JP5174309B2 - 映写装置のダイナミックレンジを増大する装置および技術 - Google Patents

Description

【０００１】
技術分野
本発明は広く映像の投射に関し、さらに詳しくは、例えばデジタル映写装置から電子的に投射する映像のダイナミックレンジを増大する技術および装置に関する。
【０００２】
関連出願の参照
本出願は、２０００年７月３日付け米国仮出願番号第６０／２１５，７０６号および２０００年７月３日付け英国出願番号第００１６３４０２号に関して優先権を主張すると共に、それらを参照によりここに組み込む。
【０００３】
背景技術
フィールディングの米国特許第５，３８６，２５３号は、その全てを参照によりここに組み込むものであり、１つ以上の空間光変調器（ＳＬＭ）を使用する映写装置の例を記述している。フィールディング特許の記述は、次の通りである。
【０００４】
空間光変調器装置は、いわゆる「アクティブマトリクス」装置を含み、光変調素子または「光弁」のアレイからなる。各光変調素子は、制御信号（一般に電気信号）によって制御可能であり、その制御信号に基づいて光を反射または透過する。アクティブマトリクス装置の一例は、液晶アレイである。他の例として、テキサスインスツルメンツ社が開発した可変形ミラーデバイス（ＤＭＤ）がある。
【０００５】
この記述は、フィールディングの第１，１１，１３〜２１欄にある。もちろん他のタイプの光「エンジン」または光源も存在し、それらを本発明に関連して使用することも可能である。
【０００６】
使用する光源および変調器のタイプに関わりなく、観客の多くは、きめ細かく、色彩豊かで、作為のない映像を望む。特に高解像度および高画質は、映像の真実味を観客に与える。このような品質は、今日の映画鑑賞者に満足感を与える上で、重要な要素であることが多い。
【０００７】
しかしながら、かかる高解像度映像を制作するには、コストがかかる。例えば本出願の指定譲受人であるアイマックス社は、特製カメラおよび映写装置に加え、７０ミリ１５穿孔フィルムを使用し、映像の解像度および品質を向上させている。これと同等の解像度を有する映像を、従来の電子映写装置（特に空間光変調器を使用するもの）で提供するのは難しい。また従来の電子映写装置は、大判フィルムが提供する映像のダイナミックレンジと明るさとを実現できないことが多い。にもかかわらず、従来装置は、コンピュータ作成画像や電子カメラ撮影画像など非フィルムベースの画像の表示に、好んで（あるいは仕方なく）使われている。
【０００８】
可変形ミラーデバイスは、空間光変調器の１タイプであり、ミラーの２次元アレイからなる。このミラーアレイは、投射レンズを介してスクリーンに像を結ぶ。各ミラーは、画像ピクセルとして機能する。各ミラーは、電子的に制御でき、２つの位置を取る。１つの位置は、入射光を投射レンズ方向へ反射する。これはオン状態である。他の位置は、入射光を投射レンズ方向へ反射せず、例えばビームダンプへ向かわせる。これはオフ状態である。
【０００９】
従って可変形ミラーデバイスは、２値光変調器である。輝度を変化させるため、各ミラーのオン・オフ時間を制御し、一連の映像フレームに基づいて各ミラーのオン・オフ状態を規則的に繰り返す。この方法は、従来から動画を表示するために行われている。各フレーム期間における各ミラーのオン状態時間を変えることにより、各ピクセルの明るさを制御できる。この技術は、パルス幅変調またはＰＷＭと呼ばれる。
【００１０】
パルス幅変調を用いれば、可変形ミラーデバイスによってグレースケールを作り出せる。このグレースケールは、２値符号形式のデジタル入力データによって制御できる。例えば各フレーム期間を長さが異なる１０期間に分割すれば、１０ビットグレースケールを作成できる。あるフレームのアドレス信号の最下位ビット（ＬＳＢ）に対応する所定期間を設定し、次のビット（ＬＳＢ＋１）に対応する期間をＬＳＢに対応する期間の２倍に設定する。そのようにして各期間の長さを設定する。従って１０ビット入力信号の最上位ビット（ＭＳＢ）に対応する期間は、ＬＳＢに対応する期間の５１２倍である。これは、全黒（全フレーム期間において可変形ミラーデバイスをオフ状態に維持する）と全白（全フレーム期間において可変形ミラーデバイスをオン状態に維持する）との間に、合計１０２４のグレースケール値を提供する。最上位ビット用のパルス幅変調最低周波数が人間の視覚系の「融合周波数」より高ければ、各パルス幅変調サイクルは一体化し、入力信号の２値に対応する連続可変グレースケールを視認できる。この技術を２値パルス幅変調と呼ぶ。
【００１１】
２値パルス幅変調を用いれば、各ミラーからの出力輝度レベルは、各フレーム期間におけるミラーのオン時間の割合に比例する。その結果、１ピクセルの可変形ミラーデバイスからの出力輝度レベルＢは、次の式で表せる。
【００１２】
【数１】

式（１）において、Ｌは光源からの入射光強度、ｙは０〜１の範囲で正規化したデジタル信号の値、Ｔは各表示フレーム期間である。係数α＜１は、１ピクセルの可変形ミラーデバイスの光学効率である。可変形ミラーデバイスからの最大出力または「白レベル」は、信号値が最大すなわちｙ＝１の時に得られる。
【００１３】
【数２】

同様に、可変形ミラーデバイスからの最小出力または「黒レベル」は、ｙ＝０の時に得られる。
【００１４】
【数３】

最大と最小のレベル比は、可変形ミラーデバイス映写装置のコントラスト比を決定する。前記最小レベルは、ミラーがオフ状態の時、投射レンズ瞳が受け取る不要な光に起因する。これは、様々な要因で発生する。例えばミラー縁やミラー下部構造からの散乱である。式（１）において、オフ状態の不要光はδである。ｎビットダイナミックレンジを正しく支援する可変形ミラーデバイスは、その黒レベルがデジタル入力信号の最下位ビット（ＬＳＢ）の輝度レベルより低くなければならない。言い換えれば、次の関係を維持せねばならない。
【００１５】
【数４】

表示し得る黒レベルまたは最低輝度レベルは、暗いシーンで形成可能な細部の限度を決める。可変形ミラーデバイス映写装置の場合、可変形ミラーデバイスのスイッチング速度が最小ビット時間（ＬＳＢ）を決定する。また黒レベルは、可変形ミラーデバイスが全オフ状態の時、表示可能最低レベルである。最下位ビット表示輝度をある限界値以下にすると、見掛けグレースケールビット深さにおけるゲインは、ほとんど発生しない。これは、最下位ビット輝度によるグレースケール解像度の増加を、可変形ミラーデバイスの黒レベルがマスクしてしまうからである。また黒レベルは、システムの表示コントラスト比を制限する。代表的な空間光変調映写装置におけるコントラスト比は、光学設計に依存するが、２００：１〜５００：１である。
【００１６】
全範囲の色調を有し本物にできる限り近い鮮やかな映像を観客に提供するには、映写装置の光レベルおよび視聴環境の光レベルに応じて、映写装置のコントラストレベルを変化させる必要がある。人間の視覚系は「同時コントラスト範囲」を有する。これは、全体シーン輝度に対して、普通の人がある順応状態において一度に見ることのできるコントラスト範囲である。これは一般に２００：１の範囲と考えられている。しかしながら人間の視覚系は、より広い範囲の全体シーン輝度に対して同時コントラスト範囲を順応させることができ、その程度は最も暗いシーンから最も明るいシーンまで約７０段階にわたる。一般に視聴者は、シーンにおけるその視聴者の注目点に従って、順応範囲を変化させる。例えば一般の視聴者が、明るい太陽の下で建物の外観を見た後、地下の駐車場に目を移す状況を考える。このシーンの合計コントラスト範囲は、視聴者が視認できる同時コントラスト範囲を超えている。それにもかかわらず視聴者は、駐車場の車を見ることができ、明るい建物の特徴を見ることができる。
【００１７】
全色調範囲を視認させるために必要な映写装置コントラストは、映写輝度レベルが低下するにつれて上昇する。また周囲が暗くなるにつれて上昇する。一般的な映画館での視聴環境では、１０００：１以上の映写コントラストがないと、観客は観客の同時コントラスト範囲である２００：１に相当する全色調範囲を知覚できない。また、グレースケールの差を知覚させるために必要なグレースケールのステップサイズは、輝度によって異なる。観客は、輝度レベルが高い時よりも低い時の方が、グレースケールのより細かいステップを区別できる。
【００１８】
２値データを用いてグレースケールを表現する場合、使用する２値数のビット数を一般に「ビット深さ」と呼ぶ。ビット数が多ければ、グレースケールのステップは細かくなる。このビット数は、視聴状態によってほぼ決まるある閾値までは、多い方が好ましい。すなわちグレースケールステップは、細かい方が好ましい。しかしながら、前記した通り、映写装置の黒レベルより上でやっと知覚できる最小グレースケールステップ以下をさらに分割する値はない。
【００１９】
国際公開公報第ＷＯ９４／１０６７５号（その全てを参照によりここに組み込む）は、可変形ミラーデバイスを用いた表示システムのビット深さを増加する方法を開示する。この開示は、可変形ミラーデバイスに用いる光源の輝度を２値に基づき変調する。しかしながらこの開示は、通常のグレースケールビット深さは増加するものの、可変形ミラーデバイスの黒レベルに対する効果はない（２値変調を単一のビデオフレームにおいて実施するため）。このようにランプを変調する場合、電源出力を極めて急速に変化させねばならない。このため、ランプ電源に対する設計要求が厳しくなり、極めて多量の電磁干渉を発生する。
【００２０】
黒レベルは、可変形ミラーデバイスおよび他の光変調デバイスの構造設計を改良することにより、低下できよう。しかしながら、それを完全にゼロにすることはできない。従って、黒レベルを低下させると共に、空間光変調器のダイナミックレンジを増大させる装置および技術が望まれる。
【００２１】
発明の開示
本発明は、空間光変調器を用いた一般に電子式の（それに限定するものではない）映写装置において、その欠点に対処し改良することを目的とする。その達成のため本発明は、従来より分かりやすい方法を用い、全体的に十分な品質の映像を提供できる装置および技術を提供する。本発明は、従来の大判フィルム映写装置に代えてあるいはそれに加えて現場で使用でき、観客に高品質の映像を知覚させる。前記したように、観客に高品質を知覚させることは、観客に満足感を与える上で重要な要素であり、映画の成功を決定することが多い。
【００２２】
本発明の実施例は、空間光変調器を予備変調器として追加し、映写装置のダイナミックレンジを向上できる。本発明の好適実施例は、全域あるいは「単一ピクセル」予備変調器（一般に空間光変調器）を使用し、下流空間光変調器全体のダイナミックレンジを向上する。予備変調器は、下流空間光変調器の出射光を減じるように動作し、映像全体を暗くし、選択シーンの黒レベルを増強する。下流空間光変調器は、その全ダイナミックレンジを維持しながら、必要に応じて新しい輝度レベルを入力として受け取る。シーンが明るい場合、予備変調器を起動する必要はなく、通常の輝度レベルを維持すれば良い。このように予備変調器は、映写装置をシーン輝度に適応させるために用い、人間の視覚系のように機能させる。別の実施例は、２台以上の空間光変調器を配置し、正確に１対１でピクセルに対応させる。さらに別の実施例は、独立した予備変調器を使用して選択領域（例えば四分円）を暗くすることにより、予備変調器と下流空間光変調器間においてピクセルの正確な１対１対応を必要としない。いずれの場合も、各空間光変調器を独立に駆動し、各空間光変調器のダイナミックレンジが組み合わさって最終ダイナミックレンジを拡大させるようにする。
【００２３】
本発明の別の特徴は、輝度補償を行うことにより、下流空間光変調器が提供する輝度レベルを選択的に増加する。これは、例えばさらにシーン全体のコントラストが必要な場合に有効である。補償アルゴリズムは、単一ピクセル予備変調器を使用する場合、特に有用である。なぜなら、予備変調器による全域予備変調は、下流空間光変調器への入力を下げ過ぎる場合があるからである。本発明のさらに別の特徴は、部分的輝度補償を含み、輝度および色成分におけるハイライトクリッピングを回避する。
【００２４】
本発明のさらに別の特徴は、空間光変調器に供給する映像データに合わせて制御信号を予備変調器へ送る方法に関する。
【００２５】
本発明の他の特徴および利点は、本出願の明細書および図面を参照することにより、当業者に明らかとなろう。
【００２６】
発明を実施するための最良の形態
図１は、本発明装置の一実施例を示す概略図である。図１において、光源１は例えばランプであり、光ビームを予備変調器２へ送る。図１に示す予備変調器２は、単一ピクセル予備変調器または全域予備変調器であり、例えば可変反射率ミラーまたは可変透過率中性フィルタである。複数ピクセルアドレス指定可能空間光変調器を用いても良い。図１は可変形ミラーデバイスを示すが、当業者に公知の他の空間光変調器を使用しても良い。
【００２７】
予備変調器２は、可変形ミラーデバイス３の入射光量を制御する。予備変調器が可変形ミラーデバイスの入射光を減少させれば、可変形ミラーデバイスの黒レベルが下がる。この予備変調器は、その実施方法に応じて不連続的にまたは連続的に、可変形ミラーデバイスの入射光強度を変化させる。
【００２８】
予備変調器の動作は、予備変調係数と呼ぶ変数β（β≦１）によってモデル化できる。βが１より小さければ、可変形ミラーデバイスの入射光は減少する。
【００２９】
全域予備変調器を有する可変形ミラーデバイスの出力輝度は、次のように簡単に表せる。
【００３０】
【数５】

全域予備変調器を適用した場合、空間光変調器のコントラスト比は常に一定である。この理由は、白レベルおよび黒レベル共に同一係数βによって減少するからである。
【００３１】
【数６】

しかしながら全域予備変調器は、空間光変調器のダイナミックレンジの全体値を変化させるため、空間光変調器が表示するグレースケールの隣接レベル間のステップサイズを変化させる。人間の視覚系は、グレースケールステップの変化に対する感度が、シーンの全体輝度の変化に応じて変化する。このためシーン内容に応じて表示グレースケールステップのサイズを変化できる装置は、映像品質を高めることができる。
【００３２】
さらに予備変調器は、映写装置のダイナミックレンジまたは全体コントラストレンジを高める。これは予備変調器が、最大減衰設定において黒レベルを下げ、最小減衰設定において映写装置の全白レベルを基本的に維持するからである。
【００３３】
一般に映画フィルムは、明るい色調がほとんどであるシーンと、暗い色調がほとんどであるシーンとを含む。このうち暗いシーンは、従来の空間光変調器の場合、黒レベルが高くなり見づらい。また、新しいシーンの明るさや暗さの感覚は、シーン移行時における観客の順応状態に左右される。映画は変化するシーンの連続と考えられるため、シーン輝度に対する映写装置の適応性が、観客の順応状態を補償し、コントラスト範囲が拡大したような感覚を作り出す。
【００３４】
従って予備変調量を制御することにより、空間光変調器をシーンの明るさに適応させることができ、空間光変調器が提供する明るさ範囲を人間の視覚に最適化することができる。この技術は、「適応ダイナミックレンジウィンドウ（ＡＤＲＡＷ）」と呼ぶ。前記したように、人間のコントラストの知覚は、より大きな適応範囲内においてウインドウをスライドさせるように働く。そしてその「コントラスト範囲ウインドウ」の位置は、見る状態によって決まる。
【００３５】
人間の視覚系がコントラスト範囲ウインドウをスライドさせるという事実は、最も効率的な映写装置とはシーンの明るさと見る状態とに適応できる装置であることを示唆している。この装置を映画に適用すれば、視聴状態を良好に制御でき、観客はシーンの明るさの変化に順応するだけでよい。観客は、所定コントラスト範囲ウインドウ内の限られた輝度レベル範囲しか知覚できないので、映写装置は、そのウインドウに合ったコントラスト範囲を提供するために、シーン輝度の変化に応じて当該ウインドウを上下させる。
【００３６】
図２は、適応ダイナミックレンジウィンドウ（ＡＤＲＡＷ）映写装置の概念を示す。図２において、ダイナミックレンジウィンドウ１０は、点線で示す輝度範囲スケール１１を上下に移動する。
【００３７】
図１に関連して説明した全域予備変調器２は、適応ダイナミックレンジウィンドウ概念を空間光変調映写装置に適用する簡単な方法を提供する。明るいシーンであれば、予備変調器は最小減衰設定（β＝１）とし、映写装置は最大輝度を出力する。この場合、装置のダイナミックレンジウィンドウ１０は、スケール１１の上端１２に位置する。暗いシーンであれば、予備変調器は光を減衰し（β＜１）、出力輝度を低下させ、黒レベルを下げる。予備変調器を最大減衰設定にすると、ダイナミックレンジウィンドウ１０はスケール１１の下端１４まで下がる。予備変調がなければ、ダイナミックレンジウィンドウ１０は、スケール１１の位置１３までしか伸びない。このように、適応ダイナミックレンジウィンドウ映写装置は、従来の空間光変調映写装置のコントラスト範囲に比べ、より大きなダイナミックレンジを支援できる。
【００３８】
ウインドウ１０の現在位置は、予備変調係数βが制御する。βの値は、シーンの明るさに基づき選択し、連続範囲においてあるいは不連続のステップにおいて変化できる。βの値は、映像内のピクセル値の閾値、映像内のピクセル値の平均、観客が知覚する映像の明るさに関連する技術等、様々な方法で決定できる。
【００３９】
図２は、全域予備変調を行う適応映写装置の拡大ダイナミックレンジを示す。
予備変調係数は次の範囲で変化するものとする。
【００４０】
【数７】

予備変調を行わない可変形ミラーデバイス映写装置と比較すると、適応映写装置の白レベルは次の通りである。
【００４１】
【数８】

この白レベルはβ_ｍａｘ＝１であれば変化しないが、黒レベルは次のように下がる。
【００４２】
【数９】

映写装置が実際に提供する白レベルおよび黒レベルは、予備変調の量で決まり、数６から計算できる。
【００４３】
データフォーマット
映画の映像データには、予備変調係数βを表すデータおよび後述する他の補償情報を表すデータを補給する。これらデータの全ては、映写装置へ供給するデータストリームに含めることができる。例えば高精細ビデオ規格ＳＭＰＴＥ２７４Ｍを用いる場合、予備変調器を制御する情報は、ビデオ信号の帰線期間内にフォーマットできる。あるいはシリアルデジタルビデオ規格ＳＭＰＴＥ２９２を使用する場合、現在審議中のＳＭＰＴＥ２９２の拡張に基づき、シリアルデジタルビデオ信号の「メタデータ」内に情報を符号化できる。「アルファ」チャネルを使用して予備変調係数を搬送しても良い。これは、アルファチャネルを支援するＳＭＰＴＥ２９２の二重リンク４：４：４：４モード等の映像フォーマットを使用する場合に可能である。
【００４４】
予備変調器を備えた映写装置により各シーンを代表的な状態の元で映写し、熟練した操作者が各シーンの予備変調係数や他の補償情報を対話形式で決定することが好ましい。しかしながら、予備変調係数等の補償情報を映写装置内の回路によって自動選択しても良い。この回路は、シーン輝度を考慮しながら、あらかじめ決定した規則に基づき、適切な予備変調係数を選択する。入力データと空間光変調器との間に他のハードウエアを配置し、必要に応じてピクセル値を変更し、後述するような追加の補償を実行しても良い。
【００４５】
輝度補償
輝度スケールにおいてダイナミックレンジウィンドウを上下に単純にスライドさせるでけでは、常に最良の視覚結果を提供することはできない。例えば、全域予備変調を比較的暗いシーンに適用し、予備変調係数βを０．５に設定してテストを行った。映像輝度は５０％減少するが、黒レベルも同じ比率で下がるので、コントラスト比は不変のはずであった。ところが人間の視覚系に関するデータから予測できたように、見掛けコントラストの損失があった。これは、映像の全体輝度が低下したためである。さらに、シーンの全体輝度が低下すると、色が不飽和に見えた。
【００４６】
人が知覚する映像品質を向上するため、コントラストの見掛け損失を輝度補償アルゴリズムによって補償することを考える。このアルゴリズムの目的は、ピクセルコード値を変更し、全体映像の見掛けコントラストを維持することである。
【００４７】
図３は、予備変調による映写装置のグレースケール移動機能の効果を示す。映写装置の輝度Ｙとピクセルコード値ｐとの関係を、変調前２０と変調後２１とにおいて示す。輝度Ｙがピクセルコード値ｐの関数であるとすれば（映写装置の特性曲線）、Ｙとｐの関係は次の通りである。
【００４８】
【数１０】

この時予備変調は、出力輝度を次のように減じる。
【００４９】
【数１１】

図３において点線２２は最大輝度Ｙ＝５０％を示し、β＝０．５によって決まる最大白レベルである。この図が示すように、輝度が減少する。輝度補償を導入し、各ピクセルコードを補償係数ｃで乗算することにより、コントラストを次のように増加する。
【００５０】
【数１２】

各ピクセルコードに対する補償量ｃは、式（１２）から計算でき、次のようになる。
【００５１】
【数１３】

図４は、輝度補償の動作を示す。予備変調のない映写装置の変換関数は３０であり、予備変調機能のある映写装置の変換関数は３１である。全輝度補償した変換関数３３は、中間調領域およびハイライト領域から最大値Ｙ＝５０％まで、同一傾斜を示す。
【００５２】
ハイライトクリッピングおよび部分補償
輝度補償アルゴリズムは視覚品質を向上するものの、ハイライトクリッピングを導入してしまう。ハイライトクリッピングは、全補償における補償済コード値がｎビットピクセルコードｐを超える場合に発生する。
【００５３】
【数１４】

言い換えれば、補償係数ｃは、ピクセルコードｐを適切なレベルにできない。ハイライトクリッピングは、図４に示すように、補償済変換関数３３が線３２で示す許容最大輝度を超えるところで発生する。この最大輝度３２は、予備変調係数β＝０．５によって決まる。補償済変換関数３３が線３２と交差する点に対応するピクセル値よりも大きな全てのピクセル値ｐについて、クリッピングが発生する。これら大きなピクセル値の全てが同一輝度値Ｙ＝５０％となるためである。
【００５４】
映像のハイライトクリッピングは、ハイライト領域における細部を消去し、映像品質を劣化する。空間光変調器を採用する表示装置は、ＲＧＢカラーのホワイトポイントを均衡させるため、一般的に３原色チャネルのゲインを調整する。１つまたは２つの色チャネルのみにクリッピングが発生すると、ハイライト領域の色ずれが起きる。これは、その３原色チャネルのゲインが他と異なっているからである。例えば青空は、クリッピングによって黄色味を帯びる。これは、青チャネルが飽和し、クリッピングの影響を最も受けるからである。
【００５５】
ハイライトクリッピングは、元映像の全輝度範囲をカバーするように予備変調量を選択すれば回避できる。
【００５６】
【数１５】

ここでｐ_ｍａｘは、元映像データにおける最大ピクセル値である。しかしながら条件１５を満たす予備変調量は、あるシーンにおける要求黒レベルを提供しない可能性がある。予備変調方法を簡略化すると、不連続な値しかβに割り当てできなくなる。黒レベルの強化とハイライトクリッピングは、常に二律背反である。
【００５７】
式（１５）を満足した場合に要求黒レベルが得られない映像については、部分補償を適用してハイライトクリッピングを減少させる。部分補償は、全補償条件１２を次のように緩和したものである。
【００５８】
【数１６】

図４において、予備変調係数β＝０．５を使用して変換関数３１を得た場合、変換関数３３が示すような全補償を行うと、ハイライトクリッピングが発生する。部分補償（ｃ’＜ｃ）は、変換関数３４に示すように適用でき、補償済輝度Ｙは、ｆ_β１（ｃ’ｐ）であって、クリッピングを発生しない。ショルダまたは「ソフトクリップ」を３５のように適用してクリッピング発生箇所の変換関数を補償し、ハイライトの圧縮をより穏やかにすることも好ましい。
【００５９】
様々な補償方式を映像データに適用することができ、シーン内容に応じて全補償や部分補償を有効にする箇所を設定できる。補償値および予備変調値の設定は、シーンを見なが行うことが最良である。そして各シーンの各フレーム用の補償済ピクセル値を映像処理により取得する。ハードウエア探索テーブルを使用して補償済ピクセルデータを供給しても良い。この場合、入力データによって探索テーブルをアドレス指定し、予備変調設定および補償係数によって探索テーブル内データを変更し、探索テーブルから各予備変調設定に必要な補償済ピクセル値を出力する。
【００６０】
映写装置特性曲線を知ることも必須である。これは、実際の映写条件下で測定することにより、最良に入手できる。この測定は、映写装置における非線形性を全て考慮しながら、入力ピクセル値を出力輝度にマップする。映写装置における非線形性は、映像データフォーマットやデータ固有の変換関数に依存する。データ固有の変換関数は、例えばビデオ映像におけるガンマ補正、フィルムからスキャンした画像のガンマである。
【００６１】
一実施例において、ミノルタＣＳ−１００クロマメータを使用し、スクリーン外の輝度を測定する。この測定は、スクリーンの中心に近い同一位置で行う。全データ範囲用に１７段階全フレームグレースケールウエッジを用い、低輝度値用に３２段階グレースケールウエッジを用いる。各グレースケールウエッジは、高ゲインスクリーンに映写し、対応するＣＩＥＹ成分をスクリーン中央付近の固定位置で測定する。そのデータから区分的曲線を形成する。
【００６２】
【数１７】

曲線の上端および下端のガンマ値γ１およびγ２は、曲線の当てはめによって決定する。
【００６３】
本実施例は、１つの光源によって単一の可変形ミラーデバイスを照射するが、一般には数台の可変形ミラーデバイスを別々のカラーチャネルに割り当てる。各カラーチャネルに１台以上の可変形ミラーデバイスを割り当てても良い。当業者には明らかな通り、可変形ミラーデバイス以外の空間光変調器を使用することもできる。
【００６４】
さらに当業者には明らかな通り、１つ以上のピクセルについてまたは全域効果について予備変調器を利用可能な場合、前記原理に基づき、映像の一部に選択的に予備変調を適用することもできる。前記原理は、予備変調器を別の空間光変調器によって実現する場合も有効である。この場合、２台の空間光変調器のピクセルは、１対１で対応させる。
【００６５】
輝度および色成分の予備変調
前記実施例は、単一予備変調器を光源の後方、可変形ミラーデバイスプリズムの前方に適用する。従って分析の焦点を輝度成分Ｙに当て、それをクロマメータで測定するか映像データのＲＧＢ値から計算する。ビデオカメラで撮影した映像データまたは映像ディスプレイ用に処理した映像データについては、ＲＧＢ成分は非線形であり、ＩＴＵ−Ｒ６０１が勧告する標準化定義を使用できる。
【００６６】
【数１８】

線形ＲＧＢデータについては、ＩＴＵ−Ｒ７０９が勧告する輝度定義を適用すべきである。
【００６７】
【数１９】

全ての輝度補償は、計算した輝度値に基づき行う。前記したように、単一予備変調器の問題点は、ハイライトクリッピングがカラーシフトを引き起こし得ることである。
【００６８】
１つの解決策は、各カラーチャネルに１台の予備変調器を配置し、各チャネルの予備変調量を各カラーの輝度によって制御することである。この実施例を図５に示す。図５において、予備変調器４０は赤チャネル用であり、予備変調器４１は緑チャネル用であり、予備変調器４２は青チャネル用である。
【００６９】
合計輝度を各カラーチャネルの輝度によって置き換えるには、前記全ての数学的分析を適用する。各カラーチャネルの特性曲線は異なっても構わないが、それを考慮する必要がある。各カラーチャネルの予備変調量は、それぞれ異なっても良い。これによりカラーバランスの制御をより良く実行できる。この構成は、黒レベルのカラーバランスも実行できる。
【００７０】
他の実施例
前記実施例において、予備変調器は、空間光変調器と共同動作する。両者共に全フレームで動作する。その結果、各映像の輝度は、予備変調器が選択した輝度と、各ピクセルの空間光変調器が選択した輝度との積となる。他の実施例は、予備変調器の設定を多数のフレーム、例えば１シーンの全フレームについて確立し、シーンが変わると予備変調設定を変える。
【００７１】
人間の視覚系の統合動作を利用し、２つまたはそれ以上のフレームにわたって予備変調を実施することも可能である。この場合、フレーム毎の異なる輝度を統合し、拡張グレースケールを生成する。本発明のこの形態を説明する。
【００７２】
図６は、表示システムの概略を示し、映写装置を含む。映写装置は、可変形ミラーデバイス１０１と、ランプ１０３と、レンズ１０７とを含む。映写装置は、映像を映画スクリーン１０９に投射する。可変形ミラーデバイス１０１は、ランプ１０３によって照射する。このランプは、電源１０５から電力を受け取る。一般に可変形ミラーデバイスは、１２８０ｘ１０２４のミラー要素のアレイを有する。各ミラー要素の方向は、可変形ミラーデバイスへ供給するデータ信号により制御する。前記ランプは、例えば高出力キセノンアークランプである。可変形ミラーデバイスは、データ信号に応じて空間変調光を発生し、それをレンズ１０７が映画スクリーン１０９に結像する。
【００７３】
前記配置は、従来の映写装置の配置である。一実施例において、可変形ミラーデバイス１０１へ向かう光を予備変調する。この予備変調は、電源１０５からアークランプへの電流供給を変調し、ランプ１０３からＮビット変調出力を提供する。
【００７４】
ランプ輝度を２値数Ｎに等しい量だけ変化させると、可変形ミラーデバイスの黒レベルは２^Ｎだけ下がる。詳細を後述するように、この予備変調は、例えば１対の連続するフレームＫ１，Ｋ２のようなフレームグループに選択的に適用する。この時、特定フレームに対応するデータ信号の映像輝度値が、明るいシーン（モード１）、暗いシーン（モード２）、中間光レベルシーン（モード３）のいずれであるかを決定する。
【００７５】
さらに、可変形ミラーデバイスのミラー要素が表示するビットマップを、前記モードに対応して変更する。
【００７６】
以下の実施例において、映写装置の電子回路は、必要な予備変調モードを決定し、それに従って映写装置を設定することが必要である。
【００７７】
最も簡単な形態では、最上位ビット（ＭＳＢ）が有効ならモード１とし、ＭＳＢもＭＳＢ−１も無効ならモード２とし、ＭＳＢが無効でＭＳＢ−１が有効ならモード３とする。詳細は後述するが、モード１において、ビットマッパは上位Ｍ入力ビットをフレームＫ１、Ｋ２へ送る。モード２において、ビットマッパは下位ＭビットをＫ１、Ｋ２へ送る。モード３において、ビットマッパは入力ビットＭＳＢ−１から始まる上位αビットをＫ１へ送り、仮想ビットを含む下位（Ｍ＋Ｎ−α）ビットをＫ２の下位ビットへ送る。
【００７８】
しかしながら１ピクセルだけがＭＳＢ有効（またはＭＳＢ−１がオンでＭＳＢがオフ）なこともある。この場合、映像シーンの内容からするとモード３（モード２）が最適であると考えられても、前記検出アルゴリズムは、その１ピクセルが故に、モード１（モード３）動作を強制するであろう。
【００７９】
これに対処するための１つのオプションとして、ＭＳＢおよびＭＳＢ−１ビットプレーンにおける有効ビットを数える。その有効ビット数がある閾値を超えたら、モード選択の引き金点とする。この方法は、全ピクセルのＭＳＢが無効である時、役に立つであろう。しかしながら、ＭＳＢが有効であるピクセルが存在する場合、モード３はＭＳＢを破棄するので、それらＭＳＢ有効ピクセルは誤ったグレースケールレベルを表示することになる。これを解決するため、そのようなピクセルを強制的に飽和させる。すなわち、モード３において入力ＭＳＢが有効であるピクセルは、その全ビットを論理１に設定する。同様のことは、モード２におけるＭＳＢ−１にも適用可能である。
【００８０】
これを拡張し、領域ハイライト効果を考慮するため、合計に影響する隣接ピクセルの数を考慮しても良い。実際、前記閾値アルゴリズムは、必要なだけ多くのシーン状況を考慮するように拡張してから、予備変調器を設計することもできる。入力データを処理する際、映像データの各フレームについて合計を記憶する。これら合計値は、映像データの当該フレームを表示する時、閾値と比較し、それに従って予備変調モードを設定する。
【００８１】
以下では、説明を簡略にするため、映像データ信号はデガンマ修正後のビット数を９とし、可変形ミラーデバイスは通常１０ビット解像度であるのを６ビット解像度（すなわちＭ＝６）とし、予備変調は２ビット変調深さ（すなわちＮ＝２）とする。これらビットは、図７Ａ、７Ｂ、７Ｃの各々において、中央のビット列である。各ビット列における左端ビットは、ＭＳＢに対応する。各ビット列における右端ビットは、極めて低い光レベルであり、ＬＳＢ／２に対応する。すなわち可変形ミラーデバイスでは一般に表示できない低い光レベルである。従って、このビットは点線で示す。
【００８２】
図７Ａおよび７Ｂにおいて、フレームＫ１およびＫ２の各々のビット列は、６ビット（本例において支援可能な最大数）を有し、Ｍ＝６であって可変形ミラーデバイス１０１のビット解像度に対応する。図７Ａに示すモード１において、可変形ミラーデバイス１０１の入射光輝度は、減衰しない。明るいシーンの場合、フレームＫ１およびＫ２のいずれに対しても、可変形ミラーデバイスは最上位６ビットを表示する。すなわちこれらビットは、最高光レベルに対応する。モード２は、光源からのランプ電流を減少させ、ランプ出力の最低光レベルを２^Ｎ減衰させる。図７Ｂに示すように、可変形ミラーデバイスは、フレームＫ１およびＫ２において、表示可能な最下位６ビットを表示する。ただしＬＳＢ／２ビット（可変形ミラーデバイスは表示不能）は除く。
【００８３】
前記したように、映像全体が暗くても、ＭＳＢまたはＭＳＢ−１ビットすなわち左端ビットを表示するため、オンにしなければならないピクセルが存在することがある。モード２においてＭＳＢまたはＭＳＢ−１をオンにしなければならない時、これらビットに続く下位６ビットの全てをオンにする。しかしながらこれは、ＭＳＢをオンしなければならない当該ピクセルの輝度をわずかに減ずることになることが理解できよう。
【００８４】
最後に図７Ｃでは、映像が全体的に中間輝度値を有すると判断している。この時のランプは、両フレームにおいて輝度レベルを切り換え、フレームＫ２を低輝度状態にする。この時のランプ出力は、フレームＫ１では減衰せず、フレームＫ２では減衰する。フレームＫ１は、ランプ輝度が高い場合であり、ＭＳＢより下の上位Ｍビットをロードする（すなわち２倍の増加でありＬＳＢは破棄する）。フレームＫ２は、ランプ輝度が低い場合であり、ＬＳＢ／２ビットを含む下位Ｍビットをロードする。
【００８５】
第１フレームＫ１において、選択数のビット（本例においてαビットであり、αは４である）を表示用に選択する。αの値は、いかなる映像信号においても満足な結果を与えるように決定する。フレームＫ１において、ＭＳＢは決して表示しない。しかしながら、モード２で説明したように特定ピクセルのＭＳＢがオンであるべき場合、残りの全てのビットをオンに設定する。このようにしてフレームＫ１でハイライトレベルを表示する。
【００８６】
しかしながら第２フレームＫ２においては、下位４ビットを表示する。本例において、特別ビットＬＳＢ／２は正常に表示できないが、１つ置きのフレームで（すなわちＫ２だけで）ＬＳＢを表示することは、ＬＳＢ／２を表示することを意味する。もちろん人間の目は、Ｋ１とＫ２にわたる光レベルを統合し、前記特別ビットの解像度を視認する。
【００８７】
次に図８を参照する。この図は、図６および７に関連して説明した可変形ミラーデバイス１０１への入射光を予備変調するための回路例を示す。図８において、図６と等しい要素は対応する番号で参照する。
【００８８】
以下に説明する特定例において、映像入力信号は、７ビットデジタル信号であり、映画フィルムの連続フレームを表し、フレーム同期信号とライン信号とを含む。この映像入力信号は、デガンマ回路３０１へ入力する。このデガンマ回路は、入力信号のガンマ変調を除去する。ガンマ変調は、映像信号の形式を、非線形変換特性を有するＣＲＴ等の表示装置に合わせるために行う。ガンマ変調の除去は、信号を可変形ミラーデバイス１０１の線形変換特性に合わせるために必要である。これについては、米国特許第６，０３４，６６０号が説明しており、その全てを参照によりここに組み込む。
【００８９】
前記デガンマ回路は、前記デガンマ処理のため、本例において２個のビットを前記入力映像信号に追加する。デガンマ回路３０１の９ビット出力は、図７のＭ＋Ｎ＋１ビットの入力信号に対応する。この入力信号は、フォーマッタ３０３へ送る。フォーマッタ３０３は、映像信号の各フレームの各ピクセルにつき、オンであるＬＳＢ，ＬＳＢ＋１，…，ＭＳＢ−１，ＭＳＢのビットプレーンを形成する。この詳細は、例えば米国特許第５，６７３，０６０号が説明しており、その内容を参照によりここに組み込む。フォーマッタ３０３の出力は、二重フレーム記憶装置３０５，３０７へ送る。これら記憶装置は、一方のロード時に、他方のアンロードを行うよう構成する。適切な切替え手段（図示せず）を設け、記憶装置３０５，３０７の切り替えを行う。
【００９０】
これまで説明した通り、可変形ミラーデバイス１０１用のアドレスシステムは従来のものである。しかしながら映写装置は、前記モード１、モード２，モード３の３つのモードのうち、どれを使用して各ペアフレームＫ１、Ｋ２を表示するかを決定するための回路を含む。これについて説明する。
【００９１】
フォーマッタ３０３の出力は、アクティブビット合計ウエイト発生器３０９にも接続する。合計発生器３０９は、上位Ｎビット（本例の場合Ｎ＝２）を見てフレーム内のピクセルのうちＭＳＢとＭＳＢ−１とがオンであるピクセルの数と位置とを決定する。合計発生器３０９の出力は、合計データ二重記憶装置３１１、３１３へ送る。これら記憶装置は、一方が書き込まれている時、他方が読み出されるように構成し、適切な切替え手段を設ける（図示せず）。
【００９２】
対応するデータ記憶装置３１１または３１３の出力は、デコーダ３１５へ供給する。デコーダ３１５は、ＭＳＢまたはＭＳＢ−１がオンであるピクセルの数と閾値とを比較し、当該フレームが比較的高輝度フレーム（モード１）であるか、低輝度フレーム（モード２）であるか、中間フレーム（モード３）であるかを決定する。デコーダ３１５は、適切な制御信号をランプ電源１０５へ出力し、ランプ１０３への電流を変化させ、ランプ出力を減衰しないか（モード１およびモード３におけるフレームＫ１）、または減衰する（モード２およびモード３におけるフレームＫ２）。デコーダ３１５は、装置３１７にも適切な信号を与える。装置３１７は、フレーム記憶装置３０５または３０７からのデータビットをマップし、その値をセレクタ３２１へ提供する。セレクタ３２１は、Ｋ１用ビット値またはＫ２用ビット値を選択する。モード１および２の場合、フレームＫ１およびＫ２用の値は、互いに等しいと理解できよう。しかしながらモード３の場合、図７Ｃに示すビットパターンを使用し、上位４ビットをフレームＫ１に適用し、ＬＳＢ／２ビットを含む下位４ビットをフレームＫ２に適用する。これら値を使用して可変形ミラーデバイスをアドレス指定し、各ビットプレーンにおける選択ピクセルをオンにする。
【００９３】
モード２または３を選択した時、映像の明るい領域にＭＳＢまたはＭＳＢ−１の光を表示しないことによる映像輝度エラーを避けるため、映写装置はゲート３１８を含む。このゲート３１８は、ＭＳＢまたはＭＳＢ−１がオンのピクセルを識別すると、回路３１９を有効にし、その識別したピクセルに関して、モード２においてはＭＳＢ−２からＬＳＢまでの全入力ビットを、モード３においてはＭＳＢ−１からＬＳＢ／２までの全入力ビットを、有効状態にする。
【００９４】
前記説明から分かる通り、モード１および２においては同一値を、モード３においては異なる値を、各フレームで２度効果的に表示する。人間の目は、連続するフレームにおける２つの異なるレベルの光を統合し、平均値を形成する。入力映像信号は、２４フレーム／秒であることが多い。これを２倍にして４８フレーム／秒を表示する。すなわち各フレームを２度表示する。しかしながら、状況によっては、同じ原理を異なるフレームに適用しても良い。
【００９５】
図９を参照する。可変形ミラーデバイスにおける入射光の輝度を予備変調することは、予備変調器４０１をランプ１０３と可変形ミラーデバイスとの間に入れても実行できる。この場合、図８においてランプ電源１０５へ供給する制御信号は、予備変調器４０１へ供給する。
【００９６】
この予備変調器は、ランプの光を伝送する機械的装置でも良いし、あるいは電気的装置でも良い。
【００９７】
図１０〜１４は、機械的予備変調器４０１の例を示し、２枚の円形プレート６０１，６０３を備える。各プレートは、一連の台形ミラースポーク６０５を図１１に示すように有する。プレートの残りの部分６０７は透明である。プレート６０１，６０３は互いに重ねて図１０のように構成する。前プレート６０１は固定であり、後プレート６０３はステッパモータ６０９によりモータ制御装置６１０の制御下で回転する。
【００９８】
特に図１２を参照すると、この予備変調器は、ランプ１０３と可変形ミラーデバイス１０１との間の光路に挿入する。予備変調データをモータ制御装置６１０へ送ることにより、ステッパモータ６０９の回転を制御する。図１３に示すような制御を行うと、プレート６０１，６０３のミラー部６０５が整列し、ランプ１０３からの光を５０％減衰する。ミラー部６０５が阻止しない光は、プレートを通過し、光検出器６１１が検出する。これとは逆に図１４の場合、ミラー部６０５は全く整列せず、前方のミラー部が阻止しない光は、後プレート６０３のミラー部が阻止し、光の減衰を最小にする。様々な中間位置において、減衰量が様々に変化することが理解できよう。光検出器の出力は、モータ制御装置６１０へ送り、ステッパモータを同期し、要求減衰を実現する。
【００９９】
可変形ミラーデバイス映写装置においては、極めて一般的に、ランプからの光を４５度傾斜したミラーにより９０度回転させる。このミラーにコールドミラーを加え、赤外線放射を除去しても良い。すなわちコールドミラーをこの回転シャッタ方式に内蔵し、望ましくない赤外線波長をランプ１０３の出射光から全て除去することもできる。
【０１００】
図１２の二重ディスク機械式予備変調器に代え、電子方式を用いても良い。これは図１５に示すように、ＬＣＤ反射シャッタ７０１の活性面に銀の縞を有する。この構成は、機械的に整列する部品が必要なく、より広い範囲の減衰レベルを実現できる。
【０１０１】
図１６は、別の光学的構成を示し、ミラープリズム７０５をランプ１０３と可変形ミラーデバイス１０１との間の光路に入れる。予備変調器は、図１５に示すような液晶パネル７０１であり、例えば強誘電液晶パネルとし、銀格子７０３で被覆する。この予備変調器を使用する場合、プリズム７０５のランプ１０３を向く面は、入射光を液晶パネル７０１へ向かわせる。液晶パネル７０１のうち、反射するよう電気的に切り換えられた部分は、液晶および被覆格子が光を最大反射し、次にプリズム７０５の表面７０７が光ビームを可変形ミラーデバイス方向へ反射する。機械式予備変調器と同様、液晶パネル７０１を切り換えて非反射にすると、光を減衰する。減衰の程度は、格子７０３の反射部分の幅で決まる。図１６のプリズムは、図１０および１１のような機械式変調器と共に使用しても良い。
【０１０２】
プリズム７０５を使用すれば、予備変調器に関する入射光および反射光は同一軸上に来ることができる。
【０１０３】
前記実施例において、各フレームペアをモード１，モード２，モード３のいずれにすべきかの決定は、映写装置において自動的に行える。入力映像信号に命令を符号化し、各フレームペアのモードを指示することも可能である。一般にこの符号化は、彩色者がフレームのカラー値または輝度を検査して行う。この場合、図８の回路は、図１７に示すように簡略化できる。デコーダ３１５，データビットマッパ３１７，ゲート３１８，強制オン回路３１９，およびフレームＫ１／Ｋ２セレクタ３２１を省略できる。そして予備変調器データ抽出ブロック８０１を入力信号路に追加する。このブロック８０１は、命令コードを抽出し、適切な信号を予備変調二重データ記憶装置へ送る。この記憶装置は、適切な予備変調命令を記憶してランプ電源１０５を制御する。二重データ記憶装置３０５，３０７へのビットデータ入力は、関連する変調ビット列を符号化してある。
【０１０４】
図１７はランプ電源回路を変更したが、ランプ用予備変調器４０１を同様に変更しても良い。
【０１０５】
前記変更実施例は、説明を簡単にするため、単一カラーチャネルに関連して説明したが、１つ以上の可変形ミラーデバイスを含む映写装置にも同じように適用できる。この場合、これら可変形ミラーデバイスは、ランプ１０３から分離した赤、青、緑の３つの平行カラーチャネルに適用する。映像信号は、ＲＧＢ信号あるいは輝度および色データを有する。各カラーチャネルは、一般に同一予備変調を受ける。３モードのうちどれを使用するかの基準は、ＲＧＢ値または輝度値から決定する。このため例えばＲＧＢカラーチャネルの１つがＭＳＢの高レベルを含めば、同一モードを３つのカラーチャネルの全てに選択する。本発明は、シリアルカラーシステムにも適用可能である。シリアルカラーシステムは例えばカラーホイールを使用し、１つまたはそれ以上の可変形ミラーデバイスに順次投射する。
【０１０６】
本発明は、入力映像データ信号がビデオ信号あるいはビデオ信号以外の信号であって空間光変調器専用に生成した信号であるシステムにも提供可能である。
【０１０７】
本発明は、可変形ミラーデバイス以外の空間光変調器にも適用可能である。例えば液晶装置、特に高速スイッチング時間を有する強誘電液晶装置に適用可能である。
【０１０８】
これまで説明した実施例は、パルス幅変調技術によって生成するグレースケールに基づいており、最上位ビットから最下位ビットまでのビットプレーンはビットフレーム記憶装置内で作成する。しかしながら本発明は、変更したビット列にも適用可能である。例えば、米国特許第６，０６４，３６６号に記載の低輝度空間ディザリング、米国特許第５，６８６，９３９号に記載の分数ビット、米国特許第５，９８６，６４０号に記載の各フレームにおける時間バランスを改良するためのビット分割、米国特許第６，０５７，８１６号（欧州特許第０７５５５５６号に対応）に記載のビットスタッフィングにも適用可能であり、これら特許の全内容は参照によりここに組み込む。
【０１０９】
前記変更実施例は、フレームをフレームペアにグループ化したが、本発明は、各グループが３フレームあるいはそれ以上のフレームからなる映写装置にも適用できる。
【０１１０】
輝度を２つの異なる輝度（すなわちＮ＝２）に変調するが、輝度を３つあるいはそれ以上の異なる輝度に変調することにより、さらに解像度を上げることもできる。
【０１１１】
これまで説明した実施例は、本発明を図示し、説明し、記述することが目的であり、本発明の範囲あるいは要旨を逸脱することなく、前記実施例に対してさらなる変更および手直しが可能であることは、当業者に明らかであろう。また、強誘電装置、液晶表示装置（ＬＣＤ）、その他光源、弁、フィルタを必要に応じて使用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の装置の一実施例を示す概略図である。
【図２】 適応ダイナミックレンジウィンドウの概念を示す図である。
【図３】 輝度補償アルゴリズムの例を示す図である。
【図４】 ハイライトクリッピングを避けるための部分的輝度補償の例を示す図である。
【図５】 各カラーチャネルに予備変調器を使用する実施例を示す概略図である。
【図６】 本発明に基づく映写装置の他の実施例を示す概略図である。
【図７】 アドレス信号から図６の可変形ミラーデバイスを駆動するために使用する信号へのビットマッピングを示す図である。
【図８】 図６に示した予備変調を実現するために使用する回路を示す図である。
【図９】 本発明に基づく映写装置の他の実施例を示す概略図である。
【図１０】 図９の装置に使用する変調器を示す側面図および平面図である。
【図１１】 図９の装置に使用する変調器を示す側面図および平面図である。
【図１２】 図９の装置に図１０および１１の変調器を内蔵した概略図である。
【図１３】 図１０および１１に示した変調器の反射部の異なる配置を示す図である。
【図１４】 図１０および１１に示した変調器の反射部の異なる配置を示す図である。
【図１５】 図９に示した装置に使用する変調器の別の例を示す図である。
【図１６】 図１０および１１または図１５の変調器と共に使用する光学構成の別の例を示す図である。
【図１７】 各フレームに実施する予備変調の識別を入力信号に符号化する実施例を示す図である。

Claims (23)

1. 映写された映像フレームの黒レベルを低下させる方法であって、前記方法は、映写装置の空間光変調器に入射する光の強度について、予備変調手段を用いて少なくとも２つの異なる強度の間で変化させる予備変調を含み、前記フレームについての入力ピクセルコード値を受け取り、前記入射ピクセルコード値は映像コントラストを有する映像に対応するステップを含み、さらに、
   ｉ）予備変調前に前記映写装置についての伝達関数を決定し、前記伝達関数は入力ピクセルコード値を出力コード輝度にマップするステップと、
   ｉｉ）前記フレームの輝度を決定するステップと、
   ｉｉｉ）前記フレームの輝度に基づいて予備変調係数を決定し、前記予備変調係数は、前記映写装置の空間光変調器に入射する光の強度について少なくとも２つの異なる強度の間で変化させる予備変調手段に用いられるステップと、
   ｉｖ）前記フレームについてのピクセルコード値を変更し、前記映写された映像の映像コントラストを増加させるとともに、前記映写されたフレームの黒レベルを低下させるステップであって、前記ステップは、
   ａ）少なくとも前記ピクセルコード、前記映写装置の伝達関数及び前記予備変調係数を用いてピクセルコードに応じた補償係数を計算し、
   ｂ）各ピクセルコード値に前記ピクセルコードに応じた補償係数を乗算する
   という各ステップによるステップと、
   ｖ）前記変更されたピクセルコード値を前記空間光変調器に適用し、前記映写装置が前記予備変調されていない前記伝達関数と同じ中間調輝度を少なくとも有する補償された前記伝達関数を有するようにするステップと
   を含む方法。
2. 前記予備変調係数と変更されたピクセルコード値とを含むデータストリームは、空間光変調器を有する映写装置によって受け取られるステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
3. 前記予備変調係数は、前記映写装置によって選択され、前記ピクセルコード値は、前記映写装置によって変更される、請求項１又は２記載の方法。
4. 前記予備変調係数は、最上位ビット（ＭＳＢ）及び最上位ビット−１（ＭＳＢ−１）プレーンにおける有効ビット数を数えてその数を閾値と比較することによって、又は前記フレームにおけるピクセルコード値を平均することによって決定される、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
5. 前記予備変調係数は、前記フレームについて受け取ったピクセルコード値の全輝度範囲をカバーする空間光変調器に入射する光を提供するように選択される、請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
6. 前記予備変調係数は、光源の出力の制御に用いられ、及び／又は第２の空間光変調器の制御に用いられる、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
7. 前記フレームについてピクセルコード値を変更するステップは、各フレームについてのピクセルコード値を部分的に変更し、前記フレームのハイライトクッリッピングが低下するようにするステップを含む、請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
8. 前記ピクセルコード値は、部分的に変更され、前記伝達関数がクリップされたピクセルコード値とクリップされていないピクセルコード値の間を徐々に移行させるようにする、請求項７記載の方法。
9. 前記ピクセルコード値は、各ピクセルコード値に補償係数を乗算して部分的に変更され、各ピクセルが最大輝度を超えないようにする、請求項８記載の方法。
10. 空間光変調器を含む映写装置であって、
    フレームの各グループの輝度値に応じたフレームの連続するグループにおける空間光変調器に入射する光の強度について、２以上の異なる強度を変化させて予備変調する予備変調手段が提供され、
    前記フレームについてピクセルコードを受け取る回路が提供され、前記入力ピクセルコード値は映像コントラストを有する映像に対応し、
    前記回路は、
    ｉ）予備変調前に前記映写装置についての伝達関数を決定し、前記伝達関数は入力ピクセルコード値を出力ピクセル輝度にマップするステップと、
    ｉｉ）前記フレームの輝度を決定するステップと、
    ｉｉｉ）前記フレームの輝度に基づいて予備変調係数を決定し、前記予備変調係数は、前記映写装置の空間光変調器に入射する光の強度について少なくとも２つの異なる強度の間で変化させる予備変調手段に用いられるステップと、
    ｉｖ）前記フレームについてのピクセルコード値を変更し、前記映写された映像の映像コントラストを増加させるとともに、前記映写されたフレームの黒レベルを低下させるステップであって、前記ステップは、
    ａ）少なくとも前記ピクセルコード、前記映写装置の伝達関数及び前記予備変調係数を用いてピクセルコードに応じた補償係数を計算し、
    ｂ）各ピクセルコード値に前記ピクセルコードに応じた補償係数を乗算する
    という各ステップによるステップと、
    ｖ）前記変更されたピクセルコード値を前記空間光変調器に適用し、前記映写装置が前記予備変調されていない前記伝達関数と同じ中間調輝度を少なくとも有する補償された前記伝達関数を有するようにするステップと
    をさらに提供する映写装置。
11. 前記回路は、前記空間光変調器に入射する光の強度に応じてフレームの各グループに表示されるビットを調整する、請求項１０記載の映写装置。
12. 前記予備変調手段は、前記空間光変調器を照射するのに有効な光源に供給される電力を調整する、請求項１０又は１１記載の映写装置。
13. 前記予備変調手段は、前記空間光変調器への光路内における可変減衰器を含む請求項１０又は１１記載の映写装置。
14. 前記予備変調手段は、２つの反射領域と、前記領域の１つの反射率を変化させる手段とを含む、請求項１３記載の映写装置。
15. 前記２つの反射領域は、互いに可動であり、前記変化させる手段は、前記領域を相対的に移動させることが有効であり、前記１つの領域が前記他の領域によって覆われ、全体の反射率を低下させる、請求項１４記載の映写装置。
16. 前記切り替え可能な反射率を有する反射領域は、液晶パネルである、請求項１４記載の映写システム。
17. 前記空間光変調器は、ＤＭＤ又はＬＣＤである、請求項１０乃至１６のいずれかに記載の映写装置。
18. 各グループは、２つのフレームを含む、請求項１０乃至１７のいずれかに記載の映写装置。
19. 予備変調手段は、２つの異なる光強度の間において変調するように構成され、隣接するフレームのペアの前記強度は、減衰するか、減衰しないか、又は１つのフレームが減衰し、他のフレームが減衰しないかのいずれかである請求項１０乃至１８のいずれかに記載の映写装置。
20. 前記映写装置は、各フレームにおける閾値輝度を越えるか又は達しないピクセルの数に応じて光変調を決定する手段を含む、請求項１０乃至１９のいずれかに記載の映写装置。
21. 前記映像データ信号は、各フレームについての光変調を決定するコードを含み、前記映写装置は、前記コードに応じて光変調手段を制御する手段を含む、請求項１０乃至２０にいずれかに記載の映写装置。
22. 前記空間光変調器を照射する光源をさらに備える、請求項１０乃至２１のいずれかに記載の映写装置。
23. 映写装置のダイナミックレンジを拡大させる方法であって、前記空間光変調器は切り替え可能要素のアレイを含み、
    ｉ）フレームの各グループの輝度値に応じたフレームの連続するグループにおける空間光変調器へ入射する光の強度について、少なくとも２つの異なる強度の間で変化させるステップと、
    ｉｉ）前記空間光変調器への入射する光の強度に応じたフレームの各グループにおいて表示されるビット形式の信号を調整するステップと、
    ｉｉｉ）データ信号に応じて前記空間変調器の要素をオン状態に切り替え、光源からの光を投射レンズ方向に向かわせるステップと
    をさらに含む請求項１乃至９のいずれかに記載の方法。

Images