经由连续模板平均化的减轻噪声的多级随机抖动技术的制作方法
专利名称：经由连续模板平均化的减轻噪声的多级随机抖动技术的制作方法
技术领域：
本发明的领域涉及具有用于像素中的每一者的经量化显示特性的显示器，且更特 定来说，涉及改进显示器的表观分辨率的显示方法。本发明大体上还涉及光学MEMS装置， 且具体来说涉及双稳态显示器。
背景技术：
电子显示器的功能为产生分级的强度变化或灰度级，不管所述电子显示器是单色 显示器还是彩色显示器或不管其是自发光型还是反射型。高质量再现复杂图形图像以及静 态和动态图画图像两者需要大量灰度级。另外，彩色再生和平滑着色(smooth shading)受 益于每一原色显示通道的相对高的强度分辨率。“真彩色”成像的实际标准为每原色8个位 或跨越三(RGB)原色通道而分配的总共24个位。然而，重要的是认识到，最终确定显示图 像质量的是这些位的所感知表示或有效分辨率(产生有效强度分辨率)而并非仅为其寻址 能力。双稳态显示技术提出对产生具有高质量灰度等级的显示器的独特挑战。这些挑战 由像素运算的双稳态性和二元性引起，此要求经由寻址技术来进行灰度级的合成。此外，归 因于基本运算约束和对灰度和色彩两者的高级合成的需要，高像素密度装置常常限于相对 低的时间帧速率。这些挑战和约束强调对空间灰度级合成的新颖和有效方法的需要。
发明内容
本发明的系统、方法和装置各自具有若干方面，其单一方面并非仅对其所要的属 性负责。在不限制本发明的范围的情况下，现将简要论述其更显著特征。在考虑此论述后， 且尤其在阅读标题为“具体实施方式
”的章节后，将理解本发明的特征如何提供优于其它显 示装置的优点。—个方面为一种在显示器上显示第一图像的方法。所述方法包括根据第一空间 抖动模板产生第一图像的第一版本；根据第二空间抖动模板产生第一图像的第二版本，所 述第二模板与所述第一模板不同；以及通过在显示器上连续地显示第一图像的第一版本和 第二版本来显示第一图像。另一方面为一种在具有原始分辨率的显示器上显示第一图像的方法，所述方法包 括根据第一模板产生第一图像的第一版本；根据第二模板产生第一图像的第二版本，所 述第二模板与所述第一模板不同；以及显示第一图像的第一版本和第二版本以使得第一图 像的有效分辨率高于显示器的原始分辨率。
图1为描绘双稳态显示器的一个实施例的一部分的等角视图，所述双稳态显示器 为干涉式调制器显示器，其中第一干涉式调制器的可移动反射层处于经松弛位置且第二干 涉式调制器的可移动反射层处于经激活位置。图2为图1的双稳态显示器的一个实施例的可移动镜射位置对所施加电压的图表。图3A和图3B为说明包含双稳态显示器的视觉显示装置的一个实施例的系统框 图。图4为一个实施例的框图。图5为一实施例的方法的流程图。
具体实施例方式以下详细描述是针对本发明的某些特定实施例。然而，本发明可以众多不同方式 来体现。在此描述中，参看诸图，图式中始终以相同标号表示相同部分。如将从以下描述显 而易见，可在经配置以显示图像(无论是运动图像(例如，视频)还是静止图像(例如，静 态图像)，且无论是文本图像还是图形图像)的任何装置中实施所述实施例。更特定来说， 预期所述实施例可实施于例如(但不限于)以下各者的多种电子装置中或与其相关联而实 施移动电话、无线装置、个人数据助理(PDA)、手持式或便携式计算机、GPS接收器/导航 器、相机、MP3播放器、录像机、游戏控制台、手表、钟表、计算器、电视监视器、平板显示器、计 算机监视器、自动显示器(例如，里程表显示器等)、驾驶舱控制器和/或显示器、相机视图 显示器(例如，车辆中的后视相机的显示器)、电子照片、电子广告牌或标记、投影仪、建筑 结构、封装和美学结构(例如，一件珠宝上的图像显示)。与本文中所描述的MEMS装置结构 类似的MEMS装置还可用于例如电子开关装置的非显示器应用中。更特定来说，本发明的实施例涉及具有用于像素中的每一者的经量化显示特性的 显示器，且涉及用所述显示器来显示图像的方法。所述显示器和方法涉及在空间上和时间 上抖动图像，以使得显示器的有效分辨率高于显示器的原始空间分辨率(受像素大小和间 距影响)和原始强度分辨率(受像素中的每一者的量化级数目影响)的结果。在图1中展示具有亮度的若干量化级的显示元件的实例，图1说明包含干涉式 MEMS显示元件的双稳态显示器的实施例。在这些装置中，像素处于明亮状态或黑暗状态。 在明亮(“经松弛”或“打开”)状态下，显示元件向用户反射大部分的入射可见光。当在黑 暗(“经激活”或“关闭”)状态时，所述显示元件向用户反射极少的入射可见光。视实施例 而定，可颠倒“接通”和“断开”状态的光反射性质。MEMS像素可经配置以主要在所选色彩 下反射，从而允许除黑色和白色外的彩色显示。图1为描绘视觉显示器的一系列像素中的两个邻近像素的等角视图，其中每一像 素包含一 MEMS干涉式调制器。在一个实施例中，反射层中的一者可在两个位置之间移动。 在第一位置(在本文中被称为经松弛位置)中，可移动反射层位于距固定的部分反射层相 对大的距离处。在第二位置(在本文中被称为经激活位置)中，可移动反射层经定位成更 紧密地邻近于所述部分反射层。从所述两个层反射的入射光视可移动反射层的位置而相长 地或相消地干涉，从而针对每一像素产生总体反射或非反射状态。
图1中的像素阵列的所描绘部分包括两个邻近像素12a与12b。在左边的像素12a 中，可移动反射层14a经说明为处于距光学堆叠16a—预定距离的经松弛位置中，所述光学 堆叠16a包括部分反射层。在右边的像素12b中，可移动反射层14b经说明为处于邻近于 光学堆叠16b的经激活位置中。在无所施加电压的情况下，间隙19保留于可移动反射层14a与光学堆叠16a之 间，如通过像素12a所说明，其中可移动反射层14a处于机械松弛状态。然而，当将电位 (电压)差施加到所选行和列时，在对应像素处的行和列电极的交叉处形成的电容器变得 带电，且静电力将电极拉在一起。如果电压足够高，则可移动反射层14变形且被迫抵靠光 学堆叠16。如通过图1中的右边的经激活像素12b所说明，光学堆叠16内的介电层(未在 此图中说明)可防止短路且控制层14与层16之间的间隔距离。不管所施加的电位差的极 性如何，行为均为类似的。因为像素12a和12b稳定处于所展示的状态中的任一者中，所以 所述像素被认为是双稳态的且相应地具有对应于两种稳定状态中的每一者的选择性光反 射性特性。因此，显示器具有对应于两种稳定状态的原始强度分辨率和对应于像素的间距 的原始空间分辨率。图2说明用于在双稳态显示器中使用干涉式调制器的阵列的一个过程。对于MEMS干涉式调制器来说，行/列激活协议可利用如图2中所说明的这些装置 的滞后性质。干涉式调制器可能需要(例如)10伏电位差来使可移动层从经松弛状态变形 到经激活状态。然而，当电压从那个值降低时，可移动层随着电压下降回到10伏以下而维 持其状态。在图2的实施例中，可移动层直到电压下降到2伏以下才完全松弛。因此，存在 一电压范围(在图2中所说明的实例中为约3V到7V)，在所述范围内存在所施加电压窗， 装置在所述窗内稳定处于经松弛或经激活状态。在本文中将此窗称为“滞后窗”或“稳定 窗”。对于具有图2的滞后特性的显示阵列来说，可设计行/列激活协议，以使得在行选通 期间，使所选通的行中待激活的像素暴露于约10伏的电压差，且使待松弛的像素暴露于接 近零伏的电压差。在选通后，使像素暴露于稳定状态或约5伏的偏压差，以使得其保持处于 行选通将其置于的任何状态中。在此实例中，在被写入后，每一像素经历3伏到7伏的“稳 定窗”内的电位差。此特征使图1中所说明的像素设计在相同所施加电压条件下稳定处于 经激活或经松弛的预先存在的状态。因为干涉式调制器的每一像素(不管处于经激活状态 还是经松弛状态)实质上为由固定和移动反射层形成的电容器，所以可在滞后窗内的电压 下保持此稳定状态而几乎无功率耗散。图3A和图3B为说明显示装置40的一实施例的系统框图，其中双稳态显示元件 (例如，图1的像素12a和12b)可与驱动电路一起使用，所述驱动电路经配置以在空间上和 时间上抖动图像，以使得显示器的有效分辨率高于显示器的原始空间分辨率和强度分辨率 的结果。显示装置40可为(例如)蜂窝式电话或移动电话。然而，显示装置40的相同组 件或其变化还说明各种类型的显示装置，例如电视和便携式媒体播放器。显示装置40包括外壳41、显示器30、天线43、扬声器44、输入装置48和麦克风 46。外壳41大体上由多种制造过程中的任一者形成，包括注射模制和真空成形。另外，外 壳41可由多种材料中的任一者制成，所述材料包括(但不限于)塑料、金属、玻璃、橡胶和 陶瓷，或其组合。在一个实施例中，外壳41包括可与具不同色彩或含有不同标志、图片或符 号的其它可移除部分互换的可移除部分(未图示)。
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显示装置40的显示器30可为多种显示器中的任一者，包括如本文中所描述的双 稳态显示器。在一些实施例中，显示器30包括平板显示器，例如上文所描述的等离子体、 EL、OLED, STN IXD或TFT IXD ；或非平板显示器，例如CRT或其它管装置。然而，出于描述 某些方面的目的，显示器30包括干涉式调制器显示器。在图3B中示意地说明显示装置40的一个实施例的组件。所说明的显示装置40 包括外壳41且可包括至少部分被封闭于其中的额外组件。举例来说，在一个实施例中，显 示装置40包括网络接口 27，网络接口 27包括耦合到收发器47的天线43。收发器47连接 到处理器21，处理器21连接到调节硬件52。调节硬件52可经配置以调节信号(例如，对 信号进行滤波)。调节硬件52连接到扬声器45和麦克风46。处理器21还连接到输入装 置48和驱动器控制器29。驱动器控制器29耦合到帧缓冲器28且耦合到阵列驱动器22， 阵列驱动器22又耦合到显示阵列30。电源50将电力提供到如由特定显示装置40设计所 需的所有组件。网络接口 27包括天线43和收发器47，使得显示装置40可经由网络与一个或一 个以上装置通信。在一个实施例中，网络接口 27还可具有某些处理能力以减轻对处理器 21的要求。天线43为用于发射和接收信号的任何天线。在一个实施例中，所述天线根据 IEEE 802. 11标准(包括IEEE 802. 11(a)、(b)或(g))来发射和接收RF信号。在另一实 施例中，所述天线根据蓝牙(BLUETOOTH)标准来发射和接收RF信号。在蜂窝式电话的情况 下，天线经设计以接收CDMA、GSM、AMPS、W-CDMA或用以在无线手机网络中进行通信的其它 已知信号。收发器47预处理从天线43接收的信号，使得其可由处理器21接收并进一步操 纵。收发器47还处理从处理器21接收的信号，使得其可经由天线43从显示装置40发射。在替代实施例中，收发器47可被接收器取代。在另一替代实施例中，网络接口 27 可被图像源取代，图像源可存储或产生待发送到处理器21的图像数据。举例来说，图像源 可为含有图像数据的数字视频光盘(DVD)或硬盘驱动器，或产生图像数据的软件模块。处理器21通常控制显示装置40的总体操作。处理器21接收数据(例如来自网 络接口 27或图像源的经压缩图像数据)并将数据处理为原始图像数据或处理为容易处理 为原始图像数据的格式。处理器21接着将经处理的数据发送到驱动器控制器29或发送到 帧缓冲器28以供存储。原始数据通常涉及识别图像内每一位置处的图像特征的信息。举 例来说，此些图像特征可包括色彩、饱和度和灰度级。在一个实施例中，处理器21包括微控制器、CPU或逻辑单元以控制显示装置40的 操作。调节硬件52通常包括放大器和滤波器以用于将信号发射到扬声器45以及用于从麦 克风46接收信号。调节硬件52可为显示装置40内的离散组件或可并入在处理器21或其 它组件中。输入装置48允许用户控制显示装置40的操作。在一个实施例中，输入装置48包 括例如QWERTY键盘或电话小键盘的小键盘、按钮、开关、触敏屏幕，或压敏或热敏膜。在一 个实施例中，麦克风46为用于显示装置40的输入装置。当使用麦克风46向装置输入数据 时，可由用户提供用于控制显示装置40的操作的语音命令。在一些实施中，如上所述，控制可编程性驻留于可定位于电子显示系统中的若干 位置中的驱动器控制器中。在一些情况下，控制可编程性驻留于阵列驱动器22中。电源50可包括如此项技术中众所周知的多种能量存储装置。举例来说，在一个实
8施例中，电源50为例如镍镉电池或锂离子电池等可再充电电池。在另一实施例中，电源50 为可再生能源、电容器，或包括塑料太阳能电池和太阳能电池涂料的太阳能电池。在另一实 施例中，电源50经配置以从壁式插座接收电力。电源50还可具有经配置以供应用于在大 体上恒定的电压下驱动显示器的电流的电源调节器。在一些实施例中，所述恒定电压至少 部分基于参考电压，其中可将所述恒定电压固定于大于或小于参考电压的电压。驱动器控制器29采用直接来自处理器21或来自帧缓冲器28的由处理器21产生 的原始图像数据并适当地重新格式化原始图像数据以用于高速传输到阵列驱动器22。特定 来说，驱动器控制器29将原始图像数据重新格式化成具有光栅状格式的数据流，以使得其 具有适合于跨越显示阵列30扫描的时间次序。接着，驱动器控制器29将经格式化的信息 发送到阵列驱动器22。尽管驱动器控制器29 (例如，LCD控制器)常常与作为独立集成电 路(IC)的系统处理器21相关联，但可以许多方式来实施所述控制器。所述控制器可作为 硬件嵌入于处理器21中，作为软件嵌入于处理器21中，或以硬件与阵列驱动器22完全集 成在一起。通常，阵列驱动器22从驱动器控制器29接收经格式化的信息并将视频数据重新 格式化成一组平行波形，所述组平行波形每秒多次地被施加到来自显示器的χ-y像素矩阵 的数百且有时数千个引线。在一个实施例中，驱动器控制器29、阵列驱动器22和显示阵列30适合于本文中 所描述的类型的显示器中的任一者。举例来说，在一个实施例中，驱动器控制器29为常规 显示器控制器或双稳态显示器控制器(例如，干涉式调制器控制器)。在另一实施例中，阵 列驱动器22为常规驱动器或双稳态显示器驱动器(例如，干涉式调制器显示器)。在一个 实施例中，驱动器控制器29与阵列驱动器22集成。此实施例在例如蜂窝式电话、腕表和其 它小面积显示器等高度集成系统中是常见的。在又一实施例中，显示阵列30为典型显示阵 列或双稳态显示阵列(例如，包括干涉式调制器阵列的显示器)。在一些实施例中，显示阵 列30为另一显示器类型。驱动器控制器29和阵列驱动器22中的一者或两者可经配置以 在空间上和时间上抖动所显示图像，以使得显示器的有效分辨率高于显示器的原始空间分 辨率和强度分辨率的结果。所属领域的技术人员将认识到，可在任何数目的硬件和/或软件组件中且以各种 配置来实施上文所描述的架构。驱动器电路使用新颖和灵活的方法以用于在具有有限数目的原始强度等级的显 示器上合成大量强度等级或灰度级，同时降低由所述合成过程产生的图像噪声的可见度。 所述方法经由对使用空间抖动模板并改变阈值模板值的空间模式而产生的图像进行时间 平均化来组合多级随机空间抖动与噪声减轻。结果为对灰度级合成的解决方案，其中可在 具有对可见空间模式噪声的最小化影响的情况下大体上增加有效强度级的数目。此些方法 可利用在显示空间分辨率与灰度级合成之间的折衷，同时最小化空间模式噪声或可损害显 示图像质量的其它假影的引入。空间抖动为一种以空间区域(或空间分辨率)交换强度(或灰度级)分辨率的方 法。所述方法由多种技术组成，所述技术增加具有有限数目的原始灰度级和/或色彩的装 置的“所感知”灰度级和/或色彩的有效数目。这些方法利用人类视觉系统(HVS)的有限 空间分辨率以及HVS对比敏感度中的限制(尤其在高空间频率下)。空间抖动起源为一种用于双级打印技术中的灰度级合成的启用技术，且目前以一种形式或另一形式实施于大多 数打印装置和应用中。因为所述方法可向具有高空间分辨率和有限原始灰度能力的成像装 置提供优良的图像质量，所以所述方法已用于单色和彩色矩阵显示装置两者中。用于空间抖动的技术可分为两种主要类别点处理方法和邻域运算方法。点处理方法独立于导致显示器和视频应用的良好计算效率的图像和像素邻域。用 于空间抖动的最显著点处理技术中的一些为噪声编码、有序抖动和随机模式抖动。噪声编 码由以下各者组成将随机值加到多级像素输入值；接着进行阈值运算以确定最终像素输 出值。尽管在增加有效灰度级数目的过程中有效，但噪声编码产生具有“白噪声”特性的空 间模式并由于噪声信号中的低空间频率而导致可见颗粒性。有序抖动为一族技术，其中在预界定的X乘Y像素区域内的数目的固定模式确定 在阈值运算之前启动像素的次序或模式。有序抖动的两个最显著变型为丛集点抖动和分散 点抖动。其可提供良好结果，但倾向于产生与图像结构相互作用或冲击的可见的周期性空 间假影。随机模式抖动与有序抖动类似，但空间抖动模板的随机模式产生“蓝噪声”特性与 最小空间假影和合意外观。由错误扩散技术代表依赖于邻域运算的空间抖动方法。在此技术中，图像相依 像素灰度级错误分布或扩散于局部像素邻域上。错误扩散为有效的空间抖动方法，与随 机模式抖动相似，错误扩散导致具有“蓝噪声”特性和最小空间或结构假影的空间抖动模 式。错误扩散的缺点在于，所述方法为图像相依且计算密集的且还倾向于产生被称为“龟裂 (worming)假影”的特殊可见缺陷。归因于运算的计算密集性和图像相依性，错误扩散一般 不顺应实时显示运算。多级随机模式抖动为一种针对具有有限原始灰度能力的电子显示器进行灰度级 合成的略微有效的方法。所述技术使用具有某些随机特性的抖动模板来产生所显示图像的 经抖动版本。所述抖动模板的随机特性是由其中创建抖动模式的过程产生。用于产生具有 “蓝噪声”特性的随机抖动模式的两种方法为蓝噪声掩蔽方法与空隙和丛集方法。蓝噪声掩 蔽方法是基于频域法，而空隙和丛集方法依赖于空间域运算。抖动模板产生的空隙和丛集 方法依赖于空间域中的圆周卷积。此导致创建小随机模板的能力，所述小随机模板可经无 缝地平铺瓦片以填充所显示图像的图像空间。尽管多级随机模式抖动可使得改进具有有限原始灰度能力的显示器的图像质量， 但仍存在由空间抖动模式造成的残留表观颗粒性的问题。此残留颗粒性在最黑暗合成等级 阴影中且在显示器具有相对小的原始灰度级数目(例如，3个位或8个级)的情况下最可 见。为了克服此限制，可使用改进型多级随机抖动方法。所述方法经由对一系列经模 板抖动图像(其中经合成的灰度级是由不同随机抖动模板产生)进行时间平均化来减轻残 留模式噪声。通过利用人类视觉系统(HVS)的有限时间分辨率而实现时间平均化。连续快 速地显示图像的多个版本，以使得对观测者来说，所述图像的多个版本如同单一图像一样 显现。对于观测者来说，任何像素处的强度为所有所显示版本的平均强度。因此，观测者感 知到实际显示的灰度级之间的灰度级。举例来说，单色显示器可具有各自接通或断开的像素，其中每一像素的数据为一个位。可用两个不同模板来创建图像的两个版本。可连续快速地显示所述版本中的每一者， 以使得所述两个图像如同单一图像一样显现。在两个图像中均为断开的那些像素将向观测 者显现黑暗，而在两个图像中均为接通的那些像素将向观测者显现最大亮度。然而，在一个 版本中为接通且在另一版本中为断开的那些像素将以约一半的最大亮度显现。因此，观测 者感知到跨越图像的较平滑灰度级。可使用表示待对源图像的每一像素执行的数学运算的模板来产生图像的多个版 本。在视频的情况下，不同类型的模板对所显示图像的空间噪声且对一系列所显示图像的 时间噪声具有各种效应。因此，当确定供使用的模板时，可考虑对噪声的效应。某些实施例使用多级随机抖动模板，所述模板经由对若干系列的经抖动图像版本 进行时间平均化来减轻残留模式噪声。如图4中所说明，一个实施例的框图展示一种多级 空间抖动方法，其中用不同抖动模板产生一系列经抖动图像版本。因为所述抖动模板中的 每一者将导致不同噪声或颗粒模式，所以当这些版本在时间上经平均化时，结果将为模式 噪声的减少或信噪比的增加。如所展示，对于每一版本来说，根据标准化的抖动模板D[x' ,y']运算输入图像 IL[x, y]，从而创建图像的经抖动版本S[x，y]。在此实施例中，图像的经抖动版本S[x，y] 经量化以创建输出图像0L[x，y]。结果为输入图像IL[x，y]的一系列N个版本，其中用不 同模板产生每一版本。以N个版本的序列显示最终输出图像、连续快速地显示所述N个版 本以使得所述版本在时间上经平均化。在一些实施例中，可重复地显示所述版本序列。在 一些实施例中，可在重显示序列之间更改序列的次序。如果将不相关的随机模板使用于连续帧上，则信噪比随经平均化的经抖动图像数 目的平方根而增加。可根据应用和图像质量要求使用从2直到N的可变数目的模板。还有 可能利用彼此具有数学关系的经预计算的相关模板。所述模板可使用较小数目的在时间上 经平均化的帧来增加图像的信噪比。所述组模板的一个实例为使用若干对随机模板，其中 每一像素位置处的阈值是彼此的倒数。所述方法可容易应用于多种显示技术，例如用于直观式应用和投影应用两者中。 结果为对灰度级合成的高度有效的解决方案，其中在具有高图像信噪比的情况下大体上增 加有效强度级的数目。图5为说明显示图像的方法100的一实施例的流程图。所述方法包括接收数据； 基于所接收的数据而产生图像的第一版本和第二版本；以及通过连续地显示所述第一版本 和第二版本来显示图像。在步骤110中，接收表示图像的数据。所述数据具有与其相关联的某一量化。举 例来说，所述数据可具有24个位、每8个位用于单一像素的三种色彩。还可使用其它数据 格式。如下文所描述，如果必要，则将数据转换成可经进一步操纵的格式。在步骤120和步骤130中，基于步骤110中所接收的数据而产生图像的第一版本 和第二版本。可根据空间抖动模板而修改步骤110中所接收的用于每一像素的数据。分别 基于第一模板和第二模板而产生第一版本和第二版本，其中所述第一模板与所述第二模板 是不同的。在一些实施例中，所述第一模板和第二模板在算法上相关。在一些实施例中，针对像素的每一分量使用一单独模板。举例来说，可基于用于像 素的色彩分量中的每一者的模板而将一值加到那个分量的数据集。
在步骤140中，通过连续地显示图像的第一版本和第二版本来显示图像，以便在 时间上平均化所述第一版本和第二版本。在一些实施例中，所述图像为静态图像，且可重复 显示所述图像的第一版本和第二版本并持续所述图像待展示于显示器上的整段时间。可以 同一次序重复展示第一版本和第二版本，或可更改所述次序。在一些实施例中，产生并显示 图像的两个以上版本。在一些实施例中，随机地或伪随机地确定接下来将显示版本中的哪 一者。在一些实施例中，确定并重复显示版本中的全部或一些的序列，其中有时可改变所述 序列。在一些实施例中，图像为一系列图像的部分，例如，所述一系列图像协同地形成一 视频流。在此些实施例中，如果显示器的帧速率为每秒30帧，则可在约1/30秒内显示每 一帧图像。因此，在用于图像的1/30秒期间，每一图像的第一版本和第二版本可各自显示 1/30秒的约一半。在一些实施例中，帧速率是不同的，且在一些实施例中，在帧周期期间显 示两个以上版本。在一些实施例中，所有帧使用相同抖动模板来产生帧的图像的多个版本。或者，不 同模板可用于连续帧图像。举例来说，第一帧可使用抖动模板1和抖动模板2来产生帧的 图像的第一版本和第二版本，且下一帧可使用模板1和模板2中的任一者或两者，或可使用 额外模板3和额外模板4中的任一者或两者。在一些实施例中，通过仅显示每一图像的一个版本来显示若干系列的图像中的每 一者。为了创建每一图像的一个版本，可使用多个模板中的一者，以使得使用不同模板来创 建在时间上邻近的图像的版本。因为在时间上邻近的图像常常为类似的，所以使用不同模 板来创建图像中的每一者的经抖动版本将导致外观改进，这类似于上文所论述的在将每一 图像显示为多个经抖动版本的情况下的外观改进。尽管上文的详细描述已展示、描述且指出应用于各种实施例的新颖特征，但将理 解，所属领域的技术人员可在不偏离本发明的精神的情况下对所说明的装置或过程的形式 和细节作出各种省略、取代和改变。如将认识到，由于一些特征可与其它特征分开使用或实 践，所以本发明可在不提供本文中所陈述的所有特征和益处的形式内体现。
权利要求
一种在显示器上显示第一图像的方法，所述方法包含根据第一空间抖动模板而产生所述第一图像的第一版本；根据第二空间抖动模板而产生所述第一图像的第二版本，所述第二模板与所述第一模板不同；以及通过在所述显示器上连续地显示所述第一图像的所述第一版本和第二版本来显示所述第一图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述显示器具有原始强度分辨率且以高于所述显 示器的所述原始强度分辨率的有效强度分辨率来显示所述第一图像。
3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含根据一个或一个以上额外空间抖动模板而产生所述第一图像的一个或一个以上额外 版本；以及在所述显示器上连续地显示所述第一版本、第二版本和额外版本。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述显示器具有原始强度分辨率且以部分基于所 述第一图像的所显示版本的数目的有效强度分辨率来显示所述第一图像。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述额外模板中的至少一者等同于所述第一模板 和第二模板中的一者。
6.根据权利要求1所述的方法，其中由一系列数据集表示所述第一图像，每一数据集 表示所述第一图像的一像素，且产生所述第一图像的所述第一版本和第二版本包含分别 根据所述第一模板和第二模板来修改所述数据集中的一者或一者以上。
7.根据权利要求6所述的方法，其中产生所述第一图像的所述第一版本和第二版本进 一步包含给所述数据集中的一者或一者以上设定阈值。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一图像大体上为单色的。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一图像包含两个或两个以上色彩分量。
10.根据权利要求9所述的方法，其中针对所述色彩分量中的每一者而产生所述第一 图像的所述第一版本和第二版本。
11.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含根据第三模板而产生第二图像的第一版本；根据第四模板而产生所述第二图像的第二版本；以及在显示所述第一图像的所述第一版本和第二版本之后显示所述第二图像的所述第一 版本和第二版本。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一空间抖动模板和第二空间抖动模板中 的至少一者包含多个平铺瓦片式随机模板。
13.根据权利要求1所述的方法，其中产生所述第一空间抖动模板和第二空间抖动模 板以使彼此具有一数学关系。
14.根据权利要求13所述的方法，其中由于所述数学关系，所述第一空间抖动模板和 第二空间抖动模板经配置以减少图像噪声。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一空间抖动模板和第二空间抖动模板包 含用于每一像素的阈值，所述第一模板的所述像素中的每一者对应于所述第二模板的所述 像素中的一者，且其中所述第一模板中的至少一些像素的所述阈值是所述第二模板中的所述对应像素的所述阈值的倒数。
16.一种在具有原始强度分辨率的显示器上显示第一图像的方法，所述方法包含根据第一模板而产生所述第一图像的第一版本；根据第二模板而产生所述第一图像的第二版本，所述第二模板与所述第一模板不同；以及显示所述第一图像的所述第一版本和第二版本，以使得所述第一图像的有效分辨率高 于所述显示器的所述原始强度分辨率。
17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包含根据一个或一个以上额外模板而产生所述第一图像的一个或一个以上额外版本；以及显示所述额外版本以提供对所述有效分辨率的进一步改进。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述额外模板中的至少一者大体上与所述第一 模板和第二模板中的一者相同。
19.根据权利要求16所述的方法，其中由一系列数据集表示所述第一图像，每一数据 集表示所述第一图像的一像素，且其中产生所述第一图像的所述第一版本和第二版本包 含分别根据所述第一模板和第二模板来修改所述数据集中的一者或一者以上。
20.根据权利要求16所述的方法，其中产生所述第一图像的所述第一版本和第二版本 进一步包含给所述数据集中的一者或一者以上设定阈值。
21.根据权利要求16所述的方法，其中连续地显示所述第一版本和第二版本。
22.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一图像大体上为单色的。
23.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一图像包含两个或两个以上色彩分量。
24.根据权利要求23所述的方法，其中针对所述色彩分量中的每一者而产生所述第一 图像的所述第一版本和第二版本。
25.根据权利要求16所述的方法，其进一步包含根据所述第一模板而产生第二图像的第一版本；根据所述第二模板而产生所述第二图像的第二版本；以及在显示所述第一图像的所述第一版本和第二版本之后显示所述第二图像的所述第一 版本和第二版本。
26.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一模板和第二模板中的至少一者包含多 个平铺瓦片式随机模板。
27.一种模式噪声减轻方法，所述方法包含在时间上平均化使用不同空间抖动模板而 产生的在空间上抖动的图像。
28.根据权利要求27所述的方法，其中在时间上平均化所述图像包含在显示器上连 续地产生并显示图像的第一版本和第二版本。
29.根据权利要求28所述的方法，其中由一系列数据集表示所述图像，每一数据集表 示所述第一图像的一像素，且产生所述第一图像的所述第一版本和第二版本包含分别根 据所述第一模板和第二模板来修改所述数据集中的一者或一者以上。
30.根据权利要求29所述的方法，其中产生所述第一图像的所述第一版本和第二版本 进一步包含给所述数据集中的一者或一者以上设定阈值。
31.根据权利要求27所述的方法，其中所述显示器具有原始强度分辨率，且以高于所述显示器的所述原始强度分辨率的有效分辨率来显示图像。
32.根据权利要求27所述的方法，其中所述空间抖动模板中的至少一者包含多个平铺 瓦片式随机模板。
33.一种显示阵列驱动器和控制器电路，其经配置以在时间上平均化使用不同空间抖 动模板而产生的在空间上抖动的图像。
34.根据权利要求33所述的显示驱动器和控制器电路，其中所述驱动器和控制器电路 经配置以循序地输出使用不同空间抖动模板而产生的同一图像的不同版本。
35.根据权利要求34所述的显示驱动器和控制器电路，其中所述显示驱动器和控制器 电路经配置以根据第一空间抖动模板而产生所述第一图像的第一版本；以及根据第二空间抖动模板而产生所述第一图像的第二版本，所述第二模板与所述第一模 板不同。
36.根据权利要求35所述的显示驱动器和控制器电路，其中所述显示驱动器和控制器 电路经配置以根据一个或一个以上额外空间抖动模板而产生所述第一图像的一个或一个 以上额外版本。
全文摘要
本发明揭示具有用于像素中的每一者的经量化显示特性的显示器和用所述显示器来显示图像的方法。所述显示器和方法涉及在空间和时间两者上抖动的图像，以使得所述显示器的有效灰度级能力高于所述显示器的原始灰度级能力的结果，所述原始灰度级能力由像素大小、间距，和所述像素中的每一者的量化级数目来界定。
文档编号G09G3/34GK101946275SQ200980105036
公开日2011年1月12日 申请日期2009年2月5日 优先权日2008年2月13日
发明者珍妮弗·L·基尔, 艾伦·刘易斯, 路易斯·D·西尔弗施泰因 申请人:高通Mems科技公司
技术领域：
本发明的领域涉及具有用于像素中的每一者的经量化显示特性的显示器，且更特 定来说，涉及改进显示器的表观分辨率的显示方法。本发明大体上还涉及光学MEMS装置， 且具体来说涉及双稳态显示器。
背景技术：
电子显示器的功能为产生分级的强度变化或灰度级，不管所述电子显示器是单色 显示器还是彩色显示器或不管其是自发光型还是反射型。高质量再现复杂图形图像以及静 态和动态图画图像两者需要大量灰度级。另外，彩色再生和平滑着色(smooth shading)受 益于每一原色显示通道的相对高的强度分辨率。“真彩色”成像的实际标准为每原色8个位 或跨越三(RGB)原色通道而分配的总共24个位。然而，重要的是认识到，最终确定显示图 像质量的是这些位的所感知表示或有效分辨率(产生有效强度分辨率)而并非仅为其寻址 能力。双稳态显示技术提出对产生具有高质量灰度等级的显示器的独特挑战。这些挑战 由像素运算的双稳态性和二元性引起，此要求经由寻址技术来进行灰度级的合成。此外，归 因于基本运算约束和对灰度和色彩两者的高级合成的需要，高像素密度装置常常限于相对 低的时间帧速率。这些挑战和约束强调对空间灰度级合成的新颖和有效方法的需要。
发明内容
本发明的系统、方法和装置各自具有若干方面，其单一方面并非仅对其所要的属 性负责。在不限制本发明的范围的情况下，现将简要论述其更显著特征。在考虑此论述后， 且尤其在阅读标题为“具体实施方式
”的章节后，将理解本发明的特征如何提供优于其它显 示装置的优点。—个方面为一种在显示器上显示第一图像的方法。所述方法包括根据第一空间 抖动模板产生第一图像的第一版本；根据第二空间抖动模板产生第一图像的第二版本，所 述第二模板与所述第一模板不同；以及通过在显示器上连续地显示第一图像的第一版本和 第二版本来显示第一图像。另一方面为一种在具有原始分辨率的显示器上显示第一图像的方法，所述方法包 括根据第一模板产生第一图像的第一版本；根据第二模板产生第一图像的第二版本，所 述第二模板与所述第一模板不同；以及显示第一图像的第一版本和第二版本以使得第一图 像的有效分辨率高于显示器的原始分辨率。
图1为描绘双稳态显示器的一个实施例的一部分的等角视图，所述双稳态显示器 为干涉式调制器显示器，其中第一干涉式调制器的可移动反射层处于经松弛位置且第二干 涉式调制器的可移动反射层处于经激活位置。图2为图1的双稳态显示器的一个实施例的可移动镜射位置对所施加电压的图表。图3A和图3B为说明包含双稳态显示器的视觉显示装置的一个实施例的系统框 图。图4为一个实施例的框图。图5为一实施例的方法的流程图。
具体实施例方式以下详细描述是针对本发明的某些特定实施例。然而，本发明可以众多不同方式 来体现。在此描述中，参看诸图，图式中始终以相同标号表示相同部分。如将从以下描述显 而易见，可在经配置以显示图像(无论是运动图像(例如，视频)还是静止图像(例如，静 态图像)，且无论是文本图像还是图形图像)的任何装置中实施所述实施例。更特定来说， 预期所述实施例可实施于例如(但不限于)以下各者的多种电子装置中或与其相关联而实 施移动电话、无线装置、个人数据助理(PDA)、手持式或便携式计算机、GPS接收器/导航 器、相机、MP3播放器、录像机、游戏控制台、手表、钟表、计算器、电视监视器、平板显示器、计 算机监视器、自动显示器(例如，里程表显示器等)、驾驶舱控制器和/或显示器、相机视图 显示器(例如，车辆中的后视相机的显示器)、电子照片、电子广告牌或标记、投影仪、建筑 结构、封装和美学结构(例如，一件珠宝上的图像显示)。与本文中所描述的MEMS装置结构 类似的MEMS装置还可用于例如电子开关装置的非显示器应用中。更特定来说，本发明的实施例涉及具有用于像素中的每一者的经量化显示特性的 显示器，且涉及用所述显示器来显示图像的方法。所述显示器和方法涉及在空间上和时间 上抖动图像，以使得显示器的有效分辨率高于显示器的原始空间分辨率(受像素大小和间 距影响)和原始强度分辨率(受像素中的每一者的量化级数目影响)的结果。在图1中展示具有亮度的若干量化级的显示元件的实例，图1说明包含干涉式 MEMS显示元件的双稳态显示器的实施例。在这些装置中，像素处于明亮状态或黑暗状态。 在明亮(“经松弛”或“打开”)状态下，显示元件向用户反射大部分的入射可见光。当在黑 暗(“经激活”或“关闭”)状态时，所述显示元件向用户反射极少的入射可见光。视实施例 而定，可颠倒“接通”和“断开”状态的光反射性质。MEMS像素可经配置以主要在所选色彩 下反射，从而允许除黑色和白色外的彩色显示。图1为描绘视觉显示器的一系列像素中的两个邻近像素的等角视图，其中每一像 素包含一 MEMS干涉式调制器。在一个实施例中，反射层中的一者可在两个位置之间移动。 在第一位置(在本文中被称为经松弛位置)中，可移动反射层位于距固定的部分反射层相 对大的距离处。在第二位置(在本文中被称为经激活位置)中，可移动反射层经定位成更 紧密地邻近于所述部分反射层。从所述两个层反射的入射光视可移动反射层的位置而相长 地或相消地干涉，从而针对每一像素产生总体反射或非反射状态。
图1中的像素阵列的所描绘部分包括两个邻近像素12a与12b。在左边的像素12a 中，可移动反射层14a经说明为处于距光学堆叠16a—预定距离的经松弛位置中，所述光学 堆叠16a包括部分反射层。在右边的像素12b中，可移动反射层14b经说明为处于邻近于 光学堆叠16b的经激活位置中。在无所施加电压的情况下，间隙19保留于可移动反射层14a与光学堆叠16a之 间，如通过像素12a所说明，其中可移动反射层14a处于机械松弛状态。然而，当将电位 (电压)差施加到所选行和列时，在对应像素处的行和列电极的交叉处形成的电容器变得 带电，且静电力将电极拉在一起。如果电压足够高，则可移动反射层14变形且被迫抵靠光 学堆叠16。如通过图1中的右边的经激活像素12b所说明，光学堆叠16内的介电层(未在 此图中说明)可防止短路且控制层14与层16之间的间隔距离。不管所施加的电位差的极 性如何，行为均为类似的。因为像素12a和12b稳定处于所展示的状态中的任一者中，所以 所述像素被认为是双稳态的且相应地具有对应于两种稳定状态中的每一者的选择性光反 射性特性。因此，显示器具有对应于两种稳定状态的原始强度分辨率和对应于像素的间距 的原始空间分辨率。图2说明用于在双稳态显示器中使用干涉式调制器的阵列的一个过程。对于MEMS干涉式调制器来说，行/列激活协议可利用如图2中所说明的这些装置 的滞后性质。干涉式调制器可能需要(例如)10伏电位差来使可移动层从经松弛状态变形 到经激活状态。然而，当电压从那个值降低时，可移动层随着电压下降回到10伏以下而维 持其状态。在图2的实施例中，可移动层直到电压下降到2伏以下才完全松弛。因此，存在 一电压范围(在图2中所说明的实例中为约3V到7V)，在所述范围内存在所施加电压窗， 装置在所述窗内稳定处于经松弛或经激活状态。在本文中将此窗称为“滞后窗”或“稳定 窗”。对于具有图2的滞后特性的显示阵列来说，可设计行/列激活协议，以使得在行选通 期间，使所选通的行中待激活的像素暴露于约10伏的电压差，且使待松弛的像素暴露于接 近零伏的电压差。在选通后，使像素暴露于稳定状态或约5伏的偏压差，以使得其保持处于 行选通将其置于的任何状态中。在此实例中，在被写入后，每一像素经历3伏到7伏的“稳 定窗”内的电位差。此特征使图1中所说明的像素设计在相同所施加电压条件下稳定处于 经激活或经松弛的预先存在的状态。因为干涉式调制器的每一像素(不管处于经激活状态 还是经松弛状态)实质上为由固定和移动反射层形成的电容器，所以可在滞后窗内的电压 下保持此稳定状态而几乎无功率耗散。图3A和图3B为说明显示装置40的一实施例的系统框图，其中双稳态显示元件 (例如，图1的像素12a和12b)可与驱动电路一起使用，所述驱动电路经配置以在空间上和 时间上抖动图像，以使得显示器的有效分辨率高于显示器的原始空间分辨率和强度分辨率 的结果。显示装置40可为(例如)蜂窝式电话或移动电话。然而，显示装置40的相同组 件或其变化还说明各种类型的显示装置，例如电视和便携式媒体播放器。显示装置40包括外壳41、显示器30、天线43、扬声器44、输入装置48和麦克风 46。外壳41大体上由多种制造过程中的任一者形成，包括注射模制和真空成形。另外，外 壳41可由多种材料中的任一者制成，所述材料包括(但不限于)塑料、金属、玻璃、橡胶和 陶瓷，或其组合。在一个实施例中，外壳41包括可与具不同色彩或含有不同标志、图片或符 号的其它可移除部分互换的可移除部分(未图示)。
7
显示装置40的显示器30可为多种显示器中的任一者，包括如本文中所描述的双 稳态显示器。在一些实施例中，显示器30包括平板显示器，例如上文所描述的等离子体、 EL、OLED, STN IXD或TFT IXD ；或非平板显示器，例如CRT或其它管装置。然而，出于描述 某些方面的目的，显示器30包括干涉式调制器显示器。在图3B中示意地说明显示装置40的一个实施例的组件。所说明的显示装置40 包括外壳41且可包括至少部分被封闭于其中的额外组件。举例来说，在一个实施例中，显 示装置40包括网络接口 27，网络接口 27包括耦合到收发器47的天线43。收发器47连接 到处理器21，处理器21连接到调节硬件52。调节硬件52可经配置以调节信号(例如，对 信号进行滤波)。调节硬件52连接到扬声器45和麦克风46。处理器21还连接到输入装 置48和驱动器控制器29。驱动器控制器29耦合到帧缓冲器28且耦合到阵列驱动器22， 阵列驱动器22又耦合到显示阵列30。电源50将电力提供到如由特定显示装置40设计所 需的所有组件。网络接口 27包括天线43和收发器47，使得显示装置40可经由网络与一个或一 个以上装置通信。在一个实施例中，网络接口 27还可具有某些处理能力以减轻对处理器 21的要求。天线43为用于发射和接收信号的任何天线。在一个实施例中，所述天线根据 IEEE 802. 11标准(包括IEEE 802. 11(a)、(b)或(g))来发射和接收RF信号。在另一实 施例中，所述天线根据蓝牙(BLUETOOTH)标准来发射和接收RF信号。在蜂窝式电话的情况 下，天线经设计以接收CDMA、GSM、AMPS、W-CDMA或用以在无线手机网络中进行通信的其它 已知信号。收发器47预处理从天线43接收的信号，使得其可由处理器21接收并进一步操 纵。收发器47还处理从处理器21接收的信号，使得其可经由天线43从显示装置40发射。在替代实施例中，收发器47可被接收器取代。在另一替代实施例中，网络接口 27 可被图像源取代，图像源可存储或产生待发送到处理器21的图像数据。举例来说，图像源 可为含有图像数据的数字视频光盘(DVD)或硬盘驱动器，或产生图像数据的软件模块。处理器21通常控制显示装置40的总体操作。处理器21接收数据(例如来自网 络接口 27或图像源的经压缩图像数据)并将数据处理为原始图像数据或处理为容易处理 为原始图像数据的格式。处理器21接着将经处理的数据发送到驱动器控制器29或发送到 帧缓冲器28以供存储。原始数据通常涉及识别图像内每一位置处的图像特征的信息。举 例来说，此些图像特征可包括色彩、饱和度和灰度级。在一个实施例中，处理器21包括微控制器、CPU或逻辑单元以控制显示装置40的 操作。调节硬件52通常包括放大器和滤波器以用于将信号发射到扬声器45以及用于从麦 克风46接收信号。调节硬件52可为显示装置40内的离散组件或可并入在处理器21或其 它组件中。输入装置48允许用户控制显示装置40的操作。在一个实施例中，输入装置48包 括例如QWERTY键盘或电话小键盘的小键盘、按钮、开关、触敏屏幕，或压敏或热敏膜。在一 个实施例中，麦克风46为用于显示装置40的输入装置。当使用麦克风46向装置输入数据 时，可由用户提供用于控制显示装置40的操作的语音命令。在一些实施中，如上所述，控制可编程性驻留于可定位于电子显示系统中的若干 位置中的驱动器控制器中。在一些情况下，控制可编程性驻留于阵列驱动器22中。电源50可包括如此项技术中众所周知的多种能量存储装置。举例来说，在一个实
8施例中，电源50为例如镍镉电池或锂离子电池等可再充电电池。在另一实施例中，电源50 为可再生能源、电容器，或包括塑料太阳能电池和太阳能电池涂料的太阳能电池。在另一实 施例中，电源50经配置以从壁式插座接收电力。电源50还可具有经配置以供应用于在大 体上恒定的电压下驱动显示器的电流的电源调节器。在一些实施例中，所述恒定电压至少 部分基于参考电压，其中可将所述恒定电压固定于大于或小于参考电压的电压。驱动器控制器29采用直接来自处理器21或来自帧缓冲器28的由处理器21产生 的原始图像数据并适当地重新格式化原始图像数据以用于高速传输到阵列驱动器22。特定 来说，驱动器控制器29将原始图像数据重新格式化成具有光栅状格式的数据流，以使得其 具有适合于跨越显示阵列30扫描的时间次序。接着，驱动器控制器29将经格式化的信息 发送到阵列驱动器22。尽管驱动器控制器29 (例如，LCD控制器)常常与作为独立集成电 路(IC)的系统处理器21相关联，但可以许多方式来实施所述控制器。所述控制器可作为 硬件嵌入于处理器21中，作为软件嵌入于处理器21中，或以硬件与阵列驱动器22完全集 成在一起。通常，阵列驱动器22从驱动器控制器29接收经格式化的信息并将视频数据重新 格式化成一组平行波形，所述组平行波形每秒多次地被施加到来自显示器的χ-y像素矩阵 的数百且有时数千个引线。在一个实施例中，驱动器控制器29、阵列驱动器22和显示阵列30适合于本文中 所描述的类型的显示器中的任一者。举例来说，在一个实施例中，驱动器控制器29为常规 显示器控制器或双稳态显示器控制器(例如，干涉式调制器控制器)。在另一实施例中，阵 列驱动器22为常规驱动器或双稳态显示器驱动器(例如，干涉式调制器显示器)。在一个 实施例中，驱动器控制器29与阵列驱动器22集成。此实施例在例如蜂窝式电话、腕表和其 它小面积显示器等高度集成系统中是常见的。在又一实施例中，显示阵列30为典型显示阵 列或双稳态显示阵列(例如，包括干涉式调制器阵列的显示器)。在一些实施例中，显示阵 列30为另一显示器类型。驱动器控制器29和阵列驱动器22中的一者或两者可经配置以 在空间上和时间上抖动所显示图像，以使得显示器的有效分辨率高于显示器的原始空间分 辨率和强度分辨率的结果。所属领域的技术人员将认识到，可在任何数目的硬件和/或软件组件中且以各种 配置来实施上文所描述的架构。驱动器电路使用新颖和灵活的方法以用于在具有有限数目的原始强度等级的显 示器上合成大量强度等级或灰度级，同时降低由所述合成过程产生的图像噪声的可见度。 所述方法经由对使用空间抖动模板并改变阈值模板值的空间模式而产生的图像进行时间 平均化来组合多级随机空间抖动与噪声减轻。结果为对灰度级合成的解决方案，其中可在 具有对可见空间模式噪声的最小化影响的情况下大体上增加有效强度级的数目。此些方法 可利用在显示空间分辨率与灰度级合成之间的折衷，同时最小化空间模式噪声或可损害显 示图像质量的其它假影的引入。空间抖动为一种以空间区域(或空间分辨率)交换强度(或灰度级)分辨率的方 法。所述方法由多种技术组成，所述技术增加具有有限数目的原始灰度级和/或色彩的装 置的“所感知”灰度级和/或色彩的有效数目。这些方法利用人类视觉系统(HVS)的有限 空间分辨率以及HVS对比敏感度中的限制(尤其在高空间频率下)。空间抖动起源为一种用于双级打印技术中的灰度级合成的启用技术，且目前以一种形式或另一形式实施于大多 数打印装置和应用中。因为所述方法可向具有高空间分辨率和有限原始灰度能力的成像装 置提供优良的图像质量，所以所述方法已用于单色和彩色矩阵显示装置两者中。用于空间抖动的技术可分为两种主要类别点处理方法和邻域运算方法。点处理方法独立于导致显示器和视频应用的良好计算效率的图像和像素邻域。用 于空间抖动的最显著点处理技术中的一些为噪声编码、有序抖动和随机模式抖动。噪声编 码由以下各者组成将随机值加到多级像素输入值；接着进行阈值运算以确定最终像素输 出值。尽管在增加有效灰度级数目的过程中有效，但噪声编码产生具有“白噪声”特性的空 间模式并由于噪声信号中的低空间频率而导致可见颗粒性。有序抖动为一族技术，其中在预界定的X乘Y像素区域内的数目的固定模式确定 在阈值运算之前启动像素的次序或模式。有序抖动的两个最显著变型为丛集点抖动和分散 点抖动。其可提供良好结果，但倾向于产生与图像结构相互作用或冲击的可见的周期性空 间假影。随机模式抖动与有序抖动类似，但空间抖动模板的随机模式产生“蓝噪声”特性与 最小空间假影和合意外观。由错误扩散技术代表依赖于邻域运算的空间抖动方法。在此技术中，图像相依 像素灰度级错误分布或扩散于局部像素邻域上。错误扩散为有效的空间抖动方法，与随 机模式抖动相似，错误扩散导致具有“蓝噪声”特性和最小空间或结构假影的空间抖动模 式。错误扩散的缺点在于，所述方法为图像相依且计算密集的且还倾向于产生被称为“龟裂 (worming)假影”的特殊可见缺陷。归因于运算的计算密集性和图像相依性，错误扩散一般 不顺应实时显示运算。多级随机模式抖动为一种针对具有有限原始灰度能力的电子显示器进行灰度级 合成的略微有效的方法。所述技术使用具有某些随机特性的抖动模板来产生所显示图像的 经抖动版本。所述抖动模板的随机特性是由其中创建抖动模式的过程产生。用于产生具有 “蓝噪声”特性的随机抖动模式的两种方法为蓝噪声掩蔽方法与空隙和丛集方法。蓝噪声掩 蔽方法是基于频域法，而空隙和丛集方法依赖于空间域运算。抖动模板产生的空隙和丛集 方法依赖于空间域中的圆周卷积。此导致创建小随机模板的能力，所述小随机模板可经无 缝地平铺瓦片以填充所显示图像的图像空间。尽管多级随机模式抖动可使得改进具有有限原始灰度能力的显示器的图像质量， 但仍存在由空间抖动模式造成的残留表观颗粒性的问题。此残留颗粒性在最黑暗合成等级 阴影中且在显示器具有相对小的原始灰度级数目(例如，3个位或8个级)的情况下最可 见。为了克服此限制，可使用改进型多级随机抖动方法。所述方法经由对一系列经模 板抖动图像(其中经合成的灰度级是由不同随机抖动模板产生)进行时间平均化来减轻残 留模式噪声。通过利用人类视觉系统(HVS)的有限时间分辨率而实现时间平均化。连续快 速地显示图像的多个版本，以使得对观测者来说，所述图像的多个版本如同单一图像一样 显现。对于观测者来说，任何像素处的强度为所有所显示版本的平均强度。因此，观测者感 知到实际显示的灰度级之间的灰度级。举例来说，单色显示器可具有各自接通或断开的像素，其中每一像素的数据为一个位。可用两个不同模板来创建图像的两个版本。可连续快速地显示所述版本中的每一者， 以使得所述两个图像如同单一图像一样显现。在两个图像中均为断开的那些像素将向观测 者显现黑暗，而在两个图像中均为接通的那些像素将向观测者显现最大亮度。然而，在一个 版本中为接通且在另一版本中为断开的那些像素将以约一半的最大亮度显现。因此，观测 者感知到跨越图像的较平滑灰度级。可使用表示待对源图像的每一像素执行的数学运算的模板来产生图像的多个版 本。在视频的情况下，不同类型的模板对所显示图像的空间噪声且对一系列所显示图像的 时间噪声具有各种效应。因此，当确定供使用的模板时，可考虑对噪声的效应。某些实施例使用多级随机抖动模板，所述模板经由对若干系列的经抖动图像版本 进行时间平均化来减轻残留模式噪声。如图4中所说明，一个实施例的框图展示一种多级 空间抖动方法，其中用不同抖动模板产生一系列经抖动图像版本。因为所述抖动模板中的 每一者将导致不同噪声或颗粒模式，所以当这些版本在时间上经平均化时，结果将为模式 噪声的减少或信噪比的增加。如所展示，对于每一版本来说，根据标准化的抖动模板D[x' ,y']运算输入图像 IL[x, y]，从而创建图像的经抖动版本S[x，y]。在此实施例中，图像的经抖动版本S[x，y] 经量化以创建输出图像0L[x，y]。结果为输入图像IL[x，y]的一系列N个版本，其中用不 同模板产生每一版本。以N个版本的序列显示最终输出图像、连续快速地显示所述N个版 本以使得所述版本在时间上经平均化。在一些实施例中，可重复地显示所述版本序列。在 一些实施例中，可在重显示序列之间更改序列的次序。如果将不相关的随机模板使用于连续帧上，则信噪比随经平均化的经抖动图像数 目的平方根而增加。可根据应用和图像质量要求使用从2直到N的可变数目的模板。还有 可能利用彼此具有数学关系的经预计算的相关模板。所述模板可使用较小数目的在时间上 经平均化的帧来增加图像的信噪比。所述组模板的一个实例为使用若干对随机模板，其中 每一像素位置处的阈值是彼此的倒数。所述方法可容易应用于多种显示技术，例如用于直观式应用和投影应用两者中。 结果为对灰度级合成的高度有效的解决方案，其中在具有高图像信噪比的情况下大体上增 加有效强度级的数目。图5为说明显示图像的方法100的一实施例的流程图。所述方法包括接收数据； 基于所接收的数据而产生图像的第一版本和第二版本；以及通过连续地显示所述第一版本 和第二版本来显示图像。在步骤110中，接收表示图像的数据。所述数据具有与其相关联的某一量化。举 例来说，所述数据可具有24个位、每8个位用于单一像素的三种色彩。还可使用其它数据 格式。如下文所描述，如果必要，则将数据转换成可经进一步操纵的格式。在步骤120和步骤130中，基于步骤110中所接收的数据而产生图像的第一版本 和第二版本。可根据空间抖动模板而修改步骤110中所接收的用于每一像素的数据。分别 基于第一模板和第二模板而产生第一版本和第二版本，其中所述第一模板与所述第二模板 是不同的。在一些实施例中，所述第一模板和第二模板在算法上相关。在一些实施例中，针对像素的每一分量使用一单独模板。举例来说，可基于用于像 素的色彩分量中的每一者的模板而将一值加到那个分量的数据集。
在步骤140中，通过连续地显示图像的第一版本和第二版本来显示图像，以便在 时间上平均化所述第一版本和第二版本。在一些实施例中，所述图像为静态图像，且可重复 显示所述图像的第一版本和第二版本并持续所述图像待展示于显示器上的整段时间。可以 同一次序重复展示第一版本和第二版本，或可更改所述次序。在一些实施例中，产生并显示 图像的两个以上版本。在一些实施例中，随机地或伪随机地确定接下来将显示版本中的哪 一者。在一些实施例中，确定并重复显示版本中的全部或一些的序列，其中有时可改变所述 序列。在一些实施例中，图像为一系列图像的部分，例如，所述一系列图像协同地形成一 视频流。在此些实施例中，如果显示器的帧速率为每秒30帧，则可在约1/30秒内显示每 一帧图像。因此，在用于图像的1/30秒期间，每一图像的第一版本和第二版本可各自显示 1/30秒的约一半。在一些实施例中，帧速率是不同的，且在一些实施例中，在帧周期期间显 示两个以上版本。在一些实施例中，所有帧使用相同抖动模板来产生帧的图像的多个版本。或者，不 同模板可用于连续帧图像。举例来说，第一帧可使用抖动模板1和抖动模板2来产生帧的 图像的第一版本和第二版本，且下一帧可使用模板1和模板2中的任一者或两者，或可使用 额外模板3和额外模板4中的任一者或两者。在一些实施例中，通过仅显示每一图像的一个版本来显示若干系列的图像中的每 一者。为了创建每一图像的一个版本，可使用多个模板中的一者，以使得使用不同模板来创 建在时间上邻近的图像的版本。因为在时间上邻近的图像常常为类似的，所以使用不同模 板来创建图像中的每一者的经抖动版本将导致外观改进，这类似于上文所论述的在将每一 图像显示为多个经抖动版本的情况下的外观改进。尽管上文的详细描述已展示、描述且指出应用于各种实施例的新颖特征，但将理 解，所属领域的技术人员可在不偏离本发明的精神的情况下对所说明的装置或过程的形式 和细节作出各种省略、取代和改变。如将认识到，由于一些特征可与其它特征分开使用或实 践，所以本发明可在不提供本文中所陈述的所有特征和益处的形式内体现。
权利要求
一种在显示器上显示第一图像的方法，所述方法包含根据第一空间抖动模板而产生所述第一图像的第一版本；根据第二空间抖动模板而产生所述第一图像的第二版本，所述第二模板与所述第一模板不同；以及通过在所述显示器上连续地显示所述第一图像的所述第一版本和第二版本来显示所述第一图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述显示器具有原始强度分辨率且以高于所述显 示器的所述原始强度分辨率的有效强度分辨率来显示所述第一图像。
3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含根据一个或一个以上额外空间抖动模板而产生所述第一图像的一个或一个以上额外 版本；以及在所述显示器上连续地显示所述第一版本、第二版本和额外版本。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述显示器具有原始强度分辨率且以部分基于所 述第一图像的所显示版本的数目的有效强度分辨率来显示所述第一图像。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述额外模板中的至少一者等同于所述第一模板 和第二模板中的一者。
6.根据权利要求1所述的方法，其中由一系列数据集表示所述第一图像，每一数据集 表示所述第一图像的一像素，且产生所述第一图像的所述第一版本和第二版本包含分别 根据所述第一模板和第二模板来修改所述数据集中的一者或一者以上。
7.根据权利要求6所述的方法，其中产生所述第一图像的所述第一版本和第二版本进 一步包含给所述数据集中的一者或一者以上设定阈值。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一图像大体上为单色的。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一图像包含两个或两个以上色彩分量。
10.根据权利要求9所述的方法，其中针对所述色彩分量中的每一者而产生所述第一 图像的所述第一版本和第二版本。
11.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含根据第三模板而产生第二图像的第一版本；根据第四模板而产生所述第二图像的第二版本；以及在显示所述第一图像的所述第一版本和第二版本之后显示所述第二图像的所述第一 版本和第二版本。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一空间抖动模板和第二空间抖动模板中 的至少一者包含多个平铺瓦片式随机模板。
13.根据权利要求1所述的方法，其中产生所述第一空间抖动模板和第二空间抖动模 板以使彼此具有一数学关系。
14.根据权利要求13所述的方法，其中由于所述数学关系，所述第一空间抖动模板和 第二空间抖动模板经配置以减少图像噪声。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一空间抖动模板和第二空间抖动模板包 含用于每一像素的阈值，所述第一模板的所述像素中的每一者对应于所述第二模板的所述 像素中的一者，且其中所述第一模板中的至少一些像素的所述阈值是所述第二模板中的所述对应像素的所述阈值的倒数。
16.一种在具有原始强度分辨率的显示器上显示第一图像的方法，所述方法包含根据第一模板而产生所述第一图像的第一版本；根据第二模板而产生所述第一图像的第二版本，所述第二模板与所述第一模板不同；以及显示所述第一图像的所述第一版本和第二版本，以使得所述第一图像的有效分辨率高 于所述显示器的所述原始强度分辨率。
17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包含根据一个或一个以上额外模板而产生所述第一图像的一个或一个以上额外版本；以及显示所述额外版本以提供对所述有效分辨率的进一步改进。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述额外模板中的至少一者大体上与所述第一 模板和第二模板中的一者相同。
19.根据权利要求16所述的方法，其中由一系列数据集表示所述第一图像，每一数据 集表示所述第一图像的一像素，且其中产生所述第一图像的所述第一版本和第二版本包 含分别根据所述第一模板和第二模板来修改所述数据集中的一者或一者以上。
20.根据权利要求16所述的方法，其中产生所述第一图像的所述第一版本和第二版本 进一步包含给所述数据集中的一者或一者以上设定阈值。
21.根据权利要求16所述的方法，其中连续地显示所述第一版本和第二版本。
22.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一图像大体上为单色的。
23.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一图像包含两个或两个以上色彩分量。
24.根据权利要求23所述的方法，其中针对所述色彩分量中的每一者而产生所述第一 图像的所述第一版本和第二版本。
25.根据权利要求16所述的方法，其进一步包含根据所述第一模板而产生第二图像的第一版本；根据所述第二模板而产生所述第二图像的第二版本；以及在显示所述第一图像的所述第一版本和第二版本之后显示所述第二图像的所述第一 版本和第二版本。
26.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一模板和第二模板中的至少一者包含多 个平铺瓦片式随机模板。
27.一种模式噪声减轻方法，所述方法包含在时间上平均化使用不同空间抖动模板而 产生的在空间上抖动的图像。
28.根据权利要求27所述的方法，其中在时间上平均化所述图像包含在显示器上连 续地产生并显示图像的第一版本和第二版本。
29.根据权利要求28所述的方法，其中由一系列数据集表示所述图像，每一数据集表 示所述第一图像的一像素，且产生所述第一图像的所述第一版本和第二版本包含分别根 据所述第一模板和第二模板来修改所述数据集中的一者或一者以上。
30.根据权利要求29所述的方法，其中产生所述第一图像的所述第一版本和第二版本 进一步包含给所述数据集中的一者或一者以上设定阈值。
31.根据权利要求27所述的方法，其中所述显示器具有原始强度分辨率，且以高于所述显示器的所述原始强度分辨率的有效分辨率来显示图像。
32.根据权利要求27所述的方法，其中所述空间抖动模板中的至少一者包含多个平铺 瓦片式随机模板。
33.一种显示阵列驱动器和控制器电路，其经配置以在时间上平均化使用不同空间抖 动模板而产生的在空间上抖动的图像。
34.根据权利要求33所述的显示驱动器和控制器电路，其中所述驱动器和控制器电路 经配置以循序地输出使用不同空间抖动模板而产生的同一图像的不同版本。
35.根据权利要求34所述的显示驱动器和控制器电路，其中所述显示驱动器和控制器 电路经配置以根据第一空间抖动模板而产生所述第一图像的第一版本；以及根据第二空间抖动模板而产生所述第一图像的第二版本，所述第二模板与所述第一模 板不同。
36.根据权利要求35所述的显示驱动器和控制器电路，其中所述显示驱动器和控制器 电路经配置以根据一个或一个以上额外空间抖动模板而产生所述第一图像的一个或一个 以上额外版本。
全文摘要
本发明揭示具有用于像素中的每一者的经量化显示特性的显示器和用所述显示器来显示图像的方法。所述显示器和方法涉及在空间和时间两者上抖动的图像，以使得所述显示器的有效灰度级能力高于所述显示器的原始灰度级能力的结果，所述原始灰度级能力由像素大小、间距，和所述像素中的每一者的量化级数目来界定。
文档编号G09G3/34GK101946275SQ200980105036
公开日2011年1月12日 申请日期2009年2月5日 优先权日2008年2月13日
发明者珍妮弗·L·基尔, 艾伦·刘易斯, 路易斯·D·西尔弗施泰因 申请人:高通Mems科技公司
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