定の状況や材料に適応するために教示したことに多数の修正を行うことが可能である。したがって本発明を本発明の最良の実施形態として開示した特定の実施例に限定することは意図されておらず、本発明は添付請求項の範囲に入るすべての実施例を含むことを意図している。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】図１Ａは２つの逐次的な入力値を１つの出力値に写像する量子化関数を示す。図１Ｂは２つの逐次的な入力値を、１つの出力値を飛ばして、２つの出力値に写像する量子化関数を示す。
【図２】図２Ａは拡大値領域において非常に低い入力値をゼロに写像する入力ガンマ関数を示す。図２Ｂは、複数の入力値を同じ出力値に写像することを避けるため、低い端を直線的に写像する入力ガンマ関数を示す。
【図３】図３Ａ、３Ｂ、３Ｃおよび３Ｄは入力ガンマ関数およびその引き続いて起こる処理の部分集合を示す。
【図４】図４Ａは表示伝送の測定点を示す。図４Ｂは図４Ａの測定点を通る内挿曲線を示す。図４Ｃは、水平軸に沿って一定の間隔で標本抽出した図４Ｂの内挿曲線を示す。図４Ｄは、左側の垂直軸に沿って一定の間隔で標本抽出した図４Ｂの内挿曲線を示す。
【図５】図５Ａと図５Ｂは量子化レベルを生じる別の実施例を示す。
【図６】図６は、知覚的に一様な間隔で量子化した出力エネルギーに写像した知覚的に等しい間隔で量子化した点を持つ、理想化した対数的ガンマ曲線を示す。
【図７Ａ】図７Ａは、一定の間隔の入力値が知覚的に一様でない間隔で量子化された出力エネルギーとなる、理想的でない表示装置伝送ガンマ曲線を示す。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図６の知覚的に一様な間隔で量子化した出力に導く、一様でない間隔の入力値を持つ図７Ａの理想的でない表示装置伝送ガンマ曲線を示す。
【図８】図８は、図７Ｂを弦の線で調節した量子化曲線を示すが、その弦上で量子化した出力間のディザリングが追加の量子化した出力を生じる。
【図９Ａ】図９Ａは、同じ表示装置に２つのガンマ曲線が存在することにより発生する固定パターンノイズの説明として、図６の理想化したガンマ曲線と図７Ａに理想的でないガンマ曲線を示す。
【図９Ｂ】図９Ｂは、グレースケール能力を増加し、それによって表示の量子化誤差を低減するために用いる、図９Ｂの固定パターンノイズを示す。
【図１０Ａ】図１０Ａは、画像がガンマパイプラインにより処理されるときの画像データ集合を示す。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、画像がガンマパイプラインにより処理されるときの画像データ集合を示す。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、画像がガンマパイプラインにより処理されるときの画像データ集合を示す。
【図１０Ｄ】図１０Ｄは、画像がガンマパイプラインにより処理されるときの画像データ集合を示す。
【図１０Ｅ】図１０Ｅは、画像がガンマパイプラインにより処理されるときの画像データ集合を示す。
【図１０Ｆ】図１０Ｆは、画像がガンマパイプラインにより処理されるときの画像データ集合を示す。
【図１１Ａ】図１１Ａは、RGB、RGBW、およびRGBCWのカラー主システムのそれぞれについてUV時空間的ノイズを生成する方法を示すブロック図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、RGB、RGBW、およびRGBCWのカラー主システムのそれぞれについてUV時空間的ノイズを生成する方法を示すブロック図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、RGB、RGBW、およびRGBCWのカラー主システムのそれぞれについてUV時空間的ノイズを生成する方法を示すブロック図である。
【図１１Ｄ】図１１Ｄは図１１Ｂおよび１１Ｃのそれぞれにおけるブロック図を拡大したものである。
【図１１Ｅ】図１１Ｅは図１１Ｂおよび１１Ｃのそれぞれにおけるブロック図を拡大したものである。
【図１２】図１２Ａおよび１２Ｂは、UV時空間的ノイズを用いた表示のための画像処理システムのブロック図である。
【図１３】図１３は表示システムにおけるガンマクロックのブロック図を示す。
【図１Ａ】
2008503185.tif 000012
【図１Ｂ】
2008503185.tif 000013
【図２Ａ】
2008503185.tif 000014
【図２Ｂ】
2008503185.tif 000015
【図３Ａ】
2008503185.tif 000016
【図３Ｂ】
2008503185.tif 000017
【図３Ｃ】
2008503185.tif 000018
【図３Ｄ】
2008503185.tif 000019
【図４Ａ】
2008503185.tif 000020
【図４Ｂ】
2008503185.tif 000021
【図４Ｃ】
2008503185.tif 000022
【図４Ｄ】
2008503185.tif 000023
【図５Ａ】
2008503185.tif 000024
【図５Ｂ】
2008503185.tif 000025
【図６】
2008503185.tif 000026
【図７Ａ】
2008503185.tif 000027
【図７Ｂ】
2008503185.tif 000028
【図８】
2008503185.tif 000029
【図９Ａ】
2008503185.tif 000030
【図９Ｂ】
2008503185.tif 000031
【図１０Ａ】
2008503185.tif 000032
【図１０Ｂ】
2008503185.tif 000033
【図１０Ｃ】
2008503185.tif 000034
【図１０Ｄ】
2008503185.tif 000035
【図１０Ｅ】
2008503185.tif 000036
【図１０Ｆ】
2008503185.tif 000037
【図１１Ａ】
2008503185.tif 000038
【図１１Ｂ】
2008503185.tif 000039
【図１１Ｃ】
2008503185.tif 000040
【図１１Ｄ】
2008503185.tif 000041
【図１１Ｅ】
2008503185.tif 000042
【図１２Ａ】
2008503185.tif 000043
【図１２Ｂ】
2008503185.tif 000044
【図１３】
2008503185.tif 000045
【国際調査報告】
2008503185.tif 000046