СПОСОБЫ И СИСТЕМЫ ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ВЫЗЫВАЕМОГО УГЛОМ НАБЛЮДЕНИЯ ЦВЕТОВОГО СДВИГА
METHODS AND SYSTEMS FOR REDUCING COLOUR SHIFT CAUSED BY VIEWING ANGLE

Описание
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способам и системам формирования, изменения и применения значений возбуждения задней подсветки для светодиодной матрицы задней подсветки.
Уровень техники
Некоторые дисплеи, такие как жидкокристаллические дисплеи, имеют матрицы задней подсветки с отдельными элементами, которые можно индивидуально адресовать и модулировать. Характеристики отображаемого изображения можно улучшать с помощью систематической адресации элементов матрицы задней подсветки.
Сущность изобретения
Некоторые осуществления настоящего изобретения содержат способы и системы формирования, изменения и применения значений возбуждения задней подсветки для светодиодной матрицы задней подсветки. Некоторые осуществления также содержат согласованное регулирование значений возбуждения жидкокристаллического дисплея. Некоторые осуществления содержат регулирование значений светодиодной задней подсветки для уменьшения вызываемого углом наблюдения цветового сдвига.
Осуществление настоящего изобретения может содержать способ, направленный на дисплей, содержащий слой задней подсветки из светоизлучающих элементов, скомпонованных в матрицу, диффузионный слой и панель отображения. Способ предназначен для формирования изображения задней подсветки для слоя задней подсветки и содержит этапы, на которых:
а) принимают входное изображение, содержащее значения пикселов цветовых каналов в качестве значения первого цветового канала и значения второго цветового канала;
b) определяют данные о коэффициенте пропускания панели отображения для многочисленных значений пикселов цветовых каналов при угле прямого наблюдения и угле бокового наблюдения;
с) определяют первое отношение выходного сигнала дисплея для значения первого цветового канала и значения второго цветового канала при угле прямого наблюдения на основании данных о коэффициенте пропускания;
d) определяют второе отношение выходного сигнала дисплея для значения первого цветового канала и значения второго цветового канала при угле бокового наблюдения на основании данных о коэффициенте пропускания;
е) определяют разность между первым отношением и вторым отношением; и
f) регулируют значение освещения задней подсветкой и кодовое значение пиксельных элементов слоя задней подсветки для минимизации разности.
Другое осуществление может содержать способ, также направленный на дисплей, содержащий слой задней подсветки из светоизлучающих элементов, скомпонованных в матрицу, диффузионный слой и панель отображения. Способ предназначен для формирования изображения задней подсветки для слоя задней подсветки и содержит этапы, на которых:
а) принимают входное изображение, содержащее массив значений пикселов, представляющий входное изображение с первым разрешением;
b) берут подвыборки входного изображения для создания изображения с промежуточным разрешением, при этом изображение с промежуточным разрешением имеет разрешение, которое ниже, чем первое разрешение, и при этом изображение с промежуточным разрешением содержит значения субблоков, каждое из которых соответствует отличающемуся множеству значений пикселов во входном изображении;
с) определяют характеристику для множества значений пикселов в каждом соответствующем субблоке в текущем кадре;
d) определяют характеристику для множества значений пикселов в каждом соответствующем субблоке в предшествующем кадре;
е) создают карту перемещений с элементами перемещения для каждого из светоизлучающих элементов, на которой разрешение светоизлучающих элементов меньше, чем промежуточное разрешение, а множество субблоков соответствует одному из элементов перемещения, при этом создание осуществляют, сравнивая упомянутые характеристики из предшествующего кадра с характеристиками из текущего кадра, на которой один из элементов перемещения указывает на перемещение, когда одна из характеристик из предшествующего кадра для конкретного субблока, соответствующего элементу перемещения, является по существу иной, чем характеристика из текущего кадра, соответствующая конкретному субблоку;
f) создают карту состояний перемещений, при этом карта состояний перемещений содержит элементы состояния перемещения, соответствующие каждому из элементов перемещения, на которой значение элементов состояния перемещения возрастает до максимального значения, когда соответствующий элемент состояния перемещения из предшествующего кадра указывает на перемещение, и значение элементов состояния перемещения снижается до минимального значения, когда соответствующий элемент состояния перемещения из предшествующего кадра не указывает на перемещение;
g) вычисляют значение локального максимума в пределах окна максимального значения, содержащего текущее значение возбуждения для слоя задней подсветки;
h) вычисляют обновленное значение возбуждения для светоизлучающих элементов, которое является взвешенной комбинацией текущего значения возбуждения и максимального значения;
i) определяют данные о коэффициенте пропускания для панели отображения, связанной со слоем задней подсветки, при этом данные о коэффициенте пропускания соответствуют многочисленным значениям пикселов цветовых каналов при угле прямого наблюдения и угле бокового наблюдения;
j) определяют первое отношение выходного сигнала дисплея для значения первого цветового канала и значения второго цветового канала при угле прямого наблюдения на основании данных о коэффициенте пропускания;
k) определяют второе отношение выходного сигнала дисплея для значения первого цветового канала и значения второго цветового канала при угле бокового наблюдения на основании данных о коэффициенте пропускания;
l) определяют разность между первым отношением и вторым отношением; и
m) регулируют обновленное значение возбуждения и соответствующее кодовое значение пиксельных элементов для минимизации разности.
Приведенные выше и другие задачи, признаки и преимущества изобретения станут более понятными при рассмотрении нижеследующего подробного описания изобретения во взаимосвязи с сопровождающими чертежами.
Краткое описание чертежей
На чертежах:
фиг.1 - вид, показывающий типовой жидкокристаллический дисплей со светодиодной матрицей задней подсветки;
фиг.2 - блок-схема, показывающая адаптированное к перемещению возбуждение светодиодов задней подсветки;
фиг.3 - график, показывающий пример тонального отображения;
фиг.4 - изображение, иллюстрирующее пример функции рассеяния точки для светодиода;
фиг.5 - блок-схема, показывающая пример способа получения значений возбуждения светодиодов;
фиг.6 - диаграмма, показывающая пример способа диффузии погрешности;
фиг.7 - график, показывающий нормированный коэффициент пропускания жидкокристаллического дисплея при двух углах наблюдения;
фиг.8 - блок-схема, показывающая пример процесса уменьшения вызванного углом наблюдения цветового сдвига;
фиг.9 - график, показывающий пример обратной гамма-коррекции;
фиг.10 - диаграмма, показывающая, каким образом сигнал гашения подается на возбудители в светодиодной матрице;
фиг.11 - диаграмма, показывающая синхронизированные моменты времени вспыхивания задней подсветки;
фиг.12 - диаграмма, показывающая широтно-модулированные импульсы при возбуждении светодиода; и
фиг.13 - график, показывающий пример обратной гамма-коррекции жидкокристаллического дисплея.
Описание осуществлений
Варианты осуществления настоящего изобретения станут более понятными при обращении к чертежам, на которых повсюду аналогичные детали обозначены одинаковыми номерами. Фигуры, перечисленные выше, однозначно включены в качестве части в это подробное описание.
Должно быть полностью понятно, что компоненты настоящего изобретения, описанные в целом и показанные на фигурах в этой заявке, могут быть расположены и выполнены в широком разнообразии различных конфигураций. Поэтому нижеследующее более подробное описание осуществлений способов и систем настоящего изобретения не предполагается ограничивающим объем изобретения, а только представляющим в настоящее время предпочтительные осуществления изобретения.
Элементы осуществлений настоящего изобретения могут быть реализованы аппаратным обеспечением, микропрограммными средствами и/или программным обеспечением. Хотя в примерах осуществлений, показанных в этой заявке, может описываться только одна из этих форм, должно быть понятно, что специалист в данной области техники способен выполнять эти элементы в любой из этих форм, оставаясь в объеме настоящего изобретения.
В дисплее с большим динамическим диапазоном, представляющем собой жидкокристаллический дисплей с применением светодиодной задней подсветки, можно использовать алгоритм преобразования входного изображения в светодиодное изображение с низким разрешением, чтобы модулировать светодиоды задней подсветки, и высокоразрешающее изображение жидкокристаллического дисплея. Для получения высокого контраста и экономии электроэнергии задняя подсветка должна иметь как можно более высокий контраст. Объединением изображения задней подсветки с более высоким контрастом и высокоразрешающего изображения жидкокристаллического дисплея можно создавать изображение с намного большим динамическим диапазоном, чем в дисплее с использованием способов из предшествующего уровня техники. Однако одна проблема, связанная с высококонтрастной задней подсветкой, заключается в вызываемом перемещением мерцании. Когда перемещающийся объект пересекает границы светодиодов, происходит резкое изменение задней подсветки. При этом в процессе светоотдача некоторых светодиодов уменьшается, а светоотдача некоторых повышается; и это побуждает соответствующий жидкокристаллический дисплей осуществлять быстрое изменение для компенсации этого резкого изменения задней подсветки. Вследствие различия в синхронизации между возбуждением светодиодов и возбуждением жидкокристаллического дисплея или погрешности при компенсации может возникать флуктуация выходного сигнала дисплея, вызывающая заметное мерцание по направлению перемещающихся объектов. Современное решение заключается в использовании фильтрации с бесконечной импульсной характеристикой для сглаживания временного перехода, однако оно не является надежным и, кроме того, может приводить к клиппированию высвечивания части изображения.
2
2
Жидкокристаллический дисплей имеет ограниченный динамический диапазон, обусловленный коэффициентом экстинкции поляризаторов и дефектами в жидкокристаллическом материале. Чтобы отображать изображения с большим динамическим диапазоном, светодиодную систему задней подсветки с низким разрешением можно использовать для модуляции света, который подводится к жидкокристаллическому дисплею. Объединением модулируемой светодиодной задней подсветки и жидкокристаллического дисплея можно получить дисплей с очень большим динамическим диапазоном. Из соображений стоимости светодиодная подсветка имеет намного меньшее пространственное разрешение, чем жидкокристаллический дисплей. Вследствие более низкого разрешения светодиодной подсветки дисплей с большим динамическим диапазоном, основанный на этой технологии, не может отображать высокоразрешающую картину с большим динамическим диапазоном. Но он может одновременно отображать изображение с очень яркими областями (>2000 кд/см) и очень темными областями (<0,5 кд/см). Поскольку глаз человека имеет ограниченный динамический диапазон в локальной области, то при обычном использовании не будет значительной проблемы. При визуальном маскировании глаз может с трудом воспринимать ограниченный динамический диапазон содержимого с высокими пространственными частотами.
Другая проблема, связанная с жидкокристаллическими дисплеями с модулируемой светодиодной задней подсветкой, заключается в мерцании вдоль траектории перемещения, то есть флуктуации выходного сигнала дисплея. Это может быть обусловлено рассогласованием временных характеристик жидкокристаллического дисплея и светодиодов, а также погрешностями функции рассеяния точки светодиодов. Некоторые осуществления могут содержать временную фильтрацию нижних частот для уменьшения мерцательного артефакта, но она не является надежной и, кроме того, может приводить к клиппированию высвечивания части изображения. В осуществлениях настоящего изобретения может использоваться адаптированный к перемещению алгоритм возбуждения светодиодов. Карту перемещений можно получать на основании обнаружения перемещений. В некоторых осуществлениях значение возбуждения светодиодов может также зависеть от состояний перемещений. В области перемещения значение возбуждения светодиодов можно получать таким, чтобы контраст результирующей задней подсветки снижался. Кроме того, при сниженном контрасте ослабляется воспринимаемый эффект мерцания на траектории перемещения.
Некоторые осуществления настоящего изобретения можно описать при обращении к фигуре 1, на которой схематично показан дисплей с большим динамическим диапазоном, снабженный слоем 2 светодиодов, содержащим отдельные светодиоды 8 в матрице, в качестве задней подсветки для слоя 6 жидкокристаллического дисплея. Свет от матрицы светодиодов в слое 2 светодиодов проходит через диффузионный слой 4 и освещает слой 6 жидкокристаллического дисплея.
В некоторых осуществлениях изображение задней подсветки имеет вид
, (1)
где  является уровнем светодиодного выходного излучения каждого отдельного светодиода в матрице задней подсветки,  представляет собой функцию рассеяния точки диффузионного слоя и ∗ обозначает операцию свертывания. Изображение задней подсветки можно дополнительно модулировать с помощью жидкокристаллического дисплея.
Отображаемое изображение представляет собой произведение светодиодной задней подсветки и коэффициента  пропускания жидкокристаллического дисплея.
. (2)
При объединении светодиодов и жидкокристаллического дисплея динамический диапазон дисплея является произведением динамического диапазона светодиодов и жидкокристаллического дисплея. Для простоты в некоторых осуществлениях используется нормированный выходной сигнал жидкокристаллического дисплея и светодиодов между 0 и 1.
Некоторые осуществления настоящего изобретения можно описать при обращении к фигуре 2, на которой показана блок-схема последовательности действий алгоритма преобразования входного изображения в изображение светодиодной (СД-) задней подсветки с низким разрешением и высокоразрешающее изображение жидкокристаллического дисплея. Разрешение жидкокристаллического дисплея составляет m×n пикселов в случае его диапазона от 0 до 1, при этом 0 означает черное и 1 означает максимальный коэффициент пропускания. Разрешение светодиодов (СД) составляет M×N, при этом M<m и N<n. Предполагается, что входное изображение имеет такое же разрешение, как и светодиодное изображение. Если входное изображение имеет иное разрешение, можно использовать этап масштабирования или обрезания изображения для преобразования разрешения входного изображения к разрешению светодиодного изображения. В некоторых осуществлениях входное изображение можно нормировать 10 к значениям между 0 и 1.
В этих осуществлениях изображение можно подвергать (S12) фильтрации нижних частот и брать подвыборки до получения промежуточного разрешения. В некоторых осуществлениях промежуточное разрешение (aM×aN) является кратной величиной размера светодиодной матрицы. В примере осуществления промежуточное разрешение (8M×8N) может быть в 8 раз выше разрешения светодиодов. Излишнее разрешение можно использовать для обнаружения перемещения и для поддержания зеркального высвечивания части изображения. Максимум изображения с промежуточным разрешением образует максимальное по блокам изображение (LEDmax с разрешением M×N) 14. Это максимальное по блокам изображение можно образовать, беря максимальное значение в изображении с промежуточным разрешением (aM×sN), соответствующим каждому блоку, чтобы образовать изображение M×N. Кроме того, среднее по блокам изображение 16 можно создавать, беря среднее каждого блока, использованного для максимального по блокам изображения.
В некоторых осуществлениях среднее по блокам изображение 16 после этого может быть подвергнуто (S20) тональному отображению. В некоторых осуществлениях тональное отображение может быть выполнено с помощью одномерной LUT (справочной таблицы), показанной на фигуре 3. В этих осуществлениях, чтобы сделать высвечивание части изображения в темных областях несколько более значительным, кривая тонального отображения может содержать темновое смещение 50 и протяженную нелинейность 52. Это может быть полезным для снижения видимости темнового шума и сжатия артефактов. Максимум тонально компрессированного среднего по блокам изображения и максимального по блокам изображения образуют (S18) и используют в качестве целевого значения задней подсветки, LED1. В этих осуществлениях учитывается локальный максимум, вследствие чего поддерживается зеркальное высвечивание части изображения. LED1 представляет собой целевой уровень задней подсветки, и его величина такая же, как число активных элементов задней подсветки (M×N).
Мерцание в виде флуктуации интенсивности можно наблюдать, когда объект перемещается через границы светодиодов. Это перемещение объекта может повлечь за собой резкое изменение значений возбуждения светодиодов. Теоретически изменение задней подсветки можно компенсировать с помощью жидкокристаллического дисплея. Но вследствие различия в синхронизации между светодиодами и жидкокристаллическим дисплеем и несовпадения функции рассеяния точки (ФРТ), используемой при вычислении компенсации, с фактической функцией рассеяния точки светодиода обычно имеется некоторая небольшая вариация интенсивности. Эта вариация интенсивности может быть незаметной, когда глаз не отслеживает перемещение объекта, но когда глаз отслеживает перемещение объекта, это небольшое изменение интенсивности может стать периодической флуктуацией. Частота флуктуации является произведением частоты видеокадра и скорости перемещения объекта в функции блоков светодиодов на кадр. Если объект перемещается через блок светодиодов в течение 8 видеокадров и частота видеокадра составляет 60 Гц, частота мерцания составляет 60 Гц×0,125=7,5 Гц. Она находится около пика зрительной чувствительности человека к мерцанию и может приводить к очень раздражающему артефакту.
Для уменьшения этого вызванного перемещением мерцания можно использовать адаптированный к перемещению алгоритм, чтобы ослаблять неожиданную смену светодиодов, когда объект перемещается по сеткам светодиодов. Обнаружение (S22) перемещения можно использовать для подразделения видеоизображения на два класса: область перемещения и область покоя. В области перемещения контраст задней подсветки снижают, так что отсутствует неожиданное изменение значения возбуждения светодиодов. В области покоя контраст задней подсветки поддерживают, чтобы повысить коэффициент контрастности и снизить энергопотребление.
Обнаружение перемещения можно выполнять на изображении из подвыборок при разрешении aM×aN. Значение на текущем кадре можно сравнивать с соответствующим блоком на предшествующем кадре. Если разность больше порога, то блок задней подсветки (светоизлучающий элемент), который содержит этот блок, может быть классифицирован как блок перемещения (элемент перемещения). В примере осуществления каждый блок задней подсветки содержит 8×8 субэлементов. Каждый из субэлементов (субблоков) с промежуточным разрешением может соответствовать отличающемуся множеству пикселов во входном изображении. В некоторых примерах осуществлений процесс обнаружения перемещения может быть выполнен следующим образом:
Для каждого кадра
1. Вычисляют средние значения (характеристику) пикселов каждого субэлемента (субблока) во входном изображении для текущего кадра.
2. Если разность между средним в этом кадре и средним субэлементов из предшествующего кадра больше, чем порог (например, 5% полного диапазона в примере осуществления), то блок задней подсветки, который содержит субэлемент, классифицируют как блок перемещения. Таким путем можно образовать первую карту перемещений.
3. Выполняют операцию морфологического расширения или другой прием обработки изображения на основании первой карты перемещений (замену блоков покоя вблизи блоков перемещения на блоки перемещения) для образования второй укрупненной карты перемещений.
4. Для каждого блока задней подсветки карту состояний перемещений обновляют на основании результатов обнаружения:
if (имеется блок перемещения),
else (блок покоя)
Значение возбуждения светодиодов имеет вид
, (3)
max
1
t
где LED является локальным максимумом светодиодов в окне, которое центрировано относительно текущего (LED) светодиода. Одним примером является окно 3×3. Другим примером является окно 5×5. Таким образом, элемент (mMap) состояния перемещения возрастает до максимального значения, когда перемещение обнаруживается, и снижается до минимального значения, когда перемещение не обнаруживается.
В некоторых осуществлениях может использоваться оценка перемещения. В этих осуществлениях окно может быть выровнено относительно вектора перемещения. В некоторых осуществлениях окно может быть одномерным и выровненным относительно направления вектора перемещения. При таком подходе уменьшается размер окна и поддерживается контраст в направлении отсутствия перемещения, но вычисление вектора перемещения намного сложнее, чем простое обнаружение перемещения. В некоторых осуществлениях значения вектора перемещения могут использоваться для создания укрупненной карты перемещений. В некоторых осуществлениях значения вектора перемещения могут нормироваться до значения между 0 и 1. В некоторых осуществлениях любому значению вектора перемещения свыше 0 может быть присвоено значение 1. В таком случае может быть образована карта состояний перемещений, описанная выше, и значения возбуждения светодиодов могут быть вычислены в соответствии с уравнением (3), однако LEDmax следует определять, используя одномерное окно, выровненное относительно вектора перемещения.
Поскольку для получения более равномерного изображения задней подсветки функция рассеяния точки светодиода должна быть больше, чем разнесение светодиодов, то имеются значительные перекрестные наложения между светодиодными элементами, которые расположены близко друг к другу. На фигуре 4 показана типичная функция рассеяния точки светодиода, где черными линиями 55 внутри светового круга показаны границы между элементами светодиодной матрицы. Из фигуры 4 очевидно, что функция рассеяния точки продолжается за пределы границы светодиодного элемента.
1
2
Из-за функции рассеяния точки светодиодов любой светодиод имеет вклад от каждого из соседних светодиодов. Хотя уравнение (2) можно использовать для вычисления задней подсветки с учетом сигнала возбуждения светодиода, нахождение сигнала возбуждения светодиода для получения целевого изображения задней подсветки является обратной задачей. Она является некорректно поставленной деконволюционной задачей. При одном подходе ядро свертки используют для получения сигнала возбуждения светодиода, показанного в уравнении (3). Чтобы осуществлялась компенсация перекрестных наложений от соседних светодиодов, коэффициенты (C и C) ядра коррекции перекрестных наложений должны быть отрицательными:
. (4)
Матрица коррекции перекрестных наложений ослабляет эффект перекрестных наложений из непосредственных окрестностей, но получающееся изображение задней подсветки по-прежнему является неточным со слишком низким контрастом. Другая проблема заключается в том, что она образует много значений возбуждения вне допустимого диапазона, которые должны отбрасываться и которые могут приводить к дополнительным погрешностям.
Поскольку выходной сигнал светодиода не может быть больше 1, значение возбуждения светодиодов необходимо получать таким, чтобы задняя подсветка была более сильной, чем целевая фотометрическая яркость I(x, y), например,
. (5)
В уравнении 5 «:» использовано для обозначения ограничивающего условия, необходимого для получения заданных значений функции светодиодов в фигурных скобках. Из-за ограниченного коэффициента контраста вследствие утечки LCD(x, y) больше не достигает 0. Решение заключается в том, что когда целевое значение меньше утечки жидкокристаллического дисплея, то значение для светодиода можно уменьшить, чтобы воспроизвести яркость при затемнении:
. (6)
В некоторых осуществлениях еще одной задачей может быть снижение энергопотребления, чтобы суммарный выходной сигнал светодиодов снижался или минимизировался:
. (7)
Мерцание может быть обусловлено нестационарной характеристикой светодиода в сочетании с несоответствием между жидкокристаллическим дисплеем и светодиодом. Несоответствие может быть пространственным или временным. Мерцание можно снижать или минимизировать, уменьшая флуктуацию суммарного выходного сигнала светодиодов между кадрами:
, (8)
x
y
где v и v представляют собой скорости перемещения в системе блоков светодиодов.
Некоторые осуществления настоящего изобретения направлены на разрешение проблем качества изображения при наблюдении под углом. Двумя проблемами качества изображения являются: (1) пониженный коэффициент контраста и (2) цветовой сдвиг. Первая проблема может быть частично разрешена в соответствии с уравнениями (6) и (7), и, кроме того, цветовой сдвиг может быть минимизирован путем оптимизации значения возбуждения светодиодов. Цвет может быть определен в координатах цветности Международной комиссии по освещению (CIE), таких как CIE XYZ, CIELab, CIELuv, и он может быть аппроксимирован относительной интенсивностью RGB-каналов (значениями пикселов цветовых каналов), например R/G или B/G. Для уменьшения цветового сдвига эти два отношения можно поддерживать при наблюдении из положения под углом.
В некоторых осуществлениях может быть реализовано соотношение, описываемое уравнением (9):
, (9)
где нижний индекс 0 означает нормальное наблюдение (перпендикулярно к лицевой стороне дисплея), а индекс θ означает наблюдение под углом (например, 45° от нормального наблюдения). Выходные каналы R, G и В являются произведениями задней подсветки и коэффициентов пропускания жидкокристаллического дисплея и даются уравнением (10):
,
,
,
, (10)
,
.
Только коэффициент пропускания жидкокристаллического дисплея имеет угловую зависимость. В некоторых осуществлениях путем оптимизации значений возбуждения светодиодов можно минимизировать отношения цветов. В частности, свет, исходящий от дисплея, является результатом прохождения света от светодиодов через жидкокристаллический дисплей. Сочетаний значений возбуждения светодиодов (значений освещения задней подсветкой) и значений возбуждения жидкокристаллического дисплея (кодовых значений пиксельных элементов) теоретически может быть бесконечное количество. При конкретном значении цвета значения возбуждения светодиодов могут быть сделаны более высокими для уменьшения зависимости выходного сигнала жидкокристаллического дисплея от угла наблюдения. Объединение уравнений с (5) по (10) дает уравнение (11), приведенное ниже:
. (11)
В некоторых осуществлениях алгоритм для получения значений задней подсветки, которые удовлетворяют уравнению (11), содержит следующие этапы:
1. Один прогон программы для получения значений возбуждения светодиодов с ограничивающим условием LED>0.
2. Последующая обработка: для светодиодов со значением возбуждения больше 1 (верхнего предела) установление порогового значения, равного 1, и затем использование анизотропной диффузии погрешности для распределения погрешности по соседним светодиодам.
3. Оптимизация ограничивающего условия для минимизации отношений цветов в условиях наблюдения под углом.
Нахождение значения возбуждения светодиодов по целевому значению представляет собой некорректно поставленную задачу, для которой требуется итерационный алгоритм, который трудно реализовать аппаратным обеспечением. Способ согласно некоторым осуществлениям настоящего изобретения можно реализовать как однопроходной способ. Эти осуществления можно описать при обращении к фигуре 5. В этих осуществлениях значения возбуждений светодиодов определяют для нового кадра 60. Эти значения можно определять, используя (S62) разность между целевой задней подсветкой (BL) и предшествующей задней подсветкой (BLi-1). Эту разность можно масштабировать с помощью масштабного коэффициента (β), который в некоторых осуществлениях может составлять от 0,5 до 2 обратной величины суммы функций рассеяния точки. Значения предшествующей задней подсветки можно извлекать из буфера 64 целевой задней подсветки (ЗП). Новое значение (Ledi) возбуждения является суммой предшествующего значения (ledi-1) возбуждения светодиодов и масштабированной разности. Новую заднюю подсветку можно оценивать (S66) свертыванием нового значения (ledi-1) возбуждения и функции 68 рассеяния точки (ФРТ) светодиода.
В некоторых осуществлениях значение 67 возбуждения светодиода (СВ), полученное на основании однопроходного алгоритма, может быть меньше 0 и больше 1. Поскольку светодиод можно возбуждать только между 0 (минимумом) и 1 (максимумом), эти значения могут быть усечены (ограничены) до 0 или 1. Усечение до 0 по-прежнему удовлетворяет уравнению (5), но усечение до 1 не удовлетворяет. Это усечение вызывает дефицит освещения задней подсветкой. В некоторых осуществлениях этот дефицит может быть компенсирован повышением значения возбуждения соседних светодиодов. В некоторых осуществлениях это можно делать способами диффузии погрешности. Пример способа диффузии погрешности показан на фигуре 6.
В некоторых осуществлениях для диффузии этой погрешности алгоритм последующей обработки можно использовать следующим образом:
i,j
1. Для этих led>1
i,j
2. tmpVal=led-1;
i,j
3. Положим led=1;
4. Рассортируем 4 соседних светодиода в возрастающем порядке;
5. If (max-min<min(diffThD, tmpVal/2),
для всех соседних светодиодов происходит увеличение на tmpVal/2
else
для них происходит увеличение на errWeight∗tmpVal∗2,
где errWeight представляет собой совокупность коэффициентов диффузии погрешности, основанных на ранговом порядке. В примере осуществления errWeight=[0,75; 0,5; 0,5; 0,25], при этом наибольший коэффициент относится к близлежащему светодиоду с наименьшим значением возбуждения, а наименьший коэффициент относится к близлежащему светодиоду с наибольшим значением возбуждения.
В некоторых осуществлениях аналогичный процесс диффузии может использоваться для диффузии погрешности к угловым соседним элементам для дополнительного повышения яркости небольших объектов.
В некоторых осуществлениях для ослабления влияния угла наблюдения отношения цветов (R/G и B/G) могут поддерживаться при наблюдении под углом. На фигуре 7 показан нормированный коэффициент пропускания жидкокристаллического дисплея (ЖКД) при углах наблюдения 0° и 45°. Нормированный коэффициент пропускания для 45° находится выше при низких уровнях серого. При равномерной задней подсветке в случае цветов (150, 50, 0) RG-отношение (R/G) изменяется от 10,6 при наблюдении по нормали до 3 при наблюдении под углом 45°. Поскольку угловая зависимость коэффициента пропускания жидкокристаллического дисплея меньше при высоких уровнях серого, предпочтительно ослаблять заднюю подсветку с тем, чтобы жидкокристаллический дисплей работал при высоком уровне серого. Если заднюю подсветку уменьшить на 1/3, цифровой отсчет для красного цвета становится 252 и для зеленого цвета становится 90. R/G при 45° становится 5, при этом цветовой сдвиг корректируется в соответствии с коэффициентом 1,67. Если зеленый цвет задней подсветки дополнительно уменьшить на 10%, цифровой отсчет для канала сигнала зеленого цвета становится 140, а R/G при 45° становится 8. Если красный цвет задней подсветки повысить на 100%, R/G при 45° становится 10,5, и оно является по существу таким же, как при наблюдении по нормали.
Рассмотренный выше способ может работать в случае однородного пятна, в случае действительного изображения, при этом невозможно иметь нулевой цветовой сдвиг для всех пикселов, поскольку разрешение светодиодов намного ниже, чем жидкокристаллического дисплея. Восприятие цветового сдвига является различным при различных цветах. Некоторые цвета являются более важными, чем другие. Одним примером важного цвета является телесный цвет, когда небольшой цветовой сдвиг может быть нежелательным. Другим важным цветом является нейтральный цвет. Хотя нейтральный цвет сохраняется при задней подсветке белым, но, когда используют модуляцию задней подсветки, может возникать цветовой сдвиг, вызываемый углом наблюдения. В этой связи эти важные цвета могут обнаруживаться и регулироваться.
Для этих важных цветов можно вычислять вызываемый углом наблюдения цветовой сдвиг. Если цветовой сдвиг является неприемлемым, то, как показано на фигуре 8, значения возбуждения светодиодов задней подсветки можно корректировать, чтобы минимизировать цветовой сдвиг. Что касается примера на фигуре 8, то при приеме видеоданных 110 выполняют обнаружение (S111) основного цвета и определяют (S112) совокупность значений возбуждения светодиодов (СД) задней подсветки. На основании этого определения делают (S113) оценку цветового сдвига и в соответствии с оценкой определяют значения 114 возбуждения светодиодов и жидкокристаллического дисплея (ЖКД). Как показано на фигуре 7, цветовой сдвиг уменьшается, когда жидкокристаллический дисплей работает при более высоком уровне, поэтому светодиодная задняя подсветка должна быть по возможности слабой. При слабой задней подсветке некоторые из высвечиваемых участков могут быть клиппированными. Небольшая степень клиппирования обычно является приемлемой, но большая степень клиппирования может вызывать неприемлемую потерю деталей. В некоторых осуществлениях алгоритм может обеспечивать компромисс между цветовым сдвигом и клиппированием на базе оценочной функции, такой как CIELAB, или основанной на оценочной функции модели визуальной системы, такой как S-SCIELAB и CVDM.
Если цветовой сдвиг по-прежнему является неприемлемым, значение возбуждения светодиодов для преобладающего цвета можно повысить, чтобы задняя подсветка имела приблизительно такую же цветовую температуру, как важный цвет (такой как телесный), что приводит к аналогичным значениям возбуждения жидкокристаллического дисплея в цветовых каналах. Аналогичные значения возбуждения жидкокристаллического дисплея приводят к меньшему цветовому сдвигу. Хотя усиление светодиодной задней подсветки будет приводить к более значительным энергопотреблению и утечке, можно достигать компромисса между этими противоречивыми требованиями, чтобы предельно снижать цветовой сдвиг и энергопотребление.
В некоторых ситуациях выходной сигнал светодиодов может быть нелинейным относительно значения возбуждения, и если значение возбуждения является целым числом, обратную гамма-коррекцию и квантование можно выполнять, чтобы определять значение возбуждения светодиодов. На фигуре 9 показан пример процесса обратной гамма-коррекции для значений светодиодов, в котором нормированные значения 70 выходного сигнала светодиодов преобразуют с помощью кривой 72 градационной шкалы в значения 74 возбуждения.
Возбуждение светодиодов обычно осуществляют с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ), в соответствии с которой ток возбуждения светодиодов является фиксированным, а его длительность или время включения определяют светоотдачу. Такое возбуждение регулированием длительности импульсов при частоте кадров 60 Гц может приводить к мерцанию. Поэтому в способах из предшествующего уровня техники обычно используют два широтно-модулированных импульса. Это удваивает частоту обновления задней подсветки, вследствие чего мерцание уменьшается или исключается. Однако использование двух широтно-модулированных импульсов может вызывать размытость изображения, обусловленную перемещением объекта, при больших коэффициентах заполнения, или появление ореола (окантованных краев), при небольших коэффициентах заполнения. Для ослабления мерцания или размытости, обусловленной перемещением объекта, можно использовать адаптированное к перемещению возбуждение (S24) светодиодов. На фигуре 10 показана схема возбудителей 80 светодиодов (СД) и светодиодных элементов 82 задней подсветки в дисплее 84.
Чтобы компенсировать разность времени между возбуждением жидкокристаллического дисплея от верхней части до нижней части, сигнал гашения используют для синхронизации широтно-импульсного возбуждения и возбуждения жидкокристаллического дисплея. Эти осуществления можно дополнительно пояснить при обращении к фигуре 11. В этих осуществлениях сигнал гашения сдвигается вправо в соответствии с вертикальным положением. В сигнале гашения имеются два включающих импульса 92 и 93 для инициирования двух широтно-модулированных импульсов. VBRn 94 и VBRn+1 95 представляют собой два вертикальных сигнала гашения обратного хода, которые определяют длительность 96 кадра жидкокристаллического дисплея. В течение каждого кадра жидкокристаллического дисплея имеются два широтно-модулированных импульса 92 и 93 для светодиодов. Время между двумя широтно-модулированными импульсами (Toffset2-Toffset1) точно равно половине длительности 96 кадра жидкокристаллического дисплея. Toffset1 90 и Toffset2 91 регулируют на основании сигнала гашения, чтобы осуществлять синхронизацию с возбуждением жидкокристаллического дисплея. В случае небольших коэффициентов заполнения (то есть при коэффициентах заполнения меньше 100%) Toffset1 90 и Toffset2 91 следует сдвигать вправо, чтобы включение с использованием широтно-импульсной модуляции происходило на плоском участке кривой временной характеристики жидкокристаллического дисплея.
Использование двух широтно-модулированных импульсов в одном жидкокристаллическом дисплее позволяет реализовать адаптированное к перемещению вспыхивание (S26) задней подсветки (ЗП). Если перемещение не обнаруживается, два широтно-модулированных импульса могут иметь одинаковую длительность, но могут быть смещены во времени на половину длительности кадра жидкокристаллического дисплея. Если частота кадров жидкокристаллического дисплея составляет 60 Гц, воспринимаемое изображение фактически имеет частоту 120 Гц, вследствие чего исключается восприятие мерцания. Если перемещение обнаруживается, первый широтно-модулированный импульс 92 может быть сокращен или исключен, тогда как длительность второго широтно-модулированного импульса 93 увеличена для сохранения общей яркости. При исключении первого широтно-модулированного импульса 92 может значительно сократиться временная апертура, вследствие чего уменьшится размытость изображения, обусловленная перемещением объекта.
На фигуре 12 показаны широтно-модулированные импульсы при возбуждении светодиодов. В предположении, что интенсивность светодиодов есть I{0, 1} и коэффициент заполнения есть λ{0, 100%}, длительность включенного состояния при широтно-импульсной модуляции в зависимости от части длительности кадра жидкокристаллического дисплея имеет вид
,
, (12)
.
В некоторых осуществлениях выходной сигнал, являющийся результатом адаптированного к перемещению вспыхивания (S26), можно подвергать обратной гамма-коррекции до вывода на схему 30 возбудителя светодиодов.
В некоторых осуществлениях после обратной гамма-коррекции (S28) выходной сигнал может быть подвергнут (S44) гамма-коррекции, а следующий этап заключается в прогнозировании изображения задней подсветки от светодиодов. Частота выборки светодиодного изображения может быть повышена (S42) для получения разрешения (m×n) жидкокристаллического дисплея и выполнено свертывание (S40) с функцией рассеяния точки (ФРТ) светодиода, дающее в результате изображение (LED_BL) 38 светодиодной задней подсветки.
Коэффициент пропускания жидкокристаллического дисплея можно определять, используя уравнение (13), где входное изображение с большим динамическим диапазоном разделено на (S36) на изображение (LED-BL) светодиодной задней подсветки:
. (13)
Кроме того, в некоторых осуществлениях обратную гамма-коррекцию можно выполнять (S34) для коррекции нелинейной характеристики жидкокристаллического дисплея (видимой на фигуре 13) до вывода сигнала на схему 32 возбудителя светодиодов. В этих осуществлениях нормированное значение 100 коэффициента пропускания жидкокристаллического дисплея может быть преобразовано с помощью кривой 102 градационной шкалы в значение 104 возбуждения жидкокристаллического дисплея.
Таким образом, предложен способ формирования изображения задней подсветки для матрицы задней подсветки дисплея. Способ содержит:
а) прием входного изображения, содержащего кодовые значения пикселов цветовых каналов для первого цветового канала и второго цветового канала;
b) определение данных о коэффициенте пропускания жидкокристаллического дисплея для многочисленных входных кодовых значений при угле прямого наблюдения и угле бокового наблюдения;
с) определение первого отношения выходного сигнала дисплея для значения первого цветового канала и значения второго цветового канала при угле прямого наблюдения на основании данных о коэффициенте пропускания;
d) определение второго отношения выходного сигнала дисплея для значения первого цветового канала и значения второго цветового канала при угле бокового наблюдения на основании данных о коэффициенте пропускания;
е) определение разности между первым отношением и вторым отношением; и
f) регулирование значения освещения задней подсветкой и кодового значения пиксельных элементов для минимизации разности.
Способ дополнительно содержит:
а) определение третьего отношения выходного сигнала дисплея для значения третьего цветового канала и значения второго цветового канала при угле прямого наблюдения на основании данных о коэффициенте пропускания;
b) определение четвертого отношения выходного сигнала дисплея для значения третьего цветового канала и значения второго цветового канала при угле бокового наблюдения на основании данных о коэффициенте пропускания;
с) определение второй разности между третьим отношением и четвертым отношением; и
d) при этом регулирование значения освещения задней подсветкой и кодового значения пиксельных элементов содержит минимизацию второй разности.
Кроме того, угол бокового наблюдения составляет 45°, а угол прямого наблюдения соответствует перпендикуляру к лицевой поверхности дисплея.
Первый цветовой канал является красным, второй цветовой канал является зеленым, и первое отношение представляет собой отношение красного цвета к зеленому цвету.
Третий цветовой канал является синим, второй цветовой канал является зеленым, и второе отношение представляет собой отношение синего цвета к зеленому цвету.
Способ дополнительно содержит определение меры клиппирования при различных значениях освещения задней подсветкой и балансировку клиппирования с минимизацией разности.
Способ дополнительно содержит регулирование значения цвета задней подсветки для согласования с цветовой температурой преобладающего цвета. Преобладающий цвет является телесным цветом, или преобладающий цвет является нейтральным цветом.
Другой способ формирования изображения задней подсветки для матрицы задней подсветки дисплея может содержать следующие этапы:
а) прием входного изображения, содержащего массив значений пикселов, представляющий изображение с первым разрешением;
b) взятие подвыборок входного изображения для создания изображения с промежуточным разрешением, при этом изображение с промежуточным разрешением имеет разрешение, которое ниже, чем первое разрешение, и при этом изображение с промежуточным разрешением содержит значения субблоков, каждое из которых соответствует отличающемуся множеству значений пикселов входного изображения;
с) определение характеристики субблока текущего кадра для каждого из множеств значений пикселов входного изображения;
d) определение характеристики субблока предшествующего кадра для множеств значений пикселов входного изображения в предшествующем кадре;
е) создание карты перемещений с элементами перемещения для каждого элемента задней подсветки, на которой разрешение элементов задней подсветки меньше, чем промежуточное разрешение, а множество субблоков соответствует одному из элементов перемещения, при этом создание осуществляют, сравнивая характеристики субблоков предшествующего кадра с характеристиками субблоков текущего кадра, на которой один из элементов перемещения указывает на перемещение, когда одна из характеристик субблоков предшествующего кадра для конкретного субблока, соответствующего элементу перемещения, является до существу иной, чем характеристика субблока текущего кадра, соответствующая конкретному субблоку;
f) создание карты состояний перемещений, при этом карта состояний перемещений содержит элементы состояния перемещения, соответствующие каждому из элементов перемещения, на которой значение элементов состояния перемещения возрастает до максимального значения, когда соответствующий элемент состояния перемещения из предшествующего кадра указывает на перемещение, и значение элементов состояния перемещения снижается до минимального значения, когда соответствующий элемент состояния перемещения из предшествующего кадра не указывает на перемещение;
g) вычисление значения локального максимума светодиодов в пределах окна, содержащего текущее значение возбуждения светодиодов;
h) вычисление обновленного значения возбуждения светодиодов, которое является взвешенной комбинацией текущего значения возбуждения светодиодов и максимального значения светодиодов;
i) определение данных о коэффициенте пропускания для матрицы жидкокристаллического дисплея, связанной с матрицей задней подсветки дисплея, при этом данные о коэффициенте пропускания соответствуют многочисленным входным кодовым значениям при угле прямого наблюдения и угле бокового наблюдения;
j) определение первого отношения выходного сигнала дисплея для значения первого цветового канала и значения второго цветового канала при угле прямого наблюдения на основании данных о коэффициенте пропускания;
k) определение второго отношения выходного сигнала дисплея для значения первого цветового канала и значения второго цветового канала при угле бокового наблюдения на основании данных о коэффициенте пропускания;
l) определение разности между первым отношением и вторым отношением; и
m) регулирование обновленного значения возбуждения светодиодов и соответствующего кодового значения пиксельных элементов для минимизации разности.
Кроме того, способ содержит фильтрацию нижних частот входного изображения для создания изображения с промежуточным разрешением.
Характеристика субблока предшествующего кадра и характеристика субблока текущего кадра представляют собой средние значения пикселов для пикселов, соответствующих субблокам.
Максимальное значение равно 4, и минимальное значение равно 0.
Создание карты состояний перемещений содержит присвоение значения элементу состояния перемещения, которое не меньше 4 и больше, чем значение элемента состояния перемещения, относящегося к соответствующему элементу состояния перемещения в предшествующем кадре, когда элемент состояния перемещения соответствует элементу перемещения, который указывает на перемещение.
Кроме того, создание карты состояний перемещений содержит присвоение значения элементу состояния перемещения, которое не больше нуля и меньше, чем значение соответствующего элемента состояния перемещения в предшествующем кадре, когда элемент состояния перемещения соответствует элементу перемещения, который не указывает на перемещение.
Обновленные значения возбуждения светодиодов вычисляют в соответствии с нижеследующим уравнением:
,
2
1
max
где LED является обновленным значением возбуждения светодиодов, mMap является значением элемента состояния перемещения, соответствующим обновленному значению возбуждения светодиодов, LED является текущим значением возбуждения светодиодов, основанным на содержимом входного изображения, и LED является локальным максимальным значением возбуждения светодиодов.
Окно максимального значения светодиодов представляет собой квадратное окно, центрированное относительно текущего значения возбуждения светодиодов.
Окно максимального значения светодиодов представляет собой одномерное окно, выровненное относительно вектора перемещения, соответствующего текущему значению возбуждения светодиодов.
Термины и выражения, которые употреблялись в приведенном выше описании, использовались в этом описании в качестве терминов описания, а не в качестве ограничивающих, и не было намерения использовать такие термины и выражения в качестве исключающих эквивалентность показанных и описанных признаков или частей признаков.
Очевидно, что в описанном таким образом изобретении один и тот же способ можно изменять многочисленными путями. Такие изменения не считаются отступлением от сущности и объема изобретения, и для специалиста в данной области техники должно быть очевидно, что все такие модификации предполагаются включенными в объем прилагаемой формулы изобретения.