ДИСПЛЕЙНОЕ УСТРОЙСТВО С ПОДСВЕТКОЙ, АДАПТИРОВАННОЕ К ПРОСТРАНСТВУ, СПОСОБ УМЕНЬШЕННОЙ КОМПЬЮТЕРИЗАЦИИ И ИСКАЖЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ
SPACE-ADAPTED DISPLAY DEVICE WITH BACKLIGHT, METHOD FOR REDUCED COMPUTERISATION AND DISTORTION OF IMAGES

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к дисплеям с подсветкой и способам подсветки и в частности к дисплею с подсветкой с улучшенными рабочими характеристиками.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Локальное пропускание жидкокристаллической дисплейной панели (ЖК-дисплея) или дисплея па основе жидких кристаллов на кремнии (LCOS) может быть изменяемым для модуляции интенсивности света, проходящего от источника подсветки через область напели, что приводит к тому, что пиксель будет отображаться с изменяющейся яркостью. Пройдет ли свет от источника через панель к зрителю или будет блокирован, определяется ориентацией молекул жидких кристаллов в световом затворе.
Поскольку жидкие кристаллы не излучают свет, для видимости изображения необходим внешний источник света. Маленькие и недорогие ЖК панели часто используют свет, отраженный к зрителю после прохождения через панель. Так как панель не полностью прозрачна, значительная часть света поглощается в процессе прохождения через пес и изображения на панелях такого тина могут быть трудноразличимы, если условия освещения неидеальны. С другой стороны, ЖК напели, используемые в компьютерных дисплеях и видеоэкранах обычно имеют подсветку в виде люминесцентных ламп или матриц светодиодов (LED), расположенных но бокам панели или за ней. Для достижения большей равномерности свечения дисплея, свет от этих точечных или линейных источников проходит через светорассеивающую панель прежде чем попасть па световой затвор, который управляет прохождением света к зрителю.
Пропускание светового затвора регулируется слоем жидких кристаллов, размещенным между парой поляризаторов. Свет источника, падающий на первый поляризатор, состоит из электромагнитных волн, колебания которых лежат во множестве плоскостей. Через поляризатор может пройти только тот свет, электромагнитные колебания которой лежат в плоскости поляризации поляризатора. В ЖК-дисплеях плоскости поляризации первого и второго поляризаторов расположены под углом, так что свет, проходящий через первый поляризатор, в принципе, должен быть блокирован для прохождения напрямую через второй поляризатор. Однако, поскольку ориентацией молекул в слое жидких кристаллов можно управлять, плоскость электромагнитных колебаний света, проходящего через колонки молекул, составляющих слой, может быть повернута так, чтобы либо совпасть, либо не совпасть с плоскостями поляризации поляризаторов. Очевидно, что таким же образом может быть использован обычный белый свет.
Поверхности первого и второго поляризаторов, образующие стенки ячейки, имеют углубления, поэтому ориентация молекул жидких кристаллов, расположенных непосредственно рядом со стенками ячейки будет совпадать с углублениями, а следовательно и с плоскостью поляризации соответствующего поляризатора. Соседние жидкие кристаллы под воздействием молекулярных сил пытаются принять одинаковое положение, в результате чего колонка молекул на протяжении ячейки имеет скрученную структуру. Благодаря этому плоскость электромагнитных колебаний света, проходящего через колонку молекул, будет "скручена" от плоскости поляризации первого поляризатора к плоскости второго. При такой ориентации жидких кристаллов, свет от источника может проходить через группу поляризаторов пропускающей панели, образую подсвеченную область поверхности дисплея, видимую с передней стороны панели. Следует заметить, что в некоторых вариантах конструкции углубления могут отсутствовать.
Для затемнения пикселя и создания изображения, к электроду, находящемуся в матрице электродов, нанесенном на одну из стопок ячейки, прикладывается напряжение, обычно регулируемое тонкопленочным транзистором. Соседние с электродом молекулы жидких кристаллов притягиваются полем, созданным напряжением и разворачиваются, ориентируясь по направлению поля. Поскольку молекулы жидкого кристалла поворачиваются в электрическом поле колонка кристаллов "раскручивается" и оси кристаллов, прилегающих к стенке ячейки, поворачиваются и перестают совпадать с плоскостью поляризации соответствующего поляризатора, постепенно снижая локальное пропускание светового затвора и яркость соответствующего пикселя па дисплее. Цветные ЖК-дисплеи создаются путем изменения яркости пропускаемого света для каждого из первичных цветовых подсвечивающих элементов (обычно красного, зеленого и синего), которые составляют пиксель дисплея. ЖК-дисплеи могут воспроизводить яркие цветные изображения высокого разрешения, являясь более топкими, легкими и потребляя меньше мощности, чем электронно-лучевые трубки (ЭЛТ). В результате ЖК-дисплеи повсеместно применяются в портативных компьютерах, цифровых часах, электроприборах, аудио и видеооборудовании и в других электронных устройствах. С другой стороны, в некоторых областях профессиональной высококачественной техники, например, для видео и графики применению ЖК-дисплеев частично мешает их ограниченные рабочие характеристики.
Вследствие этого существует потребность в жидкокристаллическом дисплее с уменьшенной размытостью изображения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Раскрыт способ отображения изображения на жидкокристаллическом дисплее с подсветкой в виде матрицы отдельно управляемых подсвечивающих элементов и световой затвор, соответствующий вышеуказанным подсвечивающим элементам. Способ включает в себя прием изображения; преобразование упомянутого изображения для подачи данных на световой затвор; преобразование упомянутого изображения для подачи данных на подсвечивающую матрицу, содержащую подсвечивающие элементы различных цветов, причем данные, подаваемые на подсвечивающую матрицу, но меньшей мере частично основаны на ограничении изменения значения первого цветового подсвечивающего элемента и/или значения смежного второго цветового подсвечивающего элемента, имеющего цвет, отличный от цвета первого подсвечивающего элемента, для уменьшения перекрестных помех первого и второго цветовых подсвечивающих элементов; а данные, подаваемые на световой затвор, соответствующий отдельно управляемому подсвечивающему элементу, подходят для обеспечения требуемой подсветки указанного изображения.
Раскрыт способ отображения изображения на жидкокристаллическом дисплее с подсветкой в виде матрицы отдельно управляемых подсвечивающих элементов и световым затвором, соответствующим указанным подсвечивающим элементам. Способ включает в себя прием изображения; преобразование упомянутого изображения для подачи данных па световой затвор; преобразование упомянутого изображения для подачи данных на подсвечивающую матрицу; причем данные, подаваемые на подсвечивающую матрицу, по меньшей мере частично основаны на том ограничении, что если подсвечивающий элемент имеет значение ниже порогового, а значение хотя бы одного из смежных подсвечивающих элементов достаточно велико, то значение первого подсвечивающего элемента, лежащее ниже порогового, будет увеличено; а данные, подаваемые на вышеупомянутый световой затвор, соответствующий отдельно управляемому подсвечивающему элементу, подходят для обеспечения требуемой подсветки указанного изображения.
Раскрыт способ отображения изображения на жидкокристаллическом дисплее с подсветкой в виде матрицы отдельно управляемых подсвечивающих элементов и световым затвором, соответствующим вышеуказанным подсвечивающим элементам. Способ включает в себя прием изображения; преобразование упомянутого изображения для подачи данных на световой затвор; преобразование упомянутого изображения для подачи данных на подсвечивающую матрицу; причем данные, подаваемые на подсвечивающую матрицу, основаны на неитеративном способе определения искомого значения.
Раскрыт способ отображения изображения на жидкокристаллическом дисплее с подсветкой в виде матрицы отдельно управляемых подсвечивающих элементов и световым затвором, соответствующим вышеуказанным подсвечивающим элементам. Способ включает в себя прием изображения; преобразование упомянутого изображения для подачи данных на световой затвор; преобразование упомянутого изображения для подачи данных на подсвечивающую матрицу; причем данные, подаваемые на световой затвор, преобразуют но существу из линейных данных по существу в нелинейные данные; данные, подаваемые па подсвечивающую матрицу, преобразуют по существу из линейных данных но существу в нелинейные данные; данные, упомянутые на шаге (d), и данные, упомянутые на шаге (е), преобразуют с получением результирующей разности но существу нелинейных данных; разность нелинейных данных, упомянутая на шаге (f), преобразуют из указанных по существу нелинейных данных но существу в линейные данные; данные, упомянутые на шаге (g), подают на подсвечивающую матрицу; а данные, подаваемые на световой затвор, соответствующий подсвечивающему элементу, подходят для обеспечения требуемой подсветки указанного изображения.
Раскрыт жидкокристаллический дисплей с подсветкой в виде матрицы отдельно управляемых подсвечивающих элементов и световым затвором, соответствующим вышеуказанным подсвечивающим элементам. Дисплей включает в себя приемник для приема изображения; первый преобразователь для преобразования вышеупомянутого изображения и подачи данных на световой затвор; второй преобразователь для преобразования вышеупомянутого изображения и подачи данных на подсвечивающую матрицу, содержащую подсвечивающие элементы различных цветов; причем данные, подаваемые на подсвечивающую матрицу, но меньшей мере частично основаны на ограничении изменения значения первого цветового подсвечивающего элемента и/или значения смежного второго цветового подсвечивающего элемента, имеющего цвет, отличный от цвета первого подсвечивающего элемента, для уменьшения перекрестных помех первого и второго цветовых подсвечивающих элементов; а данные, подаваемые на вышеупомянутый световой затвор, соответствующий отдельно управляемому подсвечивающему элементу, подходят для обеспечения требуемой подсветки указанного изображения.
Вышеупомянутые и другие цели, функции и преимущества изобретения будут более понятны при рассмотрении следующего подробного описания изобретения в сочетании с прилагаемыми чертежами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1А и 1Б представляют схематический чертеж жидкокристаллических дисплеев (ЖК-дисплеев);
Фиг.2 представляет принципиальную схему типичного формирователя для модуляции свечения световых подсвечивающих элементов;
Фиг.3 представляет типичную структуру ЖК-дисплея;
Фиг.4 представляет способ обработки изображения с большим динамическим диапазоном.
Фиг.5 представляет управляющие значения для светодиода и ЖК-дисплея;
Фиг.6 представляет функцию преобразования уровней яркости;
Фиг.7 представляет функцию рассеяния точки светодиода.
Фиг.8 представляет однопроходную схему управления светодиодом.
Фиг.9 представляет рассеяние ошибки;
Фиг.10 представляет артефакт гало;
Фиг.11 представляет перекрестные помехи по цветам;
Фиг.12 представляет методику уменьшения перекрестных помех по цветам.
Фиг.13 представляет инверсную коррекцию гаммы ЖК-дисплея;
Фиг 14 представляет применение в ЖК дисплее способов в соответствии с данным изобретением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРТЕИИЯ
Дисплей 20 с подсветкой на Фиг.1А в общем случае содержит подсветку 22, рассеиватель 24, и световой затвор 26 (обозначенный скобкой), который управляет пропусканием света от подсветки 22 к пользователю, наблюдающему изображение, отображаемое на передней части напели 28. Световой затвор, как правило, содержащий жидкокристаллический блок, установлен для электронного управления пропусканием света для элемента изображения или пикселя. Так как жидкие кристаллы не излучают свет, для создания видимого изображения необходим внешний источник света. Источником света для маленьких и недорогих ЖК-дисплеев - таких, как в цифровых часах или калькуляторах может служить свет, отраженный от поверхности напели после прохождения через панель. Тем же образом, устройства, использующие жидкие кристаллы на кремнии (LCOS) используют свет, отраженный от задней панели светового затвора, для освещения пикселя дисплея. Тем не менее, ЖК-дисплеи поглощают значительную часть света, проходящего через устройство и такой искусственный источник света, как подсветка 22, содержащая люминесцентные лампы или матрица источников 30 света (например, светодиоды (LHD), как показано на Фиг.1А и люминесцентные лампы, как показано на Фиг.1В) полезен для создания пикселей с достаточной яркостью для хорошо видимых изображений или для подсветки дисплея в условиях слабой освещенности. Может не быть отдельного источника 30 света для каждого пикселя дисплея, и тогда свет от общих точечных источников (например, светодиодов) или общих линейных источников (например, люминесцентных ламп) обычно рассеивается рассеивающей панелью 24, так что подсветка передней поверхности напели 28 более однородна.
Свет, излучаемый источниками 30 света подсветки 22, содержит электромагнитные волны, совершающие колебания в случайных плоскостях. Только те световые волны, которые колеблются в плоскости поляризации поляризатора, могут пройти через поляризатор. Световой затвор 26 включает в себя первый поляризатор 32 и второй поляризатор 34, плоскости поляризации которых расположены под углом, так что обычно свет не может пройти через последовательность поляризаторов. При этом изображения отображаются на ЖК-дисплее вследствие того, что локальные области слоя жидких кристаллов 36, размещенного между первым 32 и вторым 34 поляризатором под действием управления электическими сигналами могут изменять положение плоскости колебаний света по отношению к плоскости поляризации поляризатора и таким образом модулировать пропускание локальных областей панели, соответствующих отдельным пикселям 36 в матрице пикселей дисплея.
Слой молекул жидких кристаллов занимает ячейку, имеющую стенки, сформированные поверхностями первого 32 и второго 34 поляризаторов. Стенки ячейки имеют неровности, что создает микроскопические углубления, ориентация которых совпадает с плоскостью поляризации соответствующего поляризатора. Наличие углублений при водит к тому, что молекулы слоя жидких кристаллов, прилегающие к стенкам ячейки принимают положение, сориентированное по плоскости поляризации соответствующего поляризатора. В результате действия молекулярных сил, каждая последующая молекула в колонке молекул на протяжении ячейки будет пытаться принять такое же положение, как и соседние молекулы. В результате получается слой жидких кристаллов, включающий к себя бесчисленное количество колонок скрученных молекул жидких кристаллов, протянувшихся от края до края через ячейки. Когда свет 40, испускаемый источником 42 света и проходящий через первый поляризатор 32, проходит через каждую светопрозрачную молекулу колонки жидких кристаллов, его плоскость электромагнитных колебаний поворачивается так, что когда свет достигает дальнего конца ячейки, плоскость его электромагнитных колебаний будет соответствовать плоскости поляризации второго поляризатора 34. Свет 44, электромагнитные колебания которого лежат в плоскости поляризации второго поляризатора 34 может пройти через второй поляризатор, чтобы создать подсвеченный пиксель 38 на передней поверхности дисплея 28.
Для затемнения пикселя 28, прикладывается напряжение на соответственно расположенный электрод из прямоугольной матрицы прозрачных электродов, размещенных на стенке ячейки. Получающееся электрическое ноле заставляет молекулы жидкого кристалла, прилегающие к электроду, поворачиваться, ориентируясь по указанному электрического ноля. Следствием этого является разворот колонки молекул, так что плоскость электромагнитных колебаний света постепенно разворачивается от плоскости поляризации поляризатора, когда напряженность ноля увеличивается и локальное пропускание светового затвора 26 уменьшается. Когда пропускание светового затвора 28 уменьшается, пиксель, 28 постепенно темнеет до тех пор, пока не будет достигнуто максимальное затухание света 40 от источника 42 света. Цветные ЖК-дисплеи создаются путем изменения яркости передаваемого света на каждом из первичных цветовых подсвечивающих элементов (обычно красных, зеленых и синих), составляющих пиксель дисплея. Так же могут быть использованы структуры другой компоновки.
ЖК-дисплеи используют транзисторы в качестве переключателя для каждого пикселя и принимают способ отображения (в дальнейшем называемый "отображением с запоминанием"), при котором показываемое изображение удерживается в течение периода кадровой развертки. С другой стороны, ЭЛТ (в дальнейшем, устройства с "отображением импульсного типа") содержат выделенный пиксель, который сразу после выделения затемняется. Затемненный пиксель отображается между каждым кадром видеоизображения, которое обновляется с частотой 60 Гц в случае отображения импульсного типа, как в ЭЛТ. То есть, черный цвет затемненного пикселя отображается за исключением того времени, когда отображается изображение и один кадр видеоизображения представляется зрителю соответственно, как отдельное изображение. В то же время, при импульсном типе отображения, наблюдается видеоизображение в чистом виде. Таким образом, существует коренное отличие ЖК-дисплея от ЭЛТ в свойствах синхронизации изображения во временной оси. Следовательно, когда видеоизображение отображается на ЖК-дисплее, это приводит к искажению изображения, такому, как размытие. Основная причина данного эффекта размытия исходит от зрителя, который следит за движущимся объектом видеоизображения (когда глазное яблоко зрителя совершает следящее движение), даже если изображение обновляется, например, дискретными шагами с частотой 60 Гц. Глазное яблоко имеет свойство стремиться плавно следить за движущимся объектом даже если он показывается способом "с запоминанием".
При отображении с запоминанием, изображение, показываемое в одном кадре видеоизображения, удерживается на период кадровой развертки и показывается зрителю на протяжении соответствующего периода, как неподвижное изображение. Поэтому, даже если глазное яблоко зрителя плавно следит за движущимся объектом, показываемое изображение остается неподвижным в течение периода кадровой развертки. Из-за этого на сетчатке глаза зрителя появляется изображение, движущееся соответственно скорости движущегося объекта. Соответственно, изображение представится зрителю размытым, из за процесса интегрирования зрительной системой зрителя. Кроме того, когда смена изображений, появляющихся на сетчатке глаза зрителя происходит с большей скоростью, такие изображения начинают казаться еще более размытыми.
В дисплее 20 с подсветкой, подсветка 22 включает в себя матрицу локально управляемых источников 30 света. Отдельными источниками 30 света подсветки могут быть светодиоды (LED), система люминофоров и линз, или другие подходящие светоизлучающие устройства. Вдобавок, подсветка может включать набор независимо управляемых источников света, таких как одна или более электроннолучевая трубка с холодным катодом. Светодиоды могут быть белыми и/или светодиодами отдельных цветов, так что подсвечивающая матрица включает в себя подсвечивающие элементы различных цветов. Отдельные источники 30 света подсвечивающей матрицы 22 управляются независимо, производя свет с уровнем яркости, не зависящим от уровня яркости света, производимого другими источниками, так что источник света может регулироваться в соответствии с любым подходящим сигналом. Аналогично для выполнения пространственной и/или временной модуляции света, подсветка может быть покрыта пленкой или покрытием.
Как показано на Фиг.2, источники 30 света (показаны светодиоды) матрицы 22 обычно расположены рядами, например, ряды 50А и 50В, (обозначенные скобками), или колонками, например, колонки 52А и 52В (обозначенные скобками) прямоугольной матрицы. Выходная мощность источников 30 света подсветки регулируется формирователем подсветки 53. Источники 30 света управляются формирователем 54 подсвечивающих элементов, который включает подсвечивающие элементы, выбирая колонку подсвечивающих элементов 52А или 52В, приводя в действие транзистор 55 выбора колонки и подключая выбранный источник 30 света выбранной колонки к земле 56. Блок 58 обработки данных, обрабатывая цифровые значения пикселей изображения, которые должны быть отображены, подаст сигнал на формирователь 54 подсветки для выбора соответствующего источника 30 света, относящегося к отображаемому пикселю и для подачи на источник света такого уровня мощности, чтобы получить требуемый уровень свечения источника света.
Фиг.3 представляет структурную схему типичного тракта обработки данных в ЖК-панели. Источник видеосигнала (видеоданные) 100 может быть представлен любым подходящим источником, как, например, телевизионное вещание, Интернет подключение, файловый сервер, цифровой видеодиск, компьютер, видео по запросу, или трансляция. Источник 100 видеосигнала содержит генератор сигнала развертки и задающий генератор 102, где видеосигнал от источника преобразуется в подходящий для представления на дисплее. Во многих случаях каждая строка данных подается на формирователь 104 сигнала с превышением, в сочетании с кадровым буфером 106 для компенсации медленного временного отклика дисплея. При желании, формирователь сигнала с превышением может быть аналоговым. Сигнал формирователя сигнала с превышением в первую очередь должен быть преобразован в уровень напряжения па формирователе 108 данных, который управляет индивидуальными электродами данных дисплея. Задающий генератор 102 так же подает синхронизирующий сигнал на формирователь 110 сигнала истока, выбирая таким образом одну строку за время, которое уровень напряжения при помощи накопительного конденсатора сохраняется на электроде данных для каждого пикселя дисплея. Генератор 102 так же подает сигналы управления подсветкой па контроллер 112 подсветки для управления уровнем яркости подсветки, и/или цветом или цветовым балансом света, подающегося в случае пространственно неоднородной подсветки (например, на основании содержании изображения и/или пространственно различающейся в разных областях дисплея).
2
2
Жидкокристаллические дисплеи имеют ограниченный динамический диапазон, соответствующий коэффициенту поглощения поляризаторов и несовершенству жидкокристаллической среды. Для отображения высокодинамичных изображений может использоваться светодиодная система подсветки с малым разрешением, модулирующая свет, который вводится в жидкокристаллическую среду. Путем сочетания светодиодов и ЖК-дисплея можно получить дисплей с очень большим динамическим диапазоном. Из соображений экономии, светодиоды обычно имеют меньшее пространственное разрешение, чем ЖК-дисплей. Из-за меньшего разрешения светодиодов дисплей с большим динамическим диапазоном, основанный на этой технологии, не может отображать высокодинамичное изображение с высоким пространственным разрешением. Однако он может отображать и очень яркое (>2000 кд/м) и очень темное изображение (<0,5 кд/м) одновременно. Невозможность отображать изображение высокого пространственного разрешения с большим динамическим диапазоном не является серьезной проблемой, так как человеческий глаз имеет ограниченный динамических диапазон в ограниченной области, и из-за ограничений визуального восприятия глаз человека с трудом может ощутить ограниченный динамический диапазон спектрального состава высокого разрешения.
Фиг.4 представляет одну уже существующую методику преобразования изображения большого динамического диапазона (HDR) с высоким пространственным разрешением в светодиодное (LED) изображение с меньшим разрешением и изображение для ЖК-дисплея с высоким разрешением. Сигнал яркости берется из изображения с большим динамическим диапазоном. Полученный сигнал яркости затем проходит через фильтр низких частот и его разрешение уменьшается до разрешения светодиодной матрицы. Отфильтрованное изображение уменьшенного разрешения может быть обработано для уменьшения эффектов перекрестных помех. Изображение, отфильтрованное от перекрестных помех, может быть направлено на растровый декодер и отображено на светодиодном слое дисплея с большим динамическим диапазоном.
Требуемое изображение подсветки может быть заранее вычислено сверткой светодиодного изображения уменьшенного разрешения с функцией рассеяния точки светодиодов. Изображение на ЖК-дисплее получается путем деления оригинального изображения с большим динамическим диапазоном с вычисленным ранее изображением подсветки для получения имитирующей подсветки. В связи с тем, что окончательное изображение, которое будет отображено на дисплее, является результатом взаимодействия изображения на светодиодной подсветке и пропускания ЖК-дисплея, оно приближенно воспроизводит оригинальное изображение с большим динамическим диапазоном. К сожалению, отображенные с помощью такой методики изображения как правило имеют ограниченную яркость бликов, которые имеют ограниченную пространственную протяженность. Соответственно, многие изображения с большим динамическим диапазоном содержат блики, являющиеся крайне яркими, по имеющими очень малую пространственную протяженность, которые могут быть отображены па дисплее в недостаточной мере.
Было определено, что процесс низкочастотной фильтрации смазывает данные блики, приводя к тому, что соответствующий светодиод будет иметь меньшее значение. Обычно считается, что любая из пространственных деталей, потерянная в процессе низкочастотной фильтрации может быть восстановлена при операции деления. Хотя любые пространственные детали потерянные на этане фильтрации теоретически могут быть восстановлены на изображении ЖК-дисплея через операцию деления, оказывается, что ЖК-дисплей может не восстановить свечение блика но причине своего ограниченного диапазона (его пропускание не может превышать 1). Таким образом блики теряются при конечном отображении хотя большой динамический диапазон способен отображать такие яркие блики.
Так же было определено, что низкочастотная фильтрация хорошо работает для областей изображения, которые не являются наиболее яркими или затемненными. Соответственно, для оценки таких областей, где низкочастотная фильтрация является не слишком эффективной могут использоваться другие критерии. В добавок к низкочастотной фильтрации изображения для получения изображения на светодиодах система так же может использовать максимальное изображение (или некоторое значение, ассоциированное с областями, в которых имеется высокое значение), которое является локальным максимумом в изображении с большим динамическим диапазоном, деленным па максимальное пропускание ЖК-дисплея.
Вдобавок было определено, что сильное рассредоточение функции рассеяния точки светодиода (PSF) приводит к уменьшению потенциальной контрастности изображения, а так же минимизирует потребляемую мощность дисплея. В целях улучшения контрастности может быть использован усовершенствованный подход к получению значения, управляющего светодиодами для достижения более высокого контраста в изображении на подсветке. Получаемое изображение на подсветке повышенной контрастности в сочетании с изображением высокого разрешения на ЖК-дисплее может обеспечить отображение гораздо более динамичного изображения, а так же уменьшить потребление мощности светодиодной подсветки.
При дальнейшем рассмотрении, движущиеся изображения могут мерцать сильнее, чем предполагается, то есть существуют колебания выходного сигнала дисплея. После рассмотрения конкретной конфигурации дисплея, а именно ЖК-дисплея с матрицей светодиодов, было установлено, что временной отклик слоя ЖК-дисплея отличается от матрицы светодиодов таким образом, что это может привести к мерцанию. В общем случае, светодиод имеет гораздо более быстрый временной отклик, нежели жидкокристаллический слой. Кроме того, эти ошибки, приводящие к мерцанию, могут быть вызваны неточностями в аппроксимации функции рассеяния точки, которая может отличаться у различных дисплеев и у различных светодиодов. Кроме того, поочередный характер работы матрицы светодиодов приводит к поочередному выбору значений светодиодов, в основном таких как “включено” или “выключено”.
Фиг.1 представляет схематический чертеж дисплея с большим динамическим диапазоном со слоем светодиодов в качестве подсветки ЖК-дисплея. Свет от матрицы светодиодов проходит через рассеивающий слой и подсвечивает ЖК-дисплей. Изображение на подсветке дается через:
<mrow><mi>b</mi><mi>l</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mi>L</mi><mi>E</mi><mi>D</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>∗</mo><mi>p</mi><mi>s</mi><mi>f</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo stretchy="false">)</mo><mtext>                           </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
∗
где LBD(i,j) - уровень выходной мощности каждого светодиода, и psf(x,y) - функция рассеяния точки рассеивающего слоя.  обозначает операцию свертки. В дальнейшем изображение на подсветке модулируется ЖК-дисплеем.
LCD
Отображаемое изображение является результатом работы светодиодной подсветки и пропускания ЖК-дисплея: T(x,y).
<mrow><mi>i</mi><mi>m</mi><mi>g</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mi>b</mi><mi>l</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo stretchy="false">)</mo><msub><mi>T</mi><mrow><mi>L</mi><mi>C</mi><mi>D</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>l</mi><mi>e</mi><mi>d</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>∗</mo><mi>p</mi><mi>s</mi><mi>f</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><msub><mi>T</mi><mrow><mi>L</mi><mi>C</mi><mi>D</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo stretchy="false">)</mo><mtext>      </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
При совмещении светодиодов и ЖК-дисплея, динамический диапазон дисплея является результатом взаимодействия динамических диапазонов светодиода и жидкокристаллического дисплея. Для простоты в обозначении можно использовать нормированную выходную мощность светодиодов и ЖК-дисплея, ограниченную в пределах от 0 до 1.
Фиг.5 представляет типичную методику преобразования (модификации) полученного изображения 900 с большим динамическим диапазоном в изображение 902 низкого разрешения на светодиодах путем подачи преобразованных данных к подсвечивающей матрице и в изображение 904 высокого разрешения путем подачи преобразованных данных на световой затвор. Разрешение ЖК-дисплея m×n пикселей с диапазоном от 0 до 1, где 0 соответствует уровню черного и 1 максимальному пропусканию. Разрешение светодиодной подсветки М×N, где М<m и N<n. Для простоты можно считать, что изображение с большим динамическим диапазоном имеет то же разрешение, что и ЖК-дисплей. Пели разрешение изображения с большим динамическим диапазоном отличается от разрешение ЖК-дисплея, можно применить этан масштабирования или кадрирования, чтобы преобразовать изображение с большим динамическим диапазоном к разрешению ЖК-дисплея.
Изображение с большим динамическим диапазоном, например, в цветовом пространстве sRGB может быть линеаризован с использованием одномерной таблицы 901 преобразования. Линеаризованное изображение с большим динамическим диапазоном проходит фильтрацию нижних частот на рассеивающем экране в соответствии с функцией рассеяния точки (или другой функцией) и разбивается (дискретизируется) к промежуточному разрешению (М1×N1) 906. Одним из примеров промежуточного разрешения может быть восьмикратное разрешение светодиодов. (8M×8N). Дополнительное уменьшенное разрешение изображения может быть использовано для уменьшения мерцания, которое появляется в результате перемещения объектов в серии кадров видео, а так же для сохранения бликов. Дополнительные точки ввода данных в матрице светодиодов так же позволяют сглаживать переход значений светодиодов, когда на видеоизображении присутствует движение. Это способствует тому, что значение одного светодиода (например, первого цветового подсвечивающего элемента) будет постепенно снижаться, как и значение соседнего светодиода (например, второго цветового подсвечивающего элемента, имеющего цвет, отличный от цвета первого подсвечивающего элемента) будет постепенно повышаться, что уменьшит мерцание изображения, получившееся бы, в случае, если изменения были более резкими. Используя данную формулу "ограничения движения", перекрестные помехи между первым и вторым цветовыми подсвечивающими элементами могут быть уменьшены.
∗
max
Для каждого блока пикселей изображения уменьшенного разрешения 910, прошедшего фильтрацию по низкой частоте, выбирается максимальное значение блока 912 (или другое подходящее значение). При необходимости, обработка каждого блока может согласовываться с промежуточным разрешением с некоторым перекрытием между блоками, то есть, размер блока равен (1+k)(m/M×n/N), где k (то есть 0,25) - коэффициент перекрытия. Для каждого блока используется максимальное значение (или другое подходящее значение), чтобы сформировать изображение LED (M×N) 914. Следует понимать, что любая подходящая методика может быть использована для определения максимума (или другого подходящего значения) для каждого положения, основанного па положении пикселя, области, и/или соседних областей.
∗
mean
Для каждого блока пикселей изображения уменьшенного разрешения 910, прошедшего фильтрацию по низкой частоте, выбирается среднее по блокам 916 (или другое подходящее значение). При необходимости, обработка каждого блока может согласовываться с промежуточным разрешением через некоторое перекрытие блоков, то есть, размер блока равен (1+k)(m/M×n/N), где k (то есть 0,25) - коэффициент перекрытия. Для каждого блока среднее значение (или другое подходящее значение) используется, чтобы сформировать изображение LED (M×N) 918. Среднее изображение 918 в однородной области может иметь набор значений темной части диапазона, что в сочетании с низким уровнем подсветки ЖК-дисплея может быть либо вообще не пропускающим, либо полностью пропускающим. В случае, если ЖК-дисплей работает на предельных значениях, это может привести к появлению шумов при шумах на входе. Для улучшения среднего изображения 918 для уменьшения получившегося визуального шума может быть использована одномерная таблица 920 преобразования, включающая компенсацию темной области и нелинейное распределение для увеличения значений в темной области, как представлено на Фиг.6. Так создастся скомпенсированное отрегулированное по тонам среднее изображение 922. Следует понимать, что любая подходящая методика может быть использована для определения среднего (или любого подходящего значения) для каждого положения, основанного на положении, области, и/или соседних областях.
max
mean
Из двух этих светодиодных изображений 914 и 922, выбирается 924 большее значение из LBD 914 и LED 922. Это большее значение помогает скомпенсировать тот факт, что (фильтрация по низкой частоте приводит к уменьшению динамического диапазона, что в противном случае и было бы отображено на дисплее. Учет локального максимума помогает сохранить передачу бликов. При желании, для областей не имеющих бликов, система может увеличить уровни подсветки, что компенсируется ЖК-дисплеем для обеспечения работы па нижней части градационной кривой ЖК-дисплея.
∗
Выходное значение max 924 является заданным уровнем подсветки, с размером который может быть равен числу активных блоков подсветки (М×N). Как было замечено ранее, колебания яркости, как правило, называемые мерцанием, могут наблюдаться, когда объект движется через границы светодиодов. Движение объекта вызывает резкое изменение управляющих значений для светодиодов. Теоретически, изменение подсветки может быть скомпенсировано ЖК-дисплеем. Но из-за временных различий между светодиодами и ЖК-дисплеем и несоответствия расчетной функции рассеяния точки и фактической функции рассеяния точки светодиодов, имеются некоторые слабые колебания яркости. Слабые колебания малой яркости зачастую не вызывают неудобств. Однако, когда глаз зрителя следит за объектом, то слабые изменения подсветки становятся нежелательными периодическими колебаниями. Частота колебаний является результирующей частоты кадров и скорости движения объекта в переводе на светодиодные блоки за кадр. Если объект движется через светодиодный блок за 8 кадров, а частота кадров 60 Гц, частота мерцания будет 60 Гц0,125=7,5 Гц. Это значение лежит на пределе чувствительности человеческого зрения и создает очень раздражающий артефакт. Для уменьшения данного мерцания, система может включать технологию адаптации движения 924 для уменьшения внезапного изменения светодиодов, когда объект движется через светодиоды матрицы.
Технология 924 адаптации движения может использовать обнаружение 926 движения, которое может быть разделением видеоизображения на два класса: областей с достаточным движением и областей без достаточного движения. В области движения контраст подсветки может быть уменьшен так, что там будет меньше внезапных изменений управляющего значения светодиодов. В области с недостаточным движением контраст подсветки может быть сохранен для улучшения контрастности и уменьшения потребляемой мощности. Обнаружение движения может быть выполнено на изображении уменьшенного разрешения, с разрешением M1×N1. Значение в текущем кадре может быть сопоставлено с соответствующим блоком в предыдущем кадре. Если разница превышает пороговое значение, тогда блок подсветки, содержащий этот блок, классифицируется, как блок движения. В предпочтительном варианте исполнения, каждый блок подсветки содержит 8×8 субблоков. Процесс обнаружения движения может быть следующим:
Для каждого кадра:
(1) Вычислить среднее значение каждого субблока во входном изображении для текущего кадра.
(2) Если разность среднего значения в этом кадре и среднего значения субблока предыдущего кадра превышает пороговое значение (как например 5% от полного диапазона), тогда блок подсветки, который содержит субблок, является блоком движения. Таким образом формируется первая карта движения.
(3) Выполнить операцию морфологического преобразования на карте движения (изменить неподвижные блоки, стоящие по соседству от блока движения на блоки движения), чтобы сформировать вторую расширенную карту движения.
(4) Для каждого блока подсветки карта состояния движения обновляется, на основании результатов обнаружения движения:
(i) если это блок движения,
mMap (i,j)=min(4, mMap (i,j)+1);
(ii) в противном случае (неподвижный блок)
mMap (i,j)=max(0, mMap (i,j)-1).
Управляющее значение светодиода задается через:
<mrow><mi>L</mi><mi>E</mi><msub><mi>D</mi><mn>2</mn></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac><mrow><mi>m</mi><mi>M</mi><mi>a</mi><mi>p</mi></mrow><mn>4</mn></mfrac><mo stretchy="false">)</mo><mi>L</mi><mi>E</mi><msub><mi>D</mi><mn>1</mn></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mfrac><mrow><mi>m</mi><mi>M</mi><mi>a</mi><mi>p</mi></mrow><mn>4</mn></mfrac><mi>L</mi><mi>E</mi><msub><mi>D</mi><mrow><mi>max</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
max
Где LED - локальный максимум светодиодов в окне, центр которого на текущем светодиоде. Одним примером является окно 3×3. Другим примером является окно 5×5.
Альтернативный вариант реализации использует оценку движения. Окно ориентируется по вектору движения. Данный подход уменьшает размер окна и сохраняет контраст в направлении, где движение отсутствует, но вычисление векторов движения является более сложным, чем обнаружение движения.
Поскольку значение функции рассеяния точки светодиода больше, чем расстояние между светодиодами, что необходимо для обеспечения более равномерного отображения подсветки, существуют значительные перекрестные помехи между светодиодными подсвечивающими элементами, которые расположены близко друг к другу. Светодиоды могут занимать площадь M1×N1 и иметь диапазон от 0 до 1. Так как коэффициент рассеяния точки рассеивающей панели обычно больше, чем расстояние между светодиодами для обеспечения более равномерного отображения подсветки, то, как правило, существуют значительные перекрестные помехи между светодиодными подсвечивающими элементами, расположенными близко друг к другу. Фиг.7 представляет типичную функцию рассеяния точки светодиода, где (функция рассеяния точки выходит за границы конкретного светодиода.
1
2
Из-за свойств функции рассеяния точки рассеивающего экрана, область каждого светодиода получает долю света всех соседних светодиодов. Хотя уравнение 2 может быть использовано для расчета подсветки, если дан управляющий сигнал светодиода, получение управляющего сигнала светодиода для достижения целевого отображения подсветки является обратной задачей. Данная задача приводит к некорректной задаче обратной свертки. Обычно для получения управляющего сигнала светодиода может быть использовано ядро свертки, как показано в уравнении 3. Коэффициенты коррекции перекрестных помех ядра (c и с) неспособны компенсировать перекрестные помехи от соседних светодиодов.
<mrow><mi>c</mi><mi>r</mi><mi>o</mi><mi>s</mi><mi>s</mi><mi>t</mi><mi>a</mi><mi>l</mi><mi>k</mi><mo>=</mo><mrow><mo>|</mo><mrow><mtable><mtr><mtd><mrow><msub><mi>с</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mtd><mtd><mrow><msub><mi>с</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mtd><mtd><mrow><msub><mi>с</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><msub><mi>с</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mtd><mtd><mrow><msub><mi>с</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mtd><mtd><mrow><msub><mi>с</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><msub><mi>с</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mtd><mtd><mrow><msub><mi>с</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mtd><mtd><mrow><msub><mi>с</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mtd></mtr></mtable></mrow><mo>|</mo></mrow><mtext>                                 </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>4</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
Матрица коррекции перекрестных помех уменьшает эффект перекрестных помех от непосредственных соседей, но получающееся отображение подсветки по-прежнему остается неточным при низком контрасте. Еще одной проблемой является то, что она выдает много управляющих значений, лежащих вне диапазона, которые должны быть отброшены, что может привести к увеличению ошибок.
Так как выходное значение ЖК-дисплея не может быть больше, чем 1, управляющее значение светодиода получается таким, что уровень подсветки выше, чем заданная яркость то есть
<mrow><mi>l</mi><mi>e</mi><mi>d</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>:</mo><mrow><mo>{</mo><mrow><mi>l</mi><mi>e</mi><mi>d</mi><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mo>∗</mo></msup><mi>p</mi><mi>s</mi><mi>f</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>≥</mo><mi>I</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mo>}</mo></mrow><mtext>                     </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>5</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
В синтаксисе «:» используется для обозначения ограничения, касающегося достижения искомых значений светодиодов в функции в фигурных скобках. По причине ограниченной контрастности из-за просачивания, ЖК-дисплей (x,y) вообще не может более достигать уровня 0. Решение состоит в том, чтобы, при заданном значении, меньшем, чем просачивание через ЖК-дисплей, значение светодиодов уменьшалось для отображения малой яркости.
<mrow><mi>l</mi><mi>e</mi><mi>d</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>:</mo><mrow><mo>{</mo><mrow><mi>l</mi><mi>e</mi><mi>d</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>⊗</mo><mi>p</mi><mi>s</mi><mi>f</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo><</mo><mi>I</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>⋅</mo><mi>C</mi><mi>R</mi></mrow><mo>}</mo></mrow><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>6</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
Еще одной особенностью является энергосбережение, так что общая выходная мощность светодиодов должна быть сведена к минимуму или в противном случае уменьшена.
<mrow><mi>l</mi><mi>e</mi><mi>d</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>:</mo><mrow><mo>{</mo><mrow><mi>m</mi><mi>i</mi><mi>n</mi><mstyle displaystyle="true"><munder><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi></mrow></munder><mrow><mi>l</mi><mi>e</mi><mi>d</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow></mstyle></mrow><mo>}</mo></mrow><mtext>                                  </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>7</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
Мерцание обусловлено, но меньшей мере частично, нестбильными характеристиками светодиодов в сочетании с рассогласованием ЖК-дисплея и светодиодов. Рассогласование может быть как пространственным, так и временным. Мерцание может быть уменьшено путем уменьшения колебаний общей выходной мощности светодиодов при движении точечного объекта через матрицу светодиодов.
<mrow><mi>l</mi><mi>e</mi><mi>d</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>:</mo><mo>{</mo><mi>m</mi><mi>i</mi><mi>n</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mstyle displaystyle="true"><munder><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi></mrow></munder><mrow><mi>l</mi><mi>e</mi><mi>d</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>-</mo><mstyle displaystyle="true"><munder><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi></mrow></munder><mrow><mi>l</mi><mi>e</mi><mi>d</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo>-</mo><msub><mi>x</mi><mn>0</mn></msub><mo>,</mo><msub><mrow><mtext> j-y</mtext></mrow><mtext>0</mtext></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow></mstyle></mrow></mstyle></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>}</mo><mtext>             </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>8</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
0
0
Где x и y - расстояние от центра светодиода. Мерцание дополнительно может быть снижено путем временной фильтрации БИХ.
Эффективный с точки зрения вычислений метод получения значений подсветки, удовлетворяющий уравнениям 6, 7 и 8 может включать в себя следующие шаги:
(1) Однопроходная методика получения управляющих значений светодиодов с ограничением, что значение светодиода >0.
i-1
i-1
i-1
i-1
i
(2) Последующая обработка: для светодиодов, управляющие значения которых больше, чем (максимум), определить пороговую величину этих значений, как 1 (или другое подходящее значение) и затем, использую методику рассеяния ошибки, распределить ошибку на соседние светодиоды. Хотя и можно использовать итерационный метод, предпочтительной методикой для получения управляющих значений светодиодов (то есть получения данных, передаваемых па подсвечивающую матрицу - см. блок 926 Фиг.5) является неитерационный, более эффективный с точки зрения вычислений. Предпочтительная однопроходная методика представлена на Фиг.8. Вычисляется разность между заданной подсветкой (BL) и подсветкой (BL) предыдущего кадра. Подсветка предыдущего кадра (BL) подастся из буфера подсветки. Данная разность может быть нормирована но коэффициенту масштабирования, такому, как коэффициент масштабирования, колеблющийся от 0,5 до 2,0 раз, величина обратная сумме функции рассеяния точки. Повое управляющее значение (LED) является суммой предыдущего управляющего значения (LED), которое было данными, ранее поданными на подсвечивающую матрицу и вышеупомянутой нормирован ной разности. Новые данные, подаваемые на подсветку (BL) затем оцениваются но свертке нового управляющего значения светодиода и функции рассеяния точки светодиода.
Полученное по предпочтительной однопроходной методике значение светодиода может быть меньше 0 и больше 1,0. Поскольку светодиод может управляться только значениями от 0 (минимум) до 1 (максимум), эти значения должны быть сокращены до диапазона от 0 до 1. Сокращение до 0 по-прежнему удовлетворяет уравнению 4, но сокращение до 1 по удовлетворяет. Данное сокращение ведет к сбою в подсветке. Сбой по 1 может быть скомпенсирован увеличением управляющего значения соседних светодиодов, как представлено на Фиг.9. Соответственно, информация, связанная с предыдущей яркостью подсветки используется для выбора следующего уровня подсветки.
Следующим образом может быть применена методика постобработки для рассеяния данной ошибки сокращения:
i,j
(1) Для данного led>1.
i,j
(2) tmp Val=led-1.
i,j
(3) Установить led=1.
(4) Отсортировать 4 соседних светодиода в порядке возрастания.
(5) Если (max-min<min(diffThd, tmpVa1/2)
Все соседние светодиоды увеличиваются
на tmpVa1/2.
(6) В противном случае они увеличиваются на
∗
∗
errWeighttmpVa12.
errWeight - это матрица коэффициентов рассеяния ошибки, основанный на порядке ранжирования. В предпочтительном варианте реализации, errWeight/ [0,75 0,5 0,5 0,25], где больший коэффициент предназначен для соседнего светодиода с наименьшим управляющим значением, а меньший коэффициент - для соседнего светодиода с наибольшим управляющим значением. В общем, дополнительный свет получается путем увеличения яркости светодиодов с меньшим свечением в то время, как яркость светодиодов с наибольшим свечением снижается, и таким образом общая яркость остается неизменной.
Сходный процесс рассеяния может быть использован для рассеяния ошибки на соседних в угловых направлениях областях для дополнительного увеличения яркости малых объектов.
Так как разрешение светодиодов намного меньше, чем у ЖК-дисплея, функция рассеяния точки светодиода имеет значительный охват. Если в исходном изображении имеется резкий переход, подсветка для темной области значительно выше необходимого уровня, это может скомпенсировать слой ЖК-дисплея. Существует по меньшей мере две проблемы с компенсацией: (1) ограниченная контрастность препятствует точной компенсации, и (2) даже если компенсация срабатывает хорошо при нормальном обзоре, она, как правило, не будет работать хорошо при острых углах обзора по причине угловой зависимости пропускания ЖК-дисплея. Это несоответствие между светодиодной подсветкой и ЖК-дисплеем может привести к появлению нежелательных артефактов гало, как показано на Фиг.10.
Для того чтобы избежать или уменьшить этот артефакт гало (блок 928 на Фиг.5), управляющие значения светодиодов могут быть изменены таким образом, чтобы уменьшить резкое изменение подсветки в темной области. Выходное значение снижения гало 928 переходит в светодиодное изображение 902, которое может быть передано в цепь светодиодного формирователя.
Таким образом, если значение пикселя (значение подсвечивающего элемента) лежит ниже порога, система обращает внимание на окружение пикселя. Если в окружении есть яркий пиксель (пиксели) (т.е. значение подсвечивающего элемента по меньшей мере одного из соседних подсвечивающих элементов является достаточно большим), то система может повысить яркость темного пятна в зависимости от расстояния до яркого пикселя (пикселей). Чем ближе к яркому пикселю, тем сильнее увеличение яркости. В этом случае окружение значений подсвечивающих элементов включает но меньшей мере один смежный подсвечивающий элемент. Так же возможно наличие по меньшей мере четырех смежных подсвечивающих элементов в окрестностях значений подсвечивающих элементов.
Другим артефактом является цветовое гало по причине перекрестных помех между цветным светодиодом и цветовым фильтром ЖК-дисплея. Фиг.11 представляет измерение спектра синего канала (ЖК-дисплея) с включенными вместе синим и зеленым светодиодами. В данном примере один из синего и зеленого светодиодов является первым цветовым подсвечивающим элементом, а другой вторым цветовым подсвечивающим элементом. Второй пик на длине волны 520 нм - от зеленого светодиода. Эти перекрестные помехи ведут к цветовому сдвигу, пропорциональному результату взаимодействия зеленого светодиода и синего ЖК-дисплея.
Согласно Фиг.12, перекрестные помехи от зеленого светодиода на синем ЖК-дисплее могут быть уменьшены при использовании подходящей методики. Методика, приведенная на Фиг.12 включает в себя (1) оценку зеленой подсветки путем свертки зеленого светодиода и функции рассеяния точки (PSF), (2) повышение значения весового коэффициента синего (вычисление увеличения весового коэффициента синего, получаемого от синего светодиода), (3) размытие карты весовых коэффициентов путем свертки с ядром размывания, как показано на Фиг.12, (4) увеличение уровня синего, получаемого от синего светодиода, на основании значения весового коэффициента синего, и (5) уменьшение уровня зеленого светодиода для компенсации прохождения через фильтр синего.
Тем же образом перекрестные помехи от зеленых светодиодов на красном ЖК-дисплее; от синих светодиодов на зеленом ЖК-дисплее; от синих светодиодов на красном ЖК-дисплее; от красных светодиодов на синем ЖК-дисплее; и от красных светодиодов на зеленом ЖК-дисплее могут быть уменьшены при использовании подходя щей методики.
В существующих системах пропускание получают из отношения входного сигнала и подсветки:
<mrow><msub><mi>T</mi><mrow><mi>L</mi><mi>C</mi><mi>D</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mi>i</mi><mi>m</mi><mi>g</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>/</mo><mi>b</mi><mi>l</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo stretchy="false">)</mo><mtext>                            </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>9</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
Однако, для выполнения деления требуется много вычислительных ресурсов, так что, если взять логарифм выражения 9, это будет более эффективно с точки зрения вычислений:
<mrow><mi>log</mi><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>T</mi><mrow><mi>L</mi><mi>C</mi><mi>D</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mi>l</mi><mi>o</mi><mi>g</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mi>m</mi><mi>g</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo stretchy="false">)</mo><mo>-</mo><mi>l</mi><mi>o</mi><mi>g</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>b</mi><mi>l</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo stretchy="false">)</mo><mtext>               </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mn>0</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
Светодиодное изображение 902 может пройти повышающую дискретизацию до расчетного масштаба подсветки 940. Это расчетное изображение повышенной дискретизации может быть свернуто с функцией рассеяния точки подсветки 942. Затем, эти свернутые данные проходят повышающую дискретизацию до дискретизации ЖК-дисплея 944, чтобы оказать влияние на интенсивность подсветки.
Одномерная таблица преобразования (1D LUT) может быть использована для преобразования линейных значений яркости в значения интенсивности, такие, как блок 946 и 954 (т.е. для преобразования по существу линейных данных в но существу нелинейные данные). Интенсивность ЖК-дисплея 956 может быть получена путем вычитания интенсивности подсветки 946 из интенсивности изображения 954. Другими словами, результатом является разность но существу нелинейных данных. Другая одномерная таблица преобразования может быть использована для преобразования интенсивности ЖК-дисплея 956 в область кодовых значений, как показано на Фиг.13. Цветовая гало-коррекция 950 может быть применена к выходным данным одномерной таблицы преобразования 948 для получения изображения на ЖК-дисплее 904. Изображение на ЖК-дисплее подается па цепь формирователя 952 ЖК-дисплея так, что она способна обеспечить требуемую яркость изображения.
Вышеописанные методы могут быть использованы с ЖК-дисплеем, таким, как приведенный на Фиг.14. Жидкокристаллический дисплей включает в себя подсвечивающую матрицу, содержащую отдельно управляемые подсвечивающие элементы, и световой затвор, соответствующий отдельно управляемым подсвечивающим элементам. Дисплей включает в себя приемник 1010 для приема изображения; первый преобразователь 1020 для преобразования изображения для подачи данных на световой затвор; второй преобразователь J030 для преобразования изображения для подачи данных па подсвечивающую матрицу, содержащую подсвечивающие элементы различного цвета; причем данные, подаваемые на подсвечивающую матрицу, по меньшей мере частично основаны на ограничении изменения значения первого цветового элемента и/или значения смежного второго цветового подсвечивающего элемента, имеющего цвет, отличный от цвета первого подсвечивающего элемента, для уменьшения перекрестных помех между первым и вторым цветовыми подсвечивающими элементами; а данные, подаваемые на световой затвор, соответствующий отдельно управляемому подсвечивающему элементу, подходят для обеспечения требуемого уровня яркости изображения.
Все ссылки, приведенные в данном документе включены для справки.
Термины и определения, использованные в предшествующем описании, были использованы для иллюстрации конкретных вариантов реализации настоящего изобретения и не являются ограничивающими, также не предполагается использование этих терминов и выражений для исключения эквивалентности показанных и описанных характеристик или их частей, при этом признается, что объем изобретения определен и ограничен только следующими далее пунктами формулы изобретения.