JP2011528530A - ３成分画像を４成分画像に変換すること - Google Patents

Abstract

３色成分以上の画像入力信号を画像出力信号に変換する方法が、それぞれ３色以上の成分を有する複数のピクセル信号を有する入力信号を入手すること（１０５）、各ピクセル信号の色成分毎に残差を求めること（１１０）、前記残差の限界値を求めること（１１５）、前記限界値に基づいて、前記色成分毎の共通スケールファクターを計算すること（１２０）、及び、前記画像入力信号に前記共通スケールファクターを適用することであって、前記画像出力信号を生成する、適用することを含む。

Description

本発明は電子ディスプレイ上に画像を提示するための画像処理技法に関し、より詳細には、４色以上の発光素子を有するディスプレイ上で高い明度を有する画像を提供するための方法に関する。

コンピューティングデバイスと共に、ポータブルデバイスにおいて、さらにはテレビのようなエンターテイメントデバイスのために、フラットパネルディスプレイデバイスが広く使用される。そのようなディスプレイは通常、基板上に分布する複数のピクセルを利用して画像を表示する。各画像要素を表現するために、各ピクセルはいくつかの異なる色、通常赤色、緑色及び青色のサブピクセル又は発光素子を組み込む。種々のフラットパネルディスプレイ技術、たとえば、プラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ、及び発光ダイオードディスプレイが知られている。これらのディスプレイ上に画像を提示するために、ディスプレイは通常、各ピクセルを駆動するための信号（すなわち、ピクセル信号）を含む、３色成分画像入力信号を受信し、各ピクセル信号は、赤色、緑色及び青色サブピクセルを駆動するための別個の色成分画像信号を含む。

発光材料から成る薄膜を組み込む発光ダイオード（ＬＥＤ）がフラットパネルディスプレイデバイスにおいて数多くの利点を有し、光学システムにおいて有用である。タン他に対する米国特許第６，３８４，５２９号は、有機ＬＥＤ発光素子（サブピクセル）のアレイを含む有機ＬＥＤカラーディスプレイを示す。代替的には、無機材料を利用することができ、無機材料は多結晶半導体マトリックス内に燐光体結晶又は量子ドットを含むことができる。有機又は無機材料から成る他の薄膜を利用して、発光薄膜材料への電荷注入、電荷輸送又は電荷阻止を制御することもでき、それらの薄膜は当該技術分野において知られている。それらの材料は基板上の電極間に配置され、封入カバー層又はプレートが用いられる。有機材料の中に電流が通されるときに、ピクセルから光が放射される。放射される光の周波数は、用いられる材料の特性による。そのようなディスプレイでは、光は基板を通じて放射することができるか（ボトムエミッタ）、封入カバーを通じて放射することができるか（トップエミッタ）、又はその両方である。

これらの薄膜ＬＥＤデバイスは、パターニングされた光放射層を含むことができ、その層では、電流が材料の中を通るときに異なる色の光を放射するように、そのパターン内で異なる材料が用いられる。しかしながら、大きな基板の場合に、材料、特に小分子有機ＬＥＤ材料をパターニングするのは難しいので、製造コストが増加する。さらに、既存のパターニング法、たとえば、金属シャドーマスクを利用する方法は費用がかかり、堆積された有機材料に損傷を与える可能性がある。大きな基板上に材料を堆積する問題を克服する１つの手法は、コック（Cok）他によって米国特許第６，９８７，３５５号において教示されているように、フルカラーディスプレイを形成するために、カラーフィルターと共に、単一の放射層、たとえば白色発光体を利用することである。たとえば、コック他によって米国特許第６，９１９，６８１号において教示されているように、カラーフィルターを含まない白色発光素子を利用することも知られている。ミラー他によって米国特許出願公開第２００４／０１１３８７５号において教示されているように、パターニングされない白色発光体を利用する設計が提案されており、その設計は、赤色、緑色及び青色サブピクセルを形成する赤色、緑色及び青色フィルターと、フィルタリングされない白色サブピクセルととを含み、デバイスの効率を改善する。

しかしながら、大部分の画像形成システムはディスプレイに３色成分画像入力信号を与えるので、上記で参照されたミラー他によって記述されているディスプレイのような４色以上の光を放射するサブピクセルを有するディスプレイを駆動するために、或る変換方法を用いて、入力される３色成分画像信号を４色成分以上の画像信号に変換する必要がある。それゆえ、３色成分画像入力信号を、４色ディスプレイを駆動するのに適した４色成分以上の画像信号に変換するために、いくつかの方法が開発されている。

当該技術分野において、４色以上の光を放射するためのサブピクセルを有することによって冗長性が提供されること、及びこの冗長性を用いて、４つのサブピクセル色を同時に駆動して、高いルミナンスを有する画像を生成することができることがわかっている。たとえば、特許文献１におけるモーガン他、非特許文献１におけるリー他、非特許文献２におけるワン他及び特許文献２におけるヒギンズは、赤色、緑色、青色及び白色サブピクセルを有する液晶ディスプレイのためのそのような変換方法を提供するための方法を提供し、各ピクセル内の白色サブピクセルを同じピクセル内の赤色、緑色及び青色サブピクセルと同時に駆動して、同じ色度を形成するためにＲＧＢ発光素子だけを利用することによって生成することができるルミナンスよりも高いルミナンスを生成することができる。しかしながら、これらの処理方法はそれぞれ色誤差を導入する。具体的には、白色サブピクセルによって、赤色、緑色及び青色サブピクセルから除去されるルミナンスよりも大きなルミナンスが追加されるので、結果として生成される画像の彩度が低下する。ワン他（上記で参照）によって検討されているように、明度が改善され、それと共に彩度が低下することによって、画像によっては画像品質を改善することができるが、画像の中には品質が劣化するものもある。

これらの参考文献のうちのいくつか、特にリー他は、それらのアルゴリズムが色誤差を導入しないと誤って述べていることに留意されたい。しかしながら、リー他によって検討されている方法は、非常に大きな色誤差を導入する。リー他によって提案されている方法は、赤色、緑色及び青色成分画像入力信号それぞれから、ピクセル毎の赤色、緑色及び青色成分画像入力信号の最小値を求めること、並びにこの値を用いて、そのディスプレイ内の白色サブピクセルを駆動することを含む。この方法は、結果として生成される画像信号に対して２つの望ましくない変化をもたらす。第一に、ピクセル毎の赤色、緑色及び青色入力信号の最小値が、各ピクセルによって放射されることになる中間（白色）光に対応し、かつ赤色、緑色及び青色信号から減算することなく、この値が白色信号に追加されるので、各ピクセルは、入力信号において要求される白色光よりも多くの白色光を放射する。第二に、入力されるピクセル色の彩度が低下するほど（すなわち、各ピクセル信号内の赤色、緑色及び青色成分画像信号の最小値が大きいほど）、白色チャネルによって多くの白色光が追加される。それゆえ、各ピクセルによって生成されるルミナンスとピクセル毎の最大ルミナンスとの比は、出力ピクセル毎に、３色成分画像入力信号によって示される画像を生成するのに必要とされる比とは異なる。

これらの操作の影響は、ＣＩＥ１９７６（Ｌ^*ａ^*ｂ）色差測定基準に基づいて判断することができ、その測定基準を用いて、２つの色の間で知覚される差を比較することができる。リー他によって提案されているアルゴリズムの効果を例示するために、結果として画像が生成されることになるディスプレイのいくつかの特性を想定することが重要である。白色光放射体及びカラーフィルターを有するＯＬＥＤディスプレイが想定される。赤色、緑色及び青色サブピクセルは、赤色の場合に０．６４，０．３３、緑色の場合に０．３０，０．６０、青色の場合に０．１５，０．０６のＣＩＥ１９３１ｘ，ｙ色度座標を有するｓＲＧＢ原色を有する光を放射する。白色サブピクセルは、Ｄ６５照度を生成する（０．３１３，０．３２９のＣＩＥ１９３１ｘ，ｙ色度座標）。これらの放射体のルミナンス出力は、赤色、緑色及び青色サブピクセルの最大合成輝度によって、又は白色サブピクセルの最大輝度によって、２００ｃｄ／ｍ²のピークルミナンスを有するＤ６５光が生成されるように正規化される。リー他によって提案されているアルゴリズムの影響を理解するために、入力ＲＧＢ信号を受信するＲＧＢディスプレイ、及びリー他によって検討されているアルゴリズムによって生成される変換されたＲＧＢＷ信号を受信するＲＧＢＷディスプレイの両方において、２つの色が表示されるものと想定されなければならない。１の赤色及び緑色ルミナンス輝度値、及び０の青色ルミナンス輝度値を有する純粋な黄色パッチが選択される。必要とされる第２の色は、１の入力赤色、緑色及び青色輝度を有する基準白色である。このアルゴリズムを用いるとき、黄色のための変換輝度は、赤色の場合に１、緑色の場合に１及び青色の場合に０の最小値を算出することによって求められ、それは０に等しい。それゆえ、結果として生成される出力ＲＧＢＷ値は、赤色の場合に１、緑色の場合に１、青色の場合に０、そして白色の場合に０である。白色の場合、赤色、緑色及び青色値は全て１であり、これらの最小値は１であるので、白色は、赤色の場合に１、緑色の場合に１、青色の場合に１、及び白色の場合に１を用いてレンダリングされる。それゆえ、黄色パッチは、上記の原色の場合の典型的な原色マトリックスを用いるとき、ＲＧＢ及びＲＧＢＷの両方のディスプレイ上で、赤色の場合に４３ｃｄ／ｍ²、緑色の場合に１４３ｃｄ／ｍ²のサブピクセルルミナンスでレンダリングされ、０．４１９，０．５０５のｘ，ｙ座標において１８６ｃｄ／ｍ²の全ルミナンスがもたらされる。白色は、ＲＧＢ及びＲＧＢＷの両方のディスプレイの場合に、赤色の場合に４３ｃｄ／ｍ²、緑色の場合に１４３ｃｄ／ｍ²、青色の場合に１４ｃｄ／ｍ²のルミナンスでレンダリングされる。しかしながら、リーのアルゴリズムに基づくと、ＲＧＢＷディスプレイは２００ｃｄ／ｍ²の付加的なルミナンスを有することになり、それは白色サブピクセルによって引き起こされ、ＲＧＢディスプレイの場合に生成された白色ルミナンスよりも、ＲＧＢＷディスプレイの場合に２倍だけ高い白色ルミナンスが与えられる。適応又は基準表示色として白色値を用いるとき、ＣＩＥ１９７６（Ｌ^*ａ^*ｂ）色差測定基準は、ＲＧＢディスプレイ上に示される黄色と、ＲＧＢＷディスプレイ上に示される黄色との間に３９の値を与える。単一のパッチの場合に、この測定基準値の１の差はユーザーによって検出可能であり、約３の平均値は自然画像に関して検出可能であるので、これら２つのディスプレイによって生成される色は明らかに異なる。

３色成分画像入力信号を４色成分以上の画像入力信号に変換するための代替の方法は、画像の色精度を保持するようにして実行することもできる。たとえば、特許文献３におけるマードック他、特許文献４におけるプリメラノ（Primerano）他及び特許文献５におけるミラー他がそのような方法を検討している。しかしながら、開示されているように、ピーク画像ルミナンスは、彩度を低下させることなく、付加的な原色の色度座標における赤色、緑色及び青色発光素子の合成ピークルミナンスを超えることはできない。特許文献６においてボロソン（Boroson）他によって記述されているアルゴリズムのような他のアルゴリズムによれば、白色によって生成されるルミナンスを、赤色、緑色及び青色サブピクセルの合成ルミナンスによって生成されるルミナンスよりも高くすることができるようになるが、高い彩度の色の相対的なルミナンスが低下し、再び色忠実度が低下する。

最近になって、ルミナンスを調整可能なバックライトを有するＬＣＤディスプレイが検討されている。１つのそのようなディスプレイが特許文献７においてブラウン・エリオット他によって記述されている。この公報に記述されているように、或るアルゴリズムを用いて、入力ＲＧＢ画像信号を解析して、バックライトによって生成されるルミナンスを動的に調整し、かつＲＧＢ信号をＲＧＢＷ信号に変換し、バックライトのルミナンスを下げるときに、この変換内のスケール値を大きくするか、又はバックライトのルミナンスを上げるときに、この変換内のスケール値を小さくする。この方法は、よりも大きな色誤差を導入することなく、赤色、緑色及び青色発光素子の合成ピークルミナンスよりも高いピーク表示ルミナンスを有するディスプレイを提供することができる可能性があるが、その方法は少なくとも３つの問題を有する。第一に、有機発光ダイオードディスプレイのような放射型ディスプレイは、調整すべきバックライトを備えないので、これらのディスプレイの場合にこの方法を実施することはできない。第二に、これらの透過型ディスプレイの場合、バックライトルミナンスが上がると、暗いサブピクセルによる不測の光漏れが増加して、画像の陰影領域内の色精度が低下し、第三には、この方法は余分なハードウエアを必要とし、結果として形成されるディスプレイのコストを著しく上昇させる可能性がある。

米国特許第６，４５３，０６７号 米国特許第７，３０１，５４３号 米国特許第６，８９７，８７６号 米国特許第６，８８５，３８０号 米国特許出願公開第２００５／０２１２７２８号 米国特許出願公開第２００７／０１３９４３７号 米国特許出願公開第２００７／０２７９３７２号

リー他著「ＲＧＢＷカラーシステムを有するＴＦＴ−ＬＣＤ」（2003 Proceedings of the Society for Information Display Conference） Wang等著「携帯電話用途のためのＲＧＢＷ表示におけるルミナンスと色との間のトレードオフ」（2007 Proceedings of the Society for Information Display Conference）

従来技術の変換方法のいずれでも、大きな色誤差を導入することなく、又はバックライトのルミナンスを制御する費用を追加することなく、４つの発光素子を用いて、赤色、緑色及び青色発光素子の合成ルミナンスよりも高いルミナンス値を与えることはできない。それゆえ、ディスプレイデバイス内に画像シーンレンダリングするための改善された方法、詳細には、ＥＬディスプレイのような放射型ディスプレイの場合に、著しい色誤差を導入することなく、赤色、緑色及び青色発光素子の合成ピークルミナンスよりも高いピーク表示ルミナンスを有する、４色以上のサブピクセルを有するための改善された方法が依然として必要とされている。

本発明の一態様は、３色成分以上の画像入力信号を画像出力信号に変換する方法であって、
（ａ）それぞれ３色以上の成分を有する複数のピクセル信号を含む入力信号を入手すること、
（ｂ）各ピクセル信号の色成分毎に残差を求めること、
（ｃ）前記残差の限界値を求めること、
（ｄ）前記限界値に基づいて、前記色成分毎の共通スケールファクターを計算すること、及び
（ｅ）前記画像入力信号に前記共通スケールファクターを適用することであって、前記画像出力信号を生成する、適用することを含む、３色成分以上の画像入力信号を画像出力信号に変換する方法を含む。

本発明は、大部分の典型的な画像を表示するときに、４色以上のサブピクセルを有するディスプレイのダイナミックレンジを大きくするか、又は少ない消費電力で画像を表示することができるようにするという利点を有する。これは、付加的な、又は特殊な電子機器を必要とすることなく達成され、色誤差を含む、顕著なアーティファクトを導入することなく、ＥＬディスプレイの消費電力を低減するのに特に有用である。

本発明の方法の一実施形態による流れ図である。 本発明の方法の一実施形態による流れ図である。 本発明において有用である、その上に４色ピクセルを形成されているディスプレイを含むディスプレイシステムの概略図である。 本発明で有用な、ＥＬディスプレイのためのアクティブマトリックス基板の一部の平面図である。 本発明を理解するのに有用な、赤色、緑色、青色及び白色サブピクセルのためのルミナンス出力の関係をＥＬディスプレイのための入力コード値の関数として示すグラフである。 リアルタイムシステムにおいて本発明を提供するのに有用である、本発明の方法の一実施形態による流れ図である。 色誤差を生じることなく変換を達成するために図５の方法を適用するときの標準的なビデオ入力のための共通スケールファクターの変化を示すグラフである。 ４色成分出力画像信号の色誤差を５％以下にして変換を達成するために図５の方法を適用するときの標準的なビデオ入力のための共通スケールファクターの変化を示すグラフである。 本発明の方法の一実施形態による流れ図である。 本発明の方法の一実施形態による流れ図である。 本発明の方法の一部の一実施形態による流れ図である。 本発明の方法の一部の一実施形態による流れ図である。 本発明の方法の一部の一実施形態による流れ図である。 本発明の方法の一部の一実施形態による流れ図である。 本発明の方法の一実施形態による流れ図である。 本発明の方法の一実施形態による流れ図である。 本発明のいくつかの実施形態において導入される可能性がある色誤差を制御するための方法の流れ図である。 本発明の一実施形態による、ディスプレイを提供するための方法の流れ図である。 本発明の一実施形態による、残差を求めるための方法の流れ図である。

本発明の方法を用いることによって、典型的な入力画像信号を、赤色、緑色、青色及び１つの付加的な色のサブピクセルを含む、４色以上のディスプレイデバイスを駆動するための出力信号に変換し、ディスプレイのルミナンスを高めることができる。具体的には、本発明の方法は、赤色、緑色及び青色サブピクセルの合成ピークルミナンスよりも高いピーク表示ルミナンスを生成するように、３色成分以上の画像入力信号を、４色以上のディスプレイデバイスを駆動するために用いることができる画像出力信号に変換する。この方法は、１）色誤差を導入することなくこの変換を提供するために、２）限られた大きさの色誤差でこの変換を提供するために、又は３）表示される画像の限られた数のサブピクセル内で色誤差を許すために用いることができる。

一実施形態では、付加色サブピクセルは白色光を放射することができ、ディスプレイデバイスはＲＧＢＷディスプレイデバイスとすることができる。図１Ａを参照すると、本発明の１つの方法に従って、ディスプレイを配設することができ（ステップ１００）、それぞれが３色以上の成分を有する複数のピクセル信号を含む入力信号を入手し（ステップ１０５）、色誤差を避けるために赤色、緑色及び青色発光素子によって生成されなければならない３色成分以上の画像入力信号の部分を指示する、各ピクセル信号の色成分毎の残差を求め（ステップ１１０）、その残差の限界値を求め（１１５）、その限界値に基づいて色成分毎に共通スケールファクターを計算する（ステップ１２０）ことによって、３色成分以上の画像入力信号を画像出力信号に変換することができる。限界値は、残差の最大値、又は最大値に近い値とすることができるが、許容することができない色誤差を避けるために、かつ赤色、緑色及び青色ルミナンス値のみで達成することができるルミナンス値よりも大きな白色ルミナンス値を達成するために、残差の最大値に十分に近くなければならない。図１Ｂを参照すると、同じ、又は別の画像信号を入力することができ（ステップ１２５）、共通スケールファクターを入力信号に適用して（ステップ１３０）、スケーリングされた画像出力信号を生成することができる。その後、スケーリングされた画像出力信号を、少なくとも１つの付加色成分画像信号（たとえば、ＲＧＢＷディスプレイデバイスを駆動するために必要とされるような４色成分画像信号）を含む出力画像信号に変換することができ（ステップ１３５）、４色成分以上のディスプレイ（たとえば、赤色、緑色、青色及び白色サブピクセルを有するディスプレイ）上に４色成分画像信号を表示することができる（ステップ１４０）。そのような方法のさらに詳しい方法が図８Ａ及び図８Ｂにおいて与えられ、以下で説明される。本発明の代替の実施形態では、入力信号は４色成分画像信号とすることができ、本発明の方法全体を４色成分画像入力信号又は入力信号に適用することができる。本発明のさらに別の代替の実施形態では、入力信号は３色成分画像入力信号とすることができ、画像出力信号は３色成分画像信号とすることができ、４色成分以上のディスプレイ上に表示するために、後の時点において、その３色成分画像信号が４色成分以上の画像信号に変換される。

入力信号のための残差は、色誤差を避けるために、赤色、緑色及び青色発光素子によって生成されなければならない３色成分以上の画像入力信号の部分であり、１つの色チャネルの最大色値と、一緒に得られる全ての色チャネルの最大共通値（色成分限界）との間の差とすることができる。値ＭＩＮ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）は色成分限界とすることができる。代替的には、色成分限界は、許容することができない色誤差を防ぐために、ＭＩＮ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）値に十分に近い任意の値とすることができる。たとえば、色チャネルＲのための残差はＲ−ＭＩＮ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に等しくすることができ、色チャネルＧのための残差はＧ−ＭＩＮ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）とすることができ、色チャネルＢのための残差はＢ−ＭＩＮ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に等しくすることができる。基本的には、残差は色チャネル毎の色信号の高彩度部分に対応する。色誤差は、画像信号において指定される色と、変換された信号の色との間の任意の知覚することができる差である。

この方法の詳細な実施形態では、図２において示されるディスプレイのような、ＲＧＢＷ ＯＬＥＤディスプレイを提供することができる。図２に示されるように、ＲＧＢＷ ＯＬＥＤディスプレイ１０はピクセルのアレイ１５を含み、各ピクセルはサブピクセルの繰返しのアレイを含む。この図において示されるように、各ピクセル１５は赤色２０Ｒ、緑色２０Ｇ、青色２０Ｂ及び白色２０Ｗサブピクセルを含む。また、図２にはコントローラー２５も示されており、コントローラーは、入力信号３０を入手し（図１からのステップ１０５）、本発明の方法を用いてこの入力信号を処理し、ディスプレイ１０に駆動信号３５を与えて、その画像を表示することができる（図１からのステップ１４０）。このＲＧＢＷ ＯＬＥＤディスプレイ１０は、当該技術分野において知られているように、基板上に白色発光ＯＬＥＤをコーティングし、赤色２０Ｒ、緑色２０Ｇ、及び青色２０Ｂサブピクセル上にカラーフィルターを被着し、ＯＬＥＤからの白色放射をフィルタリングし、赤色光、緑色光及び青色光を生成することによって形成することができる。白色サブピクセル２０Ｗは、フィルタリングされない光を生成することができる。

図３は、図２の赤色２０Ｒ、緑色２０Ｇ、青色２０Ｂ及び白色２０Ｗサブピクセルのための電極、それぞれ４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂ、４２Ｗを備えるＯＬＥＤディスプレイのための基板の一部４０を示す。各電極４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂ、４２Ｗ、それゆえ、図２の対応する各サブピクセル２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ、２０Ｗは対応する回路４４Ｒ、４４Ｇ、４４Ｂ及び４４Ｗから電力を受信する。各回路は、各電極に与えられる電流又は電圧を制御して、各サブピクセルによって与えられるルミナンスを制御する。たとえば、選択信号が選択行４８に与えられるときに、駆動線４６において回路４４Ｒに駆動信号が与えられ、選択薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）５０が起動される。選択ＴＦＴ５０が起動されるとき、電圧が駆動線４６からキャパシタ５２に流れて充電することができる。キャパシタ５２が充電されると、選択線４８から選択信号を除去することができ、選択ＴＦＴ５０を閉じて、キャパシタ５２を充電したままにすることができる。キャパシタ５２に電圧が与えられるとき、この電圧は電力ＴＦＴ５４のゲートを制御し、それにより、電力線５６から電極４２Ｒまで電力が流れることができ、ＯＬＥＤを通って、電極４２Ｒに並列であるが、電極４２Ｒから見てＯＬＥＤの反対側にある第２の電極（図示せず）まで流れることができる。ＯＬＥＤを通ってこの電流が流れることによって、サブピクセルが、或るルミナンスを有する光を生成する。電力ＴＦＴ５４は、そのサイズが限られており、それゆえ、或る一定の最大電流を各サブピクセルの中に流せるようにするだけであることに留意されたい。それゆえ、回路４４Ｒは最大電流を与え、その電流は、ディスプレイ１０内の各サブピクセルのルミナンス出力を、超えることができない最大ルミナンスに制限する。回路が同じ特性を有するようにそれぞれ設計及び製造されるとき、各カラーサブピクセルは通常同じ電流限界を有する。しかしながら、図２に示される各カラーサブピクセル２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ、２０Ｗは、異なるカラーフィルターを有することに起因して、異なるルミナンス効率を有するので、それらのサブピクセルは通常、異なる最大ルミナンス値を有する。このタイプの典型的なディスプレイの場合の、異なる電流に対応する、サブピクセルコード値の変化に対するディスプレイのルミナンス応答が図４に示される。これらの曲線は個々のサブピクセルのルミナンスを示すものではなく、いくつかのピクセルを含む、ディスプレイの或るエリアにわたって収集されるルミナンス値を表すことに留意されたい。この図が示すように、図２に示される個々のサブピクセル２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ、２０Ｗ毎のルミナンス出力６０、６２、６４、６６は、図２に示される駆動信号３５内のコード値に応じて増加する。しかしながら、各サブピクセルのルミナンス効率は異なるので、サブピクセル毎に増加率は異なり、青色６４が最も低く、赤色６０、緑色６２と変化して、白色６６が最も高い。このディスプレイでは、赤色、緑色及び青色サブピクセル２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂのルミナンス出力を合成するときに、そのディスプレイによって生成される最も高いルミナンスは約４００ｃｄ／ｍ²である。しかしながら、白色サブピクセル２０Ｗのルミナンス出力６６は約６００ｃｄ／ｍ²であり、そのルミナンス出力は赤色２０Ｒ、緑色２０Ｇ及び青色２０Ｂサブピクセルの最大ルミナンスを加算する（すなわち、合成する）ことによって得られる４００ｃｄ／ｍ²の合成白色点よりも著しく大きい。それゆえ、そのディスプレイは、３色成分以上の画像入力信号を、このディスプレイを駆動するのに適した４色成分出力画像信号に変換するための本発明の詳細な方法を用いて、著しく高いルミナンスを達成することができ、この方法は、望ましくない色誤差を導入することなく、サブピクセル２０Ｗのピークルミナンスを使用する。

この詳細な実施形態では、図２に示されるディスプレイ１０が配設される（図１のステップ１００）。このステップにおいて、一定のディスプレイ依存情報が確認及び処理されて、この実施形態を可能にする。このプロセスが図１５においてさらに詳細に示される。このプロセスでは、各サブピクセルから放射される光の色度座標が得られる（ステップ１５０）。この方法の一例を提供するために、図２のディスプレイ１０は、サブピクセル２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ及び２０Ｗを有し、それらのサブピクセルは、赤色の場合に（０．６４，０．３３）、緑色の場合に（０．３０，０．０６）、青色の場合に（０．１５，０．０６）、白色の場合に（０．３１３，０．３２９）のＣＩＥ１９３１ｘ，ｙ色度座標において光を放射すると想定される。ディスプレイ白色点も規定される（ステップ１５２）。この例では、（０．３１３，０．３２９）のディスプレイ白色点が想定される。赤色、緑色、青色及び白色サブピクセルのためのＣＩＥ１９３１色度座標を使用し、かつディスプレイ白色点のためのＣＩＥ１９３１色度座標を使用するとき、赤色、緑色及び青色サブピクセルのｘ，ｙ座標をディスプレイ白色点の三刺激値に変換するためのマトリックスを計算することによって、当該技術分野においてよく知られているような燐光体マトリックスを計算することができる（ステップ１５４）。この燐光体マトリックスは、赤色、緑色及び青色サブピクセルによって放射される光からディスプレイの白色点を形成するための規定ルミナンス比を含む。この例において与えられる座標の場合、ディスプレイ白色点の座標において白色光放射を生成するために赤色、緑色及び青色サブピクセルから生成されることになるルミナンスの割合は、２１．３％赤色、７１．５％緑色及び７．２％青色である。これらの比を用いるとき、赤色、緑色及び青色サブピクセルによって生成することができる光から生成することができる最高ルミナンス白色点は、最大ルミナンスを計算することによって計算することができ（ステップ１５６）、図４に示されるルミナンス応答関数を用いて、赤色、緑色及び青色の各サブピクセルを駆動して、ディスプレイ白色点の色度座標を有する光を生成することができる。この例において、これらの最大ルミナンス値は赤色の場合に８１．９ｃｄ／ｍ²、緑色の場合に２７５．６ｃｄ／ｍ²、青色の場合に２７．８ｃｄ／ｍ²である。これらのルミナンス値を合成すると、想定されるディスプレイは、ルミナンスが３８５．３ｃｄ／ｍ²である白色点を有する。白色サブピクセルはディスプレイの白色点において光を放射するので、赤色、緑色及び青色サブピクセルからの光を加算することによって、又は白色サブピクセルを３８５．３ｃｄ／ｍ²のルミナンスに駆動することによって、この同じ白色点ルミナンスを作り出すことができる。図４に示されるトーンスケールを用いて、ルックアップテーブルを形成することができ（ステップ１５８）、それは、パネル輝度値から図２の各発光素子２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ及び２０Ｗの出力ルミナンス値へのマッピングを提供する。これらのルックアップテーブルは、ステップ１５６からのそれぞれの最大ルミナンス値によって、図４に示される赤色、緑色、及び青色ルミナンス値を正規化することによって形成される。同様に、図４に示される白色ルミナンス値は、ディスプレイ白色点ルミナンスによって正規化される。ディスプレイトーンスケール内の１５個の異なる点における、図４に示される値のためのルックアップテーブルが表１に示される。しかしながら、このルックアップテーブルは通常、取り得るコード値と同じ数のエントリを有することになり、色チャネル毎のパネル輝度値に応じて、コード値を探索してディスプレイを駆動することができるようになる。

この表において示されるように、緑色サブピクセルピークルミナンスの最も高いパネル輝度が１の値を有するので、赤色２０Ｒ、緑色２０Ｇ及び青色２０Ｂからの光の合成によって形成することができるディスプレイ白色点におけるピークルミナンスは、緑色サブピクセル２０Ｇのピークルミナンスによって制限される。赤色及び青色サブピクセルの場合、ディスプレイ白色点のルミナンスを形成するために必要とされる輝度値よりもわずかに高い輝度値を得ることができる。表１に示される発光素子の色毎のパネル輝度値の各最大値から１を減算することによって、赤色、緑色及び青色チャネル毎にパネル輝度オフセットを求めることができ（ステップ１６０）、結果として、赤色の場合に０．１２１、緑色の場合に０、青色の場合に０．０３１のパネル輝度オフセットが得られる。これらのパネル輝度オフセットの使用に関しては、以下でさらに説明される。白色サブピクセル輝度値のための最大パネル輝度値は、表１の白色サブピクセルのための最大値から求めることができる（ステップ１６２）。本発明にとって重要なのは、この値が１．５よりも大きいことであり、それは、白色サブピクセルが、ディスプレイ白色点において、赤色、緑色及び青色サブピクセルからの出力を合成することによって生成することができるルミナンスの１．５倍よりも大きいルミナンスを生成することができることを示す。その後、本方法のための最大共通スケールファクターが求められる（ステップ１６４）。本発明のこの実施形態では、この最大共通スケールファクターは、白色サブピクセルのための最大輝度値（すなわち、１．５４２）であると想定される。しかしながら、それは、白色サブピクセルの最大輝度値＋１以下の任意の値とすることができる。

注目すべきは、ディスプレイ白色点におけるピーク表示ルミナンスは、ディスプレイの１つのピクセル内の全てのサブピクセルを起動することによって、２．５４２（すなわち、白色サブピクセルの最大輝度値と１との和であり、それは定義によって、ディスプレイの白色点において赤色、緑色及び青色サブピクセルによって与えることができる最大輝度値である）に等しくすることができることである。この値、又はこの値未満の任意の値を用いて、最大共通スケールファクターを規定することができる。しかしながら、本発明の１つのＥＬディスプレイ実施形態では、１つのピクセル内の白色サブピクセルのみを起動することによって形成される白色の電力効率（カンデラ／アンペアで定められる）は、赤色、緑色、青色及び白色サブピクセルの組み合わせを起動することによって形成される同じ白色の電力効率よりもはるかに高い。それゆえ、最大共通スケールファクターが白色サブピクセルのための最大パネル輝度値と定義される場合には、低消費電力のＥＬディスプレイを作り出すことができ、色変換ステップは、赤色２０Ｒ、緑色２０Ｇ又は青色２０Ｂサブピクセルからのルミナンスの代わりに、白色サブピクセル２０Ｗからのルミナンスを優先的に適用する。

図２に示されるディスプレイ１０が配設されると（図１のステップ１００）、図１に示されるように、複数のピクセル信号を含む入力信号が入手される（１０５）。各ピクセル信号は３色以上の色成分を有することができる。その入力信号は、単一の画像又は一連の画像のためのピクセル信号をさらに含むことができる。この例では、又は本開示内の他の例では、その方法を例示するために、一連の入力画像を定義することが有用である。これらの例において、入力画像は、表２に示されるｓＲＧＢコード値を有する一連のフルスクリーンカラー画像。この例において、各画像は異なる入力信号によって表されることに留意されたい。入力信号毎の各ピクセル信号は同一であり、表２に示されるｓＲＧＢコード値は、ピクセル信号毎に３色成分である。

入力画像を入手するステップ１０５中に、最初にディスプレイのための燐光体マトリックスを適用して、ｓＲＧＢコード値をｓＲＧＢ原色から、パネルコード値を形成する赤色、緑色及び青色サブピクセルの色度座標に回転させることによって、ｓＲＧＢコード値がパネル輝度値に変換される。その後、非線形変換を適用して、入力トーンスケールを線形輝度値に変換し、その線形輝度値は、赤色、緑色及び青色サブピクセルのみを有する従来のディスプレイ内の赤色、緑色及び青色サブピクセルのルミナンス値に線形に関連付けられる。ｓＲＧＢコード値を線形ルミナンス値に変換するとき、以下の式によって非線形関係が定義される。
ＣＶ／２５５＞０．０３９２８である場合には、ｐａｎｅｌ＿ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ＝（（ＣＶ／２５５＋０．０５５）／１．０５５）^2.4
そうでない場合には、ｐａｎｅｌ＿ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ＝ＣＶ／（２５５^*１２．９２）
ただし、ＣＶはパネルコード値への回転後の入力コード値である。この例では、これらの画像処理ステップ後に生じるパネル輝度値は、０〜１の範囲内に符号化され、入力３成分画像信号において指定される色を形成するために必要とされる赤色、緑色及び青色サブピクセルの最大ルミナンスの割合を表す。表２に示されるコード値のためのパネル輝度値が表３に示される。

入力信号が入手されると（図１のステップ１０５）、各ピクセル信号の色成分毎に残差が求められる（１１０）。この残差を求めるための方法が図１６に示される。図に示されるように、ピクセル（ｉ）毎の赤色（Ｒ_i）、緑色（Ｇ_i）及び青色（Ｂ_i）パネル輝度値から始めて、入力信号によって表される各画像内のピクセル毎に、赤色、緑色及び青色パネル輝度値の最小値（すなわち、ｍｉｎ（Ｒ_i，Ｇ_i，Ｂ_i）が求められる（ステップ１７０）。その後、この値は、対応するピクセルのための各パネル輝度値から減算され（ステップ１７２）、以下のように計算される値Ｒ_i’、Ｇ_i’、及びＢ_i’が与えられる。
Ｒ_i’＝Ｒ_i−ｍｉｎ（Ｒ_i，Ｇ_i，Ｂ_i）
Ｇ_i’＝Ｇ_i−ｍｉｎ（Ｒ_i，Ｇ_i，Ｂ_i）
Ｂ_i’＝Ｂ_i−ｍｉｎ（Ｒ_i，Ｇ_i，Ｂ_i）

結果として生成される値は、一般的に、このディスプレイシステム内でこの画像のための赤色、緑色及び青色サブピクセルを駆動するために用いることができるパネル輝度値を表す。しかしながら、上記で例示されたように、赤色、緑色又は青色チャネルのうちのいくつかは、１よりも大きな最大パネル輝度値を有することができる。これを補償するために、ステップ１６０において求められたパネル輝度オフセット（Ｒ_o，Ｇ_o，Ｂ_o）を、入力パネル輝度値と各ピクセル内の対応する色のためのパネル輝度値の最小値との間の差から減算することができ（ステップ１７４）、結果として生成された０未満の任意の値を０に等しく設定することができる（ステップ１７６）。これらの演算は以下のように表すことができる。
Ｒ_i’’≧０の場合には、Ｒ_i’’＝Ｒ_i’−Ｒ_o、そうでない場合には、０
Ｇ_i’’≧０の場合には、Ｇ_i’’＝Ｇ_i’−Ｇ_o、そうでない場合には、０
Ｂ_i’’≧０の場合には、Ｂ_i’’＝Ｂ_i’−Ｂ_o、そうでない場合には、０
ただし、Ｒ_i’’、Ｇ_i’’、及びＢ_i’’は結果として生成される値を表す。これらの結果として生成される値は、各画像内のピクセル毎の残差である。表４は、パネル輝度オフセットが減算された（ステップ１７４）後の最小パネル輝度値及び最終残差を示す。

その後、画像毎に限界値が求められる（１１５）。表４に示される値の各行は単色の画像を表すので、この限界は、赤色、緑色及び青色残差の列にわたって最大値を計算し、表５に示される値を得ることによって求めることができる。大部分の実際の画像は単色から形成されるのではなく、代わりに、各ピクセル内の色毎に異なるコード値から成るモザイクを含み、その限界値は、入力画像信号３０内の全てのピクセルに対する限界値を表すことがわかる。

その後、その限界値に基づいて、色成分毎に共通スケールファクターが計算される（１２０）。この計算は、最初に最大残差値の逆数を計算することによって実行される。その後、ステップ１６４において求められた最大共通スケールファクターよりも大きな、結果として生成された任意の値が、この最大共通スケールファクター値を割り当てられる。この例の場合に結果として生成された値が表５に示される。表に示されるように、これらの値は１〜１．５４２の範囲にあり、１．５４２は最大共通スケールファクター値であり、この例では、最大白色パネル輝度値である。

その後、入力画像値、具体的には、表３に示されるパネル輝度値が、共通スケールファクターと乗算される。このようにして、共通スケールファクターを画像入力信号に適用して、画像出力信号を生成する。この結果として、表６に示されるように、スケーリングされたパネル輝度値が生成される。

その後、パネル輝度値は、３色入力信号から４色出力信号に、具体的には、赤色、緑色、青色及び白色パネル輝度値に変換され（１３５）、３色成分画像入力信号から、４色成分画像信号への変換が実施され、入力信号色成分は赤色、緑色及び青色を含み、画像出力信号色成分は赤色、緑色、青色及び白色を含む。この変換１３５は、各画像内のピクセル毎に赤色、緑色及び青色パネル輝度値の最小値を計算し、この最小値の一部を白色パネル輝度値として割り当て、この最小値のこの同じ部分を赤色、緑色及び青色パネル輝度値から減算することによって実行される。この部分は０よりも大きな任意の値から１までの範囲に及ぶことができる。その部分が１の値を割り当てられると想定すると、表７に示されるような赤色、緑色、青色及び白色パネル輝度値が得られる。表に示されるように、入力色毎のこの変換後に、赤色、緑色又は青色輝度値の少なくとも１つは０であり、この例のディスプレイでは、色毎のルミナンスは白色サブピクセルによって生成される。このサブピクセルは、フィルタリングされた高彩度色サブピクセルのいずれかよりもルミナンス効率が高いので、この変換の結果として、最も高い変換の効率がもたらされる。

その後、表１において示されるルックアップテーブル内の探索を実行して駆動信号３５を生成することによって、画像が駆動信号に変換され、この信号をディスプレイ１０に与え、画像を表示する（１４０）。

この例では、ピクセル信号毎の残差を求めるための方法は、変換ステップ中に用いられたのと同じであった。別の代替の実施形態では、変換ステップを実行することができ、この変換された信号からの赤色、緑色及び青色値がピクセル信号毎の残差として用いられる。そのような代替の実施形態では、その後、入力画像信号を共通スケールファクターと乗算して出力信号を生成するのではなく、変換された信号を共通スケールファクターと乗算して出力信号を生成する。

入力信号を表示するＲＧＢシステムと、変換されたＲＧＢＷ信号を表示する本実施形態のＲＧＢＷディスプレイとの間で生成される色差を求めるために、表３のＲＧＢパネル輝度値及び表７のＲＧＢＷパネル輝度値の両方をそれぞれの原色マトリックスと乗算することによって、システム毎のＣＩＥ１９３１色度座標を計算することができる。その後、結果として生成されたＸＹＺ三刺激値を表８に示される１９３１ＣＩＥ色度座標に変換することができる。表に示されるように、ＲＧＢシステム及びＲＧＢＷシステムの場合の色度座標（ｘ及びｙの両方）は同一である。しかしながら、大部分のルミナンス値（Ｙによって表される）は、ＲＧＢシステムの場合よりも、ＲＧＢＷシステムの場合に高い。しかしながら、このディスプレイを単一刺激ディスプレイと見なすとき、人間の視覚システムはそのディスプレイの白色点に適応する。ＲＧＢシステムでは、この適応ルミナンスは常に３８５ｃｄ／ｍ²である。しかしながら、ＲＧＢＷシステムの場合、白色点は、共通スケールファクターに応じて変化する。結果として生成される白色ルミナンス値は、「適応ルミナンス」を付される列内に示される。暗い部屋において視認されるディスプレイの場合に典型的に生じるように、結果として生成される画像を視認するときに、人間の視覚システムがこれらのルミナンス値に適応すると想定される場合には、これらの値を用いて、ＲＧＢ及びＲＧＢＷシステムの場合の、Ｌ^*ａ^*ｂ^*値の差（ΔＥ_ab ^*）を計算することができる。ただし、ＲＧＢシステムの場合の適応ルミナンス（Ｙ_n）は全ての画像の場合に３８５ｃｄ／ｍ²であり、その色のルミナンスはＹによって示される。示されるように、ＲＧＢ及びＲＧＢＷシステムの場合の、Ｌ^*ａ^*ｂ^*値の差（ΔＥａｂ^*）は、以下の式を用いて計算され、
ΔＥａｂ^*＝［（Ｌ_RGB ^*−Ｌ_RGBW ^*）²＋（ａ_RGB ^*−ａ_RGBW ^*）²＋（ｂ_RGB ^*−ｂ_RGBW ^*）²］^0.5
そして、システム毎のＬ^*、ａ^*、及びｂ^*は、以下の式から計算され、
Ｌ^*＝１１６（Ｙ／Ｙ_n）^1/3−１６
ａ^*＝５００［（Ｘ／Ｘ_n）^1/3−（Ｙ／Ｙ_n）^1/3］
Ｂ^*＝２００［（Ｙ／Ｙ_n）^1/3−（Ｚ／Ｚ_n）^1/3］
そして、Ｘ及びＺは以下の式から計算される。
Ｘ＝（ｘ／ｙ）Ｙ
Ｚ＝（（１−（ｘ＋ｙ））／ｙ）Ｙ

結果的な計算は、ＲＧＢシステム及びＲＧＢＷシステムの場合のＬ^*ａ^*ｂ^*値の差は０であることを示し、レンダリング経路内に色誤差がないことを示す。結果として生成される誤差が、複雑な画像内の色差を検出するために典型的に必要とされる３未満であるので、色誤差は存在しない。それゆえ、このシステムは、表８内のＲＧＢＷ Ｙ列及びＲＧＢ Ｙ列を比較することによって明らかであるように、色誤差を導入することなく、より高い平均ルミナンス値を有するディスプレイを作り出す。

提供されるような特定の実施形態は、それぞれが別の静止画像を表示する前の或る時間期間にわたって視認される、１つ又は一連の静止画像を表示するときに非常に良好に実施される。しかしながら、或るシーンをパンする、或るシーン内に動いている物体を入れる、又は或るシーン内の照明を徐々に変更するときに生じるような、或るシーンにおいて相対的に小さな変化を示すビデオコンテンツを表示するとき、共通スケールファクターがフレーム毎に個別に計算される場合には、入力シーケンス内の各フレームは、異なるピクセル値分布を有する可能性がある。この実施形態において提供されるように、フレーム毎に共通スケールファクターが計算され（１２０）、それを用いて各ビデオフレームによって表される画像をスケーリングする（１３０）場合には、或る程度の望ましくないアーティファクトが生じる可能性がある。具体的には、大部分の物体が変化していない単一のシーンを視認するときに、そのシーン内の１つ又は少数の物体のルミナンスの変化に起因して、各フレームが表示されるのに応じて、ユーザーは画像変化のルミナンスを見る可能性がある。このルミナンスの変化は、視認する際に気を散らし、混乱させる可能性がある。それゆえ、ビデオを表示するとき、ビデオの単一のシーン内の後続の画像に対して、共通スケールファクターの大きな変化を適用するのを避けることが望ましい。それゆえ、共通スケールファクターの変化を経時的に制限するか、又は共通スケールファクターを平滑化して、ルミナンスの知覚することができる変化を除去することがすることができる。しかしながら、そのシーンのルミナンスが徐々にしか変更されない可能性があるので、これは必ずしも最良の結果をもたらすとは限らない。代わりに、ビデオを処理するときに、シーンのルミナンスを調整するための高速及び低速両方の方法が必要であることに気がついている。ビデオに動的な変化がある、通常シーンの変化を示すときに高速の変更が提供され、他の時間、通常１つのシーン内にあるときに低速の変更が提供される。共通スケールファクターの大きな変化と小さな変化との間の選択は、一実施形態において、シーン間の差を解析することによって容易にされ、よりも大きな変化は、ビデオコンテンツ内のシーンカット又は他の極めて動的な変化の場合にのみ許される。一実施形態では、共通スケールファクターを経時的に平滑化することができ、最終的な共通スケールファクターは、ビデオ信号内の後続のフレーム間の画像差の大きさを検出するための或る方法に基づいて、平滑化された共通スケールファクター、元の共通スケールファクター、又はこれら２つの値の或る平均から選択することができる。

ビデオを検討するとき、ビデオシーンを、類似の空間的及び時間的情報を示す２つ以上の個別のフレーム又は画像として記述することが有用である。すなわち、１つのシーンは、それぞれを数分の時間間隔内で捕捉又は表現される重なり合う空間情報を含む１つの画像として記述することができる、全てのフレームから成ることができる。ビデオシーンを捕捉するために用いられるカメラの視点が劇的に変化するとき、又は同じ空間位置の捕捉が数分間中断し、その後、再び開始するときには必ず、シーン変化が生じる。或るシーン内の後続のフレームを表示するときに、画像をスケーリングする（１３０）ために適用されるスケールファクターの大きな変化は好ましくない可能性があることに留意されたい。しかしながら、ビデオが１つのシーンから別のシーンに移行するときに、画像をスケーリングする（１３０）ために適用されるスケールファクターの非常に大きな変化は、ユーザーが新たなシーンのルミナンスに適応するつもりであるので、通常ユーザーが検出することはできない。

ビデオを処理するために具体的に設計される第２の実施形態では、図５の方法を適用することができる。この図に示されるように、３色成分以上の画像入力信号を、４色ディスプレイデバイスに適している画像出力信号に変換する方法が提供される。この方法は、それぞれが３色以上の成分を有する複数の入力ピクセル信号を含む入力信号を入手すること（２０５）、入力信号を調整するための調整可能な共通スケールファクターを設定すること（２００）、ディスプレイが適当な色表現２２０を提供することができないことを表す残存誤差を求めること（２３０）、その残存誤差に基づいて共通スケールファクターを調整すること（２６５、２７０、２９０、３０５）、及び画像入力信号に共通スケールファクターを適用し（２１５）、画像入力信号をスケーリングして画像出力信号を生成することを含む。

図５の詳細な実施形態では、同じくディスプレイ１０が配設され、このディスプレイの特性を用いて、ディスプレイ動作特性を得ることができ、かつ初期共通スケールファクター及びいくつかの初期制御パラメーターを設定する（２００）ことができる。ディスプレイの特性の中には、赤色２０Ｒ、緑色２０Ｇ、青色２０Ｂ及び白色２０ＷサブピクセルのＣＩＥ１９３１ｘ，ｙ色度座標；ディスプレイ白色点；赤色、緑色、青色及び白色トーンスケール；パネル輝度オフセット；及び上記の実施形態において求められるような最大共通スケールファクターがある。簡単にするために、この例は、先行する例と同じディスプレイ及び特性を使用するものと想定する。さらに、初期共通スケールファクターは１であると想定し、平均シーンルミナンス及び最大残差のための値は０．５であると想定し、クリッピンクするのを許されるピクセルの数は０に等しいと想定し、目標残差は０．９５であると想定する。

信号をクリッピングすることは信号上に人為的な限界を設定することであり、その限界はクリッピングされていなければ割り当てられていた値未満であることに留意されたい。画像形成システムにおいて、そのようなクリッピングは、多数のピクセルにおいて実行される場合には、視覚的な細部が失われること、又は結果として生成される画像において擬似輪郭が生じることなどの画像形成上のアーティファクトを引き起こす可能性がある。しかしながら、少数のピクセルだけをクリッピングすることによって、そのようなアーティファクトは通常、無頓着な観測者には容易に識別されない。

この例において、これらのパラメーターがそれぞれ適用される。これらのパラメーターの厳密な値は重要ではなく、それらのパラメーターは初期条件を確立し、その条件はそのプロセスによって絶えず更新され、共通スケールファクターについての重要な判断を行なうことができる。

その後、３色以上の入力信号を入手することができる（２０５）。先行する例と同様に、この信号はｓＲＧＢ信号であり、９個のビデオフレームを含むことになり、そのコード値が表２において与えられる。これら９色は実際にはビデオシーケンス内の９個のフレームを表し、各フレームはデータのピクセルのアレイから構成されるが、各フレーム内のどのピクセルも表２に示されるｓＲＧＢコード値によって規定されるものと想定される。しかしながら、この条件では、赤色、緑色及び青色コード値によって規定されるような各ピクセル、及びこのビデオの各フレームは、コントローラー２５に順次に入力されるものと想定される。そのようなリアルタイムビデオシステムでは、このビデオフレームを表示する前に、ビデオフレームのうちの１つ又は複数を格納するためのフレームバッファを有することは望ましくない。それゆえ、入力信号の各ピクセル、又は一連の数ピクセルを受信し、遅延を生じることなくこれらのピクセルを処理して、表示することが望ましい。

先行する実施形態と同様に、その後、入力信号はパネル輝度値に変換される（２１０）。この変換プロセスは上記で説明されており、結果として、ビデオの９フレームのフレーム毎に、表３に示されるパネル輝度値が生成される。しかしながら、上記で示されたように、この変換はリアルタイムに実行されることが好ましく、各ピクセルは後続のピクセルが受信される前に変換される。

これらの入力信号が赤色、緑色及び青色パネル輝度値に変換される（２１０）のに応じて、赤色、緑色及び青色の各パネル輝度値に共通スケールファクターを乗算することによって、それらの値がスケーリングされる（２１５）。上記で言及されたように、この共通スケールファクターは１の初期値を有し、それゆえ、この同じ共通スケールファクターを入力３成分画像信号のフレーム全体に適用することができるので、この変換は表示されるビデオの最初のフレームに実際に影響を及ぼさない。しかしながら、以下で示されるように、共通スケールファクターはフレーム毎に調整することができ、それゆえ、入力３成分画像信号値の後続のフレーム毎に、このスケールファクターは将来のフレームの少なくともいくつかに対して１よりも大きくすることができ、１よりも大きいスケーリングされた赤色、緑色及び青色パネル輝度値を生成することができる。それゆえ、これらの値は、ディスプレイが合成ＲＧＢ白色点ルミナンスよりも高いルミナンス値を生成するように要求することができる。パネル輝度値は０〜１の範囲内にあるように示されるが、これらの値は通常１０又は１２ビット整数値として格納されることにも留意されたい。これが１０ビットシステムにおいて実行される場合には、０〜１０２４の整数値を用いて、０〜１の値を示す。さらに大きな値を示すためには、このスケーリングの結果は通常、少なくとも１つの付加ビットを必要とし、この例では、第１１ビットを追加することによって、０〜２０４８の整数値を使用することができるようにし、それにより０〜２の輝度値を指示することができる。

その後、スケーリングされた赤色、緑色及び青色パネル輝度値を、赤色、緑色、及び青色残差値及び白色パネル輝度値に変換することができる（２２０）。この変換は、最初にピクセル毎に、スケーリングされた赤色、緑色及び青色パネル輝度値の最小値を求めることによって実行することができる。この最小値をスケーリングされた赤色、緑色及び青色パネル輝度値から減算して、赤色、緑色及び青色残差値を生成することができる。この同じ最小値を白色パネル輝度値として割り当てることができる。このステップを通じて、３色成分以上の入力画像信号が、４色以上の異なる色のサブピクセルを有するディスプレイデバイスを駆動するのに適している少なくとも１つの付加的な色成分画像信号を含む信号に変換される。

その後、この実施形態において制御パラメーターが計算される（２２５）。これらの制御パラメーターは、３成分画像信号のフレームのための赤色、緑色及び青色残差値の最大値、並びに入力３成分画像信号のフレームのための平均赤色、緑色及び青色残差値を含む。１よりも大きな共通スケールファクターの場合、任意のフレームのための最大赤色、緑色及び青色残差値は、１＋適切な色のためのパネル輝度オフセットよりも大きくすることができ、その場合、１＋適切な色のためのパネル輝度オフセットよりも大きな赤色、緑色及び青色残差値を、１＋適当な色のためのパネル輝度オフセットの値にクリッピングすることができる（２３０）。このクリッピング２３０は、ビデオ信号の１つのフレームに色誤差を導入する可能性があり、用途によっては望ましくないことがある。それゆえ、この条件が生じる時点を理解すると共に、ディスプレイがこれらの用途において使用されるときに、この色誤差が存在しないか、知覚することができないか、又は測定することができないように共通スケールファクターを迅速に下げることが重要である。クリッピングされた（２３０）赤色、緑色及び青色残差値の数をカウントする（２３５）ことによって、１つのさらに別の制御パラメーターも求められる。色誤差の大きさが求められる必要はないこと、或る量の色誤差が導入されるだけであること、又は色誤差は残差値のうちのいくつかに導入されることに留意されたい。しかしながら、各ピクセル信号の各色成分とピクセル信号毎の色成分限界との間の残差を計算し、各ピクセル信号の色成分毎に残差から最大信号を減算し、全ての負の値を０に等しく設定することによって、残存誤差の大きさを求めることができる。この例では、この最大信号値は、ビデオの任意の画像又はフレーム内の最大赤色、緑色又は青色パネル輝度値である。

コントローラーが３色成分以上の入力信号値を受信し、その信号値をクリッピングされた赤色、緑色及び青色残差値及び白色パネル輝度値に変換するのに応じて、これらの輝度値を適用して、ディスプレイを駆動する（２４０）。このステップは、表１に示されるような表を用いて、入力パネル輝度値に基づいてコード値を探索すること、及びこれらのコード値を駆動信号３５としてディスプレイ１０に与え、それにより赤色２０Ｒ、緑色２０Ｇ、青色２０Ｂ及び白色２０Ｗサブピクセルを駆動することを含む。このプロセスは、画像情報をバッファリングすることなく、リアルタイムに提供される。

ディスプレイ１０を駆動するために（２４０）、データのフレームが与えられると、フレームの最後が表示されたかが判断される（２４５）。ディスプレイのフライバックのために配分された時間（すなわち、大部分の既存のビデオ標準規格においてＣＲＴビームが右下から左上まで動くために割り当てられるビデオフレーム間の時間）中に、制御パラメーターを解析して、３色成分以上の入力信号値の次のフレームを表示する前に、共通スケールファクターを変更するか否か、そしてその方法を判断する。この解析は、平均パネル輝度を計算すること（２５０）を含むことができる。その後、クリッピングされた残差値の数が、クリッピングするのを許される残差値の要求数と比較される（２５５）。

この要求数は通常システム設計者によって定数として設定され、ファームウエアに格納されることに留意されたい。０の値は、結果として色誤差のない画像を生成することができるが、概ね数パーセントの少ない数は、結果として、ピクセルの数パーセントの最大値が或る小さな色誤差を有する画像を生成する可能性があるが、その色誤差は通常目に見えない。用途によるが、異なるユーザーグループは、この値に対して異なる許容範囲を有する可能性があるが、その値は、通常、ディスプレイ内のサブピクセルの数の１０パーセント未満の値となる。

クリッピングされる赤色、緑色及び青色残差値の数が要求数を超える場合には、後続のフレームのための共通スケールファクターを小さくして、クリッピングされる赤色、緑色及び青色残差値の数を減らさなければならない。共通スケールファクターを低減するために、最初に解析を実行して、この誤差が、大きく異なる共通スケールファクターをここで必要とするシーン変化によって引き起こされたか否かを判断する（２６０）。現在の実施形態では、この判断は、計算された平均パネル輝度値と予め計算された平均パネル輝度値との比較、及び最大赤色、緑色又は青色残差値と先行するフレームからの最大赤色、緑色又は青色残差値との比較に基づいて行われる。これらの差がいずれも十分に小さい場合には、シーン変化が生じたとは見なされない。この場合、共通スケールファクターは少量だけデクリメントされ（２６５）、それにより、ディスプレイの白色点ルミナンスが毎秒数パーセント（約５パーセント）だけ減少することができるようにする。これらの条件下では、その画像は、視認者がルミナンスの変化に気がつかないほど十分に時間をかけて薄暗くされ、その画像は突然暗くなったり、ちらついたりするようには見えない。平均並びに最大赤色、緑色及び青色残差値の両方の変化が十分に大きい場合には、シーン変化が生じたものと判断される（２６０）。平均及び最大値の場合に必要とされる変化の大きさの例として、平均シーンルミナンスが全範囲の１２．５％だけ変化するときはいつでも、かつ最大値が全範囲の２５％だけ変化するときはいつでも、シーンは変化しているものと分類することができる。これらの条件下では、共通スケールファクターが再計算され、迅速にデクリメントすることができるようにする（２７０）。この計算は、共通スケールファクターに、赤色、緑色及び青色残差値のための最大値（たとえば、１＋適切な色のためのパネル輝度オフセット）と赤色、緑色及び青色残差値の最大値との比を乗算することを含む。この計算は低いスケール値を生成し、後続のフレームが大きくクリッピングされるのを避ける。コンテンツがシーンの変化と共に大きく変化しており、それゆえ、ユーザーは現在のシーンの明度に関して何も予想していないので、この潜在的に迅速なスケール値の変化から生じるルミナンスの変化をユーザーは知覚することができないことに留意されたい。

赤色、緑色及び青色残差値のクリッピングされた数があまり多くないと判断される場合には（２５５）、最大赤色、緑色及び青色残差値が目標最大値と比較され（２７５）、目標最大値は１よりもわずかに小さな値である（たとえば、０．９５）。最大残差値がこの目標残差値よりも大きい場合には、共通スケールファクターは概ね最適であると見なされ、変更されない。しかしながら、最大残差値がこの目標最大残差値未満である場合には、スケールファクターを増加させて、次のフレームにおいてより高いルミナンスで画像を表示することができるようにする。再び、シーン変化が生じたか否かを判断する（２８０）。生じていない場合には、スケール値を小さくしたときの低速デクリメント２６５と同様に、スケール値が毎秒数パーセントだけインクリメントされる（２９０）。比較中に、シーン変化が生じたものと判断される（２８０）場合には、スケール値が計算され、インクリメントされる（３０５）。その計算は、赤色、緑色及び青色残差値のための最大値（たとえば、１＋適切な色のためのパネル輝度オフセット）と赤色、緑色及び青色残差値の最大値との比を求めることを含む。この計算は、スケールファクターの迅速な変化を引き起こすことができるが、再び、シーンが変化した後だけであるので、ユーザーはシーン明度に関して予想していない。インクリメントがステップ２９０において判断されたか、３０５において判断されたかにかかわらず、結果として生成される共通スケールファクターが最大スケールファクターと比較される（２９５）。この最大スケールファクターは、白色サブピクセルの最大ルミナンスを合成ＲＧＢ白色点ルミナンスで除算することによって求められる。共通スケールファクターがこの最大スケールファクター未満である場合には、共通スケールファクターが適用される。そうでない場合には、最大スケールファクターに等しく設定される（３００）。

次のビデオフレームのための入力画像信号を受信する前に、後続のフレームを解析するときの比較値を与えるために、制御パラメーターが格納される（３１０）。これは、最大赤色、緑色及び青色残差値並びに平均残差値をセーブすることを含む。しかしながら、フリッカーのような、或る特定の望ましくない時間的な作用を回避するために、平均残差値は、履歴値で重み付けされた平均値として計算することができる。すなわち、次のフレーム中の比較のための平均残差値は、古い平均残差値のうちの２０％を新たな平均残差値のうちの８０％に加算することによって計算することができる。この時間平均は、この値の変化を平滑化し、後続のフレームが高い平均入力３成分画像値信号と低い平均入力３成分画像値信号との間で変動する場合に、フリッカー又は他のアーティファクトが生じる可能性を低減する。

ディスプレイのフライバックが完了し、ステップ２６５、２７０、２９５又は３００においてスケールファクターが求められると、次のデータフレームに対して、そのプロセスが再び開始される。しかしながら、新たな共通スケールファクターを用いて、パネル輝度がスケーリングされる（２１５）。したがって、現在の画像のルミナンスは、先行する画像よりも高い値又は低い値にスケーリングされる。上記のように共通スケールファクターを調整することによって、非常に明るい高彩度色を持たない画像を、先行する実施形態において例示されるように、１よりもかなり高い共通スケールファクターでレンダリングすることができ、いかなる色誤差も導入することなく、これらの画像を高いルミナンスでレンダリングすることができるようになる。しかしながら、非常に明るい高彩度色を含む画像は高い残差値を有する可能性があり、それゆえ、１に等しいか、又は極めて近いスケール値でレンダリングすることができ、低いピークルミナンスにおいてレンダリングすることができるが、再び、色誤差を生じることなくレンダリングすることができる。この処理は、赤色、緑色又は青色残差値がクリッピングされないものと想定し、彩度低下のような、色誤差を生じることなく入力３成分色画像信号をレンダリングしない従来技術の方法よりも、入力３成分色画像信号を高い平均ルミナンスにおいてレンダリングすることができるようにしながら、いかなる色誤差も生じることなく、画像を提示することができるようにする。さらに、共通スケールファクターは画像データの全フレームに適用されるので、色誤差を生じる従来技術のいくつかの方法のように、シーン内の相対ルミナンス比を変更しない。上記で言及されたように、現在の実施形態は、残留値をクリッピングすることによって（２３０）或る色誤差を導入する可能性がある。しかしながら、残差値がクリッピングされない条件下で、通常数フレーム内で、スケール値を小さくしてクリッピングされる値をなくす。これらのビデオフレームは、通常毎秒３０フレーム〜６０フレームの速度で与えられるので、１つ、さらには数個の初期フレーム内の色誤差は、ディスプレイのユーザーによって検出することはできない。

本発明のこの実施形態を表２の画像に適用することによって、表９に示されるスケールファクター及び計算パラメーターが与えられる。この表に示されるように、共通スケールファクターは通常１よりも大きく、再び、結果として生成される画像のルミナンスを、色誤差を生成しなかった従来技術の方法よりも高いルミナンスでレンダリングすることができるようにする。示される画像の場合、シーン検出器は、画像間の変化をシーンの変化として概ね常に分類する。例外はサーモンピンクから白、及び緑からシアンへの移行である。これらの場合にはそれぞれ、変化が相対的に小さく、共通スケールファクターの変化は小さいか、又は存在しないかのいずれかであった。表９の共通スケールファクター結果を表５において与えられる結果と比較すると、共通スケールファクターがディスプレイのフライバック間隔内で変更されながら、画像データを処理及び表示することができるので、この実施形態の場合の共通スケールファクターの変化は、１フレームだけ遅れて、画像コンテンツの変化に追従する傾向があることがわかる。これは、この１組の画像の場合に問題であるように見え得るが、単一のシーン内の任意の２つのフレームは互いに非常に似ている傾向があり、各フレームは、ユーザーが知覚することができないほど短い時間期間だけ表示されるので、これは従来のビデオシーケンスにとって問題ではない。それゆえ、この時間遅延はビデオディスプレイにおいて完全に許容することができる。しかしながら、シーン検出を用いてスケールファクターを高速及び低速の両方で変更することができるようにすることは確かに有用であり、時間的なアーティファクトを生じることなく、高品質のビデオを達成するのに必要となる可能性がある。

この実施形態は、テレビ電力測定に関する標準規格のために国際電気技術標準会議（ＩＥＣ）６２０８７第２版の一部として与えられる標準ビデオシーケンスに対してプログラム及び実行されたものであり、典型的なテレビコンテンツを表現することが意図される。色誤差が許容することができないという想定の下でこのコンテンツにおいて実行されるときに、平均スケールファクターは１．３８であった。図６は、このビデオ内の最初の４０００フレームの関数としてプロットされたスケールファクター３５０を示す。図に示されるように、そのスケールファクターは、そのビデオのこれら最初の４０００フレームの場合に、１から１．５の最大スケールファクターまで変化した。シーンカットにおいて相対的に急速な変化が生じたが、それ以外では、数多くのフレームの場合に、スケールファクターは一定のままであることが多かった。

画像を提示するときに色誤差が生じないことが多くの場合に望ましいが、色誤差が任意の画像内のピクセルの数パーセント内にしか存在しない場合には、ユーザーは多くの場合に色誤差を検出することはできない。色誤差が画像内のピクセルの約１０パーセントよりも少ないピクセルに対して生じる限り、その色誤差は許容することができることがわかっている。色誤差が任意の画像内のピクセルの５パーセントまでのピクセルにおいて存在することができるようにしながら、この同じアルゴリズムがＩＥＣ標準規格コンテンツに対して実行された。この変更を実施することによって、平均スケールファクターが、１，３８から、１．５の最大値のうちの１．４７まで増加した。すなわち、ピクセルのうちの数パーセントだけがクリッピングされる場合には、実際には、ＩＥＣ標準規格ビデオ内の全ての画像を、最大値に近いスケールファクターでレンダリングすることができる。図７は、図６において示された同じ４０００フレームの場合のフレーム数の関数としてプロットされたスケールファクター３５５を示す。この図において示されるように、ピクセルの５パーセントのみの色がクリッピングされる場合には、共通スケールファクターは、フレームの大部分の場合に１．５、又は概ね１．５である。しかしながら、シーンによっては、よりも大きな画像領域内の色誤差を避けるために、依然として低いスケールファクターが必要とされる。

２つのディスプレイのためのピーク白色ルミナンスが等しくなるように較正して、このＩＥＣ標準規格ビデオ内の画像をレンダリングするために、このアルゴリズムが適用されるときと、マードック他などによって記述されているアルゴリズムに類似のアルゴリズムが適用されるときとを対比して、上記で記述されたのに類似のＯＬＥＤの消費電力及び寿命特性を理解するために、ＯＬＥＤ電力及び寿命の１つのモデルを使用した。本実施形態のアルゴリズムが、ピクセルをクリッピングすることが許されない画像、及び任意のフレーム内のピクセルのうちの５パーセントまでクリッピングされる画像の両方をレンダリングするために適用された。その結果が表１０に示される。表に示されるように、同じピークルミナンスにおいて、本発明のアルゴリズムを適用する３２インチＯＬＥＤテレビは、色誤差を生じることなくＯＬＥＤディスプレイを駆動するための従来技術の方法を適用する同じＯＬＥＤディスプレイよりも、平均電力は１０％〜１５％低く、必要とするピーク電力は３３％低く、寿命は７０％〜８０％長かった。

これらの例ではそれぞれ、約１．５の最大共通スケールファクターが適用されており、それは、白色サブピクセルの最大ルミナンスと、所望の白色点を生成するディスプレイ内の赤色、緑色及び青色サブピクセルの合成最大ルミナンスとの比に基づいて選択された。ＯＬＥＤ実施態様において、最大共通スケールファクターが、白色サブピクセルの最大ルミナンスと、赤色、緑色及び青色サブピクセルの合成最大ルミナンスとの比以下に設定されることによって、ルミナンスの非常に大きなパーセンテージを白色サブピクセルによって生成することができるようになり、白色サブピクセルは、赤色、緑色、青色及び白色フィルターを備える白色ＯＬＥＤを利用するときに、赤色、緑色及び青色サブピクセルよりもいつでもはるかに高い電力効率を有することができるので、この制約は非常に望ましい。しかしながら、これは必要ではなく、本発明の方法が有用であるためには、実際には、赤色、緑色、青色及び白色サブピクセルのルミナンス出力の合成が、赤色、緑色及び青色サブピクセルの合成ルミナンス出力よりも高いことのみが必要である。

その方法は、１よりも大きな任意の最大共通スケールファクターの場合に有効に利用することができる。しかしながら、共通スケールファクターが大きくなると、１のスケールファクターでレンダリングされる画像と、最大スケールファクターでレンダリングされる画像との間のルミナンスの差が益々顕著になる。さらに、最大共通スケールファクターが１に極めて近い場合には、その方法がもたらす利点は小さくなる可能性がある。それゆえ、本発明の都合の良い実施形態では、最大共通スケールファクターは１．２〜２．５になり、さらに都合のよい実施形態では、最大共通スケールファクターは１．４〜２．０になる。

この同じ方法を、１未満の共通スケールファクターを有するように設計し、適用することができることはさらに理解されよう。すなわち、１つ又は複数の付加的な発光素子によって与えられることができる最大ルミナンスにおいて画像をレンダリングするようにデフォルト画像処理経路を設計することができ、その後、その画像が、ディスプレイが提示することができない明るく高い彩度の色を含むときにはいつでも、１未満の共通スケールファクターを適用するように、アルゴリズムを設計することができる。そのようなシステムでは、最小スケールファクターは概ね０．５〜０．７５になる。

本発明の他の実施形態では、入力信号が３色成分信号である場合には、図８Ａにおいて示されるように残差が計算される前に、又は図８Ｂにおいて示されるように共通スケールファクターが適用される前に、入力信号を４色成分画像信号に変換することができる（１３５）。さらに、共通スケールファクターを３色成分以上の画像入力信号に適用して、図１Ｂに示されるように残差が計算された（１１０）後に画像をスケーリングする（１３０）ことができるか、３色成分以上の画像入力信号に適用して、図５に示されるように残差が計算される（２２０）前に信号をスケーリングする（２１５）することができるか、又は図８Ｂに示されるように、３色成分以上の画像入力信号を変換することができ（１３５）、その後、４色以上の信号をスケーリングすることができる（１３０）。図９を参照すると、色毎の各色成分信号と、３又は４成分画像入力信号のための信号値の色成分限界４０５との間の差４１０を計算することによって、残差を求めることができる。その後、限界値が求められ（４１５）、予め求められた（４００）のピーク表示値を限界値で除算する（４２０）ことによって、共通スケールファクターが求められる。画像内のピクセルのための限界値がその限界値にあるか、又は少なくとも最大残差目標以上である場合には、その限界値は０とすることができ、入力信号と出力信号との間に変化が見られないように、共通スケールファクターを１の値に設定することができる。入力信号が最大彩度にない場合には、限界値は０よりも大きく、共通スケールファクターは１よりも大きいので、出力信号は入力信号よりも大きなルミナンスを有するようになる。さらに、上記で検討されたように、スケールファクターは共通に適用され、ピーク表示値によって制限される限界値を有するので、出力信号には色誤差がない。

本発明の種々の実施形態において、画像入力信号色成分は赤色、緑色及び青色を含むか、又は画像出力信号色成分は赤色、緑色、青色及び白色を含む。ディスプレイデバイスは赤色、緑色、青色及び白色サブピクセルを有する４色成分ディスプレイとすることもできる。代替的には、白色サブピクセルの代わりに、又はそれに加えて、付加的なカラーサブピクセルを用いることができ、たとえば、黄色、シアン又はマゼンタサブピクセルを含むことができる。

本発明は静止画像に有効に適用することができ、コントローラー内でフレームバッファを用いて、共通スケールファクターの計算を助けることができるが、他の実施形態では、同じシーンの一連の画像を用いることができる。そのような場合に、経時的に共通スケールファクターを調整して、ユーザーが知覚することができる突然のルミナンス変化が生じるのを防ぐことができる。上記で示されたように、本発明を一連の画像に適用するときに、フレームバッファを避けることができる。しかしながら、フレームバッファを利用することができ、単一の画像、又は一連の画像内のフレームに対して共通スケールファクターを計算し、同じ画像に適用することができる。

図１０を参照すると、３色成分以上の画像入力信号をディスプレイデバイスに適した画像出力信号に変換する方法が、複数のピクセル信号を含む画像入力信号を入手するステップ（５００）を含み、各ピクセル信号は３色以上の成分を有する。たとえば、シーケンスの最初の画像、又は所定の代表的な入力信号を用いて、最大共通スケールファクターを求めることができる（５０５）。入力信号を調整するための初期の調整可能な共通スケールファクターを選択することができ（５１０）、表示するための画像信号が入力される（１０５）。その後、画像入力信号がスケーリングされ、ディスプレイが適切な色表現を提供することができないことを表す残存誤差が求められる（５１５）。調整可能な共通スケールファクターが大きすぎる場合には、残存誤差が生じる。調整可能な共通スケールファクターが小さすぎる場合には、残存誤差は生じない。残存誤差のカウントが試験される（５２０）。許容することができない数の残存誤差が存在する場合には、調整可能な共通スケールファクターはデクリメントされる（５２５）。残存誤差の数が０であるか又は許容することができる場合には、スケールファクターを最大スケールファクターと比較することができ（５３０）、小さすぎる場合には、インクリメントすることができる（５３５）。スケーリング後に、又は調整可能なスケールファクターがもはや変化していない場合に、スケーリングされた画像信号を表示することができる。

本発明の方法を利用することによって、スケーリングされた画像が表示されるディスプレイの視認者が突然のルミナンス又は彩度の変化に気がつかないように、好ましい明度になるまで、画像入力信号（たとえば、ビデオシーケンス）を徐々に調整することができる。

最初に、各入力ピクセル値と、そのピクセル値の色成分限界との間の残差を計算し、限界値（図９に示されるような）を計算することによって残存誤差を求めることができる。その後、限界値を調整可能な共通スケールファクターと乗算して、新たな共通スケールファクターを計算する。その後、各ピクセルを新たな共通スケールファクターと乗算し、その後、乗算後の各ピクセルがピーク表示値と比較される。調整可能な共通スケールファクターは、ピーク表示値を、各入力ピクセル値と、そのピクセル値の色成分限界との間の限界値で除算することによって求めることができる。所定の入力信号から最大スケールファクターを求めることができ、ＲＧＢＷディスプレイの場合に、最大スケールファクターは、白色サブピクセルの最大ルミナンスを合成ＲＧＢ白色点ルミナンスで除算した値に等しい最大ルミナンスを有する。

静止画像と動画シーケンスとを区別するか、又は動画シーケンスがシーン変化を有する時点を判断し、それにより共通スケールファクターを最適化することができるようにすることが有用である。図１１を参照すると、第１の画像を入力し（６００）、第２の画像を入力し（６１０）、画像毎の平均値及び限界値を計算し（６０５、６２０）、２つの画像のための平均値と最大残差値との差を比較する（６２５）ことによって、画像信号コンテンツの急激な変化を判断することができる。１つの画像及び後続の画像の平均値と限界値との間の差は、画像コンテンツ変化の大きさを示し、それに応じて、スケールファクターを選択することができる（６３０）。

図１２を参照すると、低減された共通スケールファクターを求めることができる。画像が入力され（７０５）、残差値が求められる（７１０）。予め求められた（７００）最大残差値よりも大きい残差の数がカウントされる（７２０）。残差値の数に応じて、上記の実施形態において提供されるような方法を用いて、低減された共通スケールファクターが求められる（７２５）。図１３Ａを参照すると、本発明による、赤色、緑色、青色及び白色サブピクセルを有する４色ディスプレイ上に入力画像信号を表示するための方法は、ピークルミナンス値、及びディスプレイ色域体積（gamut volume）を指定する色度座標を有する赤色、緑色、青色サブピクセルと、ピークルミナンスを有する白色サブピクセルとを有する４色ディスプレイを配設するステップ（８００）と、ディスプレイ色域体積内の最大入力彩度及びルミナンスを指定する３色入力信号を受信するステップ（８０５）と、最大ディスプレイ彩度と最大入力彩度との比によって入力信号をスケーリングするステップ（８１０）と、入力信号を赤色、緑色、青色及び白色成分を有する４色出力信号に変換するステップ（８１５）と、４色出力信号でディスプレイを駆動するステップ（８２０）とを含む。上記で言及されたように、３色成分画像入力信号を４色成分画像信号に変換するステップは、スケーリングステップ８１０の前（図１３Ｂと同様）に、又は後（図１３Ａと同様）に実行されることができるか、又は画像入力信号を４色成分信号とすることができる（その場合、変換ステップ８１５は、信号を変化させないか、又は含まれない）。

いくつかの例を通じて例示されるように、本発明の実施形態は、それぞれが赤色２０Ｒ、緑色２０Ｇ、青色２０Ｂ及び白色２０Ｗサブピクセルを有する複数のピクセル１５と、画像入力信号３０を受信し、入力信号３０を処理して、各サブピクセルに複数の赤色、緑色、青色及び白色信号成分を適用する駆動信号３５を形成し、それにより、色誤差を生じることなく、赤色、緑色及び青色サブピクセルの合成されたディスプレイピークルミナンスよりも大きなピークルミナンスにおいて色信号成分が表示されるようにするための装置（たとえば、コントローラー２５）とを含む４色ディスプレイを提供することができる。その４色ディスプレイは、一連の画像のうちの１つの最大ルミナンスが、他の一連の画像の合成表示ピークルミナンスよりも高く、かつ一連の画像のうちのその１つが色誤差を生じることなく表示されるように、複数の一連の画像を順次に提供するための構造をさらに含むことができる。さらに、白色サブピクセルのピークルミナンスは、赤色、緑色及び青色サブピクセルの合成ピークルミナンスよりも高くすることができる。

上記で検討されたように、本発明のいくつかの実施形態は、図５に示されるように、残差値をクリッピングする（２３０）ことによって色誤差を導入する可能性がある。上記で言及されたように、画像内のピクセルのうちの数パーセントだけがクリッピングされる場合には、この操作は、許容可能な画像をもたらすことができる。しかしながら、結果として生成される画像の品質は、ピーク値を徐々に制限する方法を適用することによって改善することができる。この方法は、ピクセルの或る割合が意図的にクリッピングされるときに特に有用である可能性がある。この方法は、残差値を求める前にパネル輝度値に対して実行することができるか、又は残差値に対して適用することができる。ここで与えられる例は、パネル輝度値に適用されるものと想定される。そのような制限を与えるための方法が図１４に示される。この図に示されるように、しきい値が定義される（９００）。このしきい値は、その値より高い場合にパネル輝度入力の関数としてパネル輝度出力をプロットする関数の傾きが小さくなる、各ＲＧＢルミナンス値の残りの割合である。一例を与えるために、この値に対して、０．７の値が想定される。

その後、赤色、緑色、青色パネル輝度値のための限界（ＲＧＢｌｉｍ）が、ピーク値の或る割合として計算される（９０５）。これらの限界は、表１に示されるようなピークパネル輝度値を、色成分毎の最大パネル輝度値で除算した比を計算することによって計算することができる。考案された例では、ピークパネル輝度値に対して、１．４、１及び１．１の最大パネル輝度値が想定される。これらの値と、赤色、緑色及び青色成分のための１．１２１、１．０００及び１．０３１のピークパネル輝度とを適用するとき、その限界は０．８００７、１．００及び０．９３７３であると求められる。その後、ステップ９００において定義されたしきい値と赤色、緑色、青色パネル輝度値のための限界とを乗算することによって、ＲＧＢしきい値（ｒｇｂｔｈｒｅｓｈ）が計算され（９１０）、０．５６０５、０．７００００及び０．６５６１の値が与えられる。その後、以下のように、３つの色成分毎に傾きの値が計算される（９１５）。
ｍ_RGB＝（１−ＲＧＢｌｉｍ）／（１−ｒｇｂｔｈｒｅｓｈ）

この例では、傾きの値は０．４５３４、０及び０．１８２４である。その後、４色以上の色信号内の赤色、緑色及び青色パネル輝度が求められる（９２０）。この例の場合、表１１に示されるパネル輝度値が用いられる。しかしながら、この制限方法の適用中に、これらの例のルミナンス値は、３色成分画像信号から４色成分以上の画像信号に変換することから生じるＲＧＢＷルミナンス値を表すことに留意されたい。

その後、以下のように、ＲＧＢ残差値毎に比Ｔ_RGBが計算される（９２５）。ＲＧＢｔｈｒｅｓｈよりも大きな全ての赤色、緑色、青色パネル輝度（Ｒｒｇｂ）の場合に、
Ｔ_RGB＝（１−ｍ_RGB）^*（Ｒ_RGB−ｒｇｂｔｈｒｅｓｈ）
であり、そうでない場合には１である。たとえば、この結果として、表１２に示される値が生成される。

その後、以下の式から、スケーリングされたパネル輝度が計算される（９３０）。
ＳＲ_RGB＝ｍｉｎ（Ｔ_RGB）^*Ｒ_RGB

この乗算はスケーリングされたパネル輝度値を与え、最小関数を用いることによって、結果として生成される値において色相変化を引き起こすことなく、この操作を行なうことができるようになる。これらの値を用いて、ディスプレイを駆動し、画像を改善することができる。しかしながら、この方法は、ピークＲＧＢ値のルミナンスを幾分小さくする可能性がある。白色ピクセルからこれらの色に対して或る付加的なルミナンスを追加することによって、このルミナンスの損失を少なくとも部分的に補償することができる。この追加は、ＲＧＢルミナンスの損失を、ディスプレイが生成することができる範囲外にあるＲＧＢ値のいくらかの彩度低下と引換えにすることができる。これを果たすために、白色チャネルによって置き換えられることになる線形ルミナンスの部分、具体的にはルミナンス置換（Ｗ_rep）比率が規定される（９３５）。Ｗｒｅｐは０〜１になり、最大画像品質を達成するためにシステム設計者によって最適化することができる。０．２〜０．５の範囲内の値が、知覚される彩度に大きな変化を引き起こすことなく画像内の細部を改善し、それゆえ、結果として高い画像品質をもたらすことがわかっている。現在の例では、Ｗ_repには、０．３の値を割り当てることができる。その後、白色チャネルに追加される値（Ｗ_add）が、以下の式によって計算される（９４０）。
Ｗ_add＝ｓｕｍ_RGB（（１−ｍｉｎ（Ｔ_RGB））^*Ｗ_rep ^*Ｒ_RGB ^*Ｌ）
ただし、ｓｕｍ_RGBは赤色、緑色、青色チャネルのための結果として生成される値を合計することを表し、Ｌは赤色、緑色、青色チャネルによってそれぞれ生成されるディスプレイの白色部分のルミナンスの割合である（たとえば、燐光体マトリックス内の第２の行を１００で除算したものであるか、又はこの例では、赤色の場合に０．２１２６、緑色の場合に０．７１５２、青色の場合に０．０７２２である）。その後、白色チャネルのための元のパネル輝度値にＷ_addを加算することによって、白色チャネルのための最後のパネル輝度値が計算され、白色パネル輝度が更新される（９４５）。その後、この更新された値を、さらなる発光素子のための駆動値に加算するができる。この制限関数後の最終的なルミナンス値が表１３に示される。表に示されるように、最も大きな制限値が、この表の最後の行内の赤色、緑色及び青色ルミナンス値に適用され、この特定の値の場合に、白色ルミナンスが最も増加する。いくつかの実施形態において、赤色、緑色及び青色からのルミナンスを置き換えるために、白色サブピクセルからのルミナンスを追加することはできない。置換が行なわれるとき、この置換を実行するために必要とされる白色サブピクセルのためのパネル輝度は、ディスプレイによって達成することができるルミナンスよりも高くなる可能性があり、その場合、白色チャネルがクリッピングされる可能性があるか、又は共通スケールファクターが減少する可能性がある。しかしながら、これらの条件はそれぞれ、典型的な入力画像信号の場合に極めて稀である。

本発明は、４色以上の発光素子を有する任意のディスプレイを駆動するための画像を与えるために実施することができる。しかしながら、本発明は、放射型フルカラー情報ディスプレイデバイスにおいて電力を低減するために特に有用である。電力を低減するために、４色以上の発光素子を有するＥＬディスプレイ、特にＯＬＥＤディスプレイを形成することが知られており、本発明の方法は、上記で検討されたように、さらに消費電力を削減した４色以上のカラーＥＬディスプレイを提供することができる。これらのディスプレイは、アクティブマトリックス、パッシブマトリックスいずれかのデバイスとすることができる。好ましい実施形態では、本発明は、限定はしないが、タン他に対する米国特許第４，７６９，２９２号及びバン・スライク（VanSlyke）他に対する米国特許第５，０６１，５６９号において開示されるような小分子又はポリマーＯＬＥＤから構成されるフラットパネルＯＬＥＤデバイスにおいて用いられる。たとえば、多結晶半導体マトリックス内に形成される量子ドット（たとえば、カヘン（Kahen）による米国特許出願公開第２００７／００５７２６３号において教示されている）を利用する無機デバイス、及び有機若しくは無機電荷制御層を利用する無機デバイス、又はハイブリッド有機／無機デバイスを利用することができる。有機又は無機発光ディスプレイの数多くの組み合わせ及び変形を用いて、トップエミッタ又はボトムエミッタのいずれかの構成を有するアクティブマトリックス及びパッシブマトリックス両方のディスプレイを含む、そのようなデバイスを形成することができる。

１０ ディスプレイ
１５ ピクセル
２０Ｒ 赤色サブピクセル
２０Ｇ 緑色サブピクセル
２０Ｂ 青色サブピクセル
２０Ｗ 白色サブピクセル
２５ コントローラー
３０ ３色成分画像信号
３５ 駆動信号
４０ ＯＬＥＤディスプレイの一部
４２Ｒ 赤色サブピクセル電極
４２Ｇ 緑色サブピクセル電極
４２Ｂ 青色サブピクセル電極
４２Ｗ 白色サブピクセル電極
４４Ｒ 赤色サブピクセル
４４Ｇ 緑色サブピクセル
４４Ｂ 青色サブピクセル
４４Ｗ 白色サブピクセル
４６ 駆動線
４８ 選択線
５０ 選択ＴＦＴ
５２ キャパシタ
５４ 電力ＴＦＴ
５６ 電力線
６０ 赤色サブピクセルのルミナンス出力
６２ 緑色サブピクセルのルミナンス出力
６４ 青色サブピクセルのルミナンス出力
６６ 白色サブピクセルのルミナンス出力 １００ ディスプレイを配設するステップ
１０５ 画像を入力するステップ
１１０ 残差を求めるステップ
１１５ 限界値を求めるステップ
１２０ スケールファクターを計算するステップ
１２５ 画像を入力するステップ
１３０ 画像をスケーリングするステップ
１３５ 画像をＲＧＢＷに変換するステップ
１４０ 画像を表示するステップ
１５０ 色度座標を入手するステップ
１５２ ディスプレイ白色点を規定するステップ
１５４ 燐光体マトリックスを計算するステップ
１５６ 白色点及びＲＧＢルミナンス値を計算するステップ
１５８ ルックアップテーブルを形成するステップ
１６０ パネル輝度オフセットを求めるステップ
１６２ 最大Ｗルミナンスを求めるステップ
１６４ 最大スケールファクターを選択するステップ
１７０ 最小値を求めるステップ
１７２ 結果を減算するステップ
１７４ パネル輝度オフセットを減算するステップ
１７６ 値を設定するステップ
２００ 初期共通スケールファクター及び初期制御パラメーターを設定するステップ
２０５ 入力信号を入手するステップ
２１０ パネル輝度値を変換するステップステップ
２１５ パネル輝度をスケーリングするステップステップ
２２０ ＲＧＢＷに変換するステップ
２２５ 制御パラメーターを計算するステップ
２３０ 残留値をクリッピングするステップ
２３５ クリッピングされた残差の数をカウントするステップ
２４０ ディスプレイを駆動するステップ
２４５ フレームの最後を試験するステップ
２５０ 平均パネル輝度を計算するステップ
２５５ クリッピングされたピクセルのカウントを試験するステップ
２６０ シーン変化を試験するステップ
２６５ スケールファクターを徐々にデクリメントするステップ
２７０ スケールファクターを迅速にデクリメントするステップ
２７５ 最大残査値を試験するステップ
２８０ シーン変化を試験するステップ
２９０ スケールファクターを徐々にインクリメントするステップ
２９５ スケールファクターを試験するステップ
３００ スケールファクターを最大値に設定するステップ
３０５ スケールファクターを迅速にインクリメントするステップ
３１０ 制御パラメーターを格納するステップ
３５０ スケールファクター
３５５ スケールファクター
４００ ピーク表示値を求めるステップ
４０５ ピクセル最小値を求めるステップ
４１０ 残差を求めるステップ
４１５ 限界値を求めるステップ
４２０ ピーク値を最大差で除算するステップ
５００ 所定の画像を入力するステップ
５０５ 最大スケールファクターを求めるステップ
５１０ スケールファクターを設定するステップ
５１５ 画像をスケーリングし、残存誤差を計算するステップ
５２０ 残存誤差のカウントを試験するステップ
５２５ スケールファクターをデクリメントするステップ
５３０ スケールファクターを試験するステップ
５３５ スケールファクターをインクリメントするステップ
６００ 画像Ａを入力するステップ
６０５ 平均及び最大残差を計算するステップ
６１０ 画像Ｂを入力するステップ
６２０ 平均及び最大残差を計算するステップ
６２５ 平均及び限界値を比較するステップ
６３０ スケールファクター方法を選択するステップ
７００ 残差＞最大値をカウントするステップ
７０５ 画像を入力するステップ
７１０ 残差値を求めるステップ
７２０ 最大値よりも大きい残差値をカウントするステップ
７２５ スケールファクターを求めるステップ
８００ ４色ディスプレイを配設するステップ
８０５ ３色入力信号を受信するステップ
８１０ スケーリングするステップ
８１５ 入力信号を変換するステップ
８２０ 駆動するステップ
９００ しきい値を定義するステップ
９０５ 限界を計算するステップ
９１０ しきい値を計算するステップ
９１５ 傾き値を計算するステップ
９２０ パネル輝度を得るステップ
９２５ 比を計算するステップ
９３０ スケーリングされたパネル輝度を計算するステップ
９３５ 白色置換部分を規定するステップ
９４０ 白色パネル輝度のインクリメントを計算するステップ
９４５ 白色パネル輝度を更新するステップ

Claims (20)

1. ３色成分以上の画像入力信号を画像出力信号に変換する方法であって、
   （ａ）それぞれ３色以上の成分を有する複数のピクセル信号を含む入力信号を入手すること、
   （ｂ）各ピクセル信号の色成分毎に残差を求めること、
   （ｃ）前記残差の限界値を求めること、
   （ｄ）前記限界値に基づいて、前記色成分毎の共通スケールファクターを計算すること、及び
   （ｅ）前記画像入力信号に前記共通スケールファクターを適用することであって、前記画像出力信号を生成する、適用することを含む、３色成分以上の画像入力信号を画像出力信号に変換する方法。
2. 前記画像入力信号又は前記画像出力信号のいずれかは３色成分画像信号であり、前記方法は、該３色成分画像信号を４色成分画像信号に変換するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記残差は前記色成分毎の各ピクセル信号値と、そのピクセル信号のための色成分限界との間の差を計算することによって求められる、請求項１に記載の方法。
4. 前記共通スケールファクターは、ピーク表示値を複数のピクセル信号のための前記限界値で除算することによって求められる、請求項１に記載の方法。
5. 前記画像入力信号色成分は、赤色、緑色及び青色を含むか、又は前記画像出力信号色成分は、赤色、緑色、青色及び白色を含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記共通スケールファクターは１以上である、請求項１に記載の方法。
7. ピクセル信号毎の前記残差を求めるための前記方法は前記変換するステップである、請求項２に記載の方法。
8. ３色成分以上の画像入力信号をディスプレイデバイスのために適した画像出力信号に変換する方法であって、
   （ａ）それぞれ３色以上の成分を有する複数のピクセル信号を含む入力信号を入手すること、
   （ｂ）前記入力信号を調整するための調整可能共通スケールファクターを設定すること、
   （ｃ）前記ディスプレイが適切な色表現を提供することができないことを表す残存誤差を求めること、
   （ｄ）前記残存誤差に基づいて、前記共通スケールファクターを調整すること、及び
   （ｅ）前記画像入力信号に前記調整された共通スケールファクターを適用することであって、前記画像出力信号を生成する、適用することを含む、３色成分以上の画像入力信号をディスプレイデバイスのために適した画像出力信号に変換する方法。
9. 各ピクセル信号の各色成分とピクセル信号毎の色成分限界との間の残差を計算し、各ピクセル信号の色成分毎の前記残差から最大信号値を減算すると共に、全ての負の値を０に等しく設定することによって、前記残存誤差が求められる、請求項８に記載の方法。
10. 前記調整可能共通スケールファクターは、前記最大信号値を、各ピクセル信号の各色成分と各ピクセル信号の色成分限界との間の限界値で除算した値に等しい値を計算することによって調整される、請求項８に記載の方法。
11. 前記入力信号は３色成分以上の画像信号であり、前記ディスプレイデバイスは４色以上のサブピクセルを含み、前記方法は、前記３色成分以上の画像信号を前記ディスプレイデバイスのために適した少なくとも１つの付加的な色成分を含む画像信号に変換するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
12. 前記画像入力信号は複数のビデオフレームを含み、各ビデオフレームは複数のピクセル信号を含む、請求項８に記載の方法。
13. 前記ディスプレイは赤色サブピクセル、緑色サブピクセル、青色サブピクセル及び白色サブピクセルを含み、前記方法は、前記ディスプレイデバイス内の前記白色サブピクセルの最大ルミナンスを、前記ディスプレイデバイスの白色点を生成するように駆動される前記赤色サブピクセル、前記緑色サブピクセル及び前記青色サブピクセルの合成ルミナンスで除算した値に等しい最大スケールファクターを求めるステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記調整可能共通スケールファクターが計算され、複数の一連の画像の画像毎に最大スケールファクター値まで順次に増加されるか、又は複数の一連の画像の画像毎に１の値まで順次に減少される、請求項１２に記載の方法。
15. １つ又は複数のビデオフレーム毎の平均又は限界値を計算し、或るビデオフレームのための前記平均及び前記限界値を、後続のビデオフレームのための前記平均及び前記限界値とそれぞれ比較すると共に、該比較の結果に基づいて、前記共通スケールファクターを調整するための方法を選択するステップとをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
16. ０よりも大きな残存誤差値の数を求めると共に、０よりも大きな残存誤差値の前記数に基づいて、前記調整可能なスケールファクターが調整されるべきであるか否かを判断するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
17. ４色カラーディスプレイであって、
    （ａ）それぞれ赤色サブピクセル、緑色サブピクセル、青色サブピクセル及び白色サブピクセルを有する複数のピクセルと、
    （ｂ）複数の赤色信号成分、緑色信号成分、青色信号成分及び白色信号成分を各サブピクセルに適用する手段であって、色誤差を生じることなく、前記赤色サブピクセル、前記緑色サブピクセル及び前記青色サブピクセルの合成表示ピークルミナンスよりも大きなピークルミナンスにおいて前記色信号成分が表示されるようにする、手段とを備える、４色カラーディスプレイ。
18. 複数の一連の画像を前記ピクセルに順次に与える手段をさらに備え、前記一連の画像のうちの１つ画像の最大ルミナンスが他の一連の画像の合成表示ピークルミナンスよりも高く、前記一連の画像のうちの前記１つの画像が色誤差を生じることなく表示されるようにする、請求項１７に記載の４色ディスプレイ。
19. 前記白色サブピクセルの前記ピークルミナンスは、前記赤色サブピクセル、前記緑色サブピクセル及び前記青色サブピクセルの前記合成ピークルミナンスよりも高い、請求項１７に記載の４色ディスプレイ。
20. ４色ディスプレイ上に入力画像信号を表示するための方法であって、該４色ディスプレイは赤色サブピクセル、緑色サブピクセル、青色サブピクセル及び白色サブピクセルを有し、該方法は、
    （ａ）ピークルミナンス値、及びディスプレイ色域体積を指定する色度座標とを有する赤色サブピクセル、緑色サブピクセル及び青色サブピクセルと、ピークルミナンスを有する白色サブピクセルとを有する４色ディスプレイを配設すること、
    （ｂ）前記ディスプレイ色域体積内で最大入力彩度及びルミナンスを指定する３色入力信号を受信すること、
    （ｃ）最大ディスプレイ彩度と前記最大入力彩度との比によって前記入力信号をスケーリングすること、
    （ｄ）前記入力信号を赤色成分、緑色成分、青色成分及び白色成分を有する４色出力信号に変換すること、並びに
    （ｅ）前記４色出力信号で前記ディスプレイを駆動することを含む、４色ディスプレイ上に入力画像信号を表示するための方法。

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