显示器的控制的制作方法
专利名称：显示器的控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及显示器的控制。
背景技术：
通常已知IXD显示器在斜(oblique)视角观看时具有略微劣化的性能。这会导 致当从这种斜视角观看显示器时，所感知的对比度减小或者颜色再现不准确。在许多情形 中，这种效应对于低至中等范围的亮度水平而言最为明显。IXD显示器的另一种弱点在于， 由于面板显示暗亮度值时的残余光泄漏，它们的对比度是有限的。该后一种缺点可以利用 背光技术的最近发展而部分地减轻。LED技术的出现提供了设计局部可寻址背光单元的前 景，利用这种可寻址背光单元，可以专门在需要光来恰当描绘视频内容的那些区域内产生 光。在场景的暗区，背光可以调暗，导致更高的对比度和更低的功耗。这在H. Seetzen等人 的“High Dynamic Range Display System”，ACM Trans. Graph. 23，3，pp. 760—768，2004 中 讨论。为了在具有可调光背光的显示器上准确地描绘视频内容，面板驱动值应针对背光调 制予以补偿。换言之，当背光强度减小因子d时，交叠像素的面板透射率应增加相应因子以 确保像素以期望的强度显示。然而，面板补偿并不完美。
发明内容
具有改进的显示器控制系统将是有利的。为了更好解决这一顾虑，在本发明的第 一方面给出了一种显示器控制系统，包括输入，用于借助背光和透射式面板来接收待显示图像；背光调制控制器，用于向该背光提供第一驱动信号，该第一驱动信号代表至少两 个不同颜色或亮度，用于致使该背光在该图像的至少两个时间顺序子场中向该透射式面板 的至少一部分顺序地应用该至少两个不同颜色或亮度；以及透射式面板控制器，用于向该透射式面板提供第二驱动信号，该第二驱动信号代 表至少两个透射率，用于致使该透射式面板在该图像的至少两个时间顺序子场中向该透射 式面板的该部分的至少一像素顺序地应用该至少两个透射率，其中该透射式面板控制器包 括用于基于该图像的内容且基于该第一驱动信号的颜色或亮度来选择透射率以显示该图 像的装置，其中选择该透射率中的剩余自由度用于选择具有减小的离轴伽玛失真的透射 率。面板的透射属性与背光产生的强度和颜色组合来确定在显示器上可见的内容。因 此，透射式面板的透射率和背光输出必须协调如果背光被调弱，则面板必须变得更透明从 而获得相同的有效亮度。如果背光输出具有特定颜色，则透射式面板相对于不同颜色的透 射率可被类似地调节以获得期望的显示器颜色和/或亮度。例如，某些透射率参数值与诸 如离轴伽玛失真的观看赝像的不期望质量相关联，而其它透射率参数与例如高图像质量或 者低离轴伽玛失真的期望质量相关联。离轴伽玛失真可以按若干种方式来量化，例如特定 灰度驱动值(例如曲线相差最多之处)的透射值差异(0度对45度)，或者若干透射差异的
4总和。例如与至少两个透射率与同一背光亮度组合使用的情形相比，在背光中使用至少两 个不同亮度用于至少两个顺序子场则允许选择面板透射率中更多的自由度。因此，使用至 少两个不同亮度用于图像再现的至少两个顺序子场允许透射式显示器更多地利用具有期 望质量的透射率。相反，透射式显示器需要较少地利用具有不期望质量的透射率。因此，总 图像质量得到改进。特别是就斜视角而言的图像质量可以得到改进。离轴伽玛失真可取决 于从正交观看方向观看显示器时的感知颜色或亮度与从斜观看方向观看显示器时的感知 颜色或亮度相比之间的差异。该差异可以通过本发明的实施例来减小。背光控制器可包括基于图像的内容且基于用于选择透射率的装置的预期选定透 射率来选择颜色或亮度的装置，其中选择该颜色或亮度中的自由度用于选择与具有减小的 离轴伽玛失真的预期选定透射率对应的颜色或亮度。按此方式，利用了具有更进一步减小 的离轴伽玛失真的透射率，这导致图像质量进一步提高。用于选择颜色或亮度的装置可布置成用于选择与预期选定透射率对应的颜色或 亮度至少其一，该预期选定透射率为该至少一个像素的最大透射率。在许多显示器中，特别 是在液晶显示器中，离轴伽玛失真在最大透射率附近较低。这种属性可用于通过选择背光 颜色或亮度使得可由透射式面板应用最大透射率来减小离轴伽玛失真。背光控制器可包括用于在至少两个时间顺序子场期间在第一驱动信号内将由背 光应用的至少两个亮度的相应组并入到该透射式面板的相应部分的装置，且其中背光控制 器进一步包括用于根据图像的局部图像内容来选择亮度组的装置。这允许将所提出的技术 也应用于具有局部可调光背光的显示器。这进一步减小了特别是在斜视角下由于与不同光 源组合使用的不同透射率参数值导致的背光光源图案的可见性。本发明的其他方面在独立权利要求中公开。从属权利要求限定有利实施例。
本发明的这些和其它方面将参考附图予以进一步阐明和描述，附图中图IA说明显示器的示图；图IB说明显示器控制系统的示图；图2为含有在不同视角的伽玛曲线的曲线图；图3说明对于子场中相同背光亮度值的情形，将输入面板驱动水平映射到输出面 板驱动水平的转换曲线；图4说明对于子场中不同背光亮度值的情形，将输入面板驱动水平映射到输出面 板驱动水平的转换曲线；图5示出在引入具有不同背光强度的时间顺序子场之前和之后，面板驱动值的柱 状图；图6示出柱镜3D显示器的截面视图的示图；图7示出倾斜(slanted)柱镜3D显示器的正视图的示图；图8示出另一倾斜柱镜3D显示器的正视图的示图；以及图9说明在用于显示图像的过程中的处理步骤。
具体实施例方式此处描述了一种基于自适应背光驱动来改进IXD面板的视角(VA)特性的方法。利 用从不同视角观看显示器时产生更一致图像的LCD面板值，可以在两个或更多个连续子场 内显示典型地具有视角缺陷倾向的低和中等灰度色调。取决于视频内容，可以在单独子帧 之上调制背光强度。此背光调制使得在可用于获得例如VA改进方面的更佳性能的可能面 板驱动值组合方面具有更多选择。该方法可以与局部背光调暗和局部背光增强技术组合。 这些技术已经用于具有高动态范围的IXD显示器。可以基于对输入视频内容的局部分析来 建立期望背光强度的合适值以及期望背光强度在子场之上的合适分布。局部内容自适应方 法可用于改进对比度和/或视角。这种方法优选地允许减小局部可调光显示器系统中背光 结构的离轴可见性。通常已知IXD显示器在斜视角下具有略微劣化的性能，这会导致对比度减小或者 颜色再现不准确。这会减小使用显示器时的愉悦性。通常在显示低灰度水平至中等灰度水 平时随视角的变动是最明显的。这在图2中说明，图2示出针对在水平平面内0°和45° 视角测量的灰度斜坡的VA型LCD面板的示例伽玛曲线。伽玛曲线描述任意单位中输入驱 动水平(I)和透射率(T)之间的关系。在此实例中，对于高于220的面板驱动值，轴上和离 轴面板透射率几乎相同。然而，对于较低驱动值，面板透射率在45°的水平角度显著更高并 且伽玛曲线几乎为线性的，导致图像的褪色外观。图2演示对于中等灰度水平出现最高绝 对误差，而对于相对低的灰度色调相对误差大。然而该曲线图仅仅是具体测试显示器的特 性的说明性实例。其它显示器可具有离轴伽玛失真大的其它伽玛曲线和其它灰度水平。IXD显示器在面板处于关闭状态时会表现残余光泄漏。这一缺点可以通过自适应 背光技术而部分地减轻。LED技术的出现提供了设计局部可寻址背光单元的前景，利用该 可寻址背光单元可以专门在需要光来恰当描绘视频内容的那些区域内产生光。在场景的暗 区，背光可以被调暗，这会导致更高的对比度和更低的功耗。为了准确地在具有可调光背光的显示器上描写视频内容，面板驱动值应针对背光 调制予以补偿。换言之，当背光强度减少因子d时，交叠像素的面板透射率应增大相同的因 子以确保以期望强度显示像素。然而，当面板补偿不完全时，背光调制会以场景位于屏幕前 方(front-of-screen)的外观形式变得可见。由于面板补偿通常是针对轴上性能来最优 化，当在斜角度看这些显示器时，背光调制会变得更为可见。这种背光调制的可见性会导致 在明亮对象周围出现光晕假像。如果背光能够产生不同颜色的光，该至少两个不同子场可具有不同颜色和/或亮 度。透射式面板的子像素可以依照所产生的背光颜色针对每个时间顺序子场而调节。在下 文中，针对背光亮度在子场之上变化的情形详细描述本发明。然而，应理解这仅仅是非限制 性实例。图IA说明显示器1的实施例。显示器1可以是诸如计算机监视器的独立显示器， 或者可以是诸如电视机，例如移动电话、个人数字助理(PDA)的移动观看器等装置的一部 分。所示部件仅仅是示范性的。可以采用使用不同电子部件或者具有不同架构的实施例。 另外，所示部件可具有比此处仅结合本发明所述更多的功能。例如，CPU 7可以是PDA的CPU 且同样负责操作PDA的功能并且负责控制显示器电子器件。显示器1包括背光2和位于背 光前方的透射式面板3。背光由背光控制器5控制且透射式显示器由透射式面板控制器6控制。背光控制器5和透射式面板控制器6为显示器控制系统11的一部分。背光控制器5 和透射式面板控制器6可以组合在一种提供二者的功能的模块内。显示器1进一步包括用 于经由连接器10获得图像或视频信号的输入9。视频信号包括待再现的一系列图像。该输 入可以经由连接器10接收任意类型的模拟或者数字信号。尽管未示出，输入9可布置成例 如经由WLAN或者DVB-T而不是经由连接器10来无线地接收信号。连接器10可以与DVI、 HDMI、同轴电缆、SD卡、USB中的任何一种或多种兼容，不过也不排除其它的协议。提供CPU 7以用于控制若干种部件，并且可以提供易失性和/或非易失性存储器8以用于本地存储内 容以供随后再现。部件5-9例如可经由通信总线4连接。背光2布置成用于针对图像再现的至少两个顺序子场顺序地应用至少两个不同 亮度值。透射式面板3布置成通过调节透射式面板至少一部分的透射率参数而与背光协 作，用以再现所获得的图像。控制器5、6以及所示其它部件可以用于实施这种布置，不过其 它架构同样是可能的。图IB更详细说明显示器控制系统11。相似的对象使用相同的参考数字表示。透射式面板控制器6包括用于选择至少两个透射率的至少一个透射率的装置13，该 选择基于对于该至少一个透射率的该透射式面板的预定数量的离轴伽玛失真。该装置例如可 以借助查找表来实施。装置13优选地选择由透射式面板3应用的透射率，使得尽可能地使用 具有较低离轴伽玛失真的透射率参数值。为此目的，在观看者20所感知的显示器3的任意像 素的总亮度对应于所再现图像的约束之下，这两个顺序子场被分配以不同的透射率。背光控制器5包括用于选择与用于显示图像的所选择透射率对应的至少两个颜 色或亮度的装置14，其中至少一个透射率基于针对至少一个透射率的透射式面板的预定数 量的离轴伽玛失真来选择。优选地，所应用的亮度至少之一允许透射式面板应用期望的透 射率参数值的预定组内的至少一个透射率参数值。背光控制器5因而考虑到透射式显示器 3可用于再现图像的具体部分的可能透射率参数值。背光控制器5调节背光亮度使得透射 式显示器3可以使用具有高期望性的透射率参数值(这些期望的透射率参数值例如可以是 面板所支持的透射率的接近最高和/或接近最低的范围)。查找表可用于高效地查找属于 预定图像特性(诸如像素值)的亮度值。透射率值的期望性可依赖于斜视角的关联伽玛失真。对于许多透射式面板，一些 透射率值的斜视角伽玛失真大于其它透射率的情形。离轴伽玛失真可以至少部分地由从正 交观看方向观看显示器时的感知颜色或亮度与从斜观看方向观看显示器时的感知颜色或 亮度相比之间的差异来确定。背光2可包括用于在至少两个时间顺序子场期间向透射式面板的相应部分局部 应用至少两个亮度值的相应组的装置。背光控制器5可包括用于在至少两个时间顺序子场 期间在第一驱动信号内将由背光应用的至少两个亮度的相应组并入到透射式面板的相应 部分的装置15。背光控制器5可进一步包括用于根据图像的局部图像内容来选择亮度组的 装置16。应用亮度的这些部分可对应于背光中可独立调光或可控的多个光源的相应光源。 背光控制器可布置成根据图像的局部图像内容来控制局部亮度值组。这帮助减小且优选地 避免在任何视角下背光光源图案的任何可见性。在特定视角下，特别地当在由不同地调光 的背光光源操作的相邻图像部分中出现相似颜色时，这些光源图案变得可见。可提供装置17以控制背光的不同颜色分量的分离的亮度。这特别地适用于不仅其总亮度可控而且其颜色也可控的背光。通过控制颜色，实际上可以控制不同颜色分量的 亮度。可控颜色分量可包括红色、绿色和蓝色，不过其它的颜色分量配置也是可能的。背光 可布置成用以针对每个颜色分量应用至少两个顺序的亮度值。一实施例包括至少一个将与图像内容有关的相应值映射到与亮度值有关的相应 值的查找表18。背光控制器包括用于应用查找表来查找与表示图像至少一部分中的图像内 容的值对应的与亮度值有关的值的装置19。在一实施例中，背光控制器5包括用于根据与图像至少一部分中的图像内容有关 的值的柱状图来选择至少两个亮度值的柱状图装置20。例如，柱状图装置20可布置成用于 选择与具有最大值的柱状图区间(bin)对应的亮度值。在一实施例中，背光控制器5包括用于基于图像的至少一部分中出现的最大亮度 和对应于第一亮度值的亮度之间的差异来选择第二亮度值的装置21。这允许两个子帧的总 亮度与在图像的该部分中出现的最大亮度对应。按此方式，背光的总亮度被最小化，这导致 能量节约和/或图像对比度提高。显示器可包括显示器控制系统11、背光2和透射式面板3。这种显示器可以是电 视机的一部分。这种显示器也可以嵌入到个人数字助理(PDA)或者移动电话内。在一实施例中，提供一种3D显示器，其包括显示器控制系统11、背光2、透射式面 板704以及用于空间交织对至少两个立体视图的不同立体视图有贡献的像素的装置604。 在这种3D显示器中，用于空间交织的装置可包括倾斜柱镜702。如图2所说明，在显示低至中等灰度色调时会出现最明显的视角失真。因此，若 干种视角改进技术涉及通过将输入像素拆分成两个或者更多个具有更极端面板驱动水平 (即，不产生太大视场失真的面板驱动水平)的贡献来绕过这些驱动水平。这种拆分可以在 空间域内通过将输入(子)像素分布在多个子像素上或者在时间域内通过在一系列时间子 场内产生期望的亮度和颜色来实现。这些技术可被调谐以用于最优地呈现诸如肤色的特定 颜色。然而它们并不是动态地适应输入视频内容的特性。最近，已经考虑动态背光调光的方法来改进显示器的动态范围和减小功耗。然而， 背光调光对使用的LCD面板驱动值有影响。因此，有可能调节背光调光以允许面板使用产 生较少视角失真的面板驱动水平。当将输入(子)像素分布在多个子像素上或者在时间域内通过在一系列时间子 场内产生期望的亮度和颜色时，子场上的平均发射光输出应等于原始视频的平均发射光输 出。当所有子场背光强度相等时，该条件可以表述为 其中Iot表示原始面板透射率(不分布在子场上)，Ti表示子场i的面板透射率， 并且Nf表示子场的数目。为简单起见，我们在此文档的其余部分假设Nf = 2，但是本发明 不限于这种情形。可以使用Nf≥2的任意数目的子场。图3B和3C说明针对第一子场(ODLl)和第二子场(0DL2)将输入驱动水平(I)映 射到输出驱动水平的转换曲线的实例。图3A示出特定显示器的解空间的实例，S卩，两个子 场输出水平(ODL)选择为使得两个子场的平均输出亮度基本上与对应于输入驱动水平(I) 的原始亮度相同的范围。应指出，在不存在背光调制时，两个场的容许转换曲线的边界是相同的。图3B和3C中的示范性转换曲线示出代表针对具有更极端(更靠近0和255)值的 时间子场，用驱动水平对替代输入像素的策略的输出驱动值。这些图基于下述情形，其中 使用图2中显示的面板特性，背光在两个子场中是完全开启的(B1 = B2 = 255)。转换曲线 (0DL1和0DL2)已被选择为使得它们共同地满足方程(1)的条件。由于背光强度恒定，两 个场的容许转换曲线的边界是相同的(如图3A所示)。场1和场2的实例转换曲线(0DL1 和0DL2)是利用图2所示面板特性借助离轴亮度误差的最小二乘法最小化来确定的。当背光强度在不同子场中不同时，转换曲线优选地调适为使得仍然满足子场上的 平均光输出等于输入的平均光输出的条件。这可以表达为B0rT0=^-YtBiTi,(2)其中表示原始背光强度且Bi表示第i子场的背光强度。从方程(2)直接得出， 子场中的背光驱动值与容许LCD驱动值之间存在紧密联系。通过恰当地将背光强度分布在 单独子场之上，有可能使用视角改进方面更加有效的面板驱动值的组合。这在图4中说明，图4演示这样的情形，其中背光强度在第一场(图4A)中提升 了 50% (B1 = 382)且在第二场(图4B)中调暗了 50% (B2 = 128)。第一和第二场的关联 解空间在图4A和4B中用虚线指示。第一场(ODLl)的面板转换曲线应位于图4A的虚线之 间，且第二场(0DL2)的面板转换曲线应位于图4B的虚线之间。应指出，由于背光强度的调 制，两个场的容许转换曲线的边界不相同。从这些图清楚得出，通过使用背光调制，在恒定 背光情况下无法实现的面板驱动值组合成为可能。因此，LCD面板在两个子场中可以以不 同的更加极端驱动水平驱动，得到视角特性的改进。图4A和4B进而分别示出了基于使用 图IA所示面板特性的离轴亮度误差的最小二乘法最小化的第一和第二子场的建议的转换 曲线。平均而言，通过使用经测试的显示器面板中的这些转换曲线来创建图2的曲线图，离 轴图像失真可以减小33%。在上面的实例中，视频内容的特性未被考虑在内。相反，两个子场的背光强度设置 为两个不同但固定的值。通过分析图像内容来建立用于子场的背光强度，可以进一步增加 有效性。这种分析可以基于柱状图信息或例如主要颜色信息。这允许背光颜色和/或亮度 适应于图像中出现的颜色和/或亮度。背光于是可以被驱动为使得LCD面板驱动值处于对 于所呈现图像是重要的那些颜色的所需范围内。更进一步，可以将局部图像内容考虑在内，特别是如果背光可被局部地控制以局 部地提供具有不同亮度和/或颜色的光。首先，可以应用2D调光算法以建立总的所需光输 出B 以及可选地关联的面板透射率Τ 。随后，可按照实现视角特性方面最大受益的方式 将背光强度分布在可用子场上。例如，这在依照局部柱状图中的峰或者依照主要颜色选择 一个或若干个背光强度时实现。另外，已知为特别重要的某些颜色(例如皮肤颜色)诸如 在柱状图计算中可以被给予比其它较不重要颜色更多的权重。图5说明使用局部图像内容特别是局部柱状图信息的方式。图5Α示出将被用作输 入的图像的草图。局部区域502被分析从而能够控制该区域内的背光。图5Β示出对于固 定背光，伽玛域内区域502中LCD面板的输入驱动值的柱状图。在此及其它柱状图中，F表 示图像的至少一部分中的驱动值(I)的频率。图5C示出线性亮度域内区域502中图像的 柱状图。为了确保产生足够的光以恰当地显示输入图像，总背光强度Β 可以由任一域(图5B或5C)中的最高像素值来确定。这取决于所采用的2D调光算法。这种情况下，其在亮 度域中总计达到150(图5C)。接着，此总的所需亮度可以分布在子场的两个或更多个合适 的背光驱动水平上。鉴于在线性亮度域内具有35附近的驱动水平的高数目的输入像素，选 择第一场的背光强度使得对于35附近的这些驱动水平图像质量(例如离轴伽玛失真)是 良好的，这会是有益的。例如，背光亮度设置在35这个水平，因为在该情况下，35附近的亮 度水平可以通过将LCD面板的透射率在第一子场中设置成约为最大值且在第二子场中设 置成约为零来实现，这些值对于离轴观看特性而言是有益的值。换言之，可以通过使面板在 一个场内(近似)完全打开且在另一个场内近似完全关闭来产生35附近的像素值。为了 确保产生足够的光，子场上的平均强度应至少为B 。优选地平均强度也并不比大太多。 这导致此特定实例的下述背光强度=B1 = 2 * 35 = 70，B1 = 2女(150-35) = 230。(因子 2源于这样的事实，由于两个子场的原因，每个驱动值的有效持续时间减半)。当背光被调暗时，面板补偿背光调制以确保像素以期望强度显示。图5D示出在将 信号拆分为两个子场之前在应用调光补偿之后即调光到单一背光值之后的LCD驱动水平， 其中背光的亮度对应于图像区域502内的最大像素值，在图5C中该最大像素值达150。由 于背光调暗，LCD驱动值增大且所考虑区域内的最高像素被映射到255的最大面板驱动水 平。图5E和5F分别示出在向输入驱动值应用恰当的转换曲线(与图4所示转换曲线相 当)之后子场1和2的IXD面板驱动值的柱状图。在两个时间子场上拆分之后，这些柱状 图说明在该时间拆分之后，驱动值高度集中在面板的视角特性好得多的范围的极端端部(D > 200 且 D < 5)。在一实施例中，提供一种3D显示器，其包括显示器控制系统11、背光2、透射式面 板704、以及用于空间交织对至少两个立体视图的不同立体视图有贡献的像素的装置604。 在这种3D显示器中，用于空间交织的装置可包括倾斜柱镜702。图6示出3D显示器的截面视图的图示。这种3D显示器通过将(从不同角度看到 的)同一场景的不同视图发送到不同方向来工作，使得观察的人用其左眼和右眼看到不同 视图。图6示出在顶部上具有柱镜(圆柱形)透镜604的IXD子像素602。这种柱镜可以 由2D显示器制成3D显示器取决于像素在凸透镜604下的位置，该透镜将其下方的像素或 子像素602的光聚焦在不同方向。图7示出3D显示器的正视图。该图示出柱镜702通常相对于底下的像素格栅布 置704以一角度(倾斜)安装。使用这种倾斜，有可能均等地使用水平和垂直分辨率来对 所得的3D分辨率起贡献。如图6所示，透镜下的位置(垂直于柱镜的圆柱轴)决定像素发 送它们的光的方向。例如，阴影的像素706将它们的光发送到同一方向。在图8中，作为一种通过将每个像素半部设置为选择使得伽玛曲线更优的不同强 度来提供视角改进的方法，像素被拆分为像素半部。在2D显示器上，眼睛对两个像素半部 的总强度积分，且可以获得在斜视角下的改进伽玛行为。然而，当应用(倾斜)柱镜时，两 个像素半部不将它们的光投射到相同的方向。如图8所说明，与底部像素半部804相比，来 自顶部像素半部802的光将被更多地聚焦向左边，因为该像素在透镜下更靠近右边。因此 观看者不会恰当地对两个强度积分。换言之，错误的强度被投射到观看者将不会观察到屏 幕的方向。因此，两个像素半部的两个强度的积分的空间应用不会与用于3D显示器的视图
10空间交织良好地组合。然而如果两个强度在两个时间顺序子帧中是按时间顺序方式示出， 则图7的配置可以维持。因此两个强度被3D显示器投射到完全相同的方向，使得观看者很 好地对强度积分。这允许3D显示器的图像质量(特别地对于斜视角)得到改进。此处公开的方法和技术通过允许背光强度在子场之间调制使得可以使用更加极 端的面板驱动值而显著提高了视角改进技术的效率。再者，可以采用局部柱状图分析来建 立子场的最优背光强度。后一种特性允许以所考虑区域内的像素可以实现视角改进方面最 大受益的方式来驱动背光。所描述的方法允许减小2D可调光系统中可源于视角缺陷的背 光结构的可见性。同样，其特别适合于具有局部可调光LED背光功能的高端LCD TV。LED 的快速切换时间利于创建具有不同强度的短子场。图9说明显示图像的方法的处理步骤。该过程在步骤904开始。在步骤901，接收 图像。将借助背光和透射式面板来显示图像。在步骤902，提供第一驱动信号。第一驱动 信号代表至少两个不同颜色或亮度，用于致使背光在图像的至少两个时间顺序子场内向透 射式面板的至少一部分顺序地应用该至少两个不同颜色或亮度。在步骤903，提供第二驱 动信号。第二驱动信号代表至少两个透射率，用于致使透射式面板在图像的至少两个时间 顺序子场中向透射式面板的该部分的至少一像素顺序地应用至少两个透射率，用以显示图 像。该过程终止于905。对于任何待显示图像，例如包括在视频信号内的一系列图像，可以 重复该过程。应当理解，此处公开的视角改进技术可以应用于所有类型的显示器系统，诸如 IXD-TV、计算机监视器、膝上型计算机、移动电话、PDA、3D显示器等。该显示器控制系统的若干种另外实施例例如为显示器控制系统，其中背光控制器包括用于为背光的分离的颜色分量提供分离的 亮度的装置，显示器控制系统，其中透射式面板控制器布置成用于控制包括具有多个子像素的 像素的透射式面板，所述多个子像素与不同颜色的透射滤波器关联，显示器控制系统，其包括将与图像内容有关的相应值映射到与颜色或亮度有关的 相应值的至少一个查找表，其中背光控制器包括用于应用查找表来查找与代表图像的至少 一部分中的图像内容的值对应的与亮度值有关的值的装置，显示器控制系统，其中背光控制器柱状图装置布置成用于选择与具有最大值的柱 状图区间对应的颜色或亮度，显示器控制系统，其中背光控制器包括用于基于在图像的至少一部分中出现的最 大亮度与对应于第一亮度值的亮度之间的差异来选择第二亮度的装置。应当意识到，本发明还扩展到适于将本发明付诸实施的计算机程序，特别是用于 显示器的控制软件以及载体上或内的计算机程序。程序可以是源代码、目标代码、诸如部分 编译形式的中间源代码和目标代码的形式，或者适合于用于实施根据本发明的方法的任何 其它形式。还将意识到，这种程序可具有许多不同架构设计。例如，实施根据本发明的方法 或系统的功能的程序代码可以再分为一个或多个子程序。将功能分布在这些子程序中的许 多不同方式对于技术人员是显见的。子程序可以一起存储在一个可执行文件中以形成独立 的程序。这种可执行文件可包括计算机可执行指令，例如处理器指令和/或解释器指令(例 如Java解释器指令)。备选地，一个或多个或全部的子程序可以存储在至少一个外部库文
11件内并静态地或动态地(例如在运行时间)与主程序链接。主程序含有对至少一个子程序 的至少一个调用。此外，子程序可包括对彼此的函数调用。与计算机程序产品有关的实施 例包括与所阐述的至少一种方法的每个处理步骤对应的计算机可执行指令。这些指令可以 再分为子程序和/或存储在可静态或动态链接的一个或多个文件内。与计算机程序产品有 关的另一实施例包括与所阐述的至少一种系统和/或产品的每个装置对应的计算机可执 行指令。这些指令可以再分为子程序和/或存储在可以静态或动态链接的一个或多个文件 内。计算机程序的载体可以是能够承载程序的任何实体或设备。例如，载体可包括诸 如ROM(例如CD ROM或者半导体ROM)的存储介质，或者例如软盘或硬盘的磁性记录介质。 此外载体可以是诸如电学或光学信号的可传输载体，其可经由电缆或者光缆或者通过无线 电或其它装置来传递。当程序以这种信号实施时，载体可以由这种电缆或者光缆或者其它 设备或装置构建。备选地，载体可以是程序嵌于其中的集成电路，该集成电路适于执行或者 用于执行相关方法。应注意，上述实施例说明而非限制本发明，并且本领域技术人员将能够设计许多 备选实施例而不背离所附权利要求的范围。在权利要求书中，任何置于括号之间的参考符 号不应解读为限制权利要求。使用动词"包括"及其变形并不排除存在权利要求中列出的 那些元件或步骤之外的元件或步骤。元件之前的冠词"一"或"一个"不排除存在多个这 样的元件。本发明可以借助包括若干不同元件的硬件来实施，以及借助合适编程的计算机 来实施。在列举若干装置的设备权利要求中，这些装置中的若干个可以通过一个并且相同 的硬件项来实现。在互不相同的从属权利要求中列举了某些措施的纯粹事实并不表示不能 有利地使用这些措施的组合。
权利要求
一种显示器控制系统(11)，包括输入(12)，用于借助背光(2)和透射式面板(3)来接收待显示图像；背光控制器(5)，用于向该背光提供第一驱动信号，该第一驱动信号代表至少两个不同颜色或亮度，用于致使该背光(2)在该图像的至少两个时间顺序子场中向该透射式面板(3)的至少一部分顺序地应用该至少两个不同颜色或亮度；以及透射式面板控制器(6)，用于向该透射式面板提供第二驱动信号，该第二驱动信号代表至少两个透射率，用于致使该透射式面板(3)在该图像的至少两个时间顺序子场中向该透射式面板的该部分的至少一像素顺序地应用该至少两个透射率，其中该透射式面板控制器(6)包括用于基于该图像的内容且基于该第一驱动信号的颜色或亮度来选择透射率以显示该图像的装置(13)，其中选择该透射率中的剩余自由度用于选择具有减小的离轴伽玛失真的透射率。
2.根据权利要求1的显示器，其中该离轴伽玛失真取决于从正交观看方向观看显示器 时的感知颜色或亮度与从斜观看方向观看显示器时的感知颜色或亮度相比之间的差异。
3.根据权利要求1的显示器控制系统，其中该背光控制器(5)包括基于图像的内容且 基于用于选择透射率的装置的预期选定透射率而选择颜色或亮度的装置(14)，其中选择该 颜色或亮度中的自由度用于选择与具有减小的离轴伽玛失真的预期选定透射率对应的颜 色或亮度。
4.根据权利要求3的显示器控制系统，其中装置(14)用于选择颜色或亮度的装置 (14)布置成用于选择与预期选定透射率对应的颜色或亮度至少其一，该预期选定透射率为 该至少一个像素的基本最大的透射率。
5.根据权利要求1的显示器控制系统，其中该背光控制器(5)包括用于在至少两个时 间顺序子场期间在第一驱动信号内将由背光应用的至少两个亮度的相应组并入到该透射 式面板的相应部分的装置(15)，并且其中该背光控制器(5)进一步包括用于根据图像的局 部图像内容来选择亮度组的装置(16)。
6.根据权利要求3的显示器控制系统，其中该背光控制器(5)包括用于根据与图像至 少一部分中的图像内容有关的值的柱状图来选择至少两个颜色或亮度的柱状图装置(20)。
7.—种显示器(1)，包括根据权利要求1的显示器控制系统(11)、透射式面板(3)以及 用于照射该透射式面板的背光(2)。
8.—种电视机，包括根据权利要求1的显示器控制系统(11)、透射式面板(3)以及用 于照射该透射式面板的背光(2)。
9.一种移动观看器，包括根据权利要求1的显示器控制系统(11)、透射式面板(3)以 及用于照射该透射式面板的背光(2)。
10.一种3D显示器，包括根据权利要求1的显示器控制系统(11)、背光(2)、透射式 面板(704)以及用于空间交织对至少两个立体视图的不同立体视图有贡献的像素的装置 (604)。
11.根据权利要求10的3D显示器，其中用于空间交织的装置包括倾斜柱镜(702)。
12.—种控制显示器的方法，包括借助背光(2)和透射式面板(3)来接收(901)待显示图像；向该背光提供(902)第一驱动信号，该第一驱动信号代表至少两个不同颜色或亮度，用于致使该背光(2)在该图像的至少两个时间顺序子场中向该透射式面板(3)的至少一部 分顺序地应用该至少两个不同颜色或亮度；以及向该透射式面板提供(903)第二驱动信号，该第二驱动信号代表至少两个透射率，用 于致使该透射式面板(3)在该图像的至少两个时间顺序子场中向该透射式面板的该部分 的至少一像素顺序地应用该至少两个透射率，其中提供(903)该第二驱动信号的步骤包括 基于该图像的内容且基于该第一驱动信号的颜色或亮度来选择透射率以显示该图像的步 骤，其中选择该透射率中的剩余自由度用于选择具有减小的离轴伽玛失真的透射率。
13.根据权利要求12的方法，其中该离轴伽玛失真包括从正交观看方向观看显示器时 的感知颜色或亮度与从斜观看方向观看显示器时的感知颜色或亮度相比之间的差异。
14.根据权利要求12的方法，其中提供(902)该第一驱动信号的步骤包括基于图像的 内容且基于选择透射率的所述步骤的预期选定透射率而选择颜色或亮度，其中选择该颜色 或亮度中的自由度用于选择与具有减小的离轴伽玛失真的预期选定透射率对应的颜色或 亮度。
15.一种计算机程序产品，包括用于致使处理器执行根据权利要求12的方法的指令。
全文摘要
一种显示器控制系统(11)，包括用于借助背光(2)和透射式面板(3)来接收待显示图像的输入(12)。背光控制器(5)提供不同颜色或亮度，用于致使背光(2)在图像的时间顺序子场中向透射式面板(3)顺序地应用不同颜色或亮度。透射式面板控制器(6)提供透射率，用于致使透射式面板(3)在图像的时间顺序子场中向透射式面板顺序地应用透射率，用以显示图像。透射式面板控制器(6)基于透射式面板的预定数量的离轴伽玛失真来选择透射率。
文档编号G09G3/34GK101933080SQ200980103768
公开日2010年12月29日 申请日期2009年1月22日 优先权日2008年1月30日
发明者B·G·B·巴伦布鲁格, J·F·斯特罗默, R·T·J·穆伊斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司
技术领域：
本发明涉及显示器的控制。
背景技术：
通常已知IXD显示器在斜(oblique)视角观看时具有略微劣化的性能。这会导 致当从这种斜视角观看显示器时，所感知的对比度减小或者颜色再现不准确。在许多情形 中，这种效应对于低至中等范围的亮度水平而言最为明显。IXD显示器的另一种弱点在于， 由于面板显示暗亮度值时的残余光泄漏，它们的对比度是有限的。该后一种缺点可以利用 背光技术的最近发展而部分地减轻。LED技术的出现提供了设计局部可寻址背光单元的前 景，利用这种可寻址背光单元，可以专门在需要光来恰当描绘视频内容的那些区域内产生 光。在场景的暗区，背光可以调暗，导致更高的对比度和更低的功耗。这在H. Seetzen等人 的“High Dynamic Range Display System”，ACM Trans. Graph. 23，3，pp. 760—768，2004 中 讨论。为了在具有可调光背光的显示器上准确地描绘视频内容，面板驱动值应针对背光调 制予以补偿。换言之，当背光强度减小因子d时，交叠像素的面板透射率应增加相应因子以 确保像素以期望的强度显示。然而，面板补偿并不完美。
发明内容
具有改进的显示器控制系统将是有利的。为了更好解决这一顾虑，在本发明的第 一方面给出了一种显示器控制系统，包括输入，用于借助背光和透射式面板来接收待显示图像；背光调制控制器，用于向该背光提供第一驱动信号，该第一驱动信号代表至少两 个不同颜色或亮度，用于致使该背光在该图像的至少两个时间顺序子场中向该透射式面板 的至少一部分顺序地应用该至少两个不同颜色或亮度；以及透射式面板控制器，用于向该透射式面板提供第二驱动信号，该第二驱动信号代 表至少两个透射率，用于致使该透射式面板在该图像的至少两个时间顺序子场中向该透射 式面板的该部分的至少一像素顺序地应用该至少两个透射率，其中该透射式面板控制器包 括用于基于该图像的内容且基于该第一驱动信号的颜色或亮度来选择透射率以显示该图 像的装置，其中选择该透射率中的剩余自由度用于选择具有减小的离轴伽玛失真的透射 率。面板的透射属性与背光产生的强度和颜色组合来确定在显示器上可见的内容。因 此，透射式面板的透射率和背光输出必须协调如果背光被调弱，则面板必须变得更透明从 而获得相同的有效亮度。如果背光输出具有特定颜色，则透射式面板相对于不同颜色的透 射率可被类似地调节以获得期望的显示器颜色和/或亮度。例如，某些透射率参数值与诸 如离轴伽玛失真的观看赝像的不期望质量相关联，而其它透射率参数与例如高图像质量或 者低离轴伽玛失真的期望质量相关联。离轴伽玛失真可以按若干种方式来量化，例如特定 灰度驱动值(例如曲线相差最多之处)的透射值差异(0度对45度)，或者若干透射差异的
4总和。例如与至少两个透射率与同一背光亮度组合使用的情形相比，在背光中使用至少两 个不同亮度用于至少两个顺序子场则允许选择面板透射率中更多的自由度。因此，使用至 少两个不同亮度用于图像再现的至少两个顺序子场允许透射式显示器更多地利用具有期 望质量的透射率。相反，透射式显示器需要较少地利用具有不期望质量的透射率。因此，总 图像质量得到改进。特别是就斜视角而言的图像质量可以得到改进。离轴伽玛失真可取决 于从正交观看方向观看显示器时的感知颜色或亮度与从斜观看方向观看显示器时的感知 颜色或亮度相比之间的差异。该差异可以通过本发明的实施例来减小。背光控制器可包括基于图像的内容且基于用于选择透射率的装置的预期选定透 射率来选择颜色或亮度的装置，其中选择该颜色或亮度中的自由度用于选择与具有减小的 离轴伽玛失真的预期选定透射率对应的颜色或亮度。按此方式，利用了具有更进一步减小 的离轴伽玛失真的透射率，这导致图像质量进一步提高。用于选择颜色或亮度的装置可布置成用于选择与预期选定透射率对应的颜色或 亮度至少其一，该预期选定透射率为该至少一个像素的最大透射率。在许多显示器中，特别 是在液晶显示器中，离轴伽玛失真在最大透射率附近较低。这种属性可用于通过选择背光 颜色或亮度使得可由透射式面板应用最大透射率来减小离轴伽玛失真。背光控制器可包括用于在至少两个时间顺序子场期间在第一驱动信号内将由背 光应用的至少两个亮度的相应组并入到该透射式面板的相应部分的装置，且其中背光控制 器进一步包括用于根据图像的局部图像内容来选择亮度组的装置。这允许将所提出的技术 也应用于具有局部可调光背光的显示器。这进一步减小了特别是在斜视角下由于与不同光 源组合使用的不同透射率参数值导致的背光光源图案的可见性。本发明的其他方面在独立权利要求中公开。从属权利要求限定有利实施例。
本发明的这些和其它方面将参考附图予以进一步阐明和描述，附图中图IA说明显示器的示图；图IB说明显示器控制系统的示图；图2为含有在不同视角的伽玛曲线的曲线图；图3说明对于子场中相同背光亮度值的情形，将输入面板驱动水平映射到输出面 板驱动水平的转换曲线；图4说明对于子场中不同背光亮度值的情形，将输入面板驱动水平映射到输出面 板驱动水平的转换曲线；图5示出在引入具有不同背光强度的时间顺序子场之前和之后，面板驱动值的柱 状图；图6示出柱镜3D显示器的截面视图的示图；图7示出倾斜(slanted)柱镜3D显示器的正视图的示图；图8示出另一倾斜柱镜3D显示器的正视图的示图；以及图9说明在用于显示图像的过程中的处理步骤。
具体实施例方式此处描述了一种基于自适应背光驱动来改进IXD面板的视角(VA)特性的方法。利 用从不同视角观看显示器时产生更一致图像的LCD面板值，可以在两个或更多个连续子场 内显示典型地具有视角缺陷倾向的低和中等灰度色调。取决于视频内容，可以在单独子帧 之上调制背光强度。此背光调制使得在可用于获得例如VA改进方面的更佳性能的可能面 板驱动值组合方面具有更多选择。该方法可以与局部背光调暗和局部背光增强技术组合。 这些技术已经用于具有高动态范围的IXD显示器。可以基于对输入视频内容的局部分析来 建立期望背光强度的合适值以及期望背光强度在子场之上的合适分布。局部内容自适应方 法可用于改进对比度和/或视角。这种方法优选地允许减小局部可调光显示器系统中背光 结构的离轴可见性。通常已知IXD显示器在斜视角下具有略微劣化的性能，这会导致对比度减小或者 颜色再现不准确。这会减小使用显示器时的愉悦性。通常在显示低灰度水平至中等灰度水 平时随视角的变动是最明显的。这在图2中说明，图2示出针对在水平平面内0°和45° 视角测量的灰度斜坡的VA型LCD面板的示例伽玛曲线。伽玛曲线描述任意单位中输入驱 动水平(I)和透射率(T)之间的关系。在此实例中，对于高于220的面板驱动值，轴上和离 轴面板透射率几乎相同。然而，对于较低驱动值，面板透射率在45°的水平角度显著更高并 且伽玛曲线几乎为线性的，导致图像的褪色外观。图2演示对于中等灰度水平出现最高绝 对误差，而对于相对低的灰度色调相对误差大。然而该曲线图仅仅是具体测试显示器的特 性的说明性实例。其它显示器可具有离轴伽玛失真大的其它伽玛曲线和其它灰度水平。IXD显示器在面板处于关闭状态时会表现残余光泄漏。这一缺点可以通过自适应 背光技术而部分地减轻。LED技术的出现提供了设计局部可寻址背光单元的前景，利用该 可寻址背光单元可以专门在需要光来恰当描绘视频内容的那些区域内产生光。在场景的暗 区，背光可以被调暗，这会导致更高的对比度和更低的功耗。为了准确地在具有可调光背光的显示器上描写视频内容，面板驱动值应针对背光 调制予以补偿。换言之，当背光强度减少因子d时，交叠像素的面板透射率应增大相同的因 子以确保以期望强度显示像素。然而，当面板补偿不完全时，背光调制会以场景位于屏幕前 方(front-of-screen)的外观形式变得可见。由于面板补偿通常是针对轴上性能来最优 化，当在斜角度看这些显示器时，背光调制会变得更为可见。这种背光调制的可见性会导致 在明亮对象周围出现光晕假像。如果背光能够产生不同颜色的光，该至少两个不同子场可具有不同颜色和/或亮 度。透射式面板的子像素可以依照所产生的背光颜色针对每个时间顺序子场而调节。在下 文中，针对背光亮度在子场之上变化的情形详细描述本发明。然而，应理解这仅仅是非限制 性实例。图IA说明显示器1的实施例。显示器1可以是诸如计算机监视器的独立显示器， 或者可以是诸如电视机，例如移动电话、个人数字助理(PDA)的移动观看器等装置的一部 分。所示部件仅仅是示范性的。可以采用使用不同电子部件或者具有不同架构的实施例。 另外，所示部件可具有比此处仅结合本发明所述更多的功能。例如，CPU 7可以是PDA的CPU 且同样负责操作PDA的功能并且负责控制显示器电子器件。显示器1包括背光2和位于背 光前方的透射式面板3。背光由背光控制器5控制且透射式显示器由透射式面板控制器6控制。背光控制器5和透射式面板控制器6为显示器控制系统11的一部分。背光控制器5 和透射式面板控制器6可以组合在一种提供二者的功能的模块内。显示器1进一步包括用 于经由连接器10获得图像或视频信号的输入9。视频信号包括待再现的一系列图像。该输 入可以经由连接器10接收任意类型的模拟或者数字信号。尽管未示出，输入9可布置成例 如经由WLAN或者DVB-T而不是经由连接器10来无线地接收信号。连接器10可以与DVI、 HDMI、同轴电缆、SD卡、USB中的任何一种或多种兼容，不过也不排除其它的协议。提供CPU 7以用于控制若干种部件，并且可以提供易失性和/或非易失性存储器8以用于本地存储内 容以供随后再现。部件5-9例如可经由通信总线4连接。背光2布置成用于针对图像再现的至少两个顺序子场顺序地应用至少两个不同 亮度值。透射式面板3布置成通过调节透射式面板至少一部分的透射率参数而与背光协 作，用以再现所获得的图像。控制器5、6以及所示其它部件可以用于实施这种布置，不过其 它架构同样是可能的。图IB更详细说明显示器控制系统11。相似的对象使用相同的参考数字表示。透射式面板控制器6包括用于选择至少两个透射率的至少一个透射率的装置13，该 选择基于对于该至少一个透射率的该透射式面板的预定数量的离轴伽玛失真。该装置例如可 以借助查找表来实施。装置13优选地选择由透射式面板3应用的透射率，使得尽可能地使用 具有较低离轴伽玛失真的透射率参数值。为此目的，在观看者20所感知的显示器3的任意像 素的总亮度对应于所再现图像的约束之下，这两个顺序子场被分配以不同的透射率。背光控制器5包括用于选择与用于显示图像的所选择透射率对应的至少两个颜 色或亮度的装置14，其中至少一个透射率基于针对至少一个透射率的透射式面板的预定数 量的离轴伽玛失真来选择。优选地，所应用的亮度至少之一允许透射式面板应用期望的透 射率参数值的预定组内的至少一个透射率参数值。背光控制器5因而考虑到透射式显示器 3可用于再现图像的具体部分的可能透射率参数值。背光控制器5调节背光亮度使得透射 式显示器3可以使用具有高期望性的透射率参数值(这些期望的透射率参数值例如可以是 面板所支持的透射率的接近最高和/或接近最低的范围)。查找表可用于高效地查找属于 预定图像特性(诸如像素值)的亮度值。透射率值的期望性可依赖于斜视角的关联伽玛失真。对于许多透射式面板，一些 透射率值的斜视角伽玛失真大于其它透射率的情形。离轴伽玛失真可以至少部分地由从正 交观看方向观看显示器时的感知颜色或亮度与从斜观看方向观看显示器时的感知颜色或 亮度相比之间的差异来确定。背光2可包括用于在至少两个时间顺序子场期间向透射式面板的相应部分局部 应用至少两个亮度值的相应组的装置。背光控制器5可包括用于在至少两个时间顺序子场 期间在第一驱动信号内将由背光应用的至少两个亮度的相应组并入到透射式面板的相应 部分的装置15。背光控制器5可进一步包括用于根据图像的局部图像内容来选择亮度组的 装置16。应用亮度的这些部分可对应于背光中可独立调光或可控的多个光源的相应光源。 背光控制器可布置成根据图像的局部图像内容来控制局部亮度值组。这帮助减小且优选地 避免在任何视角下背光光源图案的任何可见性。在特定视角下，特别地当在由不同地调光 的背光光源操作的相邻图像部分中出现相似颜色时，这些光源图案变得可见。可提供装置17以控制背光的不同颜色分量的分离的亮度。这特别地适用于不仅其总亮度可控而且其颜色也可控的背光。通过控制颜色，实际上可以控制不同颜色分量的 亮度。可控颜色分量可包括红色、绿色和蓝色，不过其它的颜色分量配置也是可能的。背光 可布置成用以针对每个颜色分量应用至少两个顺序的亮度值。一实施例包括至少一个将与图像内容有关的相应值映射到与亮度值有关的相应 值的查找表18。背光控制器包括用于应用查找表来查找与表示图像至少一部分中的图像内 容的值对应的与亮度值有关的值的装置19。在一实施例中，背光控制器5包括用于根据与图像至少一部分中的图像内容有关 的值的柱状图来选择至少两个亮度值的柱状图装置20。例如，柱状图装置20可布置成用于 选择与具有最大值的柱状图区间(bin)对应的亮度值。在一实施例中，背光控制器5包括用于基于图像的至少一部分中出现的最大亮度 和对应于第一亮度值的亮度之间的差异来选择第二亮度值的装置21。这允许两个子帧的总 亮度与在图像的该部分中出现的最大亮度对应。按此方式，背光的总亮度被最小化，这导致 能量节约和/或图像对比度提高。显示器可包括显示器控制系统11、背光2和透射式面板3。这种显示器可以是电 视机的一部分。这种显示器也可以嵌入到个人数字助理(PDA)或者移动电话内。在一实施例中，提供一种3D显示器，其包括显示器控制系统11、背光2、透射式面 板704以及用于空间交织对至少两个立体视图的不同立体视图有贡献的像素的装置604。 在这种3D显示器中，用于空间交织的装置可包括倾斜柱镜702。如图2所说明，在显示低至中等灰度色调时会出现最明显的视角失真。因此，若 干种视角改进技术涉及通过将输入像素拆分成两个或者更多个具有更极端面板驱动水平 (即，不产生太大视场失真的面板驱动水平)的贡献来绕过这些驱动水平。这种拆分可以在 空间域内通过将输入(子)像素分布在多个子像素上或者在时间域内通过在一系列时间子 场内产生期望的亮度和颜色来实现。这些技术可被调谐以用于最优地呈现诸如肤色的特定 颜色。然而它们并不是动态地适应输入视频内容的特性。最近，已经考虑动态背光调光的方法来改进显示器的动态范围和减小功耗。然而， 背光调光对使用的LCD面板驱动值有影响。因此，有可能调节背光调光以允许面板使用产 生较少视角失真的面板驱动水平。当将输入(子)像素分布在多个子像素上或者在时间域内通过在一系列时间子 场内产生期望的亮度和颜色时，子场上的平均发射光输出应等于原始视频的平均发射光输 出。当所有子场背光强度相等时，该条件可以表述为 其中Iot表示原始面板透射率(不分布在子场上)，Ti表示子场i的面板透射率， 并且Nf表示子场的数目。为简单起见，我们在此文档的其余部分假设Nf = 2，但是本发明 不限于这种情形。可以使用Nf≥2的任意数目的子场。图3B和3C说明针对第一子场(ODLl)和第二子场(0DL2)将输入驱动水平(I)映 射到输出驱动水平的转换曲线的实例。图3A示出特定显示器的解空间的实例，S卩，两个子 场输出水平(ODL)选择为使得两个子场的平均输出亮度基本上与对应于输入驱动水平(I) 的原始亮度相同的范围。应指出，在不存在背光调制时，两个场的容许转换曲线的边界是相同的。图3B和3C中的示范性转换曲线示出代表针对具有更极端(更靠近0和255)值的 时间子场，用驱动水平对替代输入像素的策略的输出驱动值。这些图基于下述情形，其中 使用图2中显示的面板特性，背光在两个子场中是完全开启的(B1 = B2 = 255)。转换曲线 (0DL1和0DL2)已被选择为使得它们共同地满足方程(1)的条件。由于背光强度恒定，两 个场的容许转换曲线的边界是相同的(如图3A所示)。场1和场2的实例转换曲线(0DL1 和0DL2)是利用图2所示面板特性借助离轴亮度误差的最小二乘法最小化来确定的。当背光强度在不同子场中不同时，转换曲线优选地调适为使得仍然满足子场上的 平均光输出等于输入的平均光输出的条件。这可以表达为B0rT0=^-YtBiTi,(2)其中表示原始背光强度且Bi表示第i子场的背光强度。从方程(2)直接得出， 子场中的背光驱动值与容许LCD驱动值之间存在紧密联系。通过恰当地将背光强度分布在 单独子场之上，有可能使用视角改进方面更加有效的面板驱动值的组合。这在图4中说明，图4演示这样的情形，其中背光强度在第一场(图4A)中提升 了 50% (B1 = 382)且在第二场(图4B)中调暗了 50% (B2 = 128)。第一和第二场的关联 解空间在图4A和4B中用虚线指示。第一场(ODLl)的面板转换曲线应位于图4A的虚线之 间，且第二场(0DL2)的面板转换曲线应位于图4B的虚线之间。应指出，由于背光强度的调 制，两个场的容许转换曲线的边界不相同。从这些图清楚得出，通过使用背光调制，在恒定 背光情况下无法实现的面板驱动值组合成为可能。因此，LCD面板在两个子场中可以以不 同的更加极端驱动水平驱动，得到视角特性的改进。图4A和4B进而分别示出了基于使用 图IA所示面板特性的离轴亮度误差的最小二乘法最小化的第一和第二子场的建议的转换 曲线。平均而言，通过使用经测试的显示器面板中的这些转换曲线来创建图2的曲线图，离 轴图像失真可以减小33%。在上面的实例中，视频内容的特性未被考虑在内。相反，两个子场的背光强度设置 为两个不同但固定的值。通过分析图像内容来建立用于子场的背光强度，可以进一步增加 有效性。这种分析可以基于柱状图信息或例如主要颜色信息。这允许背光颜色和/或亮度 适应于图像中出现的颜色和/或亮度。背光于是可以被驱动为使得LCD面板驱动值处于对 于所呈现图像是重要的那些颜色的所需范围内。更进一步，可以将局部图像内容考虑在内，特别是如果背光可被局部地控制以局 部地提供具有不同亮度和/或颜色的光。首先，可以应用2D调光算法以建立总的所需光输 出B 以及可选地关联的面板透射率Τ 。随后，可按照实现视角特性方面最大受益的方式 将背光强度分布在可用子场上。例如，这在依照局部柱状图中的峰或者依照主要颜色选择 一个或若干个背光强度时实现。另外，已知为特别重要的某些颜色(例如皮肤颜色)诸如 在柱状图计算中可以被给予比其它较不重要颜色更多的权重。图5说明使用局部图像内容特别是局部柱状图信息的方式。图5Α示出将被用作输 入的图像的草图。局部区域502被分析从而能够控制该区域内的背光。图5Β示出对于固 定背光，伽玛域内区域502中LCD面板的输入驱动值的柱状图。在此及其它柱状图中，F表 示图像的至少一部分中的驱动值(I)的频率。图5C示出线性亮度域内区域502中图像的 柱状图。为了确保产生足够的光以恰当地显示输入图像，总背光强度Β 可以由任一域(图5B或5C)中的最高像素值来确定。这取决于所采用的2D调光算法。这种情况下，其在亮 度域中总计达到150(图5C)。接着，此总的所需亮度可以分布在子场的两个或更多个合适 的背光驱动水平上。鉴于在线性亮度域内具有35附近的驱动水平的高数目的输入像素，选 择第一场的背光强度使得对于35附近的这些驱动水平图像质量(例如离轴伽玛失真)是 良好的，这会是有益的。例如，背光亮度设置在35这个水平，因为在该情况下，35附近的亮 度水平可以通过将LCD面板的透射率在第一子场中设置成约为最大值且在第二子场中设 置成约为零来实现，这些值对于离轴观看特性而言是有益的值。换言之，可以通过使面板在 一个场内(近似)完全打开且在另一个场内近似完全关闭来产生35附近的像素值。为了 确保产生足够的光，子场上的平均强度应至少为B 。优选地平均强度也并不比大太多。 这导致此特定实例的下述背光强度=B1 = 2 * 35 = 70，B1 = 2女(150-35) = 230。(因子 2源于这样的事实，由于两个子场的原因，每个驱动值的有效持续时间减半)。当背光被调暗时，面板补偿背光调制以确保像素以期望强度显示。图5D示出在将 信号拆分为两个子场之前在应用调光补偿之后即调光到单一背光值之后的LCD驱动水平， 其中背光的亮度对应于图像区域502内的最大像素值，在图5C中该最大像素值达150。由 于背光调暗，LCD驱动值增大且所考虑区域内的最高像素被映射到255的最大面板驱动水 平。图5E和5F分别示出在向输入驱动值应用恰当的转换曲线(与图4所示转换曲线相 当)之后子场1和2的IXD面板驱动值的柱状图。在两个时间子场上拆分之后，这些柱状 图说明在该时间拆分之后，驱动值高度集中在面板的视角特性好得多的范围的极端端部(D > 200 且 D < 5)。在一实施例中，提供一种3D显示器，其包括显示器控制系统11、背光2、透射式面 板704、以及用于空间交织对至少两个立体视图的不同立体视图有贡献的像素的装置604。 在这种3D显示器中，用于空间交织的装置可包括倾斜柱镜702。图6示出3D显示器的截面视图的图示。这种3D显示器通过将(从不同角度看到 的)同一场景的不同视图发送到不同方向来工作，使得观察的人用其左眼和右眼看到不同 视图。图6示出在顶部上具有柱镜(圆柱形)透镜604的IXD子像素602。这种柱镜可以 由2D显示器制成3D显示器取决于像素在凸透镜604下的位置，该透镜将其下方的像素或 子像素602的光聚焦在不同方向。图7示出3D显示器的正视图。该图示出柱镜702通常相对于底下的像素格栅布 置704以一角度(倾斜)安装。使用这种倾斜，有可能均等地使用水平和垂直分辨率来对 所得的3D分辨率起贡献。如图6所示，透镜下的位置(垂直于柱镜的圆柱轴)决定像素发 送它们的光的方向。例如，阴影的像素706将它们的光发送到同一方向。在图8中，作为一种通过将每个像素半部设置为选择使得伽玛曲线更优的不同强 度来提供视角改进的方法，像素被拆分为像素半部。在2D显示器上，眼睛对两个像素半部 的总强度积分，且可以获得在斜视角下的改进伽玛行为。然而，当应用(倾斜)柱镜时，两 个像素半部不将它们的光投射到相同的方向。如图8所说明，与底部像素半部804相比，来 自顶部像素半部802的光将被更多地聚焦向左边，因为该像素在透镜下更靠近右边。因此 观看者不会恰当地对两个强度积分。换言之，错误的强度被投射到观看者将不会观察到屏 幕的方向。因此，两个像素半部的两个强度的积分的空间应用不会与用于3D显示器的视图
10空间交织良好地组合。然而如果两个强度在两个时间顺序子帧中是按时间顺序方式示出， 则图7的配置可以维持。因此两个强度被3D显示器投射到完全相同的方向，使得观看者很 好地对强度积分。这允许3D显示器的图像质量(特别地对于斜视角)得到改进。此处公开的方法和技术通过允许背光强度在子场之间调制使得可以使用更加极 端的面板驱动值而显著提高了视角改进技术的效率。再者，可以采用局部柱状图分析来建 立子场的最优背光强度。后一种特性允许以所考虑区域内的像素可以实现视角改进方面最 大受益的方式来驱动背光。所描述的方法允许减小2D可调光系统中可源于视角缺陷的背 光结构的可见性。同样，其特别适合于具有局部可调光LED背光功能的高端LCD TV。LED 的快速切换时间利于创建具有不同强度的短子场。图9说明显示图像的方法的处理步骤。该过程在步骤904开始。在步骤901，接收 图像。将借助背光和透射式面板来显示图像。在步骤902，提供第一驱动信号。第一驱动 信号代表至少两个不同颜色或亮度，用于致使背光在图像的至少两个时间顺序子场内向透 射式面板的至少一部分顺序地应用该至少两个不同颜色或亮度。在步骤903，提供第二驱 动信号。第二驱动信号代表至少两个透射率，用于致使透射式面板在图像的至少两个时间 顺序子场中向透射式面板的该部分的至少一像素顺序地应用至少两个透射率，用以显示图 像。该过程终止于905。对于任何待显示图像，例如包括在视频信号内的一系列图像，可以 重复该过程。应当理解，此处公开的视角改进技术可以应用于所有类型的显示器系统，诸如 IXD-TV、计算机监视器、膝上型计算机、移动电话、PDA、3D显示器等。该显示器控制系统的若干种另外实施例例如为显示器控制系统，其中背光控制器包括用于为背光的分离的颜色分量提供分离的 亮度的装置，显示器控制系统，其中透射式面板控制器布置成用于控制包括具有多个子像素的 像素的透射式面板，所述多个子像素与不同颜色的透射滤波器关联，显示器控制系统，其包括将与图像内容有关的相应值映射到与颜色或亮度有关的 相应值的至少一个查找表，其中背光控制器包括用于应用查找表来查找与代表图像的至少 一部分中的图像内容的值对应的与亮度值有关的值的装置，显示器控制系统，其中背光控制器柱状图装置布置成用于选择与具有最大值的柱 状图区间对应的颜色或亮度，显示器控制系统，其中背光控制器包括用于基于在图像的至少一部分中出现的最 大亮度与对应于第一亮度值的亮度之间的差异来选择第二亮度的装置。应当意识到，本发明还扩展到适于将本发明付诸实施的计算机程序，特别是用于 显示器的控制软件以及载体上或内的计算机程序。程序可以是源代码、目标代码、诸如部分 编译形式的中间源代码和目标代码的形式，或者适合于用于实施根据本发明的方法的任何 其它形式。还将意识到，这种程序可具有许多不同架构设计。例如，实施根据本发明的方法 或系统的功能的程序代码可以再分为一个或多个子程序。将功能分布在这些子程序中的许 多不同方式对于技术人员是显见的。子程序可以一起存储在一个可执行文件中以形成独立 的程序。这种可执行文件可包括计算机可执行指令，例如处理器指令和/或解释器指令(例 如Java解释器指令)。备选地，一个或多个或全部的子程序可以存储在至少一个外部库文
11件内并静态地或动态地(例如在运行时间)与主程序链接。主程序含有对至少一个子程序 的至少一个调用。此外，子程序可包括对彼此的函数调用。与计算机程序产品有关的实施 例包括与所阐述的至少一种方法的每个处理步骤对应的计算机可执行指令。这些指令可以 再分为子程序和/或存储在可静态或动态链接的一个或多个文件内。与计算机程序产品有 关的另一实施例包括与所阐述的至少一种系统和/或产品的每个装置对应的计算机可执 行指令。这些指令可以再分为子程序和/或存储在可以静态或动态链接的一个或多个文件 内。计算机程序的载体可以是能够承载程序的任何实体或设备。例如，载体可包括诸 如ROM(例如CD ROM或者半导体ROM)的存储介质，或者例如软盘或硬盘的磁性记录介质。 此外载体可以是诸如电学或光学信号的可传输载体，其可经由电缆或者光缆或者通过无线 电或其它装置来传递。当程序以这种信号实施时，载体可以由这种电缆或者光缆或者其它 设备或装置构建。备选地，载体可以是程序嵌于其中的集成电路，该集成电路适于执行或者 用于执行相关方法。应注意，上述实施例说明而非限制本发明，并且本领域技术人员将能够设计许多 备选实施例而不背离所附权利要求的范围。在权利要求书中，任何置于括号之间的参考符 号不应解读为限制权利要求。使用动词"包括"及其变形并不排除存在权利要求中列出的 那些元件或步骤之外的元件或步骤。元件之前的冠词"一"或"一个"不排除存在多个这 样的元件。本发明可以借助包括若干不同元件的硬件来实施，以及借助合适编程的计算机 来实施。在列举若干装置的设备权利要求中，这些装置中的若干个可以通过一个并且相同 的硬件项来实现。在互不相同的从属权利要求中列举了某些措施的纯粹事实并不表示不能 有利地使用这些措施的组合。
权利要求
一种显示器控制系统(11)，包括输入(12)，用于借助背光(2)和透射式面板(3)来接收待显示图像；背光控制器(5)，用于向该背光提供第一驱动信号，该第一驱动信号代表至少两个不同颜色或亮度，用于致使该背光(2)在该图像的至少两个时间顺序子场中向该透射式面板(3)的至少一部分顺序地应用该至少两个不同颜色或亮度；以及透射式面板控制器(6)，用于向该透射式面板提供第二驱动信号，该第二驱动信号代表至少两个透射率，用于致使该透射式面板(3)在该图像的至少两个时间顺序子场中向该透射式面板的该部分的至少一像素顺序地应用该至少两个透射率，其中该透射式面板控制器(6)包括用于基于该图像的内容且基于该第一驱动信号的颜色或亮度来选择透射率以显示该图像的装置(13)，其中选择该透射率中的剩余自由度用于选择具有减小的离轴伽玛失真的透射率。
2.根据权利要求1的显示器，其中该离轴伽玛失真取决于从正交观看方向观看显示器 时的感知颜色或亮度与从斜观看方向观看显示器时的感知颜色或亮度相比之间的差异。
3.根据权利要求1的显示器控制系统，其中该背光控制器(5)包括基于图像的内容且 基于用于选择透射率的装置的预期选定透射率而选择颜色或亮度的装置(14)，其中选择该 颜色或亮度中的自由度用于选择与具有减小的离轴伽玛失真的预期选定透射率对应的颜 色或亮度。
4.根据权利要求3的显示器控制系统，其中装置(14)用于选择颜色或亮度的装置 (14)布置成用于选择与预期选定透射率对应的颜色或亮度至少其一，该预期选定透射率为 该至少一个像素的基本最大的透射率。
5.根据权利要求1的显示器控制系统，其中该背光控制器(5)包括用于在至少两个时 间顺序子场期间在第一驱动信号内将由背光应用的至少两个亮度的相应组并入到该透射 式面板的相应部分的装置(15)，并且其中该背光控制器(5)进一步包括用于根据图像的局 部图像内容来选择亮度组的装置(16)。
6.根据权利要求3的显示器控制系统，其中该背光控制器(5)包括用于根据与图像至 少一部分中的图像内容有关的值的柱状图来选择至少两个颜色或亮度的柱状图装置(20)。
7.—种显示器(1)，包括根据权利要求1的显示器控制系统(11)、透射式面板(3)以及 用于照射该透射式面板的背光(2)。
8.—种电视机，包括根据权利要求1的显示器控制系统(11)、透射式面板(3)以及用 于照射该透射式面板的背光(2)。
9.一种移动观看器，包括根据权利要求1的显示器控制系统(11)、透射式面板(3)以 及用于照射该透射式面板的背光(2)。
10.一种3D显示器，包括根据权利要求1的显示器控制系统(11)、背光(2)、透射式 面板(704)以及用于空间交织对至少两个立体视图的不同立体视图有贡献的像素的装置 (604)。
11.根据权利要求10的3D显示器，其中用于空间交织的装置包括倾斜柱镜(702)。
12.—种控制显示器的方法，包括借助背光(2)和透射式面板(3)来接收(901)待显示图像；向该背光提供(902)第一驱动信号，该第一驱动信号代表至少两个不同颜色或亮度，用于致使该背光(2)在该图像的至少两个时间顺序子场中向该透射式面板(3)的至少一部 分顺序地应用该至少两个不同颜色或亮度；以及向该透射式面板提供(903)第二驱动信号，该第二驱动信号代表至少两个透射率，用 于致使该透射式面板(3)在该图像的至少两个时间顺序子场中向该透射式面板的该部分 的至少一像素顺序地应用该至少两个透射率，其中提供(903)该第二驱动信号的步骤包括 基于该图像的内容且基于该第一驱动信号的颜色或亮度来选择透射率以显示该图像的步 骤，其中选择该透射率中的剩余自由度用于选择具有减小的离轴伽玛失真的透射率。
13.根据权利要求12的方法，其中该离轴伽玛失真包括从正交观看方向观看显示器时 的感知颜色或亮度与从斜观看方向观看显示器时的感知颜色或亮度相比之间的差异。
14.根据权利要求12的方法，其中提供(902)该第一驱动信号的步骤包括基于图像的 内容且基于选择透射率的所述步骤的预期选定透射率而选择颜色或亮度，其中选择该颜色 或亮度中的自由度用于选择与具有减小的离轴伽玛失真的预期选定透射率对应的颜色或 亮度。
15.一种计算机程序产品，包括用于致使处理器执行根据权利要求12的方法的指令。
全文摘要
一种显示器控制系统(11)，包括用于借助背光(2)和透射式面板(3)来接收待显示图像的输入(12)。背光控制器(5)提供不同颜色或亮度，用于致使背光(2)在图像的时间顺序子场中向透射式面板(3)顺序地应用不同颜色或亮度。透射式面板控制器(6)提供透射率，用于致使透射式面板(3)在图像的时间顺序子场中向透射式面板顺序地应用透射率，用以显示图像。透射式面板控制器(6)基于透射式面板的预定数量的离轴伽玛失真来选择透射率。
文档编号G09G3/34GK101933080SQ200980103768
公开日2010年12月29日 申请日期2009年1月22日 优先权日2008年1月30日
发明者B·G·B·巴伦布鲁格, J·F·斯特罗默, R·T·J·穆伊斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司
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