JP2014038338A - 一連のテンプレート平均化を介した雑音軽減を伴う確率的多値ディザ処理 - Google Patents

Abstract

【課題】量子化された表示特性を各画素毎に有する表示装置及びその表示装置での画像表示方法を開示する。
【解決手段】本表示装置及び方法は、表示装置の実効階調能力が、各画素の画素サイズ、ピッチ、及び量子化レベル数によって規定される表示装置固有の階調能力の結果より高くなるように、画像に対して空間的及び時間的に行うディザ処理に関する。
【選択図】図４

Description

本発明の分野は、量子化された表示特性を各画素毎に有する表示装置に関し、特に、表示装置の見かけの解像度を改善する表示装置の方法に関する。本発明は、更に、一般的に、光学ＭＥＭＳ装置に関し、特に、双安定型表示装置に関する。

関連出願の相互参照
本出願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．セクション１１９（ｅ）の下、２００８年２月１３日に出願した米国仮出願６１／０２８，４６５に対する優先権を主張する。

電子表示装置の機能は、モノクロ表示装置かカラー表示装置か又は自発光型か反射型かに関わらず、段階的な輝度変化すなわち階調を生成することである。複雑なグラフィック画像、並びに、静的及び動的双方の写真画像を高い品質でレンダリングするには、非常に多くの階調が必要である。更に、色再現及び円滑な陰影付けには、各原色表示チャネルに比較的高い輝度解像度があれば、恩恵が得られる。「トゥルーカラー（ｔｒｕｅ＿ｃｏｌｏｒ）」の画像形成の事実上の標準は、原色当り８ビットであり、即ち、合計２４ビットが三原色（ＲＧＢ）チャネルに割り当てられる。しかしながら、表示装置の画像品質を最終的に決定するのは、知覚される表現、即ち、これらのビットの実効解像度（実効輝度解像度を生成すること）であり、それらのアドレス指定能力だけではない点を認識することは、重要である。

双安定表示技術は、高品質の階調能力で表示を生成するための固有の課題を呈する。これらの課題は、画素操作の双安定及び２値の性質から生じ、これは、アドレス指定法を介した階調レベルの合成を必要とする。更に、高画素密度装置は、基本的な動作上の制約条件により、また階調及び色の双方の合成に高いレベルが必要であることにより、時間的なフレームレートが比較的低く限定されることが多い。これらの課題及び制約条件により、新規及び効果的な空間的階調合成方法の必要性が強調される。

本発明のシステム、方法、及び装置は、各々幾つかの態様を有し、その内のただ１つだけが、その望ましい属性に寄与することはない。本発明の範囲を限定することなく、より重要な特徴についてこれから簡単に論ずる。この議論を考察した後、特に、「発明を実施するための形態」と題するセクションを解釈した後、本発明の特徴が、どのように他の表示装置をしのぐ利点を提供するかを理解されるであろう。

１つの態様は、表示装置に第１画像を表示する方法である。本方法には、第１空間ディザテンプレートに従って、第１画像の第１バージョンを生成する段階と、第１テンプレートと異なる第２空間ディザテンプレートに従って、第１画像の第２バージョンを生成する段階と、表示装置に第１画像の第１及び第２バージョンを連続的に表示することによって第１画像を表示する段階と、が含まれる。

他の態様は、固有の解像度を有する表示装置に第１画像を表示する方法である。本方法には、第１テンプレートに従って、第１画像の第１バージョンを生成する段階と、第１テンプレートと異なる第２テンプレートに従って、第１画像の第２バージョンを生成する段階と、第１画像の実効解像度が表示装置固有の解像度より高いように、第１画像の第１及び第２バージョンを表示する段階と、が含まれる。

双安定型表示装置であって、第１干渉変調器の可動反射層が解放位置にあり、第２干渉変調器の可動反射層が作動位置にある干渉変調器型表示装置である双安定型表示装置の一実施形態の一部を示す等角投影図。 図１の一実施形態の双安定型表示装置用の可動鏡位置対印加電圧を示す図。 双安定型表示装置を含む視覚表示装置の一実施形態を示すシステムブロック図。 双安定型表示装置を含む視覚表示装置の一実施形態を示すシステムブロック図。 一実施形態のブロック図。 一実施形態の方法のフローチャート。

以下、本発明の幾つかの特定の実施形態について詳細に説明する。しかしながら、本発明は、多数の異なる方法で具現化し得る。本説明で参照する図面では、同様な部分は、全体を通して同様な数字で示す。以下の説明から明らかになるように、本実施形態は、動きがあるか（例えば、映像）又は静止しているか（例えば、静止画像）、並びに、テキストか絵かに関わらず、画像を表示するように構成されたあらゆる装置において実現し得る。特に、本実施形態は、様々な電子装置、例えば、これらに限定するものではないが、携帯電話、無線装置、携帯情報端末（ＰＤＡ）、手持ち式又は携帯型コンピュータ、ＧＰＳ受信機／ナビゲータ、カメラ、ＭＰ３プレーヤ、カムコーダ、ゲームコンソール、腕時計、時計、計算器、テレビモニタ、フラットパネル表示装置、コンピュータ・モニタ、自動表示装置（例えば、走行距離計の表示装置等）、コックピット制御装置及び／又は表示装置、カメラのファインダの表示装置（例えば、車両のバックミラーカメラの表示装置）、電子写真、電子掲示板又は看板、プロジェクタ、建築構造物、パッケージング、及び美術構造物（例えば、１個の宝石に画像を表示）に実装したり、これらに関連付けたりし得ることが考えられる。本明細書に述べたものと同様な構造のＭＥＭＳ装置は、電子スイッチング素子等、非表示用途にも用い得る。

本発明の実施形態は、特に、量子化された表示特性を各画素毎に有する表示装置、及び表示装置で画像を表示する方法に関する。表示装置及び方法は、表示装置の実効解像度が、表示装置固有の空間解像度（画素サイズ及びピッチによって影響される）及び各画素の量子化レベル数によって影響される固有の輝度解像度の結果より高くなるように、画像に対して空間的及び時間的に行うディザ処理に関する。

量子化した輝度レベルを有する表示素子の例を図１に示す。図１は、干渉ＭＥＭＳ表示素子を含む双安定型表示装置の実施形態を示す。これらの素子では、画素は、明るい又は暗い状態のいずれかにある。明るい（「解放」又は「開」）状態では、表示素子は、入射可視光の大部分をユーザに反射する。暗い（「作動」又は「閉」）状態にある場合、表示素子は、ユーザに入射可視光をほとんど反射しない。実施形態に応じて、「オン」及び「オフ」状態の光の反射特性は、逆にしてよい。ＭＥＭＳ画素は、選択した色で主に反射するように構成可能であり、これにより、白黒に加えて、カラー表示装置が可能になる。

図１は、視覚表示装置の一連の画素のうち、２つの隣接する画素を示す等角投影図である。ここで、各画素は、ＭＥＭＳ干渉変調器を含む。一実施形態では、反射層の内の１つは、２つの位置の間を動くことができる。第１位置では、本明細書で解放位置と称するが、可動反射層は、固定した部分反射層から比較的遠くに離れて位置する。第２位置では、本明細書で作動位置と称するが、可動反射層は、部分反射層により近接して位置する。２つの層から反射した入射光は、可動反射層の位置に応じて、強め合うように又は弱め合うように干渉し、各画素毎に全体的な反射又は無反射状態のいずれかを生成する。

画素アレイの図１に示す部分には、２つの隣接画素１２ａ及び１２ｂが含まれる。左側の画素１２ａでは、可動反射層１４ａが、部分反射層を含む光学積層１６ａから所定の距離の解放位置に示されている。右側の画素１２ｂでは可動反射層１４ｂが、光学積層１６ｂに隣接する作動位置に示されている。

印加電圧が無ければ、間隙１９は、可動反射層１４ａと光学積層１６ａとの間に残り、可動反射層１４ａは、画素１２ａによって図示するように、機械的に解放された状態にある。しかしながら、選択した行及び列に電位（電圧）差を印加すると、対応する画素の行及び列電極の交点に形成したコンデンサが充電され、静電気力が、電極を共に引っ張る。電圧が充分高い場合、可動反射層１４は、変形し、光学積層１６に押し当てられる。光学積層１６内の誘電体層（図示せず）は、図１右側の作動画素１２ｂによって示すように、ショートを防止し、層１４と１６との間の離間距離を制御し得る。その振舞いは、印加電位差の極にかかわらず同じである。画素１２ａ及び１２ｂは、図示したいずれの状態でも安定であることから、双安定と見なされ、従って、２つの安定状態の各々に対応する選択的光反射特性を有する。従って、表示装置は、２つの安定状態に対応する固有の輝度解像度を有し、また、画素のピッチに対応する固有の空間解像度を有する。

図２は、双安定型表示装置においてアレイ状の干渉変調器を用いるための１つのプロセスを示す。

ＭＥＭＳ干渉変調器の場合、行／列作動プロトコルは、図２に示すように、これらの素子のヒステリシス特性を利用してもよい。干渉変調器は、例えば、可動層を解放状態から作動状態に変形させるために１０ボルトの電位差を必要とし得る。しかしながら、電圧がその値から下がる場合、可動層は、電圧が１０ボルトより更に下がるにつれて、その状態を維持する。図２の実施形態では、可動層は、電圧が２ボルト未満に降下するまで、完全には解放されない。このように、図２に示す例において、約３乃至７Ｖの電圧の範囲があり、ここには、その内部で素子が解放又は作動状態のいずれかで安定する印加電圧の窓が存在する。本明細書では、これを「ヒステリシス窓」又は「安定窓」と称する。図２のヒステリシス特性を有する表示アレイの場合、行／列作動プロトコルは、行ストローブ中、作動させるストローブ行の画素は約１０ボルトの電圧差にさらされ、また、解放する画素はゼロボルトに近い電圧差にさらされるように構成し得る。ストローブ後、画素は、行ストローブが置いたどのような状態にも留まるように、定常状態、即ち、約５ボルトのバイアス電圧差にさらされる。書込み後、各画素には、本例では３乃至７ボルトの「安定窓」内の電位差が見える。この特徴により、図１に示す画素設計は、同じ印加電圧条件の下、作動又は解放の既存の状態のいずれかで安定する。干渉変調器の各画素は、作動状態であれ解放状態であれ、本質的に、固定及び可動反射層によって形成されたコンデンサであることから、この安定状態は、ヒステリシス窓内の電圧において、ほとんど電力を消費せずに保持することができる。

図３Ａ及び３Ｂは、表示装置４０の一実施形態を示すシステムブロック図である。ここで、図１の画素１２ａ及び１２ｂ等の双安定型表示素子は、表示装置の実効解像度が表示装置固有の空間及び輝度解像度の結果より高くなるように、画像を空間・時間的にディザ処理するように構成した駆動回路と共に用い得る。表示装置４０は、例えば、セル式電話、即ち、携帯電話であってよい。しかしながら、表示装置４０の同じ構成要素、又はそのバリエーションは、更に、テレビ及び携帯メディアプレーヤ等の様々な種類の表示装置を例示するものである。

表示装置４０には、ハウジング４１、表示装置３０、アンテナ４３、スピーカ４４、入力装置４８、及びマイクロホン４６が含まれる。ハウジング４１は、一般的に、射出成形法及び真空成形法を含む様々な製造加工法のうち、任意のもので形成する。更に、ハウジング４１は、様々な材料、例えば、これらに限定はしないが、プラスチック、金属、ガラス、ゴム、及びセラミック、又はその組合せのうち、任意のもので製作して良い。一実施形態では、ハウジング４１は、着脱可能部分（図示せず）を含み、これは、異なる色の、又は異なるロゴ、絵、もしくはシンボルを含む他の着脱可能部と交換することができる。

表示装置４０の表示装置３０は、本明細書に述べたように、双安定型表示装置を含む様々な表示装置のうち、任意のものであってよい。幾つかの実施形態では、表示装置３０には、上述したように、プラズマ、ＥＬ、ＯＬＥＤ、ＳＴＮ＿ＬＣＤ、もしくはＴＦＴ＿ＬＣＤ等のフラットパネル表示装置、又はＣＲＴもしくは他の真空管装置等の非フラットパネル表示装置が含まれる。しかしながら、或る側面について述べるために、表示装置３０は、干渉変調器型表示装置を含む。

表示装置４０の一実施形態の構成要素を図３Ｂに概略的に示す。図示した表示装置４０は、ハウジング４１を含み、また、そこに少なくとも部分的に封入される追加の構成要素を含んでよい。例えば、一実施形態では、表示装置４０は、ネットワークインターフェイス２７を含み、これには、送受信機４７に結合するアンテナ４３が含まれる。送受信機４７は、プロセッサ２１に接続され、プロセッサ２１は、調整ハードウェア５２に接続される。調整ハードウェア５２は、信号を調整する（例えば、信号をフィルタ処理する）ように構成し得る。調整ハードウェア５２は、スピーカ４５及びマイクロホン４６に接続される。プロセッサ２１は、更に、入力装置４８及びドライバコントローラ２９に接続される。ドライバコントローラ２９は、フレームバッファ２８に結合され、また、アレイドライバ２２に結合され、アレイドライバ２２は、次に、表示アレイ３０に結合される。電源５０は、特定の表示装置４０の設計によって要求されるように、全ての構成要素に電力を提供する。

ネットワークインターフェイス２７には、表示装置４０が、ネットワークを介して１つ又は複数の装置と通信できるように、アンテナ４３及び送受信機４７が含まれる。一実施形態では、ネットワークインターフェイス２７は、更に、プロセッサ２１の要件を緩和するために或る程度の処理能力を有してよい。アンテナ４３は、信号を送受信するための任意のアンテナである。一実施形態では、アンテナは、ＩＥＥＥ８０２．１１（ａ）、（ｂ）、又は（ｇ）を含むＩＥＥＥ８０２．１１標準規格によるＲＦ信号を送受信する。他の実施形態では、アンテナは、ブルートゥース（登録商標）規格によるＲＦ信号を送受信する。携帯電話の場合、アンテナは、ＣＤＭＡ、ＧＳＭ（登録商標）、ＡＭＰＳ、Ｗ−ＣＤＭＡ、又は無線携帯電話ネットワーク内で通信を行うために用いられる他の既知の信号を受信するように構成される。送受信機４７は、アンテナ４３から受信した信号を前処理し、プロセッサ２１によって受信及び更に操作できるようにする。送受信機４７は、更に、プロセッサ２１から受信した信号を処理し、アンテナ４３を介して表示装置４０から送信を行えるようにする。

他の選択肢としての一実施形態では、送受信機４７は、受信機によって置き換えてもよい。更に他の選択肢としての実施形態では、ネットワークインターフェイス２７は、画像ソースによって置き換えてもよく、これは、プロセッサ２１に送る画像データを記憶又は生成し得る。例えば、画像ソースは、画像データ又は画像データを生成するソフトウェアモジュールを含むデジタル映像ディスク（ＤＶＤ）又はハードディスク・ドライブであってよい。

プロセッサ２１は、一般的に、表示装置４０の全体的な動作を制御する。プロセッサ２１は、ネットワークインターフェイス２７又は画像ソースから圧縮した画像データ等のデータを受信し、データを処理して、生の画像データ、又は生の画像データに容易に処理されるフォーマットにする。そして、プロセッサ２１は、処理したデータをドライバコントローラ２９又はフレームバッファ２８に送り、記憶させる。生データとは、通常、画像内の各位置における画像特性を識別する情報を意味する。例えば、そのような画像特性は、色、彩度、及び階調レベルを含み得る。

一実施形態では、プロセッサ２１には、表示装置４０の動作を制御するためのマイクロコントローラ、ＣＰＵ、又は論理ユニットが含まれる。調整ハードウェア５２には、一般的に、スピーカ４５に信号を送信し、マイクロホン４６から信号を受信するための増幅器及びフィルタが含まれる。調整ハードウェア５２は、表示装置４０内の個別の構成要素であってもよく、プロセッサ２１又は他の構成要素内に組み込んでもよい。

入力装置４８により、ユーザは、表示装置４０の動作を制御できる。一実施形態では、入力装置４８には、ＱＷＥＲＴＹキーボード又は電話のキーパッド等のキーパッド、ボタン、スイッチ、タッチ・センシティブ画面、圧力又は熱に反応するメンブレンが含まれる。一実施形態では、マイクロホン４６が、表示装置４０用の入力装置である。マイクロホン４６を装置へのデータ入力用に用いる場合、表示装置４０の動作を制御するために、ユーザが音声命令を提供し得る。

幾つかの実施例では、上述したように、制御プログラミング性が、電子表示装置システム内の幾つかの場所へ配置し得るドライバコントローラに常駐する。場合によっては、制御プログラミング性は、アレイドライバ２２に常駐する。

電源５０としては、当分野で公知の様々なエネルギ蓄積装置が挙げられる。例えば、一実施形態において、電源５０は、ニッケル・カドミウムバッテリ又はリチウムイオンバッテリ等の充電式バッテリである。他の実施形態では、電源５０は、再生可能エネルギ源、コンデンサ、又はプラスチック太陽電池及び太陽電池ペイントを含む太陽電池である。他の実施形態では、電源５０は、コンセントから電力を受電するように構成される。電源５０は、更に、実質的に一定電圧で表示装置を駆動するための電流を供給するように構成された電源調節器を有し得る。幾つかの実施形態では、一定電圧は、少なくとも部分的に基準電圧に基づき、この場合、一定電圧は、基準電圧より大きいか小さい電圧に固定し得る。

ドライバコントローラ２９は、プロセッサ２１によって生成される生の画像データを、プロセッサ２１から直接又はフレームバッファ２８からのいずれかで取得し、アレイドライバ２２へ高速伝送するために生の画像データを適切にフォーマット変換する。具体的には、ドライバコントローラ２９が、生の画像データを、ラスタ様フォーマットを有するデータフローにフォーマット変換し、表示アレイ３０を走査するのに適した時間順を有するようにする。そして、ドライバコントローラ２９は、フォーマット化した情報をアレイドライバ２２に送る。ＬＣＤコントローラ等のドライバコントローラ２９は、スタンドアローンの集積回路（ＩＣ）としてシステムプロセッサ２１に関連付けられることが多いが、そのようなコントローラは、多くの方法で実現できる。ハードウェアとしてプロセッサ２１に組み込んでもよく、ソフトウェアとしてプロセッサ２１に組み込んでもよく、又は、ハードウェアの中でアレイドライバ２２と完全に一体化してもよい。

通常、アレイドライバ２２は、フォーマット化した情報をドライバコントローラ２９から受信し、映像データを並列な組の波形にフォーマット変換し、これらの波形は、表示装置のｘ−ｙ行列の画素からの何百あるいは何千ものリード線に毎秒何度も印加される。

一実施形態では、ドライバコントローラ２９、アレイドライバ２２、及び表示アレイ３０は、本明細書に述べる任意の種類の表示装置に適する。例えば、一実施形態では、ドライバコントローラ２９は、従来の表示装置コントローラ又は双安定型表示装置コントローラ（例えば、干渉変調器コントローラ）である。他の実施形態では、アレイドライバ２２は、従来のドライバ又は双安定型表示ドライバである（例えば、干渉変調器型表示装置）。一実施形態では、ドライバコントローラ２９は、アレイドライバ２２と一体化される。そのような実施形態は、携帯電話、時計、及び他の小面積表示装置等、高集積化システムに共通である。更に他の実施形態では、表示アレイ３０は、通常の表示アレイ又は双安定型表示アレイである（例えば、アレイ状の干渉変調器を含む表示装置）。幾つかの実施形態では、表示アレイ３０は、他の表示タイプである。ドライバコントローラ２９及びアレイドライバ２２の内の一方又は双方は、表示装置の実効解像度が表示装置固有の空間及び輝度解像度の結果より高くなるように、表示する画像を空間・時間的にディザ処理するように構成し得る。

当業者は、上述のアーキテクチャが、任意の数のハードウェア及び／又はソフトウェア構成要素で実現できること、及び様々な構成で実現できることを認識されるであろう。

ドライバ回路は、有限数の固有の輝度グラデーションを有する表示装置において、大多数の輝度グラデーション又は階調を合成し、一方で合成プロセスによって生成された画像雑音を見えにくくするために、新規で柔軟な方法を用いる。これらの方法では、しきい値テンプレートの値の空間パターンが変動するにつれて空間ディザテンプレートを用いて生成された画像の時間平均による雑音軽減と、確率的多値空間ディザ処理と、を組み合わせる。その結果は、階調合成に対する解決策であるが、この場合、目に見える空間パターン雑音への影響を最小限に抑えつつ、実効輝度レベルの数を実質的に増加させ得る。そのような方法は、空間パターン雑音又は表示装置の画像品質を損ない得る他のアーティファクトの導入を最小限に抑える一方で、表示装置の空間解像度と階調合成との間のトレードオフを活用することができる。

空間ディザ処理は、空間範囲（即ち、空間解像度）を輝度（即ち、階調）解像度と交換する方法である。本方法は、有限数の固有の階調及び／又は色を有する装置の「知覚される」階調及び／又は色の実際上の数を増加させる様々な技法を含む。これらの方法は、人間の視覚体系（ＨＶＳ）の空間解像度が限られていること、並びに、ＨＶＳのコントラスト感度に、特に高い空間周波数に限界があることを利用する。空間ディザは、二値印刷技術において階調合成を可能にする方法として始まり、現在、どのような形式にせよ、大半の印刷装置及びアプリケーションに実装されている。本方法は、高い空間解像度及び限定された固有階調能力を有する画像形成装置に素晴らしい画像品質を提供できることから、単色及びカラーマトリックスの双方の表示装置に使用されている。

空間ディザの技法は、２つの主なカテゴリ、即ち、点加工（ｐｏｉｎｔ−ｐｒｏｃｅｓｓ）法及び近傍演算法に分けられる。

点加工法は、画像及び画素近傍から独立しており、表示及び映像用途に良好な計算効率をもたらす。空間ディザ処理のための最も有名な点加工法の中には、雑音符号化、組織的ディザ、及び確率的パターンディザがある。雑音符号化は、多値画素入力の値にランダムな値を追加する段階と、それに続く、最終的な画素出力値を決定するしきい値演算から構成される。雑音符号化は、実効階調数を増加させるのに効果的である一方、雑音信号の低い空間周波数から「白色雑音」特性、及び結果的に目に見える粒状性を有する空間パターンを生成する。

組織的ディザは、所定のＸ×Ｙ領域の画素内における数値固定パターンが、しきい値演算に先立って、画素を活性化するための配列又はパターンを決定する技法の一員である。組織的ディザの２つの最も著名なバリエーションは、クラスタドットディザ及び分散ドットディザである。これらは、良好な結果を提供し得るが、画像構造と相互作用したりうなりを生じたりする目に見える周期的空間アーティファクトを生成する傾向がある。

確率的パターンディザは、組織的ディザと同様であるが、空間ディザテンプレートの確率的パターンは、最小の空間アーティファクト、そして感じの良い見た目を伴う「青色雑音」特性を生成する。

近傍演算に依拠する空間ディザ法は、誤差拡散技法によって代表される。この技法では、画像依存の画素階調誤差が、局所的な近傍画素に分散又は拡散する。誤差拡散は、空間ディザの効果的な方法であり、確率的パターンディザと同様に、「青色雑音」特性及び最小の空間又は構造的アーティファクトを有する空間ディザパターンをもたらす。誤差拡散の欠点は、本方法が、画像依存で計算量が多く、更に、「ワーム状アーティファクト」として知られる独特の目に見える欠陥を生じがちなことである。誤差拡散は、一般的に、計算量が多く画像依存である演算の性質により、リアルタイムの表示動作には適さない。

多値確率的パターンディザは、限定された固有階調能力を有する電子表示装置向けの階調合成の或る程度効果的なアプローチである。そのような技法は、幾つかの確率的特性を有するディザテンプレートを用いて、表示画像のディザ処理済みバージョンを生成する。ディザテンプレートの確率的特性は、ディザパターンを生成する処理によって生成される。「青色雑音」特性を有する確率的ディザパターンを生成するための２つの方法は、青色雑音マスク法及びボイド・クラスタ法である。青色雑音マスク法は、周波数領域のアプローチに基づき、一方、ボイド・クラスタ法は、空間領域の演算に依拠する。ディザテンプレート生成のボイド・クラスタ法は、空間領域の循環畳み込みに依拠する。これにより、結果的に、小さな確率テンプレートであって、表示画像の画像空間を埋めるためにシームレスに敷き詰め得るテンプレートを生成することができる。

多値確率的パターンディザは、限定された固有階調能力を有する表示装置の画像品質を改善し得るが、依然として、空間ディザパターンに起因する明らかな残留粒状性の問題が残ったままである。この残留粒状性は、最も暗い合成階調において、また、表示装置が比較的小さい固有階調（例えば、３ビット又は８値）を有する場合、最も目につきやすい。

この限界を克服するために、改善型の多値確率的ディザ法を用い得る。本方法は、異なる確率的ディザテンプレートによって合成階調が生成されるテンプレートディザ処理を行った一連の画像を時間平均することで残留パターン雑音を軽減する。時間平均処理は、人間の視覚システム（ＨＶＳ）の限られた時間的解像度を利用することによって実現される。画像の複数のバージョンを素早く連続して表示して、観察者には、画像の複数のバージョンが単一の画像に見えるようにする。観察者にとって、任意の画素の輝度は、表示された全バージョンの平均輝度である。従って、観察者は、実際に表示された階調の間の階調を知覚する。

例えば、単色表示装置は、各々オン又はオフのいずれかである画素を有してよく、この場合、各画素毎のデータは、１ビットである。画像の２つのバージョンを２つの異なるテンプレートで生成することができる。各々のバージョンは、素早く連続して表示し、２つの画像が単一の画像に見えるようにしてよい。双方の画像でオフである画素は、観察者にとって暗く見え、また、双方の画像でオンである画素は、観察者にとって最大輝度を有するように見える。しかしながら、１つのバージョンではオンであり、他方のバージョンではオフの画素は、最大の約半分の輝度を有するように見える。従って、観察者は、その画像全体において、より滑らかな階調を知覚する。

画像の複数のバージョンは、原画像の各画素で実施する数学的処理を表すテンプレートを用いて生成し得る。異なる種類のテンプレートは、表示画像の空間雑音に、また、映像の場合、一連の表示画像の時間雑音に、様々な異なる効果を有する。従って、用いるテンプレートを決定する時、雑音への効果を考慮し得る。

幾つかの実施形態では、一連のディザ処理した画像バージョンを時間平均して、残留パターン雑音を軽減する多値確率的ディザテンプレートを用いる。図４に示すように、一実施形態のブロック図は、一連のディザ処理した画像バージョンを異なるディザテンプレートで生成する多値空間ディザ法を示す。ディザテンプレートの各々は、異なる雑音又は粒子パターンをもたらすことから、これらのバージョンを時間平均する場合、結果的に、パターン雑音が減少するか又は信号対雑音比が増加する。

図示するように、バージョン毎に、正規化したディザテンプレートＤ［ｘ’，ｙ’］により入力画像ＩＬ［ｘ，ｙ］を操作し、ディザ処理したバージョンの画像Ｓ［ｘ，ｙ］を生成する。本実施形態では、ディザ処理したバージョンの画像Ｓ［ｘ，ｙ］は、量子化され、出力画像ＯＬ［ｘ，ｙ］を生成する。結果は、各バージョンが異なるテンプレートで生成される入力画像ＩＬ［ｘ，ｙ］の一連のＮ個のバージョンである。最終出力画像は、一連のＮ個のバージョンとして表示され、バージョンが時間平均されるように、素早く連続して表示される。幾つかの実施形態では、一連のバージョンは、繰り返し表示し得る。幾つかの実施形態では、シーケンスの順序は、再表示するシーケンス間で変更してよい。

連続したフレームにおいて、相関の無い確率テンプレートを用いる場合、信号対雑音比は、平均ディザ処理済み画像の数の平方根で増加する。２からＮまで変動し得る数のテンプレートを、用途及び画像品質要件に応じて用いてよい。更に、互いに数学的関係を有する予め演算した相関テンプレートを利用することが可能である。そのようなテンプレートにより、時間平均されるフレームがより少ない場合、画像の信号対雑音比を増大し得る。そのようなテンプレートの組の一例は、各画素位置のしきい値が互いに逆数である確率テンプレートの対を用いることである。

本方法は、様々な表示技術に容易に適用することができ、例えば、直視及び投写用途の双方に用いることができる。その結果は、実効輝度レベルの数が、高画像信号対雑音比と共に実質的に増加する階調合成に対する極めて効果的な解決策である。

図５は、画像を表示する方法１００の一実施形態を示すフローチャートである。本方法には、データを受信する段階と、受信データに基づき画像の第１及び第２バージョンを生成する段階と、第１及び第２バージョンを連続的に表示することによって画像を表示する段階と、が含まれる。

ステップ１１０では、画像を表すデータが受信される。そのデータは、それに対応する或る量子化がなされている。例えば、データは、単一画素の３色の場合、各々２４ビット、８ビットを有し得る。他のデータフォーマットを用いてもよい。必要ならば、データは、後述の通り更に操作し得るフォーマットに変換される。

ステップ１２０及び１３０では、ステップ１１０において受信したデータに基づき、画像の第１及び第２バージョンを生成する。ステップ１１０において受信した各画素毎のデータは、空間ディザテンプレートにより修正し得る。第１及び第２バージョンは、それぞれ互いに異なる第１及び第２テンプレートに基づき生成される。幾つかの実施形態では、第１及び第２テンプレートは、アルゴリズム的に関連する。

幾つかの実施形態では、画素の各成分に別個のテンプレートを用いる。例えば、画素の各色成分のデータセットに対して、その成分に用いるテンプレートに基づき、値を追加してよい。

ステップ１４０では、画像は、第１及び第２バージョンが時間平均されるように画像の第１及び第２バージョンを連続的に表示することによって、表示される。幾つかの実施形態では、画像は、静止画像であり、画像の第１及び第２バージョンは、画像が表示装置に表示される時間全体に渡って繰り返し表示してよい。第１及び第２バージョンは、同じ順序で繰り返し表示してもよく、又は順序を変更してもよい。幾つかの実施形態では、画像のバージョンを３つ以上生成して表示する。幾つかの実施形態では、どのバージョンを次に表示するか、ランダム又は擬似ランダムに決定する。幾つかの実施形態では、バージョンの全て又は一部のシーケンスが、決定され、繰り返し表示されるが、シーケンスは、時折変更してよい。

幾つかの実施形態では、画像は、一連の画像の一部であり、例えば、互いに連動して映像ストリームを形成する。そのような実施形態では、表示装置のフレームレートが毎秒３０フレームである場合、各フレーム画像は、約１／３０秒間表示し得る。従って、１画像用の１／３０秒の間、各画像の第１及び第２バージョンは、各々１／３０秒の約半分の間表示し得る。幾つかの実施形態では、フレームレートが異なり、幾つかの実施形態では、フレーム期間中、３つ以上のバージョンが表示される。

幾つかの実施形態では、全てのフレームは、同じディザテンプレートを用いてフレームの画像の複数のバージョンを生成する。他の選択肢として、連続したフレーム画像に、異なるテンプレートを用いてもよい。例えば、第１フレームは、ディザテンプレート１及び２を用いてフレームの画像の第１及び第２バージョンを生成してよく、次のフレームは、テンプレート１及び２のいずれか又は双方を用いてよく、又は、追加テンプレート３及び４のいずれか又は双方を用いてよい。

幾つかの実施形態では、一連の各画像は、各画像のバージョンを１つだけ表示することによって、表示される。各画像のバージョンを１つ生成するには、時間的に隣接する画像のバージョンを異なるテンプレートを用いて生成するように、複数のテンプレートの内の１つを用いてよい。時間的に隣接する画像は、似ていることが多いため、異なるテンプレートを用いて画像の各ディザ処理済みバージョンを生成すると、結果的に、各画像を複数のディザ処理済みバージョンとして表示する上述の場合と同様に、見た目が改善される。

上述の説明では、新規の特徴を様々な実施形態に適用して示し、述べ、指摘したが、例示した形態及び装置又はプロセスの詳細において、様々な省略、代替、及び変更は、本発明の精神から逸脱することなく当業者によって行うことができることを理解されるであろう。認識されるように、本発明は、幾つかの特徴が、他の特徴とは別個に使用又は実践できるため、本明細書に記載した特徴及び恩典を一部だけ提供する形態内で具現化してもよい。

１２ａ及び１２ｂ ２つの隣接画素
１４ａ 可動反射層
１６ａ 光学積層
２１ プロセッサ
２２ アレイドライバ
２７ ネットワークインターフェイス
２８ フレームバッファ
２９ ドライバコントローラ
３０ 表示装置
４０ 表示装置
４１ ハウジング
４３ アンテナ
４５ スピーカ
４６ マイクロホン
４７ 送受信機
４８ 入力装置
５０ 電源
５２ 調整ハードウェア

Claims (24)

1. 表示装置に第１画像を表示する方法であって、
   第１空間ディザテンプレートに従って、第１画像の第１バージョンを生成する段階と、
   第２空間ディザテンプレートに従って、第１画像の第２バージョンを生成する段階であって、第２テンプレートは、第１テンプレートと異なる前記段階と、
   表示装置に第１画像の第１及び第２バージョンを連続的に表示することによって、第１画像を表示する段階と、
   が含まれ、
   前記第１画像は、２つ以上の色成分を含むとともに、前記第１画像の第１及び第２バージョンは、各色成分毎に生成される方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、表示装置は、固有の輝度解像度を有し、また、第１画像は、表示装置固有の輝度解像度より高い実効輝度解像度で表示される方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、更に、
   １つ又は複数の追加の空間ディザテンプレートに従って、第１画像の１つ又は複数の追加バージョンを生成する段階と、
   表示装置に、第１、第２、及び追加バージョンを連続的に表示する段階と、
   が含まれる方法。
4. 請求項３に記載の方法であって、表示装置は、固有の輝度解像度を有し、また、第１画像は、第１画像の表示するバージョンの数に少なくとも部分的に基づく実効輝度解像度で表示される方法。
5. 請求項３に記載の方法であって、追加テンプレートの内の少なくとも１つは、第１及び第２テンプレートの内の１つと同じである方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、第１画像は、一連のデータセットによって表され、各データセットは、第１画像の画素を表し、また、第１画像の第１及び第２バージョンを生成する段階には、それぞれ第１及び第２テンプレートに従って、データセットの内の１つ又は複数を変更する段階が含まれる方法。
7. 請求項１に記載の方法であって、更に、
   第３テンプレートに従って、第２画像の第１バージョンを生成する段階と、
   第４テンプレートに従って、第２画像の第２バージョンを生成する段階と、
   第１画像の第１及び第２バージョンを表示した後、第２画像の第１及び第２バージョンを表示する段階と、
   が含まれる方法。
8. 請求項１に記載の方法であって、第１及び第２空間ディザテンプレートの内の少なくとも１つは、複数のタイル型確率テンプレートを含む方法。
9. 固有の輝度解像度を有する表示装置に第１画像を表示する方法であって、
   第１テンプレートに従って、第１画像の第１バージョンを生成する段階と、
   第２テンプレートに従って、第１画像の第２バージョンを生成する段階であって、第２テンプレートは、第１テンプレートと異なる前記段階と、
   第１画像の実効解像度が表示装置固有の輝度解像度より高いように、第１画像の第１及び第２バージョンを表示する段階と、
   が含まれ、
   前記第１画像は、２つ以上の色成分を含むとともに、前記第１画像の第１及び第２バージョンは、各色成分毎に生成される方法。
10. 請求項９に記載の方法であって、更に、
    １つ又は複数の追加テンプレートに従って、第１画像の１つ又は複数の追加バージョンを生成する段階と、
    追加バージョンを表示して実効解像度を更に改善する段階と、
    が含まれる方法。
11. 請求項１０に記載の方法であって、追加テンプレートの内の少なくとも１つは、第１及び第２テンプレートの内の１つと実質的に同じである方法。
12. 請求項９に記載の方法であって、第１画像は、一連のデータセットによって表され、各データセットは、第１画像の画素を表し、また、第１画像の第１及び第２バージョンを生成する段階には、それぞれ第１及び第２テンプレートに従って、データセットの内の１つ又は複数を変更する段階が含まれる方法。
13. 請求項９に記載の方法であって、第１及び第２バージョンは、連続的に表示される方法。
14. 請求項９に記載の方法であって、更に、
    第１テンプレートに従って、第２画像の第１バージョンを生成する段階と、
    第２テンプレートに従って、第２画像の第２バージョンを生成する段階と、
    第１画像の第１及び第２バージョンを表示した後、第２画像の第１及び第２バージョンを表示する段階と、
    が含まれる方法。
15. 請求項９に記載の方法であって、第１及び第２テンプレートの内の少なくとも１つは、複数のタイル型確率テンプレートを含む方法。
16. パターン雑音軽減方法であって、異なる空間ディザテンプレートで生成された空間ディザ処理済み画像を時間平均する段階が含まれ、前記ディザ処理済み画像はそれぞれ、２つ以上の色成分を含むとともに、各色成分は、空間ディザ処理される方法。
17. 請求項１６に記載の方法であって、画像を時間平均する段階には、連続的に画像の第１及び第２バージョンを生成し表示装置に表示する段階が含まれる方法。
18. 請求項１７に記載の方法であって、画像は、一連のデータセットによって表され、各データセットは、第１画像の画素を表し、また、第１画像の第１及び第２バージョンを生成する段階には、それぞれ第１及び第２テンプレートに従って、データセットの内の１つ又は複数を変更する段階が含まれる方法。
19. 請求項１６に記載の方法であって、表示装置は、固有の輝度解像度を有し、画像は、表示装置固有の輝度解像度より高い実効解像度で表示される方法。
20. 請求項１６に記載の方法であって、空間ディザテンプレートの内の少なくとも１つは、複数のタイル型確率テンプレートを含む方法。
21. 表示アレイドライバ及びコントローラ回路であって、異なる空間ディザテンプレートで生成された空間ディザ処理済み画像を時間平均するように構成され、前記ディザ処理済み画像はそれぞれ、２つ以上の色成分を含むとともに、各色成分は、空間ディザ処理される表示アレイドライバ及びコントローラ回路。
22. 請求項２１に記載の表示ドライバ及びコントローラ回路であって、前記ドライバ及びコントローラ回路は、異なる空間ディザテンプレートで生成された同じ画像の異なるバージョンを順次出力するように構成された表示ドライバ及びコントローラ回路。
23. 請求項２２に記載の表示ドライバ及びコントローラ回路であって、前記表示ドライバ及びコントローラ回路は、
    第１空間ディザテンプレートに従って、第１画像の第１バージョンを生成し、また、第２空間ディザテンプレートに従って、第１画像の第２バージョンを生成し、第２テンプレートは、第１テンプレートと異なるように構成された表示ドライバ及びコントローラ回路。
24. 請求項２３に記載の表示ドライバ及びコントローラ回路であって、前記表示ドライバ及びコントローラ回路は、１つ又は複数の追加の空間ディザテンプレートに従って、第１画像の１つ又は複数の追加バージョンを生成するように構成された表示ドライバ及びコントローラ回路。

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