(57)【要約】本発明は、少なくとも１つのピクセルを備えたカラー・マトリクス・ディスプレイの知覚解像度を向上させる方法であって、ピクセルに対する入力カラー・チャネル信号（Ｒ）を細分して、第１の信号成分および第２の信号成分（Ｒ１、Ｒ２）にするステップと、信号成分（Ｒ１、Ｒ２）のうちの１つに利得係数（ＣＲ）を適用するステップと、その後、第１の信号成分および第２の信号成分（Ｒ１、Ｒ２）を再結合して、出力修正カラー・チャネル信号（Ｒ´）にするステップとを含む方法に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのピクセルを備えたカラー・マトリクス・ディスプレイの知覚解像度を向上させる方法であって、
前記ピクセルに対する入力カラー・チャネル信号を細分して、第１の信号成分および第２の信号成分にするステップと、
前記信号成分のうちの１つに利得係数を適用するステップと、
その後、前記第１の信号成分および前記第２の信号成分を再結合して、出力修正カラー・チャネル信号にするステップとを含む、方法。
【請求項２】
前記第１および第２の信号成分が、それぞれ低域通過成分および高域通過成分である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記利得係数が、前記高域通過成分に適用される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記低域通過成分が、低域フィルタによって得られ、前記高域通過成分が、高域フィルタによって得られ、前記低域フィルタおよび前記高域フィルタが相補的である、請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
利得係数を、カラー・マトリクス・ディスプレイの全輝度に対する当該カラー・チャネルの寄与に反比例するように提供するステップをさらに含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記出力修正カラー・チャネル信号を、遅延およびアップサンプリングまたはダウンサンプリング・ブロックに伝送して、適当な遅延およびスケーリングが施された修正カラー・チャネル信号を生成するステップをさらに含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
印加されたカラー・チャネル信号によって制御されるように構成された少なくとも１つのピクセルを有する、カラー・マトリクス・ディスプレイ装置であって、
制御ユニットを有しており、
前記制御ユニットは、
入力カラー信号を細分して第１の信号成分および第２の信号成分にする細分ユニットと、
前記信号成分のうちの１つに利得係数を適用する利得係数適用ユニットと、
その後に前記第１の信号成分および前記第２の信号成分を再結合して、前記ピクセルの制御に使用される出力修正カラー・チャネル信号にする再結合ユニットとを備える、
カラー・マトリクス・ディスプレイ装置。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか１項に記載の方法を実行するように構成された、請求項７に記載のカラー・マトリクス・ディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラー・マトリクス・ディスプレイの知覚解像度を向上させる方法に関する。本発明はまた、このようなカラー・マトリクス・ディスプレイにも関する。
【背景技術】
【０００２】
カラー・マトリクス・ディスプレイは、ますます多く市場に出回るようになっており、テレビジョンやパーソナル・コンピュータのモニタおよび手持ち型システムの両方において幅広い用途に使用されている。このようなカラー・マトリクス・ディスプレイ技術の例としては、プラズマ・ディスプレイ・パネルや液晶ディスプレイ、発光ポリマー・ディスプレイ、有機発光ディスプレイ、いわゆるＦＩＴディスプレイなどがある。カラー・マトリクス・ディスプレイでは、通常は、可視ピクセルとデジタル駆動信号との間に一定の関係がある。このようなマトリクス・ディスプレイを構築する１つの方法は、それぞれが１色ずつ表示するようになされた複数のカラムを、ディスプレイ表面上に配列することである。赤、緑、青などの様々な色のカラムを散在させることにより、カラム式ＲＧＢ表示を実現する。ただし、この従来技術のカラー・マトリクス・ディスプレイには、ディスプレイのカラム総数が、ラインあたりのピクセル総数の３倍になるという問題がある。このため、輝度情報の生成に全てのカラムが使用されるわけではないが、シャープネスの印象は輝度の表現によって決まる。さらに、従来技術のカラー・マトリクス・ディスプレイには、表示対象の信号を処理する際に、カラー・サブピクセルの位置が考慮されないという問題がある。このような処理の一例は、スケーリングである。サブピクセルの位置を考慮しないことにより、輝度間エイリアシング（ｌｕｍｉｎａｎｃｅ−ｔｏ−ｌｕｍｉｎａｎｃｅ  ａｌｉａｓｉｎｇ）が起こり、さらに、ベースバンド信号のフィルタリングが起こる。
【０００３】
この問題を解決しようとする１つの方法が、Ｍ．Ａ．Ｋｌｏｍｐｅｎｈｏｕｖｅｒ、Ｇ．ｄｅ  Ｈａａｎ、Ｒ．Ａ．Ｂｅｕｋｅｒによる論文「Ｓｕｂ−ｐｉｘｅｌ  ｉｍａｇｅ  ｓｃａｌｉｎｇ  ｆｏｒ  ｃｏｌｏｒ  ｍａｔｒｉｘ  ｄｉｓｐｌａｙｓ」、ＳＩＤ２００２、１７６〜１７９ページに開示されている。この文書によれば、画面上のサブピクセルの位置を考慮に入れて、適当なカラー信号の移相／遅延を行ってスケーリングを実行することができる。
【０００４】
しかし、この従来技術の解決策には、ベースバンド信号のフィルタリングが解消されても、エイリアシングは回避できないという問題がある。したがって、輝度間エイリアシングを回避するための代替の解決策が必要とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明の目的は、上述のエイリアシングの問題を回避し、それによりディスプレイの知覚解像度を向上させるカラー・マトリクス・ディスプレイ、およびその方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記その他の目的は、まず、ピクセルに対する入力カラー・チャネル信号を細分して、第１の信号成分および第２の信号成分にするステップと、これらの信号成分のうちの１つに利得係数を適用するステップと、その後、第１の信号成分および第２の信号成分を再結合して、出力修正カラー・チャネル信号にするステップとを含む方法により、少なくとも部分的には達成される。これにより、以下でより詳細に述べるように、最もよく目に見える項目である輝度エイリアシングが回避され、したがって、知覚解像度が向上する。第１および第２の信号成分が、それぞれ低域通過成分および高域通過成分であると好適であり、利得係数が高域通過成分に適用されるとより好ましい。
【０００７】
さらに、低域通過成分が低域フィルタによって得られ、高域通過成分が高域フィルタによって得られ、低域フィルタおよび高域フィルタが相補的であると好適である。利得係数は、カラー・マトリクス・ディスプレイの全輝度に対する当該カラー・チャネルの寄与に反比例するように決定されることが好ましい。また、この方法は、出力修正カラー・チャネル信号を、遅延およびアップサンプリングまたはダウンサンプリング・ブロックに伝送して、適当な遅延およびスケーリングが施された修正カラー・チャネル信号を生成するステップをさらに含むことが好ましい。遅延およびアップサンプリングまたはダウンサンプリング・ブロックは、例えば、（Ｒ、Ｇ、Ｂ）信号セットなどの１組の信号に適当な遅延を与えるように構成される。
【０００８】
上記その他の目的は、印加されたカラー・チャネル信号によって制御されるようになされた少なくとも１つのピクセルを有する、カラー・マトリクス・ディスプレイ装置であって、制御ユニットを有しており、この制御ユニットが、入力カラー信号を細分して第１の信号成分および第２の信号成分にする細分ユニットと、これらの信号成分のうちの１つに利得係数を適用する利得係数適用ユニットと、その後に第１の信号成分および第２の信号成分を再結合して、ピクセルの制御に使用される出力修正カラー・チャネル信号にする再結合ユニットとを含む、カラー・マトリクス・ディスプレイ装置によっても達成される。この場合も、以下でより詳細に述べるように、最もよく目に見える項目である輝度エイリアシングが回避され、したがって、知覚解像度が向上する。
【０００９】
以下、添付の図面を参照して、好ましい実施形態を用いて本発明について説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の１実施形態について詳細に述べる。この実施形態は、問題を分かりやすく分析するために選択したものであり、本発明の範囲を限定しないものとして解釈される。
【００１１】
本発明のこの実施形態では、以下の事項を仮定する。
・ディスプレイは、カラム型のＲＧＢカラー・マトリクス・ディスプレイ、すなわち各列が１色（この場合は赤、緑または青）を示すディスプレイであるものとする。
・表示色は、ＦＣＣ  ＲＧＢ原色であるものとする。この仮定により分析が分かりやすくなる。
・各色はカラム型であるものとする。したがって、フィルタリングおよびエイリアシングの分析を行うのに、水平軸、すなわち１本のラインのみを考慮すればよい。
・各ラインはＮ個のＲＧＢサンプルを有し、したがってディスプレイは３Ｎ列のカラムを有するものとする。
・ディスプレイで用いられるＲＧＢ信号は、従来技術によって適切に前処理し、信号の位相が表示位置、すなわちディスプレイ表面上のサブピクセルの位置に対応するようにしておくものとする。
・表示は線形である、すなわちガンマを示さないものとする。表示がガンマを有する場合には、以降の分析を近似とみなすこともある。
・入力信号は３Ｎ個のＲＧＢサンプルからなるものとする。したがって、表示解像度を得るために入力信号を３分の１にダウンサンプリングする必要がない。これにより、数値演算がより分かりやすくなるが、その他任意のダウンサンプリング係数でも、基本的には同じ結果が得られる。ただし、この方法は、その他のアップサンプリング係数またはダウンサンプリング係数にも適用することができる。いわゆる多相フィルタを用いることにより、整数または非整数のサンプリング係数で効率的に実施することもできる。
・ＦＣＣ  ＹＵＶは知覚対象空間であり、したがって、これらの信号を分析の基本として使用するものとする。
【００１２】
本発明の基礎となっている概念は、処理によってソース信号のサブピクセルを正しい位置に配置するというものであり、本発明によれば、サブピクセル・シフトによってこれが行われる。
【００１３】
本発明のサブピクセル・シフトを組み込むように修正することができる基本的な従来技術モデルを、図１に示す。このモデルは、赤のカラム、青のカラムおよび緑のカラムからなる３つのカラムのセットをモデル化するように構築されている。このモデルは、基本的に３つの分岐を含み、各分岐がＲ、Ｇ、Ｂの原色の１つに対応している。信号パッケージ｛Ｙｉ、Ｕｉ、Ｖｉ｝は、モデル化された系に入力されると、アンチエイリアス・フィルタリング・ブロックＦに入力される。ここで、Ｙｉはデジタル輝度信号、ＵｉおよびＶｉはデジタル色差信号である。アンチエイリアス・フィルタリング・ブロックＦは、３分の１のダウンサンプリングによるエイリアシングを制限する（上記の仮定リスト参照）。信号｛Ｙ、Ｕ、Ｖ｝は、アンチエイリアス・フィルタリング・ブロックＦから出力されて、その後、共通の行列ブロックＭに入力される。行列ブロックは、入力信号｛Ｙ、Ｕ、Ｖ｝をＲＧＢ信号パッケージ｛Ｒ、Ｇ、Ｂ｝に変換するように構成されており、変換行列Ｍは、以下の数式１で与えられる。
【数１】
2006509234.tif 000003
【００１４】
上記の変換によって生成された｛Ｒ、Ｇ、Ｂ｝信号は、遅延ブロックを含む遅延／ダウンサンプリング・ブロックに入力される。この場合には、信号Ｒは遅延係数Ｄで遅延され、信号Ｂは遅延係数−Ｄで遅延され、信号Ｇは変化しない。この遅延は、表示位置を補償するように、すなわちサブピクセル・シフトをもたらすようになされている。その後、｛Ｒ、Ｇ、Ｂ｝信号はダウンサンプリング・ブロックに入力され、ここで３つの信号は全て３分の１にダウンサンプリングされ、これにより、ディスプレイの入力解像度を低下させる。その後、信号パッケージは、ディスプレイ・モデル・ブロックに入力される。ディスプレイ・モデル・ブロックは、基本的には、パッケージの各信号を３倍にアップサンプリングするように構成されたアップサンプリング・ブロックと、遅延ブロックとを含み、この場合には、信号Ｒは遅延係数−Ｄで遅延され、信号Ｂは遅延係数Ｄで遅延され、信号Ｇは変化しない。ディスプレイ・モデル・ブロックは、各カラムが１色（赤、緑、または青）を繰り返し表示することしかできないという事実をモデル化するように構成される。ディスプレイ・モデル・ブロックのあとで、信号は、以下の数式２で与えられる共通の逆行列ブロックＭ−１に入力される。
【数２】
2006509234.tif 000004
【００１５】
逆行列ブロックＭ−１は、知覚モデル・ブロックを形成していると言うこともでき、このブロックから出力された信号パッケージは、｛Ｙ０、Ｕ０、Ｖ０｝で表される。
【００１６】
以下の本発明につながる分析では、信号パッケージ｛Ｙ、Ｕ、Ｖ｝を基本として使用する。
｛Ｙ、Ｕ、Ｖ｝＝Ｆ｛Ｙｉ、Ｕｉ、Ｖｉ｝    （３）
【００１７】
上記モデルから得られるデジタル輝度信号Ｙ０が、以下の数式のようになることは分かるであろう。
【数３】
2006509234.tif 000005
【００１８】
したがって、得られた輝度信号Ｙ０は、ベースバンド入力輝度Ｙにエイリアス項を加えたものに等しい。エイリアス項は、信号Ｙ、ＵおよびＶと、複素定数ｃｉとによって決まる。同様に、数式４が示すように、デジタル色差信号Ｕ０およびＶ０も、それぞれベースバンド信号ＵおよびＶにエイリアス項を加えたものに等しい。エイリアス項は、数式４と同様にして、非ゼロの複素定数を乗算したエイリアシング済みの信号Ｙ、ＵおよびＶの和である。さらに、複素定数ｃｉの値は、上記の数式（１）および（２）で定義されるように、行列ＭおよびＭ−１によって決まることに留意されたい。
【００１９】
ただし、人間の目は、輝度のエイリアシング、すなわちデジタル輝度信号Ｙのエイリアシングに対して最も敏感であることが分かっている。特に、エイリアス項
【数４】
2006509234.tif 000006
による信号Ｙ０のエイリアシングが最もよく目に見えることが分かるであろう。
【００２０】
したがって、本発明は、上述のように、エイリアス項
【数５】
2006509234.tif 000007
の定数がゼロになるように行列Ｍの結果を効果的に修正して、それにより最もよく目に見えるエイリアス項を削除し、知覚されるディスプレイのシャープネスを改善することを実現することに基づくものである。本発明によれば、これは、Ｒチャネル、ＧチャネルおよびＢチャネルのそれぞれに利得係数を付加することによって行われる。これを、図２に詳細に示し、図４にさらに詳細に示す（図４は１つのチャネル（Ｒ）しか示していないが、残りのチャネル（Ｇ、Ｂ）もこれと同様である）。図２は、図１に示すモデルのＡで示す部分のみを修正した形態を示している。このモデルの残りの部分は、図１に示したのと同じである。図２に示すサブシステムでは、信号パッケージ｛Ｙ、Ｕ、Ｖ｝は、上述のように、また数式１で定義するように、行列Ｍに入力される。行列Ｍからは、｛Ｒ、Ｇ、Ｂ｝信号が出力される。本発明によれば、その後、各信号（Ｒ、ＧまたはＢ）は、第１の成分と第２の成分、すなわち高域通過成分と低域通過成分とに分割される。この分割は、スプリッタ（図示せず）を配列し、その後低域フィルタ（１）および高域フィルタ（２）を配列し、このスプリッタとフィルタとが細分ユニット（４）を構成することにより実施される。低域フィルタと高域フィルタは相補的である。すなわちｌｐ（ｚ）+ｈｐ（ｚ）＝１である。各信号（Ｒ、ＧまたはＢ）の色純度、すなわち大面積についての演色を変化させないために、上述の利得係数Ｃｉを、高域通過成分（２ｒ、２ｇ、２ｂ）のみに適用する。これは、図４に１つのチャネルについて示すように（残りのチャネルについても同様である）、利得係数適用ユニット５で行われる。その後、その結果得られた高域通過成分および低域通過成分は、加算ブロックまたは再結合ユニット６で再結合され、その結果得られた信号は、その後、上述のように遅延／ダウンサンプリング・ブロック７、８に対して出力される。図２に示すように、これと同様の処理が、各信号（Ｒ、ＧおよびＢ）について並列に行われる。低域フィルタおよび高域フィルタを含むブロック、利得付加要素、ならびに加算ブロックは、Ｙ→Ｙエイリアス抑制ブロック、または制御ユニット３と呼ばれることもある。各分岐（Ｒ、ＧおよびＢ）の利得係数Ｃｉは、利得係数ＣＲ、ＣＧおよびＣＢが、全輝度に対するそれらの相互寄与の３分の１に等しくなるように選択される。この例（数式１参照）では、以下のようになる。
【数６】
2006509234.tif 000008
【００２１】
図１に示すモデルでは、線形な時間に独立なブロックの順序を変更できることに留意されたい。例えば、アンチエイリアス・フィルタリング・ブロックＦは、ダウンサンプリング・ブロックの直前の位置に移動させることもできる。
【００２２】
例えば、本発明の代替実施形態では、図２に示すフィルタＦ、フィルタＬＰ、利得Ｃｉが接続されたフィルタＨＰ、および加算ブロックを全て組み合わせて、各色あたり１つのフィルタ・ブロックを含む、すなわちフィルタＦｉｌｔｅｒ−Ｒ、Ｆｉｌｔｅｒ−ＧおよびＦｉｌｔｅｒ−Ｂを含む単一のフィルタ・ブロックＦにすることもできる。フィルタ係数は、フィルタＦｉｌｔｅｒ−ＲのＬＰ、ＨＯ、およびＣｒによって決まる。高域フィルタおよび低域フィルタはアンチエイリアス・フィルタ、サンプリング係数またはサンプリング構造とは無関係であることに留意されたい。ディスプレイ上の各ピクセルの位置がダウンサンプリングの前の遅延によって適切に補償されると、エイリアシングは抑制される。この状況では、上記のサンプリング係数は、上述のダウンサンプリング係数と等しいことに留意されたい。この例では、ダウンサンプリング係数は３に等しい。ただし、例えば２、５、６（整数スケーリング）や、２．５、３．６、４．６（非整数スケーリング）など、その他のサンプリング係数も可能である。
【００２３】
以上、本発明の１つの好ましい実施形態に関連して本発明について詳細に説明したが、本発明の用途は、上述のタイプのディスプレイに限定されるものではなく、分離フィルタ（高域および低域）ならびに利得係数は、ディスプレイのサンプリング構造よって決まるものではない。したがって、総遅延が各分岐またはチャネルについて同じであるものとすれば、本発明の方法は、任意のサンプリング構造に適用することができる。例えば、本発明は、例えばデルタ・ナブラ構造（ｄｅｌｔａ−ｎａｂｌａ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有するいわゆる２Ｄサンプリング・ディスプレイにも同様に適用することができる。
【００２４】
さらに、本発明は、ＲＧＢディスプレイに限定されず、例えばＲ、ＧおよびＢ以外の色の組合せを用いた４色システムまたは３色システムにも適用することができることに留意されたい。いずれの場合も、利得係数は、全表示輝度に対する各分岐またはチャネルの寄与に反比例するように選択されるものとする。
【００２５】
また、本発明は、線形ディスプレイだけでなく、入力電圧とその結果得られる光強度（ガンマ）の間の関係が非線形であるディスプレイにも適用することができることに留意されたい。
【００２６】
上述のように、本発明は、例示した整数スケーリングおよび非整数スケーリングの両方に適用できることにも留意されたい。例えば、２．５分の１のダウンスケーリングを実行するには、２倍にアップサンプリングし、信号をフィルタリングして適当な遅延を導入し、５分の１にダウンサンプリングすればよい。フィルタリングも、本発明による高域通過／低域通過の概念に従って修正することができる。このようなアップサンプリング、フィルタリングおよびダウンサンプリングは、例えば、多相フィルタリングを用いて効率的に実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のサブピクセル・シフトを含むことができる、ＲＧＢディスプレイ・ピクセル駆動回路の基本モデルを示す図である。
【図２】本発明を組み込んだ、図１に示すモデルの一部を示す図である。
【図３】本発明による方法を示す基本流れ図である。
【図４】図２に示す部分の１つの色信号（この場合はＲ）を詳細に示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2006509234.tif 000013
2006509234.tif 000014
2006509234.tif 000015