JP3982099B2 - 表示装置駆動用回路、表示装置、表示方法、機械可読記録媒体及び表示システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的には、表示装置駆動用回路及び表示装置に関し、より具体的には画素ごとに2つの状態(オンとオフ)だけを、もしくは限定数の離散的状態を選択可能な表示装置駆動用回路及び表示装置に関する。さらに詳しく言えば、本発明は液晶ディスプレイといった表示装置の濃淡の描画能力を拡張する方法並びに装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
様々な画像表示用の装置があり、その表示能力は大幅に異なる。例えば、CRTディスプレイでは光が3原色、即ち、赤・緑・青(RGB)の発光体によって作られ、CRTの電子ビームで個別に励起される。強度が様々に変化する電子ビームを隣接する赤、緑、青の発光体(画素を形成する)のそれぞれに印加することによって、広域なカラー並びに輝度レベルを生成することができる。カラー画像は画素の配列として表されることが多く、各画素の値は24ビットの語で表される。言い換えれば、カラー成分あたり8ビット構成の1バイトで表現される。画素ごとにカラー成分はそれぞれ0から255の範囲の輝度値で表現することができる。CRTに表示するためのカラー画像(例えば、コンピュータ生成の)はこの域もしくは範囲内の多数の色を含んでいることがある。
【0003】
CRTに比べ、液晶ディスプレイ(LCD)は精度がはるかに低く、しかも2値(オン/オフ)に限定され、画素につき1ビット或いは多くても画素につき4ビットまでである。LCDで生成できるカラー数或いは濃淡数は8ビットの画素精度で表せる場合よりはるかに少ない。LCDは概して2枚の基板の隙間を埋めている液晶物質から形成されたフラットパネルからなる。画像は、外部信号により液晶物質の配向を制御して変調し、光がパネルを通るようにするか或いは遮断するかによって、表示される。個々の画素はマトリックス又はアレイ状に配列され、複数の走査電極及びデータ電極で駆動される。一般に、各画素は制御されて完全にオンになるか又は完全にオフになるか(2値)である。デバイスによっては、完全なオンと完全なオフの間のセル増分電圧を印加することによって、中間の濃度を描写することができる。しかしながら、そうした中間電圧レベルの生成及び維持には実用面で限定がある。個々の画素電極に対してレジストレーションされたカラーフィルタのモザイクを用いて、或いはダイクロイックミラーのような光学素子で赤・緑・青の成分に分離される白色光を用いて、カラー画像をLCDディスプレイで生成することができる。その際、赤・緑・青の成分はLCDパネルで変調される。
【0004】
LCDデバイスで画像を比較的高精度(例えば、画素あたり8ビット)で忠実に描写しようとすれば、視覚的に認識可能な濃度階調輝度レベル数を増やさなければならない。一つの手法はフレームレートサイクリング又はフレームレート変調で、その際画素は複数のフレームリフレッシュでオンとオフ交互に駆動されてパターンサイクル中平均輝度の視覚的効果を生じる。例えば、画素が3フレームリフレッシュサイクル中オンになり、2フレームリフレッシュではオフとなれば、そのリフレッシュサイクルの濃度階調輝度は3/5のように見える。この手法には知覚フリッカー(画像が急速にオン・オフしているように見える)或いはスイム(画像を通り抜ける人工的パターンが画像にあるように見える)といった欠点がある。
【0005】
これらの視覚的欠点を減らそうとする様々な試みがなされてきた。例えば、Scheffer et al.に付与された米国特許番号5,642,133は、表示コラム駆動信号の振幅又はパルスの高さを変調することによりLCDで多数の濃度を実現している。しかしながら、そうしたシステムにはマルチレベルドライバが必要である。Singhal et al.に付与された米国特許5,313,224は、画素を変調する位相を時間と表示の水平軸及び垂直軸に広げることによりフリッカーを減らすようにしている。Akodesの米国特許4,921,334は、マルチレベルドライバと連続フレーム間の時分割多重化との組み合わせを用いる一例である。Garrettの米国特許5,608,649は、オンとオフの状態間のサイクルに認識不能なパターンを用いてフリッカーを減らすようにしている。Liuの米国特許5,389,948は、オリジナル画像において対応する画素の濃度値、フレーム番号、ディザ行列における要素の値とに従って各画素の照度を変える。これらの先行技術による方法はフリッカー又は可視のアーティファクトを減らすのには役に立つかもしれないが、一様なドットパターン又は多数の濃淡を提供する能力には限界がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従って、精度に限界のある表示装置で濃淡を描画できるように従来のシステムの欠点を克服するのが本発明の目的である。
【0007】
特に、本発明の目的は、液晶表示(LCD)装置で画像を表示できるように改善されたシステムを提供することである。
【0008】
本発明のもう一つの目的は、LCDデバイスをフレームレート変調してフリッカーや可視アーティファクトを減らす改善されたシステムを提供することである。
【0009】
本発明の更なる目的は、2値の表示装置で描写できる濃淡の数を増やすことである。
【0010】
本発明のまた更なる目的は、フレームレート変調画像の各フレームで一様なドットパターンを実現することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、分散型ディザ行列を用いて非常に一様なドットパターンを生成する。この行列は周波数変調又は分散型ドットスクリーニング手法を用いて生成される。典型的な16 x 16の分散型ディザ行列を図3に示す。
【0012】
p/qの濃淡を生成するために、表示周期あたりのフレーム数又はフレームリフレッシュ数に従って1からqのレベルの線形量子化テーブルを先ず作成する。時間t(1)で、量子化テーブルの最初のp個のエントリが選択され起動される。後続の各時間t(2)、t(3)、t(4)、・・・、t(q)で、量子化テーブルの内容が循環シフトされ、シフト後の量子化テーブルの最初のp個のエントリが選択される。例えば、3/5の濃淡を生成するには、図5に示すような量子化テーブルが作成される。各フレームで、テーブルの最初の3エントリがアクティブである。時間の経過と共に、これら最初の3エントリにおける量子化レベルは図5に示すように変化する。5個のフレームのアクティブレベルは、(1,2,3)、(4,5,1)、(2,3,4)、(5,1,2)、そして(3,4,5)のシーケンスになる。この方法を用いると、どのフレーム周期にも3つのレベルがアクティブになるが、選択して起動される特定のレベルはフレームからフレームで異なる。
【0013】
アクティブ量子化レベルは、図3に示すような分散型ディザ行列で写像され、対応するパターンシーケンスが生成される。そのパターンシーケンスはLCDパネルに表示され、いろいろ異なる濃淡が描画される。ディザ行列(例えば、図3)は行列の各エントリの階数に基づいてqのレベル(例えば、5)に量子化される。この結果が図4に示す量子化された行列である。画素は、その対応する量子化レベルがアクティブか否かにより、オンかオフのいずれかになる。3/5の濃淡の例において、行列は各要素の階数に従って、5つの異なるレベルに量子化される。図5に示すようなシーケンスで5つのフレームでアクティブレベルが生成される。シフトされたバージョンのアクティブレベルは量子化された行列で写像され、その結果、対応するパターンシーケンスが生じる。ドットの分布を最大限一様にする図3の行列が選択されているので、生成されるパターンはどのフレームにおいても一様性を有することになる。
【0014】
添付の図面と共に以下の説明並びに請求の範囲を読むことにより、本発明を一層深く理解すると共に本発明の他の目的並びに達成したことをはっきり認識できるようになるであろう。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1A、1B及び1Cに、本発明の環境の大まかなブロック図を示す。原画像Sは、例えば、グラフィックス生成機能を有するパソコン、ディジタルカメラ、スキャナなど、画像生成装置又は入力デバイス10から出力される。その原画像は静止画像でも、又はビデオソースからの動画でも構わない。原画像は、画像処理装置12によって処理され、LCD表示装置14に送られ表示される。LCD表示装置14は、例えば、コンピュータ用のパネルディスプレイでも、或いはプロジェクタでもいい。
【0016】
画像処理装置12は、個別部品を有するハードウェアでも、ソフトウェア、ファームウェア、又は特定用途向け集積回路(ASIC)でも、或いはこれらの組み合わせでもいい。また、画像処理装置の機能ブロックは本明細書ではあくまでも説明の便宜上分かれている。これらのブロックの機能上及び物理的な境界はデバイスにより異なるであろう。例えば、図1Bに示すのは、LCD表示装置14と物理的に一体化された画像処理装置である。その画像処理装置は部分によってLCD表示装置よりも入力装置と機能的にもっと関係しているかもしれないし、或いはその逆かもしれない。図1Cは、パーソナルコンピュータ(PC)18の一部として形成された画像処理装置を有する実施例で、PC 18は画像処理装置12、LCD表示装置14、プリンタ26の他、スキャナ16やディジタルカメラ28といった入力デバイスの動作を制御すると共にそれらの間の通信を制御し、さらにI/Oデバイス24のような周辺機器を制御すると共にそうした機器との通信を制御する。その際、各々は直接或いは間接にPC バス30に接続される。この実施例において、原画像はI/Oデバイス24に先に格納され(しかも恐らく処理されて強調されている)てI/Oインタフェース20でPCにロードされるようにしてもいいし、或いはディジタルカメラ28のようなディジタル画像入力デバイスで取り込むようにすることもできる。さらに、画像処理装置12を、ソフトウェアの形で、外部記憶装置、すなわち、I/Oデバイス24からPCのメモリにロードするようにしてもいい。或いは、画像処理装置を、ハードウェア、ASIC、ファームウェアなどの形で、又はこれらの組み合わせで、PCのカードスロットに挿入できるオプションカード22に実現することもできる。
【0017】
本発明はこれらの基本的な構成要素を有するそうしたデバイスならどれにでも応用することができるが、例証の目的で、図2A及び2Bに示すLCD表示装置14のような或る特定の画像処理装置の環境において本発明を説明する。図2Aに示した典型的なシステムにおいて、中央演算処理装置(CPU)36は、画像処理やその他のシステム動作を制御するように、バス40を介してグラフィックスコントローラ38に結合されている。ここで、CPU 36はPC 18の一部であってもいい。また、バス40はPCパス30の一部であっても、或いはPCバス30とは別の独立したものであってもいい。グラフィックスコントローラ38は、画像データを検索できるようにバス44を介してビデオメモリ42に結合されると共に、画像データを供給できるようにバス46を介してLCD表示装置14に結合されている。グラフィックスコントローラ38は、データ信号(Px,y)、走査線クロック信号、フレーム信号及び画素クロック信号をバス46で送りLCDデバイス14を動作させる。ディザ行列生成器78もバス40に接続された状態で示されている。ディザ行列生成器について以下に説明する。ディザ行列生成器78は、説明の目的で、別個の機能ブロックとして示したが、画像処理装置14の一部となっていても(図1A、1B、1C)構わないし、個別部品を有するハードウェア、又はソフトウェア、ファームウェア、特定用途向け集積回路(ASIC)、或いはこれらの組み合わせで実現するようにしてもいい。
【0018】
原画像Sは、画像生成機能を備えたパーソナルコンピュータ、スキャナ、ディジタルカメラなど様々な入力デバイスから送られてくる。画像は、文書、写真、或いはテキストとグラフィックス画像の混合を、例えば、ビットマップ形式又はビットマップの組み合わせでディジタル表現したもので、ビデオメモリ42に格納されている。ビデオメモリ42は、適したメモリならどれでも構わないし、或いはメモリ、例えば、ランダムアクセスメモリ(RAM)の割り当て領域であっても構わない。この格納された電子画像は、ピクセル(ピクセルは画素の略語)又はペル(ペルはプリントエレメントの略語)と呼ばれる多数の離散的な標本からなる。各画素はその位置(例えば、xy座標)と輝度とで定義される。普通、画像をコンピュータに格納するのに用いられる精度は画素につき8ビットで、256の濃度値が可能である。ここでは説明のため、入力原画像Sの解像度とLCDディスプレイの解像度は同じであると仮定する。しかしながら、ほとんどの場合、原画像は様々なフィルタリング技法を用いてダウンサンプリング又はアップサンプリングされてLCDの解像度にマッチするようになる。
【0019】
画素クロック信号は現在の画素のx座標を記録し、走査線クロック信号は現在の画素のy座標を記録し、現在の画素の値(輝度)が画素データ信号Px,yで伝えられる。フレーム信号又は垂直方向ブランキング信号を用いて1表示時間周期内に表示フレームごとのカウントを記録する。LCDの表示画面は1表示時間周期内に何回もリフレッシュされて同じ画像データを描写する。グラフィックスコントローラはビデオメモリを動作させて新たな画像データを検索し新たな表示時間周期ごとに表示する。この伝統的な動作は、よく知られているように、フレームバッファ及び先入れ先出し(FIFO)バッファを用いて実行される。
【0020】
画素クロック信号及び走査線クロック信号はディザ行列48のアドレス指定にも用いられる。ディザ行列はディザ行列しきい値がN x Nの配列になったものである。画素の一つ一つが考えられる256の値の一つを有するオリジナル画像とは対照的に、典型的なLCDディスプレイはどんな画素でも完全にオンにするか或いは完全にオフ(濃度階調表示で)にするしかできないので、ディザ行列48を用いる。LCDディスプレイによっては幾分より精細な値の量子化能力を有する場合があるが、そうした能力を有するディスプレイでも量子化はオリジナル画像より粗い場合がほとんどである。より精細な濃度階調の量子化になっているかのように見えるようにするために、ハーフトーン処理を用いる。それにおいては交互にオン画素・オフ画素にすることにより一様な濃度値領域で濃度値を達成するが、オン画素及びオフ画素それぞれの割合は達成しようとする濃度階調作用に依存する。言うまでもなく、対象となる画像はほとんどが画素値が一様でない領域を有するから、一つの画素とその次の画素では輝度値が違う画素をハーフトーン処理する方法があるはずである。そうした画像に対してハーフトーン処理を行なう比較的に高速な方法は「ディザリング」として知られている。
【0021】
ディザリングには画素値をディザ行列のそれぞれのしきい値と比較することが必要である。例えば、ディザ行列のサイズが16 x 16で、画像空間が640画素x 480行であると仮定しよう。ディザリング処理は、概念的にいえば、各画素がそれぞれのディザしきい値と関連し合うように、オリジナル画像の各部分領域の上にディザ行列を置くことである。所定の画素の画像値をそのように割り当てられたその画素のしきい値と比較すると、その画素がオンになるかオフになるかが決まる。或る所定の画素における画像値がその画素のディザしきい値を超えていれば、その画素はオンになる。そうでなければ、その画素はオフになる。画素ごとのディザ処理の出力はその画素がオンになるかオフになるかを示す2値である。ディザ行列の要素は、D(x,y) = D(i,j) for i = x mod N and j = y mod Nとなるように、モジュロカウンタ、すなわち、画素カウンタ50及び走査線カウンタ52でx-y画像座標空間に写像される。本発明はディザ行列生成器78を用いてディザ行列48の値を生成する新規の技法を活用する。それについては以下にもう少し詳しく説明するが、目下係属中の関連出願である1997年7月9日出願の出願番号08/890,611で開示している。ついては08/890,611出願を参照することにより本発明の一部をなすものとする。そうした新規の技法から生成された典型的な16 x 16ディザ行列を図3に示す。そうしたディザ行列は表示画像で非常に一様な画素パターンになる。
【0022】
現在の画素Px,y値(即ち、0 〜 255)は比較器54で対応するディザ行列Di,jと比較され、2つの値Pdith = 1又はPdith = 0の一つが生成される。例えば、現在の画素Px,yが濃度値150を有し、そのx-y座標に写像するディザ行列位置Di,jのしきい値が122であるとすれば、比較器54は値Pdith = 1を出力する。説明上、比較器54の2つ別々の出力を示しているが、Pdith = 1がハイ(アクティブ)、Pdith = 0をロー(インアクティブ)として単一出力Pdithを実現することができる。比較器54の出力は画素出力生成器56(図2B)に出力される。それについて以下に説明する。
【0023】
表示画像の視覚作用を向上させるために、本発明ではフレームレート変調を用いてLCDディスプレイで表現される濃淡を拡大する。LCDがリフレッシュされるフレームレート又は頻度はデバイスからデバイスで異なる。フレーム変調システムにおいて、ディスプレイ上に画像を形成する画素は描写される濃度又は色の濃淡と相関していろいろなフレームでオン又はオフになる。本書の説明では、表示周期あたりのフレーム数をqで表す。一例として、表示は周期(q = 5)ごとに5回リフレッシュされ、表示領域は有効な濃淡3/5(例えば、121/125が表示可能な5つの濃度値に量子化されている)を有すると仮定しよう。対象領域にある全ての画素を単純に最初の3フレームでオン、次の2フレームでオフにするとしたら、フリッカーがはっきり目に見える。オン画素とオフ画素の比率を維持しながら時間をかけてオン画素とオフ画素のパターンを変化させるようにすると錯乱作用を減らすことができる。
【0024】
図2Aを見ると、本発明におけるディザ行列のしきい値Di,jは、表示周期あたりのフレームレート又はフレーム数に従って値を量子化する多重しきい値処理装置58にも入力される。例えば、フレーム周期あたり5つのフレームがある(q = 5)とすれば、しきい値は値1、2、3、4又は5に量子化される。図4に示すのは、図3に例証したディザ行列を5つのレベルに量子化した量子化表現である。多重しきい値処理装置58の出力は量子化されたディザ行列値DijQである。この値はアクティブレベル比較器60(図2B)に入力され、そこで量子化ディザ行列値DijQを量子化テーブル62のアクティブエントリに対して比較する。
【0025】
量子化テーブル62は、図2Bに示すように、線形多重出力循環シフトのレジスタとして構成される。量子化テーブル62のエントリ数は表示周期のフレーム数(q)によって決まる。例えば、周期につき5フレームあるとすれば、テーブル62は1、2、3、4、5の値を有する5つのエントリで構成される。フレームリフレッシュごとの出力数は描写される量子化画素値(p)によって決まる。p/qの濃淡を生成するために、線形量子化テーブル62は周期あたりのフレーム数の値qに従って1からqまでのレベルを有するq個のエントリで構成される。時間t(1)で、量子化テーブルにおける最初のp個のエントリが出力#線の量子化画素値pに従って選択され起動される。これらのエントリは出力線64でアクティブレベル比較器60に出力される。後続の各時間t(2)、t(3)・・・t(q)で、シフト線上でフレーム信号が起動された後、量子化テーブルの内容が、例えば、2位置だけ循環シフトされ、シフト後の量子化テーブルの最初のp個のエントリが選択され線64で出力される。例えば、3/5の濃淡を生成するには、図5に示したような量子化テーブルが生成される。各時間周期で、テーブルの最初の3エントリがアクティブレベルとして出力される。時間が経過するにつれて、これら最初の3つのエントリの量子化レベルが変わる。図5に示すように、5つのフレームのアクティブレベルはシーケンス(1,2,3)、(4,5,1)、(2,3,4)、(5,1,2)、そして(3,4,5)になる。この構成にすると、3つのレベルがどのフレーム周期においてもアクティブになるが、起動のために選択された特定レベルはフレームからフレームで異なる。
【0026】
描写される濃淡p/qは現在の画素値Px,yとフレームレートによって決まる。図2Aに示すように、現在の画素値Px,yは多重しきい値処理装置58に入力され、そこで現在の画素値を量子化する。周期あたり5フレームの前述の例では、多重しきい値処理装置58は現在の画素値を量子化して量子化画素値pの1、2、3、4又は5に量子化する。それに対応する濃淡はそれぞれ1/5、2/5、3/5、4/5、5/5である。
【0027】
図2Bに示すように、線形量子化テーブル62の出力線64のアクティブレベルはアクティブレベル比較器60に入力される。既に説明したように、量子化ディザ行列値DijQもアクティブレベル比較器60に入力される。アクティブレベル比較器60は各アクティブレベルを現在の量子化ディザ行列値DijQと比較し、現在の画素Px,yに対応するディザ行列値がアクティブレベルか又はインアクティブレベルかを決定する。例えば、現在の画素Px,yが或る濃度値を有し且つそのx-y座標に写像するディザ行列位置Di,jの値が120であるとすれば、その量子化ディザ行列値DijQは3になる(図3と図4を比較せよ)。さらに、図5に示した例を用いると、表示周期が第1フレームt(1)にある場合、アクティブレベル比較器60は現在の量子化ディザ行列値3を現在のアクティブレベル値1、2、3と比較して、一致を見つける。比較器60は次にアクティブレベル信号Latv = 1を出力して、現在の画素に対応する量子化ディザ行列しきい値が現在のフレームのアクティブレベルの一つと一致することを示す。再び図5に示した例を用いると、表示周期が第2フレームt(2)にあると、アクティブレベル比較器60は現在の量子化ディザ行列値3を現在のアクティブレベル値4、5、1と比較し、一致するものがない。比較器60は次にアクティブレベル信号Latv = 0を出力して、現在の画素に対応する量子化ディザ行列しきい値が現在のフレームのアクティブレベルのどれとも一致しないことを示す。説明のために、比較器60の2つ別々の出力を示しているが、Latv = 1がハイ(アクティブ)、Latv = 0をロー(インアクティブ)として単一出力Latvを実現することもできる。比較器60の出力は画素出力生成器56に入力される。
【0028】
画素出力生成器56は比較器54からディザ画素値Pdithを受け取り、比較器60からレベルアクティブ値Latvを受取る。画素出力生成器は2つのゲート論理演算子として描いてある。論理ANDゲート56Aは、ディザ画素値Pdithとレベルのアクティブ値Latvが共に1(又はハイすなわちアクティブ)ならば、信号Pout = 1を生成する。言い換えれば、現在の画素値がそれに対応するディザ行列しきい値を超え且つ量子化ディザ行列値が現在のフレームの量子化テーブルのアクティブ値の一つであれば、Pout = 1が生成される。論理ORゲート56Bは、ディザ画素値Pdith又はレベルアクティブ値Latvのいずれかが0(又はローすなわちインアクティブ)ならば、信号Pout = 0を生成する。言い換えれば、現在の画素値がそれに対応するディザ行列しきい値を超えていないか或いは量子化ディザ行列値が現在のフレームの量子化テーブルのアクティブ値の一つではない場合には、Pout = 0が生成される。画素出力生成器56は、説明の目的上、2つのゲート及び2つの出力として表示してあるが、入力Pdith及びLatvと単一出力Poutを有し入力が共にアクティブ(又は1すなわちハイ)の時だけアクティブ(又は1すなわちハイ)になる単一ANDゲートとして実現することができる。Pout信号は、現在の画素のデータ値(オン/オフすなわち1/0)を表し、LCDパネル64に入力される。
【0029】
LCDパネル64は伝統的な方法で動作し、例えば、水平方向及び垂直方向のシフトレジスタ66及び68、画素ドライバ70及びラインドライバ72、画素データラッチ74、LCDディスプレイ76を備えているかもしれない。画素クロック信号に基づき、水平方向シフトレジスタ66は選択可能画素ラッチ74をイネーブルにし入ってくる画素データを格納する。ラッチ74は取り込んだ一行の画素データを画素ドライバで渡し、ディスプレイ76に一行を形成する。走査線クロック信号に基づき、垂直方向シフトレジスタ68はディスプレイ76のどの行が画素データの一行を受取るかを決定する。連続する各走査線クロック信号によって、垂直シフトレジスタ68はその前の行をディスエーブルにし、連続ラインドライバ72を用いてディスプレイ76の連続する各行をイネーブルにして次の行の画素データを受取る。画像情報のフレームごとにこのプロセスが繰り返される。
【0030】
本発明の上述の態様から、LCDディスプレイにどんな数の濃淡でも描写できるような構成にすることができ、特定ディスプレイのフレームレートにだけ限定される柔軟性のあるデバイスが生まれる。レベルをシフトした後の量子化テーブルによってフレームからフレームへの遷移が保証され、目に見えるようなフリッカー又はスイムが生じない。ディザ行列を本発明のように用いると、フレームからフレームで一様なドットパターンになる。
【0031】
以下に、ディザ行列生成演算について説明するが、これについては1997年7月9日出願の米国出願番号08/890,611により詳細に記載されている。その出願を参照することにより本願明細書の一部をなすものとする。
【0032】
図6から図11にディザ行列生成器78の動作を例証する。説明上、単独の機能ブロックとして表示してあるが、ディザ行列生成器78は、処理装置14(図1A、1B、1C)又はPC 18の一部をなすようにしてもいいし、或いは個別部品からなるハードウェアに、或いはソフトウェア、ファームウェア、特定用途向け集積回路(ASIC)、又はこれらの組み合わせで実施することもできる。画素あたり8ビットのディジタル画像の場合を考えてみよう。画素は、完璧に白すなわち完全に「オン」の255(=28-1)と、完璧に黒すなわち完全に「オフ」の0との間で、どんな濃度値でも有することができる。イメージング装置が、イメージング因子(プリンタの場合はインク)の付着量が増えるとその結果画像輝度が低下するプリンタのようなデバイスの場合、画像データは画像表示処理期間中に補数値に普通変換される。これ以降の説明は、そうした補色値に換算して、言い換えれば、値が大きくなるほどに画像は暗くなる、さらに「オン」画素と「オフ」画素ではなく「インクドット」によって説明するが、この原理はLCDディスプレイ又は陰極線管の場合のようなポジティブカラー又は濃淡の表示にも同じく当てはまる。
【0033】
より具体的に説明するために、行列は8ビットの入力値と1ビットの出力値を有するディザ演算用であると仮定することにするので、画素ごとに256の入力画素値が考えられる。いろいろ異なるしきい値の数は、従って、一つ少ない、すなわち、255のはずである。行列のサイズが128 x 128であるとすれば、各しきい値は64又は65いずれかのディザ行列位置(191値 x 64位置/値 + 65値 x 64位置/値 =128 x 128位置)にある。
【0034】
さて、ディザ行列値を割り当てる一般的な手法は、初期ライトグレー値をともかく任意に選び、その初期濃度値を一様に表示する部分領域に用いられるべき(まばらな)初期のドットパターンを選択することから始まる。様々な手法を用いてその初期ドットパターンを得ることができる。例えば、一様に初期濃度値からなる画像に「誤差拡散」を用いることにより生成された出力のディザ行列サイズの部分領域から得ることができる。誤差拡散はよく知られたハーフトーン処理法で、画素の一つでハーフトーン処理を行なうことから生じる量子化誤差を隣接している画素に「拡散」する方法である。誤差拡散はディザリングと比べて総体的な誤差を最小限に抑える傾向があるけれども、計算集約型だから、ディザリングの方が好ましい場合が多い。
【0035】
図6のブロック82は誤差拡散のプロセスを表す。図6に表すシーケンスの目的は、サイズが生成されるディザ行列のサイズと同じで、しかも要素が、対応する部分領域が開始値に等しい一様な濃度値を表示しているとその部分領域の画素がインクドットを受取るかどうかを示す、2値の行列を生成することである。言い換えれば、「1」を含有する2値行列の位置は、全ての入力画素値が開始値に等しいと、インクドットを受取るべき部分領域の画素に対応し、「0」を含有する2値行列の位置はその他の部分領域の画素に対応する。初期濃度階調値が、例えば、0(白)から225(黒)のスケールで10(ライトグレー)であるとしよう。それは、理論的にはインクが部分領域画素642ヶ所、すなわち、128 x 128の部分領域画素の10/255に付着されるはずだから、誤差拡散出力には理論上それほどたくさんの論理の「1」があるはずである。
【0036】
実際には、「1」の数は642にも満たないことがあるので、ブロック84に示すように点を付加しなければならないことがある。ドットを付け加えるために選ばれた行列位置は「ヴォロノイ頂点」を含有する画素に対応する候補の中から選択される。図8に関して以下に説明するように、ヴォロノイ頂点は、ドットを含有する少なくとも3つの画素の中心から最も近い等距離にある点だから、その最大の空所、すなわち白い空間がそうした点を含有することになる。これらの点のどれが最大の空所の中に位置するかは、候補位置のコンボリューション核の中心点を決定し、未だドットを含有していない画素に対応する核係数の和をとることにより得られる得点を候補の各位置に割り当てることにより、決定される。他の核を用いることもできるけれども、1.5画素幅の標準偏差値を有する11 x 11のガウス核がこの目的に適している。本方法の後続フェーズに関して空所の大きさやクラスタ(群れ)の詰まり具合の様々な他の測定基準について説明する。
【0037】
ドット数の調整が不要な場合でも、誤差拡散処理はドットの配置で異質性が残ることがあるので、最も詰まっているクラスタ(群れ)から「1」を取り去り最大の空所が生じるようになるまで、最も詰まっているクラスタ(群れ)から最大の空所に「1」を移動することにより等質化処理86を行なう。
【0038】
インクドットを受け取り初期の濃度階調レベルを生成すべき部分領域の画素を既に識別しているので、そのように配置されるインクドットとなるディザ行列しきい値を割り当てるタスクについて説明する。複数のフェーズでしきい値を割り当てる。「1」を含有している初期の2値行列に対応するディザマトリクス位置にあるしきい値は全て10未満であるはずで、そのしきい値はそれ以外全ての位置では10以上のはずである。しきい値割り当てタスクの第1フェーズは10未満のしきい値全ての位置を確定することである。
【0039】
図7にこのフェーズを示す。このフェーズでは、2値行列の最も込み合っている位置から「1」を反復して取り除く、すなわち、概念的に言えば前のインクドット除去後に最も込み合っている残りのインクドット位置からインクドット一つを取り除く。充分に「1」が取り除かれ、濃度値9にするのに必要なインクドット数まで残り数が減ると、そのプロセスで「1」が取り除かれた2値行列位置に対応する全てのディザ行列位置がしきい値9を受取る。言い換えれば、濃度値が10の時これらの位置でインクドットの付着が許可され、濃度値が9の時は許可されない。このようにして「1」を取り除き続けることにより、8から0までのしきい値を受取るべき位置を同じように識別することができる。
【0040】
図7に、実効しきい値を参照しない演算のこのフェーズを示す。実効しきい値は量子化レベル数及びディザ行列のサイズに依存する(例では、28=256及び128x128)。図7では、代わって、もっと一般的な表現で、各位置に階数を割り当てることとして説明しており、階数は、部分領域画素数が許す限り増分的に部分領域が暗くなるとすれば、対応する部分領域画素がインクドットを受取るシーケンスにおけるそれらの画素の順番を示す。言い換えれば、入力量子化レベル数(この例では28)がディザ行列位置数(この例では128x128)より一つ多ければ、階数としきい値は同じであり、従ってしきい値数に等しい。そうでなければ、しきい値は次のような関係を用いることにより階数から容易に得ることができる。
【0041】
【0042】
上の式において、Tはしきい値、trunc(χ)はχより大きくない最大整数、Rは階数、NTはしきい値数(この例では28-1=255)で、NLはディザ行列位置数である。階数値を明白に割り当てて格納すると、同じ割り当て演算をいろいろ程度の異なる量子化に用いることができるようになるから、最初に階数値を計算することによって割り当てる方が好ましいと考える。言い換えれば、一旦階数Rを決定したら、Tに上記の式を用いる以外他に何も処理を行なわなくてもいろいろ異なるNT/NLの値に対していろいろ異なるディザ行列を生成することができる。とはいえ、上記の式が示すように、ディザ行列位置に階数を割り当てることは本発明の目的からすればしきい値を割り当てることと同じことだから、この2つの概念は互いに同じ意味で用いている。
【0043】
この例で「1」が一つ捨てられた第1の2値行列位置に対応するディザ行列位置の階数は、部分領域が増分的に暗くなっていくとしたらインクドットを受取る最初の642ヶ所のうち最後の位置だから、641である。図7のブロック88は従って階数値の初期化を表す。図7に表す手続きは繰り返され、最初に選ばれた位置の階数は全てブロック90に表す工程で決定される通りに割り当てられるまで次第に階数値が低下していく。
【0044】
最も込み合っている部分領域画素に対応する位置を識別する別々の方法を2つ用いる。2値行列における「1」の数が、すなわち、概念上ディザ行列がカバーする部分領域に残っているインクドット数が、しきい値「0」を受取るべき位置数に達すると、ブロック92に示す工程で決定される通り、候補のコンボリューション核の中心点を決定し、ドットが残存する画素に対応する核係数の和をとることにより込み合い具合を査定する。前と同じく、標準偏差値1.5を有する2次元のガウス関数に値が比例する11 x 11の核を用いる。ブロック94は査定された込み合い具合に基づき位置の中から選択することを表している。
【0045】
しかしながら、残存するドット数が0しきい値レベルになる前に、最も込み合っている画素はヴェルノイ分割により識別されるが、それをブロック96に示す。図8を参照するとヴェルノイ分割を理解することができる。
【0046】
図8は、例証の目的で、サイズが10 x 10のディザ行列で定義された部分領域98を描いている。言い換えれば、先に言及した例の128 x 128のディザ行列よりはるかに小さい。2値行列は、部分領域98が図7のルーチンが向かっているライトグレー値の一つを表示しようとしているとどの画素がインクドットを受取るかを指定するが、ここでは画素100、102、104、106、108、110だけがインクドットを受取ると指定していると仮定しよう。ヴェルノイ分割は、このようにして選択された画素のそれぞれに対して、選択されたが未だインクドットを受取っていない他の画素の中心からその画素の中心までとを比べ同じかもしくはより近い距離にある全ての点からなる分割を、関連させる。(多角形)分割の頂点を決定し、面積決定計算用にこれらの頂点の順番を決める手続きはよく知られており、例えば、ニュージャージー州Englewood Cliffs所在のPrentice-Hall社1994年発行のK. Mulmuley著Computational Geometry, An Introduction Through Randomized Algorithmsに記載されている。
【0047】
分割を実行する際、ディザ行列は画像に「タイル」を張ることであることを忘れないようにしなければならない。一様な濃淡画像において、隣接している部分領域の画素112及び114は対応する画素100及び102がインクドットを受取るといつでもインクドットを受取るので、結果として生じる分割は図8に破線で示す通りである。特に、画素100の分割は面積116も含む。なぜならば、面積116が含有する点は画素108及び110に対するよりも対応する画素112に対して接近しているからである。これの一つの見方は、部分領域を可撓性を有するシートと考え、その上辺を底辺にくっ付けることによりそのシートからチューブを形成し、2つの端部を接続して輪環面を形成し、その結果として生じた輪環面上の点と点の間の測地的距離を用いてヴェルノイ分割を決定することである。
【0048】
分割を用いて、インクドットを受取る画素のどれがインクドットが最も込み合っている面積にあるかを決定する。最低面積のヴェルノイ分割と関連している画素を最もぎっしり詰まっているクラスタ(群れ)と関係していると考える。
【0049】
そうした画素クラスタ(群れ)の一つだけが最もぎっしり詰まっている場合、対応するディザ行列位置は現在の階数が割り当てられる個所である。一つ以上の画素の分割が最低面積を有する場合、単にその最低分割面積画素の中から無作為に選択してインクドットが取り除かれる次の画素を選択することができる。しかしながら、画素選択用に更なる判定基準を適用すると、視覚的妨害となるアーティファクトを抑制する傾向があることを発見している。
【0050】
図7の工程118で用いるクラスタ(群れ)の詰まり具合の測度は、候補ディザ行列位置に対応する候補画素がいかに込み合っているかを他のインクドット含有画素によって示すのに対し、ブロック120で用いるクラスタ(群れ)の詰まり具合の測度は候補位置がいかに込み合っているかを、その階数(先に決定した通り)が割り当てられる階数に近い位置によって示す。何をもって「近い」とするかは設計上の選択の問題である。例えば、設計によっては関連しているしきい値が同じかもしくは割り当てられているしきい値と1だけ異なる場合には階数を近いと考えるかもしれない。また、他の設計では、或る階数が、割り当てられる階数としきい値につき部分領域画素数(本書の例では64又は65)未満しか違わない場合、その階数を近いと考えるかもしれない。これを「距離判定基準」と呼んでいる。
【0051】
ヴェルノイ分割によるクラスタ(群れ)の込み合い具合測度を用いてこの判定基準を適用し本発明の教えを実現することができるが、我々は別の測度を好む。ブロック120に示す工程で、近い階数を有する画素が或る所定の画素の周囲でクラスタ(群れ)になっている詰まり具合の測度は単にその所定の画素から近い階数を有する画素までの最低距離である。すなわち、工程118で同点になった候補位置の中から、そのように近い階数を有する位置が最も詰ったクラスタ(群れ)の中にあると考えられるのは、最も近くにある近い階数を有する位置までの距離が最低である候補である。すなわち、P = {pi; i = 0, ・・・, M-1}がM個のそのように近い階数を有する位置の集合で、X = {xi; j = 0, ・・・, N-1}が工程118を生き延びたN個の候補位置の集合であるとすれば、次の階数を有する位置の指数Jを下記の式から得ることができる。
【0052】
【数1】
【0053】
この式において、D(x,y)は位置x及びyに対応する部分領域画素間の先に説明した輪環面上の測地的最低距離である。
【0054】
この判定基準もまた同点になった場合には、ブロック121に示すように、その同点になっている位置にもう一つ別の判定基準を適用する。この判定基準では、部分領域行列全体がブロックに分割される。例えば、2値行列の大きさが128 x 128とすれば、図9Aの部分領域を、破線で示すように、32 x 32のブロック16個に分割する。図8に関して先に説明したと同様の理由で、1ブロックに属する位置は平面部分領域が変形して輪環面になると近接している画素に対応するから、部分領域の一辺に近接する画素に対応する位置は対向辺に近接する画素に対応する位置と同じブロックに属する。例えば、図9Aの部分ブロック122a〜122bは図9Bの単一ブロックをなし、図9Aの部分ブロック123a〜123dは図9Cの単一ブロックをなす。
【0055】
生き延びた候補の中の所定の一候補に対応する画素が入っているブロックが生き延びた他の候補のどれかに対応する画素を含有するブロックより多く残留ドットを含んでいれば、言い換えれば、残存候補を含有するブロックに対応する他のいかなる部分行列に比べ2値行列の対応部分行列の方が含有している残留する「1」の数が多ければ、その所定の生き延びた候補は選択されて次の階数が付けられる。それ以外は、生き延びた候補の中から無作為に選ばれる。
【0056】
このように選択された次の位置、現在の階数(すなわち、関連しきい値と同値)は、ブロック124が示すように、ディザ配列において対応する位置に入力され、次のループで割り当てられる階数が、ブロック126が示すように、減分される。その後、割り当てられる階数値が0になるまで図7のループが繰り返される。
【0057】
最初に選ばれた濃度階調値より低いしきい値を受取ることになる位置に下降順に階数を割り当てる図7のルーチンとは対照的に、図10A、10B、10C(集合的に、「図10」と称する)のルーチンはそれより高いしきい値を受取ることになる位置に上昇順に階数を割り当てる。ブロック128が示すように、図10のルーチンは図7のルーチンと同じ初期の2値行列から始まるが、図10のルーチンは、初期の2値行列の「1」に対応する位置ではなく、「0」に対応する位置に階数を割り当てる。
【0058】
ブロック130に示すように、このルーチンは初期の2値行列にある「1」の数に等しい階数から始まる。言い換えれば、未だ割り当てられていない最下位の階数から始まる。ブロック132及び134に示すように、このルーチンは、増分された階数値がディザ行列の位置の総数に比べてもはや小さくなくなる、すなわち、M x N行列でMNになると、停止する。
【0059】
その時点まで、次の階数の位置がその階数の値に依存する方法で選択される。図10Bは、階数域が4個の区間に分けられていることを示している。この例で最下位区間の上限VBOUND1は1600、つまり階数全域のおよそ10%である。さて、この範囲の階数が割り当てられると、2値行列の位置の圧倒的多数が「0」を含有する。すなわち、ほとんど全ての位置が未だしきい値を割り当てられていない。例えば、図8に描いた分領域98においては、画素100、102、104、106、108、110を除く全ての画素が候補である。従って、図10Bのブロック136及び138に示すように、ルーチンはヴェルノイ分割を行なうことにより候補位置数を減らす。具体的に、位置は、頂点142のような結果として生じた分割頂点を含有する、画素140など部分領域画素に対応する場合のみ、候補と考えられる。
【0060】
この方法は、候補のコンボリューション核の中心点を決めドットを未だ含まない画素に対応する核係数の和をとることから生じる得点を各候補位置に割り当てることにより、これらの位置のどれが最大の空所、つまり白い空間における(ヴェルノイ頂点を含む)部分領域画素に対応するかを確定する。ブロック143はこの工程を表し、周辺でドットを受取る画素が最も詰っていないクラスタ(群れ)になっている画素を識別することと考えることもできる。この目的で使われる核のタイプの一つは、図11に例として描いた、9 x 9の1.5画素幅標準偏差ガウス核である。
【0061】
結果が同点になったら、ブロック144に示す距離の判定基準を適用する。演算は、2つの例外があるが、図7の工程120と同じである。第1に、判定基準を適用する際に用いられる集合において既に割り当てられた階数は割り当てられている階数より低く、高くはない。第2に、概念上ドットは最も詰まったクラスタ(群れ)から取り除かれるのではなく、最大の空所に追加されるから、選択された画素は周辺でそのように近い階数を有する画素が最もまばらなクラスタ(群れ)になっている画素で、最も詰まったクラスタ(群れ)の画素ではないから、最低距離ではなく、最大距離を探す。すなわち、P = {pi; i = 0, ・・・, M-1}はM個のそのような近い階数を有する位置の集合で、X = {xj; j = 0, ・・・, N-1}は前に工程を生き残るN個の候補位置の集合であるとすれば、次の階数が付けられる位置の指数Jは下記の式により得られる。
【0062】
【数2】
【0063】
この式において、D(x,y)は位置x及びyに対応する部分領域画素間の先に説明した輪環面の測地的最低距離である。
【0064】
未だに結果が同点の場合は、ブロック146に示すように、図7のブロック121に用いられるブロック分割判定基準を補足する判定基準を用いて同点を解消するようにする。生き延びた候補の所定の一つに対応する画素があるブロックは他の生き延びた候補のどれかに対応する画素を含むブロックに比べ含有するドット数が少ない場合、言い換えれば、生き延びた候補を含むブロックに対応する他のどの部分行列よりも2値行列の対応する部分行列の方が含有する「1」の数が少なければ、その所定の生き延びた候補は選択されて次の階数が付けられる。さらに同点があれば、無作為な選択によって同点を解消する。
【0065】
初期に同点だった候補に階数が付けられる順序は、工程144と146の判定基準を適用して決められる、もしくは図7の工程120及び121の判定基準を用いて決められるが、幾つかの状況においてはこの順序が重要である。第1に、同点の候補の数が現在のしきい値を未だ割り当てられていない位置の数を超えていれば、例えば、255個のいろいろなしきい値からなる128 x 128の配列として、そうした候補数が64又は65より大きければ、順位がこれらの同点の位置のうち別々の位置が受取るしきい値に影響するので、軽率に選択を行なうと目障りな明るい又は中間色のアーティファクトが発生しやすくなる。第2に、選択された候補が選択の判定基準のコンボリューション核を用いて別の候補の得点の計算が行われる領域内にあると、その得点は変り、その他の位置が同じしきい値を受取るような選択にならないようにする。第3に、もう一つの候補のヴェルノイ分割がその選択された候補と一つ以上の頂点を共有し、そのためにその選択によってそのヴェルノイ分割のサイズが変化している場合、その候補の得点が同様に変わり、結果が類似する。本発明を実践する際、これらの状態をテストし、可能な場合にだけ追加の選択判定基準を適用することができるが、結果として生じるディザ行列の画質が量子化レベル数と比較的に無関係で、そのためどんな所定のしきい値を割り当てられる位置の数とも比較的に無関係であるように、追加の判定基準を一様に用いる方が好ましいと考える。
【0066】
選択されたディザ行列に階数(もしくはしきい値)を入力し、図10のルーチンは上昇順で、言い換えれば、画像の暗さが増す方向に、階数が割り当てられるから、ブロック148に示すように、対応する2値行列位置に「1」を1個加える。ブロック150は図10のループを繰り返す前に階数を増分することを表す。
【0067】
或る時点で、2値行列における「1」の数、すなわち、現在割り当てられている階数に対応する濃度値を達成させるインクドット数が大きくなり、既に割り当てられた位置に基づいてヴェルノイ分割を計算することの魅力が減少する。これが先にVBOUND1と称したレベルである。割り当てられる階数がそのレベルを超えているがレベルVREGIONより低い場合、工程138のように、候補の白い空間の数はヴェルノイ分割で減少しない。レベルVREGIONは、「0」の数がレベルVBOUND1が対応する「1」の数まで減少したレベルである。代わって、工程143に関して先に説明したやり方で核を適用することにより、全ての白い空間に得点が割り当てられる。ブロック153及び154は図10のルーチンのこの態様を表す。必要なら、図10Cの工程144、146及び148で前と同じように、候補位置の数がさらに減らされる。
【0068】
割り当てられる階数が階数全域の90%に等しいレベルVREGIONに一旦達すると、「0」の数はレベルVBOUND1が対応する「1」の数にまで減るので、分割が2値行列の「1」の位置ではなく「0」の位置に基づいている場合、ヴェルノイ分割の適用が再び魅力的になる。ブロック155、156及び158に示すように、これは、従って、割り当てられる階数がより高レベルであるVBOUND2より低い限り、図10のルーチンが行なうことであり、レベルVBOUND2は、残留する「0」の数、すなわち、未だ階数を割り当てられていない位置の数がしきい値あたりのディザ行列位置数に等しい(例においては64又は65)レベルである。この数は充分に小さいので、候補位置の数を減らす特別の努力をする必要がない。割り当てられる階数がVBOUND2を超えると、ルーチンはブロック154の演算を用いて得点を割り当てる。いずれの場合も、必要があれば、図10Cの演算を再び用いて同点を解消する。
【0069】
図7及び10のプロセスを用いて、位置が選ばれるのに伴なってしきい値を明白に割り当てることができるし、もしくは単に階数を割り当て、それにより暗にしきい値を示す階数のディザ行列を出力として生成することができる。後者の場合、しきい値は、先に概要を説明した関係に従って、その後明白に割り当てられる。結果として生じる行列はディザ行列48に格納され、上述のごとく本発明で活用される。
【0070】
上記の説明において、様々な機能ユニットを液晶表示装置14を形成する一部として表したが、画像処理装置12の一部として形成しても、もしくはパーソナルコンピュータ18といった他のシステム構成要素の一部として形成してもいい。図12に示すように、LCD表示装置14、画像処理装置12、及び/又はPC 18は、例えば、中央処理装置(CPU)36の他、ランダムアクセスメモリ(RAM)160、読み出し専用メモリ(ROM)162、一時レジスタセット164などのメモリ、さらに入出力コントローラ166を含んでいても構わない。その際、これらは全て内部バス168に接続される。例証の目的で、上記の装置をそれぞれ個別に表示しているが、これらの機能ユニットはビデオメモリ42、ディザ行列48、ディザ行列生成器78、多重しきい値処理装置58、比較器60など先に説明した様々な機能ユニットの一部又は全部をなすようにしてもいい。さらに、例えば、中央制御型ネットワークの一部としてスキャナ、プリンタ、LCDディスプレイなどシステムの性質によっては、機能ユニットは走査、印刷、LCD表示の各装置を制御するようにプログラムされた汎用のコンピュータの一部であっても構わない。さらに、これらの機能ユニットは個別部品、特定用途向け集積回路、適正ソフトウェアを実行するプロセッサその他類似のもの或いはそれらの組み合わせで実行するようにしてもいい。
【0071】
LCD装置14及び/又は画像処理装置12及び/又は本書で説明した様々な機能ユニットを動作させるオペレーティングシステムソフトウェア及び/又は特定用途向けソフトウェアはメモリ160、162、164の何らかの組み合わせに格納しても、もしくはそれぞれI/Oバス180に接続された、ハードディスクドライブ170、ディスケットドライブ172、及びコンパクトディスクドライブ174など一つ以上のI/Oユニットに外部的に格納されるようにしてもいい。様々な機能ユニットを動作させる及び/又は本発明の方法を実行するソフトウェアはハードディスク170A、ディスケット172A又はコンパクトディスク174Aなど媒体に格納されても、もしくは遠隔装置178に格納され、通信インタフェース176を介して入力されるようにしてもいい。
【0072】
図13は本発明の方法の大まかな流れを示す。例として、工程S10で、グラフィックスコントローラ38は次の画像を受け取り、工程S12でそれがビデオメモリ42に読み込まれるようにする。画像データの検索及び一時格納はデバイスからデバイスで異なり、デバイスの相対スピード、記憶容量、バンド幅によって違ってくる。そうした動作はよく知られた技術である。工程S14で、濃淡又はカラーを表す第1画素Pxyの値が受取られる。工程S16でこの画素値が対応するディザ行列のしきい値Di,jと比較される。画素値がしきい値より小さければ、LCDディスプレイに送られる出力画素値Poutは0(すなわち、オフ)になる。現在の画素値がしきい値と同じかそれ以上であれば、量子化ディザ行列のしきい値DijQが工程S18で量子化テーブルのアクティブレベルと比較される。量子化ディザ行列のしきい値DijQが量子化テーブルのアクティブレベルの一つならば、LCDディスプレイに送られる出力画素値Poutは1(すなわち、オン)になる。工程S20で現在の画素が画像の最後の画素でない場合は、次の画素が工程S22で受取られ、現在のリフレッシュフレームサイクルの完全な画像が表示されるまで工程S16から始まるループが繰り返され、プロセスは工程S24に進む。これが表示サイクルの最後のフレームリフレッシュならば、次の画像が工程S10で検索される。そうでなければ、新たなレベルが今やアクティブでプロセスが工程S14にループバックして現在の画像の最初の画素を受取れるように、量子化テーブルのレベルがシフトされる。
【0073】
発明を幾つかの具体的な実施例に結び付けて説明してきたが、上記の説明に鑑みればさらに数多くの代替え案、変更、変形がすぐ分かることが当業者には明白であろう。したがって、本書で説明した発明は添付の請求の範囲の精神並びに範疇に入るそうした代替え案、変更、業務用途、変形を全て含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【図1】A、B、Cは、本発明の幾つかの大まかな環境構成を表すブロック図。
【図2】A、Bは、合わせて本発明の主要な機能構成要素の概略ブロック図をなす。
【図3】本発明の典型的なディザ行列のしきい値を表す。
【図4】5個のレベルに量子化された図3のディザ行列を表す。
【図5】内容が繰り返して5フレームシフトされた本発明の例としての量子化テーブル。
【図6】本発明のディザ行列生成法の初期化段階のフローチャート。
【図7】本発明のディザ行列の位置に最下位階数値を割り当てる方法のフローチャート。
【図8】ヴェルノイ分割の例証に用いた図。
【図9】A〜Cは、ブロック分割を示す。
【図10】A〜Cは、本発明のディザ行列の位置により高い階数値を割り当てる方法のフローチャート。
【図11】空所の大きさを査定するのに用いるガウス核の図。
【図12】本発明の主要な機能構成要素の別の部分の概略ブロック図。
【図13】本発明の方法の大まかな工程を示すフローチャート。
Claims (35)
- 現在の画素の濃淡を表現する輝度値を、それぞれのディザ行列しきい値と比較することにより、画素オン/オフ信号を供給する第1比較器と、
前記現在の画素の濃淡を表現する前記輝度値を量子化することにより、1からqの範囲で量子化された画素値pを生成する多重しきい値処理装置と、
1からqの範囲で複数の量子化値を格納しており、前記量子化された画素値pにより制御された、アクティブ量子化値としてのp個の量子化値を出力するとともに、フレーム信号に応じて、有している前記量子化値をシフトさせる量子化テーブルと、
量子化されたディザ行列のしきい値を前記アクティブ量子化値と比較して、アクティブ量子化しきい値信号を生成する第2比較器と、
前記画素オン/オフ信号及び前記アクティブ量子化しきい値信号に応じて、q個のフレームからなる表示周期に前記現在の画素を、平均濃度値p/qで表示装置に表示するための画素出力信号を生成する画素出力生成器と、
を有することを特徴とする表示装置駆動用回路。 - 請求項1に記載の表示装置駆動用回路において、さらに複数のしきい値を格納するディザ行列を有することを特徴とする表示装置駆動用回路。
- 請求項2に記載の表示装置駆動用回路において、前記現在の画素の座標に応じて、前記複数のしきい値を格納するディザ行列をアドレス指定して、それぞれのディザ行列しきい値を出力するカウンタを少なくとも1個さらに有することを特徴とする表示装置駆動用回路。
- 請求項2に記載の表示装置駆動用回路において、前記それぞれのディザ行列しきい値を量子化して、1からqの範囲で量子化されたディザ行列しきい値を生成する多重しきい値処理装置をさらに有することを特徴とする表示装置駆動用回路。
- 請求項2に記載の表示装置駆動用回路において、ディザ行列を生成するディザ行列生成器をさらに有しており、このディザ行列生成器は、
ディザ行列しきい値を含有し、かつ繰り返しディザ行列の位置にしきい値を割り当てることにより、画像の部分領域のそれぞれの部分領域画素と関連しているディザ行列位置からなるディザ行列を生成するディザ行列生成手段と、
複数の部分領域画素それぞれに関して、部分領域が割り当てられるしきい値に対応する一様な濃度階調値を示している場合に、ドットを受取る画素が、複数の部分領域画素の周辺でクラスタ(群れ)になっている相対的な詰り具合を決定する第1決定手段と、
前記第1決定手段により決定された詰り具合が最大である部分領域画素をそれぞれ識別する識別手段と、
前記識別手段により識別された複数の部分領域画素それぞれに関して、部分領域が割り当てられるしきい値に対応する一様な濃度階調値を示している場合に、ドットを受け取るいくつかの部分領域画素を除き、割り当てられるしきい値に依存している階数域に存在する階数を割り当てられた部分領域画素が、複数の部分領域画素の周辺でクラスタ(群れ)になっている相対的詰り具合を決定する第2決定手段と、
前記第2決定手段により決定された詰り具合が最大である部分領域画素を少なくとも一つ選択する選択手段と、
前記選択手段により選択された部分領域画素と関連しているディザ行列位置にしきい値を割り当てるしきい値割り当て手段と、
を有することを特徴とする表示装置駆動用回路。 - 請求項1に記載の表示装置駆動用回路において、前記量子化テーブルがシフトレジスタからなることを特徴とする表示装置駆動用回路。
- 請求項6に記載の表示装置駆動用回路において、前記量子化テーブルが循環シフトレジスタからなることを特徴とする表示装置駆動用回路。
- 請求項6に記載の表示装置駆動用回路において、前記量子化テーブルが循環線形シフトレジスタからなることを特徴とする表示装置駆動用回路。
- 現在の画素の濃淡を表現する輝度値を、それぞれのディザ行列しきい値と比較することにより、画素オン/オフ信号を供給する第1比較器と、
前記現在の画素の濃淡を表現する前記輝度値を量子化することにより、1からqの範囲で量子化された画素値pを生成する多重しきい値処理装置と、
1からqの範囲で複数の量子化値を格納しており、前記量子化された画素値pにより制御された、アクティブ量子化値としてp個の量子化値を出力するとともに、フレーム信号に応じて、有している前記量子化値をシフトさせる量子化テーブルと、
量子化されたディザ行列のしきい値を前記アクティブ量子化値と比較して、アクティブ量子化しきい値信号を生成する第2比較器と、
前記画素オン/オフ信号及び前記アクティブ量子化しきい値信号に応じて、画素出力信号を生成する画素出力生成器と、
前記画素出力生成器から出力される前記画素出力信号に応じて、q個のフレームからなる表示周期に前記現在の画素を、平均濃度値p/qで表示するための表示装置と、
を有することを特徴とする表示装置。 - 請求項9に記載の表示装置において、さらに複数のしきい値を格納するディザ行列を有することを特徴とする表示装置。
- 請求項10に記載の表示装置において、前記現在の画素の座標に応じて、前記複数のしきい値を格納するディザ行列をアドレス指定して、それぞれのディザ行列しきい値を出力するカウンタを少なくとも1個さらに有することを特徴とする表示装置。
- 請求項10に記載の表示装置において、前記それぞれのディザ行列しきい値を量子化して、1からqの範囲で量子化されたディザ行列しきい値を生成する多重しきい値処理装置をさらに有することを特徴とする表示装置。
- 請求項10に記載の表示装置において、ディザ行列を生成するディザ行列生成器をさらに有しており、このディザ行列生成器は、
ディザ行列しきい値を含有し且つ繰り返しディザ行列の位置にしきい値を割り当てることにより画像の部分領域のそれぞれの部分領域画素と関連しているディザ行列位置からなるディザ行列を生成するディザ行列生成手段と、
複数の部分領域画素それぞれに関して、部分領域が割り当てられるしきい値に対応する一様な濃度階調値を示している場合に、ドットを受取る画素が、複数の部分領域画素の周辺でクラスタ(群れ)になっている相対的な詰り具合を決定する第1決定手段と、
前記第1決定手段により決定された詰り具合が最大である部分領域画素をそれぞれ識別する識別手段と、
前記識別手段により識別された複数の部分領域画素それぞれに関して、部分領域が割り当てられるしきい値に対応する一様な濃度階調値を示している場合に、
ドットを受け取るいくつかの部分領域画素を除き、割り当てられるしきい値に依存している階数域に存在する階数を割り当てられた部分領域画素が、複数の部分領域画素の周辺でクラスタ(群れ)になっている相対的詰り具合を決定する第2決定手段と、
前記第2決定手段により決定された詰り具合が最大である部分領域画素を少なくとも一つ選択する選択手段と、
前記選択手段により選択された部分領域画素に関連するディザ行列位置にしきい値を割り当てる手段と、
を有することを特徴とする表示装置。 - 請求項9に記載の表示装置において、前記表示装置は、液晶ディスプレイ(LCD)であることを特徴とする表示装置。
- 現在の画素の濃淡を表現する輝度値を、それぞれのディザ行列しきい値と比較することにより、画素オン/オフ信号を供給する工程と、
前記現在の画素の濃淡を表現する前記輝度値を量子化して1からqの範囲で量子化された画素値pを生成する工程と、
量子化テーブルに1からqの範囲で複数の量子化値を格納する工程と、
前記量子化された画素値pにより制御された、アクティブ量子化値としてのp個の量子化値を前記量子化テーブルから出力する工程と、
フレーム信号に応じて、前記量子化テーブルの前記量子化値をシフトさせる工程と、
量子化されたディザ行列のしきい値を前記アクティブ量子化値と比較して、アクティブ量子化しきい値信号を生成する工程と、
前記画素オン/オフ信号及び前記アクティブ量子化しきい値信号に応じて、画素出力信号を生成する工程と、
前記画素出力信号に応じて、q個のフレームからなる表示周期に前記現在の画素を、平均濃度値p/qで表示装置に表示させる工程と、
を有することを特徴とする表示方法。 - 請求項15に記載の表示方法において、さらにディザ行列に複数のしきい値を格納してなることを特徴とする表示方法。
- 請求項16に記載の表示方法において、前記現在の画素の座標に応じて、前記ディザ行列をアドレス指定し、前記それぞれのディザ行列しきい値を出力する工程をさらに有することを特徴とする表示方法。
- 請求項16に記載の表示方法において、前記それぞれのディザ行列しきい値を量子化して、1からqの範囲で量子化されたディザ行列しきい値を生成する工程をさらに有することを特徴とする表示方法。
- 請求項16に記載の表示方法において、前記ディザ行列を生成するディザ行列生成の工程は、
ディザ行列しきい値を含有し、かつ繰り返しディザ行列の位置にしきい値を割り当てることにより、画像の部分領域のそれぞれの部分領域画素と関連しているディザ行列位置からなるディザ行列を生成するディザ行列生成工程と、
複数の部分領域画素それぞれに関して、部分領域が割り当てられるしきい値に対応する一様な濃度階調値を示している場合に、ドットを受取る画素が、複数の部分領域画素の周辺でクラスタ(群れ)になっている相対的な詰り具合を決定する第1決定工程と、
前記第1決定工程により決定された詰り具合が最大である部分領域画素それぞれを識別する識別工程と、
前記識別工程により識別された複数の部分領域画素それぞれに関して、部分領域が割り当てられるしきい値に対応する一様な濃度階調値を示している場合に、ドットを受取るいくつかの部分領域画素を除き、割り当てられるしきい値に依存している階数域に存在する階数を割り当てられた部分領域画素が、複数の部分領域画素の周辺でクラスタ(群れ)になっている相対的詰り具合を決定する第2決定工程と、
前記第2決定工程により決定された詰り具合が最大である部分領域画素を少なくとも一つ選択する選択工程と、
前記選択工程により選択された部分領域画素と関連しているディザ行列位置にしきい値を割り当てるしきい値割り当て工程と、
からなることを特徴とする表示方法。 - 請求項16に記載の表示方法において、前記量子化テーブルがシフトレジスタからなることを特徴とする表示方法。
- 請求項20に記載の表示方法において、前記量子化値を前記量子化テーブルで循環シフトさせてなることを特徴とする表示方法。
- 請求項20に記載の表示方法において、前記量子化値を前記量子化テーブルに線形格納してなることを特徴とする表示方法。
- 請求項15に記載の表示方法において、前記現在の画素を液晶ディスプレイ(LCD)に表示してなることを特徴とする表示方法。
- 機械で実行可能な命令プログラムを含んだ機械可読記録媒体であって、その命令プログラムは、
前記現在の画素の濃淡を表現する前記輝度値を量子化して1からqの範囲で量子化された画素値pを生成する手段と、
現在の画素の濃淡を表現する輝度値を、それぞれのディザ行列しきい値と比較することにより、画素オン/オフ信号を生成する手段と、
量子化テーブルに1からqの範囲で複数の量子化値を格納する手段と、
前記量子化された画素値pに従って前記量子化テーブルからp個の量子化値をアクティブ量子化値として出力する手段と、
フレーム信号に応じて、前記量子化テーブルの前記量子化値をシフトさせる手段と、
量子化されたディザ行列のしきい値を前記アクティブ量子化値と比較して、アクティブ量子化しきい値信号を生成する手段と、
前記画素オン/オフ信号及び前記アクティブ量子化しきい値信号に応じて、画素出力信号を生成する手段と、
前記画素出力信号に応じて、q個のフレームからなる表示周期に前記現在の画素を、平均濃度値p/qで表示装置に表示させる手段と、
を有することを特徴とする機械可読記録媒体。 - 請求項24に記載の機械可読記録媒体において、さらにディザ行列に複数のしきい値を格納してなることを特徴とする機械可読記録媒体。
- 請求項25に記載の機械可読記録媒体において、前記現在の画素の座標に応じて、前記ディザ行列をアドレス指定し、前記それぞれのディザ行列しきい値を出力してなる手段をさらに有することを特徴とする機械可読記録媒体。
- 請求項25に記載の機械可読記録媒体において、前記それぞれのディザ行列しきい値を量子化して、1からqの範囲で量子化されたディザ行列しきい値を生成する手段をさらに有することを特徴とする機械可読記録媒体。
- 請求項25に記載の機械可読記録媒体において、前記ディザ行列を生成する手段は、
ディザ行列しきい値を含有し、かつ繰り返しディザ行列の位置にしきい値を割り当てることにより、画像の部分領域のそれぞれの部分領域画素と関連しているディザ行列位置からなるディザ行列生成するディザ行列生成手段と、
複数の部分領域画素それぞれに関して、部分領域が割り当てられるしきい値に対応する一様な濃度階調値を示している場合に、ドットを受取る画素が、複数の部分領域画素の周辺でクラスタ(群れ)になっている相対的な詰り具合を決定する第1決定手段と、
前記第1決定手段により決定された詰り具合が最大である部分領域画素れぞれを識別する識別手段と、
前記識別手段により識別された複数の部分領域画素それぞれに関して、部分領域が割り当てられるしきい値に対応する一様な濃度階調値を示している場合に、ドットを受取るいくつかの部分領域画素を除き、割り当てられるしきい値に依存している階数域に存在する階数を割り当てられた部分領域画素が、複数の部分領域画素の周辺でクラスタ(群れ)になっている相対的詰り具合を決定する第2決定手段と、
前記第2決定手段により決定された詰り具合が最大である部分領域画素を少なくとも一つ選択する選択手段と、
前記選択手段により選択された部分領域画素と関連しているディザ行列位置にしきい値を割り当てるしきい値割り当て手段と、
を有してなることを特徴とする機械可読記録媒体。 - 請求項24に記載の機械可読記録媒体において、前記量子化テーブルがシフトレジスタからなることを特徴とする機械可読記録媒体。
- 請求項29に記載の機械可読記録媒体において、前記量子化テーブルに前記量子化値を循環シフトさせてなる手段をさらに有することを特徴とする機械可読記録媒体。
- 請求項29に記載の機械可読記録媒体において、前記量子化テーブルに前記量子化値を線形格納させる手段をさらに有することを特徴とする機械可読記録媒体。
- 請求項24に記載の機械可読記録媒体において、液晶ディスプレイ(LCD)に前記現在の画素を格納させる手段をさらに有することを特徴とする機械可読記録媒体。
- M個のレベルの濃淡描画能力を有する表示装置に対して、画素につきN個のビットで表現される使用可能な濃淡数を有する原画像を表示する表示システムであって、それにおいてMは2N未満であり、
前記原画像を提供する入力装置と、
表示サイクルにつきq個のフレームのフレームレートを有する表示装置と、
前記原画像の現在の画素の濃淡を表現する輝度値を、それぞれのディザ行列しきい値と比較することにより、画素オン/オフ信号を提供する第1比較器と、
前記現在の画素の濃淡を表現する前記輝度値を量子化して1からqの範囲で量子化された画素値pを生成する多重しきい値処理装置と、
1からqの範囲で複数の量子化値を格納しており、前記量子化された画素値pにより制御された、アクティブ量子化値としてのp個の量子化値を出力するとともに、フレーム信号に応じて、有している前記量子化値をシフトさせる量子化テーブルと、
量子化されたディザ行列のしきい値を前記アクティブ量子化値と比較して、アクティブ量子化しきい値信号を生成する第2比較器と、
前記画素オン/オフ信号及び前記アクティブ量子化しきい値信号に応じて、画素出力信号を生成する画素出力生成器と、
前記画素出力生成器から出力される前記画素出力信号に応じて、q個のフレームからなる表示周期に前記現在の画素を、平均濃度値p/qで表示するための表示装置と、
を有することを特徴とする表示システム。 - 請求項33に記載の表示システムにおいて、前記入力装置がスキャナ、パーソナルコンピュータ、ディジタルカメラまたは記録媒体であることを特徴とする表示システム。
- 請求項33に記載の表示システムにおいて、前記表示装置がパーソナルコンピュータ、プロジェクタまたは液晶ディスプレイ(LCD)であることを特徴とする表示システム。
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