專(zhuān)利名稱：基于led/lcd的高動(dòng)態(tài)范圍顯示器的信號(hào)生成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高動(dòng)態(tài)范圍顯示器的領(lǐng)域，并且涉及用于在其中處理和顯示圖像的方法。
背景技術(shù)：
高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)顯示器是能夠顯示具有非常高的對(duì)比度、非常深的黑和非常亮的白的圖像的顯示器。這種類(lèi)型的顯示器可以通過(guò)使用非均勻背光來(lái)示出HDR圖像。具體地，可以基于輸入圖像來(lái)調(diào)整屏幕的不同區(qū)域上的背光的強(qiáng)度。這種顯示器的主要難題之一是如何將輸入圖像從三分量數(shù)據(jù)(例如RGB、YCbCr) 轉(zhuǎn)換成顯示器所要求的四分量數(shù)據(jù)。這尤其適用于諸如以下顯示器這種顯示器具有提供強(qiáng)度信息形式的一個(gè)分量的發(fā)光二極管背光層(LED層)和提供三個(gè)分量的強(qiáng)度和顏色信息的LCD層。高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)顯示器作為數(shù)字成像的一種可供選擇的格式在近年來(lái)已經(jīng)受到很多關(guān)注。傳統(tǒng)的低動(dòng)態(tài)范圍(LDR)圖像格式是為遵從ITU-R推薦BT 709(又名 Rec. 709)的顯示器設(shè)計(jì)的，其中只能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)數(shù)量級(jí)的動(dòng)態(tài)范圍。然而，真實(shí)世界的屏幕具有在日間大約為十個(gè)數(shù)量級(jí)的高得多的動(dòng)態(tài)范圍。人類(lèi)視覺(jué)系統(tǒng)(HVS)能夠感知5個(gè)數(shù)量級(jí)。這些HDR顯示器近年來(lái)已被投放到市場(chǎng)并且是基于所謂的LED-IXD技術(shù)的，其中傳統(tǒng)的LCD顯示器的均勻背光被分別控制的LED的矩陣所替換，其中每個(gè)LED僅為屏幕的一個(gè)小區(qū)域照明。LED層中的LED的數(shù)目遠(yuǎn)小于IXD層中的像素的數(shù)目，但是每個(gè)LED的亮度可在較大范圍的值上調(diào)節(jié)。結(jié)果，LED層提供了一種很高動(dòng)態(tài)范圍、低分辨率的背光。前面的LCD面板與傳統(tǒng)的LCD顯示器相同，其中液晶單元控制每個(gè)像素的顏色并且對(duì)LED層提供的強(qiáng)度進(jìn)行微調(diào)。在HDR顯示器中，將輸入圖像的三個(gè)顏色分量轉(zhuǎn)換成四個(gè)分量的轉(zhuǎn)換不是一個(gè)簡(jiǎn)單直接的過(guò)程，因?yàn)樵趫D像和顯示器之間沒(méi)有簡(jiǎn)單的一對(duì)一對(duì)應(yīng)關(guān)系。另外，可能存在多種方案；從而，應(yīng)試圖找出最優(yōu)方案，因?yàn)楦鞣N方案產(chǎn)生各種圖像質(zhì)量。因?yàn)樽罱氲腍DR顯示器大多數(shù)是原型(例如，BrightSide，BrightSide Technologies Inc. , 1310 Kootenay Street, Vancouver, B. C. , Canada),所以關(guān)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成問(wèn)題所做的工作非常少。在關(guān)于HDR顯示器的原創(chuàng)論文(Seetzen，H.，et al. ,High dynamic range display systems,ACM Press, p. 760-768. 2004)中，提出了一種簡(jiǎn)單的串話 (cross-talking)方法以降低計(jì)算復(fù)雜度。簡(jiǎn)單的串話方法的流程圖在

圖1中示出。在圖 1中，塊101對(duì)應(yīng)于首先獲得具有強(qiáng)度特征I的HDR圖像，塊102對(duì)應(yīng)于與強(qiáng)度特征I的平方根有關(guān)的背光的目標(biāo)強(qiáng)度的確定，塊103對(duì)應(yīng)于將圖像下采樣到背光的分辨率以獲得要使用的實(shí)際背光信號(hào)，并且塊104對(duì)應(yīng)于獲得LCD信號(hào)，該LCD使用LCD響應(yīng)函數(shù)來(lái)針對(duì)背光值和目標(biāo)強(qiáng)度進(jìn)行補(bǔ)償。此串話方法相當(dāng)快，但是顯示誤差也相當(dāng)大。在較大的局部對(duì)比度下，其也可能失效。簡(jiǎn)言之，在這種屏幕上顯示HDR圖像不是簡(jiǎn)單直接的，因?yàn)長(zhǎng)ED層的較低分辨率和LED之間的串話導(dǎo)致不可能分別控制每個(gè)像素的輸出。對(duì)錯(cuò)誤背光的使用導(dǎo)致低圖像質(zhì)量，并且甚至可能導(dǎo)致諸如假輪廓和可見(jiàn)的LED圖案之類(lèi)的視覺(jué)贗像。在 Feng Li, Xiaofan Feng, Ibrahim Sezan, Scott Daly, Deriving LED Driving Signal for Area-Adaptive LED Backlight in HDR,SID Symposium Digest of Technical Papers, 38#1,1794-1797 (2007)的論文中，設(shè)計(jì)了兩種方法來(lái)解決此問(wèn)題。第一種方法沒(méi)有考慮顯示器表征和人類(lèi)視覺(jué)系統(tǒng) 第二種方法要求背光始終比期望的輸出水平更亮并且采用線性優(yōu)化器來(lái)解決該問(wèn)題。其復(fù)雜度高得多，并且這些假設(shè)可能是不實(shí)際的。鑒于上述問(wèn)題，需要開(kāi)發(fā)高動(dòng)態(tài)范圍顯示器和方法，與其中的圖像處理和顯示有關(guān)，以確保HDR顯示器遵從ITU-R推薦BT 709標(biāo)準(zhǔn)、與HVS相稱、并且不要求和/或使用計(jì)算上過(guò)于復(fù)雜的信號(hào)處理。

發(fā)明內(nèi)容
一種顯示設(shè)備包括背光單元，該背光單元具有光生成元件的矩陣；前端單元，該前端單元具有多個(gè)遮光器，這多個(gè)遮光器被分組成重復(fù)的布置，該重復(fù)的布置包括至少兩個(gè)不同的遮光器，該至少兩個(gè)不同的遮光器中的每個(gè)遮光器衰減不同顏色的光；信號(hào)處理系統(tǒng)，用于接收?qǐng)D像信號(hào)并且具有用于處理圖像信號(hào)并且得出用于背光單元的最終背光驅(qū)動(dòng)器信號(hào)和用于前端單元的最終前端驅(qū)動(dòng)器信號(hào)的算法，其中該算法可以是迭代梯度下降算法。該算法可采用至少一個(gè)差異減小迭代來(lái)得出最終驅(qū)動(dòng)器信號(hào)，并且該至少一個(gè)迭代可響應(yīng)于顯示目標(biāo)圖像亮度值(I)；與至少一組中間驅(qū)動(dòng)器信號(hào)相關(guān)的至少一個(gè)投影圖像亮度值(0)；以及這些亮度值之間的差異。該算法可包括背光單元的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)和背光驅(qū)動(dòng)器信號(hào)之間的卷積，其中背光驅(qū)動(dòng)器信號(hào)可被量化；可產(chǎn)生或訪問(wèn)用于背光單元的背光驅(qū)動(dòng)器信號(hào)的具有對(duì)應(yīng)于光生成元件的M行乘N列的背光矩陣L和對(duì)應(yīng)于點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的點(diǎn)擴(kuò)散矩陣P ；以及L和P的乘積，該乘積產(chǎn)生全分辨率背光亮度矩陣B ；并且可適合于響應(yīng)于亮度矩陣和顏色P的正規(guī)化前端驅(qū)動(dòng)器信號(hào)的乘積來(lái)生成該顏色P的最終前端驅(qū)動(dòng)器信號(hào)。給定的顏色P的顯示輸出亮度Op的至少一項(xiàng)被表達(dá)為亮度矩陣B、顏色ρ的輸入高動(dòng)態(tài)范圍圖像Ip和顏色P的前端驅(qū)動(dòng)器信號(hào)Dp的函數(shù)，該顏色ρ的前端驅(qū)動(dòng)器信號(hào)Dp可被正規(guī)化。顯示設(shè)備可通過(guò)具有執(zhí)行輸入高動(dòng)態(tài)范圍圖像和顏色P的顯示輸出亮度之間的差異計(jì)算的最小平方并且最小化該最小平方的算法來(lái)優(yōu)化最終驅(qū)動(dòng)器信號(hào)。算法還可適合于使得輸出誤差并生成并用于確定顏色P的最終前端驅(qū)動(dòng)器信號(hào)，并且輸出誤差至少包含一項(xiàng)JP，Jp是顏色P的輸入高動(dòng)態(tài)范圍圖像亮度IP、顏色P的正規(guī)化前端驅(qū)動(dòng)器信號(hào)Dp、 顯示輸出亮度Op以及L和P的乘積的函數(shù)。算法在優(yōu)化最終驅(qū)動(dòng)器信號(hào)時(shí)還可確定和/ 或響應(yīng)限幅誤差和量化誤差。算法還可確定并減小總體輸出誤差，總體輸出誤差至少包含一項(xiàng)
權(quán)利要求
1.一種顯示設(shè)備，包括背光單元，所述背光單元具有光生成元件的矩陣；前端單元，所述前端單元具有多個(gè)遮光器，所述多個(gè)遮光器被分組成重復(fù)的布置，該重復(fù)的布置包括至少兩個(gè)不同的遮光器，所述至少兩個(gè)不同的遮光器中的每個(gè)遮光器衰減不同顏色的光；信號(hào)處理系統(tǒng)，用于接收?qǐng)D像信號(hào)，并且具有用于處理所述圖像信號(hào)并且得出用于所述背光單元的最終背光驅(qū)動(dòng)器信號(hào)和用于所述前端單元的最終前端驅(qū)動(dòng)器信號(hào)的算法，其中所述算法采用至少一個(gè)差異減小迭代來(lái)得出所述最終驅(qū)動(dòng)器信號(hào)，所述至少一個(gè)迭代響應(yīng)于顯示目標(biāo)圖像亮度值(I)；與至少一組中間驅(qū)動(dòng)器信號(hào)相關(guān)的至少一個(gè)投影圖像亮度值(O)；以及這些亮度值之間的差異。
2.如權(quán)利要求1所述的顯示設(shè)備，其中，所述算法是迭代梯度下降算法。
3.如權(quán)利要求1所述的顯示設(shè)備，其中，所述算法采用所述背光單元的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)和經(jīng)量化的背光驅(qū)動(dòng)器信號(hào)之間的卷積。
4.如權(quán)利要求3所述的顯示設(shè)備，其中，所述算法適合于產(chǎn)生或訪問(wèn)用于所述背光單元的經(jīng)量化的背光驅(qū)動(dòng)器信號(hào)的、具有對(duì)應(yīng)于所述光生成元件的M行乘N列的背光矩陣L，和對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的點(diǎn)擴(kuò)散矩陣P ；以及L和P的乘積，以產(chǎn)生全分辨率背光亮度矩陣B。
5.如權(quán)利要求4所述的顯示設(shè)備，其中，所述算法適合于響應(yīng)于所述亮度矩陣和顏色ρ 的正規(guī)化前端驅(qū)動(dòng)器信號(hào)的乘積來(lái)生成該顏色P的最終前端驅(qū)動(dòng)器信號(hào)。
6.如權(quán)利要求5所述的顯示設(shè)備，其中，至少，給定的顏色ρ的顯示輸出亮度Op的一項(xiàng)被表達(dá)為Op=B^Op
7.如權(quán)利要求6所述的顯示設(shè)備，其中，所述算法適合于產(chǎn)生所述顏色ρ的所述輸入高動(dòng)態(tài)范圍圖像和顯示輸出亮度之間的差異的最小平方，并且所述算法減小所述最小平方。
8.如權(quán)利要求4所述的顯示設(shè)備，其中，所述算法適合于使得輸出誤差被生成并用于確定顏色P的最終前端驅(qū)動(dòng)器信號(hào)，所述輸出誤差至少包含如下表達(dá)的一項(xiàng)
9.如權(quán)利要求5所述的顯示設(shè)備，其中，所述算法適合于響應(yīng)限幅誤差和量化誤差，其中所述限幅誤差是與不足亮度有關(guān)的用于所述背光單元的一些中間驅(qū)動(dòng)器信號(hào)導(dǎo)致的， 并且是所述不足亮度與所述顯示目標(biāo)圖像亮度值之間的差異，并且所述量化誤差是所述前端單元的亮度量化級(jí)別與所述顯示目標(biāo)圖像亮度值之間的差已
10.如權(quán)利要求4所述的顯示設(shè)備，其中，所述算法適合于使得總體輸出誤差J被生成并用于確定至少三種顏色的最終前端驅(qū)動(dòng)器信號(hào)，所述總體輸出誤差被所述算法所減小并且至少包含如下表達(dá)的一項(xiàng)
11.一種方法，包括以下步驟 訪問(wèn)圖像信號(hào)；響應(yīng)于所述圖像信號(hào)，生成用于背光單元的各個(gè)背光元件的中間背光驅(qū)動(dòng)器信號(hào)； 將所述中間背光驅(qū)動(dòng)器信號(hào)與所述背光單元的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)相卷積； 響應(yīng)于所述卷積步驟，得出至少一個(gè)新的背光驅(qū)動(dòng)器信號(hào)；確定與具有各個(gè)遮光器的前端單元的多個(gè)可用遮光器信號(hào)相關(guān)聯(lián)并且與所述至少一個(gè)新的背光驅(qū)動(dòng)器信號(hào)相關(guān)聯(lián)的顯示誤差，所述前端單元具有比所述背光單元更高的分辨率；利用遮光器信號(hào)和新的背光驅(qū)動(dòng)器信號(hào)的組合來(lái)驅(qū)動(dòng)顯示設(shè)備，所述組合相對(duì)于其他生成的中間背光驅(qū)動(dòng)器信號(hào)和其他可用的遮光器信號(hào)引起顯示誤差的減小。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括 從所述圖像信號(hào)訪問(wèn)各個(gè)遮光器的目標(biāo)顯示輸出；在所述生成步驟中使用包括所述目標(biāo)顯示輸出的平方根的因子來(lái)獲得中間背光驅(qū)動(dòng)器信號(hào)。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括生成具有對(duì)應(yīng)于所述背光元件的M行乘N列的背光矩陣L ；以及至少部分從所述矩陣L和矩陣P產(chǎn)生全分辨率背光亮度矩陣B。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括將所述全分辨率背光亮度矩陣B與所述圖像信號(hào)相比較；以及生成具有分別與Sign(I-PlZ)和Sign(Pf-I)相對(duì)應(yīng)的對(duì)角線元素的對(duì)角矩陣U和V， 其中矩陣L*表示新的背光驅(qū)動(dòng)器信號(hào)的迭代，并且I表示所述圖像信號(hào)的目標(biāo)顯示輸出。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括重復(fù)所述比較步驟和生成對(duì)角矩陣的步驟n次，其中n是預(yù)定的迭代次數(shù)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括 量化所述矩陣L中的背光驅(qū)動(dòng)器信號(hào)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括以下步驟在最后迭代之后使用矩陣來(lái)確定最終全分辨率背光；以及響應(yīng)于所述最終全分辨率背光來(lái)選擇所述驅(qū)動(dòng)步驟中使用的最終遮光器信號(hào)。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，包括確定限幅誤差和量化誤差，其中所述限幅誤差是與不足亮度有關(guān)的用于所述背光單元的中間驅(qū)動(dòng)器信號(hào)導(dǎo)致的并且是所述不足亮度與所述目標(biāo)顯示輸出之間的差異，并且所述量化誤差是所述前端單元的亮度量化級(jí)別與所述目標(biāo)顯示輸出之間的差異；將所述限幅誤差或量化誤差應(yīng)用到成本函數(shù)中，并且使用所述成本函數(shù)作為確定所述顯示誤差時(shí)的一個(gè)因子。
19.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括將所述全分辨率背光亮度矩陣B與所述圖像信號(hào)相比較；以及在確定所述顯示誤差并選擇遮光器信號(hào)和新的背光驅(qū)動(dòng)器信號(hào)的組合時(shí)使用所述比較步驟中的所述比較。
全文摘要
一種操作高動(dòng)態(tài)范圍顯示設(shè)備的方法包括以下步驟訪問(wèn)圖像信號(hào)(201)；響應(yīng)于圖像信號(hào)生成用于背光單元的各個(gè)背光元件的中間背光驅(qū)動(dòng)器信號(hào)(202)；將中間背光驅(qū)動(dòng)器信號(hào)與背光單元的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)相卷積(203)；響應(yīng)于卷積步驟得出至少一個(gè)新的背光驅(qū)動(dòng)器信號(hào)(204至207)；確定與具有各個(gè)遮光器的前端單元的多個(gè)可用遮光器信號(hào)相關(guān)聯(lián)并且與至少一個(gè)新的背光驅(qū)動(dòng)器信號(hào)相關(guān)聯(lián)的顯示誤差，前端單元具有比背光單元更高的分辨率(208)；利用遮光器信號(hào)和新的背光驅(qū)動(dòng)器信號(hào)的組合來(lái)驅(qū)動(dòng)顯示設(shè)備，該組合相對(duì)于其他生成的中間背光驅(qū)動(dòng)器信號(hào)和其他可用的遮光器信號(hào)引起顯示誤差的減小(209)。
文檔編號(hào)G09G3/34GK102317999SQ201080007549
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月11日
發(fā)明者瓊·利亞奇, 翟杰夫 申請(qǐng)人:湯姆遜許可證公司