JPH1032763A

JPH1032763A - オフセット空間的光変調器アレーを使用する撮像方法

Info

Publication number: JPH1032763A
Application number: JP9032328A
Authority: JP
Inventors: Vishal Markandey; マーカンディバイシャル; Ronnie N Dunn; ダンロニー; Robert J Gove; ジェイ．ゴーブロバート; Gregory S Pettitt; エス．ペチットグレゴリー
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1996-02-16
Filing date: 1997-02-17
Publication date: 1998-02-03
Also published as: EP0790514A3; EP0790514A2

Abstract

(57)【要約】【課題】より高度な解像力のデバイスを必要とせず
に、より高度な撮像ができる方法を得る。【解決手段】空間的光変調器を使用して空間的にオフ
セットした画像を表示する方法。第一の空間的変調器画
像（１０）に、この第一画像に僅かにオフセットした第
二の空間的変調器画像（１２）を重ね合わせて、この空
間的変調器よりも高度な解像度の画像を得る。静止画像
には一つまたは二つの装置を使用できる。ビデオデータ
の撮像では、二つの装置を使用して、入ってくるデータ
をこれらの装置の間で分割した成分とすることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は撮像システムに関
し、特に個別素子の空間的光変調器アレーを使用した撮
像システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、大多数のビデオディスプレイの標
準は陰極線管（ＣＲＴ）をベースにしたディスプレイ装
置であり、印刷の標準はレーザ多角形スキャナシステム
である。しかしながら、これら両分野での空間的光変調
器の使用は、近年かなりに成長してきた。撮像に特に適
した個別アドレス可能なアレーを有する空間的光変調器
の例には、液晶素子（ＬＣＤ）、ディジタルマイクロミ
ラーデバイス（ＤＭＤ^TM）、アクチュエーテッドミラー
アレー（ＡＭＡ^TM）がある。

【０００３】これらの形式の変調器は、最終イメージが
ビデオディスプレイ、スチールディスプレイ、印刷画像
のいずれであっても、最終イメージの各画素（ピクセ
ル）の制御をする。これらの変調器の大部分は、ディジ
タル（ｏｎ／ｏｆｆ）式に作動するかまたはこのモード
を模倣できるので、画像データに高速で高能率のディジ
タルプロセッサを使用することは、画像を劇的に改良す
る。

【０００４】これらの変調器に関わる一層注意すべき人
工物は、変調器が曲面または対角線を表現するときに起
こる。これらのアレーは、製造上の理由から典型的に正
方形または矩形の格子にレイアウトされるので、その画
像はこれらの格子の線に従う。対角線または曲線を表現
すると、結果の画像は、ときどきジャギーと呼ばれる階
段またはステップの効果が出る。

【０００５】これらの人工物は、より高度な解像度のデ
バイスで、本質的に画像のために使用できる素子の数を
追加することにより、軽減できる。また、より高度な解
像度のディスプレイはより多くの情報内容を受け入れ
る。しかしながら、デバイス上の素子が増加すればする
ほど、製造が複雑になり、かえってコストが高くなる。
ある点で、これらの特別なコストは禁止的なものにな
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、より高度な解
像力のデバイスを必要とせずに、より高度な撮像ができ
る何らかの方法が必要とされる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の一つの面は、
二つの空間的光変調器アレーを直列にして使用すること
であり、ここで二つのアレーの画像は、互いに半ピクセ
ル幅と半ピクセル高だけオフセットしている。この結果
の画像は、より高度な解像度であると知覚され、しかも
高解像度デバイスを必要としない。これら各デバイスの
サンプリングと処理は、ビデオデータに使用する場合
は、入力データが正確に表現されるよう調整し拍子を合
わせなければならない。

【０００８】より高度な解像度の画像を、より高度な解
像度のデバイスを必要とせずに得られることは、この発
明の一つの長所である。

【０００９】より高度な解像度のデバイスを必要とせず
に、より高度な解像度の画像を達成できることにより、
より多くの画像内容を表示できることは、この発明の更
なる長所である。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１に、一つまたは二つの空間的
光変調器の二つの画像の一例を示す。見られるように画
像は半ピクセル幅と半ピクセル高だけオフセットしてい
る。これからこの構成をめぐって議論するが、何らかの
仕方でこのオフセットパラメータを限定することを意図
するものではない。ピクセルのオフセットは、ピクセル
の任意の幅と高さでよいが、一ピクセルの全幅と一ピク
セルの全高よりも小さい。

【００１１】第一の空間的光変調器アレーの画像１０が
一つの面、ディスプレイ表面または印刷面に描かれ、ま
た第二のアレーの画像１２があの第一のアレーからオフ
セットして描かれている。単数または複数のアレーの画
像がオフセットしていることを注意すべきである。もし
一つのアレーが両方の画像を発生するのに使われれば、
そのときはアレーが明らかに自身からオフセットしてい
ない。もし二つのアレーが使われれば、それらがオフセ
ット構成で撮像される限り、格別な方法でオフセットす
る必要はない。透過性のＬＣＤパネルのような二つの透
明なアレーを使用した場合は、アレー自体を物理的にオ
フセットすることが望ましい。

【００１２】図２は図１からの画像の分解組立図であ
り、図１の線ａとａ’の交点に沿って取ってある。この
図に示すように、元の四つのピクセル１４、１６、１
８、２０は、今やピクセルの種々の組み合わせの合計で
ある小領域を有している。ピクセル１４は、１４ａと１
４ｂの二領域を有する。領域１４ａは、第一の変調器ア
レー上のピクセル１４の４分の１の輝度と色調を有す
る。領域１４ｂは、第一の変調器画像上のピクセル１４
の４分の３の輝度と色調を有し、また第二の変調器画像
上のピクセル１４の４分の１の輝度と色調を有する。ピ
クセル１６は三つの領域１６ａ、１６ｂ、１６ｃを有す
る。領域１６ｃは、第一の変調器画像上のピクセル１６
の２分の１の輝度と色調を有する。領域１６ａは、第二
の変調器画像からピクセル１４の４分の１の輝度と色調
を有し、領域１６ｂは、第二の変調器画像からピクセル
１６の４分の１の輝度と色調を有する。領域１８は、同
じ型の構成を有するが、垂直なエッジのピクセルではな
く、水平なエッジのピクセルである。

【００１３】ピクセル２０は、２０ａ、２０ｂ、２０
ｃ、２０ｄの四つの領域を有する。領域２０ａは、第一
の変調器画像からピクセル２０の四分の一と第二の変調
器画像からピクセル１４の四分の一とを含んでなる。領
域２０ｂは、第一の変調器画像からピクセル２０の四分
の一と第二の変調器画像からピクセル１６の四分の一と
を含んでなる。領域２０ｃは、第一の変調器画像からピ
クセル２０の四分の一と第二の変調器画像からピクセル
１８の四分の一とを得ている。領域２０ｄは、第一の変
調器画像からピクセル２０の四分の一と第二の変調器画
像からピクセル２０の四分の一とを得ている。

【００１４】実際にこれらの領域がディスプレイまたは
撮像されるときは、もはや第一の変調器画像のそれぞれ
のピクセルの部分ではない。知覚されるのは、各領域
が、それ自身その所有のピクセルに属していることであ
る。この仕方で、より高度な解像度。

【００１５】データがスタティックである撮像アプリケ
ーションについては、データはカラーフォーマットで空
間的光変調器に送られるだけである。大部分の印刷アプ
リケーションにおいて、カラーはシアン、マゼンタ、黄
色、黒色である。アプリケーションによっては、黒色だ
けを使用して、モノクローム写真のグレーの陰影に変調
するものもある。

【００１６】入ってくる写真は、この写真を最も精密に
コピーするのに必要なだけサンプリングされる。サンプ
リングの結果データは、次に領域アレー変調器に送ら
れ、これはその面に画像を創造し、この画像を写真フィ
ルムのような印刷基板などの表面に撮像する。この基板
は、再び「露光」されて、この第二の画像は一ピクセル
幅未満と一ピクセル高未満だけオフセットしている。こ
の結果の画像は、これを創造するのに使用した単数また
は複数のデバイスの解像度の二倍の解像度として知覚さ
れる。

【００１７】上記の議論は、実施例の説明だけを目的と
しており、いかなる仕方でも印刷アプリケーションのデ
ータ撮像の他の方法を制限することを意図していない。
たとえば、カラー印刷には同一空間の各ピクセルに他の
色を登録するいくつかの方法があり、全色を一度に塗布
したり、一色で線全体を創造してから他の色を線全体に
追加したりする。更に、カラーフィルムの露光にはいく
つかの異なったアプローチがある。

【００１８】印刷アプリケーションとビデオアプリケー
ションの一つの大きな相違は、ビデオアプリケーション
における連続的に流れるデータストリームである。ディ
スプレイ装置に入ってくるデータは、いくつかのフォー
マットの一つによっている。典型的なシステムにおいて
は、各変調器素子は典型的にディジタル形式のピクセル
詳細情報を必要とするので、入ってくるデータは領域ア
レー空間変調器によってサンプリングされなければなら
ない。

【００１９】図３はサンプリング方法の一実施例を示
す。ビデオアプリケーションにおけるカラーは、三色全
部が両方の変調器に表示されるよりも、むしろ二つの変
調器の間で分割されるべきことに注意されたい。これが
帯域幅と処理能力を節約し、人間の目がある点を超えて
は色調を識別できないので、同一の色として知覚される
結果になる。それゆえ処理能力と帯域幅の要件を低める
ために、二つの変調器を使用することが有利である。こ
れらの分割は、三色の任意の組み合わせが可能であり、
一例であるにすぎない。

【００２０】他の可能性としては、両方の変調器がＲＧ
Ｂデータを表示してもよい。カラー分離のための全体的
な表示を最適化するために、種々のカラー組み合わせを
創造し得る。一つのカラーホイールと二つの変調器を使
用した実施例においては、図５に示すように、カラーホ
イールは四つのセグメントに分割され、グリーンの三分
の一、ブルーの三分の一、二個の赤の六分の一のセグメ
ントになる。両方の変調器が同時に赤を表示し、また次
のセグメントでは、一つはグリーンを表示し、他はブル
ーを表示する。明らかに、この同じ構成において、他の
カラー組み合わせが使用できる。

【００２１】さらに、このシステムは、二つのカラーホ
イールを有する二つのオフセットした変調器を使用でき
る。変調器は、第一の変調器が赤の光を受け、他方がグ
リーンの光を受け、セグメントが赤、グリーン、ブル
ー、赤の順に回転する。表示されるカラーは次の通りで
ある。赤（変調器１）＋グリーン（変調器２）＝黄色ブルー（変調器１）＋赤（変調器２）＝マゼンタグリーン（変調器１）＋ブルー（変調器２）＝シアン二つの変調器の間の赤、ブルー、グリーンの間の連続性
は、人工物の緩和を助ける補色のビット分割を提供する
のに使用できる。配置とカラー分割の他の方法が、カラ
ー分離とフリッカの問題の緩和に使用できる。

【００２２】さらに、色相を導入できることが示されて
いる。エドウイン・ランドは、写真の実験で、画像にグ
リーンのフィルタをかけ透明な光で投影することによ
り、また、画像に赤のフィルタをかけ赤い光で投影する
ことにより、茶色とグリーンの色相を導入した。最終画
像での色相を導入するために、オフセットした二つの変
調器のこのような使用が可能である。二つの変調器の使
用のこれらの可能性は全て、表示以前のデータにサンプ
リングと処理によって協調されなければならない。

【００２３】図３で、サンプリングのクロックは、一サ
ンプル周期の半分だけオフセットして設定される。この
実施例は「位相オフセット」サンプリングと呼ばれる。
議論のために、二つの空間的光変調器は毎行６４０素子
で、４８０行であると仮定する。矢印Ｒ１、Ｒ２、Ｇ
１、Ｇ２、Ｂ１、Ｂ２は、サンプルを取る時点を示す。
繰り返すが、これは変調器の間のカラーの分割が、赤と
グリーン／ブルーである場合の例である。

【００２４】図３ｂに示すように、次にデータが変調器
に表示される。ピクセル３２はＧ１／Ｂ１であり、ピク
セル３４はＧ２／Ｂ２である。ピクセル３６と３８は、
それぞれＲ１とＲ２である。これが飛び越し走査のデー
タを仮定していて、所定の時に４８０行のうち半数の
行、偶数行または奇数行だけが与えられることに注意さ
れたい。データの４８０行全部を表示するためには、図
３ｂに示すように、各変調器について重複した行でなけ
ればならない。位相オフセットの方法は、補間が全く不
要なので、最も安価な方法である。データはオフセット
を補償するために単純にサンプリングされて、そしてデ
ータは適当な変調器に表示される。

【００２５】図３ｃはいくらかの補間を必要とする実施
例を示す。この実施例において、サンプルクロックが整
列しているので、「位相整列」法と呼ばれる。サンプル
は、矢印ｒ１、ｒ２、ｇ１、ｇ２、ｂ１、ｂ２で指定し
たように取られる。次に補間が、赤の変調器またはグリ
ーン／ブルーの変調器のためのオフセット・サンプルを
創造するために、使用される。

【００２６】図６は、創造すべきピクセルの四つの周辺
ピクセルを使用した補間の一例を示す。図６において、
ｒ１’を発見する式は、ｒ１’＝１／４（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４）である。

【００２７】他の一層高度なフィルタを使用して一層正
確なデータ値を得ることができる。この方法は、概念的
には図３ａに示した位相オフセット法よりも正確である
が、補間の特別コストがかかる。この場合のデータは、
図３ｂに示した方法に似て表示されるが、ピクセル３２
と３４はそれぞれｇ１／ｂ１とｂ２／ｂ２になり、また
ピクセル３６と３８はそれぞれピクセルｒ１’とｒ２’
になる。

【００２８】二つの６４０ｘ４８０アレーを使用して、
データを１２８０ｘ９６０の解像度で表示するのに加え
て、二つの一層小さな解像度の変調器を使用して６４０
ｘ４８０の解像度を達成できる。この例では装置は一行
３２０素子で２４０行を有する。これは特に、アレーが
フィールド寸法により密接であり、二つのフィールドが
データの一フレームを形成する飛び越し走査のデータに
適用できる。飛び越し走査のデータの各フィールドは、
そのフレームのための行の半分だけのデータを含んでい
る。

【００２９】奇数フィールドと偶数フィールドは互いに
空間的にオフセットしているので、変調器の一つの空間
的配置は図４のように奇数フィールド・データ、または
他の偶数フィールド・データの表示に理想的である。し
かしながら、グリーン／ブルー変調器に奇数フィールド
・データを表示し、赤色変調器に偶数フィールド・デー
タを表示するためには、補間をして正確な空間的配置に
サンプルを得る必要がある。図４において、Ｇ１’＝１
／２（Ｇ１＋Ｇ２）、またＢ１’＝１／２（Ｂ１＋Ｂ
２）である。これは、位相オフセット法でデータを得た
ことを仮定している。もし位相整列法を用いれば、ピク
セルＧ１’とＢ１’が、ｒ１’とＲ２’について上述し
たように補間される。

【００３０】繰り返すが、グリーン／ブルー及び赤のカ
ラーの選択と、どのカラーがどのフィールドを表示する
かの選択は、両方とも例示を意図するにすぎない。要す
るに、この例では、奇数フィールドは赤色変調器の元々
のデータとグリーン／ブルー変調器の補間されたデータ
で表示される。偶数フィールドはグリーン／ブルー変調
器の元々のデータと赤色変調器の補間されたデータで表
示される。

【００３１】上記の議論において、議論を容易にするた
めにいくつかの選択がなされた。たとえば、飛び越し走
査信号のデータのフレーム全体が行を重複させることで
達成されると仮定して議論している。しかしながら、飛
び越し走査から順次走査への変換には、いくつかの他の
方法がある。６４０ｘ４８０の変調器を使用して、動作
適応順次走査法を適用できる。これらの方法の例は、米
国特許出願番号０８／４２９２５４、０８／４３０７７
４、０８／２２７８１６その他に更に詳細に発見でき
る。

【００３２】これらの技法が正確に作用するために、位
相オフセット技法および位相整列技法に加えて、これら
の方法の適用以前に必要な補間により、ＲＧＢデータが
サンプリングされる。フィールド・ディスプレイ（３２
０ｘ２４０）のための一層小さな変調器については、一
時に一フィールドのデータだけを表示できる。順次走査
はデータの一フレーム全体を制作するのに実行できない
が、飛び越し走査のデータは、これらの技法を用いて創
造できる。

【００３３】同様に、装置の寸法に関しては、６４０ｘ
４８０の装置のためのＲＧＢデータに、拡大縮小の技法
を適用できる。繰り返すが、拡大縮小の技法を適用する
以前に、位相オフセット法、または位相整列法プラス補
間によってデータがサンプリングされなければならな
い。これらの拡大縮小の技法の例は、ＴＩ−１８９８２
およびＴＩ−１８９８１に一層詳細に示されている。３
２０ｘ２４０の装置については、一時に一フィールドだ
け表示され、フィールド・データの拡大縮小のために、
独立したフィルタ係数が使用される。

【００３４】議論に先立ってなされたもう一つの選択
は、ＹＣデータではなくＲＧＢデータで作業することで
ある。ＹＣ空間においては、カラー・チャネル情報は、
下記のように、ＹＣ成分に包含される。赤＝１．１６４（Ｙ−１６）＋１．５９６（Ｃｒ
−１２８）グリーン＝１．１６４（Ｙ−１６）−０．８１３（Ｃｒ
−１２８）−０．３９１（Ｃｂ−１２８）ブルー＝１．１６４（Ｙ−１６）＋２．０１８（Ｃｂ
−１２８）（１６−１２３の入力範囲が０−２５５まで拡大された
ＣＣＩＲ６０１フォーマットを仮定している。入力範囲
が０−２５５ならば、係数が異なる。）

【００３５】位相オフセット・サンプリングの使用によ
り、図４ａに示すように、ＣｒはＹ／Ｃｂのサンプリン
グからオフセットしてサンプリングされ、赤がＣｒ、グ
リーン／ブルーがＹ／Ｃｒである。赤のサンプルを創造
するのに必要なＹデータと、グリーンのデータを創造す
るのに必要なＣｒデータは、上記のように補間によって
発生させる。

【００３６】図３ｃに示したような位相整列法を使用す
るときは、赤のサンプルを発生するのに必要なＹ／Ｃｒ
データは、上記のように補間によって発生させる。

【００３７】結局、位相整列サンプリングまたは位相オ
フセットサンプリングを使用し、また、上記の方程式中
のサンプルを使用して、このシステムはＲＧＢデータを
発生できる。次に、このデータは上記のように使用され
る。

【００３８】それからビデオ処理モードは、静止画像処
理モードよりも遙かに複雑である。更に、ビデオ処理に
おいては画像が二つの装置により創造されるのに対し
て、静止画像は二つの装置よりもむしろ二つの画像を必
要とする。しかしながら、両方ともより低い解像度の装
置を使用してより高い解像度の画像を創造する能力を有
する。これは装置の製造コストを低く保ち、これにより
システムコストを低くする。

【００３９】以上ここまでオフセット空間的光変調器に
よる撮像の方法と構造のための特定の実施例を述べてき
たが、こうした詳細な言及が、特許請求の範囲に提示さ
れた以外には、この発明の範囲の限定として考えられる
ことを意図していない。

【００４０】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。

【００４１】（１）最終的な画像を形成すべきデータ
を撮像システムに供給することと、前記データの第一の
画像を、あらかじめ定められた幅と高さのピクセルを形
成する所定解像度の空間的光変調器を使用した基板上に
創造することと、前記データの第二の画像を前記基板上
に、前記空間的光変調器を使用して、前記第二の画像が
前記第一の画像から前記ピクセルの前記幅と前記高さよ
りも少なくオフセットするように形成し、これにより前
記所定解像度よりも高度な解像度の画像を創造すること
のステップを含んでなる高解像度の撮像方法。

【００４２】（２）空間的にオフセットした空間的光
変調器画像を使用したビデオデータ表示方法であって、
入ってくるビデオデータを受け取るステップと、前記ビ
デオデータを所定の幅と高さのピクセルがある第一と第
二の空間的光変調器の間で成分に分割するステップと、
前記ビデオデータをサンプリングするステップと、前記
成分の一つを前記第一の空間的光変調器に表示するステ
ップと、前記成分の他の成分のサンプルを前記第二の空
間的光変調器に表示し、これら表示ステップの結果とし
て、前記成分の一つが前記成分の他の成分からピクセル
の前記幅と前記高さよりも少なくオフセットするステッ
プとを含んでなるビデオデータ表示方法。

【００４３】（３）空間的光変調器を使用して空間的
にオフセットした画像を表示する方法。第一の空間的変
調器画像（１０）に、この第一画像に僅かにオフセット
した第二の空間的変調器画像（１２）を重ね合わせて、
この空間的変調器よりも高度な解像度の画像を得る。静
止画像には一つまたは二つの装置を使用できる。ビデオ
データの撮像では、二つの装置を使用して、入ってくる
データをこれらの装置の間で分割した成分とすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

この発明と更にその長所のより完全な理解のために、添
付の図面に関連して発明の詳細な説明を行った。

【図１】半ピクセル幅と半ピクセル高だけオフセットし
た二つの変調器アレー画像を示す。

【図２】半ピクセル幅と半ピクセル高だけオフセットし
た一組のピクセルの分解組立図である。

【図３】入ってくるビデオデータのサンプリングの選択
できる実施例と、オフセット空間的光変調器にこのデー
タを表示する実施例を示す。

【図４】オフセット変調器上に飛び越し走査のビデオデ
ータを表示した実施例を図表で示す。

【図５】一つのカラーホイールと二つの変調器を使用し
た実施例を示す。

【図６】創造すべきピクセルを囲む四つのピクセルを使
用する補間の一例を示す。

【符号の説明】

１０第一の空間的変調器画像１２第二の空間的変調器画像

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ロバートジェイ．ゴーブアメリカ合衆国カリフォルニア州ロスガトス，ブラッシュロード 21104 (72)発明者グレゴリーエス．ペチットアメリカ合衆国テキサス州ローレット，ブライアークレスト 9202

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】最終的な画像を形成すべきデータを撮像
システムに供給することと、前記データの第一の画像
を、あらかじめ定められた幅と高さのピクセルを形成す
る所定解像度の空間的光変調器を使用した基板上に創造
することと、前記データの第二の画像を前記基板上に、
前記空間的光変調器を使用して、前記第二の画像が前記
第一の画像から前記ピクセルの前記幅と前記高さよりも
少なくオフセットするように形成し、これにより前記所
定解像度よりも高度な解像度の画像を創造することのス
テップを含んでなる高解像度の撮像方法。