JP2007535705A - 全ての画像サブフレームロケーションよりも少ない画像サブフレームロケーションへの最下位カラー画像ビットプレーンの表示方法 - Google Patents
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Abstract
カラー画像が、画像データ(14)から生成される。カラー画像ビットプレーンが、画像データ(14)から生成される(74)。各カラー画像ビットプレーンは、カラー画像の各ピクセルについて、複数の色のうちの1つの色を表示するための時間増分を表す。色のそれぞれについて、カラーパターンが、複数の画像サブフレームロケーションに表示される(78)。カラーパターンは、カラー画像ビットプレーンを表す。少なくとも最下位カラー画像ビットプレーンが、画像サブフレームロケーションのすべてよりも少ない画像サブフレームロケーションに表示される(80)。
【選択図】図9
【選択図】図9
Description
シーケンシャル表示システムは、複数の光の色を順に生成して、それら光の色を空間変調し、空間変調した光の色を投影して画像フレームを形成することにより、カラー画像フレームを生成する。光の色は、通常、白色光源をカラーフィルタホイール、プリズム、又は他の或るカラーフィルタを通過させることによって導出される。
代替的な技術との競争力を維持するために、シーケンシャル表示システムには、画像フレームの解像度等の画質因子を改善する必要が絶えず存在する。解像度を高めることに関する問題は、システムコスト又は色深度に対する影響を含む可能性がある。
(発明の詳細な説明)
図1には、本発明の表示システム2の一実施形態が示されている。用語「表示システム」は、本明細書及び添付の特許請求の範囲では、特に別段の指示がない限り、プロジェクタ、投影システム、画像表示システム、テレビシステム、ビデオモニタ、コンピュータモニタシステム、又は画像フレームのシーケンスを作成するように構成された他のあらゆるシステムを指すのに使用される。画像フレームのシーケンスは画像を生成する。この画像は、静止画像の場合もあるし、一連の画像の場合もあるし、動画ビデオの場合もある。成句「画像フレームのシーケンス」及び用語「画像」は、本明細書及び添付の特許請求の範囲では、特に別段の指示がない限り、静止画像、一連の画像、動画ビデオ、又は表示システムによって表示される他のものを広く指すのに使用される。
図1には、本発明の表示システム2の一実施形態が示されている。用語「表示システム」は、本明細書及び添付の特許請求の範囲では、特に別段の指示がない限り、プロジェクタ、投影システム、画像表示システム、テレビシステム、ビデオモニタ、コンピュータモニタシステム、又は画像フレームのシーケンスを作成するように構成された他のあらゆるシステムを指すのに使用される。画像フレームのシーケンスは画像を生成する。この画像は、静止画像の場合もあるし、一連の画像の場合もあるし、動画ビデオの場合もある。成句「画像フレームのシーケンス」及び用語「画像」は、本明細書及び添付の特許請求の範囲では、特に別段の指示がない限り、静止画像、一連の画像、動画ビデオ、又は表示システムによって表示される他のものを広く指すのに使用される。
図1に示す実施形態では、表示システム2は、画像処理ユニット4、カラー光源6、空間光変調器(SLM)8、ウォブリングデバイス10、及び表示光学装置12を含む。表示システム2は、画像データ14を受け取る。一実施形態では、画像データ14はデータ配列に具現化されている。画像データ14は、表示される画像16を定義し、表示システム2は、画像データ14を使用して表示画像16を生成する。画像データ14の例には、デジタル画像データ、アナログ画像データ、並びにアナログデータ及びデジタルデータを組み合わせたものが含まれる。1つの画像16が表示システム2により処理されたものとして図示及び説明されているが、複数の画像16若しくは一連の画像16又は動画ビデオ表示16を表示システム2が処理できることが当業者には理解されよう。
カラー光源6は、特徴的なシーケンシャルカラー期間(characteristic sequential color time period)により周期的に変化する色シーケンスを有する複数の光の色を生成するように構成された任意の装置又はシステムである。カラー光源6は、表示デバイス2内に配置されて、複数の光の色をSLM8に通す。一実施形態では、カラー光源6は、光源18及びシーケンシャルカラーデバイス20を含む。1つの代替的な実施形態では、カラー光源6は、シーケンシャルカラー信号を生成するレーザや発光ダイオード(LED)等の固体光源を含むことができる。この代替的な実施形態の説明に役立つ1つの例では、LEDは、色シーケンスを提供するために、順に(たとえば、最初に赤、次に緑、最後に青)アクティブにされる赤LED、緑LED、及び青LEDを含むことができる。
一実施形態では、カラー光源6は、原色光及びオプションとしての白色光のシーケンスを運ぶ光ビームを生成する。換言すれば、カラー光源6は、時間と共に周期的に変化するスペクトル分布を有するビームを出力する。たとえば、カラー光源6は、原色の赤、緑、及び青、並びに白の間で変化するビームを生成することができる。カラー光源6は、これに加えて又はこれに代えて、シアン、イエロー、及びマゼンタ又は他の任意の色を出力することもできる。特定の色の光ビームという場合、これは、光ビームのスペクトル分布が、その色の可視光と見なすことができるピーク波長を有することを示す。カラーフィルタ素子は、いくつかの実施形態では、このようなスペクトルピークを提供するように白色光源を変更するのに使用することができる。
光源18は、プロジェクタ又は表示デバイスでの使用に適した任意の光源である。このように適した光源18の一例は、超高圧水銀ランプである。図1に示すように、光源18は、シーケンシャルカラーデバイス20に光のビームを提供する。
シーケンシャルカラーデバイス20は、光源18からの光を複数の色又は波長に順次変調するように構成された任意の装置又はシステムである。一実施形態では、シーケンシャルカラーデバイス20のカラー期間を制御するために、カラー期間設定ポイントを設定することができる。シーケンシャルカラーデバイス20の例には、カラーフィルタホイール22(図2〜図5)及び一組の回転プリズムが含まれる。
図2〜図5は、カラーフィルタホイール22のいくつかの例を示している。各カラーフィルタホイール22は、複数のカラーフィルタ24を含む。カラーフィルタホイール22の各色は、カラーフィルタ素子24である。これらの図面において、Rは赤カラーフィルタ素子24を指し、Gは緑カラーフィルタ素子24を指し、Bは青カラーフィルタ素子24を指し、Wは白カラーフィルタ素子24を指す。カラーフィルタホイール22は、回転させて、選択された光の色又は波長のみが各カラーフィルタ素子24を順次通過可能にすることにより動作する。
各色についてのカラーフィルタ素子24が等しいサイズを有するように図示されているが、カラーフィルタ素子24が異なるサイズであることは稀ではない。多くの場合、カラーフィルタ素子24の相対的なサイズは、不均衡な光源18に適合するのに使用される。たとえば、光源18の赤が不足している場合に、赤カラーフィルタ素子24を他のカラーフィルタ素子24よりも相対的に大きくすることができる。
図6及び図7Aは、フレーム周期Tとカラーフィルタホイール22の回転との間の関係を示している。これらの図面において、Rは赤カラーサブフレームを指し、Gは緑カラーサブフレームを指し、Bは青カラーサブフレームを指す。或いは、図6及び図7Aが、図5に示すカラーフィルタホイール22に関係している場合、Rは赤/白の組み合わせを指し、Gは緑/白の組み合わせを指し、Bは青/白の組み合わせを指す。図6及び図7Aに示すグラフは、図3〜図5に示すカラーフィルタホイール22を用いて図示しているが、各画像サブフレーム内の各Bの後にWを追加することによって、図2に示すカラーフィルタホイール用に変更することができる。
各フレームが出力されている期間中の時間が、フレーム周期Tである。空間サブフレーム周期又は画像サブフレーム周期は、フレーム周期Tの一部であり、各空間サブフレーム又は画像サブフレームが出力されている期間中の部分である。カラーサブフレームは、フレーム周期Tの一部であり、カラー光源が特定の色又は原色を出力している期間中の部分である。フレーム周期Tは、任意の適切なフレーム周期Tである。一例のフレーム周期Tは、1秒の約1/60である。図6及び図7Aによって示すように、完全な一組のカラーサブフレームが、各空間サブフレーム又は各画像サブフレームにつき少なくとも1回生成される。換言すれば、カラー光源6は、単一の空間サブフレーム又は画像サブフレームの期間中に少なくとも1回、完全な一組の原色を生成する。
図6は、フレーム周期Tと図3〜図5に示すカラーフィルタホイール22の回転との間の関係の一例を示している。この例では、4つの画像サブフレームがあり、カラーフィルタホイール22は、図3及び図4のカラーフィルタホイール22の場合にはフレーム周期Tの4分の1に等しい周期で回転し、図5のカラーフィルタホイール22の場合にはフレーム周期Tの2分の1に等しい周期で回転する。たとえば、フレーム周期Tが1秒の1/60に等しい場合、図3及び図4のカラーフィルタホイール22は、14400RPMで回転し、フレーム周期Tの期間中に4回の回転を完了する。
図5のカラーフィルタホイール22は、フレーム周期Tの2分の1に等しい周期で回転するが、図5のカラーフィルタホイール22は、RGBRGBホイールであるので、その効果は、図3のカラーフィルタホイール22が2倍速く回転するのと同じである。1秒の60分の1の同じフレーム周期Tでは、図5のカラーフィルタホイール22は、7200RPMで回転する。
図7Aは、フレーム周期Tと図3〜図5に示すカラーフィルタホイール22の回転との間の関係の別の例を示している。この例では、3つの画像サブフレームがあり、カラーフィルタホイール22は、図3及び図4のカラーフィルタホイール22の場合にはフレーム周期Tの3分の1に等しい周期で回転し、図5のカラーフィルタホイール22の場合にはフレーム周期Tの3分の2に等しい周期で回転する。
1つの代替的なシステムのタイミング図を図7Bに示す。これは、原色サブフレームが画像サブフレームと一致する場合のフレーム周期Tと図4に示すカラーホイールとの間の関係を示している。この実施形態では、色の白色成分が、3つのすべての画像フレーム中に生成される。他方、残りの赤、緑、及び青のカラーサブフレームは、それぞれ、別々の画像サブフレームに分配されている。これによって、原色のそれぞれについて8ビットカラーを生成するためのサブフレーム期間が長くなる。
さらに別の実施形態では、図7Cのタイミング図を、図3に関して示したカラーホイールと共に使用することができる。この場合も、各画像サブフレームは、1つの原色についてすべてのビットプレーンを含む。
図7B及び図7Cに示す実施形態の場合、投影システムは、互いに対して変位した原色サブフレームを表示する。この実施形態の別の態様は、カラーサブフレームが、シフトした画像サブフレームと一致するものである。第1の画像サブフレームの期間中、投影システムは、ロケーションの第1の配列に、赤等の第1の原色のピクセルを生成する。第2の画像サブフレームの期間中、投影システムは、ロケーションの第2の配列に、緑等の第2の原色のピクセルを生成する。最後に、第3の画像サブフレームの期間中、投影システムは、ロケーションの第3の配列に、青等の第3の原色のピクセルを生成する。
図8は、カラー画像ビットプレーンB0〜B7間の相対的なタイミング関係の一例を示している。カラー画像ビットプレーンは、カラー画像の各ピクセルについて1つの色を表示するための時間増分(time increment)である。このカラー画像は、画像全体又はより大きな画像の領域である。各カラー画像ビットプレーンB0〜B7は、カラー画像の各ピクセルについてカラーフィルタホイール22の1つの色を表示するための時間増分を表している。3色カラーフィルタホイール22及び4つの画像サブフレームの場合、各色の全時間は、フレーム周期Tの12分の1である。
各カラーサブフレームは、その色のカラー画像ビットプレーンによって定義される。それと共に、カラー画像ビットプレーンのすべてが、画像サブフレームを定義する。
各色の最小時間増分は、最下位カラー画像ビットプレーンB0によって表される。各色の最大時間増分は、最上位カラー画像ビットプレーンB7によって表される。図示した例では、最上位カラー画像ビットプレーンB7は、色の全時間の2分の1よりも少し長い時間を表している。連続的に短くなっている各カラー画像ビットプレーンは、隣の長いカラービットプレーンの2分の1を表し、最下位カラー画像ビットプレーンB0は、各色の全時間の約1/255を表している。
図1を再び参照して、SLM8は、光を変調して、フレーム周期Tの期間中に画像フレームのそれぞれについて複数の画像サブフレームを提供するように構成された任意の装置又はシステムである。SLM8は、電気入力又は光入力に対応する空間パターンで入射光を変調する。入射光は、SLM8により、その位相、強度、偏光、又は方向において変調することができる。
SLM8は、カラー光源6からの光を空間変調するように配置されている。カラー光源6によって伝播された光は、SLM8に渡される。一実施形態では、この光は、レンズ又は他の或るデバイスを通ってSLM8上で合焦される。SLM8は、カラー光源6によって出力された光を、画像処理ユニット4からの入力に基づいて変調し、画像を運ぶ光ビームを形成する。
SLM8の例は、反射型液晶(LCOS)アレイ及びマイクロミラーアレイである。LCOSアレイ及びマイクロミラーアレイは、当該技術分野において既知であり、本明細書では詳細に説明しないことにする。LCOSアレイの一例は、Philips(商標)のLCOS変調器である。マイクロミラーアレイの一例は、Texas Instruments(商標)社から入手できるデジタル光処理(DLP)チップである。
一実施形態では、SLM8からの変調された光は、最終的には表示光学装置12によって画面(図示せず)に表示される。表示光学装置12は、画像を表示又は投影するように構成された任意のデバイス又はシステムである。表示光学装置12は、必要に応じて、表示システム2による表示画像16の表示のための合焦調整及び他の光学調整を行う。表示光学装置12の一例には、表示画像16を画面上に投影して合焦させるように構成されるレンズが含まれる。画面の例には、スクリーン、テレビ、壁、又はコンピュータモニタが含まれる。或いは、表示光学装置12は、表示画像16が投影される画面を含むこともできる。
周期的ウォブリングデバイス10は、各画像フレームの画像サブフレームの相対的な変位を提供するように構成された任意の装置又はシステムである。一実施形態では、表示光学装置12が表示画像16を表示する前に、変調された光は、ウォブリングデバイス10を通過する。ウォブリングデバイス10の一例は、ガルバノミラーである。代替的な実施形態では、ウォブリングデバイス10の機能は、表示システム2のSLM8又は他の或るコンポーネントに統合される。
画像処理ユニット4は、光源18の照明の制御及びSLM8の制御を含むさまざまな機能を実行する。画像処理ユニット4は、デジタル画像データ、アナログ画像データ、又はアナログデータ及びデジタルデータを組み合わせたものを受け取って処理するように構成することができる。一実施形態では、図9に示すように、画像処理ユニット4は、フレームレート変換ユニット26、解像度調整ユニット28、サブフレーム生成モジュール30、フレームバッファ32、及びシステムタイミングユニット34を含む。
フレームレート変換ユニット26及び画像フレームバッファ32は、画像データ14を受け取ってバッファリングし、画像データ14に対応する画像フレームを作成する。解像度調整ユニット28は、フレームの解像度を調整して、表示システム2の解像度能力に一致させる。
サブフレーム生成モジュール30は、画像フレームデータを処理して、画像フレームに対応する2つ以上の画像サブフレームを定義する。画像サブフレームは、表示システム2によって表示されて、表示画像16が生成される。システムタイミングユニット34は、表示システム2のさまざまなコンポーネントのタイミングを同期させる。
画像処理ユニット4は、フレームレート変換ユニット26、解像度調整ユニット28、サブフレーム生成モジュール30、及びシステムタイミングユニット34を含めて、ハードウェア、実行可能コード、又はこれらを組み合わせたものを含む。一実施形態では、画像処理ユニット4の1つ又は複数のコンポーネントは、コンピュータ、コンピュータサーバ、又は論理オペレーションシーケンスを実行できる他のマイクロプロセッサベースのシステムに含まれる。加えて、画像処理を、表示システム2の全体にわたって分散させて、画像処理ユニット4の個々の部分を別々のシステムコンポーネントで実施することもできる。
フレームレート変換ユニット26は、表示システム2によって表示される画像に対応する画像データ14を受け取って、画像データ14を画像フレームバッファ32にバッファリング又は記憶する。より具体的には、フレームレート変換ユニット26は、画像の個々のライン又はフィールドを表す画像データ14を受け取って、画像データ14を画像フレームバッファ32にバッファリングし、表示システム2によって表示される画像に対応する画像フレームを作成する。画像フレームバッファ32は、画像フレームに対応する画像データ14のすべてを受け取って記憶することにより、画像データ14をバッファリングすることができる。フレームレート変換ユニット26は、その後、画像フレームバッファ32から画像フレームについての画像データ14のすべてを取り出すか又は抽出することにより、画像フレームを生成することができる。したがって、画像フレームは、表示システム2によって表示される画像の全体を表す画像データ14の複数の個々のライン又はフィールドを含むように定義される。このように、画像フレームは、表示システム2によって表示される画像16を表す個々のピクセルの複数の列及び複数の行を含む。
フレームレート変換ユニット26及び画像フレームバッファ32は、画像データ14を、プログレッシブ画像データ、インターレース画像データ、又はプログレッシブ画像データ及びインターレース画像データの双方として受け取って処理することができる。プログレッシブ画像データの場合、フレームレート変換ユニット26及び画像フレームバッファ32は、画像についての画像データ14の連続したフィールドを受け取って記憶する。フレームレート変換ユニット26は、画像についての画像データ14の連続したフィールドを取り出すことによって画像フレームを作成する。インターレース画像データの場合、フレームレート変換ユニット26及び画像フレームバッファ32は、画像についての画像データ14の奇数フィールド及び偶数フィールドを受け取って記憶する。たとえば、画像データ14の奇数フィールドのすべてが受け取られて記憶され、画像データ14の偶数フィールドのすべてが受け取られて記憶される。したがって、フレームレート変換ユニット26は、画像についての画像データ14の奇数フィールド及び偶数フィールドを取り出すことにより、画像データ14をデインターレースして画像フレームを作成する。
画像フレームバッファ32は、各画像の1つ又は複数の画像フレームの画像データ14を記憶するためのメモリを含む。たとえば、画像フレームバッファ32は、ハードディスクドライブや他の永続的ストレージデバイス等の不揮発性メモリを含むこともできるし、ランダムアクセスメモリ(RAM)等の揮発性メモリを含むこともできる。
フレームレート変換ユニット26において画像データ14を受け取って画像フレームバッファ32に画像データ14をバッファリングすることにより、画像データ14の入力タイミングを、表示システム2の残りのコンポーネント(たとえば、SLM8、ウォブリングデバイス10、及び表示光学装置12)のタイミング要件から切り離すことができる。より具体的には、画像フレームの画像データ14は、画像フレームバッファ32により受け取られて記憶されるので、画像データ14は、どの入力レートでも受け取ることができる。したがって、画像フレームのフレームレートは、表示システム2の残りのコンポーネントのタイミング要件に変換することができる。たとえば、画像処理ユニット4は、画像データ14を毎秒30フレームの速度で受け取ることができるのに対して、SLM8は、毎秒60フレームで動作するように構成することができる。この場合、フレームレート変換ユニット26は、毎秒30フレームから毎秒60フレームへフレームレートを変換する。
解像度調整ユニット28は、画像フレームの画像データ14を受け取って、画像データ14の解像度を調整する。より具体的には、画像処理ユニット4は、元の解像度の画像フレームの画像データ14を受け取り、画像データ14を処理して、表示システム2が表示するように構成される解像度に一致させる。画像処理ユニット4は、画像データ14の解像度を増加させるか、減少させるか、又は変更しないでそのままとして、表示システム2が表示するように構成される解像度に一致させる。
一実施形態では、サブフレーム生成モジュール30は、画像フレームの画像データ14を受け取って処理し、画像フレームに対応する多数の画像サブフレームを定義する。解像度調整ユニット28が画像データ14の解像度を調整した場合、サブフレーム生成モジュール30は、調整された解像度で画像データ14を受け取る。画像サブフレームのそれぞれは、表示される画像に対応する画像データ14のサブセットを表すデータ配列又はデータ行列を含む。データ配列は、対応する画像フレームのピクセルエリアに等しいピクセルエリアのピクセルの内容を定義するピクセルデータを含む。各画像サブフレームは、空間的に異なる画像サブフレームロケーションに表示されるので、画像サブフレームのデータ配列のそれぞれは、わずかに異なるピクセルデータを含む。一実施形態では、画像処理ユニット4は、画像フレーム及び対応する画像サブフレームの双方を生成するのではなく、表示される画像に対応する画像サブフレームのみを生成することができる。
上述したように、画像フレームに対応する一群の画像サブフレームにおける各画像サブフレームは、表示される画像に対応するピクセルデータの行列又は配列を含む。一実施形態では、各画像サブフレームはSLM8に入力される。SLM8は、サブフレームに従って光ビームを変調し、サブフレームを運ぶ光ビームを生成する。個々の画像サブフレームを運ぶ光ビームは、最終的には、表示光学装置12によって表示されて表示画像を作成する。しかしながら、一群のサブフレームにおける各画像サブフレームに対応する光がSLM8によって変調された後であって、且つ各画像サブフレームが表示光学装置12によって表示される前に、ウォブリングデバイス10は、SLM8と表示光学装置12との間の光路の位置をシフトさせる。換言すれば、ウォブリングデバイスは、ピクセルをシフトさせて、各画像サブフレームが、表示光学装置12によって、前に表示された画像サブフレームとはわずかに異なる空間位置に表示されるようにする。このように、所与の画像に対応する画像サブフレームは、空間的に互いにオフセットされるので、各画像サブフレームは、異なるピクセル又はピクセルの部分を含む。ウォブリングデバイス10は、ピクセルをシフトさせて、画像サブフレームが、或る垂直距離だけ、或る水平距離だけ、又は或る垂直距離及び或る水平距離の双方だけ互いにオフセットされるようにする。
一実施形態では、画像に対応する一群のサブフレームにおける画像サブフレームのそれぞれは、画像サブフレーム間の素早い遷移が人間の目に検出できないように、表示光学装置12によって高速に表示される。画像サブフレームの素早い遷移は、単一の表示画像として見える。画像サブフレームを空間的に異なる位置に順次表示することによって、最終的な表示画像の見掛け上の解像度は向上される。
図6又は図7Aに関して示したタイミング図等についての一実施形態では、各画像サブフレームは、ウォブリングデバイス10によって定義された特定の位置と一致するようにシフトされたデータを有するRGB(赤、緑、及び青)カラー画像サブフレームである。この実施形態では、下位のカラービットプレーンの1つ又は複数は、画像サブフレームのすべてよりも少ない画像サブフレームに分配され、各フレーム又は数群のフレームのいずれかの色誤差が最小にされる。
図7B又は図7Cに関して示したタイミング図等についての別の実施形態では、各画像サブフレームは、単一の原色及びオプションの白色について生成される。各原色のデータは、ウォブリングデバイス10によって定義された特定の位置と一致するようにシフトされる。この実施形態では、各原色のすべてのカラービットプレーン(最下位のものだけでなく)が、1つの画像サブフレームにのみ表示される。
図10〜図13は、一例示のウォブリングデバイスによる画像サブフレームの一例示の空間変位を示している。シーケンシャルカラーが画像サブフレームの空間変位と組み合わされて、表示カラー画像が生成される。
図10A〜図10Cは、いくつかの画像サブフレームが特定の画像について生成される一例示の実施形態を示している。図10A〜図10Cに示すように、一例示の画像処理ユニット4は、特定の画像について2つの画像サブフレームを生成する。より具体的には、画像処理ユニット4は、画像フレームについて第1のサブフレーム36及び第2のサブフレーム38を生成する。この例及び後続の例における画像サブフレームは、画像処理ユニット4によって生成されるが、画像サブフレームは、サブフレーム生成モジュール30又は表示システム2の異なるコンポーネントによって生成できることが理解されよう。第1のサブフレーム36及び第2のサブフレーム38は、それぞれ、対応する画像フレームについての画像データ14のサブセットの画像データを含む。この例示の画像処理ユニット4は、図10A〜図10Cの例では、2つの画像サブフレームを生成するが、2つの画像サブフレームは、画像処理ユニット4が生成できる画像サブフレームの一例示の個数であり、他の実施形態では任意の個数の画像サブフレームを生成できることが理解されよう。
図10Aに示すように、第1のサブフレーム36は、第1の画像サブフレームロケーション40に表示される。画像サブフレームロケーションは、画像サブフレームが表示される相対的なロケーションである。各サブフレームロケーションは、他のサブフレームロケーションと空間的に異なることもできるし、他のサブフレームと重なることもできる。第2のサブフレーム38は、垂直距離44及び水平距離46だけ、第1の画像サブフレームロケーション40からオフセットされた第2の画像サブフレームロケーション42に表示される。したがって、第2のサブフレーム38は、所定の距離だけ第1のサブフレーム36から空間的にオフセットされる。説明のための一実施形態では、図10Cに示すように、垂直距離44及び水平距離46は、それぞれ、1ピクセルのほぼ2分の1である。しかしながら、第1の画像サブフレームロケーション40と第2の画像サブフレームロケーション42との間の空間的なオフセット距離は、特定の用途に最も良く役立つように変化させることができる。1つの代替的な実施形態では、第1のサブフレーム36及び第2のサブフレーム38は、垂直方向又は水平方向のいずれか一方にのみオフセットさせることができる。一実施形態では、ウォブリングデバイス10は、SLM8と表示光学装置12との間で光のビームをオフセットさせるように構成され、第1のサブフレーム36及び第2のサブフレーム38が、互いに空間的にオフセットされるようにする。
図10Cに示すように、表示システム2は、第1の画像サブフレームロケーション40に第1のサブフレーム36を表示することと、第1の画像サブフレームロケーション40から空間的にオフセットされた第2の画像サブフレームロケーション42に第2のサブフレーム38を表示することとを交互に行う。より具体的には、ウォブリングデバイス10は、第1のサブフレーム36の表示に対して、垂直距離44及び水平距離46だけ、第2のサブフレーム38の表示をシフトさせる。したがって、第1のサブフレーム36のピクセルは、第2のサブフレーム38のピクセルと重なる。一実施形態では、表示システム2は、第1の画像サブフレームロケーション40に第1のサブフレーム36を表示すること、及び、第2の画像サブフレームロケーション42に第2のサブフレーム38を表示することの1サイクルを完了し、その結果、表示画像の見掛け上の解像度は向上される。このように、第2のサブフレーム38は、第1のサブフレーム36に対して空間的及び時間的に変位される。一方、観察者には、2つのサブフレームは、合わさって、質が高められた単一の画像として見える。
図11A〜図11Bは、第1のサブフレーム36からのピクセル48を第1の画像サブフレームロケーション40に表示すること、及び、第2のサブフレーム38からのピクセル50を第2の画像サブフレームロケーション42に表示することの1サイクルを完了する一例示の実施形態を示している。図11Aは、第1のサブフレーム36からのピクセル48の第1の画像サブフレームロケーション40への表示を示している。図11Bは、第2のサブフレーム38からのピクセル50の第2の画像サブフレームロケーション42への表示を示している。図11Bでは、第1の画像サブフレームロケーション40は、破線によって示されている。
第1のサブフレーム36及び第2のサブフレーム38を生成して、これら2つのサブフレーム36、38を図10A〜図10C及び図11A〜図11Bに示すように空間的にオフセットされた様式で表示することにより、画像サブフレームを使用することなく最終的な表示画像を作成するのに使用されるピクセルデータ量と比較して、2倍のピクセルデータ量が、最終的な表示画像を作成するのに使用される。したがって、2位置処理(two-position processing)によって、最終的な表示画像の解像度は、約1.4倍、すなわち2の平方根倍に増加する。
別の実施形態では、図12A〜図12Dに示すように、画像処理ユニット4は、1つの画像フレームについて4つの画像サブフレームを定義する。より具体的には、画像処理ユニット4は、画像フレームについて、第1のサブフレーム36、第2のサブフレーム38、第3のサブフレーム52、及び第4のサブフレーム54を定義する。したがって、第1のサブフレーム36、第2のサブフレーム38、第3のサブフレーム52、及び第4のサブフレーム54は、それぞれ、対応する画像フレームについて画像データ14のサブセットの画像データを含む。
一実施形態では、図12B〜図12Dに示すように、第1のサブフレーム36は、第1の画像サブフレームロケーション40に表示される。第2のサブフレーム38は、第1の画像サブフレームロケーション40から垂直距離44及び水平距離46だけオフセットされた第2の画像サブフレームロケーション42に表示される。第3のサブフレーム52は、第1の画像サブフレームロケーション40から水平距離58だけオフセットされた第3の画像サブフレームロケーション56に表示される。水平距離58は、たとえば、水平距離46と同じ距離とすることができる。第4のサブフレーム54は、第1の画像サブフレームロケーション40から垂直距離62だけオフセットされた第4の画像サブフレームロケーション60に表示される。垂直距離62は、たとえば、垂直距離44と同じ距離とすることができる。したがって、第2のサブフレーム38、第3のサブフレーム52、及び第4のサブフレーム54は、それぞれ、互いに空間的にオフセットされ、且つ、第1のサブフレーム36から所定の距離だけ空間的にオフセットされる。説明のための一実施形態では、垂直距離44、水平距離46、水平距離58、及び垂直距離62は、それぞれ、1ピクセルのほぼ2分の1である。しかしながら、4つのサブフレーム間の空間オフセット距離は、特定の用途に最も良く役立つように変化させることができる。一実施形態では、ウォブリングデバイス10は、SLM8と表示光学装置12との間で光のビームをオフセットさせるように構成され、第1のサブフレーム36、第2のサブフレーム38、第3のサブフレーム52、及び第4のサブフレーム54が、互いに空間的にオフセットされるようにする
一実施形態では、表示システム2は、第1の画像サブフレームロケーション40に第1のサブフレーム36を表示すること、第2の画像サブフレームロケーション42に第2のサブフレーム38を表示すること、第3の画像サブフレームロケーション56に第3のサブフレーム52を表示すること、及び、第4の画像サブフレームロケーション60に第4のサブフレーム54を表示することの1サイクルを完了し、その結果、表示画像の見掛け上の解像度は向上される。このように、第2のサブフレーム38、第3のサブフレーム52、及び第4のサブフレーム54は、互いに対して空間的及び時間的に変位され、且つ、第1のサブフレーム36に対して空間的及び時間的に変位される。
図13A〜図13Dは、第1のサブフレーム36からのピクセル48を第1の画像サブフレームロケーション40に表示すること、第2のサブフレーム38からのピクセル50を第2の画像サブフレームロケーション42に表示すること、第3のサブフレーム52からのピクセル64を第3の画像サブフレームロケーション56に表示すること、及び、第4のサブフレーム54からのピクセル66を第4の画像サブフレームロケーション60に表示することの1サイクルを完了する一例示の実施形態を示している。図13Aは、第1のサブフレーム36からのピクセル48の第1の画像サブフレームロケーション40への表示を示している。図13Bは、第2のサブフレーム38からのピクセル50の第2の画像サブフレームロケーション42への表示を示している。図13Bでは、第1の画像サブフレームロケーション40は、破線によって示されている。図13Cは、第3のサブフレーム52からのピクセル64の第3の画像サブフレームロケーション56への表示を示している。図13Cでは、第1の画像サブフレームロケーション40及び第2の画像サブフレームロケーション42は、破線によって示されている。最後に、図13Dは、第4のサブフレーム54からのピクセル66の第4の画像サブフレームロケーション60への表示を示している。図13Dでは、第1の画像サブフレームロケーション40、第2の画像サブフレームロケーション42、及び第3の画像サブフレームロケーション56は、破線によって示されている。
4つの画像サブフレームを生成して、これら4つのサブフレームを図12A〜図12D及び図13A〜図13Dに示すように空間的にオフセットされた様式で表示することにより、画像サブフレームを使用することなく最終的な表示画像を作成するのに使用されるピクセルデータ量と比較して、4倍のピクセルデータ量が、最終的な表示画像を作成するのに使用される。したがって、4位置処理(four-position processing)によって、最終的な表示画像の解像度は、約2倍、すなわち4の平方根倍だけ増加する。
図10〜図13の例によって示すように、1つの画像フレームについて多数の画像サブフレームを生成し、それら画像サブフレームを互いに対して空間的及び時間的に表示することにより、表示システム2は、SLM8が表示するように構成されるものよりも高い解像度を有する表示画像を生成することができる。説明のための一実施形態では、たとえば、画像データ14が800ピクセル×600ピクセルの解像度を有し、且つ、SLM8が800ピクセル×600ピクセルの解像度を有する場合、画像データ14の解像度調整を有する表示システム2による4位置処理によって、1600ピクセル×1200ピクセルの解像度を有する表示画像が生成される。
加えて、画像サブフレームのピクセルを重ね合わせることによって、表示システム2は、欠陥ピクセルによって引き起こされる望ましくない視覚効果を低減することができる。たとえば、4つのサブフレームが画像処理ユニット4によって生成され、互いに対してオフセットされた位置に表示される場合、表示される画像の異なる部分が、各サブフレームの欠陥ピクセルに関連付けられるので、4つのサブフレームは、欠陥ピクセルの望ましくない効果を有効に拡散させる。欠陥ピクセルは、「オン」位置又は「オフ」位置のみを示すピクセル、意図された輝度よりも低い輝度又は高い輝度を生み出すピクセル、一貫性のない動作又はランダムな動作を有するピクセル等、異常又は動作不能な表示ピクセルを含むものと定義される。
サブフレーム生成モジュール30は、画像データ14からカラー画像ビットプレーンを生成する。カラー画像ビットプレーンは、複数の色のうちの少なくとも1つについて、少なくとも最下位カラー画像ビットプレーンB0が、サブフレームロケーションのすべてよりも少ないサブフレームロケーションに表示されるように生成されるか、又は、少なくとも最下位カラー画像ビットプレーンB0が、画像サブフレーム間に不均等に分配されるように生成される。図14A〜図14Cは、サブフレームロケーションのすべてよりも少ないサブフレームロケーションに表示されたカラー画像ビットプレーンの一例を示している。
図14Aは、第1の画像サブフレームロケーション40のみに表示された最下位ビットプレーンB0を示している。第1の画像サブフレームロケーション40の最下位ビットB0、第2の画像サブフレームロケーション42の最下位ビットB0、第3の画像サブフレームロケーション56の最下位ビットB0、及び第4の画像サブフレームロケーション60の最下位ビットB0のそれぞれは、共に加算されて、第1のサブフレームロケーション40にのみ表示される。サブフレームロケーション上のハッチングは、そのサブフレームロケーションに表示された光を表している。たとえば、第1の画像サブフレームロケーション40上のハッチングは、或る色について、ビットプレーンB0の各々により第1の画像サブフレームロケーション40に表示された光を表している。
図14Bでは、最下位ビットの2つ以上が、ビットプレーンロケーションのすべてよりも少ないビットプレーンロケーションに表示される。たとえば、サブフレームロケーションのそれぞれについて、ビットプレーンB0及びB1が、第1のサブフレームロケーション40及び第2のサブフレームロケーション42にのみ表示されて、第3のサブフレームロケーション56及び第4のサブフレームロケーション60には表示されない。
同様に、図14Cでは、最下位ビットの2つ以上が、ビットプレーンロケーションのすべてよりも少ないビットプレーンロケーションに表示される。たとえば、サブフレームロケーションのそれぞれについて、ビットプレーンB0、B1、及びB2が、第1のサブフレームロケーション40、第2のサブフレームロケーション42、及び第3のサブフレームロケーション56にのみ表示され、第4のサブフレームフレームロケーション60には表示されない。
図15は、各色について、すべてのビットプレーンが単一の画像サブフレームロケーションに表示される1つの代替的な実施形態を示している。一実施形態では、赤、緑、及び青の3つの色が表示される。赤のビットプレーンのすべては、第1のサブフレーム位置68に表示される。緑のビットプレーンのすべては、第2のサブフレーム位置70に表示される。青のビットプレーンのすべては、第3のサブフレーム位置72に表示される。これは、図7B又は図7Cに関して図示したタイミング図と一致することになる。
図16は、画像データ14からカラー画像を生成するための本発明の一実施形態のステップを表すフローチャートである。図16に表したステップは、特定の順序で提示されているが、本発明は、ステップの順序を変化させたものを包含する。さらに、本発明の範囲から逸脱することなく、追加ステップを、図16に示すステップ間で実行することができる。一実施形態では、図16に示すステップは、サブフレーム生成モジュール30によって実行される。
カラー画像ビットプレーンが、画像データ14から生成される(74)。各カラー画像ビットプレーンは、カラー画像の各ピクセルにつき1つの色を表示するための時間増分を表している。各色の最小時間増分は、最下位カラー画像ビットプレーンによって表される。
光ビームが、色の各々で生成される(76)。色の各々について、カラー画像ビットプレーンを表すカラーパターンが、複数の画像サブフレームロケーションに表示される(78)。複数の色のうちの少なくとも1つについて、少なくとも最下位カラー画像ビットプレーンが、画像サブフレームロケーションのすべてよりも少ない画像サブフレームロケーションに表示される(80)。
一実施形態では、少なくとも最下位カラー画像ビットプレーンを画像サブフレームロケーションのすべてよりも少ない画像サブフレームロケーションに表示すること(80)は、少なくとも最下位カラー画像ビットプレーンを単一の画像サブフレームロケーションに表示することを含む。
1つの代替的な実施形態では、少なくとも最下位カラー画像ビットプレーンを画像サブフレームロケーションのすべてよりも少ない画像サブフレームロケーションに表示すること(80)は、図7B又は図7Cと一致するように、各色について、すべてのビットプレーンを単一の画像サブフレームロケーションに表示することを含む。
別の実施形態では、少なくとも最下位カラー画像ビットプレーンを画像サブフレームロケーションのすべてよりも少ない画像サブフレームロケーションに表示すること(80)は、複数の色のうちの少なくとも1つのフルカラー深度よりも小さい色深度を複数の画像サブフレームロケーションのうちの少なくとも1つに定義することを含む。
図17は、画像データ14が画像フレームロケーションの色値を含む複数のカラー画像ビットプレーンを生成する一実施形態のステップを表すフローチャートである。図17に表すステップは、特定の順序で提示されているが、本発明は、ステップの順序を変化させたものを包含する。さらに、本発明の範囲から逸脱することなく、追加ステップを、図17に示すステップ間で実行することができる。一実施形態では、図17に示すステップは、サブフレーム生成モジュール30によって実行される。
画像サブフレーム色値が、画像フレームロケーションの色値から生成される(82)。カラー画像ビットプレーンは、少なくとも最下位カラー画像ビットプレーンを除いて、画像サブフレーム色値から計算される(84)。画像フレームロケーションの色値及びカラー画像ビットプレーンによって表される色の差は、除いたビットプレーンを用いて補償される(86)。
図18は、色値によって表された色の差を補償する別の実施形態のステップを表すフローチャートである。図18に表すステップは、特定の順序で提示されているが、本発明は、ステップの順序を変化させたものを包含する。さらに、本発明の範囲から逸脱することなく、追加ステップを、図18に示すステップ間で実行することができる。
画像フレームロケーションの画像フレーム色値が、計算されたカラー画像ビットプレーンから再作成される(88)。色誤差マップが、再作成された色値を画像データ14からの色値と比較することによって計算される(90)。誤差マップをオフセットするための補正因子が計算される(92)。この補正因子は、画像サブフレームロケーションに分配される(94)。
上記の説明は、単に本発明の説明のためのものにすぎない。本発明から逸脱することなく、さまざまな代替物、変更物、及び変形物を当業者は考え出すことができる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲の範囲内に入るこのようなすべての代替物、変更物、及び変形物を包含する。
2:表示システム
4:画像処理ユニット
6:カラー光源
8:空間光変調器(SLM)
10:ウォブリングデバイス
12:表示光学装置
18:光源
20:シーケンシャルカラーデバイス
26:フレームレート変換ユニット
28:解像度調整ユニット
30:サブフレーム生成モジュール
32:フレームバッファ
34:システムタイミングユニット
4:画像処理ユニット
6:カラー光源
8:空間光変調器(SLM)
10:ウォブリングデバイス
12:表示光学装置
18:光源
20:シーケンシャルカラーデバイス
26:フレームレート変換ユニット
28:解像度調整ユニット
30:サブフレーム生成モジュール
32:フレームバッファ
34:システムタイミングユニット
Claims (10)
- 画像データ(14)からカラー画像を生成するための方法であって、該カラー画像はピクセルを有し、
前記画像データ(14)から、カラー画像ビットプレーンを生成するステップ(74)であって、該各カラー画像ビットプレーンは、前記カラー画像の各ピクセルについて複数の色のうちの1つの色を表示するための時間増分を表し、各色の最小時間増分は、最下位カラー画像ビットプレーンによって表される、ステップと、
前記複数の色の各々について、複数の画像サブフレームロケーションのうちの少なくとも1つに前記カラー画像ビットプレーンを表すカラーパターンを表示するステップ(78)と、
前記複数の色のうちの少なくとも1つについて、前記画像サブフレームロケーションのすべてよりも少ない画像サブフレームロケーションに少なくとも前記最下位カラー画像ビットプレーンを表示するステップ(80)と、
を含む、方法。 - 前記画像データ(14)が、画像フレームロケーションの色値を含み、前記カラー画像ビットプレーンを生成するステップ(74)が、
前記画像フレームロケーションの色値から画像サブフレーム色値を生成するステップ(82)と、
前記画像サブフレーム色値から、少なくとも前記最下位カラー画像ビットプレーンを除いて、カラー画像ビットプレーンを計算するステップ(84)と、
前記除いたビットプレーンを用いて、前記画像フレームロケーションの色値と前記カラー画像ビットプレーンとによって表される色の差を補償するステップ(86)と、
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記画像サブフレームロケーションのすべてよりも少ない画像サブフレームロケーションに少なくとも前記最下位カラー画像ビットプレーンを表示するステップ(80)が、少なくとも前記最下位カラー画像ビットプレーンを単一の画像サブフレームロケーションに表示するステップ(80)を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記画像サブフレームロケーションのすべてよりも少ない画像サブフレームロケーションに少なくとも前記最下位カラー画像ビットプレーンを表示するステップ(80)が、各色について、すべてのビットプレーンを単一の画像サブフレームロケーションに表示するステップ(80)を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記画像サブフレームロケーションのすべてよりも少ない画像サブフレームロケーションに少なくとも前記最下位カラー画像ビットプレーンを表示するステップ(80)が、前記複数の色のうちの少なくとも1つのフルカラー深度よりも小さい色深度を前記複数の画像サブフレームロケーションのうちの少なくとも1つに定義することを含む、請求項1に記載の方法。
- 画像データ(14)からカラー画像を生成するための方法であって、該カラー画像はピクセルを有し、
前記画像データ(14)から、カラー画像ビットプレーンを生成するステップ(74)であって、該各カラー画像ビットプレーンは、前記カラー画像の各ピクセルについて複数の色のうちの1つの色を表示するための時間増分を表し、各色の最小時間増分は、最下位カラー画像ビットプレーンによって表される、ステップと、
前記複数の色の各々について、複数の画像サブフレーム周期のうちの少なくとも1つにおいて、前記カラー画像ビットプレーンを表すカラーパターンを表示するステップ(78)と、
前記複数の色のうちの少なくとも1つについて、前記画像サブフレーム周期のすべてよりも少ない画像サブフレーム周期において、少なくとも前記最下位カラー画像ビットプレーンを表示するステップ(80)と、
を含む、方法。 - 前記画像データ(14)が、画像フレーム周期に対する色値を含み、前記カラー画像ビットプレーンを生成するステップ(74)が、
前記画像フレーム周期に対する色値から画像サブフレーム色値を生成するステップ(82)と、
前記画像サブフレーム色値から、少なくとも前記最下位カラー画像ビットプレーンを除いて、カラー画像ビットプレーンを計算するステップ(84)と、
前記除いたビットプレーンを用いて、前記画像フレーム周期に対する色値及び前記カラー画像ビットプレーンによって表される色の差を補償するステップ(86)と、
を含む、請求項6に記載の方法。 - 前記画像サブフレーム周期のすべてよりも少ない画像サブフレーム周期に少なくとも前記最下位カラー画像ビットプレーンを表示するステップ(80)が、少なくとも前記最下位カラー画像ビットプレーンを単一の画像サブフレーム周期に表示するステップ(80)を含む、請求項6に記載の方法。
- 前記画像サブフレーム周期のすべてよりも少ない画像サブフレーム周期に少なくとも前記最下位カラー画像ビットプレーンを表示するステップ(80)が、各色について、すべてのビットプレーンを単一の画像サブフレーム周期に表示するステップ(80)を含む、請求項6に記載の方法。
- 前記画像サブフレーム周期のすべてよりも少ない画像サブフレーム周期に少なくとも前記最下位カラー画像ビットプレーンを表示するステップ(80)が、前記複数の色のうちの少なくとも1つのフルカラー深度よりも小さい色深度を前記複数の画像サブフレーム周期のうちの少なくとも1つに定義するステップを含む、請求項6に記載の方法。
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