CN101185113A - 双显示器设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于显示输入图像(I)的双显示器设备(DD2)。该双显示器设备包括第一显示器(D1)和第二显示器(D2)。第一显示器被配置用于调制来自第二显示器的图像。该双显示器设备进一步包括处理器(Pr2)，该处理器(Pr2)包括依照retinex算法将输入图像分解成照明图像(Ii)和反射图像(Ir)的图像分解器(Sp)。将反射图像显示在第一显示器上，并且将照明图像显示在第二显示器上。由于这两个显示器的串联配置，输入图像I基本上被重建出来。照明图像典型地是从输入图像导出的空间低分辨率图像。在第二显示器上使用照明图像时的好处在于，与现有技术方案相比，照明图像的平滑光强值导致更低的平均光强，从而导致更低的功耗。利用retinex算法进行图像分解的附加的好处在于，降低了双显示器设备中的视差，并且提高了双显示器设备动态范围的利用率。

Description

双显示器设备
技术领域
本发明涉及用于显示包括输入数字词的输入图像的双显示器设备，该双显示器设备包括第一显示器、第二显示器和图像分解器，该第一显示器被配置用于调制来自第二显示器的图像。
本发明还涉及用于显示输入图像的方法并且涉及计算机程序产品。
背景技术
可以明显地将通过常规显示设备观看的图像与在真实世界中观看的相同图像区分开来。这归因于常规显示器的动态范围，该动态范围通常不足以引起在真实世界中观看图像的光学感觉。已经设计出一些图像增强方法来产生更加逼真的图像印象。尽管如此，常规显示设备动态范围方面的限制使得即使是被增强的图像看起来也与真实世界图像不一样。
在Seetzen等人的ACM SIGGRAPH 2004论文“High dynamic rangedisplay systems(高动态范围显示系统)”中公开了高动态范围显示系统的两种设计。在这篇论文中给出了两种不同的双显示器系统，它们能够使用强度级的增加的动态范围来显示图像。这个被增加的动态范围提供的被显示图像的感知与在真实世界中观看相同图像更为相似。所述双显示器系统包括像素化背光和LCD前面板。显示系统的动态范围基本上等于LCD面板的动态范围和像素化背光的动态范围的乘积。在所述被公开的双显示器系统中，图形处理单元通过取被归一化的输入图像数据的平方根将输入图像数据分解成两幅基本相同的图像。该图形处理单元随后将这两幅基本相同的图像发送到像素化背光和LCD前面板，这个步骤优选地发生在伽玛校正和/或背光照明校正之后。
Seetzen等人提出的高动态范围显示系统在功耗方面没有进行优化。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种功耗降低了的双显示器设备。
依照本发明的第一方面，所述目的由双显示器设备来实现，在该双显示器设备中，图像分解器被构造成根据retinex算法将输入图像分解成照明图像和反射图像。照明图像由照明数字词构成，运行时这些照明数字词被提供给第二显示器。反射图像由反射数字词构成，运行时这些反射数字词被提供给第一显示器。
依照本发明的这些措施的效果在于，使用retinex算法分解输入图像得到的照明图像中，照明数字词的光强值的空间变化比输入数字词更加平缓。数字词是数字语言中的单个单元，在数字语言中，每个数字词定义了图像像素的视亮度和颜色。可以认为照明图像是源自输入图像的空间低分辨率图像。将照明图像提供给第二显示器，对于第一显示器而言，可以认为该第二显示器是背光单元。因此，第一显示器位于观察者和第二显示器之间。与现有技术中用基本相同的图像作为输入图像驱动第二显示器相比，当用空间低分辨率照明图像驱动第二显示器时，在第二显示器中的功耗一般更低。这归因于例如这样的事实，即用来获取照明图像的空间平滑操作局部平滑了图像的光强值，这使得对于整幅图像而言平均光强更低。由于双显示器设备的功耗的主要部分发生在像素化背光中，因而像素化背光中功耗的降低引起该双显示器设备的总功耗的降低。
retinex算法由Land和McCann在1971年提出(“Lightness andRetinex theory(明度与retinex理论)”，J.of the Optical Soc.of America，vol.61，no.1，Jan.1971)，并且自那以后在许多不同的应用中被用作图像操作算法。retinex算法将图像定义为环境照明(也表示为照明图像)和目标反射(也表示为反射图像)的逐像素乘积。在图像的环境照明中，像素到像素的光强变化平缓，因而环境照明一般是图像的空间低分辨率版本。目标反射可以例如通过图像逐像素除以环境照明来计算。retinex算法典型地用于图像数据压缩，其中例如利用光强值的低空间变化来压缩环境照明。发明人认识到，除了典型的数据压缩应用，也可以有利地将retinex算法用于双显示器设备中以达到双显示器设备功耗的降低。
依照本发明的这些措施的另一个好处在于，利用retinex算法对输入图像的分解改善了双显示器设备的观察角特性。双显示器设备通过用依照反射数字词的第一显示器像素的被编程透明度对依照照明数字词的第二显示器像素发射的光强进行滤波来重构输入图像。强度指的是像素的视亮度和颜色。当相对于第一显示器的观察角基本上垂直时，第一显示器的特定像素与例如第二显示器的第一像素对准。当改变观察角度时，第一显示器的该特定像素可能并不与第二显示器的第一像素对准，而是和例如与第一像素相邻的第二显示器的第二像素对准。这可能在输入图像的重构中带来误差，该误差也被称为双显示器系统的视差。视差取决于相对于第一显示器的观察角。当利用retinex算法在第一显示器和第二显示器之间分解输入图像时，第二显示器中的光强值在空间上变化更平缓。这意味着第二显示器中由第一像素发射的光强和由第二像素发射的光强之间的差异一般来说相对较小。因此，当利用retinex算法时，通过将第一显示器的所述特定像素与第二显示器的第二像素而不是与第二显示器的第一像素进行组合来重构输入图像产生的误差相对较小，典型地会降低视差。
依照本发明的这些特征的再一个好处在于，通过在双显示器设备中应用retinex算法将输入图像分解成第一图像和第二图像创建了输入图像中所不存在的额外的亮度级。常规显示器的动态范围典型地为8比特，其得到可以由常规显示器显示的256种不同的亮度级，所述亮度级也表示为灰度级。从理论上说，例如如果第一和第二显示器两者都具有8比特的动态范围，那么双显示器设备的动态范围是16比特(65536种亮度级)。由于第一显示器被配置用于调制来自第二显示器的图像这一事实，可以将第一和第二显示器的配置看作照明图像和反射图像的硬件相乘。依照本发明的双显示器设备包括图像分解器，它执行用于将输入图像分解成照明图像和反射图像的retinex算法。在双显示器设备的第二显示器上显示的照明图像不同于在双显示器设备的第一显示器上显示的反射图像。这样，通过第一显示器调制来自第二显示器的图像进行重组得到在被显示图像中显示的、不存在于输入图像中的灰度级，中间灰度级被创建出来。因此，通过执行用于将输入图像分解成照明图像和反射图像的retinex算法，在双显示器设备上显示的图像比输入图像包含更多的灰度级。
相比较而言，已知的双显示器设备包括图形处理单元，该图形处理单元通过取被归一化输入图像数据的平方根来将输入图像数据分解成两幅基本相同的图像。这两幅基本相同的图像的归一化数据被转换成在第一显示器和第二显示器上显示的8比特图像，从而得到现有技术的显示图像。该现有技术的显示图像典型地包括在可以由双显示器设备显示的最低灰度级和可以由双显示器设备显示的最高灰度级之间的增加了的灰度级范围。这个灰度级范围从255种不同的可能灰度级增加到65535种不同的可能灰度级。但是，由于在双显示器设备的第一显示器和第二显示器上显示的是两幅基本相同的图像，通过第一显示器调制来自第二显示器的图像的重组仍然基本上包括如输入图像中存在的256种不同的灰度级。
在所述系统的一个实施例中，图像分解器包括用来根据输入数字词生成照明数字词的空间低通滤波器。由于可以相对容易地应用该空间低通滤波器，因而可以减少双显示器设备执行retinex算法的计算时间。计算时间的减少可以例如允许更容易地将retinex算法应用到视频流。
在所述系统的一个实施例中，数字词包括一组子词，该组子词一起定义了像素的亮度和颜色。双显示器设备包括用于将输入数字词分解成代表像素亮度的亮度子词和代表像素颜色的颜色子词的词分解器。图像分解器被构造为仅仅将retinex算法应用到亮度子词。输入图像包括输入数字词流，其每一个包括一组子词，该组子词一起定义了待显示图像的关联像素的亮度和颜色。
例如，可以由一组RGB子词来构成输入数字词。这些RGB子词代表RGB颜色空间的三原色的光强值。所述RGB子词组包括代表第一原色(例如红原色)的光强值的第一子词。所述RGB子词组还包括代表第二原色(例如绿原色)的光强值的第二子词。所述RGB子词组也包括代表第三原色(例如蓝原色)的光强值的第三子词。如果将retinex算法应用到由RGB子词组构成的输入图像，可能得到不自然的颜色效果，所述RGB子词组例如定义了RGB颜色空间。
因此，在依照本发明的系统的一个优选实施例中，构造双显示器设备以便将输入图像从RGB颜色空间转换成例如YUV颜色空间。将一组RGB子词转换成Y值和U、V值，所述Y值是代表该组RGB子词的总亮度的亮度子词，所述U、V值是代表该组RGB子词的颜色分量的颜色子词。在依照本发明的系统的另一优选实施例中，构造双显示器设备以便将输入图像从RGB颜色空间转换成例如HSV颜色空间。将一组RGB子词转换成V值(亮度值)和S、H值(分别是饱和度和色调)，所述V值是代表该组RGB子词的总亮度的亮度子词，所述S、H值是代表该组RGB子词的颜色分量的颜色子词。通过仅仅将retinex算法应用到输入图像的亮度子词(例如YUV颜色空间中的Y值或者HSV颜色空间中的V值)，避免了彩色伪像。也可以应用其他导致将输入图像分解成亮度信息和颜色信息的本领域技术人员熟悉的分解算法，这并不偏离本发明的范围。
在所述系统的一个实施例中，双显示器设备进一步包括用于在将反射图像提供给第一显示器之前在反射图像上执行细节增强算法的细节增强器。细节增强算法同样在本领域中是众所周知的，例如(非)线性重映射、图像锐化、伽玛校正等等。由于依照retinex算法分解输入图像，因而可以在反射图像上执行已知的细节增强算法，同时大量地保留图像内的总的照明变化。这一般得到更清晰的图像，同时大量地保留了原始图像的视亮度变化。
在所述系统的一个优选实施例中，细节增强器执行直方图均衡化。直方图均衡化典型地依照预定的算法重新分布图像中可用的灰度级，以便在可由显示器显示的灰度级范围上得到改善的可用灰度级分布。当在反射图像上执行直方图均衡化时，反射图像内的灰度级由于重新分布而发生改变。通过经由第一显示器将反射图像和照明图像组合起来，双显示器设备显示出许多不存在于输入图像中的新灰度级，所述第一显示器调制来自第二显示器的图像。这样一来，通过retinex算法将输入图像分解成照明图像和反射图像并且随后在反射图像上执行直方图均衡化，在被显示图像中创建出比输入图像灰度级更多的灰度级，从而提高了对双显示器设备动态范围的利用率。
在所述系统的一个实施例中，双显示器设备进一步包括用于在将照明图像提供给第二显示器之前在照明图像上执行对比度增强算法的对比度增强器。对比度增强算法同样在本领域中是众所周知的。由于依照retinex算法分解输入图像，因而可以在输入图像上执行与可能的细节增强算法分开的已知的对比度增强算法。
在所述系统的一个优选实施例中，对比度增强器执行直方图均衡化。当在照明图像上执行直方图均衡化时，照明图像内的灰度级由于重新分布而发生改变。通过经由第一显示器调制来自第二显示器的图像将反射图像和照明图像组合起来，双显示器设备再次显示出许多输入图像中不存在的新灰度级。这样一来，通过retinex算法将输入图像分解成照明图像和反射图像并且随后在照明图像上执行直方图均衡化，在被显示图像中创建出比输入图像灰度级更多的灰度级，从而提高了对双显示器设备动态范围的利用率，改善了被显示图像的质量。
在所述系统的一个实施例中，第一显示器具有第一空间分辨率，第二显示器具有比第一空间分辨率低的第二空间分辨率。低空间分辨率显示器的成本典型地低于高空间分辨率显示器的成本。由于照明图像是空间低分辨率图像，可以将它显示在较低空间分辨率的图像上而对被显示的照明图像的质量影响甚微。因此，将具有较低空间分辨率的显示器用作第二显示器典型地会降低双显示器设备的成本，而对被显示图像的质量影响很小。
从下面的实施例中本发明的这些和其他方面会更明了，并且将参照下面的实施例对其进行阐述。
附图说明
在附图中：
图1A～1D显示了依照本发明的双显示器设备的实施例的平面图；
图2A～2E显示了将输入图像分解成在第二显示器上显示的依照现有技术的第二图像和依照本发明的照明图像；
图3显示了在双显示器设备中可能出现的视差；
图4A和4B显示了表明由处理器采用的处理步骤的方框图；
图5A～5C显示了在双显示器设备上显示的、执行了直方图均衡化作为图像增强步骤的和未执行直方图均衡化的被处理输入图像的灰度级直方图。
这些附图纯粹是示意性的，并未按比例画出。特别是为了清楚起见，一些尺度被过分夸大。附图中相似的部件尽可能用相同的附图标记来表示。
具体实施方式
图1A～1D显示了依照本发明的双显示器设备DD1、DD2的实施例的平面图。双显示器设备DD1、DD2包括第一显示器D1，该第一显示器D1被配置成具有可编程透明度的光学滤波器，用于调制来自第二显示器D2、D3的图像。双显示器设备DD1、DD2还包括处理待显示在双显示器设备DD1、DD2上的输入图像I的处理器Pr1。
图1A显示了第一显示器D1，它是液晶显示器(进一步也称为LCD)面板D1的示意性表示。LCD面板D1包括LCD像素Pf1阵列，其中每个LCD像素Pf1例如包括三个子像素(未示出)。每个子像素包括一个液晶单元(cell)和一个颜色滤波器。一个LCD像素Pf1内各子像素的颜色滤波器优选地透射不同的颜色，典型地这样选择这些颜色滤波器，使得通过为与相关颜色滤波器结合的每个液晶单元选择特定的透明度可以创建标准化色域(例如EBU或NTSC颜色标准)内的基本上每一种颜色。LCD面板D1的每个液晶单元例如区分8比特(256种)不同的透明度级别，这些透明度级别等价于LCD面板D1的8比特动态范围。每表面面积的LCD像素Pf1的个数决定了LCD面板D1的空间分辨率。
图1B显示了第二显示器D2，它是包括光源阵列的面板的示意性表示，所述面板例如发光二极管(进一步也称为LED)面板D2。LED面板D2包括LED Pb1、Pb2阵列，它们例如基本上发射白光。在图1B所示的例子中，LED面板D2中LED Pb1、Pb2的个数等于LCD面板D1中LCD像素Pf1的个数，使得LED面板D2与LCD面板D1具有相同的空间分辨率。备选的设计可以包括LED面板D2，其中LED面板D2的空间分辨率低于LCD面板D1的空间分辨率。LED面板D2中的每个LEDPb1、Pb2例如区分8比特(256种)不同的可寻址的发射强度级别，得到LED面板D2的8比特动态范围。
图1C显示了依照本发明的双显示器设备DD1的一个实施例。LCD面板D1被配置在LED面板D2和观察者(未示出)之间。LCD像素Pf1(参见图1A)与LED面板D2的LED Pb1、Pb2(参见图1B)对准，使得一个LED Pb1基本上经由关联的LCD像素Pf1发射朝向观察者的光。双显示器设备DD1进一步包括处理器Pr1，该处理器Pr1接收输入图像I并且处理该输入图像I以便在双显示器设备DD1上显示该输入图像I。处理器Pr1包括用于将输入图像I分解成照明图像Ii和反射图像Ir的图像分解器Sp。图像分解器Sp被构造来依照retinex算法分解输入图像I。在图1C所示的实施例中，处理器进一步包括第一伽玛电路γ1，该伽玛电路γ1在反射图像Ir被显示在LCD面板D1上之前用第一显示器D1的逆响应函数对反射图像Ir进行校正。处理器还包括第二伽玛电路γ2，该伽玛电路γ2在照明图像Ii被显示在LED面板D2上之前用第二显示器D2的逆响应函数对照明图像Ii进行校正。LCD面板D1中的LCD像素Pf1充当了用于LED面板D2的关联LED Pb1的可编程滤波器。由于LED面板D2和LCD面板D1两者都具有8比特的动态范围，理论上双显示器设备DD1能够显示16比特的亮度级(也称为灰度级)动态范围。由于在LED面板D2和LCD面板D1之间的可能的亮度级组合中存在冗余(例如，用LCD面板D1的亮度级2来滤波LED面板D2的亮度级5等价于用LCD面板D1的亮度级5来滤波LED面板D2的亮度级2)，因此实际的双显示器设备DD1只能显示大约15比特的范围。
输入图像I典型地包括输入数字词dw流(参见图2)，这些输入数字词dw定义了图像像素的视亮度和颜色。处理器Pr1接收该输入数字词dw流并且利用图像分解器Sp依照retinex算法将这些输入数字词dw分解成照明数字词和反射数字词。利用第二伽玛电路γ2为LED面板D2的响应校正照明数字词，并将这些照明数字词提供给LED面板D2的LED Pb1、Pb2。照明数字词决定了LED面板D2内LED Pb1、Pb2的光发射强度。利用第一伽玛电路γ1为LCD面板D1的响应校正反射数字词，并将这些反射数字词提供给LCD面板的LCD像素Pf1。反射数字词决定了LCD面板D1内LCD像素Pf1的透射情况。
由retinex算法得到的照明图像Ii典型地代表输入图像I的空间低分辨率版本。这意味着LED面板D2内LED Pb1、Pb2的光发射强度的变化经过空间平滑。在已知的双显示器设备中，图形处理单元(未示出)通过取输入图像I的归一化数字词Ndw(稍后利用图2对数字词的归一化计算进行解释)的平方根将输入图像I分解成第一和第二图像，得到被提供给第一显示器D1和第二显示器D2的基本相同的图像。一般地说，显示空间已平滑图像的LED面板D2的平均光发射Av(稍后利用图2对平均光发射的计算进行解释)小于显示代表输入图像I被归一化数字词Ndw平方根的图像的LED面板D2的平均光发射Avp(稍后利用图2对平均光发射的计算进行解释)。这在图2中通过数值示例表示出来。由于双显示器设备DD1的功耗的主要部分出现在LED面板D2中，因此降低平均光发射Av会引起双显示器设备DD1的总功耗的降低。
在一个优选的实施例中，LED面板D2的空间分辨率低于LCD面板D1的空间分辨率。当使用具有降低的空间分辨率的显示器来显示图像时，由于被显示图像的像素值间存在插值，预计会出现误差。但是，当利用具有降低的分辨率的LED面板D2来显示照明图像Ii时，预计该误差会很小，因为照明图像Ii是从输入图像I导出的空间低分辨率图像。使用具有降低的空间分辨率的显示器的好处在于，可以使双显示器设备DD1的制造成本不那么昂贵。
在一个优选的实施例中，LCD面板D1由数字镜面设备(未示出)代替。数字镜面设备典型地包括可以以高频移动或开关的微型镜面阵列。相较于不那么频繁关闭的图像像素而言，更频繁关闭的图像像素反射了更暗的灰度级。按照这种方式，可以为图像的每个像素产生不同的灰度级。一般而言，数字镜面设备可以反射高达1024种不同灰度级的图像像素。数字镜面设备与LED面板D2的LED Pb1、Pb2对准，使得一个LED Pb1朝数字镜面设备发射光，该数字镜面设备典型地朝投影屏反射(一部分)光，观察者通过投影屏可以观看图像。处理器Pr1接收输入图像I，并且将输入图像I分解成提供给LED面板D2的照明图像Ii和提供给数字镜面设备的反射图像Ir。
图1D显示了依照本发明的双显示器设备DD2的另一实施例。在这个实施例中，LED面板D2(参见图1C)已经被第二LCD面板D3代替，该第二LCD面板D3用于调制来自背光单元Bu的光。第二LCD面板D3被配置在LCD面板D1和背光单元Bu之间。每个LCD像素Pf1(参见图1A)与第二LCD面板D3的关联LCD像素(未示出)对准，使得该关联LCD像素基本上经由LCD像素Pf1朝观察者发射光。双显示器设备DD2还包括处理器Pr2，该处理器Pr2接收输入图像I并且处理该输入图像I以便在双显示器设备DD2上显示该输入图像I。输入图像I典型地包括输入数字词dw流(参见图2)，其每一个包括一组子词(未示出)，该组子词一起定义了输入图像I关联像素的亮度和颜色。处理器Pr2包括词分解器Sw，该词分解器Sw将输入图像I的输入数字词转换成代表像素亮度的亮度子词L以及转换成代表该像素颜色的颜色子词C1、C2，并且随后将亮度子词L与颜色子词C1、C2分开。处理器Pr2被构造成将颜色子词C1、C2发送给两个词重组器Sw-1并且将亮度子词L发送给图像分解器Sp。图像分解器Sp将亮度子词L分解成照明亮度子词Li和反射亮度子词Lr，其作用等价于图1C中描述的图像分解器。图1D中显示的处理器Pr2进一步包括例如在照明亮度子词Li上执行对比度增强算法的对比度增强器Ce。处理器Pr2还包括例如在反射亮度子词Lr上执行细节增强的细节增强器De。例如(非)线性拉伸的对比度增强算法与例如直方图均衡化的细节增强算法在本领域中是众所周知的。在图1D所示的配置中，执行完对比度增强和细节增强之后，通过词重组器Sw-1将照明亮度子词Li和反射亮度子词Lr与颜色子词C1、C2进行重组，得到照明图像Ii和反射图像Ir。也可以在处理器Pr2中的不同位置执行对比度增强和/或细节增强，这对于本领域技术人员而言是显而易见的。处理器Pr2优选地还包括第一伽玛电路γ1和第三伽玛电路γ3，所述第一伽玛电路γ1用LCD面板D1的逆响应函数对反射图像Ir进行校正，所述第三伽玛电路γ3用第二LCD面板D3的逆响应函数对照明图像Ii进行校正。
在一个优选的实施例中，图像分解器Sp包括空间低通滤波器Sf，该空间低通滤波器Sf例如使用例如高斯内核函数G(参见图2C)的内核函数G(参见图2C)在输入亮度子词L上执行空间卷积运算。使用高斯内核函数G的好处在于，它简化了执行retinex算法所需的计算，使得处理器Pr2中的计算时间有所减少。这种减少的计算时间允许将retinex算法应用到例如视频流中。另一方面，计算的简化降低了对处理器Pr2的计算要求，其结果是例如使得处理器Pr2的造价更便宜。
输入图像I典型地包括输入数字词dw(参见图2A)，这些输入数字词dw包括成组的子词，例如包括代表RGB颜色空间三原色光强值的一组RGB子词。将每个RGB子词提供给例如具有颜色滤波器的LCD像素Pf1的子像素，所述颜色滤波器与由RGB子词代表的原色对应。词分解器Sw将输入数字词dw转换成亮度子词L以及转换成颜色子词C1、C2。一些转换算法在本领域中是已知的，例如RGB颜色空间到YUV颜色空间的转换，其中Y子词代表该组子词的亮度，U和V子词代表该组子词的颜色。另一个示例是从RGB颜色空间到HSV颜色空间的转换，其中V子词(也称为亮度值)代表该组子词的亮度，S和H子词(也分别称为饱和度和色调)代表该组子词的颜色。依照retinex算法将亮度子词L(或者依照提到的那些示例，Y子词或V子词)分解成照明亮度子词Li和反射亮度子词Lr。将retinex算法仅仅应用到输入图像I的亮度子词L的好处在于，避免了在双显示器设备DD2的被显示图像中出现彩色伪像。通过将颜色子词C1、C2与照明亮度子词Li和反射亮度子词Lr进行重组，分别产生照明图像Ii和反射图像Ir，所述照明图像Ii和反射图像Ir分别被提供给第二LCD面板D3和LCD面板D1。
图2A～2E显示了将输入图像I分解成在第二显示器D2、D3上显示的依照现有技术的第二图像Isp和依照本发明的照明图像Ii。
在图2A中显示了代表输入图像I的被归一化数字词Ndw的二维阵列。该二维阵列中的每个被归一化数字词Ndw代表输入图像I的对应数字词dw的被归一化值。图中针对左上角的输入数字词dw(8比特数字词)给出了对应的被归一化数字词Ndw。这种本领域技术人员所熟知的转换将8比特数字词dw(例如11110011)转换成十进制词(例如11110011→243)，并且随后转换成被归一化数字词Ndw(例如243/256＝0.9492)。所述二维阵列的其余被归一化数字词Ndw从输入图像I的对应输入数字词dw导出。
在图2 B中显示了代表依照现有技术的第二图像Isp的(被归一化)第二图像词的二维阵列。该二维阵列中的每个元素是通过取图2A中输入图像I的对应归一化数字词Ndw的平方根来计算的(对于图2A和2B中显示的阵列的左上角而言，其结果为√0.9492＝0.9743)。将所述依照现有技术的第二图像Isp提供给双显示器设备DD1、DD2的第二显示器D2、D3。当显示所述依照现有技术的第二图像Isp时由第二显示器D2、D3发射的平均光Avp通过取该二维阵列的已计算第二图像词的平均来确定。
在图2C中显示了作为内核函数示例的高斯内核函数G。该高斯内核函数G是个空间滤波器，它利用与高斯函数相似的内核函数中的权值分布从空间上对存在于图像中的相邻像素P(参见图2A)的强度级进行平滑。图2C中显示的高斯内核函数G决定了输入数字词dw的3×3阵列的平均值。该3×3高斯内核函数G的中心元素C在输入数字词dw(或者被归一化数字词Ndw)的二维阵列上移动，并且用采用了高斯型权值分布的高斯内核函数G的已计算平均值来替换与中心元素C对应的输入数字词dw。也可以使用不同类型的内核函数，这并不偏离本发明的范围。如图2A所示，为了能够将高斯内核函数G应用到被归一化数字词Ndw的二维阵列，必须添加被归一化数字词Ndw二维阵列的边缘数字词，这也被称为填充运算。该填充运算将(该示例中)5×5被归一化数字词Ndw阵列的被归一化数字词Ndw二维阵列转换成7×7被归一化数字词Ndw阵列的被填充图像Ip(参见图2D)二维阵列。图2D中显示了填充运算的一个典型示例，其中拷贝图2A中被归一化数字词Ndw二维阵列的第二列来在被归一化数字词Ndw二维阵列的第一列之前创建一个新的边界(如图2D中针对新的7×7被填充图像Ip阵列的第一列的5个虚线箭头所示)。拷贝图2A中被归一化数字词Ndw二维阵列的第四列来在被归一化数字词Ndw二维阵列的第五列之后创建一个新的边界。拷贝图2A中被归一化数字词Ndw二维阵列的第二行来在被归一化数字词Ndw二维阵列的第一行之上创建一个新的边界。并且拷贝图2A中被归一化数字词Ndw二维阵列的第四行来在被归一化数字词Ndw二维阵列的第五行的下面创建一个新的边界。为了完成这个被填充图像Ip的新的7×7阵列，从位于图2A中原始5×5阵列的拐角像素的径向相反侧的被归一化数字词Ndw拷贝该7×7阵列的拐角像素(如图2D中针对该新的7×7被填充图像Ip阵列的第一列的虚点线箭头所示)。当然，也可以应用本领域技术人员所熟悉的其他填充运算，这并不偏离本发明的范围。
图2E显示了应用高斯内核函数G到图2D的被填充图像Ip所得的照明图像Ii。通过执行高斯内核函数G，图像中大的强度变化得到平滑。当显示依照本发明的照明图像Ii时，由第二显示器D2、D3发射的平均光Av通过从对应的被归一化数字词Ndw取该二维阵列中元素的平均值来确定，所述二维阵列中的元素通过将高斯内核函数G应用到被填充图像Ip来计算。
一般地说，当显示其中的像素光强值经过空间平滑的图像时，平均光输出要低于原始图像的平均光输出，即使当原始图像通过取各像素值的平方根来操作时，情况也是如此。这在图2的数值示例中也被显示出来，其中当将输入图像I分解成依照现有技术的第二图像Isp时的平均光输出Avp(Avp＝0.6961)明显大于当将输入图像I分解成依照本发明的照明图像Ii时的平均光输出Av(Av＝0.5708)。
图3显示了图1C所示的双显示器设备DD1沿直线AA方向的剖面图。在该剖面图中，LCD面板D1的LCD像素Pf1沿第一观察轴A×1与LED面板D2的第一LED Pb1对准。该第一观察轴A×1基本上垂直于双显示器设备DD1的LCD面板D1。当沿与第一观察轴A×1成角的第二观察轴A×2观看双显示器设备DD1时，LCD面板D1的LCD像素Pf1不是与LED面板D2的第一LED Pb1对准，而是与第二LED Pb2对准，该第二LED Pb2是第一LED Pb1的相邻LED。一般说来，观察者沿第一观察轴A×1看到的光强不同于沿第二观察轴A×2看到的光强，因此沿第一观察轴A×1看到的图像一般与沿第二观察轴A×2看到的图像不同。这种误差称为视差，并且可能出现在双显示器设备DD1、DD2中。
在依照本发明的双显示器设备DD1、DD2中，在双显示器设备DD1、DD2的第二显示器D2、D3上显示的图像通过依照retinex算法分解输入图像I以便得到照明图像Ii来确定。照明图像Ii典型地是输入图像I的空间低分辨率版本。在空间低分辨率图像中，像素与其相邻像素的光强值间的差异一般小。这意味着由第一LED Pb1与第二或相邻LED Pb2发射的光之间的差异相对较小，其导致当沿不同于第一观察轴A×1的轴观看双显示器设备DD1、DD2时出现的视差相对较小。因此，依照retinex算法对输入图像I的分解在双显示器设备DD1、DD2中得到减小了的视差。
图4A和4B显示了表明由处理器Pr1、Pr2采用的处理步骤的方框图。在图4A中显示了由处理器Pr1执行的处理步骤。处理器Pr1接收输入图像I。通过图像分解器Sp将输入图像I分解成照明图像Ii和反射图像Ir。图像分解器Sp通过利用空间低通滤波器Sf将高斯内核函数G与输入图像I进行卷积来执行retinex算法，如图2A、D和E中已经示出的。图像分解器Sp进一步包括图像除法器Sd，该图像除法器Sd通过将输入图像I的数字词除以来自空间低通滤波器Sf的照明图像Ii的对应数字词来生成反射图像Ir。当然，也可以采用其他计算反射图像的方法，这并不偏离本发明的范围，例如利用下列函数计算反射图像：反射图像Ir＝逆log(log(输入图像I)-log(照明图像Ii))。图像除法器Sd进一步包括点扩散函数(也称为PSF)p。PSF p代表从第二显示器D2、D3(参见图1)的像素发射到第一显示器D1(参见图1)的像素的光的发射特性。由于第一显示器D1和第二显示器D2、D3之间的距离是有限的，由第二显示器D2、D3的像素发射到第一显示器D1的对应像素的光也部分到达对应像素的相邻像素。其结果是，由第二显示器D2、D3发射到第一显示器D1的图像在到达第一显示器D1时变得模糊。在图像除法器Sd中将PSF p应用到空间低通滤波器Sf的输出校正了由两个显示器之间的有限距离引起的这种模糊，并且改善了图像质量。处理器Pr1还包括第一伽玛电路γ1和第二伽玛电路γ2，所述第一伽玛电路γ1用第一显示器D1的逆响应函数r1 -1对反射图像Ir进行校正，所述第二伽玛电路γ2用第二显示器D2、D3的逆响应函数r2 -1对照明图像Ii进行校正。
图4B显示了由处理器Pr2的一个优选实施例所执行的处理步骤。处理器Pr2接收输入图像IRGB，其中下标RGB表示输入图像IRGB的输入数字词dw(参见图2)包括定义了RGB颜色空间的成组的RGB子词。处理器Pr2包括将输入图像IRGB转换成亮度子词Lv和颜色子词C1、C2的词分解器Sw。词分解器Sw被构造为将输入图像IRGB从RGB颜色空间转换到(该例中的)HSV颜色空间。在处理器Pr2中，利用图4A中所示的空间低通滤波器Sf和图像除法器Sd将亮度子词Lv(“V”表示HSV颜色空间中的亮度值)分解成照明亮度子词Lvi和反射亮度子词Lvr。在一个优选的实施例中，处理器Pr2进一步包括用来对照明亮度子词Lvi执行对比度增强算法fc的对比度增强器Ce和/或用来对反射亮度子词Lvr执行细节增强算法fd的细节增强器De。接下来，处理器Pr2包括词重组器Sw-1，在这些词重组器Sw-1中，将颜色子词C1、C2分别与照明亮度子词Lvi和反射亮度子词Lvr进行重组。此外，这些词重组器Sw-1将成组的HSV颜色子词向后转换成成组的RGB颜色子词，产生照明图像IiRGB和反射图像IrRGB。优选地，处理器Pr2还包括第一伽玛电路γ1和第二伽玛电路γ2，所述第一伽玛电路γ1用第一显示器D1的逆响应函数r1 -1对反射图像IrRGB进行校正，所述第二伽玛电路γ2用第二显示器D2、D3的逆响应函数r2 -1对照明图像IiRGB进行校正。
图5A～5C显示了灰度级直方图。在图5A中显示了输入图像I的灰度级直方图。在图5B中显示了未利用作为图像增强步骤的直方图均衡化的情况下在双显示器设备DD1、DD2(参见图1)上显示的已处理输入图像I的灰度级直方图。在图5C中显示了在其中将直方图均衡化作为图像增强步骤来执行的双显示器设备DD1、DD2(参见图1)上显示的已处理输入图像I的灰度级直方图。在灰度级直方图中，针对显示设备能够显示的每个可能的灰度级GL绘出图像中出现的灰度级的个数NG。能够在具有8比特动态范围的显示设备上显示的灰度级GL典型地有0～255种不同的灰度级GL，其中灰度级“0”表示最暗的像素，灰度级“255”表示最亮的像素。图5A中示出了其灰度级直方图的输入图像I是幅相对较暗的图像，因为大部分灰度级GL主要覆盖灰度级直方图的低端部分。
图5B显示了未利用作为图像增强步骤的直方图均衡化的情况下在双显示器设备DD1、DD2上显示的输入图像I的灰度级直方图。在其中第一显示器D1和第二显示器D2、D3都具有8比特动态范围的双显示器设备DD1、DD2中，理论的动态范围典型地为16比特(65536种不同的可能灰度级GL)。由图5B中的灰度级直方图可知，直方图的总体形状并没有显著的变化。在第一显示器D1和第二显示器D2、D3上对图像的分解看起来仅仅是拉伸了直方图。将双显示器设备DD1、DD2用于显示8比特图像时的另一个效果是，在被拉伸的直方图中出现了缺口g，如图5B中的放大视图所示。造成灰度级直方图中的缺口g的事实在于，8比特图像被分解成两幅图像，这两幅图像经由第一显示器D1和第二显示器D2、D3重构，重新生成原始的输入图像I。在输入图像I中，例如存在灰度级16、17和18。对图像分解并利用第一显示器D1和第二显示器D2、D3来显示该图像之后，灰度级16、17和18分别被转换成灰度级256、289和324。虽然双显示器设备DD1、DD2还能够区分灰度级256、289和324之间的所有中间灰度级GL，但是这些中间灰度级GL并不存在于输入图像中，因而不会出现在由双显示器设备DD1、DD2显示的图像中。尤其在其中的第一显示器D1和第二显示器D2、D3上显示两幅基本相同的图像的现有技术方案中，一般在双显示器设备DD1、DD2的图像中显示256种不同的灰度级GL，从而在直方图中的灰度级GL之间出现明显的缺口g。当使用retinex算法将输入图像I分解成照明图像Ii和反射图像Ir(如前面的附图所示)时，空间低分辨率照明图像Ii与反射图像Ir的重组典型地会填补灰度级直方图中的部分缺口g。因此，将retinex算法用于分解输入图像I允许更有效地利用双显示器设备DD1、DD2的高动态范围。
在图5C中显示了在其中将直方图均衡化作为图像增强步骤来执行的双显示器设备DD1、DD2(参见图1)上显示的已处理输入图像I的灰度级直方图。图5B中显示的灰度级直方图与图5C中显示的灰度级直方图的差异在于，在反射图像Ir被显示在第一显示器D1上并且与来自第二显示器D2、D3的照明图像Ii进行重组之前，处理器Pr2(参见图4B)对反射图像Ir执行了作为细节增强算法的直方图均衡化。直方图均衡化依照预定的算法重新分布图像中的可用灰度级GL，以便得到新的灰度级GL分布，该新的灰度级GL分布典型地更好地覆盖可由显示器区分的可能的灰度级GL。当将直方图均衡化应用到反射图像Ir时，会产生两种效果：第一种效果是使得直方图中的缺口g(参见图5B)进一步减少；第二种效果是使得灰度级直方图进一步拉伸到更高的灰度值。两种效果都创建出输入图像I中不存在的灰度级GL，从而提高了双显示器设备DD1、DD2的动态范围的利用率。由于处理器Pr2没有改变照明图像Ii，输入图像I中的总体照明变化基本上得到保留。这可以在图5C的灰度级直方图中看出来，因为仍然有大部分灰度级GL覆盖了灰度级直方图的较低端部分。这得到具有自然照明的相对更清晰的图像。当然，也可以将其他的细节和/或对比度增强算法分别应用到反射图像Ir和/或照明图像Ii，这导致双显示器设备DD1、DD2的高动态范围的利用率有所提高。
应当指出的是，上述实施例说明了而非限制了本发明，并且本领域技术人员将能够在不偏离所附权利要求的范围的情况下设计出许多可替换的实施例。
在权利要求书中，任何置于括号中的附图标记都不应当视为限制了该权利要求。动词“包括”及其变体的使用并没有排除权利要求中未列出的元件或步骤的存在。元件前的冠词“一”或“一个”并没有排除多个这种元件的存在。本发明可以通过包括了几个不同元件的硬件以及通过经过适当编程的计算机来实现。在列举了几个装置的设备权利要求中，这些装置中的几个可以通过同一硬件项来实施。在互不相同的从属权利要求中引用特定的技术措施这一起码的事实，并不意味着这些技术措施的组合不能加以利用。

Claims (15)

1.用于显示包括了输入数字词(dw)的输入图像(I)的双显示器设备(DD1、DD2)，该双显示器设备(DD1、DD2)包括第一显示器(D1)、第二显示器(D2、D3)和图像分解器(Sp)，
该第一显示器(D1)被配置用于调制来自该第二显示器(D2、D3)的图像，
该图像分解器(Sp)被构造用于依照retinex算法分解该输入图像(I)，以便得到提供给该第二显示器(D2、D3)的由照明数字词组成的照明图像(Ii)以及得到提供给该第一显示器(D1)的由反射数字词组成的反射图像(Ir)。
2.如权利要求1所述的双显示器设备(DD1、DD2)，其中该图像分解器(Sp)包括用于从该输入数字词(dw)生成该照明数字词的空间低通滤波器(Sf)。
3.如权利要求2所述的双显示器设备(DD1、DD2)，其中该空间低通滤波器(Sf)被构造用于使用内核函数(G)在该输入数字词(dw)上执行空间卷积运算。
4.如权利要求1或2所述的双显示器设备(DD1、DD2)，其中该第一显示器(D1)被配置成具有可编程透明度的光学滤波器，用于调制来自该第二显示器(D2、D3)的图像。
5.如权利要求1或2所述的双显示器设备(DD1、DD2)，其中该图像分解器(Sp)被构造成通过将该输入数字词除以对应的照明数字词来确定该反射数字词。
6.如权利要求1或2所述的双显示器设备(DD1、DD2)，该输入数字词包括一组一起定义了该输入图像(I)的像素的亮度和颜色的子词，其中该双显示器设备(DD1、DD2)进一步包括词分解器(Sw)，该词分解器(Sw)用于将该输入数字词分解成代表该输入图像(I)的像素亮度的亮度子词(L)和代表该输入图像(I)的像素颜色的颜色子词(C1、C2)，并且其中该图像分解器(Sp)被构造用于将retinex算法仅仅应用到该亮度子词(L)。
7.如权利要求1或2所述的双显示器设备(DD2)，进一步包括用于在将该反射图像(Ir)提供给该第一显示器(D1)之前在该反射图像(Ir)上执行细节增强算法(fd)的细节增强器(De)。
8.如权利要求6所述的双显示器设备(DD2)，其中该细节增强器(De)被构造用于执行直方图均衡化。
9.如权利要求1或2所述的双显示器设备(DD2)，进一步包括用于在将该照明图像(Ii)提供给该第二显示器(D2、D3)之前在该照明图像(Ii)上执行对比度增强算法(fc)的对比度增强器(Ce)。
10.如权利要求8所述的双显示器设备(DD2)，其中该对比度增强器(Ce)被构造用于执行直方图均衡化。
11.如权利要求1或2所述的双显示器设备(DD1、DD2)，其中该第二显示器(D2、D3)由光源阵列、投影仪或者液晶显示器构成。
12.如权利要求1或2所述的双显示器设备(DD1、DD2)，其中该第一显示器(D1)是液晶显示器。
13.如权利要求1或2所述的双显示器设备(DD1、DD2)，该第一显示器(D1)具有第一空间分辨率，该第二显示器(D2、D3)具有第二空间分辨率，其中该第二空间分辨率低于该第一空间分辨率。
14.用于在包括了第一显示器(D1)、第二显示器(D2、D3)和图像分解器(Sp)的双显示器设备(DD1、DD2)上显示包括了输入数字词(dw)的输入图像(I)的方法，该第一显示器(D1)被配置用于调制来自该第二显示器(D2)的图像，
该方法包括依照retinex算法分解该输入图像(I)，以便得到由提供给该第二显示器(D2、D3)的照明数字词组成的照明图像(Ii)以及得到由提供给该第一显示器(D1)的反射数字词组成的反射图像(Ir)。
15.用于在包括了第一显示器(D1)、第二显示器(D2、D3)和图像分解器(Sp)的双显示器设备(DD1、DD2)上显示包括了输入数字词(dw)的输入图像(I)的计算机程序产品，该第一显示器(D1)被配置用于调制来自第二显示器(D2、D3)的图像，其中该计算机程序被操作来使得该双显示器设备(DD1、DD2)执行如权利要求14所述的方法。
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