對於相鄰像素相關性的補償的製作方法
2023-04-27 22:43:46 1
專利名稱：對於相鄰像素相關性的補償的製作方法
技術領域：
本發明涉及利用具有相鄰像素相關性的成像器的視頻系統的領域，更加具體地說，本發明涉及用於校正這樣的相關性的系統。
背景技術：
各種類型電子顯示器和視頻成像設備都已經有了許多新的發展。這種技術的一個例子就是矽上液晶(LCOS)。雖然這些各種類型的顯示設備都有許多優點，但某些較新的技術卻遭遇相鄰像素相關性的困難。一般來說，相鄰像素相關性是成像器的一個像素的亮度水平的畸變，是由一個或多個相鄰像素的相互影響產生的。這樣的相關性的原因根據顯示器或成像技術的具體類型而有所不同。例如，對於LCOS，這個問題主要來源於向錯誤差(disclination error)。為了理解這一效應，簡單地描述一下LCOS是有益的。
LCOS可以被認為是在矽晶片上形成的一個大型的液晶。矽晶片分成由微型板電極構成的一個增長陣列。液晶的微型增長區受到由每個微型板極和公共板極產生的電場的影響。每個這樣的微型板極和相應的液晶區在一起統稱為成像器的一個單元。每一單元對應一個單獨的可控鍾象素。公共板電極設置在液晶的另一側。每個單元(或像素)在輸入信號改變之前仍舊保持以相同的強度發光，其作用就是採樣和保持。像素不會衰退，像陰極射線管中的磷一樣。每一組公共板極和可變板極電極形成一個成像器。為每種顏色提供一個成像器，在這種情況下，對於紅、綠、藍中的每一種顏色提供一個成像器。
具有LCOS成像器的光引擎在顯示傳輸函數中存在嚴重的非線性，這種非線性可以通過一個數字查找表(稱之為伽瑪表)來校正。伽瑪表對於傳輸函數中的增益差進行校正。雖然經過這種校正，但LCOS成像傳輸函數對於正常白光LCOS成像器的嚴重的非線性意味著黑色區具有極低的光相對於電壓的增益。這樣，在較低的亮度水平，亮度差只有中等大小的相鄰像素就需要用差別極大的電壓電平去驅動。這將產生一個邊緣電場，邊緣電場在垂直期望電場的方向具有一個分量。垂直場產生的亮度比期望的像素產生的亮度大，這又可能在目標上產生不期望的亮邊緣。垂直場的存在叫做向錯。有時稱由向錯引起的並且被觀眾感受到的這種假像(image artifact)為閃光。這是因為發生向錯的圖像區可能在下方的圖像上出現光的閃爍。實際上，受向錯影響的暗像素非常亮，經常是它們應該的亮度的5倍。對於成像器產生的每一種顏色，閃光可變為紅、綠、藍各種顏色。通常，認為這些亮度的失真是相鄰象素相關性引起。
LCOS成像是一種新的技術，向錯是一個新的問題。然而，由相鄰像素相關性引起的亮度畸變問題不一定非要限制LCOS成像器不可。其它類型的顯示器和成像器也可能遭遇類似的相鄰像素的亮度畸變問題。對於所有類型的成像器，這些亮度畸變的物理原因不可能完全相同，但這些效應可以廣泛地表徵為相鄰像素相關性。
對於相鄰像素相關性問題的有各種不同的建議的解決方案，其中包括對於圖像的總亮度分量進行信號處理。然而，這樣的系統趨向於降低整個圖像的質量。在這樣的現有技術系統中，減小相鄰像素相關性的影響的折衰方案就是要有一種圖像，其中在實際上全然不損失水平清晰度。簡單地說，按這種方式，不可能犧牲圖像的細節和清晰度。
本領域的普通技術人員可能會期望，相鄰像素相關性問題在成像器中解決或最終解決，因為成像器是產生這個問題的地方。然而，在諸如LOCS之類的新出現的技術中，除了LOCS成像器廠家以外的任何一方都沒有機會把這個問題固定在成像器內。並且沒有任何跡象表明基於成像器的解決方案可以應用到所有類型的成像器中。因此，迫切需要提供對於成像器不作任何修改就可能實施的這個問題的解決方案。
發明內容
本發明涉及減小由相鄰像素相關性引起的像素亮度畸變的方法和系統。按照它的最基本的形式，這個方法包括估算由處在第二亮度控制水平的至少一個相鄰像素引起的對於處在第一亮度控制水平的第一像素產生的相鄰像素相關性效果。根據這種估算的結果，修改對於第一像素的第一亮度控制水平，以補償相鄰像素相關性的影響結果。更加具體地說，估算步驟可以包括計算估算的像素亮度控制水平，這種估算的像素亮度控制水平會導致在沒有像素相關性影響的情況下的第一像素的實際亮度，這種估算的像素亮度控制水平等於在存在所說的相鄰像素相關性影響的條件下從第一像素亮度控制水平導出的實際亮度。
按照本發明的一個方面，估算步驟可以包括比較第一像素的亮度控制水平與在同一行中緊挨著所說第一像素之前或之後出現的相鄰像素的亮度控制水平。可以使用相鄰像素相關性函數來計算像素相關性對於實際圖像亮度的影響。像素相關性函數可以是一種複雜的函數或者是一種簡單的函數。修改步驟的目的是確定第一像素的修改的亮度控制水平，第一像素的修改的亮度控制水平可能導致在存在像素相關性的情況下的第一像素的實際亮度，這個第一像素的修改的亮度控制水平能更加緊密地接近在沒有像素相關性的條件下從未曾修改的第一亮度控制水平導出的實際亮度。可以反覆地進行比較和修改這兩個步驟，以得到改進的結果。
本發明還可以包括一個用於減小由相鄰像素相關性引起的顯示器中或者成像器中的亮度畸變誤差的系統。提供一個估算器來估算由至少一個處在第二亮度控制水平的相鄰像素引起的對於處在第一亮度控制水平的第一像素產生的相鄰像素相關性影響效果。更加具體地說，估算器可以計算估算的像素亮度控制水平，這個估算的像素亮度控制水平可能導致在像素相關性效果不存在的條件下的第一像素的實際亮度，這個估算的像素亮度控制水平等於在像素相關性效果存在的條件下從第一像素亮度控制水平導出的實際亮度。
按照本發明的一個方面，估算器可以比較第一像素的亮度控制水平與一個或多個相鄰像素的亮度控制水平。例如，相鄰像素可以在同一行中緊挨著第一像素之前或之後出現。估算器還可以按照像素相關性函數修改差值，以適當地調節像素相關性的相關效果。像素相關性函數可以是一種複雜的函數或者是一種簡單的函數。
迭代調節級可以修改第一像素的第一亮度控制水平，以補償像素相關性誤差。迭代調節級確定第一像素的修改的亮度控制水平，第一像素的修改的亮度控制水平可導出在像素相關性誤差存在的情況下的第一像素的實際亮度，第一像素的修改的亮度控制水平更加靠近地接近在像素相關性誤差不存在的情況下從未經修改的第一亮度控制水平導出的實際亮度。可提供迭代估算和迭代調節級以得到改進的近似結果。
圖1是方塊圖，用於表示迭代算法的第一階段，所說的迭代算法可用於減小相鄰像素相關性的明顯結果；圖2是示意圖，用於表示控制信號在成像器或顯示器中是如何控制一行像素中的每個像素的亮度的；圖3是方塊圖，用於表示一個迭代算法，這個迭代算法可用於減小相鄰像素相關性的明顯結果的圖1的算法之後的任何階段；圖4是可用於圖1和圖2中的估算器的詳細方塊圖。
具體實施例方式
本發明可減小由相鄰像素相關性引起的電子顯示器或成像器中的亮度畸變。為實現這項目的，首先要估算由處在第二亮度控制水平的至少一個相鄰像素引起的對於處在第一亮度控制水平的第一像素產生的像素相關性影響效果，並且使用這個結果重複地預調節或修改第一像素的像素亮度控制信號以補償由相鄰像素引起的亮度畸變。這一過程可使用選擇性地控制像素亮度控制信號以補償相鄰像素相關性的已知影響效果的任何合適的方法來實現。為便於理解本發明，圖1和圖2是如何實現這個過程的例子。然而，應該理解，本發明不限於這裡表示的實施例。
圖1是按照本發明的優選實施例的亮度控制系統的第一級的方塊圖。輸入到這個系統的是要在一個成像器中顯示的那些像素的一系列亮度控制水平。輸入信號可以是模擬信號或數位訊號，所說的輸入信號直接地或間接地表示分配給一個特定行中每個像素的強度或亮度。例如，這個輸入可以是只與所選像素的實際控制電壓有間接關係的一個期望像素亮度的模擬或數字表示。按照優選實施例，這裡所使用的術語亮度控制水平指的是常規的IRE水平。全白信號是100IRE單位，絕對黑色信號是0 IRE單位。然而，本發明不限於這一方面，亮度控制水平還可以用數字字表示。例如，使用一個8位的數字字來表示亮度，可以表示256個分開的亮度控制水平。進而，這裡的像素亮度控制水平的調節最好在任何伽瑪校正之前進行，伽瑪校正對於特定的顯示裝置可能是必不可少的。用於校正像素相關性誤差的亮度控制水平的調節可在伽瑪校正之後進行，但是可能需要更加複雜的處理過程。
亮度控制水平的輸入信號提供代表每個像素的期望亮度水平的必要信息。最好對於一行中一個接一個的每個像素提供輸入，不管是數字的、IRE的、還是模擬形式的輸入。以此方式，控制信號對於每一行像素以及這行像素後面的所有行的像素提供亮度水平信息。
圖2是用於表示一個輸入信號的示意圖，輸入信號包括一系列亮度值120、122、124，這些亮度值分別表示一系列像素117、118、119的亮度。然而，本發明不限於這一方面，其它形式的像素控制信號也是可能的。在圖1中，提供像素延遲元件102和104，因而可以在如圖所示的估算器106中估算3個水平相鄰像素117、118、119的亮度控制水平。在圖2中使用連接器「A」來表示還提供6延遲元件102的輸出，以此作為如圖3所示的系統的下一級的輸入。
估算器106分別接收中間像素118和兩個外部像素117、119的亮度控制水平120、122、124。估算器106使用這些值來估算外部像素對於中間像素的像素相關性影響效果。估算器106的輸出是實際亮度水平的估算值，這個估算值是使用中間像素118的原始的未經修改的亮度控制水平並在存在像素相關性的情況下對於所說的中間像素118的結果。為了得到這個估算值，估算器106最好估算相鄰像素之間的像素亮度控制水平之差，所提供的輸出最好是根據像素相關性關係得到的。可以通過一個像素相關性函數來確定實際的像素相關性關係，像素相關性函數可以是一個簡單的函數，還可以是複雜的函數。像素相關性函數通常取決於所用的特定的成像器，但是可以通過實驗或者藉助於計算機模型確定。無論如何，所用的特定的成像器將確定估算器的傳輸函數。
估算器106輸出的估算的像素亮度值可以送到迭代調節級。迭代調節級比較通過估算器106確定的像素118的估算的亮度控制水平，並且產生像素118的修改的亮度控制水平。這個修改的亮度控制水平用於導出像素118的實際亮度，這個實際亮度至少是對於像素相關性誤差進行了部分的校正。更加具體地說，在存在來自像素117、119的像素相關性誤差的情況下的像素118的修改的亮度控制水平用於更加靠近地接近在沒有這樣的像素相關性誤差的情況下從像素118的未曾修改的亮度控制水平產生的同一個實際亮度。在圖1中，迭代調節級可以包括差值模塊108、加權模塊110、捨入模塊112、求和模塊114、和限幅器116。然而，本發明不限於此，在不偏離本發明的期望範圍的情況下，對於迭代調節級的其它特殊安排也是可能的。
在差值模塊108中，可從分配給像素118的原始像素控制信號亮度值減去由估算器106估算的亮度值。在加權模塊110中，將在像素118的原始的和估算的亮度控制水平之間的差值乘以迭代常數(在0和1之間)。迭代常數用作如圖1所示的亮度控制系統級的加權值，並且通常對迭代常數進行選擇，以便對於由特定的級表示的像素亮度校正給出期望的權重。為了以最小的迭代次數實現最為精確的估算，可對迭代常數進行調節。如果這個常數太小，計算修改的亮度值就可能需要過多的迭代次數。如果這個常數太大，就可能引起振蕩。已經發現，迭代常數約為0.68能夠提供可以接受的結果。
在模塊112中對於這個加權的輸出進行捨入，並將這個加權的輸出用作校正值。在求和模塊114中將這個校正值加到原始亮度控制水平上。由於負的亮光值是不可能的，所以在模塊116中提供負的限幅。模塊地址116的輸出是像素118的修改的亮度控制水平，這個像素118的修改的亮度控制水平，在存在像素117、119的像素相關性影響效果的情況下，旨在用於更加靠近地接近在沒有這樣的像素相關性影響效果的情況下由像素118的未經修改的亮度控制水平的相同的實際亮度。
在顯示器或成像器中的每個像素上優選執行相對於圖1的像素118描述的上述亮度控制水平調節過程。值得注意的是，因為在相對於圖1描述的第一級中要修改每一個像素，這樣的定標(scaling)過程自然要影響相鄰像素。例如，從圖1的過程導出的相鄰像素117、119的改變的亮度控制值相對於像素118將產生像素相關性影響效果，這個影響效果不同於執行圖1的過程時在處理像素118當中預期的影響效果。為了減小這些影響效果，可以改變定標的附加步驟，如圖3所示。當然，處理過程的每一個級或每一次迭代過程對於相鄰像素的亮度值都有某些影響。然而，通過計算已經發現，經過大約2-7次迭代就可獲得相當合理精確的、修改過的、像素亮度值。
圖3表示可用於實施這裡描述的亮度控制系統的第二級。圖3中所示的處理過程還可以用於在第二級之後的任何一個迭代過程處理級。簡單地說，在由圖3表示的每個這樣的級中，在估算器206中按照與第一級中所用的相似的形式計算像素118的一個新的亮度控制水平，只是要對前一級中的像素117、119的亮度控制水平進行某種程度的校正。因此，在考慮到對於前一級中像素117、118、119進行校正的條件下，估算器206將產生像素118的一個新的預期亮度值。
在圖3系統的迭代調節級部分中，在模塊208中從像素118的原始亮度控制水平減去估算器206輸出的這個新的估算亮度值。這個差值(差值通常是一個負數)在加權模塊210中乘以加權係數K1、在捨入模塊212中進行捨入、並且在求和模塊214中求出與前一級中校正的亮度控制水平相加的和。在模塊216中對於負值進行限幅，然後將輸出送到下一級。處理過程的這一附加級產生另一個校正值，這個校正值與前一級的結果相比，更接近對於像素118產生的校正調節亮度值。可以使用多個級來實現期望的圖像再現精度。然而，已經發現，使用2-7級就能產生良好的結果。在最後一級之後，可將亮度控制水平送到成像器驅動電路。
要說明的是，圖3中的處理級幾乎與圖1中的處理級完全相同。然而，一個重要的差別是，在模塊208中計算的差值是基於來自圖1的原始亮度控制水平值，而不是來自延遲模塊202的經過修改的值。
現在參照附圖4，其中比較詳細地表示了估算器106的操作，應該理解，估算器206的操作方式與估算器106類似。應該理解，圖4中的估算器的配置用於具有特殊像素相關性的LCOS成像器的特定設計。因此，應該認識到，不同的成像器可能需要不同估算器，圖4中所示的安排只不過是一個例子。
在估算器106中使用的像素相關性函數可通過實驗或通過使用計算機模擬確定。但通常贊成，按正常白模式操作的LCOS成像器中的相鄰像素，通過像素驅動值之間的絕對差值的非下降函數，可能增加像素的亮度。因此，圖4表示估算器的典型方塊圖，這個估算器對於相鄰像素的亮度控制水平的絕對差值呈線性依賴關係。
在圖4中，估算器106可以從延遲模塊102接收像素118的像素亮度控制水平並且從延遲模塊104接收像素117的像素亮度控制水平作為輸入，並且接收像素119的未經延遲的亮度控制水平。在差值模塊128、130中確定像素值之間的差，並且在模塊128、130中確定這個差的絕對值。在求和模塊136中將這些結果相加在一起，並且將輸出值乘以像素相關性係數Kd。並聯性係數通常是0和1之間的一個值。相關性係數Kd的實際值由所用的特定成像器確定。這個值可以通過實驗或通過使用計算機模擬確定。例如，對於某個模擬的LCOS成像器，已經發現Kd是0.75是可以接受的。在求和模塊140中，將這個經過定標的值與來自模塊102的原始像素亮度值相加。相加的結果用作估算器106的輸出。
一個例子有利於更好地理解如以上所述的亮度控制系統。如圖2所示，一個像素的IRE亮度值在0和100之間(0是最黑的，100是最亮的)。像素117、118、119的亮度值120、122、124分別是28IRE、30IRE、和27IRE。將這些值加到估算器106的輸入端，從絕對值模塊132、134得到的輸出值分別等於2和3。在求和模塊136中將這些值加在一起，得到的輸出是5。將這個輸出值乘以Kd＝0.75，得到的輸出是3.75。將這個校正值與像素118的原始像素亮度控制水平30相加，得到的估算器的輸出值是33.75IRE。這個估算器輸出值反映出從與像素117和11 9有關的像素相關性誤差導出的像素118的略微加亮的實際亮度。
在模塊108中，從延期模塊102接收的像素118的原始亮度控制水平減去輸出值33.75IRE。其差值是-3.75。在加權模塊110中，這個亮度控制水平乘以加權因子，這個加權因子應該取為0.68。其輸出是-2.55，並且在捨入模塊112中將其四捨五入成-3.0。最後，在求和模塊114中，將校正值-3.0加到像素118的原始亮度控制水平30上。其輸出是27IRE，由於這是一個正值，負的限幅器模塊116簡單地將這個值不加變化地傳送到如圖3所示的下一級的輸入端。值得注意的是，第一級已經減小了像素118的亮度控制水平，在這種情況下從30減到27，其中考慮到與像素117、119有關的像素相關性誤差。如果求和模塊114的輸出已經是負的，這可能表明，像素118可能需要驅動到負的亮度水平，才能對像素相關性影響效果進行補償。由於負的亮度值是不可能的，所以用簡單的方法使這個負值等於0。
要說明的是，本發明可以用硬體、軟體、或者它們的組合來實施。用於實施這裡所述的延遲和處理的算法的機器可讀的存儲器或者可以在一個計算機系統中以集中的方法實現，例如在與一個顯示器有關的控制CPU中實現，或者以分布的方式實現；按所說分布方式，不同的處理元件是通過幾個互連的硬體元件擴展的。適於實現這裡所述的方法任何一種類型的計算機系統或其它的設備都是可以接受的。
此外，用於實施本發明的硬體和軟體的典型組合可以是帶有電腦程式的一臺通用計算機，電腦程式在安裝並執行時控制計算機系統和顯示系統，以實現這裡描述的方法。本發明還可以用一種電腦程式產品來實現，所說的電腦程式產品包括能夠實施這裡描述的方法的所有的特徵，並且電腦程式產品在裝入計算機系統中時能夠實現這些方法。在本說明書文本中的電腦程式指的是旨在使具有信息處理能力的系統執行特定功能的一組指令的任何表達方式，即用任何語言、代碼、或符號的表達形式，所說的執行特定功能或者是直接執行，或者是在以下所述的一項或兩項之後執行(a)轉換成另一種語言、代碼、或符號；和(b)按不同的材料形式複製。
權利要求
1.一種減小像素相關性畸變的方法，這個方法包括估算由處在第二亮度控制水平的至少一個相鄰像素引起的對於處在第一亮度控制水平的第一像素產生的像素相關性影響；響應所說估算步驟，修改所說第一像素的所說第一亮度控制水平，以補償所說像素相關性影響。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所說估算步驟還包括計算估算的像素亮度控制水平，估算的像素亮度控制水平能導致在沒有所說像素相關性影響的情況下的所說第一像素的實際亮度，估算的像素亮度控制水平等於在存在所說的相鄰像素相關性影響的條件下從所說第一像素亮度控制水平導出的實際亮度。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所說估算步驟還包括比較所說第一像素的所說亮度控制水平與在同一行中緊挨著所說第一像素之前或之後出現的相鄰像素的所說亮度控制水平。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所說估算步驟還包括計算在所說第一像素和所說至少一個相鄰像素之間的亮度控制水平的差值。
5.根據權利要求4所述的方法，其中所說估算步驟還包括通過像素相關性函數定標所說差值。
6.根據權利要求5所述的方法，其中所說的像素相關性函數是一個簡單的線性函數。根據權利要求1所述的方法，其中所述修改步驟還包括確定所說第一像素的修改的亮度控制水平，第一像素的修改的亮度控制水平導致在存在所說像素相關性影響的情況下的第一像素的實際亮度，第一像素的修改的亮度控制水平接近在沒有所說像素相關性影響的條件下從未曾修改的第一亮度控制水平導出的實際亮度。
7.根據權利要求1所述的方法，進一步還包括重複迭代所說的估算步驟和修改步驟。
8.一種用於減小由相鄰像素驅動相關性引起的成像器中的像素相關性誤差的系統，包括一個估算器，用來估算由至少一個處在第二亮度控制水平的相鄰像素引起的對於處在第一亮度控制水平的第一像素產生的像素相關性影響；和一個迭代調節級，它響應所說的估算器用於修改所說第一像素的所說第一亮度控制水平，以補償所說像素相關性影響。
9.根據權利要求9所述的系統，其中所說的估算器計算估算的像素亮度控制水平，這個估算的像素亮度控制水平能導致在所說像素相關性影響不存在的條件下的所說第一像素的實際亮度，這個估算的像素亮度控制水平等於在所說像素相關性影響存在的條件下從所說第一像素亮度控制水平導出的實際亮度。
10.根據權利要求9所述的系統，其中所說估算器比較所說第一像素的所說亮度控制水平與在同一行中緊挨著所說第一像素之前或之後出現的所說相鄰像素的所說亮度控制水平。
11.根據權利要求9所述的系統，其中所說估算器計算在所說第一像素和所說至少一個相鄰像素之間的亮度控制水平之差。
12.根據權利要求12所述的系統，其中所說估算器通過像素相關性函數定標所說的差值。
13.根據權利要求13所述的系統，其中所說的像素相關性函數是一個簡單的線性函數。
14.根據權利要求9所述的系統，其中所說迭代調節級確定所說第一像素的修改的亮度控制水平，第一像素的修改的亮度控制水平可導出在所說像素相關性影響存在的情況下的第一像素的實際亮度，第一像素的修改的亮度控制水平更加靠近地接近在所說像素相關性影響不存在的情況下從未經修改的第一亮度控制水平導出的實際亮度。
15.根據權利要求9所述的系統，進一步還包括所說估算器和所說迭代調節級的級聯的級，用於迭代計算最終的修改的亮度控制水平。
全文摘要
一種用於減小在成像器中由相鄰像素驅動相關性引起的像素相關性誤差的方法和系統。該方法通過像素延遲元件(102和104)比較第一像素的第一亮度控制水平與該成像器的至少一個相鄰像素的亮度控制水平。根據這種比較步驟的結果，估算器(106)估算外部像素對相鄰像素的像素相關性影響效果，這個系統修改第一像素的第一亮度控制水平，以補償像素相關性的影響結果。確定第一像素的限幅器(116)的輸出，即修改的亮度控制水平，這個修改的像素亮度控制水平能導致在存在像素相關性影響的情況下的第一像素的實際亮度，這個修改的像素亮度控制水平更加靠近地接近在不存在所說的像素相關性影響的條件下從未經修改的第一亮度控制水平導出的實際亮度。
文檔編號H04N5/66GK1636237SQ03804223
公開日2005年7月6日 申請日期2003年2月19日 優先權日2002年2月19日
發明者D·H·維利斯 申請人:湯姆森許可公司