JP2005107532A

JP2005107532A - ディザーパターンアレイの形成方法およびシステム

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Publication number: JP2005107532A
Application number: JP2004279297A
Authority: JP
Inventors: Scott J Daly; ジェイデイリースコット; Xiao-Fan Feng; フェンシャオ−ファン
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2005-04-21
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Also published as: US7352373B2; EP1521450A2; JP4703152B2; US20050068463A1; EP1521450A3

Abstract

【課題】デジタル画像におけるアーティファクトの発生を低減する。
【解決手段】本発明の実施例は空間領域および時間領域においてハイパス特性を呈する、相関化防止空間−時間ディザーパターンを備えるシステムおよび方法を含む。これらパターンを形成するための方法は、多数の画像特性チャンネルおよび時間的領域のための一連のディザータイルを発生させることを含む。
図示される実施例では、３つのＲＧＢカラーチャンネルの各々に対し、異なるディザ−パターンタイル５０、５２および５４を発生でき、一連の時間フレーム５８、６０、６２および６４に対して３つのタイルのセット５８を発生できる。この例では、タイルの多次元アレイが発生する。別の実施例では、変化する数のクロミナンスおよび輝度チャンネルを使用し、時間領域内の連続フレーム内でも可変パターンを使用できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、ディザーパターンアレイの形成方法及びシステムに関し、より詳細には静止画像およびビデオ画像におけるアーティファクトを低減する技術に関する。

デジタル画像は、画像内でのロケーションのアレイにおける画像の輝度およびクロマティック属性を示す値で伝送され、各値は、所定の数のビットによって表示される。バンド幅、記憶およびディスプレイの条件が制限されない時、十分なビットを利用でき、画像を実質的に抑制されない視覚的明瞭性および現実的カラー再現性でディスプレイできる。しかしながら、ビット深度が制限されていると、隣接する輝度またはカラーレベルの間のグラデーションが知覚できるようになり、人間である観察者に不快感を与えることさえある。この効果は、ビット深度が浅い場合コンチュアリングアーティファクトとして明らかとなり、画像内に見ることができる。ピクセル値が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ている場合、輝度が低速で変化している状態では低周波領域でコンチュア（輪郭）ラインが生じる。

これらコンチュアリングアーティファクトは、一般的に量子化またはその他のビット深度低減を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「解消」できる。このノイズまたはパターンを加えることによってピクセル値のランダム、疑似ランダムまたはその他の変化が強制され、この変化によって輪郭の発生および視認性が低減される。一般にこのような画像は人間である観察者にはより自然で快適なものと知覚される。

画像ディスプレイシステム１を示す図１を参照して、これら方法の一部について説明する。これらシステムでは、画像にノイズ／ディザーパターン１６を加える（加算４）か、または他の方法で画像２と組み合わせることができる。次に、組み合わされた画像をより浅いビット深度に量子化６を行う。次に、この画像は直接ディスプレイしてもよいし、または図１に示されるように受信機へ送信８してもよい。受信１０後、画像に加えられたノイズ／ディザーパターン１６を減算１２するか、もしくは他の方法で画像との逆組み合わせを行い、コンチュアリングが生じにくい領域においてノイズ／ディザーの視覚的効果を低減できる。この画像は次に受信側でディスプレイ１４される。これら方法は送受信を行わないシステム、例えばディスプレイすべき画像データ２よりも小さいビット深度能力を有するディスプレイでも使用できる。

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と組み合わされ（加算２８）、ディスプレイシステム２２へ送られるが、このディスプレイシステムは画像に含まれるフルレンジの画像データをディスプレイすることはできない。これらディスプレイシステム２２はディスプレイ能力に合致するビット深度となるように画像データを量子化器２４で量子化することができる。次に、こうして量子化された画像データをディスプレイ２６にディスプレイする。

図２に示されるシステムでは、ノイズ／ディザーパターンは画像からは減算または逆組み合わせされない。これらシステムでは、ノイズが視覚的な悪影響または「粒子状の効果」を生じさせる前にノイズをわずかに画像へ加えることができる。ノイズ／ディザーパターンのための種々の周波数分布は多かれ少なかれ人の視覚系に見えることが判っている。一般に人の視覚系は高周波のデータをフィルタ除去するローパスフィルタとして機能する。そのため高周波レンジに収集されるノイズは低周波ノイズよりも見にくい。

画像ファイルのような大きいディザー／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で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することができる。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、同じようにディザーパターンをフレームからフレームに繰り返すことができる。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これらディザーパターンを設計できる。

ディザー構造は多数のフレームのうちの単一画像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使用することができる。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、第１ディザーパターンタイル３０を使用できるが、次の連続するビデオフレーム４０では次のシーケンシャルパターン３２が使用される。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してもよい。これらシーケンスは繰り返し時間的パターンからのアーティファクトの発生を特に低減するように設計することもできる。

本発明は、上述のごとき実情を鑑みてなされたものであり、静止画像およびビデオ画像におけるコンチュアリングおよびその他のアーティファクトを低減させるディザ−パターンアレイの形成方法及びシステムを提供することを目的とするものである。

本発明の第１の技術手段は、ａ）前に配置したピクセル値から分散した位置に後のピクセル値が配置されるように、パターン内のピクセルにある値を割り当てる工程を含み、前記前に配置したピクセル値は他のカラーチャンネルおよび他の時間フレーム内に位置することを特徴とするディザーパターンアレイを形成するための方法である。

本発明の第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記他のカラーチャンネルにおけるピクセル値からの前記分散値に対し、前記他の時間フレーム内の前記ピクセル値からの分散値とは異なる重み付けを行うことを特徴としたものである。

本発明の第３の技術手段は、第１の技術手段において、第１のカラーチャンネル内のピクセル値からの分散値に対し、第２カラーチャンネル内のピクセル値からの分散値と異なる重み付けを行うように、他のカラーチャンネル内のピクセル値からの前記分散値に対する重み付けを行うことを特徴としたものである。

本発明の第４の技術手段は、各々が画像記述チャンネルに割り当てられる複数のディザーパターンタイル内のピクセルにある値を割り当てる工程を有し、同じ画像記述チャンネル内の、前に割り当てられたピクセル値のロケーションに関連し、更に他の画像記述チャンネル内の、前に割り当てられたピクセル値のロケーションに関連するロケーションに、後に割り当てられたピクセル値が配置されるよう、クロスチャンネルの影響を使って前記割り当て工程を実行することを特徴とする、多数の画像記述チャンネル画像のためのディザーパターンを形成するための方法である。

本発明の第５の技術手段は、第４の技術手段において、ロケーションからの分散を含むことを特徴としたものである。

本発明の第６の技術手段は、第４の技術手段において、ロケーションへの前記関連は、空間／時間関数とクロスカラーチャンネル関数とを含む組み合わされた反発関数を使用した、ロケーションからの分散を含むことを特徴としたものである。

本発明の第７の技術手段は、第４の技術手段において、１つのカラーチャンネルにおけるピクセル値が別のチャンネルにおけるピクセル値とは異なって分散するよう、前に指定されたピクセルのロケーションに対する前記関係がチャンネル固有となっていることを特徴としたものである。

本発明の第８の技術手段は、第４の技術手段において、指定されているピクセルのチャンネルとは別のカラーチャンネルにおけるピクセル値は、同じチャンネルにおけるピクセル値とは異なって分散するよう、前に指定されたピクセルのロケーションに対する前記関係がチャンネル固有となっていることを特徴としたものである。

本発明の第９の技術手段は、第４の技術手段において、前記画像記述チャンネルは、カラーチャンネルであることを特徴としたものである。

本発明の第１０の技術手段は、第４の技術手段において、前記画像記述チャンネルは赤色、緑色および青色の各々に対し、３つのチャンネルを含むことを特徴としたものである。

本発明の第１１の技術手段は、第４の技術手段において、最初のチャンネルが指定された後にピクセルロケーションを割り当てるのに使用中のクロスチャンネルの影響と共に、一度に１チャンネルずつ前記チャンネルをあるシーケンスで割り当てることを特徴としたものである。

本発明の第１２の技術手段は、第４の技術手段において、各チャンネルのためのクロスチャンネル分散の影響と並列に、前記チャンネルにおけるピクセル値を割り当てることを特徴としたものである。

本発明の第１３の技術手段は、ａ）複数の時間フレームセットを含むディザーパターンタイルの空間−時間アレイを確立する工程を有し、前記フレームセットの各々が複数のカラーチャンネルの各々のための複数のパターンタイルを含み、
ｂ）前記ディザーパターンタイル内のピクセル値を指定する工程を更に有し、後に指定されるピクセル値が同じディザーパターンタイル内の前に指定されたピクセル値、他のカラーチャンネル内のディザーパターンタイル内の前に指定されたピクセル値、および他の時間フレーム内のディザーパターンタイル内の前に指定されたピクセル値から空間的に分散していることを特徴とするディザーパターンの空間−時間アレイを形成するための方法である。

本発明の第１４の技術手段は、第１３の技術手段において、他の時間フレーム内のピクセル値からの前記分散値が重み付けされ、ピクセル値から時間的により遠い時間フレームが、より近い時間フレームよりも小さい分散値を有することを特徴としたものである。

本発明の第１５の技術手段は、第１３の技術手段において、他のカラーチャンネル内のピクセル値からの前記分散値が重み付けされ、他のカラーチャンネルがあるピクセル値が指定されたカラーチャンネルよりも低い分散値を有することを特徴としたものである。

本発明の第１６の技術手段は、第１３の技術手段において、最終時間フレームで指定されたピクセル値が最初に指定されたフレームに時間的に隣接すると見なし、前記最初に指定されたフレーム内の前記ピクセル値が前記最終フレーム内で指定されたピクセルに対する分散効果を有することを特徴としたものである。

本発明の第１７の技術手段は、ディザーパターンの空間−時間アレイを形成するための方法において、
ａ）複数のカラーチャンネルの各々のためのディザーパターンタイル含む最初の時間フレームセットを確立する工程と、
ｂ）その後のピクセル値を指定するための最初のピクセル値レベルを選択する工程と、
ｃ）クロスカラーチャンネル影響を計算する工程と、
ｄ）空間／時間反発関数を構築する工程と、
ｅ）ピクセル量を確立する工程と、
ｆ）ピクセル値を指定するためのカラーチャンネルを選択する工程と、
ｇ）組み合わされたクロスカラーチャンネル関数および空間／時間反発関数を形成する工程と、
ｈ）前記組み合わされた関数の端の値のロケーションを見つける工程と、
ｉ）前記ロケーションにおける前記第１ピクセル値レベルに対応するピクセル値を指定する工程と、
ｊ）前記新しく指定されたピクセル値が存在することを考慮するよう、前記組み合わされた関数を更新する工程と、
ｋ）新しいカラーチャンネルを選択する工程と、
ｌ）すべてのカラーチャンネルにおいてピクセル値が指定されるまで、前記工程ｈ〜ｋを繰り返す工程と、
ｍ）ピクセルカウンター値をインクリメントする工程と、
ｎ）前記ピクセルカウンター値が前記ピクセル量に等しくなるまで、前記工程ｈ〜ｍを繰り返す工程と、
ｏ）新しいピクセル値のレベルを選択する工程と、
ｐ）すべてのレベルが指定されるまで、前記工程ｃ〜ｏを繰り返す工程と、
ｑ）次の時間フレームまで進む工程と、
ｒ）すべての時間フレームが指定されるまで、前記工程ｂ〜ｑを繰り返す工程と、
ｓ）前記後の時間フレームセットの前記第２ディザーパターンタイル内の第２ポイントに第２ピクセル値を指定する工程であって、前記第２ポイントは前記後の時間フレームセットの少なくとも１つのピクセル値、前の時間フレームセット内の少なくとも１つのピクセル値から分散したロケーションに位置する工程と、
ｔ）前記第２ディザーパターン内のすべてのピクセル値が指定されるまで前記工程ｏを繰り返す工程と、
ｕ）前記後の時間フレームセット内のすべてのディザーパターンタイル内のすべてのピクセルが指定されるまで、前記工程ｎ、ｏおよびｐを繰り返す工程と、
ｖ）複数のフレームセットに対し、前記工程ｊ〜ｑを繰り返す工程を有することを特徴とするディザーパターンの空間−時間アレイを形成するための方法である。

本発明の第１８の技術手段は、ａ）複数の時間フレームセットを含むディザーパターンタイルの空間−時間アレイであって、前記フレームセットの各々が複数のカラーチャンネルの各々のための複数のパターンタイルを含む前記空間−時間アレイと、
ｂ）前記ディザーパターンタイル内のピクセル値を指定するための指定子であって、後に指定されたピクセル値が同じディザーパターンタイルおよび他のカラーチャンネル内のディザーパターンタイル内の前に指定されたピクセル値から空間的に分散している前記指定子と、を有することを特徴とするディザーパターンの空間−時間アレイを形成するためのシステムである。

本発明の第１９の技術手段は、ａ）複数の時間フレームセットを含むディザーパターンタイルの空間−時間アレイを確立する工程であって、前記フレームセットの各々は複数のカラーチャンネルの各々のための複数のパターンタイルを含む工程と、
ｂ）前記ディザーパターンタイル内のピクセル値を指定する工程であって、後に指定されたピクセル値が同じディザーパターンタイルおよび他のカラーチャンネル内のディザーパターンタイル内の前に指定されたピクセル値から空間的に分散している工程と、を有することを特徴とするディザーパターンの空間−時間アレイを形成するための１組の実行可能な命令である。

本発明のシステムおよび方法の実施形態は、ディザー構造の形成および／または応用を含む。これらディザー構造は静止画像およびビデオ画像におけるコンチュアリングおよびその他のアーティファクトの視認性を低減するのに使用できる。

以下の図は、本発明の代表的な実施例しか示していないので、発明の範囲を限定するものと見なしてはならず、以下、添付図面を使用することにより、発明を更に特定し、詳細にしながら、本発明について説明する。

本発明の実施例はディスプレイを組み合わせて使用してもよいし、また一部の実施例では視覚系の特性を最適化する際にそれら特性を利用するディスプレイアルゴリズムで使用してもよい。本発明の一部の実施例は、グレイレベルが少なすぎるディスプレイにおけるコンチュアリングアーティファクトを防止しようとする方法を含むことができる。これらディスプレイのいくつかはデジタル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を含む。これらディスプレイはビデオＲＡＭ（ＶＲＡＭ）が限られているグラフィックコントローラカードと共に使用することもできる。これらビット深度の制限はＬＣＤディスプレイ自身でも生じ得るし、または内部ハードウェアドライバでも生じる。

本発明の一部の実施例は空間領域および時間領域においてハイパス特性を呈する、相関化防止空間−時間ディザーパターンを備えるシステムおよび方法を含む。これらパターンを形成するための方法は、多数の画像特性チャンネルおよび時間的領域のための一連のディザータイルを発生させることを含む。

図４に示されるような非制限的実施例では、３つのＲＧＢカラーチャンネルの各々に対し、異なるディザーパターンタイル５０、５２および５４を発生でき、一連の時間フレーム５８、６０、６２および６４に対して３つのタイルのこのセット５８を発生できる。この例では、タイルの多次元アレイが発生する。別の実施例では、変化する数のクロミナンスおよび輝度チャンネルを使用し、時間領域内の連続フレーム内でも可変パターンを使用できる。

図５に示されるような本発明の実施例では、相関化防止方法または分散方法にしたがって各ピクセル値を連続的に指定または割り当てることにより、１回に１つの要素ごとにディザーパターンタイルの１セットを発生する。この方法をメリット関数と称すことができる。このメリット関数を使用することにより、ディザーパターンタイル内でピクセル値を発生できる。発生されたパターンがハイパス特性となることを保証するために、各ピクセルを配置するように分散に関連するメリット関数を使用する。

この方法の例では、フレーム１の赤色チャンネルタイル７８に第１ピクセル８０が置かれる。このピクセルは第１ピクセルであるので、分散メリット関数はピクセル値を本質的にどのロケーションでも配置できる。この分散メリット関数は同じカラーチャンネル内、またはカラーチャンネルの組み合わせにおける値に関連し得る。

最初のピクセルを一旦配置すると、分散メリット関数に従って別のピクセルを配置できる。最初のピクセル８０から分散する態様でこれらその後のピクセルを置く。一般的に、発生中の実際のディザーパターン７８内のピクセル値は、他のチャンネル内のピクセル値よりも大きい重みを有する。しかしながら、これら重み要素は、特定のアプリケーションでは、異なっていてもよい。各ディザーパターンタイル（すなわち、７８）を、別々に完成してもよいし、１つのフレームを構成する１セットのタイルを同時に発生してもよい。例えば、赤色チャンネルタイル７８にピクセルを置き、次に同じフレームのうちの緑色チャンネルタイル８２にピクセルを置き、次に同じフレームのうちの青色チャンネルタイル８４にピクセルを置いてもよい。これとは異なり、同じフレームの別の色のチャンネルタイルにピクセルを置く前に単一カラーチャンネルタイルを完成してもよい。

このように、前のフレーム内ですでに確立されたパターンおよび現在発生中のフレームに基づき各フレームのディザーパターンタイルを発生する。プロセスがフレームからフレームに進むにつれ、前のフレームの重み付けが変わってもよい。例えば、最も近い前のフレーム内のピクセル値に与えられる重みを前の次に最も近いフレームに与えられる重みよりも大きくしてもよい。

一般的に、メモリの制約に起因し、ディザーパターンフレームの数は、ビデオクリップ内のフレームの数よりかなり少ないので、シーケンス内で一連のパターンフレームを再使用する。このサイクルによって、シーケンス８６の最初のフレームが最終フレーム９０の直後に続くようになる。従って、これらフレームに相関性がない場合、視認できるアーティファクトが生じる。これを防止するには最初のフレーム（単数または複数）だけでなく、前のフレーム（単数または複数）を基準にシーケンス内の最終フレームを発生する。これによって多数のサイクルにわたってパターンが連続的にハイパス特性となることを保証するのを助けることができる。

本発明の一実施例では、ＲＧＢアプリケーションに対し、各カラーチャンネルごとに３２×３２の空間ディザーパターンタイルを発生する。このパターンは３２個の時間フレームに対して形成されるので、３２×３２×３２×３のアレイが生じる。このサイズは一部の実施例の全体の関数におけるファクターではなく、多数の異なる次元を使用してもよい。ハイパス関係となるようにピクセル値を分散させるのにメリット関数を使用する。このハイパス関係はディザーパターンタイル内では空間的に、カラーチャンネルタイルを横断する場合にはスペクトル状に、かつ連続するフレームを横断する場合には時間的に生じ得る。これらすべての関係を得るには、パターンピクセル値のロケーションはタイルパターン内の他のピクセル値、フレーム内の他のカラーチャンネルタイルおよび隣接するフレーム内のピクセル値からのフィードバックを有していなければならない。人の視覚が最高の感度を有する場合、カラーチャンネルを横断するような分散または相関化防止は、輝度の変動を低減することに役立つ。

図６は、本発明の一部の実施例で得られる相互ハイパス時間および空間関係を示すグラフである。図６に示されるようなパターンに類似するハイパスパターンを得るには、種々のフィードバック関数およびパラメータを使用することができる。

ディザーパターンタイルのセットを定めるにはいくつかのパラメータを定義しなければならない。各タイルの空間サイズ（すなわちＭｘＮ）、フレームの数、Ｌおよびカラーチャンネルの数を指定しなければならない。各パラメータはバランスの必要な妥協点を有する。しかしながら、本発明の実施例により、最終画像の知覚上の劣化を生じることなく、少ないリソースの集中パラメータを使用することが可能となっている。ディザーパターンのセット内のレベルの数も決定しなければならない。１つのレベルは、輝度値、例えばモノクロ画像におけるグレイスケールの値、特定の輝度チャンネルを持つ画像フォーマット（すなわちＬＡＢ、ＬＵＶ）における輝度チャンネルに対する値、および１つのピクセルの視覚的な認識に関連するその他のパラメータに対応し得る。この数は特定のアプリケーションのファクターに従って大幅に変わり得る。一部の実施例では、入力ビット数および出力ビット数を基準にレベルの数を決定できる。これら実施例では、２を出力ビット数と入力ビット数の差で累乗することによってレベルの数を決定できる。方程式で表すと、この式は次のようになる。

例えば６ビットをディスプレイし、１０ビットのデータを有する入力信号を受信する能力を有するＬＣＤディスプレイに対しては、レベル数はｎ＝２^{（１０−６）}＝２^４＝１６となる。

ディスプレイが線形であるとき、ディザー値はレベルの間で均一に分散できる。しかしながら、多くのケースではディスプレイは線形ではないので、レベルは非線形状に分布し得る。出力ビットの数が４よりも多いとき、非線形効果は小さいので、均一分布は大きな非線形誤差を生じさせない。従って、ピクセル数は一般にレベル間で均一に分散し得る。しかしながら、出力ビット数が少なくなり、非線形性が大きい（すなわちガンマ＞２）場合、この非線形ガンマ効果を補償するためにスレッショルドレンジの下方部分により大きいスレッショルド値を分布させなければならない。

空間／時間反発関数（Spatial/Temporal repellent function）
本発明の一部の実施例は、空間／時間メリット関数を含む。この関数は所定の距離から見たときに輝度およびクロミナンスの双方の変動が最小となるように、空間／時間ディザー空間にディザー値を均一に分散するように働く。これら実施例の一部では、３Ｄのディザーパターンのうちの３Ｄ空間内に帯電したボールのモデルを使用する。これら方法では、ディザー値を割り当てるプロセスは３Ｄ空間内の対応するロケーションに帯電したボールを置くことと均等である。実際に各ボールは同じ電荷の他のボールをできるだけ遠くに反発させる。新しいボール（ディザー値）は最も少なく占有された空間内で終了する。これら実施例のうちの一部では、反発関数として距離二乗逆関数を使用する。この関数は同じ電荷の荷電粒子間の反発力をモデル化するのに一般に使用されている関数と同じである。この距離は１インチ当たりのピクセル内のディスプレイの空間解像度（ＰＰＩ）および時間フレームレート（ｆｐｓ）によって正規化できる。一部の実施例では、次の式で示されるようなたたみ込み核で反発関数を実現できる。

ここで、ｘおよびｙは空間座標であり、ｔは時間座標である。０による割り算を防止するために、定数０.３５を使用できる。この定数はクロスカラーチャンネルの影響を調節するのにも使用できる。この定数に対し、他の値を使用することもできる。これら実施例では、定数がより小さくなれば、クロスカラーチャンネル反発関数の影響に起因し、このロケーションに別のカラーディザー値が割り当てられる可能性が少なくなる。シグマ（σ_ｓ）はディスプレイ解像度（ＰＰＩ）および観察距離の関数である反発関数の空間的な広がりを定め、シグマ（σ_ｔ）は時間フレームレートの関数とすることができる反発関数の時間的な広がりを定めている。

本発明の一部の実施例では、ディザーパターンのパワースペクトルが人の眼の均等なノイズのパワースペクトルよりも低くなるようにこれらパラメータを調節できる。一実施例では、１００ｄｐｉおよび６０Ｈｚのフレームレートを有するディスプレイに対し、σ_ｓ＝２.５およびσ_ｔ＝１.２を使用する。
空間／時間反発関数を次の式で方程式として表記できる。

ここで、その位置に既にディザー値が割り当てられている場合、ｉｍｇ（ｘ、ｙ、ｔ、ｃｏｌｏｒ）＝１である。速度を改善するには次のように３Ｄ空間におけるシフトされた核の加算としてたたみ込み演算を実施できる。

ここで、ｘ_０、ｙ_０およびｔ_０は新しいディザー値の位置のロケーションである。新しいディザー値が割り当てられるたびに、反発関数を更新できる。ディザーパターンのサイズが限られていることに起因し、シフト演算によって核がディザーパターンのサイズを越えるよう拡張され得る。この場合、核がディザーパターンを超えるときに、次のように核をディザーパターンのまわりに包むことができる。

ここで、ｚはｘ、ｙまたはｔでよく、Ｎはｚ次元におけるパターンのサイズである。図７は本発明の一部の実施例の代表的な反発関数を示す。既に割り当てられているディザー値の位置にピークが存在する。

クロスカラーチャンネルの反発関数
人の視覚の輝度感度はクロミナンス感度よりも高いので、輝度変動を最小にするように３つのカラーディザーパターンを最適化することが重要である。非制限的例として所定のグレイ値に対し、赤色ディザー値がある位置に割り当てられている場合、緑色ディザー値も赤色ディザー値によって反発されるはずである。次の一セットの重み付けされた反発関数を使ってクロスチャンネル反発関数を実施できる。

ここで、Ｃ_ｉｉはクロスカラーチャンネル反発関数の重みであり、アポストロフィ（’）はすべてのカラーチャンネルからの組み合わされた反発関数を表示するのに使用されている。輝度への寄与分は３つのカラーチャンネルごとに異なり、緑色の寄与分が最大であり、青色の寄与分が最小であるので、Ｃ_ｇｇがＣ_ｂｂよりも大きくなるように重みを最適化することができる。本発明者たちは一部の実施例において、この効果を最小にすべきであることを発見したので、これら実施例では２つの重みしか使用しない。すなわち対角外重みＣ１および対角重みＣ２しか使用していない。
このクロスチャンネル重み付け関数をレベルに依存するようにもできる。一部の実施例では、この重み付け関数を次のように記載できる。

中間レベルではＣ１が最小であるので、クロスチャンネル効果は極めて小さいが、低いレベルおよび高いレベルの双方ではクロスチャンネル重み付け関数はより大きくなる。

ディザー値の割り当て
一部の実施例では、あるカラーに対する次のディザー値の位置を決定するのに、組み合わされた反発関数（Ｒ’）を使用する。これによって反発関数の最小値の位置（Ｉ、ｊ）が判る。すなわち最も少ない占有空間が判り、ディザー値をレベル−１に設定する。

最小値が生じる位置が２つ以上である場合、アルゴリズムは多数の位置から１つの位置をランダムにピックアップできる。一旦ディザー値が割り当てられると、新しいピクセル値を考慮して反発関数を更新できる。すべてのカラー、ピクセル、レベルおよびフレームに対してこのプロセスが繰り返されるので、ディザーパターン内のどの要素も割り当てられる。

図８を参照し、本発明の一部の実施例について説明できる。図８はこれら方法１００のステップをフローチャートで示している。これら実施例ではタイルセットの特徴および次元を定めるのにディザーパターンのパラメータを指定する（１０２）。これら方法のステップの順序は多くの方法で定めることができるが、図８に示された実施例では、次のフレームに進む前に各ディザーパターンのフレームを指定する（１０４）。１つのフレームを一旦初期化すると、これら方法はディザーパターンフレームの各レベルの指定に進む（１０６）。

各レベルに対し、クロスカラーチャンネル影響を評価する（１０８）。この影響はレベルに従って変化し得るので、この影響はレベル判断ループ１０６内で一般に計算されるが、レベルに依存しない実施例では別の順序で計算してもよい。このクロスカラーチャンネルの影響はレベルパラメータの代わりに、またはレベルパラメータに加えて別のパラメータに従属してもよい。

次に空間および時間分散、すなわち反発関数（ｒｅｐｕｌｓｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎ）を構築し（１１０）、最初のピクセルを選択し、ピクセルカウンターをインクリメントし（１１２）、カラーチャンネルタイルを選択する（１１４）。

クロスカラーチャンネル関数の効果と空間／時間反発関数の効果とを組み合わせ（１１６）、最大値および最小値を決定できる複合関数を形成することができる。次に、この組み合わされた関数の最大値または最小値を見つけ（１１８）、最適または好ましいピクセルロケーションを決定する。多数の最小値または最大値が見つかった場合、ランダムに、またはその他のプロセスにより１つの値を選択することができる。一旦このロケーションが決定されると、そのときのレベルに従ってピクセル値を割り当てる。

次に、新しく指定されたピクセル値の存在を示すように、組み合わされた反発関数を改定する（１２０）。次にプロセスはフレーム内の次のカラータイル１２２にジャンプし、ステップ１１２から１２０で説明したように、そのタイルに対するピクセル値の指定に進む。すべてのカラータイルが指定されたピクセルを一旦有すると、ピクセルカウンタをインクリメントし（１２４）、ステップ１１２〜１２２で説明したように、各カラータイルに対して別のピクセル値を指定する。特定のレベルに対して割り当てられたすべてのピクセルが指定されると、プロセスは次のレベルにジャンプし（１２６）、そのレベルに対するピクセル値を指定する。このプロセスは各カラータイルの各レベルに対するすべてのピクセルが指定されるまで続く。次にプロセスはディザーパターンアレイの次のフレームに進み（１２８）、すべてのフレームが指定されるまでこのプロセスを繰り返す。すべてのフレームが一旦指定されると、プロセスは終了し（１３０）、画像にディザーパターンアレイを適用することができる。

ディザーパターンの解析
本発明の一実施例で形成されたディザーパターンをフーリエ解析により解析した。図６にはディザーパターンの空間／時間パワースペクトルが示されている。このディザーパターンはターゲットスペクトルに空間的かつ時間的に類似するハイパス特性を有する。

図６に示されていない別の実施例では、ディザーパターンのピクセル値を別の順序で指定してもよいことに留意すべきである。非制限的実施例として、カラーチャンネル選択ループ１１４内にピクセルインクリメントループ１１２が存在し、次のカラーチャンネルに進む前にあるカラーチャンネルの１つのレベルに対するすべてのピクセル値を指定してもよい。当業者であれば、本明細書に記載した情報に基づき、これらプロセスの他の多くの変形例を実施することも可能であろう。

本発明の一部の実施例は、見ることのできるアーティファクトが生じる可能性を更に低減するために、図９に示されるようなタイルステップ方法を使用することもできる。これら実施例では、ディザーパターンタイル１５０の空間−時間アレイを使用してもよい。これらディザーパターンタイル１５０は一般にメモリサイズを小さくするために、これらタイルを適用する画像よりも小さい。これらより小さいタイルでタイルパターン内の画像をカバーすることができ、タイルパターンは同じタイルを繰り返して使用する。一部のアプリケーションでは、図３に示されるように画像を横断するように同じタイルを繰り返し使用する。しかしながら、この方法の結果、繰り返しパターンによって生じる、見ることのできるアーティファクトが生じ得る。この問題は、多数の連続するフレームからのタイルを使用することによって小さくするか、または解消することができる。この方法は、空間的および時間的次元内で使用できる。図９に示されるように、最初のタイルフレーム１６０からスタートし、画像１５２を横断するように空間的にタイルをインクリメントし、次に各連続タイルフレーム１６１、１６２および１６４を使って、画像１５２を横断するタイルパターンを満たす。この連続タイルフレームのパターンは時間的方向にも同じように使用できる。次の連続する画像フレーム１５４では、任意の所定のタイルロケーションにおける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１５２内の左頂部位置で最初のタイルフレーム１６０を使用すると、次の画像フレーム１５４内のそのロケーションで次に続くタイルフレーム１６１を使用する。同じように、第１のフレーム１５２内の第２タイル位置を第２タイルフレーム１６１によって占め、第２画像フレーム１５４内のその位置を第３タイルフレーム１６２で占める。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。

本発明の別の実施例では、特定フレーム内のタイルパターンは行を横断するシーケンシャルな空間的順序を超えるよう変わってもよい。一部の実施例では、タイルは１つのフレームを横断するようにランダムな空間的順序で分散できる。最初のフレームにおいてこのランダムな空間パターンが一旦確立されると、最初のフレーム内のタイルの位置に対応するタイルがディザータイル構造において確立された時間的順序の次のシーケンシャルなタイルとなるように、次の時間フレームおよびその後のフレームは時間的なシーケンシャルな順序に従う。図１０にはこれら実施例が示されており、これら実施例ではシーケンシャルな時間的順序で示されたフレーム０〜３（１７２〜１７８）でディザータイルセット１７０が確立される。タイルセット１７０は一般に他の多数のフレームを含むが、図示されている量は説明を簡潔にするために４に制限されている。最初の画像フレーム１８０では、セット内のタイル１７２〜１７８およびその他のタイルはフレーム１８０を横断するようにランダムに分散されている。次の画像フレーム、ｐ＋１（１８２）では、特定のロケーションで使用されるタイルは前のフレームにおけるそのロケーションで使用されたタイルからの時間的順序における次のタイルとなっている。例えばフレーム「ｐ」の１８０内の左頂部タイルロケーション１８４では、ディザータイル６がランダムに置かれるように使用される。フレーム「ｐ＋１」の１８２内のそのロケーション１９４にあるタイルに対し、ディザータイル構造１７０、フレーム７内で確立された時間的順序での次のタイルが使用される。同じようにフレーム「ｐ」の１８０の最初の行１８６内の第２のタイルに対してはタイル２を使用し、フレーム「ｐ＋１」の１８２内のそのロケーション１９６に対しては次のタイル、すなわちタイル３を使用する。当然ながら、他の非ランダムパターンおよび疑似ランダムパターンを同じように使用してもよい。

これまでの明細書の説明で使用した用語および表現は本発明を説明する用語として使用されており、発明を制限する用語として使用されてはいない。かかる用語および表現を使用するにあたり、本明細書に示し、記載した特徴またはその一部の均等物を排除する意図はなく、本発明の範囲は特許請求の範囲のみによって限定されるものと理解すべきである。

画像ディスプレイシステムを示す図である。別の画像ディスプレイシステムを示す図である。三次元ディザー構造を示す図である。多数の画像特性チャンネルと共に、多次元ディザー構造を示す図である。多数の画像特性チャンネルと共に、多次元ディザー構造を示す図である。一般的なハイパス空間パワースペクトルおよびハイパス時間パワースペクトルを示す図である。本発明の一部の実施例で使用される反発関数を示す図である。本発明の一部の実施例で使用されるディザー構造を形成するステップを示すフローチャートである。特定のシーケンスでディザーパターンタイルが配置されたディザーパターンタイルセットの使用を示す図である。タイルがランダムな空間パターンに置かれるが、時間的次元ではシーケンシャルに使用されるディザーパターンタイルセットの別の使用を示す図である。

符号の説明

２…コントーン画像、２０…量子化器、２２…ディスプレイシステム、２６…ディスプレイ、７６…疑似ランダムノイズ、５０，５２，５４…ディザーパターンタイル、５８、６０、６２、６４…時間フレーム、７８…赤色チャンネルタイル、８２…緑色チャンネルタイル、８４…青色チャンネルタイル。

Claims

ａ）前に配置したピクセル値から分散した位置に後のピクセル値が配置されるように、パターン内のピクセルにある値を割り当てる工程を含み、前記前に配置したピクセル値は他のカラーチャンネルおよび他の時間フレーム内に位置することを特徴とするディザーパターンアレイを形成するための方法。
前記他のカラーチャンネルにおけるピクセル値からの前記分散値に対し、前記他の時間フレーム内の前記ピクセル値からの分散値とは異なる重み付けを行うことを特徴とする請求項１記載の方法。
第１のカラーチャンネル内のピクセル値からの分散値に対し、第２カラーチャンネル内のピクセル値からの分散値と異なる重み付けを行うように、他のカラーチャンネル内のピクセル値からの前記分散値に対する重み付けを行うことを特徴とする請求項１記載の方法。
各々が画像記述チャンネルに割り当てられる複数のディザーパターンタイル内のピクセルにある値を割り当てる工程を有し、同じ画像記述チャンネル内の、前に割り当てられたピクセル値のロケーションに関連し、更に他の画像記述チャンネル内の、前に割り当てられたピクセル値のロケーションに関連するロケーションに、後に割り当てられたピクセル値が配置されるよう、クロスチャンネルの影響を使って前記割り当て工程を実行することを特徴とする多数の画像記述チャンネル画像のためのディザーパターンを形成するための方法。
ロケーションへの前記関連は、ロケーションからの分散を含むことを特徴とする請求項４記載の方法。
ロケーションへの前記関連は、空間／時間関数とクロスカラーチャンネル関数とを含む組み合わされた反発関数を使用した、ロケーションからの分散を含むことを特徴とする請求項４記載の方法。
１つのカラーチャンネルにおけるピクセル値が別のチャンネルにおけるピクセル値とは異なって分散するよう、前に指定されたピクセルのロケーションに対する前記関係がチャンネル固有となっていることを特徴とする請求項４記載の方法。
指定されているピクセルのチャンネルとは別のカラーチャンネルにおけるピクセル値は、同じチャンネルにおけるピクセル値とは異なって分散するよう、前に指定されたピクセルのロケーションに対する前記関係がチャンネル固有となっていることを特徴とする請求項４記載の方法。
前記画像記述チャンネルは、カラーチャンネルであることを特徴とする請求項４記載の方法。
前記画像記述チャンネルは赤色、緑色および青色の各々に対し、３つのチャンネルを含むことを特徴とする請求項４記載の方法。
最初のチャンネルが指定された後にピクセルロケーションを割り当てるのに使用中のクロスチャンネルの影響と共に、一度に１チャンネルずつ前記チャンネルをあるシーケンスで割り当てることを特徴とする請求項４記載の方法。
各チャンネルのためのクロスチャンネル分散の影響と並列に、前記チャンネルにおけるピクセル値を割り当てることを特徴とする請求項４記載の方法。
ａ）複数の時間フレームセットを含むディザーパターンタイルの空間−時間アレイを確立する工程を有し、前記フレームセットの各々が複数のカラーチャンネルの各々のための複数のパターンタイルを含み、
ｂ）前記ディザーパターンタイル内のピクセル値を指定する工程を更に有し、後に指定されるピクセル値が同じディザーパターンタイル内の前に指定されたピクセル値、他のカラーチャンネル内のディザーパターンタイル内の前に指定されたピクセル値、および他の時間フレーム内のディザーパターンタイル内の前に指定されたピクセル値から空間的に分散していることを特徴とするディザーパターンの空間−時間アレイを形成するための方法。
他の時間フレーム内のピクセル値からの前記分散値が重み付けされ、ピクセル値から時間的により遠い時間フレームが、より近い時間フレームよりも小さい分散値を有することを特徴とする請求項１３記載の方法。
他のカラーチャンネル内のピクセル値からの前記分散値が重み付けされ、他のカラーチャンネルがあるピクセル値が指定されたカラーチャンネルよりも低い分散値を有することを特徴とする請求項１３記載の方法。
最終時間フレームで指定されたピクセル値が最初に指定されたフレームに時間的に隣接すると見なし、前記最初に指定されたフレーム内の前記ピクセル値が前記最終フレーム内で指定されたピクセルに対する分散効果を有することを特徴とする請求項１３記載の方法。
ディザーパターンの空間−時間アレイを形成するための方法において、
ａ）複数のカラーチャンネルの各々のためのディザーパターンタイル含む最初の時間フレームセットを確立する工程と、
ｂ）その後のピクセル値を指定するための最初のピクセル値レベルを選択する工程と、
ｃ）クロスカラーチャンネル影響を計算する工程と、
ｄ）空間／時間反発関数を構築する工程と、
ｅ）ピクセル量を確立する工程と、
ｆ）ピクセル値を指定するためのカラーチャンネルを選択する工程と、
ｇ）組み合わされたクロスカラーチャンネル関数および空間／時間反発関数を形成する工程と、
ｈ）前記組み合わされた関数の端の値のロケーションを見つける工程と、
ｉ）前記ロケーションにおける前記第１ピクセル値レベルに対応するピクセル値を指定する工程と、
ｊ）前記新しく指定されたピクセル値が存在することを考慮するよう、前記組み合わされた関数を更新する工程と、
ｋ）新しいカラーチャンネルを選択する工程と、
ｌ）すべてのカラーチャンネルにおいてピクセル値が指定されるまで、前記工程ｈ〜ｋを繰り返す工程と、
ｍ）ピクセルカウンター値をインクリメントする工程と、
ｎ）前記ピクセルカウンター値が前記ピクセル量に等しくなるまで、前記工程ｈ〜ｍを繰り返す工程と、
ｏ）新しいピクセル値のレベルを選択する工程と、
ｐ）すべてのレベルが指定されるまで、前記工程ｃ〜ｏを繰り返す工程と、
ｑ）次の時間フレームまで進む工程と、
ｒ）すべての時間フレームが指定されるまで、前記工程ｂ〜ｑを繰り返す工程と、
ｓ）前記後の時間フレームセットの前記第２ディザーパターンタイル内の第２ポイントに第２ピクセル値を指定する工程であって、前記第２ポイントは前記後の時間フレームセットの少なくとも１つのピクセル値、前の時間フレームセット内の少なくとも１つのピクセル値から分散したロケーションに位置する工程と、
ｔ）前記第２ディザーパターン内のすべてのピクセル値が指定されるまで前記工程ｏを繰り返す工程と、
ｕ）前記後の時間フレームセット内のすべてのディザーパターンタイル内のすべてのピクセルが指定されるまで、前記工程ｎ、ｏおよびｐを繰り返す工程と、
ｖ）複数のフレームセットに対し、前記工程ｊ〜ｑを繰り返す工程と、を有することを特徴とするディザーパターンの空間−時間アレイを形成するための方法。
ａ）複数の時間フレームセットを含むディザーパターンタイルの空間−時間アレイであって、前記フレームセットの各々が複数のカラーチャンネルの各々のための複数のパターンタイルを含む前記空間−時間アレイと、
ｂ）前記ディザーパターンタイル内のピクセル値を指定するための指定子であって、後に指定されたピクセル値が同じディザーパターンタイルおよび他のカラーチャンネル内のディザーパターンタイル内の前に指定されたピクセル値から空間的に分散している前記指定子と、を有することを特徴とするディザーパターンの空間−時間アレイを形成するためのシステム。
ａ）複数の時間フレームセットを含むディザーパターンタイルの空間−時間アレイを確立する工程であって、前記フレームセットの各々は複数のカラーチャンネルの各々のための複数のパターンタイルを含む工程と、
ｂ）前記ディザーパターンタイル内のピクセル値を指定する工程であって、後に指定されたピクセル値が同じディザーパターンタイルおよび他のカラーチャンネル内のディザーパターンタイル内の前に指定されたピクセル値から空間的に分散している工程と、を有することを特徴とするディザーパターンの空間−時間アレイを形成するための１組の実行可能な命令。