CN101601052B - 多重调制器显示器及相关的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多重调制器显示器和相关的方法。双重调制器显示器具有用光图案照亮第二像素阵列的第一像素阵列。第二像素阵列调制光图案以产生图像。用于确定第一像素阵列中的像素的控制值的方法从初始的控制值集合开始并提炼控制值。控制值可被一次提炼。图像可以被实时显示。

Description

多重调制器显示器及相关的方法

技术领域

本发明涉及诸如计算机监视器、电视和数据投影仪等的电子显示器。更特别地，本发明涉及通过第二像素阵列调制来自第一像素阵列的光以产生图像的显示器。

背景技术

双重调制器显示器(Dual modulator display)具有在第二像素阵列上产生光的可控图案的第一像素阵列。在发明名称均为“HIGHDYNAMIC RANGE DISPLAY DEVICES”的WO02/069030(PCT/CA2002/000255)和WO03/077013(PCT/CA2003/000350)中说明了双重调制器显示器的例子。在一些实施例中，规定希望的图像的图像数据被供给到操作第一像素阵列以在第二像素阵列上产生光的图案的控制器。光的图案接近希望的图像。控制器操作第二像素阵列以调制光的图案以产生比光的图案更接近希望的图像的图像。在一些实施例中，与第二像素阵列相比，第一像素阵列具有较低的分辨率(即，与在第一像素阵列中相比，在第二像素阵列中存在更多的像素)。第一像素阵列可包含例如空间光调制器的可单个控制的光源像素的阵列等。第二像素阵列可包含反射型或透射型空间光调制器。

在一些实施例中，第一像素阵列包含发光二极管(LED)阵列，并且，第二像素阵列包含液晶显示器(LCD)面板。

“双重调制器”显示器结构可适用于高端显示器(高端显示器的一些例子是用于观察X射线和其它关键性图像的显示器、高端电影院应用等)。在这些应用中，希望使得显示的图像尽可能接近地再现希望的图像。在这些应用中，不希望出现对于希望的图像的任何可觉察的偏离。

在“理想的”双重调制器显示器中，第一像素阵列具有可从零到非常亮的无级变化的光输出，并且，第二像素集合在透射零光量和穿过所有的入射光之间是可无级可控的。在现实中，实际用作第一像素集合和第二像素集合的组成具有限制。例如，在第一像素集合或第二像素集合包含LCD(液晶显示器)像素的情况下，像素具有小于100％的最大透射率、大于0％的最小透射率，并且各像素的透射率一般是可从一组离散值中选择的。类似地，在第一像素集合包含可单个控制的光源(例如，诸如LED)阵列的情况下，光源一般具有可在分立的步骤中被调整到一些最大值的光输出。

一个问题是，确定如何控制第一像素集合，使得第二像素集合上的光的图案将以可被第二像素集合校正为较高的精度的方式接近希望的图像。

发明内容

本发明的一个方面提供一种用于产生双重调制器显示器中的第一像素阵列中的像素的控制值的方法。该方法包括：从限定希望的图像的图像数据产生希望的光图案和初始的控制值集合；和通过对于某一像素确定趋于减少与所述像素对应的位置上的希望的光图案和被估计为响应控制值集合而产生的光图案之间的差异的变化Δd_j，改进初始的控制值集合。

以下说明本发明的其它方面和本发明的特定实施例的特征。

附图说明

在示出本发明的非限制性实施例的附图中，

图1是双重调制器显示器的示意图。

图2A是包含表示希望的图像和由第一像素阵列产生的光图案的曲线的示图。

图2B是由第二像素阵列对于来自图2A的图像产生的高空间频率成分。

图2C是表示希望的图像和由第一像素阵列产生的作为希望的图像的次优匹配的光图案的另一示图。

图2D是由第二像素阵列对于来自图2C的图像产生的高空间频率成分。

图3和图3A是示出根据本发明的方法的流程图。

图4是示出纱幕眩光(veiling glare)的效果的示意图。

图5是示出根据本发明的实施例的控制器的功能部件的框图。

图6是示出根据本发明的实施例的用于产生控制信号的系统的功能部件的框图。

具体实施方式

为了提供对于本发明的更彻底的理解，在以下的整个说明中阐述特定的细节。但是，可以在没有这些细节的情况下实施本发明。在其它的情况下，为了避免不必要地混淆本发明，公知的要素没有被详细示出或说明。因此，说明书和附图应被视为解释性的而非限制性的。

发明人已确定对于尽管第一和第二像素阵列的能力限制仍在减少图像信息的损失的同时显示图像的以下方面存在需要：

·双重调制器显示器；

·用于双重调制器显示器的控制器；

·用于操作双重调制器显示器的方法；

·用于产生用于控制双重调制器显示器的像素的控制值的方法；和

·包含用于操作双重调制器显示器并产生双重调制器显示器的像素的控制值的软件的程序产品。

例如，考虑图1所示的情况。显示器10包含像素12A的第一阵列12和像素14A的第二阵列14。控制器16接收图像数据18并产生分别控制的第一和第二像素阵列的像素的控制信号19A和19B。第一阵列12可例如包含发光二极管(LED)或其它光源的阵列。第二阵列14可例如包含LCD面板。

控制器16从图像数据得到信号19A和19B。信号19A可包含第一阵列12的像素12A的控制值d的集合。信号19B可包含例如第二阵列14的像素14A的控制值p的集合。

响应来自控制器16的控制信号19A，第一阵列12发光。由第一阵列12的像素12A发射的光在第二阵列14上产生光的图案20。图案20是由图像数据18规定的希望的图像的近似。由于第一阵列12具有明显比第二阵列14少的像素，因此，希望的图像的具有较高的空间频率的方面将主要由控制信号19B表现。图案20将跟踪希望的图像的具有相对较低的空间频率的方面。

图案20的特性依赖于由第一阵列12的像素12A发射的光量以及像素12A的点传播函数。可在第一阵列12和第二阵列14之间设置诸如散射体、透镜、准直器等的光学元件(未示出)。可通过像素12A的点传播函数考虑任何这种光学元件对于图案20的影响。

图案20可由第二阵列14的各像素14A上的强度值B_i表征(其中，i是识别特定的像素14A的指数)。从图像数据18得到控制信号19A的方式可影响由显示器10产生的图像的质量。如果控制信号19A导致“良好的”图案20，那么第二调制器14可调制图案20中的光以非常精确地再现希望的图像。另一方面，如果控制信号19A产生次最佳的图案20，那么可能不能确定将导致第二调制器14在没有可觉察的非自然信号的情况下以匹配希望的图像的方式调制图案20的控制信号19B。

考虑例如在希望的图像的区域中希望的图像描述空间频率太高以至于不能在图案20中再现的条带的情况。这些条带被叠加于在低空间频率上改变的背景光强度上。图2A的曲线30表示希望的图像沿穿过条带的方向的强度的变化。曲线32表示示例性图案20中的光的强度的变化。如果图案20中的光具有以与曲线30的低空间频率成分良好匹配的方式改变的强度(如曲线32所示)，那么第二阵列14可被设定以如图2B所示的那样产生希望的图像的高空间频率成分，使得得到的图像如实地再现希望的图像。

另一方面，在一些情况下，图案20中的光具有以不与曲线30的低空间频率成分良好匹配的方式改变的强度。例如，在第一阵列12的像素12A的点传播函数在于使得图案20的低空间频率低于希望的图像的低空间频率成分的情况下，会出现这种情况。图2C中的曲线33表示另一示例性图案20中的光的强度的变化，该变化示出曲线30和图案图案20的低空间频率成分之间的这种不匹配。在这种情况下，如图2D所示，第二阵列14不能精确地产生希望的图像的高空间频率成分，使得得到的图像不能如实再现希望的图像。作为控制像素14A的信号的量子化的结果，可出现高空间频率信息的损失。例如，在B_i明显比像素14A的希望的光输出大的情况下，像素14A的值p_i可被舍入为零。在B_i小于等于像素14A的希望的光输出的情况下，像素14A的值p_i可固定为最大值。在任一种情况下，得到的图像不包含图像数据18中的所有信息。

可以看出，从这里说明的类型的双重调制器显示器获得最好的可能的图像质量(其中，来自第一像素阵列的光的图案不包含图像数据的最高空间频率成分)会需要光图案20的一些优化。

图3示出根据本发明的实施例的从图像数据18获得信号19A和19B的方法40中的步骤。图像数据18包含值

的集合

在一些实施例中，这些值是颜色值。在这些实施例中，在具有与将显示图像的显示器10相同的色度、白点和原色的色空间中最方便地表达这些值。

框42得到第一阵列12的像素12A的控制信号19A的初始集合。在示例性实施例中，框42包含图3A所示的过程50。过程50从图像数据18得到目标光图案

目标光图案

可包含与第二像素阵列14的各像素14A对应的值

例如，可以以光度测定单位表达这些值。在一些实施例中，值为诸如亮度的光度测定单位的单色值。框52可包含固定亮度值，使得它们不落在显示器10的将显示图像的可显示范围的外面。

如果图像数据18规定彩色图像，那么框53可包含提取图像数据18的单色(单一通道亮度)表现。可通过对于第二像素阵列的各像素取三个颜色通道(例如，红色、绿色和蓝色)中的最大值实现这一点。

框54通过计算图像数据18的单色表现的函数确定

的值。在一些实施例中，该函数包含确定图像数据18的单色表现中的相应像素的值的分数幂。该幂被选择以在第一阵列和第二阵列之间分配动态范围。在一些实施例中，框54包含在图像数据18的单色表现中取值的平方值(1/2次幂)。第一和第二像素阵列之间的动态范围的最佳划分将取决于第一阵列和第二阵列之间的动态范围的比。在诸如可从加拿大的Vancouver的Brightside Technologies公司得到的DR 34P型显示器的一些双重调制器显示器中，第一阵列和第二阵列之间的动态范围的比为约1∶1，并且约1/2的幂是获得信号19A的良好基础。

可被完全关闭的单一光源可被视为具有无限动态范围。但是，具有交迭的点传播函数的光源的任何集合内的光源的动态范围由光源的点传播函数和邻近光源的光输出确定。

对于由于量子化非自然信号对于较小的值来说相对较大因此给予阵列中的一个较大的像素值而给予另一阵列非常小的值的情况，将第一和第二像素阵列上的像素值维持为相同的量级是优选的，其它的因素相同。并且，如果对于相同强度的相邻像素使用值的不同组合，那么存在于实际硬件系统中的有缺陷的对准可导致明显的非自然信号。

出于计算的目的，在范围[0，1]中表达和的值是十分方便的。可通过将图像数据归一化完成向这种表示法的转换。在框54中，可以计算归一化图像数据的适当的函数。然后可缩放结果，以以任意希望的单位提供

的值。

在第一阵列12具有n个像素12A而第二阵列14具有m个像素14A且m＞n的情况下，确定将导致希望的图案20的阵列12的像素12A的值的问题可被表达为m×n方程组。在第一阵列12具有低空间频率的情况下(即，如果第一阵列12的点传播函数没有高空间频率成分)，那么图案20期望还应具有低空间频率。在这种情况下，可通过将

的值降采样(downsampling)到较低的分辨率(使较低的分辨率与第一阵列12的分辨率相同是十分方便的)在不引入明显的非自然信号的情况下减少计算。作为结果，问题可被表达为n×n方程组。因此，

的值可包含n个值

的集合，单个的值

用于第二阵列14的最接近第一阵列12的相应像素12A的各组像素14A。

在框56中，得到的数据被降采样到可与第一阵列12的分辨率相同的分辨率。可以以各种方式实现降采样。例如，

●可通过任何适当过滤的尺寸调整函数以软件实现降采样。

●作为与第一像素阵列中的像素的位置对应的位置周围邻近的像素值的平均值，可以在诸如适当配置的现场可编程门阵列(FPGA)的逻辑电路中实现降采样。

●可通过以递归的方式取像素值的块平均值在图形处理器中实现降采样。

框58返回规定希望的光图案20的

的值(以第一阵列12的分辨率)。

方法40在框44中继续，以确定第一阵列12的像素的控制值，这些控制值将导致光图案20具有与由框58返回的值

相近或相同的值。可通过解最小化问题实现这一点：

$\underset{d}{\min }\left|\right|\mathrm{Wd}-\stackrel{\‾}{B}\left|\right|---\left(1\right)$

其中，d是像素12A的控制值集合，W是像素12A的点传播函数与像素12A的位置上的迪拉克δ函数的卷积。

通过在比阵列12小的邻近区域中考虑第一阵列12的像素而不是一次求出第一阵列12的所有像素，可以减少计算量。可以这样做的原因在于，在典型的双重调制器显示器中，第一阵列12的像素12A不在坐标远离像素12A的第二阵列14的像素14A上贡献许多的光。

并且，人视觉系统的性能和第二像素阵列14的动态范围限制第一阵列12的哪些像素可被调整以在第二像素阵列14的像素14A上获得希望的光量。人视觉系统不能检测非常接近较亮区域的不太亮区域的亮度的变化。这种效果被称为“纱幕眩光”。由于在眼睛中散射的光，因此部分出现纱幕眩光。

图4示出纱幕眩光。希望的图像由线75表示。图像54具有邻近暗淡区域75B的明亮区域75A。由三个像素12A发射的光由曲线77A、77B和77C表示。由明亮区域75A导致的纱幕眩光影响区域76。在区域76内，人眼不能辨别低于水平76A(随着到明亮区域75A的距离而下降)的亮度的差异。在区域76的外面，会检测到将第一阵列12的强度增加到超出局部希望值。区域76内的第一阵列12的像素可在不可觉察地改变图像的情况下具有增加的强度。例如，光输出77B可以在在视觉上不影响得到的图像的情况下升高到由77B′表示的值(由于77B′的峰值仍低于曲线76A)。

虽然加权矩阵W(见式(1))较稠密，但是可被自由改变以控制第二像素阵列14的给定像素14A上的光量的像素12A的数量是相当有限的。得到的控制值d的矩阵是相对稀疏的带状矩阵，该矩阵可以以任意适当的方式被精确或近似求解以获得像素12A的控制信号值d_j(j是识别特定像素12A的指数)。

在一个实施例中，d_j由下式给出：

$d_j=\frac{{\stackrel{\‾}{B}}_j-{\mathrm{\Σ}}_i^{N\left({\mathrm{\δ}}_j\right)}{w}_{\mathrm{ji}}{\stackrel{\‾}{B}}_i}{w_{\mathrm{jj}}}---\left(2\right)$

其中，

是与由指数j识别的像素12A(第j个像素)对应的区域中的第二阵列14的像素14A上的目标光图案的值；

是与由指数i识别的像素12A(第i个像素)对应的区域中的第二阵列14的像素14A上的目标光图案的值；N(δ_j)包含第j个像素邻近区域中的像素12A；w_jj是与第j个像素对应的区域中的像素14A上的第j个像素的点传播函数的值，w_ji是与第j个像素对应的区域中的像素14A上的第i个像素的点传播函数的值。

如上面说明的那样源自获得的控制信号的光图案20可能不是最佳的。实际的光图案由与像素14A对应的值B表征。一般地，一般地，可通过微调d_j的值以产生更好地接近最佳光图案的光图案，改善图像质量。还可通过微调d_j的值以允许第二阵列14的更多的位深被应用于表现更高空间频率细节和颜色，改善图像质量。在方法40的框46中确定校正的控制值。

假定在框42中获得的

的初始值相当接近最佳值，那么，为了优化，d_j的值仅需要较小的变化。这种变化在这里被称为Δd_j。可通过应用一次一个地处理像素12A的“贪婪”算法确定这些变化。该算法尝试减少与像素12A对应的位置上的B和

之间的差异。

在一些实施例中，可以确定第一阵列12的第j个像素的Δd_j，使得当第j个像素具有控制值d_j+Δd_j时，与第j个像素对应的区域中的第二阵列14的像素14A可具有不经过舍入或固定的控制值p。这允许第二阵列14在没有由于信号19B的量子化导致的信息损失的情况下如实再现希望的图像的高频率空间成分。

在一个实施例中，算法包含确定满足下式的Δd_j的值：

$\frac{\stackrel{\‾}{I}-\mathrm{\Δ}{d}_j{W}_j}{\mathrm{Wd}}=\mathrm{\α}---\left(3\right)$

其中，α是常数(可用第二像素阵列14的控制信号的希望的平均值识别)；

W和d如上文中的定义；W_j是当前处理的像素12A的点传播函数与该像素12A的位置上的迪拉克δ函数的卷积。

如果用B代替式(3)中的Wd，那么问题可被表达为找到下式的解：

$\left|\right|\stackrel{\‾}{I}-\mathrm{\Δ}{d}_j{W}_j-\mathrm{\α}{B}^{\left(j\right)}\left|\right|=0---\left(5\right)$

其中，B^(j)是表征光图案20的值的集合(包括先前处理的像素12A的任何变化Δd_j的效果)。

可按照像素12A的坐标(x，y)表达式(4)以得到：

$\underset{x,y}{\mathrm{\Σ}}{(\stackrel{\‾}{I}(x,y)-\mathrm{\Δ}{d}_j{S}_j(x,y)-\mathrm{\α}{B}_{(x,y)}^{\left(j\right)})}^2{M}_{j,(x,y)}=0---\left(6\right)$

其中，S_j(x，y)是(x，y)位置上的第j个像素12A的点传播图像的纹理泼溅处理(texture splat)；M_j(x，y)是在当前考虑的像素12A的位置周围的区域中具有值1并在其它区域(该区域可例如为具有限定的半径的圆形区域)中具有值0的遮盖函数(masking function)。可为Δd_j求解式(5)以得到：

$\mathrm{\Δ}{d}_j=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{x,y}{S}_j\stackrel{\‾}{I}{M}_j-\mathrm{\α}{\mathrm{\Σ}}_{x,y}{S}_j{B}^{\left(j\right)}{M}_j}{{\mathrm{\Σ}}_{x,y}{S}_j^2{M}_j}---\left(7\right)$

可从包含已确定的任何Δd_j的d的值(为了计算方便，在范围[0，1]中表达)计算B^(j)。由于像素12A的点传播函数一般随低空间频率变化，因此，可以在降低的分辨率上实现B^(j)的计算并随后对其进行升采样(upsample)。在这样做的情况下，希望保证降低分辨率的图像的像素与像素12A对准以避免舍入误差。

可以以各种方式计算B^(j)。例如，在一些实施例中，作为卷积计算B^(j)。在一些这样的实施例中，可通过以光度测定单位标定的像素12A的点传播函数卷积像素12A的位置上的各单个像素被设为适当的各控制值(d_j或d+Δd_j)的全黑图像(像素值均为零)。可以以软件方便地实现这些实施例。

在其它的实施例中，各像素14A上的光量可通过以下计算确定，包括：计算从该像素14A到有贡献像素12A的距离；并且，对于各个这种有贡献像素12A，在表中查找相应的距离，以获得有贡献像素12A在像素14A上的点传播函数的值。通过适当的像素12A的当前控制值(d_j或d+Δd_j)调制各点传播函数的值(例如，相乘)。可在诸如适当配置的FPGA的逻辑电路中方便地实现这些实施例。

其它实施例可应用Splatting(泼溅)方法，并将具有可应用的点传播函数的纹理的屏幕对准的四边形拖入帧缓存器中。在适当情况下，通过相应的控制值(d_j或d+Δd_j)调制各纹理。可以应用阿尔法混合以累积结果。可以方便地在图形处理器单元(GPU)中实现这些实施例。

可应用于像素12A的点传播函数的尾部可能非常长(即，来自特定像素12A的光会到达相对远离像素12A的像素14A(按照第一和第二像素阵列的坐标空间)。精度和计算费用之间的折衷可包含在一些合理的距离上截断点传播函数。如果这样做，那么，与在点传播函数中留下明显的断点相反，希望在截断的点的区域中使点传播函数与零混为一体。

点传播函数的截断可导致截断距离以外的像素14A的计算强度比其应有的计算强度小。虽然当与显示器的峰值亮度相比时是不明显的，但是，这种不同可有助于黑暗区域中的可觉察的不匹配。由于点传播函数的截断部分的空间频率非常低，因此能够通过对于背光图像的各像素添加u项进行补偿，以代表作为截断的结果没有被考虑的光。u的值可被选择为控制值d的集合的分数(或其它适当的函数)。适当的u的值可基于实际点传播函数与点传播函数的截断模拟之间的能量差。

用于求解式(6)的过程可包含以扫描线的次序在像素12A上操作(即，在第一像素阵列12的一个角上开始，并且一次沿一行像素工作)。对于与当前像素12A对应的点传播图像S_j，和B的相应区域被选择，并且，它们的各元素被相乘并然后加在一起以得到Δd_j。然后，相应的控制值d+Δd_j被写为控制值d，并因此通过将值Δd_jS_j累加到B上修改B。

如果希望的话，以上的过程可被迭代两次或更多次，以进一步改进B。

上面说明的用于改进像素12A的控制值d的计算假定实际光图案的值B的正确的集合是已知的(例如，式(6)包含B)。但是，在几乎所有的情况下，在对于任何特定的像素12A执行Δd_j的计算时，还没有对其它的像素12A计算Δd_j。即使Δd_j通常较小(只要在框42中获得

的良好近似)，累积误差也可能是明显的。

如果以已知的次序处理像素12A，使得可将已处理Δd_j的区域和还没有处理Δd_j的区域区分开，那么能够补偿该误差。例如，考虑以在第一阵列12的左上角开始的扫描线次序处理像素12A的情况。在这种情况下，当前像素12A上面以及左边的像素12A已被更新，而当前像素12A下面和右边的像素12A还没有被更新。即使对于一些k＞j来说Δd_k还是未知的，希望的图像的

和B^(k)的值也是已知的。可以假定第k个像素12A的控制值将改变，使得由第k个像素12A发射的光的改变量等于和B^(k)之间的差值。

可对于式(5)添加执行校正措施的图像过滤以得到：

$\underset{x,y}{\mathrm{\Σ}}{({\stackrel{\‾}{I}}_{x,y}-\mathrm{\Δ}{d}_j{S}_{j,(x,y)}-\mathrm{\α}{B}_{(x,y)}^j)}^2{M}_{j,(x,y)}{F}_{(x,y)}=0---\left(7\right)$

其中，F是图像过滤。可对于Δd_j求解式(7)以得到：

$\mathrm{\Δ}{d}_j=\frac{\underset{x,y}{\mathrm{\Σ}}{S}_j\stackrel{\‾}{I}{M}_{j}F-\mathrm{\α}\underset{x,y}{\mathrm{\Σ}}{S}_j{B}^{\left(j\right)}{M}_{j}F}{\underset{x,y}{\mathrm{\Σ}}{S}_j^2{M}_{j}F}---\left(8\right)$

例如，可如上面说明的那样求解式(8)。所有需要的是，过滤函数F具有已被校正的像素12A的正值(即，对于它，Δd_j已被计算并被添加到相应的控制值上)和还没有被校正的像素12A的负值。

α的值可被设定以调整显示的图像。α的值＝1将导致像素12A具有与相同的强度，从而导致操作尽可能与目标

匹配。可作为第二迭代执行误差扩散以实现希望的图像。α的值＝5导致第一阵列12的亮度为的两倍，从而导致p_avg＝0.5。这一般使校正可用的像素14A的控制值中的位数最大化，并使源自第二阵列14的控制值p的量子化的非自然信号最小化。

诸如根据局部邻近区域选择α的值的更复杂的方案也是可能的，并可被用于提供光图案20的特征特定色阶。

可在信号19A中供给控制值d以驱动显示器10的第一阵列12的相应像素12A。可例如通过以下步骤确定第二阵列14的像素14A的控制值p：

●估计源自向第一阵列12的像素应用控制值d的图案20中的光的分布B；和

●根据下式计算控制值p：

$p=\frac{\stackrel{\‾}{I}}{B}$

图5表示用于控制显示器10的示例性控制器16中的数据的示例性流程图。可以在通用数据处理器、逻辑电路(例如，配置的FPGA)、图形处理器或它们的一些组合上执行的软件实现图5中的功能框。在控制器16中接收图像数据18。从图像数据18提取希望的图像希望光图案产生器60产生要由第一阵列12产生的希望光图案

第一阵列控制值产生器62产生控制值d。第一阵列控制值产生器62可根据上述的方法产生控制值d和调整量Δd。

控制信号产生器64A产生被供给到第一阵列控制电路65A的控制信号19A。第一阵列控制电路65A根据第一阵列控制值d操作第一阵列12的像素。控制信号19A可被直接提供给第一阵列控制电路65A，或者在延迟之后被传输给第一阵列控制电路65A。例如，信号19A可被记录在介质(未示出)上，并在晚些时候被回放到第一阵列控制电路65A。

第一阵列控制值d还被供给到光图案模拟器66。光图案模拟器66确定模拟的光图案B。第二阵列控制值产生器68基于模拟光图案B和希望的图像

产生第二阵列控制值p。例如，由模拟器66确定的光图案B也可被第一阵列控制器值产生器62使用以产生用于例如计算上述的Δd_j的B^(j)。

控制信号产生器64B产生被供给到第二阵列控制电路65B的控制信号19B。第二阵列控制电路65B根据第二阵列控制值p操作第二阵列14的像素。如上面参照信号19A说明的那样，数据19B可直接或在延迟之后被提供给第二阵列控制电路65B。

图6表示用于产生双重调制器显示器中的第一像素阵列的控制信号的示例性系统70。可以在通用数据处理器、逻辑电路(例如，配置的FPGA)、图形处理器或它们的一些组合上执行的软件实现图6中的功能框。希望的图像

被提供给实始控制值产生器72。初始控制值产生器72产生初始控制值d。初始控制值产生器72可根据上述的方法产生控制值d。初始控制值产生器72可在产生初始控制值d的过程中产生希望的光图案

控制值d被提供给光图案模拟器74。光图案模拟器74确定模拟的光图案B。模拟的光图案B与希望的图像

一起被提供给控制值调整产生器76。控制值调整产生器76产生控制信号调整量Δd。控制值调整产生器76可根据上述的方法产生各控制值d_j的控制信号调整量Δd_j。控制信号调整量Δd与初始控制值d组合以产生调整的控制值d+Δd。

本发明的某些实现包含执行使处理器执行本发明的方法的软件指令的计算机处理器。例如，输出包含供双重调制器显示器使用的控制信号19A和19B的信号的显示器控制器中的一个或更多个处理器或设备中的一个或更多个处理器可通过执行可访问处理器的程序存储器中的软件指令实现图3和图3A的方法。还可以以程序产品的形式提供本发明。程序产品可包含承载包含指令的一组计算机可读信号的任何介质，这些指令在被数据处理器执行时使数据处理器执行本发明的方法。根据本发明的程序产品可采取各种各样的形式中的任一种。程序产品可包含例如诸如包含软盘、硬盘驱动器的磁性数据存储介质、包含CD ROM、DVD的光学数据存储介质或包含ROM、闪速RAM的电子数据存储介质等的介质。可任选地对程序产品上的计算机可读信号进行压缩或加密。

在以上提到某一部件(例如，软件模块、处理器、组件、器件、电路等)的情况下，除非另外指示，否则，提到该部件(包含提到“装置”)应被解释为，作为该部件的等同物，包含执行所述部件的功能(即，在功能上是等同的)的任何部件、包含在结构上与不公开的结构等同但执行本发明的示出的示例性实施例中的功能的部件。

本领域技术人员很容易理解，鉴于以上的公开，在不背离本发明的精神或范围的条件下，在本发明的实施中许多的变更和修改是可能的。例如，

●可以响应图像数据18(例如，可包含视频数据)实时产生控制信号19A和19B，或者可以事先产生这些控制信号。

因此，应根据由以下的权利要求限定的内容解释本发明的范围。

Claims (19)

1.一种用于产生双重调制器显示器中的第一像素阵列中的像素的控制值的方法，所述双重调制器显示器包含第一像素阵列和被第一像素阵列照亮的第二像素阵列，所述第一像素阵列被配置为在第二像素阵列上产生光的可控图案，该方法包括：

从限定希望的图像的图像数据产生希望的光图案和初始的控制值集合；和

通过对于某一像素确定趋于减少与所述像素对应的位置上的希望的光图案和被估计为响应控制值集合而产生的光图案之间的差异的控制值调整量Δd_j，改进初始的控制值集合，

其中，Δd_j是下式或其数学等同式的解：

$\frac{\stackrel{\‾}{I}-{\mathrm{\Δd}}_j{W}_j}{\mathrm{Wd}}=\mathrm{\α}$

其中，

是希望的图像的亮度；Wd是被估计为响应控制值集合而产生的光图案；α是常数；以及W_j是像素的点传播函数与位于所述像素上的迪拉克δ函数的卷积。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，改进控制值集合包含对于多个像素顺序执行以下过程：

通过对于所述像素确定趋于减少与所述像素对应的点上的希望的光图案和被估计为响应控制值集合而产生的光图案之间的差异的控制值调整量Δd_j，处理所述像素。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，以扫描线的次序执行像素的处理。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，α具有等于所述第二像素阵列中的像素的控制值p的集合的最佳范围的中点的值。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，α为0.5。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，α具有至少部分基于所述像素的局部邻近区域中的希望的光图案选择的值。

7.根据权利要求2所述的方法，其中，确定Δd_j包含：应用在已被处理的像素和还没有被处理的像素之间进行区分的过滤。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，应用过滤包含：乘以对于已被处理的像素具有一个符号并且对于还没有被处理的像素具有相反的符号的过滤函数。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，在两次或更多次迭代中执行初始的控制值集合的改进。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，图像数据包含视频数据，并且实时执行该方法。

11.根据权利要求2所述的方法，包括确定被估计为响应控制值集合而以低于图像数据的分辨率的分辨率产生的光图案。

12.根据权利要求2所述的方法，包括通过由像素的点传播函数卷积提供有控制值集合时的像素的强度，确定被估计为响应控制值集合而产生的光图案。

13.根据权利要求12所述的方法，包括截断像素中的至少一个像素的点传播函数，并且，对于具有截断的点传播函数的各像素，对于截断边界之外的像素，向被估计为响应控制值集合而产生的光图案添加值u以代表作为截断的结果没有被考虑的光。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，Δd_j由下式或其数学等同式确定：

${\mathrm{\Δd}}_j=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{x,y}{S}_j\stackrel{\‾}{I}{M}_j-\mathrm{\α}{\mathrm{\Σ}}_{x,y}{S}_j{B}^{\left(j\right)}{M}_j}{{\mathrm{\Σ}}_{x,y}{S}_j^2{M}_j}$

其中，S_j是像素的点传播图像的纹理泼溅处理；M_j是在围绕像素的位置的区域中具有值1并在其它的区域中具有值0的掩盖函数；以及B^(j)是被估计为在该像素上响应控制值集合而产生的光图案的值。

15.根据权利要求1所述的方法，包含产生希望的光图案和初始的控制值集合，使得被估计为在所述第二像素阵列中的像素上产生的光图案的强度以第二像素阵列的像素的调制范围内的量超过希望的图像的相应位置的强度。

16.一种用于产生双重调制器显示器中的第一像素阵列中的像素的控制值的系统，所述双重调制器显示器包含第一像素阵列和被第一像素阵列照亮的第二像素阵列，所述第一像素阵列被配置为在第二像素阵列上产生光的可控图案，该系统包括：

用于基于希望的图像产生初始的控制值集合的初始控制值产生器；

用于产生期望在用初始的控制值集合控制第一像素阵列时产生的模拟光图案的光图案模拟器；和

用于对于某一像素产生趋于减少与所述像素对应的位置上的模拟光图案和希望的图像之间的差异的控制值调整量Δd_j的控制值调整量产生器，

其中，Δd_j是下式或其数学等同式的解：

$\frac{\stackrel{\‾}{I}-{\mathrm{\Δd}}_j{W}_j}{\mathrm{Wd}}=\mathrm{\α}$

其中，

是希望的图像的亮度；Wd是模拟光图案；α是常数；以及W_j是像素的点传播函数与位于所述像素上的迪拉克δ函数的卷积。

17.根据权利要求16所述的系统，其中，初始控制值产生器在产生初始的控制值集合之前产生希望的光图案。

18.根据权利要求16所述的系统，其中，控制值调整量产生器对于第一像素阵列中的多个像素产生控制值调整量Δd的集合。

19.根据权利要求18所述的系统，其中，控制值调整量产生器顺序产生控制值调整量Δd的集合。

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