缓和lcd光斑的制作方法
专利名称：缓和lcd光斑的制作方法
技术领域：
本发明涉及伪像减少，尤其涉及IXD光斑的减少。本发明包括改进计算IXD和LED 图像的现有处理。
背景技术：
动态范围是场景的最高亮度部分与场景的最低亮度部分的强度之比率。例如，视 频投影系统所投影出的图像可以具有最大动态范围300 1。人类视觉系统能够识别出具有非常高动态范围的场景中的特征。例如，人们可以 在明媚阳光照射的日子里观看无光车库的阴影，并且看见阴影里的对象的细节，即便邻近 的日光照射区域中的亮度可能是场景的阴影部分中的亮度的几千倍大。创建这种场景的真 实呈现可能需要具有超过1000 1的动态范围的显示器。术语“高动态范围”表示800 1 或更高的动态范围。现代数字成像系统能够捕获并且记录保持场景的动态范围的各场景的数字表现 状况。计算机成像系统能够合成具有高动态范围的图像。然而，当前的显示器技术不能以 忠实地再现高动态范围的方式来呈现图像。Blackham等人的美国专利No. 5，978，142公开了一种用于将图像投影在屏幕上的 系统。该系统具有第一光调制器和第二光调制器，二者皆对来自光源的光进行调制。每一光 调制器在像素级别对来自源的光进行调制。受这两个光调制器所调制的光投影到屏幕上。Gibbon等人的PCT申请No. PCT/US01/21367公开了一种包括前调制器的投影系 统。前调制器控制可形变镜显示设备上入射的光的量。分离的前调制器可以用于使得所选 区域(例如象限)变暗。Whitehead等人的美国专利6，891，672以及相关专利和专利申请描述了很多技 术，其中包括实现双调制显示器，并且使之精细化，其中，受调制的背光(aka局部暗化)投 影在显示器的前端调制器(例如IXD)上。
发明内容
本发明已经实现了对于用于计算IXD和LED图像的改进处理的需要。在一个实施 例中，本发明提供一种显示器，包括前端调制器；背光，被配置为产生受调制的光，所述受调制的光照亮所述前端调制器；以及控制器，被配置为将图像信号处理为背光控制信号和 前端调制器控制信号，其中，所述背光控制信号和所述前端调制器控制信号中的至少一个 包括使得伪像移除以及将人造效果引入到各信号所产生的图像的控制信号。所述伪像可以 包括例如LCD光斑，所述人造效果可以包括例如遮罩闪烁。遮罩闪烁被配置为例如使得背 光的几何排列(geometry)产生的效果最小化。在另一实施例中，本发明可以包括一种显示器，其包括前端调制器；背光，被配置 为产生受调制的光，所述受调制的光照亮所述前端调制器，以及，控制器，被配置为根据图 像信号产生背光控制信号和前端调制器控制信号，其中，所述背光控制信号和所述前端调 制器控制信号中的至少一个包括使得LCD光斑的出现最少化的对值的调整。所述值的调整 可以包括例如减少待显示图像中的可见光斑，并且遮罩闪烁的引入可以例如被配置为使得 与背光有关的伪像暗淡。本发明还实施为一种方法，包括驱动双调制显示器的方法，所述方法包括以下步 骤确定在显示器的输出中可见的光斑；调整背光的驱动级别，从而光斑减少；添加仿真的 遮罩闪烁；以及调整背光仿真以产生遮罩闪烁的形状，从而隐藏背光的几何排列。背光可以 包括例如LED阵列，背光仿真调整隐藏LED阵列的几何排列。在又一实施例中，本发明可以包括一种驱动显示器的方法，所述显示器包括受调 制的背光以及被所述受调制的背光照射的前端调制器，所述方法包括步骤根据图像数据 计算前端调制器图像和仿真的背光图像；确定至少一个LED “裙缘(skirt)”的位置；仿真 遮罩闪烁；计算被配置为补偿“裙缘”超过仿真的闪烁的区域的背光抑制图像；根据所述背 光抑制图像重新计算仿真的背光；确定“失去的”闪烁源；计算用于每一失去的闪烁源的遮 罩闪烁；以及构建包括计算出的遮罩闪烁的新IXD图像。所述前端调制器可以包括例如IXD 板，所述背光可以包括例如LED阵列。所述背光可以包括RGB、RGBW或RGB中的任一个外加 附加的彩色(或白色)LED阵列。可以例如经由卷积(convolution)来仿真遮罩闪烁。标识区域的步骤可以包括 例如，从“裙缘”的图像减去用于产生仿真的闪烁的卷积图像。抑制所标识的区域的步骤可 以包括例如，在“裙缘”超过仿真的闪烁的预定的小的正数(印silon)的每一像素处使用 乘数。重新计算的步骤可以包括例如，将背光抑制图像应用于为了创建背光仿真而使用的 图像数据的至少一部分，然后重新计算背光仿真。所述设备和方法的各部分可以通过在通用计算机、连网计算机上编程而方便地实 现，并且结果可以显示在连接到通用、连网计算机之任一的输出设备上，或者发送到用于输 出或者显示的远程设备。此外，以计算机程序、数据序列、和/或控制信号表示的本发明的 任何组件可以实施为在任何介质中在任何频率处广播(或发送)的电信号，包括无线广播、 以及通过铜线、光纤线缆和同轴电缆等的传输，但不限于此。
当结合附图考虑时，通过参照以下详细描述，本发明的更完整的理解及其附带优 点将容易获得并且变得更好理解，其中图1是IXD光斑的图示。图2是本发明实施例的流程图；以及
图3是示出实现本发明实施例的示图。
具体实施例方式本发明包括改进计算IXD和LED图像的现有处理。虽然优选地应用于HDR显示器， 但本发明的原理和特征也可应用于调制器之一是IXD板的任何双调制显示器。显示器的动 态范围可能是低的，例如，任何目前已知的受调制的背光LCD板。本发明的具体改进针对的问题在于在暗处周围照亮小的亮的特征。在此情况下， LCD板在暗处周围不能阻挡来自背光(例如LED)的所有光，因此这些LED的光斑创建使得 显示器的期望外观减弱的光的裙缘。因为光斑小，所以遮罩亮度的感知效果不足以隐藏LED 光斑。在使用LED的受调制的背光中，由于特征遍及显示器，因此临近的LED得以根据需要 打开和关闭，以照亮特征，并且来自这些LED的光斑是可见的，因此LED阵列的几何排列暴 露于观看者。现参照附图，其中，相似标号表示相同或对应部分，更具体地针对其中的图1，示出 LCD光斑100的示例。如图1所示，光斑100处于三个基本部分中(1)小白圆圈，以及(2) LED光斑，并且最终(3)期望的黑色周边。在一个实施例中，本发明是这样的处理计算来自LED的光斑将在何处是可见的； 调整LED驱动级别，直到光斑应不可见；以及将附加的仿真的遮罩闪烁添加到图像，以仿真 亮的小特征。所添加的闪烁于是通过LED背光仿真调整，以产生隐藏LED阵列几何排列的稳 定闪烁形状。例如在显示器的处理器和/或控制器中执行的示例性处理在图2中示出，包 括步骤210，计算LCD光斑；调整LED驱动级别(步骤220)；添加仿真的闪烁(步骤230)； 以及调整背光仿真(步骤240)。完全依赖于显示器的理想遮罩亮度能力并非是优选的，因为HDR显示器可能难以 对于所有特征尺寸实现它们的峰值亮度。反之，与大特征相比，小特征非常暗。因此，对于 小特征，IXD板的对比度比率提供高频(空间)细节。如上所述，当前IXD不阻挡所有光，因此当IXD被设置为黑色时，来自LED背光的 光得以衰减，但是并非完全熄灭。亮LED用于照亮小的亮的特征(仅有大的亮的特征是不 够的，小的亮的特征也是需要的)。遗憾的是，甚至当LCD被设置为全黑时，某些光也进入。因此，当在黑(暗)背景上照亮小的亮的特征(例如圆圈)时，通常观察到三个区 域·小亮中心特征·在IXD的全黑部分下LED的周围裙缘(光斑或泄漏)，其包括位于被强驱动的 LED上的“中心裙缘”以及从LED的宽点扩散函数(PSF)形成的“周围裙缘”。· IXD的更远的黑部分受LED弱照射，从而他们完全显现为黑色。行走(Walking)LED问题被放大了，概因尝试明亮地照射小的亮的特征。然而，该 问题的显著部分是用于根据输入图像计算LED驱动值的下采样方案。在为模糊校正而设计的算法的各种实现方式中，输入图像根据从LCD的分辨率到 LED背光单元(BLU)阵列的分辨率的某种过滤量而得以比例化(平均化)。例如，下采样方 案实质上可以是箱(box)滤波器(或计算LED目标值的任何其它滤波器)，这种实现方式产 生一种系统，其中，输入图像的小改变(例如黑色上的小的亮的特征移动一个像素)可以使
6得LED “目标值”跳入或跳出零(关闭)。使用Brightside DR37-P显示器处理器，有可能将LED “过度驱动”为足以照亮隔 离的小的亮的特征。Matlab中的参考实现方式以及DR37-P显示器处理器的正常操作使用 LED附近的块平均亮度级别来确定LED驱动级别。因此，小的亮的特征典型地受照射不足， 并且随着较大较亮的特征移动得更接近于小的亮的特征，小特征在亮度上增加。这种亮度 改变并非是期望的，并且裙缘伪像是尝试完全照亮小特征而带来的不期望的副效果。下采样之后，通过“交换”处理来计算LED驱动值，该处理尝试考虑邻近LED所贡 献的光的量。交换步骤可以看作是锐化滤波，其减少了均勻区域中的LED驱动值，并且增加 边缘或隔离特征处的驱动值。因为LED驱动值受限于范围W. 0，1.0]，因此单个LED无法从 一帧到下一帧在关闭与全开之间跳转。在一个实施例中，例如，可以通过以下步骤来实施本发明1.使用标准方法来计算IXDl图像和仿真的背光图像Bp2.通过取得最小IXD透射性来仿真最终HDR显示器D1。3.从仿真的显示器减去原始(比例化的)HDR H0,以定位LED “裙缘”。将该图像 称为L104.使用以下遮罩闪烁卷积公式仿真与输入图像的“完美”显示器关联的遮罩闪烁。 将该图像称为Α。对于闪烁滤波的大小，使用+/-3LED。5.通过标识裙缘超过闪烁的区域来确定需要在何处抑制LED裙缘。该操作可以通 过以下操作来完成从在(3)中计算出的LED裙缘图像L1减去上述卷积图像G1，如果值超 过某个小的正数(例如使用0.0005)，则在该像素处使用遮罩/裙缘的乘数。对于其它像 素，使用1.0(单位比例化)。由于其为需要抑制的实际LED值，因此我们使用min函数(例 如Gaussian内核)将所得图像下采样为背光十六进制栅格分辨率。将该背光抑制图像称 为Rb。6.在将上述比例化Rb应用于LED之后，使用调整后的背光控制值根据(1)重新计 算仿真的背光图像。称其为B2。7.通过从原始(比例化)HDR输入Htl减去新显示器仿真D2来计算调整后的显示 器中的“失去的”闪烁源。将不同图像中的负值设置为零。称其为Sm。8.在来自(4)的卷积公式中使用上述源Sm来确定观看者应体验到但因我们的亮 点现在过暗而将无法体验到的失去的光斑。将该失去的光斑称为Gm。9.将计算出的“失去的光斑”添加到原始输入的HDR值，以得到新的目标图像 氏+Gm。使用该目标来计算具有背光图像B2的LCD2图像输出的实际前景像素值。结果是在观看者本应体验真实光斑的区域中具有仿真的光斑的显示器足以掩蔽 其余LED裙缘。表示法· B1 =物理单位· LCDl图像=归一化单位· D1 =物理单位 -H0=物理单位(原始归一化单位)
· L1 =物理单位
· G1 =物理单位· L1-G1 =物理单位.Rb=归一化单位· B2 =物理单位· D2 =物理单位· Sm =物理单位· Gm =物理单位· H0+Gm =物理单位· LCD2图像=归一化单位这种计算的耗费最多的部分是在步骤4和步骤8中，其中，计算显示器的遮罩闪 烁。并非以LCD板的完全分辨率使用相对大的闪烁滤波，而是将闪烁滤波分离为低频分量 和高频分量，并且·将低频分量应用于下采样后的图像，然后将结果放大·将高频分量应用于原始图像·将两个结果加在一起该计算的耗费次多的部分在步骤1和步骤6中，其中，仿真背光。一个选项在于使 用步骤1的结果，并且仅于在步骤6中LED已经将值改变显著量(或任何量)的情况下对 其进行调整。这样将光场仿真计算限制为针对改变的LED值，而非显示器的所有LED。然 而，应提供足够的处理能力来为任何输入帧计算整个背光。最后，并非使用标准方法在步骤1中计算初始LCDl和B1，而是一种替代方式开始 于大误差(例如打开所有/或很多LED)并且让算法使得它们减小(步骤2-9)。缓和算法极有可能对用于初始设置LED的值的下采样算法是敏感的。算法对于各 种下采样方案的性能分析说明给定对于图像中小的亮的特征的位置异常敏感的下采样方 案，LED仍将进行从关到开再到关的突然过渡。关键参数是遮罩亮度函数(虽然对于很多类的观测者而言其近似是同一函数，并 且不受限于具体的显示器)。实现本发明的缓和技术包括用于解决在黑色周围照亮小的亮的特征的问题的处 理。该处理首先对于图像特征浏览/确定预测的遮罩闪烁，并且抑制超过它的LED裙缘。该 处理然后添加在应从失去的刺激出现的光斑的仿真中。该处理具有的另外优点是能够正 常地表现出亮得多的仿真源，例如太阳或其它强烈高光。根据本发明的示例性缓和技术包括以下步骤(1)比较LED驱动值，计算仿真的背光图像，并且计算IXD图像。(2)通过取最小IXD透射性来仿真最终HDR显示器。(3)从仿真的显示器减去原始(比例化的)HDR，以定位LED “裙缘”。(4)使用卷积内核仿真与输入图像的“完美”显示关联的遮罩闪烁。(5)通过标识裙缘超过闪烁的区域来确定需要在何处抑制LED裙缘。可以通过从 (3)中计算出的LED裙缘图像减去卷积图像来执行标识裙缘超过闪烁的区域，如果值超过 一小的正数(例如0. 0005)，则在该像素处使用遮罩/裙缘的乘数。对于其它像素，例如，使 用单位比例化(1. 0)。由于其为需要抑制的实际LED值，因此我们将所得图像下采样为背光十六进制栅格分辨率。例如，可以使用对于在步骤(1)中计算LED驱动值而使用的同一下 采样函数(例如min函数(理想)、Gaussian内核等)来执行下采样。(6)使用调整后的背光控制值根据(1)重新计算仿真的背光图像。(7)通过从原始(比例化)HDR输入减去新显示仿真来计算调整后的显示中的“失 去的”闪烁源。将不同图像中的负值设置为零。(8)在来自(4)的卷积公式中使用上述源来确定观看者应体验到但因我们的亮点 现在过暗而将无法体验到的失去的光斑。(9)将计算出的“失去的”光斑添加到原始输入HDR值，以得到新的目标图像。使 用该目标来计算LCD输出的实际前景像素值。例如，可以将步骤(4)的卷积内核表示为for angle =
if angle < 0. 5mag (index) = 9. 2/(0. 5"2)；elsemag (index) = 9. 2/(angle"2)；endindex++end(其中，angle 角度；degreesPerPixel 每个像素的角度；max_angle 最大角度)另一可能的卷积将相似于Convolve[t = 0，max theta] ((1. 58724464 > t) ？9. 2/((t > . 00291) ？ t:. 00291) "3. 44:9· 2*(1· 5+t)/t))；(其中，Convolve 卷积)离心率(角)以距每一像素的度数来表示，其是基于期望的观看距离而计算出的。 Max_angle典型地在近似1与4LED间距之间，并且基于观看距离，并且例如被设置为7度， 或者其中，卷积公式下降到在角度(angle) = 0时小于其最大值的百分比的1/2。该处理的结果是具有观看者本应体验真实光斑的区域中仿真的光斑的显示器足 以掩蔽其余LED裙缘。上述处理或技术可以例如以双调制显示器来实现，其包括例如图3所示的结构 300。图像数据305输入到控制器310，并且根据该控制器而受处理，控制器包括处理器320， 处理器320包括光斑标识器322、驱动级别调整器324、遮罩仿真器326、以及背光仿真调整 器328，均根据上述处理/技术中的一种或多种而被配置。背光接口 330提供数据来驱动LED阵列350，IXD接口被配置为驱动前端板360的 IXD。LED阵列350和前端板360的IXD提供根据依照上述处理技术中的一种或多种而计算
/调整的双调制。在描述附图所示的本发明优选实施例中，为了清楚而采用具体术语。然而，本发明 并非意图受限于所选的具体术语，应理解，每一具体元件包括以相似方式操作的所有技术 等同物。例如，当描述LEDBLU时，任何其它等同设备(例如激光器或基于硅的光阵列、硅反射阵列(例如LCoS)、DLP上的激光器、电子纸张、有机光源(例如0LED)或具有等同功能或 能力的其它光源设备)可以作为替代，无论是否在此列出。甚者，发明人意识到，现在未知 的新开发的技术也可替换所描述的部分，并且仍不脱离本发明的范围。还应根据任何和所 有可用的等同物来考虑所有其它所描述的对象(包括双调制显示器系统、采样器、滤波器、 LCD、LED等，但不限于此)。本发明的各部分可以使用根据本发明教导而编程的传统通用或专用数字计算机 或微处理器而得以便利地实现，正如计算机领域技术人员周知的那样。熟练程序员可以基于本发明的教导来准备适当的软件代码，正如软件领域技术人 员所周知的那样。本发明也可以通过准备专用集成电路或者通过对传统组件电路的适当网 络进行互连而得以实现，正如本领域技术人员基于本发明将容易理解的那样。本发明包括计算机程序产品，其为存储介质/媒介，具有存储于其上/其中的指 令，其可以用于控制或者使得计算机执行本发明的任何处理。存储介质可以包括任何类型 的盘，包括软盘、迷你盘(MD)、光盘、DVD, HD-DVD、蓝光、CD-ROMS、CD或DVD RW+/-、微驱动 器以及磁光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、DRAM、VRAM、闪存设备(包括闪速卡、存储棒)、磁 卡或光卡、SIM卡、MEMS、纳米系统(包括分子存储器IC)、RAID设备、远程数据存储/存档 /库存、或适用于存储指令和/或数据的任何类型的介质或设备，但不限于此。存储在任一计算机可读介质/媒介上，本发明包括软件，用于控制通用/专用计算 机或微处理器的硬件，使得计算机或微处理器能够与人类用户或其它其它利用本发明的结 果的机构进行交互。所述软件可以包括设备驱动、操作系统以及用户应用，但不限于此。最 后，所述计算机可读介质还包括用于执行本发明的软件，如上所述。通用/专用计算机的编程(软件)中所包括的是用于实现本发明教导的软件模 块，包括计算/仿真图像背光和最终显示、用于标识、相加、相减、卷积以及比较任何图像、 图像特征、像差、光斑、闪烁、裙缘、遮罩的计算、以及根据本发明的处理的结果的显示、存储 或通信，但不限于此。本发明可以合适地包括、包含或者基本包含本发明的任何元件、部分或特征及其 等同物。此外，在此说明性地公开的本发明可以在缺少任何元件的情况下得以实践，无论是 否在此具体公开。显然，根据上述教导，本发明的大量修改和变化是有可以的。因此，应理 解，在所附权利要求的范围内，可以实践本发明，而非如在此具体描述的那样。
10
权利要求
一种驱动双调制显示器的方法，包括以下步骤确定将在所述显示器的输出中可见的光斑；调整背光的驱动级别，以使所述光斑减少；添加仿真的遮罩闪烁；以及调整背光仿真，以产生遮罩闪烁的形状，从而隐藏背光的几何排列。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述背光包括LED阵列，并且背光仿真的调整隐 藏LED阵列的几何排列。
3.—种驱动显示器的方法，所述显示器包括受调制的背光以及被所述受调制的背光照 射的前端调制器，所述方法包括以下步骤根据图像数据计算前端调制器图像和仿真的背光图像； 确定至少一个LED “裙缘”的位置； 仿真遮罩闪烁；计算背光抑制图像，所述背光抑制图像被配置为补偿所述“裙缘”超过所述仿真的闪 烁的区域；根据所述背光抑制图像重新计算所述仿真的背光； 确定“失去的”闪烁源； 计算对于每一失去的闪烁源的遮罩闪烁； 构造包括计算出的遮罩闪烁的新的IXD图像。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述前端调制器包括LCD板。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述遮罩闪烁是经由卷积仿真的。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述卷积包括含有以下内容的处理 for angle =
if angle < 0. 5mag (index) = 9. 2/(0. 5"2)；elsemag (index) = 9. 2/ (angle"2)；end index++ end.O
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述卷积包括 Convolve[t = 0，max_theta] ((1. 58724464 > t) ？ 9. 2/((t > . 00291) ？ t:. 00291) "3. 44:9. 2*(1· 5+t)/t)) ；·ο
8.根据权利要求3所述的方法，其中，标识区域的步骤包括从“裙缘”的图像减去用于 产生所述仿真的闪烁的卷积图像。
9.根据权利要求3所述的方法，其中，抑制所标识的区域的步骤包括在所述“裙缘”超 过仿真的闪烁预定的小的正数的每一像素处使用乘数。
10.根据权利要求3所述的方法，其中，重新计算的步骤包括将所述背光抑制图像应用于为了创建所述背光仿真而使用的至少一部分图像数据，然 后重新计算所述背光仿真。
11.根据权利要求3所述的方法，其中所述方法是通过在计算机可读介质上存储的一组计算机指令而得以实施的； 所述计算机指令当被加载至计算机时，使得所述计算机执行所述方法的步骤。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述计算机指令是作为可执行程序存储在所 述计算机可读介质上的经编译的计算机指令。
13.一种计算机可读介质和所述计算机可读介质所存储的一组指令，当加载至计算机 时，使得所述计算机执行以下步骤确定将在显示器的输出处的图像中可见的光斑；调整所述显示器的背光的驱动级别，从而所述光斑将减少；以及将仿真的遮罩闪烁添加到所述图像。
14.根据权利要求13所述的计算机可读介质，其中，所述步骤还包括调整所述显示器 的背光，以产生减少背光的几何排列的可见性的遮罩闪烁的形状。
15.一种显示器，包括 前端调制器；背光，被配置为产生受调制的光，其照射所述前端调制器；以及 控制器，被配置为根据图像信号产生背光控制信号和前端调制器控制信号； 其中，所述背光控制信号和所述前端调制器控制信号中的至少一个包括使得LCD光 斑的出现最少化的对值的调整。
16.根据权利要求15所述的显示器，其中，对值的调整包括减少待显示的图像中的可 见光斑，引入被配置为使得与背光有关的伪像变暗的遮罩闪烁。
17.根据权利要求16所述的显示器，其中，所述伪像包括与背光的几何排列有关的伪像。
18.一种显示器，包括 前端调制器；背光，被配置为产生受调制的光，所述受调制的光照射所述前端调制器；以及 控制器，被配置为将图像信号处理为背光控制信号和前端调制器控制信号； 其中，所述背光控制信号和所述前端调制器控制信号中的至少一个包括使得伪像被 移除、以及人造效果被引入到所述信号产生的图像的控制信号。
19.根据权利要求18所述的显示器，其中，所述伪像包括IXD光斑，以及所述人造效果 包括遮罩闪烁。
20.根据权利要求19所述的显示器，其中，所述遮罩闪烁被配置为使得背光的几何排 列产生的效果最小化。
全文摘要
LCD光斑得以减少，方式是将背光调整到LCD光斑不可见的级别，然后引入仿真的遮罩闪烁。进一步通过背光仿真来调整闪烁，以隐藏背光的几何排列(例如LED阵列)。例如，执行减少操作，方式是处理双调制显示器设备中驱动背光和前端调制器的信号。
文档编号G09G3/36GK101911168SQ200980101827
公开日2010年12月8日 申请日期2009年1月6日 优先权日2008年1月9日
发明者G·J·沃德, H·西特真, J·E·哈里森, M·M·特伦塔考斯特 申请人:杜比实验室特许公司
技术领域：
本发明涉及伪像减少，尤其涉及IXD光斑的减少。本发明包括改进计算IXD和LED 图像的现有处理。
背景技术：
动态范围是场景的最高亮度部分与场景的最低亮度部分的强度之比率。例如，视 频投影系统所投影出的图像可以具有最大动态范围300 1。人类视觉系统能够识别出具有非常高动态范围的场景中的特征。例如，人们可以 在明媚阳光照射的日子里观看无光车库的阴影，并且看见阴影里的对象的细节，即便邻近 的日光照射区域中的亮度可能是场景的阴影部分中的亮度的几千倍大。创建这种场景的真 实呈现可能需要具有超过1000 1的动态范围的显示器。术语“高动态范围”表示800 1 或更高的动态范围。现代数字成像系统能够捕获并且记录保持场景的动态范围的各场景的数字表现 状况。计算机成像系统能够合成具有高动态范围的图像。然而，当前的显示器技术不能以 忠实地再现高动态范围的方式来呈现图像。Blackham等人的美国专利No. 5，978，142公开了一种用于将图像投影在屏幕上的 系统。该系统具有第一光调制器和第二光调制器，二者皆对来自光源的光进行调制。每一光 调制器在像素级别对来自源的光进行调制。受这两个光调制器所调制的光投影到屏幕上。Gibbon等人的PCT申请No. PCT/US01/21367公开了一种包括前调制器的投影系 统。前调制器控制可形变镜显示设备上入射的光的量。分离的前调制器可以用于使得所选 区域(例如象限)变暗。Whitehead等人的美国专利6，891，672以及相关专利和专利申请描述了很多技 术，其中包括实现双调制显示器，并且使之精细化，其中，受调制的背光(aka局部暗化)投 影在显示器的前端调制器(例如IXD)上。
发明内容
本发明已经实现了对于用于计算IXD和LED图像的改进处理的需要。在一个实施 例中，本发明提供一种显示器，包括前端调制器；背光，被配置为产生受调制的光，所述受调制的光照亮所述前端调制器；以及控制器，被配置为将图像信号处理为背光控制信号和 前端调制器控制信号，其中，所述背光控制信号和所述前端调制器控制信号中的至少一个 包括使得伪像移除以及将人造效果引入到各信号所产生的图像的控制信号。所述伪像可以 包括例如LCD光斑，所述人造效果可以包括例如遮罩闪烁。遮罩闪烁被配置为例如使得背 光的几何排列(geometry)产生的效果最小化。在另一实施例中，本发明可以包括一种显示器，其包括前端调制器；背光，被配置 为产生受调制的光，所述受调制的光照亮所述前端调制器，以及，控制器，被配置为根据图 像信号产生背光控制信号和前端调制器控制信号，其中，所述背光控制信号和所述前端调 制器控制信号中的至少一个包括使得LCD光斑的出现最少化的对值的调整。所述值的调整 可以包括例如减少待显示图像中的可见光斑，并且遮罩闪烁的引入可以例如被配置为使得 与背光有关的伪像暗淡。本发明还实施为一种方法，包括驱动双调制显示器的方法，所述方法包括以下步 骤确定在显示器的输出中可见的光斑；调整背光的驱动级别，从而光斑减少；添加仿真的 遮罩闪烁；以及调整背光仿真以产生遮罩闪烁的形状，从而隐藏背光的几何排列。背光可以 包括例如LED阵列，背光仿真调整隐藏LED阵列的几何排列。在又一实施例中，本发明可以包括一种驱动显示器的方法，所述显示器包括受调 制的背光以及被所述受调制的背光照射的前端调制器，所述方法包括步骤根据图像数据 计算前端调制器图像和仿真的背光图像；确定至少一个LED “裙缘(skirt)”的位置；仿真 遮罩闪烁；计算被配置为补偿“裙缘”超过仿真的闪烁的区域的背光抑制图像；根据所述背 光抑制图像重新计算仿真的背光；确定“失去的”闪烁源；计算用于每一失去的闪烁源的遮 罩闪烁；以及构建包括计算出的遮罩闪烁的新IXD图像。所述前端调制器可以包括例如IXD 板，所述背光可以包括例如LED阵列。所述背光可以包括RGB、RGBW或RGB中的任一个外加 附加的彩色(或白色)LED阵列。可以例如经由卷积(convolution)来仿真遮罩闪烁。标识区域的步骤可以包括 例如，从“裙缘”的图像减去用于产生仿真的闪烁的卷积图像。抑制所标识的区域的步骤可 以包括例如，在“裙缘”超过仿真的闪烁的预定的小的正数(印silon)的每一像素处使用 乘数。重新计算的步骤可以包括例如，将背光抑制图像应用于为了创建背光仿真而使用的 图像数据的至少一部分，然后重新计算背光仿真。所述设备和方法的各部分可以通过在通用计算机、连网计算机上编程而方便地实 现，并且结果可以显示在连接到通用、连网计算机之任一的输出设备上，或者发送到用于输 出或者显示的远程设备。此外，以计算机程序、数据序列、和/或控制信号表示的本发明的 任何组件可以实施为在任何介质中在任何频率处广播(或发送)的电信号，包括无线广播、 以及通过铜线、光纤线缆和同轴电缆等的传输，但不限于此。
当结合附图考虑时，通过参照以下详细描述，本发明的更完整的理解及其附带优 点将容易获得并且变得更好理解，其中图1是IXD光斑的图示。图2是本发明实施例的流程图；以及
图3是示出实现本发明实施例的示图。
具体实施例方式本发明包括改进计算IXD和LED图像的现有处理。虽然优选地应用于HDR显示器， 但本发明的原理和特征也可应用于调制器之一是IXD板的任何双调制显示器。显示器的动 态范围可能是低的，例如，任何目前已知的受调制的背光LCD板。本发明的具体改进针对的问题在于在暗处周围照亮小的亮的特征。在此情况下， LCD板在暗处周围不能阻挡来自背光(例如LED)的所有光，因此这些LED的光斑创建使得 显示器的期望外观减弱的光的裙缘。因为光斑小，所以遮罩亮度的感知效果不足以隐藏LED 光斑。在使用LED的受调制的背光中，由于特征遍及显示器，因此临近的LED得以根据需要 打开和关闭，以照亮特征，并且来自这些LED的光斑是可见的，因此LED阵列的几何排列暴 露于观看者。现参照附图，其中，相似标号表示相同或对应部分，更具体地针对其中的图1，示出 LCD光斑100的示例。如图1所示，光斑100处于三个基本部分中(1)小白圆圈，以及(2) LED光斑，并且最终(3)期望的黑色周边。在一个实施例中，本发明是这样的处理计算来自LED的光斑将在何处是可见的； 调整LED驱动级别，直到光斑应不可见；以及将附加的仿真的遮罩闪烁添加到图像，以仿真 亮的小特征。所添加的闪烁于是通过LED背光仿真调整，以产生隐藏LED阵列几何排列的稳 定闪烁形状。例如在显示器的处理器和/或控制器中执行的示例性处理在图2中示出，包 括步骤210，计算LCD光斑；调整LED驱动级别(步骤220)；添加仿真的闪烁(步骤230)； 以及调整背光仿真(步骤240)。完全依赖于显示器的理想遮罩亮度能力并非是优选的，因为HDR显示器可能难以 对于所有特征尺寸实现它们的峰值亮度。反之，与大特征相比，小特征非常暗。因此，对于 小特征，IXD板的对比度比率提供高频(空间)细节。如上所述，当前IXD不阻挡所有光，因此当IXD被设置为黑色时，来自LED背光的 光得以衰减，但是并非完全熄灭。亮LED用于照亮小的亮的特征(仅有大的亮的特征是不 够的，小的亮的特征也是需要的)。遗憾的是，甚至当LCD被设置为全黑时，某些光也进入。因此，当在黑(暗)背景上照亮小的亮的特征(例如圆圈)时，通常观察到三个区 域·小亮中心特征·在IXD的全黑部分下LED的周围裙缘(光斑或泄漏)，其包括位于被强驱动的 LED上的“中心裙缘”以及从LED的宽点扩散函数(PSF)形成的“周围裙缘”。· IXD的更远的黑部分受LED弱照射，从而他们完全显现为黑色。行走(Walking)LED问题被放大了，概因尝试明亮地照射小的亮的特征。然而，该 问题的显著部分是用于根据输入图像计算LED驱动值的下采样方案。在为模糊校正而设计的算法的各种实现方式中，输入图像根据从LCD的分辨率到 LED背光单元(BLU)阵列的分辨率的某种过滤量而得以比例化(平均化)。例如，下采样方 案实质上可以是箱(box)滤波器(或计算LED目标值的任何其它滤波器)，这种实现方式产 生一种系统，其中，输入图像的小改变(例如黑色上的小的亮的特征移动一个像素)可以使
6得LED “目标值”跳入或跳出零(关闭)。使用Brightside DR37-P显示器处理器，有可能将LED “过度驱动”为足以照亮隔 离的小的亮的特征。Matlab中的参考实现方式以及DR37-P显示器处理器的正常操作使用 LED附近的块平均亮度级别来确定LED驱动级别。因此，小的亮的特征典型地受照射不足， 并且随着较大较亮的特征移动得更接近于小的亮的特征，小特征在亮度上增加。这种亮度 改变并非是期望的，并且裙缘伪像是尝试完全照亮小特征而带来的不期望的副效果。下采样之后，通过“交换”处理来计算LED驱动值，该处理尝试考虑邻近LED所贡 献的光的量。交换步骤可以看作是锐化滤波，其减少了均勻区域中的LED驱动值，并且增加 边缘或隔离特征处的驱动值。因为LED驱动值受限于范围W. 0，1.0]，因此单个LED无法从 一帧到下一帧在关闭与全开之间跳转。在一个实施例中，例如，可以通过以下步骤来实施本发明1.使用标准方法来计算IXDl图像和仿真的背光图像Bp2.通过取得最小IXD透射性来仿真最终HDR显示器D1。3.从仿真的显示器减去原始(比例化的)HDR H0,以定位LED “裙缘”。将该图像 称为L104.使用以下遮罩闪烁卷积公式仿真与输入图像的“完美”显示器关联的遮罩闪烁。 将该图像称为Α。对于闪烁滤波的大小，使用+/-3LED。5.通过标识裙缘超过闪烁的区域来确定需要在何处抑制LED裙缘。该操作可以通 过以下操作来完成从在(3)中计算出的LED裙缘图像L1减去上述卷积图像G1，如果值超 过某个小的正数(例如使用0.0005)，则在该像素处使用遮罩/裙缘的乘数。对于其它像 素，使用1.0(单位比例化)。由于其为需要抑制的实际LED值，因此我们使用min函数(例 如Gaussian内核)将所得图像下采样为背光十六进制栅格分辨率。将该背光抑制图像称 为Rb。6.在将上述比例化Rb应用于LED之后，使用调整后的背光控制值根据(1)重新计 算仿真的背光图像。称其为B2。7.通过从原始(比例化)HDR输入Htl减去新显示器仿真D2来计算调整后的显示 器中的“失去的”闪烁源。将不同图像中的负值设置为零。称其为Sm。8.在来自(4)的卷积公式中使用上述源Sm来确定观看者应体验到但因我们的亮 点现在过暗而将无法体验到的失去的光斑。将该失去的光斑称为Gm。9.将计算出的“失去的光斑”添加到原始输入的HDR值，以得到新的目标图像 氏+Gm。使用该目标来计算具有背光图像B2的LCD2图像输出的实际前景像素值。结果是在观看者本应体验真实光斑的区域中具有仿真的光斑的显示器足以掩蔽 其余LED裙缘。表示法· B1 =物理单位· LCDl图像=归一化单位· D1 =物理单位 -H0=物理单位(原始归一化单位)
· L1 =物理单位
· G1 =物理单位· L1-G1 =物理单位.Rb=归一化单位· B2 =物理单位· D2 =物理单位· Sm =物理单位· Gm =物理单位· H0+Gm =物理单位· LCD2图像=归一化单位这种计算的耗费最多的部分是在步骤4和步骤8中，其中，计算显示器的遮罩闪 烁。并非以LCD板的完全分辨率使用相对大的闪烁滤波，而是将闪烁滤波分离为低频分量 和高频分量，并且·将低频分量应用于下采样后的图像，然后将结果放大·将高频分量应用于原始图像·将两个结果加在一起该计算的耗费次多的部分在步骤1和步骤6中，其中，仿真背光。一个选项在于使 用步骤1的结果，并且仅于在步骤6中LED已经将值改变显著量(或任何量)的情况下对 其进行调整。这样将光场仿真计算限制为针对改变的LED值，而非显示器的所有LED。然 而，应提供足够的处理能力来为任何输入帧计算整个背光。最后，并非使用标准方法在步骤1中计算初始LCDl和B1，而是一种替代方式开始 于大误差(例如打开所有/或很多LED)并且让算法使得它们减小(步骤2-9)。缓和算法极有可能对用于初始设置LED的值的下采样算法是敏感的。算法对于各 种下采样方案的性能分析说明给定对于图像中小的亮的特征的位置异常敏感的下采样方 案，LED仍将进行从关到开再到关的突然过渡。关键参数是遮罩亮度函数(虽然对于很多类的观测者而言其近似是同一函数，并 且不受限于具体的显示器)。实现本发明的缓和技术包括用于解决在黑色周围照亮小的亮的特征的问题的处 理。该处理首先对于图像特征浏览/确定预测的遮罩闪烁，并且抑制超过它的LED裙缘。该 处理然后添加在应从失去的刺激出现的光斑的仿真中。该处理具有的另外优点是能够正 常地表现出亮得多的仿真源，例如太阳或其它强烈高光。根据本发明的示例性缓和技术包括以下步骤(1)比较LED驱动值，计算仿真的背光图像，并且计算IXD图像。(2)通过取最小IXD透射性来仿真最终HDR显示器。(3)从仿真的显示器减去原始(比例化的)HDR，以定位LED “裙缘”。(4)使用卷积内核仿真与输入图像的“完美”显示关联的遮罩闪烁。(5)通过标识裙缘超过闪烁的区域来确定需要在何处抑制LED裙缘。可以通过从 (3)中计算出的LED裙缘图像减去卷积图像来执行标识裙缘超过闪烁的区域，如果值超过 一小的正数(例如0. 0005)，则在该像素处使用遮罩/裙缘的乘数。对于其它像素，例如，使 用单位比例化(1. 0)。由于其为需要抑制的实际LED值，因此我们将所得图像下采样为背光十六进制栅格分辨率。例如，可以使用对于在步骤(1)中计算LED驱动值而使用的同一下 采样函数(例如min函数(理想)、Gaussian内核等)来执行下采样。(6)使用调整后的背光控制值根据(1)重新计算仿真的背光图像。(7)通过从原始(比例化)HDR输入减去新显示仿真来计算调整后的显示中的“失 去的”闪烁源。将不同图像中的负值设置为零。(8)在来自(4)的卷积公式中使用上述源来确定观看者应体验到但因我们的亮点 现在过暗而将无法体验到的失去的光斑。(9)将计算出的“失去的”光斑添加到原始输入HDR值，以得到新的目标图像。使 用该目标来计算LCD输出的实际前景像素值。例如，可以将步骤(4)的卷积内核表示为for angle =
if angle < 0. 5mag (index) = 9. 2/(0. 5"2)；elsemag (index) = 9. 2/(angle"2)；endindex++end(其中，angle 角度；degreesPerPixel 每个像素的角度；max_angle 最大角度)另一可能的卷积将相似于Convolve[t = 0，max theta] ((1. 58724464 > t) ？9. 2/((t > . 00291) ？ t:. 00291) "3. 44:9· 2*(1· 5+t)/t))；(其中，Convolve 卷积)离心率(角)以距每一像素的度数来表示，其是基于期望的观看距离而计算出的。 Max_angle典型地在近似1与4LED间距之间，并且基于观看距离，并且例如被设置为7度， 或者其中，卷积公式下降到在角度(angle) = 0时小于其最大值的百分比的1/2。该处理的结果是具有观看者本应体验真实光斑的区域中仿真的光斑的显示器足 以掩蔽其余LED裙缘。上述处理或技术可以例如以双调制显示器来实现，其包括例如图3所示的结构 300。图像数据305输入到控制器310，并且根据该控制器而受处理，控制器包括处理器320， 处理器320包括光斑标识器322、驱动级别调整器324、遮罩仿真器326、以及背光仿真调整 器328，均根据上述处理/技术中的一种或多种而被配置。背光接口 330提供数据来驱动LED阵列350，IXD接口被配置为驱动前端板360的 IXD。LED阵列350和前端板360的IXD提供根据依照上述处理技术中的一种或多种而计算
/调整的双调制。在描述附图所示的本发明优选实施例中，为了清楚而采用具体术语。然而，本发明 并非意图受限于所选的具体术语，应理解，每一具体元件包括以相似方式操作的所有技术 等同物。例如，当描述LEDBLU时，任何其它等同设备(例如激光器或基于硅的光阵列、硅反射阵列(例如LCoS)、DLP上的激光器、电子纸张、有机光源(例如0LED)或具有等同功能或 能力的其它光源设备)可以作为替代，无论是否在此列出。甚者，发明人意识到，现在未知 的新开发的技术也可替换所描述的部分，并且仍不脱离本发明的范围。还应根据任何和所 有可用的等同物来考虑所有其它所描述的对象(包括双调制显示器系统、采样器、滤波器、 LCD、LED等，但不限于此)。本发明的各部分可以使用根据本发明教导而编程的传统通用或专用数字计算机 或微处理器而得以便利地实现，正如计算机领域技术人员周知的那样。熟练程序员可以基于本发明的教导来准备适当的软件代码，正如软件领域技术人 员所周知的那样。本发明也可以通过准备专用集成电路或者通过对传统组件电路的适当网 络进行互连而得以实现，正如本领域技术人员基于本发明将容易理解的那样。本发明包括计算机程序产品，其为存储介质/媒介，具有存储于其上/其中的指 令，其可以用于控制或者使得计算机执行本发明的任何处理。存储介质可以包括任何类型 的盘，包括软盘、迷你盘(MD)、光盘、DVD, HD-DVD、蓝光、CD-ROMS、CD或DVD RW+/-、微驱动 器以及磁光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、DRAM、VRAM、闪存设备(包括闪速卡、存储棒)、磁 卡或光卡、SIM卡、MEMS、纳米系统(包括分子存储器IC)、RAID设备、远程数据存储/存档 /库存、或适用于存储指令和/或数据的任何类型的介质或设备，但不限于此。存储在任一计算机可读介质/媒介上，本发明包括软件，用于控制通用/专用计算 机或微处理器的硬件，使得计算机或微处理器能够与人类用户或其它其它利用本发明的结 果的机构进行交互。所述软件可以包括设备驱动、操作系统以及用户应用，但不限于此。最 后，所述计算机可读介质还包括用于执行本发明的软件，如上所述。通用/专用计算机的编程(软件)中所包括的是用于实现本发明教导的软件模 块，包括计算/仿真图像背光和最终显示、用于标识、相加、相减、卷积以及比较任何图像、 图像特征、像差、光斑、闪烁、裙缘、遮罩的计算、以及根据本发明的处理的结果的显示、存储 或通信，但不限于此。本发明可以合适地包括、包含或者基本包含本发明的任何元件、部分或特征及其 等同物。此外，在此说明性地公开的本发明可以在缺少任何元件的情况下得以实践，无论是 否在此具体公开。显然，根据上述教导，本发明的大量修改和变化是有可以的。因此，应理 解，在所附权利要求的范围内，可以实践本发明，而非如在此具体描述的那样。
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权利要求
一种驱动双调制显示器的方法，包括以下步骤确定将在所述显示器的输出中可见的光斑；调整背光的驱动级别，以使所述光斑减少；添加仿真的遮罩闪烁；以及调整背光仿真，以产生遮罩闪烁的形状，从而隐藏背光的几何排列。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述背光包括LED阵列，并且背光仿真的调整隐 藏LED阵列的几何排列。
3.—种驱动显示器的方法，所述显示器包括受调制的背光以及被所述受调制的背光照 射的前端调制器，所述方法包括以下步骤根据图像数据计算前端调制器图像和仿真的背光图像； 确定至少一个LED “裙缘”的位置； 仿真遮罩闪烁；计算背光抑制图像，所述背光抑制图像被配置为补偿所述“裙缘”超过所述仿真的闪 烁的区域；根据所述背光抑制图像重新计算所述仿真的背光； 确定“失去的”闪烁源； 计算对于每一失去的闪烁源的遮罩闪烁； 构造包括计算出的遮罩闪烁的新的IXD图像。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述前端调制器包括LCD板。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述遮罩闪烁是经由卷积仿真的。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述卷积包括含有以下内容的处理 for angle =
if angle < 0. 5mag (index) = 9. 2/(0. 5"2)；elsemag (index) = 9. 2/ (angle"2)；end index++ end.O
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述卷积包括 Convolve[t = 0，max_theta] ((1. 58724464 > t) ？ 9. 2/((t > . 00291) ？ t:. 00291) "3. 44:9. 2*(1· 5+t)/t)) ；·ο
8.根据权利要求3所述的方法，其中，标识区域的步骤包括从“裙缘”的图像减去用于 产生所述仿真的闪烁的卷积图像。
9.根据权利要求3所述的方法，其中，抑制所标识的区域的步骤包括在所述“裙缘”超 过仿真的闪烁预定的小的正数的每一像素处使用乘数。
10.根据权利要求3所述的方法，其中，重新计算的步骤包括将所述背光抑制图像应用于为了创建所述背光仿真而使用的至少一部分图像数据，然 后重新计算所述背光仿真。
11.根据权利要求3所述的方法，其中所述方法是通过在计算机可读介质上存储的一组计算机指令而得以实施的； 所述计算机指令当被加载至计算机时，使得所述计算机执行所述方法的步骤。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述计算机指令是作为可执行程序存储在所 述计算机可读介质上的经编译的计算机指令。
13.一种计算机可读介质和所述计算机可读介质所存储的一组指令，当加载至计算机 时，使得所述计算机执行以下步骤确定将在显示器的输出处的图像中可见的光斑；调整所述显示器的背光的驱动级别，从而所述光斑将减少；以及将仿真的遮罩闪烁添加到所述图像。
14.根据权利要求13所述的计算机可读介质，其中，所述步骤还包括调整所述显示器 的背光，以产生减少背光的几何排列的可见性的遮罩闪烁的形状。
15.一种显示器，包括 前端调制器；背光，被配置为产生受调制的光，其照射所述前端调制器；以及 控制器，被配置为根据图像信号产生背光控制信号和前端调制器控制信号； 其中，所述背光控制信号和所述前端调制器控制信号中的至少一个包括使得LCD光 斑的出现最少化的对值的调整。
16.根据权利要求15所述的显示器，其中，对值的调整包括减少待显示的图像中的可 见光斑，引入被配置为使得与背光有关的伪像变暗的遮罩闪烁。
17.根据权利要求16所述的显示器，其中，所述伪像包括与背光的几何排列有关的伪像。
18.一种显示器，包括 前端调制器；背光，被配置为产生受调制的光，所述受调制的光照射所述前端调制器；以及 控制器，被配置为将图像信号处理为背光控制信号和前端调制器控制信号； 其中，所述背光控制信号和所述前端调制器控制信号中的至少一个包括使得伪像被 移除、以及人造效果被引入到所述信号产生的图像的控制信号。
19.根据权利要求18所述的显示器，其中，所述伪像包括IXD光斑，以及所述人造效果 包括遮罩闪烁。
20.根据权利要求19所述的显示器，其中，所述遮罩闪烁被配置为使得背光的几何排 列产生的效果最小化。
全文摘要
LCD光斑得以减少，方式是将背光调整到LCD光斑不可见的级别，然后引入仿真的遮罩闪烁。进一步通过背光仿真来调整闪烁，以隐藏背光的几何排列(例如LED阵列)。例如，执行减少操作，方式是处理双调制显示器设备中驱动背光和前端调制器的信号。
文档编号G09G3/36GK101911168SQ200980101827
公开日2010年12月8日 申请日期2009年1月6日 优先权日2008年1月9日
发明者G·J·沃德, H·西特真, J·E·哈里森, M·M·特伦塔考斯特 申请人:杜比实验室特许公司
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