JP2006058879A - 視覚システムのインパルス応答モデルを利用したデジタルディスプレイのビット深度拡張システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画像のビット深度未満のビット深度を有するディスプレイがディスプレイした画像内のコンターアーティファクトを防止すること。
【解決手段】画像のビット深度未満のビット深度を有するディスプレイがディスプレイした画像内のコンターアーティファクトを防止するためのビット深度拡張（ＢＤＥ）技術のために、空間演算に基づいて発生されるディザパターンを使用する。このディザパターンはアクロマティック視覚モデルまたは空間クロマティック視覚モデルに基づくものにできる。このディザパターンはピクセルのアレイに基づく等価的ノイズ視覚モデルにより、疑似ランダムノイズ信号を成形することによって形成される。また、これとは異なり、ピクセルのアレイは画像またはピクセルの所定数のアレイに基づく。
【選択図】図５

Description

本発明は、デジタルディスプレイに関し、より詳細には、画像のビット深度よりも低いビット深度を有するディスプレイによってディスプレイされた画像内のコンター（輪郭）アーティファクトを防止するためのビット深度拡張（ＢＤＥ）技術を提供するためのシステムおよび方法に関する。

連続階調、すなわちコントーンの画像は、一般に、最低でも２４ビットのビット深度を有し、この２４ビットのうちの８ビットがディスプレイ内の赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の各々に割り当てられている。本明細書で使用する「ビット深度」なる用語は、ピクセルあたりのビット数（解像度）を意味する。しかしながら、低コストのディスプレイは利用可能なビデオランダムアクセスメモリ（ＶＲＡＭ）の大きさ、ディスプレイの特性および／または一部の陰極線管（ＣＲＴ）ディスプレイで使用されるデジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）等により、ビット深度に限界を有する。

例えばあるときには代表的なラップトップコンピュータの最大のグレイレベルの解像度は、一般に“何千カラー”のモードとなっており、このモードは１６ビットのビット深度に対応する。この１６ビットのビット深度は、一般に赤色に対する５ビット、緑色に対する６ビットおよび青色に対する５ビットとして割り当てられている。これと対照的に、より多くのＶＲＡＭを有するデスクトップコンピュータまたはラップトップコンピュータは、赤色、緑色および青色の各々に対し、一般に、８ビットが割り当てられた２４ビットのビット深度を有する。別の例として、その他の低品位のディスプレイデバイスは、１５ビットのビット深度しか有さず、このビット深度はカラーごとに５ビットずつ割り当てられている。

画像のビット深度よりも低いビット深度を有するディスプレイによってディスプレイされた画像の勾配のスムーズな領域ではコンターアーティファクトが発生する。例えば、空の一部を含む２４ビットのビット深度の画像は、この画像が２４ビット未満のビット深度を有するディスプレイでディスプレイされる際に、空の勾配がスムーズな領域内に、目に見えるコンターラインを発生する。このようなコンターアーティファクトを低減するための技術は既に開発されている。特にＬ.Ｇ.ロバート氏は、パルス符号変調（ＰＣＭ）符号化され、送信された画像のコンターを防止する分野において、独創的な活動をいくつか行った。例えば“Picture coding using pseudo-random noise”（非特許文献１）を参照されたい。一般に、ロバートのノイズ変調技術と称されるこのロバート氏の技術は、基本的には振幅量子化を用いたグレイレベル解像度の低減に基づく画像圧縮技術である。７ビットのビット深度を有する画像は、ロバート氏のノイズ変調技術を使って圧縮され、２〜３ビットのビット深度を有する画像となる。

ロバート氏に付与された米国特許第3,244,808号明細書（特許文献１）は、ロバート氏のノイズ変調技術を利用する従来のシステムを開示している。図１は、従来のロバート氏のノイズ変調技術の一般的方法の機能ブロック１００を示している。この図１では、６ビットのビット深度を有するコントーン画像１０１は、疑似ランダムノイズ発生器１０３によって発生された一次元（１−Ｄ）ホワイトノイズシーケンスと加算器１０２内で組み合わされる。疑似ランダムノイズ発生器１０３からのノイズ信号はゼロ平均値を有するので、トーンスケールのシフトを防止し、加算器１０２の出力におけるクリッピングを最小にする。

量子化器１０４により量子化され、パルス符号変調（ＰＣＭ）符号化され、機能ブロック１０５で送信される前に、ラスタスキャン中にコントーン画像１０１にノイズが加えられる。ラスタ動作は加えられたノイズを一次元（１−Ｄ）ホワイトノイズから二次元（２−Ｄ）ホワイトノイズに変換する。受信機１０６が加えられたノイズと共に量子化されたコントーン画像を受信した後に、画像はＰＣＭ復号化される。疑似ランダムノイズの加算によって画質を劣化しないようにするために、画像がディスプレイ１０８でディスプレイされる前に、１０７でノイズが減算される。減算されたノイズが送信されたノイズと同一となり、かつ位相が一致するように、加算されたノイズと減算されたノイズとを同期化しなければならない。

ロバート氏のノイズ変調技術は、ビット深度が限られたディスプレイ画像内に生じるコンターを解消させる傾向があるが、コンターアーティファクトを低減するための技術としては、ほとんど無視された。その理由は、この技術は圧縮技術として開発されており、かつロバート氏が開発した時点ではコンターアーティファクトの解消は経験的に観測されるものであったからである。興味深いことに、ロバート氏のノイズ変調技術に関連した基本的な歪はコンターアーティファクトとして発生し、このコンターアーティファクトはゆっくりと変化する勾配内の偽エッジとして現れることが多い。これ以来、ノイズを加算することによりコンターに沿って要素の配向を変えると、これら要素が人間視覚システム（ＨＶＳ）に対する関連フィールド外となるようにコンターアーティファクトが解消されると理解されるに至った。その他の圧縮技術、例えばデジタルパルス符号変調（ＤＰＣＭ）および離散的コサイン変換（ＤＣＴ）は、主に空間ドメインから周波数ドメインへ圧縮プロセスをシフトすることにより、コンターアーティファクトを生じることなく、かなりの程度の圧縮を可能にしている。

リッペル氏に付与された米国特許第3,739,082号明細書（特許文献２）は別の従来のシステムを開示しており、このシステムでは、ロバート氏の圧縮技術と同じように、コントーン画像に順序が定められたパターンノイズを加算しているが、受信機において、加算されたノイズが除去されない点が異なっている。図２はリッペル氏の米国特許に係わるシステムの機能ブロック２００を示す。図２では、コントーン画像２０１は、ディスプレイデバイス２０４へ送信される前に、２０２にて疑似ランダムノイズ２０３が加算される。ディスプレイデバイス２０４は、ディスプレイ２０６のディスプレイドライバの制限およびコストに基づいて必要とされる量子化器２０５を含む。リッペル氏の方法はロバート氏の方法よりも簡単であるが、受信機においてノイズの減算が省略されているので、全体の結果はそれほど良好ではない。それにもかかわらず、リッペル氏の方法は、ロバート氏のノイズ変調技術の場合のように、圧縮により生じる制限とは異なり、ノイズをハードコピー量子化制限に適用できるようにしている。

ロバート氏の特許文献１およびリッペル氏の特許文献２によって開示された技術は、一般にハーフトーン化技術と称されているディザ技術と区別するために、マイクロディザ技術と一般に称されている。マイクロディザ技術は、振幅ディザまたはディザパターン加算技術に基づくものであり、一方、ハーフトーンディザ技術は空間ディザに基づくものである。マイクロディザ技術は一般に２つのカテゴリ、すなわちノイズを加算する一般的なディザ方法、またはコンターアーティファクトを除去する方法のいずれかに分類できる。（位相ディザと称される第３のタイプのディザは、コンピュータグラフィックの分野で使用され、この場合、画像は基本的には連続的であり、ディスプレイのためにサンプリングしなければならない。コンピュータグラフィックはカメラを必要とせず、関連するセンサの幾何学的制限もないので、画像を空間的に変化するようにサンプリングできる。）

これまでマイクロディザ技術に使用されたノイズは、減少された量子化レベルステージの量子化インターバルの半分に等しい振幅を有する均一な確率密度関数（ＰＤＦ）ホワイトノイズである。“A pseudo-random quantizer for television signals”（非特許文献２）に開示されているように、Ｊ.トンプソン氏外による別の分析から、ＰＤＦホワイトノイズの振幅が導かれた。マイクロディザを見る１つの方法は、ノイズの加算がピクセルごとに量子化インターバルを移動させ、よってコンターを解消するように働くことである。

人間視覚系システム（ＨＶＳ）のローパスフィルタ（ＬＰＦ）特性を活用し、よってハイパス特性を有する疑似ランダムノイズを選択するいくつかの方法がこれまで開発されている。ディスプレイに生じる加算ノイズは主に光学的特性に基づく、ＨＶＳのＬＰＦ特性によって減衰される。例えば、および “Digital halftoning using Blue Noise Mask”（非特許文献４）を参照されたい。ウリックニー氏およびミッツア氏外が選択したノイズは、ＨＶＳの一般的理解に基づくものであり、ハードコピーハーフトーン化用に使用されるディザノイズに類似するものである。ウリックニー氏およびミッツア氏外が使用したスペクトル形状のノイズは、オーディオ分野で使用される「ピンクノイズ」なる用語に対するアナロジーとして「ブルーノイズ」と称されている。このノイズに対する色の用語「ブルー」は、周波数の関数としてのノイズのスペクトル形状に由来するものであり、図３はブルーノイズのスペクトル３００の一例を示す。スペクトル３００は一般に高周波に対応する形状を有し、ピーク周波数ｆ_ｇにピークを有するので、「ブルー」なる用語を有する。ピーク周波数ｆ_ｇは（０から１に正規化された）グレイレベルｇによって決まり、０〜０.７ｃｙ／ｐｉｘｅｌの範囲となっている。
米国特許第3,244,808号明細書 米国特許第3,739,082号明細書 Ｌ.Ｇ. ロバート（L.G. Roberts）、「疑似ランダムノイズを使った画像符号化（Picture coding using pseudo-random noise）」、情報理論に関するＩＲＥトランザクション（IRE Transactions on Information Theory）、1962年2月、p.145―154 Ｊ. トンプソン外（J.Thompson et al.）、「テレビ信号のための疑似ランダム量子化（A pseudo-random quantizer for television signals）」、ＩＥＥＥ議事録（Proceedings of the IEEE）、1967年、第55巻、第3号、p.353―355 Ｒ.ウリックニー（R. Ulichney）、「ブルーノイズによるディザ（Dithering with Blue Noise）」、ＩＥＥＥ議事録（Proceedings of the IEEE）、1988年、第76巻、第1号、p.56―79 Ｔ.ミッツア外（T. Mitsa et al.）、「ブルーノイズマスクを使用したデジタルハーフトーン化（Digital halftoning using Blue Noise Mask）」、ＳＰＩＥ電子イメージングに関する会議にて（In SPIE Electronic Imaging Conference）、1991年、第1452巻、p.45―56

マイクロディザ技術は、圧縮ステージを省略し、ディスプレイの固有のノイズに送信機ステージのノイズを乗せたノイズを基礎とすることによって、ディスプレイまで概念的に拡張できる。従って、ディスプレイに関連するノイズは、既知のものでなければならず、および／またはディスプレイのノイズの固定パターンの成分に基づいて測定できる。デイリー氏に付与された米国特許第6,441,867号明細書は、ディスプレイの固有のノイズを利用し、一般的なノイズ加算ディザ技術として分類できる従来のマイクロディザ技術を開示している。図４は、ディスプレイの固有のノイズを利用するデイリー氏が開示した１つのマイクロディザ技術を示す機能ブロック４００である。図４では、コントーン画像４０１は、固定パターンのディスプレイノイズ４０４に基づくディザパターン４０３と４０２で加算される。疑似ランダムノイズ４０９を成形し、またはフィルタリングし、ディザパターン４０３を作成するのに、固定パターンのディスプレイノイズ４０４が使用される。固定パターンのディスプレイノイズ４０４はディスプレイデバイス４０６のディスプレイ４０５から測定される。量子化器４０７は、圧縮のためには不要であるが、ディスプレイ４０５のディスプレイドライバの制限およびコストに基づき必要とされている。ノイズの符号は、図１と対照的に、反転されることに留意されたい。すなわち（ディスプレイ４０５により）ディスプレイ４０５でノイズが加算され、量子化器４０７の前で減算されるが、このことはノイズがゼロ平均値を有するときは重要ではない。従って、プリ量子化ノイズとポスト量子化ノイズは基本的には（量子化誤差を除けば）打ち消しあい、特に２５６レベルから６４レベル（すなわち８ビットのビット深度から６ビットのビット深度へ）変化するときに、コンターアーティファクトを減少させる。それにもかかわらず、加算されたノイズを減算することができない結果、目に見えるノイズを有する画像となる。

図１、２および４に示された従来のマイクロディザ技術の各々の目標は、ディスプレイされた画像内で加算ノイズを見ることができないようにしながら、できるだけ多くのノイズをコントーン画像に加算することである。図２および４に示される従来の方法では、ノイズはキャンセルされないので、ノイズが見られないようにするために、量子化レベルのサイズの小ささが制限されている。すなわちノイズが見られないようにするために、量子化レベルを十分大きくしなければならない。

図５は、画像のビット深度未満のビット深度を有するディスプレイによってディスプレイされた画像内に生じるコンターアーティファクトを防止するための、デイリー氏の米国特許第6,441,867号明細書によって開示された、別のマイクロディザ技術を示す機能ブロック５００である。デイリー氏のこの特徴によれば、ディスプレイのノイズに基づくディザパターンの代わりに、ＨＶＳの等価的入力ノイズの視覚モデルに基づくディザパターンが使用される。ＨＶＳの周波数応答に基づき、ＨＶＳの等価的入力ノイズが発生される。ＨＶＳの周波数応答は観察者の視覚システム５０７によって測定され、等価的入力ノイズ視覚モデル５０８としてモデル化される。ＣＳＦは２−Ｄにおいて異方性としてモデル化できるので、ノイズも異方性統計値を有する。従って、ノイズをモデル化するのに周波数ドメイン技術が使用される。疑似ランダムノイズ５０９を成形し、フィルタリングし、ディザパターン５０３を作成するために、５１０で等価的入力ノイズ視覚モデル５０８が使用される。コントーン画像５０１はディスプレイデバイス５０４に入力される前に加算器５０２によってディザパターン５０３と組み合わされる。ディスプレイデバイス５０４は量子化器５０５を含むが、この量子化器はディスプレイ５０６のディスプレイドライバの限界およびコストに基づいて必要とされる。

図５に示されたデイリー氏が使用した方法は、ノイズがあたかも入力ノイズであるかのように、電子部品の内部ノイズにその等価的効果を参照させることにより、電子部品の特性に類似したものである。すなわち電子部品の内部ノイズは入力の単位で記述される。視覚ノイズは神経細胞の電荷のミリボルトを単位として存在し得るが、視覚ノイズを一旦入力ノイズと称すれば、このノイズはコントラスト（例えば、ＲＭＳコントラスト）を単位とする。ＨＶＳの等価的入力ノイズは、コントラスト感度関数（ＣＳＦ）と称される、ＨＶＳの周波数応答の逆数としてモデル化されることが多い。

図５はコントーン画像５０１に加算されるディザパターン５０３を示すが、これとは異なり、画像の符号値の非線形ドメインをどのように表示するかに応じて、コントーン画像５０１を乗算するのにディザパターン５０３を使用することもできる。すなわち対数スケールにおける加算は線形スケールにおける乗算と等価である。ガンマ補正されたドメインにおける加算は対数加算または線形加算にほぼ近似される。

図６は、画像のビット深度未満のビット深度を有するディスプレイによってディスプレイされたカラー画像内のコンターアーティファクトを防止するための、デイリー氏の米国特許第6,441,867号明細書が開示したマイクロディザ技術を示す機能ブロック６００である。デイリー氏のこの特徴によれば、観察者の視覚システム６０７からクロマチック等価的ノイズモデル６０８が発生される。このクロマチック等価的ノイズモデル６０８は各カラー画像平面に対する等価的ノイズモデルへ分離するために、視覚的クロマ−ＲＧＢ空間コンバータ６１１により、ＲＧＢ空間に変換される。それぞれの各等価的ノイズモデルは、疑似ランダムノイズ６０９ａ〜６０９ｃを成形し、ディザパターン６０３ａ〜６０３ｃを発生するように、６１０ａ〜６１０ｃで使用される。次に各カラー画像平面に対するディザパターン６０３ａ〜６０３ｃは、それぞれ加算器６０２ａ〜６０２ｃによりコントーン画像６０１ａ〜６０１ｃの対応するカラー平面に加算される。ディスプレイデバイス６０４は、ディスプレイ６０６のディスプレイドライバの限界およびコストに基づいて必要とされる量子化器６０５ａ〜６０５ｃを含む。

コンターアーティファクトを防止するために使用される空間ディザ技術は一般に画像の空間解像度を下げる。従って、必要なことは、計算上簡単であって、画像の空間解像度を低下させない、コンターアーティファクトを解消または減少させるための技術である。

本発明は、計算上簡単であり、画像の空間解像度を低下させない、コンターアーティファクトを解消または低減するための技術を提供するものである。

本発明の利点は、ディザパターン発生器および組み合わせ器を有するシステムによって得られる。このディザパターン発生器は、空間演算に基づき、コントーン画像の各画像平面のためのディザパターンを発生する。本発明の一実施例によれば、ディザパターン発生器はアクロマチック視覚モデルに基づいてディザパターンを発生する。別の実施例によれば、このディザパターンは空間クロマチック視覚モデルに基づくものである。組み合わせ器は、第１のビット深度が第２のビット深度よりも大きくなるように、第２ビットの深度を有するディスプレイによってコントーン画像がディスプレイされるときに、第１のビット深度を有するコントーン画像内のコンターアーティファクトを防止するために、前記ディザパターンと前記コントーン画像とを組み合わせる。ディザパターン発生器はピクセルの所定のアレイに基づくディザパターンを発生する。これとは異なり、前記ピクセルの所定のアレイは画像に基づいてもよいし、またはピクセルの所定数のアレイに基づいてもよい。ディザパターンが空間クロマチック視覚モデルに基づくものであり、等輝度となるようにもなっているときに、ディザパターンは、ピクセルの所定のアレイ内の実質的にすべてのピクセルの振幅がゼロにセットされたピクセルの所定のアレイに基づくコントーン画像の画像平面のためのディザパターンを発生する。３つの画像平面がゼロでない、空間クロマチック視覚モデルに基づき、ディザパターンを発生することもできる。この場合、ディザパターンの振幅およびバンド幅は画像平面にわたって異なる。

ディザパターン発生器はローパスフィルタと補足器とを更に含む。ローパスフィルタは、所定の視覚システムのインパルス応答に基づくピクセルの所定のアレイをローパスフィルタリングし、補足器はローパスフィルタリングされたピクセルの所定のアレイのハイパス相補を発生する。これとは異なり、ローパスフィルタは所定の逆視覚システムのインパルス応答でピクセルの所定のアレイを畳込む。

所定の視覚システムのインパルス応答は、例えば、人間視覚システム（ＨＶＳ）、眼の光学系のポイント拡散関数（ｐｓｆ）、円錐サンプリングアパーチャによる眼の光学系のポイント拡散関数の畳込み、および／または眼の神経のポイント拡散関数に基づくものとすることができる。

本発明の一実施例では、液晶ディスプレイにコントーン画像がディスプレイされる。本発明の別の実施例では、このシステムは液晶ディスプレイの一部となっている。本発明の更に別の実施例では、ピクセルあたりの第１のビット深度は８ビットであり、ピクセルあたりの第２のビット深度は専ら４〜６ビットの間である。本発明の更に別の実施例では、ピクセルあたりの第１のビット深度は少なくとも１０ビットであり、ピクセルあたりの第２のビット深度は８ビットである。

本発明は、空間演算に基づき、コントーン画像の各画像平面のためのディザパターンを発生する、コントーン画像をマイクロディザするための方法も提供するものである。本発明の一実施例によれば、このディザパターン発生ステップはアクロマチック視覚モデルに基づく。別の実施例によれば、ディザパターンは空間クロマチック視覚モデルに基づく。第２のビット深度を有するディザパターンにより、コントーン画像をディスプレイするときに、この第２のビット深度よりも大きい第１のビット深度を有するコントーン画像内のコンターアーティファクトを防止するために、ディザパターンとコントーン画像とが組み合わされる。

ディザパターンを発生することは、ピクセルのランダムアレイ（すなわちノイズ）に基づき、ディザパターンを発生することを含む。これとは異なり、ピクセルの所定のアレイを画像に基づくものとすることができる。ディザパターンが等輝度の空間クロマチック視覚モデルに基づくものであるとき、ディザパターンを発生することは、ピクセルの所定のアレイ内の実質的にすべてのピクセルの振幅をゼロにセットされたピクセルの所定のアレイに基づくコントーン画像の１つの画像平面のためのディザパターンを発生する。これとは異なり、ディザパターンを発生することは、等輝度ではないディザパターンを発生するが、振幅およびバンド幅は画像平面にわたって変化する。

本方法は、所定の視覚システムのインパルス応答に基づくピクセルの所定のアレイをローパスフィルタリングし、ローパスフィルタリングされたピクセルの所定のアレイのハイパス相補を発生することを更に含む。一実施例では、ローパスフィルタリングは、所定の視覚システムのインパルス応答によってピクセルの所定のアレイを畳込む。

所定の視覚システムのインパルス応答は、例えば人間視覚システム、眼の光学系のポイント拡散関数、円錐サンプリングアパーチャによる眼の光学系のポイント拡散関数の畳込み、および／または眼の神経のポイント拡散関数に基づくものとすることができる。

以下、添付図面を参照し、例によって本発明を説明するが、この例は発明を限定するものではない。添付図面において、同様な参照番号は同様な部品を示す。

本発明は、全体に空間演算を使って、すなわち周波数変換技術を使用することなく発生されたディザパターンを使用するビット深度拡張（ＢＤＥ）技術を提供するものである。従って、本発明のＢＤＥ技術は、画像のビット深度未満のビット深度を有するディスプレイによってディスプレイされた画像内にコンターアーティファクトが発生するのを防止するものである。一実施例では、アクロマチック視覚モデルに基づき、ディザパターンを発生し、別の実施例では、空間クロマチック視覚モデルに基づき、ディザパターンを発生する。

本発明は、共にビデオＲＡＭ（ＶＲＡＭ）が限られたグラフィックスコントローラカードのような、デジタルビット深度のボトルネックを有する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）または同様なタイプのディスプレイに使用するためのものである。ＬＣＤディスプレイ自体、またはＬＣＤディスプレイの内部ハードウェアドライバにおいてもビット深度の制限が生じる。従って、本発明は、カラーごとに４〜６ビットのビット深度を有するディスプレイが、カラーごとに少なくとも８ビットのビット深度を有する画像をディスプレイできるようにするものである。これに関し、本発明は、１０ビットまたはそれ以上のビット深度の画像をディスプレイする際に、８ビットのビット深度を有するディスプレイが１０ビットのビット深度の画質を有しているように表示させるものである。

図７は、画像のビット深度未満のビット深度を有するディスプレイによりディスプレイされた画像内のコンターアーティファクトを防止するための、本発明にかかわるシステム７００の一実施例の機能ブロック図を示す。システム７００のトポロジー部分は図５に示されたシステム５００のトポロジー部分に類似する。システム７００の一実施例とシステム５００の一実施例との差は、システム７００ではディザパターンを発生するために必要なステップのすべてが空間演算、すなわち畳込み演算となっていることにある。システム５００では、ディザパターンを発生するためにフーリエ変換の乗算を使用する。システム７００の別の実施例では、ポイント拡散関数（ｐｓｆ）モデルに基づくディザパターンを使用する。

図７では、ディザパターン７０３は、スターティング画像アレイ（ＳＩＡ）７１２と共にスタートすることによって作成される。このＳＩＡ７１２はピクセルの二次元（２−Ｄ）アレイであり、ここではピクセルは一般にホワイトノイズとなっている。別の実施例として、ＳＩＡは、現在存在する画像がプリホワイト化されること、かつＳＩＡに基づいて作成されたディザパターンを実質的に眼が見ることができないことを条件に、現在の画像、例えばテクスチャに基づくことができる。

システムの処理要件に応じ、ＳＩＡ７１２のピクセルの平均値を各ピクセルからオプションで減算でき、および／またはこの結果生じるピクセルの範囲を機能ブロック７１３にてオプションで正規化できる。ブロック７１３は処理のオプション的性質を示すために点線を使って示されている。これとは異なり、アレイのピクセルの平均値をアレイから減算することなく、ＳＩＡ７１２のピクセルを機能ブロック７１３にてオプションで正規化することもできる。

平均値をオプションで減算し、７１３で正規化した後に、二次元（２−Ｄ）の畳込み器７１６にてＨＶＳ（または受容フィールド）のインパルス応答７１５でＳＩＡ７１２を畳込むことによって、７１４でＳＩＡ７１２を成形する。インパルス応答７１５は、キーパラメータＤがビュー距離である下記の式（１）を使って空間単位の度からピクセルへマッピングされる。視覚ドメイン（度）からディスプレイドメイン（ピクセル）への変換は次の式で示される。

ここで、ψは角度の単位での空間的広がりであり、Ｄはディスプレイ単位でのビュー距離であり、ｐｉｘｅｌはディスプレイ単位である。使用されるこのディスプレイ単位は任意の抽象単位、例えばピクセルのほかに、任意の物理単位、例えばインチ、ミリメートルとすることができる。しかしながら、ビュー距離および周波数単位の距離部分に対しては同じ測定単位を使用しなければならない。ビュー距離パラメータＤは周波数軸線に沿ったＣＳＦをスケーリングするように働き、対数を単位として周波数をプロットするときに、ＣＳＦはシフトとして現れる。空間ドメインにおいては、パラメータＤは隣接ピクセルの相関度に影響するように働く。

ＨＶＳ１７５のインパルス応答は、１０２４ピクセルのビュー距離に対し、例えばσ＝０.３ピクセルを有するガウス関数として近似できる。これとは異なり、インパルス応答７１５は光学的検討からも得られる。例えばインパルス応答７１５に対し、眼の光学系のポイント拡散関数（ｐｓｆ）を単独で使用できる。これとは異なり、眼の光学系のＰＳＦを円錐サンプリングアパーチャによって畳込むことにより、インパルス応答７１５に対するより精巧なモデルを得ることができる。インパルス応答７１５に対する基礎として眼の神経のＰＳＦを使用することもできるが、ディスプレイされた画像内に目に見えるノイズを生じさせ得るバンドパス応答を有するインパルス応答をインパルス応答が有することを避けるように注意する必要がある。

式（２）はインパルス応答７１５に対して使用できる式の一例であり、この式は、Ｊ.Ｋ.イスパート外（J.K. Ijspeert etal.）、「年齢、瞳のサイズおよびピグメンテーションに対するパラメータによる、フォビール視覚ポイント拡散関数の改良された数式表現（An improved mathematical description of the foveal visual point spread function with parameters for age, pupil size, and pigmentation）」、ビジョン・リサーチ（Vies. Res.）、1993年、第33巻、p.15-20 において、Ｊ.Ｋ.イスパート氏外によって開示された式である。

ここでＡＦはＡＦ＝１＋（年齢／７０）^４として定義される年齢ファクターであり、φは視覚度を単位とする空間的な位置である。

ディスプレイされた画像内でディザパターン７０３が目に見えてはならない。従って、加算器７１７において、二次元（２−Ｄ）の畳込み器７１６の出力からＳＩＡ７１２を減算し、ディザパターン７０３であるローパスフィルタリングされたＳＩＡ７１２の相補的信号を発生する。この加算器７１７の出力は、コントーン画像７０１をディスプレイするアプリケーションの要件に基づき、７１８にてオプションで較正できる。

図７において、コントーン画像７０１は、ディスプレイデバイス７０４に入力される前に加算器７０２にてディザパターン７０３と組み合わされる。ディスプレイデバイス７０４は、ディスプレイ７０６のディスプレイドライバの限界およびコストに基づいて必要とされる量子化器７０５を含む。

図７に示されたシステム７００はアクロマチック視覚モデルに基づき、単一画像のディザパターン７０３を発生する。この単一画像のディザパターンはディスプレイ７０６でディスプレイされ得る画像の単一面に加算される。画像がカラーディスプレイであるとき、３つのすべてのディスプレイ主チャンネルに対して、システム７００が発生した単一画像のディザパターンを使用できる。これとは異なり、３つの独立したＳＩＡを使用できるが、この場合、主チャンネルの各々に対して１つのＳＩＡが使用される。ディザパターンがノイズに基づくものであるとき、これらノイズは異なるシード値を使って発生された３つのノイズ画像とすることができる。決定的ディザパターン、すなわち非ランダムパターンを使用するとき、理想的に独立した３つのＳＩＡが使用されることになる。別の例として、それぞれのディザパターンを発生するために異なるインパルス応答を使用できる。例えば輝度チャンネルに対して１つのインパルス応答を使用し、赤／緑の逆チャンネルに対して１つのインパルス応答を使用し、青／黄の逆カラーチャンネルに対して１つのインパルス応答を使用する。更に別の例として、Ｒ、ＧおよびＢ層に対するクロマチック収差を考慮して、厳密に眼の光学系のまわりにインパルス応答を指定できる。

図８は、画像のビット深度未満のビット深度を有するカラーディスプレイによってディスプレイされたカラー画像内のコンターアーティファクトを防止するための、本発明にかかわるシステム８００の一実施例の機能ブロック図である。図８は、使用される３つの別個のＳＩＡ８１２ａ〜８１２ｃ（Ｒ、ＧおよびＢ画像平面の各々に対して１つのＳＩＡが使用される）を示すので、以下、Ｒ画像平面に対するディザパターンを発生するためのＳＩＡ８１２ａの処理だけを説明する。ＳＩＡ７１２に関連して説明したのと同じように、ＳＩＡ８１２ａを選択する。８１３ａにおけるオプションでの平均値の減算および／または正規化の後に、二次元（２−Ｄ）の畳込み器８１６ａにおけるＨＶＳのインパルス応答８１５ａにより、ＳＩＡ８１２ａを畳込むことにより、８１４ａでＳＩＡ８１２ａを成形する。加算器８１７ａにおいて、ＳＩＡ８１２ａから畳込み器８１６ａの出力を減算することにより、ＳＩＡ８１２ａのハイパスバージョンが発生される。加算器８１７ａの出力は、カラー画像をディスプレイするアプリケーションの処理要件に基づき、８１８ａにてオプションでスケーリングできる。

加算器８１７ａ〜８１７ｃの３つの出力の各々は、３×３の対向カラー−ディスプレイＲＧＢマトリックス８１９によりＲ、ＧおよびＢ画像平面へ変換され、それぞれの画像平面に対して使用されるディザパターン８０３ａ〜８０３ｃを形成する。

図９は３×３の対向カラー−ディスプレイＲＧＢマトリックス８１８を形成するマトリックスの倍数のブロック９００を示す。対向カラー空間からＬＭＳ円錐空間（長波長円錐、中間波長円錐、短波長円錐）への変換９０１は、多くの精神物理学的実験から導かれた周知の式を使って実行される。ＬＭＳからＸＹＺへの変換９０２も周知である。最後に、ＸＹＺからディスプレイ原色ＲＧＢへの変換９０３はディスプレイの実際の特性に応じて決まる。ＬＣＤに対しては、ＸＹＺからディスプレイ原色ＲＧＢへの変換は、ピクセルに対してだけでなく、バックライトのカラースペクトルにも置かれるカラーフィルタの組み合わせによって影響を受ける。基本的には、ＲＧＢ原色のＸＹＺ値を測定し、次にマトリックスを逆行列化する。変換９０３に対する３×３マトリックス値を直接測定することができる。これとは異なり、変換９０３に対するマトリックス値を他のＬＣＤの特性に基づいて近似することができる。更に別の変形例として、原色の標準セットの１つ、例えばＣＲＴ用の標準カラー空間のＲＧＢに付着すると仮定することに基づき、マトリックス値を決定できる。

図１０は、画像のビット深度未満のビット深度を有すカラーディスプレイによりディスプレイされたカラー画像内のコンターアーティファクトを防止するための、本発明に係わる別のシステム１０００の一実施例の機能ブロック図である。輝度と２つの対向カラー成分とをバランスさせるクロマチックノイズを使用する代わりに、システム１０００ではディザパターンの輝度部分をゼロにセットし、この結果、等輝度のディザパターンが得られる。すなわちＳＩＡ１０１２ａは一定振幅のピクセルアレイとなるようにセットされ、このアレイでは実質的にすべてのピクセルの振幅がゼロにセットされる。その理由は、ブロック９０３（図９）に影響する原色の較正は常に行われるわけではないからである。すなわち種々の非線形に起因してディスプレイが予想通りに挙動しないことを保証するためにセットされているのである。従って、システム１０００はＨＶＳが対向カラーに対してより敏感な輝度ノイズまたはディザパターンを使用することを回避できる。

システム１０００は他の２つのＳＩＡ、すなわちＳＩＡ１０１２ｂおよび１０１２ｃに対する処理も含む。以下、ＳＩＡ１０１２ｂの処理についてのみ説明する。ＳＩＡ７１２に関連して説明したのと同じように、ＳＩＡ１０１２ｂが選択される。１０１３ｂにてオプションで平均値を減算し、および／または正規化した後に、二次元（２−Ｄ）の畳込み器１０１６ｂにて、ＨＶＳのインパルス応答１０１５ｂによりＳＩＡ１０１２ｂを畳込むことにより、１０１４ｂでＳＩＡ１０１２ｂを成形する。加算器１０１７ｂにおいて、ＳＩＡ１０１２ｂから畳込み器１０１６ｂの出力を減算することにより、ＳＩＡ１０１２ｂのハイパスバージョンを発生する。カラー画像をディスプレイするアプリケーションの処理要件に基づき、１０１８ｂで加算器１０１７ｂの出力をオプションでスケーリングできる。

３×３の対向カラー−ディスプレイＲＧＢマトリックス１０１９により、定数アレイ１０１２ａおよび加算器１０１７ｂおよび１０１７ｃのそれぞれ２つの出力がＲ、Ｇ、Ｂ画像平面に変換される。

以上で本発明の理解を明瞭にするために、本発明についてこれまで詳細に説明したが、特許請求の範囲内で変形および変更を実施できることが明らかとなろう。従って、本実施例は説明のためのものであって、発明を限定するものではないと理解すべきであり、本発明は本明細書に示した詳細だけに限定すべきでなく、特許請求の範囲およびその均等物の範囲内で変形が可能である。

従来のロバートのノイズ変調技術の一般的方法を示す機能ブロック図である。 リッペル氏の技術に係わるシステムを示す機能ブロック図である。 ブルーノイズのスペクトルの例を示す図である。 ディスプレイの固有のノイズを使用する従来のマイクロディザ技術を示す機能ブロック図である。 画像のビット深度未満のビット深度を有するディスプレイがディスプレイした画像内のコンターアーティファクトを防止するための従来のマイクロディザ技術を示す機能ブロック図である。 画像のビット深度未満のビット深度を有するディスプレイがディスプレイしたカラー画像内のコンターアーティファクトを防止するためのマイクロディザ技術を示す機能ブロック図である。 画像のビット深度未満のビット深度を有するディスプレイがディスプレイした画像内のコンターアーティファクトを防止するための、本発明に係わるシステムの一実施例の機能ブロック図である。 画像のビット深度未満のビット深度を有するカラーディスプレイがディスプレイしたカラー画像内のコンターアーティファクトを防止するための、本発明に係わるシステムの一実施例の機能ブロック図である。 ３×３の対向カラー−ディスプレイＲＧＢマトリックスを形成するマトリックス倍数のブロック図である。 画像のビット深度未満のビット深度を有するカラーディスプレイがディスプレイしたカラー画像内のコンターアーティファクトを防止するための、本発明に係わる別のシステムの一実施例の機能ブロック図である。

符号の説明

７００…システム、７０２…加算器、７０３…ディザパターン、７０５…量子化器、７０６…ディスプレイ、７１２…スターティング画像アレイ、７１３…機能ブロック、７１５…インパルス応答、７１６…二次元（２−Ｄ）の畳込み器、７１７…加算器。

Claims (45)

1. 空間演算に基づきディザパターンを発生するディザパターン発生器と、
   ピクセルあたり第２のビット深度を有するディスプレイによってコントーン画像をディスプレイするときに、ピクセルあたりのビット深度が前記第２のビット深度よりも大きい第１のビット深度を有する前記コントーン画像内のコンター（輪郭）アーティファクトを防止するために、前記ディザパターンとコントーン画像とを組み合わせる組み合わせ器とを備えたシステム。
2. 前記ディザパターン発生器が、アクロマチック視覚モデルに基づいて、前記ディザパターンを発生する、請求項１記載のシステム。
3. 前記ディザパターン発生器が、ピクセルの所定のアレイに基づいて、前記ディザパターンを発生する、請求項１記載のシステム。
4. 前記ピクセルの所定のアレイが、ホワイトノイズのアレイである、請求項３記載のシステム。
5. 前記ピクセルの所定のアレイが、画像に基づくものである、請求項３記載のシステム。
6. 前記ピクセルの所定のアレイが、ピクセルの所定数のアレイである、請求項４記載のシステム。
7. 前記ディザパターン発生器が、
   前記ピクセルの所定のアレイをローパスフィルタリングするローパスフィルタと、
   前記ピクセルのローパスフィルタリングされた所定のアレイのハイパス相補を発生する補足器を更に含む、請求項２記載のシステム。
8. 前記ローパスフィルタが、所定の視覚システムのインパルス応答に基づいて、前記ピクセルの所定のアレイをローパスフィルタリングする、請求項７記載のシステム。
9. 前記ローパスフィルタが、前記所定の視覚システムのインパルス応答により、前記ピクセルの所定のアレイを畳込む、請求項８記載のシステム。
10. 前記所定の視覚システムのインパルス応答が、人間視覚システムに基づくものである、請求項８記載のシステム。
11. 前記所定の視覚システムのインパルス応答が、近似的にガウス関数である、請求項８記載のシステム。
12. 前記所定の視覚システムのインパルス応答が、眼の光学系のポイント拡散関数に基づくものである、請求項８記載のシステム。
13. 前記所定の視覚システムのインパルス応答が、円錐サンプリングアパーチャによる眼の光学系のポイント拡散関数の畳込みに基づくものである、請求項８記載のシステム。
14. 前記所定の視覚システムのインパルス応答が、眼の神経のポイント拡散関数に基づくものである、請求項８記載のシステム。
15. 前記ディザパターン発生器が、空間クロマチック視覚モデルに基づいて、前記ディザパターンを発生する、請求項１記載のシステム。
16. 前記ディザパターンが、カラーディスプレイ用のものであり、
    前記システムが更にＸＹＺ−ＲＧＢマトリックス変換に基づいて、前記ディザパターンをカラーディスプレイの原色に較正する較正器を含み、
    ＲＧＢ原色のＸ、ＹおよびＺ値を前記マトリックスで使用する、請求項１５記載のシステム。
17. 前記ディザパターン発生器が、前記コントーン画像の各画像平面に対してディザパターンを発生する、請求項１５記載のシステム。
18. 前記ディザパターン発生器が、前記ピクセルの所定のアレイ内の実質的にすべてのピクセルの振幅をゼロにセットされたピクセルの所定のアレイに基づいた、コントーン画像の１つの画像平面に対し、ディザパターンを発生する、請求項１５記載のシステム。
19. 前記ディザパターン発生器が、等輝度のディザパターンを発生する、請求項１５記載のシステム。
20. 前記コントーン画像を液晶ディスプレイにディスプレイする、請求項１記載のシステム。
21. 前記システムが、液晶ディスプレイの一部である、請求項１記載のシステム。
22. 前記ピクセルあたりの第１のビット深度が、８ビットであり、前記ピクセルあたりの第２のビット深度が、４ビットから６ビットの間である、請求項１記載のシステム。
23. 前記ピクセルあたりの第の１ビット深度が、少なくとも１０ビットであり、前記ピクセルあたりの第２のビット深度が、８ビットである、請求項１記載のシステム。
24. コントーン画像をマイクロディザする方法であって
    空間演算に基づきディザパターンを発生するステップと、
    ピクセルあたりの第２のビット深度を有するディスプレイによってコントーン画像をディスプレイするときに、ピクセルあたりのビット深度が前記第２のビット深度よりも大きい第１のビット深度を有する前記コントーン画像内のコンターアーティファクトを防止するために、前記ディザパターンと前記コントーン画像とを組み合わせるステップとを備えた方法。
25. 前記ディザパターンを発生するステップが、アクロマチック視覚モデルに基づいて、前記ディザパターンを発生する、請求項２４記載の方法。
26. 前記ディザパターンを発生するステップが、ピクセルの所定のアレイに基づいて、前記ディザパターンを発生する、請求項２４記載の方法。
27. 前記ピクセルの所定のアレイが、ホワイトノイズのアレイである、請求項２６記載の方法。
28. 前記ピクセルの所定のアレイが、画像に基づくものである、請求項２６記載の方法。
29. 前記ピクセルの所定のアレイが、ピクセルの所定数のアレイである、請求項２６記載の方法。
30. 前記ピクセルの所定のアレイをローパスフィルタリングするステップと、
    前記ピクセルのローパスフィルタリングされた所定のアレイのハイパス相補を発生するステップとを更に含む、請求項２５記載の方法。
31. 前記ローパスフィルタリングするステップが、所定の視覚システムのインパルス応答に基づいて、前記ピクセルの所定のアレイをローパスフィルタリングする、請求項３０記載の方法。
32. 前記ローパスフィルタリングするステップが、前記所定の視覚システムのインパルス応答により、前記ピクセルの所定のアレイを畳込む、請求項３１記載の方法。
33. 前記所定の視覚システムのインパルス応答が、人間視覚システムに基づくものである、請求項３１記載の方法。
34. 前記所定の視覚システムのインパルス応答が、近似的にガウス関数である、請求項３１記載の方法。
35. 前記所定の視覚システムのインパルス応答が、眼の光学系のポイント拡散関数に基づくものである、請求項３１記載の方法。
36. 前記所定の視覚システムのインパルス応答が、円錐サンプリングアパーチャによる眼の光学系のポイント拡散関数の畳込みに基づくものである、請求項３１記載の方法。
37. 前記所定の視覚システムのインパルス応答が、眼の神経のポイント拡散関数に基づくものである、請求項３１記載の方法。
38. 前記ディザパターンを発生するステップが、空間クロマチック視覚モデルに基づいて、前記ディザパターンを発生する、請求項２４記載の方法。
39. 前記ディザパターンが、カラーディスプレイ用のものであり、
    前記方法が更にＸＹＺ−ＲＧＢマトリックス変換に基づいて、前記ディザパターンをカラーディスプレイの原色に較正するステップを含み、
    ＲＧＢ原色のＸ、ＹおよびＺ値を前記マトリックスで使用する、請求項３８記載の方法。
40. 前記ディザパターンを発生するステップが、前記コントーン画像の各画像平面に対してディザパターンを発生する、請求項３８記載の方法。
41. 前記ディザパターンを発生するステップが、前記ピクセルの所定のアレイ内の実質的にすべてのピクセルの振幅をゼロにセットされたピクセルの所定のアレイに基づいた、コントーン画像の１つの画像平面に対し、ディザパターンを発生する、請求項３８記載の方法。
42. 前記ディザパターンを発生するステップが、等輝度のディザパターンを発生する、請求項３８記載の方法。
43. 前記コントーン画像を液晶ディスプレイにディスプレイするステップを更に含む請求項２４記載の方法。
44. 前記ピクセルあたりの第１のビット深度が、８ビットであり、前記ピクセルあたりの第２のビット深度が、４ビットから６ビットの間である、請求項２４記載の方法。
45. 前記ピクセルあたりの第１のビット深度が、少なくとも１０ビットであり、前記ピクセルあたりの第２のビット深度が、８ビットである、請求項２４記載の方法。

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