CN101365052A - 图像处理设备和图像处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种图像处理设备和图像处理方法。在通过针对每一子帧反转驱动极性来显示图像的图像显示设备中，当相邻子帧的图像互不相同时，生成图像数据，以防止电荷在各显示元件中累积。出于该目的，根据运动图像的关注帧(A[i])来生成第一和第二子帧(S1[i]，S2[i])。检测第一和第二子帧的图像之间的差(add[i])。通过从该差中减去乘以预定系数的累积值(sub[i])来计算校正值(correct[i])。累积通过从该差中减去该校正值而获得的值，作为累积值。通过该校正值来校正第一和第二子帧的图像。

Description

图像处理设备和图像处理方法
技术领域
本发明涉及用于生成提供给图像显示设备的图像数据的图像处理设备和图像处理方法，所述图像显示设备在由运动图像的帧形成的多个子帧的每一子帧中反转显示元件的驱动极性，以显示运动图像。
背景技术
阴极射线管(CRT)已经变得与电视等运动图像显示装置同义。但是，近年来液晶显示器(LCD)、等离子体显示器(PDP)和场致发射显示器(FED)已经投入到实际使用中。现在，存在各种显示类型的显示器。这些类型的显示器采用不同的显示方法。例如，基于液晶显示的显示装置(例如，直视型LCD、液晶背投影仪和液晶正投影仪)使用多种扫描方法。在任何情况下，在各像素部分中输出光的时间占据一帧的大部分。出于该原因，将这样的显示器称为保持型显示器。
另一方面，在CRT或FED中，在一帧内，在各像素部分中光只输出一次。该发光时间比帧长短得多，通常为2毫秒或更短。出于该原因，将这样的显示器称为脉冲型显示器。
还有类型与上述种类不同的PDP和场时序显示器(FSD)。
保持型显示器和脉冲型显示器具有下列特点。
保持型显示器：这种类型的显示器在帧周期的大部分时间内发光。因此，光强的时间变化小，很少观察到闪烁。但是，根据帧内发光时间的长度，追视(pursuit)(眼睛追寻运动图像中的运动部分)使运动模糊相对较大。此处的运动模糊不同于显示装置的响应特性所引起的运动模糊。
脉冲型显示器：这种类型的显示器具有非常短的帧内发光时间。因此，光强的时间变化大，观察到与帧同步的闪烁。但是很少观察到追视中的运动模糊。因此，可以获得几乎与静止对象的分辨率相等的分辨率。
通常，显示器中的发光时间根据显示方法和显示装置而变化。就发光时间而言，保持型显示器和脉冲型显示器大相径庭。发光时间和运动模糊的程度几乎相互成比例。发光时间越长，所导致的运动模糊量越大。发光时间越短，所导致的运动模糊量越小。另一方面，就与帧同步的闪烁而言，发光时间越长，所导致的闪烁越小。发光时间越短，所导致的闪烁越大。这样，运动模糊和闪烁相对于发光时间具有互为消长的关系。
针对运动模糊和闪烁的解决方案是将帧频乘以N。在很多情况下，N＝2。即，使帧频加倍。在帧频加倍时，各倍速帧(doublespeed-frame)内的发光时间减半。这使运动模糊也几乎减半。就闪烁而言，如果将60Hz的原始帧频加倍至120Hz，则该帧频落在人眼的响应特性之外。因此，观察不到闪烁。
如上所述，将帧频乘以N具有显著的效果，但是也带来了新的问题。
例如，当原始图像信号的帧频为60Hz时，图像信息每1/60秒更新一次。如果使帧频加倍，从而以120Hz的频率显示图像，则每隔一帧就缺失必要的图像信息。作为应对措施，如果帧频加倍，则将相同的图像显示例如两次。这解决了闪烁问题，但是无法改善原始图像中的运动模糊。在脉冲型显示器中，通过追视将观察到双重图像。
为了使帧频加倍，主要采用两种方法。
第一种方法检测原始图像中的对象的运动，并预测两帧之间的图像。通常将其称为“基于运动补偿的中间图像插入法”。在第一种方法中，计算量巨大，并且在特定条件下会产生预测错误。
在第二种方法中，首先对输入图像的每帧执行滤波，从而将空间频率分离成与运动模糊极大相关的高频分量和与闪烁极大相关的低频分量。然后，将高频分量集中到一个子帧(对应于原始帧的两个倍速帧中的一个)。将低频分量分配到两个子帧(对应于原始帧的两个倍速帧)。将第二种方法称为“基于空间频率分离的子帧显示法”。
在使用液晶面板的显示器中，如果在DC平衡被扰乱时驱动液晶面板，则电荷在电极之间累积，从而降低图像质量。为了避免该问题，每隔预定周期就反转液晶面板的驱动极性，以消除施加在电极之间的电压的DC偏移。该反转周期是一帧或者通过均匀地分割一帧而获得的子帧。
当执行交流(AC)驱动以针对每一帧或子帧反转极性(在下文中称为帧反转)时，考虑到避免每一像素的DC偏移的目的，一对极性反转的显示必须是相同的图像。但是，即使信号相同，在通过正电压驱动装置的情况和通过负电压驱动装置的情况之间，相对于驱动电压的显示灵敏度或非线性特性并非总是相同或对称的。在这两种情况之间亮度略微发生变化，从而导致闪烁。
为了消除闪烁，直视型LCD执行上述帧反转，并同时执行空间极性反转，即像素反转，从而针对(例如，交错排列式的)每一显示元件(像素)反转极性。可选地，直视型LCD执行行反转，从而针对每一垂直行或水平行反转极性。
该像素反转或行反转在诸如背投影仪或正投影仪的使用微型显示器执行投影显示的方法中导致了以下问题。即，电场在反转区域之间发生泄漏(所谓的向错(disclination))，从而对显示图像造成不利影响。为了避免该问题，微型显示器只执行时间极性反转，即帧反转，而不执行空间极性反转，即像素反转或行反转。因此，微型显示器遭受闪烁。
为了使用户观察不到闪烁，微型显示器通过使显示器的刷新速率加倍来使闪烁频率加倍。例如，当所要显示的原始图像的帧频为60Hz时，将显示装置的刷新速率设置为120Hz，从而将闪烁频率设置为120Hz。120Hz的闪烁大大超过了人眼可识别的频率极限，从而解决了闪烁的问题。
如果为了实施“基于空间频率分离的子帧显示法”，使显示装置的速度加倍，并执行120Hz的帧反转(在下文中称为倍速帧反转)，则产生以下问题。即，在倍速帧反转中，通过正电压驱动液晶面板时的图像与通过负电压驱动面板时的图像互不相同。因此，在每一像素中，驱动时的DC平衡失调。在液晶微型显示器等中，电荷在各显示元件内累积，从而出现先前图像的残像。
为了解决该问题，可以独立于倍速帧反转，还以较长的周期反转极性。如果以长周期反转极性，则亮度和颜色的变化变得显著，从而降低图像质量。
发明内容
根据本发明的第一方面，一种用于生成要提供给图像显示设备的图像数据的图像处理设备，所述图像显示设备在根据运动图像的帧所形成的多个子帧的每个子帧中反转显示元件的驱动极性，以显示所述运动图像，所述图像处理设备包括：生成部件(40)，用于根据运动图像的关注帧来生成第一子帧和第二子帧；检测部件(15)，用于检测所述第一子帧的图像和所述第二子帧的图像之间的差；计算部件(17)，用于通过从所述差中减去乘以预定的系数的累积值来计算校正值；累积部件(18)，用于累积通过从所述差中减去所述校正值而获得的值，作为所述累积值；以及校正部件(20，21)，用于使用所述校正值来校正所述第一子帧的图像和所述第二子帧的图像。
根据本发明的第二方面，一种用于生成要提供给图像显示设备的图像数据的图像处理方法，所述图像显示设备在根据运动图像的帧所形成的多个子帧的每个子帧中反转显示元件的驱动极性，以显示所述运动图像，所述图像处理方法包括以下步骤：根据运动图像的关注帧来生成第一子帧和第二子帧；检测所述第一子帧的图像和所述第二子帧的图像之间的差；通过从所述差中减去乘以预定系数的累积值来计算校正值；累积通过从所述差中减去所述校正值而获得的值，作为所述累积值；以及使用所述校正值来校正所述第一子帧的图像和所述第二子帧的图像。
根据这些方面，在针对每一子帧反转驱动极性以显示图像的图像显示设备中，即使相邻子帧的图像互不相同，也能够生成抑制各显示元件中的电荷累积的图像数据。
通过下面参考附图对示例性实施例的说明，本发明的其他特征将变得显而易见。
附图说明
图1是示出根据第一实施例的图像处理设备的配置的框图；
图2是示出根据第二实施例的图像处理设备的配置的框图；
图3是示出输入帧和子帧的图像沿时间轴的波形的例子的图；
图4A是示出“基于空间频率分离的子帧显示法”中的亮度波形的例子的图；
图4B是示出在图4A中执行倍速帧反转时电压波形的例子的图；
图5是示出图像图案的例子的图；
图6到图9是用于说明电荷累积的时间变化的曲线图；
图10A到10D是示出根据第一实施例的帧反转型交流驱动的驱动波形的例子的波形图；
图11是示出根据第三实施例的图像处理设备的配置的框图；
图12是示出根据第三实施例的帧反转型交流驱动的驱动波形的例子的波形图；
图13和图14是用于说明电荷累积的时间变化的曲线图；
图15是示出根据第四实施例的图像处理设备的配置的框图；
图16是示出根据第五实施例的图像处理设备的配置的框图；
图17是示出用于生成显示图像数据的传统图像处理设备的配置的框图；以及
图18是示出用于实施“基于空间频率分离的子帧显示法”的由本申请人提出的图像处理设备的配置的框图。
具体实施方式
下面将参考附图基于优选实施例来详细说明本发明。在下列实施例中所阐述的配置只是例子，而本发明不限于所示出的配置。
第一实施例
操作概要
将说明根据本发明的第一实施例的概要。第一实施例提出对“基于空间频率分离的子帧显示法”的改进。
显示由根据第一实施例的图像处理设备生成的显示图像数据的图像显示设备实施“基于空间频率分离的子帧显示法”。更具体地，该图像显示设备通过逐一驱动具有相反的电极的液晶面板的显示元件来显示图像。图像显示设备将运动图像的一帧划分成多个子帧，并执行帧反转型交流驱动，从而针对每一子帧反转驱动极性。
根据第一实施例的图像显示设备以120Hz的显示器刷新速率显示帧速率为60Hz的图像信号。即，根据第一实施例的图像处理设备根据帧速率为60Hz的信号生成两个1/120秒帧的子帧。
图1是根据第一实施例的图像处理设备的配置的框图。在该图像处理设备中，倍速帧生成器40根据输入图像A[i]生成两个子帧。当通过开关22输出两个子帧时，电荷抑制器11控制子帧期间的电荷的累积。稍后将说明图1所示的各单元的细节。
图3示出图1所示的输入图像A[i]的波形以及信号S1[i]和S2[i]的波形，信号S1[i]和S2[i]是基于输入图像A[i]生成的，并且与电荷抑制器11进行校正之前的第一和第二子帧相对应。这些波形以时间序列垂直排列。[i]是指输入图像的第i帧或者对应于第i帧的图像。稍后将说明图3所示的子帧的信号S1[i]和S2[i]的算术表达式。
在图3中，假设输入图像A[i]的对象以V(像素/帧)的运动速度向左运动。如果追视这一对象，则该运动对象看起来好像是静止的图像。但是，如果将A[i]显示例如1/60秒，则将观察到对应于这一时间的运动模糊。为了避免该问题，通过“基于空间频率分离的子帧显示法”将与运动模糊相关的高空间频率分量(或者运动模糊变得显著的高空间频率分量)集中到一个子帧。这可以在保持显示低空间频率分量(例如，通过两个子帧进行显示)的同时降低运动模糊，从而抑制闪烁的产生和亮度的降低。
图4A示出“基于空间频率分离的子帧显示法”中的亮度波形。从图4A中显然可以看出，作为高空间频率分量的H分量(阴影部分)集中在一个子帧。图4B示出图4A中执行倍速帧反转时的电压波形。亮度波形反映驱动电压，并且等于电压波形的绝对值。这些波形也称为驱动波形。在图4B中，通过正电压驱动对应于第一子帧的信号S1[i]，而通过负电压驱动对应于第二子帧的信号S2[i]。在图4A和4B中，作为高空间频率分量的H分量(阴影部分)是正的，从而增大亮度。但是，H分量有时是负的，从而降低亮度。当H分量是负的时，以从作为低空间频率分量的L分量(打点部分)中减去H分量所获得的频率来驱动该子帧。
在图4B中，整个驱动波形的DC平衡失调。对应于H分量的驱动电压(阴影部分)只加到了一个子帧上。因此，所述电压波形的正的一侧和负的一侧是不对称的，电压波形向正的一侧偏移H分量。如果驱动波形具有这样的偏移，则针对每帧，显示元件内都累积少量的电荷。随着时间的推移将产生残像等，从而对图像产生不利影响，并使液晶特性劣化。
第一实施例通过在保持预定的时间响应特性的同时对驱动波形的电压进行垂直校正，消除由DC平衡的失调而导致的电荷累积。
还可以通过简单地校正驱动波形来消除偏移。这与普通的帧反转型驱动相同，并且无需采用“基于空间频率分量的子帧显示法”。
第一实施例监测每帧的实际亮度信号的偏移值，即第一和第二子帧的信号之间的差的累积值。该累积值被认为与实际的电荷累积量成比例，并根据该累积值，即电荷累积量，来垂直校正驱动波形的电压。这可以防止累积电荷的增多，并消除电荷随着时间的推移的累积。
操作的细节
在详细说明第一实施例的基本操作之前，将对与该实施例相对应的现有技术进行说明，以容易地理解该实施例。
图17是示出将“基于空间频率分离的子帧显示法”应用于生成显示图像数据的传统图像处理设备的例子的框图。在图17中，低通滤波器(LPF)12接收关注输入帧的输入图像A[i]，并生成低空间频率分量L[i]。减法器和加法器14根据低空间频率分量L[i]和原始输入图像A[i]，基于下列等式，生成高空间频率分量H[i]、第一子帧信号S1[i]和第二子帧信号S2[i]。换而言之，LPF12、减法器13和加法器14生成子帧。在下列等式中，LPF()表示二维低通滤波器。
L[i]＝LPF(A[i])             ...(1-0)
S1[i]＝A[i]+H[i]            ...(1-1-1)
＝L[i]+2H[i]                ...(1-1-2)
S2[i]＝L[i]                 ...(1-2)
在图17中，将第一子帧信号S1[i]和第二子帧信号S2[i]发送至以1/120秒的间隔进行切换的开关22，并使它们交替输出。
将参考图1来说明根据第一实施例的图像处理设备的操作。在图1的配置中，点划线包围的电荷抑制器11被添加到图17所示的传统配置中。在图1所示的配置中，电荷抑制器11监测通过与图17中的方式相同的方式所生成的子帧信号S1[i]和S2[i]，并计算校正值。然后，校正器20和21通过基于该校正值来校正信号S1[i]和S2[i]，生成第一和第二子帧信号S11[i]和S22[i]。通过开关22切换校正后的信号S11[i]和S22[i]，从而使它们交替输出。
将对电荷抑制器11的配置和操作进行说明。
将第一和第二子帧信号S1[i]和S2[i]输入到差检测器15。差检测器15通过从第一子帧的图像中减去第二子帧的图像，来计算这些信号之间的差，即差图像diff[i](等式2-3)。
积分器16针对每帧对差检测器15所计算出的差图像diff[i]进行积分，并输出具有与该积分值成比例的值的图像(校正图像)。在下面的说明中，将输入差值表示为加法值add[i]，将输出的校正图像表示为减法值sub[i]。
diff[i]＝S1[i]-S2[i]    ...(2-3)
＝add[i]                ...(2-4)
积分器16包括计算单元17和帧存储器18，并基于加法值add[i]和累积值sum[i]来确定表示子帧校正量的减法值sub[i]。针对图像数据的每一像素独立执行该处理。
校正器20和21分别校正第一和第二子帧信号。此时，校正值correct[i]是通过乘法器19将减法值sub[i]乘以1/2而获得的值(等式2-5)。在计算校正值correct[i]之后，从第一子帧信号中减去该校正值correct[i](等式2-6-1)，并将该校正值correct[i]与第二子帧信号相加(等式2-6-2)。利用该校正，通过从第一子帧信号中减去第二子帧信号而获得的值减小减法值sub[i]，并且该值用作校正后的DC偏移值。
correct[i]＝sub[i]/2         ...(2-5)
S11[i]＝S1[i]-correct[i]     ...(2-6-1)
S22[i]＝S2[i]+correct[i]     ...(2-6-2)
校正器20和21的校正不限于加法和减法。只要校正器20和21能够校正第一和第二子帧信号以降低它们的绝对值之间的差即可。
将说明通过积分器16计算差图像的减法值sub[i]和累积值sum[i]的过程。所有的计算操作都是针对每一像素独立完成的，并且在像素之间不存在相关性。
计算单元17基于递推公式(2-7)执行计算：
sum[i+1]-sum[i]＝add[i]-sub[i]       ...(2-7)
其中，sum[i]是第i帧的差图像的累积值，并与由于液晶面板上实际显示的图像的DC平衡的失调而累积的电荷相对应。帧存储器18保存累积值sum[i]。
公式2-7的左侧表示每帧的累积值sum的变化。右侧的add[i]从差检测器15输入，并针对每一帧与sum[i]相加。针对每一帧从sum[i]中减去sub[i]。换而言之，累积通过从加法值add[i]中减去减法值sub[i]而获得的值，作为累积值sum[i]。根据等式(2-5)，sub[i]是校正器20和21中的校正值correct[i]的两倍。
将说明在积分器16中确定减法值sub[i]的方法。第一实施例设想了一种展示类似于电容器的充电/放电的现象的系统，即满足一阶线性微分方程式的系统。
必须将放电量(减法量)sub[i]定义为与当时的累积值sum[i]成比例的量：
sub[i]＝α×sum[i](0<α<1)             ...(2-8)
将等式(2-8)代入公式(2-7)得到：
sum[i+1]-sum[i]＝add[i]-α×sum[i]    ...(2-9)
递推公式(2-9)具有与下面的微分方程式(2-10)相同的含义：
dsum(t)/dt＝add(t)-α×sum(t)         ...(2-10)
在直到公式(2-9)的各等式中，使用[i]以第i帧的形式来表示时间轴。与此相对照，等式(2-10)是使用(t)的时间函数。将预定值代入等式(2-10)中的add(t)，得到由指数函数表示的解，该指数函数从初始值开始，并收敛于该预定值。随着从一帧进入下一帧，根据递推公式(2-9)依次完成实际的计算。
比例系数α是正常数，将其定义为0<α<1。值α极大改变第一实施例中的行为，因此需要根据液晶面板的特性将α设置为适当的值。当α相对较大时，sub[i]对add[i]的响应加快，并且帧存储器18内的累积值(对应于装置内实际累积的电荷)被抑制为相对较小。当α相对较小时，sub[i]对add[i]的响应变慢，并且帧存储器18内的累积值变得相对较大。
sub[i]对add[i]的缓慢响应是优选的，因为在本实施例中由校正所引起的问题几乎不影响图像质量，或者说，“基于空间频率分离的子帧显示法”的效果被充分利用。但是，在这种情况下，累积值总是倾向于较大，因此图像中容易显现电荷累积状态。
由此，希望根据情况将值α设置为合适的值。在下面具体的例子中，α＝0.1。
具体操作
下面将说明第一实施例中的具体操作。图5示出下面的说明中所使用的图像图案。图5示出这样的图像图案：其中，由1像素宽的暗条纹150(亮度：30％)和1像素宽的亮条纹151(亮度：70％)构成的条纹图案沿垂直于条纹150和151的方向以1像素每帧的速度V运动。这时，通过“基于空间频率分离的子帧显示法”所分离的低频分量L表示50％的亮度，亮条纹的高频分量H表示20％的亮度，暗条纹的高频分量H表示-20％的亮度。
由于图5的条纹图案以1像素每帧的速度V运动，因此，如图10A所示，关注指定像素152的驱动波形随每帧而改变。在这种情况下，第一和第二子帧之间的DC平衡的失调等于2H。对于每一帧，该失调都在正极性和负极性之间切换，因此没有累积电荷。
但是，如果在失调2H为正时条纹图案停止运动，则关注像素152的驱动波形的DC平衡保持在正向上2H的失调。在这种情况下，在像素152内电荷在正向上累积。相反，如果在失调2H为负时条纹图案停止运动，则关注像素152的驱动波形的DC平衡保持在负向上2H的失调。在像素152内电荷在负向上累积。
根据第一实施例，采用预定的时间常数来校正DC平衡发生如图10B所示的失调的驱动波形。该校正控制驱动波形，使得在预定时间(预定数量的帧)之后恢复正方向和负方向之间的DC平衡。在驱动波形的DC平衡的失调消除时，进一步的电荷累积被抑制。下面将说明第一实施例中的校正处理。
图10C是示出第一实施例中的校正开始的状态的图。图10C的左端示出紧接在条纹图案停止运动之后的驱动波形(对应于图10A中的奇数编号的波形或者图10B中的偶数编号的波形)。如图10C的右端所示，该驱动波形在预定数量的帧之后沿负向移动，并在校正量达到预定值时保持稳定。在图10C的右端，即在驱动波形达到稳定状态时，校正量变成2H的一半，即H。此时，驱动波形的DC平衡恢复，从而防止进一步的电荷累积。
图10D的左端示出紧接在条纹图案从停止状态再次开始运动之后的驱动波形。当图像运动时，2H在正向和负向之间交替切换，没有电荷累积，从而无需执行校正。因此，在条纹图案开始运动之后，逐渐取消校正，并在预定数量的帧之后(在图10D所示的例子中为四个帧之后)，驱动波形返回到图10D的右端所示的波形。
只要条纹图案运动，2H就重复正负极性，并且可以保持不存在DC平衡失调的状态。
图6和图7是用于说明电荷累积的时间变化的图。图7示出在公式(2-9)中α＝0.1的情况。在图6和图7中，横轴表示帧的数量，纵轴表示在将与由一帧所累积的电荷相对应的量设置为1时的相对量。在这种情况下，所有的参数以相同的标度表示。这还适用于稍后将说明的图8、9、13和14。
图5所示的条纹图案如下所述运动。首先，在帧序号为0到30的时间段内，图5所示的条纹图案沿垂直于条纹150和151的方向以1像素每帧的速度V运动。在帧序号为31到90的时间段内，条纹图案停止运动。从帧序号91开始，条纹图案再次开始运动。
图6示出条纹图案中加法值add[i](＝diff[i])的变化。如图6所示，在帧序号为0到30的时间段内和从帧序号90开始的时间段内，加法值add[i]重复正极性和负极性(累积和放电)，但是在帧序号为31到90的时间段内，加法值add[i]保持正极性(累积)。
图7示出当没有应用根据第一实施例的校正时未经校正的电荷累积值sum0[i]、应用了根据第一实施例的校正时的电荷累积值sum[i]以及减法值sub[i]。
如图7所示，在条纹图案保持静止的、帧序号为31到90的时间段内，未校正的累积值sum0[i]线性增大。在一般的液晶微型显示器中，如果该状态持续几分钟，则电荷累积就会超过预定水平，并且在显示设备内产生严重的问题，从而使得残像持续存在。
即使对于应用了根据第一实施例的校正时的累积值sum[i]，也紧接在条纹图案停止运动之后(帧序号为30到40的附近)，开始电荷累积。此后(20到30帧之后)，累积的电荷达到预定值，然后电荷的累积被抑制。
从帧序号91开始，条纹图案再次开始运动。已经到达平衡点的累积值sum[i]开始下降(释放电荷)，并收敛于0(没有电荷累积的状态)。一旦累积的电荷达到平衡点，即使条纹图案从帧序号91开始保持静止，累积的电荷也不会再增加。相反，如果条纹图案保持静止，则未经校正的累积值sum0[i]增大，并且即使条纹图案再次开始运动，累积值也保持重新开始点处的值(所累积的电荷)。简而言之，除非执行根据第一实施例的校正，否则只要重复条纹图案就不会释放所累积的电荷。
在图7中，底部所示的曲线表示减法值sub[i]。由于α＝0.1，因此减法值sub[i]是累积值sum[i]的1/10，并且具有相反的符号。在累积的电荷在帧序号60附近达到平衡点之后，加法值add[i](图6)和减法值sub[i](图7)收敛于相同的值。
已经在α＝0.1的情况下对第一实施例进行了说明。下面将对将α设置为稍大或稍小的值时的行为进行说明。
图8示出α＝0.01的情况。图9示出α＝0.5的情况。
如图8所示，当α相对较小时，减法值sub[i](放电量)小。累积值sub[i]不会快速收敛，并且累积值sum[i]收敛处的值大。如果收敛值过大，则出现如上所述的残像。即使图像再次开始运动，也需要长时间来降低累积值sum[i](释放电荷)，并且这种不良的响应特性影响图像。
如图9所示，当α相对较大时，减法值sub[i](放电量)大。累积值sum[i]迅速收敛，并且累积值sum[i]收敛处的值小。在这种情况下，驱动波形的校正量急剧地变化。例如，即使运动图像中的指定像素的亮度级在非常短的时间内表现为相同的值，校正也会起作用，并且校正的影响显现，并可被识别为运动图像的不适当图案。
如上所述，过小或过大的α值都会对图像质量造成不利影响，因此希望根据液晶面板将α值设置为最佳值。
如上所述，第一实施例根据电荷累积量对驱动波形的电压进行垂直校正，该电荷累积量是作为每帧的偏移值的第一和第二子帧之间的差的累积值。在“基于空间频率分离的子帧显示法”中执行对应于电荷累积量的该校正(控制)。第一实施例可以防止累积的电荷增加，消除电荷累积，并且更合适地在液晶面板上显示运动图像。
第二实施例
将说明根据本发明的第二实施例。第二实施例将说明能够实现更优越的运动图像回放的电荷累积控制。
本申请人提出了改进图17所示的传统的“基于空间频率分离的子帧显示法”的技术。图18是示出用于实施“基于空间频率分离的子帧显示法”的由本申请人提出的图像处理设备的配置的框图。
在图17所示的配置下，如图4A所示，亮度区域的重心在高频分量H[i]的显示和低频分量L[i]的显示之间沿时间方向变化。这使得在所追视的对象运动的方向及其相反方向上产生不对称的失调(所谓的拖尾模糊(tailing-blur))。在图18所示的配置中，通过将第二子帧设置为相邻帧的低频分量的平均值来抑制不对称失调的产生。第二实施例执行与第一实施例相同的电荷累积控制，以避免对图18所示的配置造成不利影响。
在图18所示的配置中，LPF 32接收输入图像信号A[i]，以生成低空间频率分量L[i](等式3-0)。减法器33和加法器34根据低空间频率分量L[i]和原始输入图像信号A[i]，生成高空间频率分量H[i]和第一子帧信号S1[i](等式3-1-1和3-1-2)。延迟电路(DL)35接收信号S1[i]，以输出紧前帧的S1[i-1]。延迟电路(DL)36接收LPF 32所生成的L[i]，以输出紧前帧的L[i-1](等式3-2)。加法器37将L[i-1]和L[i]相加，乘法器38将该和乘以1/2，以生成第(i-1)帧的第二子帧信号S2[i-1](等式3-3)。将第一子帧信号S1[i]和第二子帧信号S2[i-1]发送至以1/120秒的间隔进行切换的开关22，并使它们交替输出。
在下列等式中，DL()是指保存当前帧的值并输出紧前帧的值。LPF()表示二维低通滤波器。
L[i]＝LPF(A[i])            ...(3-0)
S1[i]＝A[i]+H[i]           ...(3-1-1)
＝L[i]+2H[i]               ...(3-1-2)
S1[i-1]＝DL(S1[i])         ...(3-1-3)
L[i-1]＝DL(L[i])           ...(3-2)
S2[i-1]＝(L[i-1]+L[i])/2   ...(3-3)
图2是示出根据第二实施例的图像处理设备的配置的框图。除图18所示的配置以外，图2所示的图像处理设备包括用于执行与第一实施例中相同的控制的电荷抑制器11。在第一实施例中，监测发送给开关22的信号并对其进行校正。在第二实施例中，监测发送给DL 35和36的信号并对其进行校正。在校正信号S2[i-1]时，可以对低频分量L[i]进行对应于第i帧的校正，并可以对低频分量L[i-1]进行对应于第(i-1)帧的校正。因此，可以对S11[i]和S22[i]进行不存在任何时间偏移的适当校正。
将通过这种方式所获得的信号S11[i-1]和S22[i-1]从以1/120秒的间隔进行切换的开关交替输出。
图2所示的配置中的所有算术表达式如下所示：
L[i]＝LPF(A[i])                    ...(4-0)
S1[i]＝A[i]+H[i]                   ...(4-1-1)
＝L[i]+2H[i]                       ...(4-1-2)
L[i-1]＝DL(L[i])                   ...(4-2-1)
S1[i-1]＝DL(S1[i])                 ...(4-2-2)
S11[i-1]＝S1[i-1]-correct[i-1]     ...(4-3-1)
S22[i-1]＝{(S2[i]+correct[i])+(S2[i-1]+correct[i-1])}/2
                                   ...(4-3-2)
第二实施例对生成作为L[i-1]和紧后帧的L[i]的平均值的信号S22[i-1]的例子进行了说明。这是显示(输出)包含后一帧的信息并且与信号S11相比更接近该后一帧的信号S22的例子。但是，第二实施例还适用于包含前一帧的信息并且更接近该前一帧的信号S22的情况。即，如果不延迟信号S11，则显示相对于信号S11更接近先前帧的信号S22。假设i是信号S11的关注帧，则第二实施例中的信号S22是关注帧i和紧前帧i-1的低频分量L的平均值。假设i-1是信号S11的关注帧，则信号S22是关注帧i-1和紧后帧i的低频分量L的平均值。换而言之，作为关注帧和在时间上与关注帧相邻的先前帧或后继帧的低频分量L的平均值，生成信号S22。
如上所述，对于实施“基于空间频率分离的子帧显示法”的配置，第二实施例可以执行与第一实施例中相同的电荷累积控制，以抑制在所追视的对象运动的方向及其相反方向上所产生的不对称失调。
第三实施例
将说明根据本发明的第三实施例。第三实施例将说明反转倍速帧并在微型显示器上显示反转后的帧的例子，该倍速帧是通过作为使帧速度加倍的第一种方法的“基于运动补偿的中间图像插入法”所生成的。
图11是示出根据第三实施例的用于实施“基于空间频率分离的子帧显示法”的图像处理设备的配置的框图。在图11中，倍速帧生成器30通过“基于运动补偿的中间图像插入法”生成倍速图像。作为第三实施例中的倍速图像，每隔一子帧显示输入图像A[i]，并在输入图像A[i]之间显示通过运动补偿所计算出的中间图像Sm[i]。在第三实施例中，将A[i]和Sm[i]之间的差(加法值add[i])输入至积分器16。其余配置的操作与第一实施例中相同，因此将不再重复对其的说明。
与“基于空间频率分离的子帧显示法”不同，“基于运动补偿的中间图像插入法”不在子帧信号之间有意设置差异。因此，在输入图像A[i]和中间图像Sm[i]之间不出现明显的亮度级差异。但是，作为形成一帧的图像，基于运动预测而生成的插入图像(中间图像)并不总是与输入图像A[i]具有相同亮度级的图像。当原始图像和插入图像(中间图像)的亮度级以各种计算算法在长时间内在统计上互不相同时，第三实施例抑制累积电荷的增加。
图12示出根据第三实施例的驱动波形。在图12中，实线表示每隔一帧所显示的输入图像A[i]的驱动波形，虚线表示在输入图像A[i]之间所插入的插入图像(中间图像Sm[i])的驱动波形。在图12中，实线部分和虚线部分的大小之间的差(即，DC平衡的失调)相对较小。但是，DC平衡可能在长时间之后失调。
图13和14是用于说明第三实施例中当显示随机图像时电荷累积的时间变化的图。图14示出α＝0.1的情况。在图13和14中，在帧序号为0到30的时间段内，图5所示的条纹图案运动，驱动波形中没有发生DC偏移。在帧序号31之后，由于通过“基于运动补偿的中间图像插入法”向图像中插入中间图像，因此DC平衡在统计上将发生失调。
在图13中，即使在帧序号31之后，驱动波形的DC平衡似乎也未发生失调。但是，从图14显然可以看出，未执行累积电荷控制时的累积值sum0[i]在正向上增大。即，在图13中的帧序号31之后，驱动波形的DC平衡略微发生失调。
通过在反转并显示通过“基于运动补偿的中间图像插入法”的倍速图像的帧时执行累积电荷控制，如图14所示，可以在不增大累积值sum[i]的情况下控制电荷的累积，以使其落在预定水平内。
第三实施例不限于根据“基于运动补偿的中间图像插入法”的倍速帧。第三实施例适用于任何执行帧反转并且可能在统计上遭受DC平衡失调的倍速帧显示设备。
第四实施例
将说明根据本发明的第四实施例。第四实施例的特点在于进一步降低表示帧存储器18中的电荷累积状态的累积值sum[i]和液晶显示器上的实际的电荷累积状态之间的差异。
图15是示出根据第四实施例的实施“基于空间频率分离的子帧显示法”的图像处理设备的配置的框图。图15所示的配置与上述实施例中的配置的相同之处在于，校正器20和21校正从倍速帧生成器40提供的第一子帧信号S1[i]和第二子帧信号S2[i]，以抑制电荷的累积。图15所示的配置还包括用于计算校正器20和21进行校正之后的剩余校正量的饱和防止器23。饱和防止器23将剩余校正量返回给积分器16，积分器16将其反馈到累积值sum[i]。
一般地，在“基于空间频率分离的子帧显示法”中，高频分量H所集中的子帧(第一子帧)的所计算出的亮度级有时超过最大值(100％级)。在这种情况下，将超过最大值的多余部分转移至另一子帧(第二子帧)。另外，第一子帧的所计算出的亮度级有时变得低于0级。在这种情况下，从第二子帧转移对应于短缺部分的亮度分量。饱和防止器23控制该转移处理。最大值到0级之间的范围是像素水平的容许范围。
S1[i]和S2[i]表示来自倍速帧生成器40的输出，S11[i]表示来自校正器20的输出，S22[i]表示来自校正器21的输出，S111[i]和S222[i]表示来自饱和防止器23的输出。
与第一实施例类似，通过下列等式给出校正器20和21的校正处理：
S11[i]＝S1[i]-correct[i]     ...(5-1-1)
S22[i]＝S2[i]+correct[i]     ...(5-1-2)
以等式(5-2-1)和(5-2-2)中的函数Sat()的形式给出第四实施例中的饱和防止器23的饱和处理：
S111[i]＝Sat1(S11[i]，S22[i])    ...(5-2-1)
S222[i]＝Sat2(S11[i]，S22[i])    ...(5-2-2)
假设correct_rest[i]是作为饱和防止器23对校正器20和21的校正量correct[i]所执行的饱和处理的结果，不能完成校正的量，通过下式给出剩余校正量：
correct_rest[i]＝{(S111[i]-S222[i])-(S11[i]-S22[i])}/2
                                 ...(5-3)
correct_rest[i]与在电荷抑制器11中虚拟计算出的电荷累积量(累积值sum[i])和在装置中实际产生的电荷累积量之间的差相对应。因此，需要将correct_rest[i]转换为电荷量，并将其作为剩余校正量反馈。所要反馈的电荷量为如下所示的反馈值add2[i]：
add2[i]＝2×correct_rest[i]      ...(5-4)
通过这种方式定义反馈值add2[i]。使用第四实施例中的递推公式(5-5)替代第一实施例中的递推公式(2-9)来控制校正量：
sum[i+1]-sum[i]＝add[i]+add2[i]-α×sum[i]    ...(5-5)
根据第四实施例，当子帧的像素水平超过饱和防止器23中的容许范围时，对其进行校正，以使其落在容许范围内。即，饱和防止器23执行通过下列等式而给出的校正，以从信号S11[i]中减去在考虑了饱和防止处理的影响的情况下所计算出的真实校正量real_correct[i]，或者将其与S22[i]相加：
S111[i]＝S11[i]-real_correct[i]    ...(5-6-1)
S222[i]＝S22[i]+real_correct[i]    ...(5-6-2)
如上所述，根据第四实施例，饱和防止器23校正子帧的像素水平，以使其落在容许范围内。这可以大大降低在帧存储器18中虚拟地再现的电荷累积量与在装置中实际累积的电荷累积量之间的差。与第一实施例相比较，第四实施例可以在液晶面板上显示更高质量的运动图像。
第五实施例
将说明根据本发明的第五实施例。在上述实施例中，在电荷累积与第一和第二子帧之间的水平差异成比例的假设下配置电荷抑制器11。可以将该水平差异视为显示亮度之间的水平差或者图像数据之间的水平差异。但是，电荷累积与图像数据之间的水平差异或者显示亮度之间的水平差异并非精确地成比例，而是与该水平差异存在非线性关系。第五实施例在考虑该非线性关系的情况下监测并校正第一和第二子帧。
图16是示出根据第五实施例的用于实施“基于空间频率分离的子帧显示法”的配置的框图。与上述实施例中的电荷抑制器11类似，第五实施例中的电荷抑制器55对第一和第二子帧信号进行监测和校正。
在电荷抑制器55中，非线性转换器51和52通过对第一和第二子帧信号S1[i]和S2[i]执行预定的非线性转换，生成信号Sv1[i]和Sv2[i]，并将信号Sv1[i]和Sv2[i]发送至差检测器15。非线性转换器51和52的非线性转换是第一转换，该第一转换将信号值转换成电荷累积量。与第一实施例不同，并非简单地使由积分器16所计算出的减法信号sub[i]减半，而是通过非线性转换器53和54对其进行预定的非线性转换。非线性转换器53和54的非线性转换是第二转换。该第二转换是与第一转换相对应的逆转换，并将电荷累积量转换为信号值。结果，非线性转换器53和54计算各子帧的校正量correct1[i]和correct2[i]。基于correct1[i]和correct2[i]，校正器20和21校正第一和第二子帧。通过表示信号值和电荷累积量之间的关系的查找表，足以形成非线性转换器51到54。
如上所述，第五实施例通过在考虑表示信号值和电荷量的非线性关系的情况下对第一和第二子帧信号执行非线性转换，来计算第一和第二子帧信号的校正值。第五实施例可以实现更精确的电荷累积控制。
示例性实施例
可以将本发明应用于由多个装置(例如主计算机、接口、读取器、打印机)构成的系统或包括单个装置的设备(例如复印机、传真机)。
此外，本发明可以向计算机系统或设备(例如，个人计算机)提供存储了用于执行上述处理的程序代码的存储介质，并由该计算机系统或者设备的CPU或MPU从该存储介质中读取该程序代码，然后执行该程序。
在这种情况下，从该存储介质读出的程序代码实现根据各实施例的功能。
此外，可以使用诸如软盘、硬盘、光盘、磁光盘、CD-ROM、CD-R、磁带、非易失型存储卡和ROM的存储介质，来提供程序代码。
此外，除了可以通过执行由计算机读取的程序代码来实现根据以上实施例的上述功能之外，本发明包括如下情形：在计算机上运行的OS(操作系统)等根据程序代码的指示执行部分或全部处理，从而实现根据以上实施例的功能。
此外，本发明还包括如下情形：在将从存储介质读取的程序代码写入到插入到计算机中的功能扩展卡中或配置在连接至计算机的功能扩展单元中的存储器之后，功能扩展卡或单元中所包括的CPU等根据程序代码的指示执行部分或全部处理，从而实现以上实施例的功能。
在将本发明应用于前述存储介质的情况下，该存储介质存储对应于实施例中所说明的流程图的程序代码。
虽然已经参考示例性实施例说明了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围符合最宽的解释，以包括所有这样的修改以及等同结构和功能。

Claims (10)

1.一种用于生成要提供给图像显示设备的图像数据的图像处理设备，所述图像显示设备在根据运动图像的帧所形成的多个子帧的每个子帧中反转显示元件的驱动极性，以显示所述运动图像，所述图像处理设备包括：
生成部件(40)，用于根据运动图像的关注帧来生成第一子帧和第二子帧；
检测部件(15)，用于检测所述第一子帧的图像和所述第二子帧的图像之间的差；
计算部件(17)，用于通过从所述差中减去乘以预定的系数的累积值来计算校正值；
累积部件(18)，用于累积通过从所述差中减去所述校正值而获得的值，作为所述累积值；以及
校正部件(20，21)，用于使用所述校正值来校正所述第一子帧的图像和所述第二子帧的图像。
2.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，所述校正部件用于执行校正，以减小所述第一子帧的图像的绝对值和所述第二子帧的图像的绝对值之间的差。
3.根据权利要求2所述的图像处理设备，其特征在于，所述校正部件用于将所述校正值的一半与所述第一子帧的图像和所述第二子帧的图像中的一个相加，并从所述第一子帧的图像和所述第二子帧的图像中的另一个中减去所述校正值的一半。
4.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，所述系数大于0且小于1。
5.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，所述生成部件用于将所述关注帧的图像分离成空间频率的高频分量和低频分量，根据所述高频分量和所述低频分量来生成所述第一子帧，并根据所述低频分量来生成所述第二子帧。
6.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，所述生成部件用于将所述关注帧的图像和与所述关注帧相邻的相邻帧的图像二者分离成各自的空间频率的高频分量和低频分量，根据所述关注帧的所述高频分量和所述低频分量来生成所述第一子帧，并通过对所述关注帧的所述低频分量和所述相邻帧的所述低频分量进行平均来生成所述第二子帧。
7.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，所述生成部件用于基于运动补偿来生成所述第二子帧。
8.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，还包括饱和防止部件(23)，所述饱和防止部件用于防止由所述校正部件校正后的所述第一子帧的图像的像素值和所述第二子帧的图像的像素值偏离容许范围，
其中，所述累积部件用于将所述防止时的校正结果之间的差和所述校正值进行与所述累积值相加。
9.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，还包括：
第一转换部件(51，52)，用于对所述第一子帧的图像和所述第二子帧的图像执行预定非线性转换，并将转换后的图像提供给所述检测部件；以及
第二转换部件(53，54)，用于对由所述计算部件计算出的所述校正值执行与所述预定非线性转换相对应的逆转换，并将逆转换后的校正值提供给所述校正部件。
10.一种用于生成要提供给图像显示设备的图像数据的图像处理方法，所述图像显示设备在根据运动图像的帧所形成的多个子帧的每个子帧中反转显示元件的驱动极性，以显示所述运动图像，所述图像处理方法包括以下步骤：
根据运动图像的关注帧来生成第一子帧和第二子帧；
检测所述第一子帧的图像和所述第二子帧的图像之间的差；
通过从所述差中减去乘以预定系数的累积值来计算校正值；
累积通过从所述差中减去所述校正值而获得的值，作为所述累积值；以及
使用所述校正值来校正所述第一子帧的图像和所述第二子帧的图像。
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