CN101821796B - 校正显示器中的可见斑失真 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种显示器，包括：向多个像素提供的至少一个灰度级；所述显示器使用所述灰度级来照亮每个所述像素。所述显示器对像素应用插值后的校正数据，以针对人类视觉系统通常可见的特征来减小所述显示器的斑效应，而不针对人类视觉系统通常不可见的特征来减小所述显示器的斑效应。

Description

校正显示器中的可见斑失真

技术领域

本发明涉及一种用于以高效方式减少显示图像中的斑(mura)缺陷的系统。

背景技术

液晶显示器、场致发光显示器、有机发光设备、等离子显示器和其他类型的显示器的数目正日益增加。这种显示器的日益增长的需求已经吸引了大量投资，以建立高质量生产设施来制造高质量显示器。尽管投资巨大，显示器产业仍主要依赖于由操作人员来执行显示器的最终测试和检查。这些操作人员对每个显示器进行视觉检查以检查缺陷，并基于操作人员的感知来接受或拒绝显示器。例如，这种检查包括基于像素的缺陷和基于区域的缺陷。所得到的检查质量依赖于操作人员个体，而操作人员可能较为主观并且容易出错。

“斑(mura)”缺陷是对比度类型的缺陷，在应当具有均匀的亮度时，一个或多个像素比周围像素更亮或更暗。例如，在显示预期的单调颜色区时，显示器组件中的各种缺陷可能导致不希望的亮度调制。斑缺陷也可以被称为“Alluk”缺陷，或通常被称为不均匀性缺陷。通常，这种对比度类型的缺陷可以被识别为“斑点”、“带”、“条”等。在制造过程中，许多阶段都有可能导致显示器上的斑缺陷。

在显示器上，斑缺陷可能表现为低频、高频、类噪声和/或非常结构化的图案。通常，一旦显示器制造完成，大多数斑缺陷往往在时间上是静态的。然而，一些依赖于时间的斑缺陷包括：像素缺陷、以及各种类型的非均匀老化、发黄和加速老化(burn in)。由于输入信号(如图像捕捉噪声等)而导致的显示器不均匀性偏差则不被认为是斑缺陷。

参考图1，由于显示器的各种组件，可能出现输入图像170(在其色调级上进行了调整160)的斑缺陷。光源(例如荧光管或发光二极管等)和漫射器150的组合导致亮度不均匀性，如在所产生的显示图像中与均匀场相对的非常低频的调制。由于沉积在玻璃上的LC(液晶)材料的不均匀性，LCD面板110本身可能是斑缺陷的来源。这种斑往往是低频的，具有强不对称性。这就是说，它可能由于单一方向上的一些较高频分量而出现条纹。斑缺陷的另一来源往往是驱动电路120、130、140(例如时钟噪声等)，驱动电路在显示器上引起类似栅格的失真。这些都可能影响LC的亮度对电压响应，并导致DAC参考电压非线性和电压域不均匀性。斑缺陷的另一来源是像素噪声，像素噪声主要是由于局部化驱动电路(例如薄膜晶体管等)中的变化而引起的，并且通常显现为固定图案噪声。

发明内容

一种显示器，包括：向所述显示器的多个像素提供的至少一个灰度级；所述显示器使用所述至少一个灰度级来照亮每个所述像素；所述显示器对所述像素应用插值校正数据，以针对人类视觉系统通常可见的特征来减小所述显示器的斑效应，并且不针对人类视觉系统通常不可见的特征来减小所述显示器的斑效应。

通过结合附图，考虑本发明的以下详细描述，将更容易理解本发明的上述和其他目的、特征和优点。

附图说明

图1示意了液晶设备和斑的来源。

图2示意了捕捉斑色调级。

图3示意了加载校正斑色调级。

图3示意了输入图像和所加载的斑校正色调级。

图5示意了对比度敏感度函数的视角相关性。

图6示意了用于减弱斑校正以维持较高动态范围的对比度敏感模型。

图7示意了在使用和不使用对比度敏感模型的情况下的斑校正示例。

图8示意了未校正的原始亮度。

图9示意了简单直接(brute force)的斑校正。

图10示意了单图像斑校正。

图11示意了单图像斑校正的Δ曲线。

图12示意了简单直接的斑校正的Δ曲线。

图13示意了未校正的原始亮度。

图14示意了多图像斑校正。

图15示意了多图像斑校正的Δ曲线。

图16示意了斑校正的方框图。

图17示意了用于实现斑校正技术的方法。

具体实施方式

显示器组件的持续质量改进减少了斑缺陷，但不幸的是，斑缺陷仍存在于最好的显示器上。参照图1，由于斑的来源在不同的亮度域中出现，因此斑缺陷的识别不是直接的。由亮度源导致的斑出现在线性亮度域中。为了补偿来自线性域的这种效应，以斑对LCD亮度图像进行划分，然后，将LCD亮度图像重新归一化至所需的最大等级。还可以通过在对数域中的相加来补偿线性域中的这种效应。不幸的是，在LCD码值空间中，在图像的图像域上显示的数据既不是线性亮度也不是对数亮度。相应地，为了校正基于亮度的斑，应当将LCD图像数据转换为这些域中的任一个以进行校正。

由于薄膜晶体管噪声和驱动器电路而导致的斑缺陷不出现在亮度域中，而是出现在电压域中。该结果在LCD响应曲线(通常是亮度的S形函数)中表现出来。

由于液晶材料的变化而导致的斑效应的变化出现在另一域中，取决于变化是由于液晶材料的厚度导致的，还是由于其在显示器上变化的有源衰减属性导致的。

与针对其不同域中的每个不均匀性来进行校正相比，更为简单直接(brute force)的方式是针对显示器的每个像素测量所产生的色调级。低频斑不均匀性、和较高频固定图案斑不均匀性将显现为所显示的色调级的失真。例如，在码值域中的加性失真将表现为受这种失真影响的像素的色调级中的垂直偏移。在对数域中为加性的、基于亮度的失真将表现为色调级中的非线性相加。通过测量每个像素的色调级，其中色调级是从码值至亮度的映射，系统可以将不同域中出现的问题反映到码值域。如果强制每个像素的色调级相同(或实质上相同)，则在每个灰度级，所有像素将具有相同(或实质上相同)的亮度，因此，可以将斑减少至0(或实质上为0)。

概括而言，参考图2，可以将用于检测和校正斑缺陷的过程作为一组步骤来执行。首先，对于均匀测试输入图像220，创建校正色调级的捕捉和产生230、240，可以以查找表的形式来表示校正色调级。其次，参考图3，可以将校正色调级应用至对显示器的帧缓冲存储器进行操作的斑查找表310。第三，参考图4，在显示器上进行显示之前，使用显示器来接收利用斑查找表310修正的图像数据170。

第一步骤可以使用图像捕捉设备(如摄像机等)来捕捉斑，作为灰度级的函数。摄像机的分辨率应大于或等于显示器的分辨率，使得摄像机图像中有至少一个像素与每个显示器像素相对应。对于高分辨率显示器或低分辨率摄像机，可以在显示器上逐步偏转摄像机以表征整个显示器。向显示器提供并显示在显示器上的优选测试图案包括均匀场(所有码值＝k)，并由摄像机捕捉。针对显示器色调级的所有码值(例如对于8比特/颜色显示器有256个码值)来进行测试图案和捕捉。可选地，可以使用色调级的子集，在这种情况下，典型地对未采样的色调值进行插值。

对捕捉的图像进行组合，从而针对每个像素产生跨越其显示范围的色调级(或其子集)。如果显示器不存在斑，则校正斑色调级将全部相同。针对每个像素的校正色调级被确定为使得校正色调级与系统不均匀性组合在一起提供了所产生的、在显示器上实质上均匀的色调级。首先，在对显示器进行测量之前，可以将斑校正色调级查找表中的值设置为单位值。在针对每个像素确定了校正斑色调级值之后，如图4所示，将其加载入显示器存储器。使用所加载的斑校正色调级数据，任何单调的场将显得均匀，甚至将可能在呈梯度的背景上不可见的斑(如天空梯度)也设置为0。

用于在显示器中实现这种斑校正技术的方法见图17。该方法包括：向显示器的多个像素提供至少一个灰度级；使用至少一个灰度级来照亮每个像素；以及针对像素应用插值校正数据，以减小显示器的斑效应。

尽管这种斑减少技术对减小显示器不均匀性有效，但是它往往减小了动态范围(即亮度等级的最大值与最小值之比)。此外，动态范围的减小还取决于依显示器而变化的斑的等级，因此使所产生的显示器动态范围可变。例如，在显示器左侧的斑可能不如显示器右侧的斑亮。对于由于亮度不均匀性而导致的斑，这是典型情况，并且对于所有灰度级往往都是这种情况。由于斑校正不能使像素比其最大值更亮，斑校正的效果是降低左侧的亮度以匹配较暗侧的最大值，使其突出亮度值的中间范围。这可以通过使用加权函数来实现。此外，对于黑色等级，较暗的右侧至多可以匹配较亮的左侧的黑色等级。因此，校正后的最大值减小至显示器上最低的最大值，并且校正后的最小值提升至显示器上最亮的最小值，从而相对于原始校正的最大值和最小值突出该中间范围。因此，校正后的显示器的动态范围(例如log max-logmin)将小于左侧或右侧的任一范围，并因此小于未校正的显示器。针对其他非均匀性也出现动态范围的相同减小。作为示例，大幅值的固定图案噪声导致在斑校正后总动态范围的减小。

在图像捕捉设备的信噪比和斑校正查找表的比特深度之内，从像素中捕捉斑，然后使用查找表来校正斑，这一技术可能相对比较精确。然而，已经确定，考虑实际观看显示器的人类视觉系统的实际效应，可以得到比按其他方式所能产生的动态范围更大的动态范围。

作为示例，以某些改变可能对观看者不可见的方式来校正特定频率的一些斑效应。因此，显示器的动态范围减小，但观看者不能感知到显示图像的差异。作为示例，使图像上的左侧比右侧暗的轻微梯度可以被认为是斑效应。人类视觉系统对这种低频斑伪像具有非常低的敏感度，因此将其去除可能不是足够有利的。这就是说，通常而言，这种斑波形的幅度要较大才容易被观看者感知。如果斑失真通常对观看者而言不可感知，则尽管在物理上可测量，对其进行修正也毫无益处。

参照图5，人类视觉系统的一种测量方式是人眼的对比度敏感度函数(CSF)。这是可以使用的多个准则之一，使得仅校正容易对眼睛可见的斑。这具有以下益处：维持比图3～5所示的技术高的校正动态范围。

人类视觉系统的CSF是空间频率的函数，因此应当被映射至数字频率以用于减少斑。这种映射依赖于观看距离。CSF在形状、最大敏感度和带宽方面的变化是观看条件的函数，如光适配水平、显示器大小等。因此，应当针对与显示器及其预期观看条件相匹配的条件来选择CSF。

可以将CSF转换为点扩散函数(psf)，然后用于通过卷积对所捕捉的斑图像进行滤波。典型地，针对每个灰度级使用不同的点扩散函数。可以通过将CSF保留在频域中，并将斑图像转换至频域与CSF相乘来执行滤波，然后通过反傅立叶变换转换回空间域。

参考图6，示意了包括斑捕捉、校正斑色调级计算、滤波的CSF610、620以及斑校正色调级查找表在内的系统。图7示意了使用CSF来维持带宽的效果。

可以在每个和所有码值处对斑失真进行校正，针对8比特斑校正，码值将是大约255个不同数据集合。参照图8，针对显示器上的所选码值集合示意了每个码值处的亮度。在许多显示器中，趋向显示器边缘的亮度往往要低于显示器的中心。这可能部分由于显示器的边缘效应所致。参照图9，对于显示器的所有像素，针对每个和所有码值的简单直接的斑校正技术产生针对显示器上每个码值的直线亮度。注意，针对特定码值，所产生的亮度被选择为显示器的最小值。相应地，可以观察到，在显示器的特定区域的值实质上低于显示器的其他区域的情况下，结果是针对特定码值从显示器提供的亮度减小，以在显示器上具有均匀的亮度。

参照图10，为了增大显示器各部分的动态范围，期望确定针对特定码值(如码值63)的斑校正。因此，在码值63处，所产生的显示器上的斑将被校正或实质上校正。然后，将用于针对码值63进行校正的映射用作其余码值的基础，以确定合适的校正。所得到的码值将倾向于产生拱形的斑校正曲线。所得到的弯曲的斑曲线导致显示器各区域的动态范围增大，同时以难以观察到斑缺陷的方式来显示各个值。

在一些情况下，期望确定针对特定码值(如码值63)的斑校正，该斑校正包括由于滤波而得到的曲线。该滤波可以是低通滤波器，并且倾向于向中心凸出。弯曲的斑校正往往进一步保持了显示器的动态范围。该弯曲的斑校正可以类似地用于确定针对其余码值的斑校正。

应理解，斑校正还可以基于人类视觉系统。例如，所确定的一个或多个斑曲线可以基于人类视觉系统。此外，低通滤波后的曲线可以基于人类视觉系统。相应地，这里描述的任何技术可以全部或部分基于人类视觉系统。

用于针对每个和所有灰度级来校正斑的存储需求需要大量计算资源。期望提出用于校正斑的其他方法。一种另外的技术是使用单图像校正技术，该技术使用较少的存储器资源；另一种技术是使用多图像校正技术，该技术使用较少的存储器资源并具有改进的斑校正。从原始输入图像至斑校正的输出图像的转换应当以以下方式实现：实现灵活性、鲁棒性并且使用插值来实现校正的输出图像的高效创建。

单图像校正是一种显著降低存储需求的斑校正技术。与简单直接的校正相比，单图像校正仅校正一个灰度级的斑(例如，图4、5、6中的cv＝63)，而不是如简单直接的校正一样对每个灰度级的斑进行校正。简单直接的校正预期校正所有像素的每个灰度级。为了便于示意，图9仅示出了一些灰度级。

具体地，在单图像校正中，通过插值来确定除校正目标外其他灰度级的校正码值(Δcv)，其中假定在灰度级0(下限)和255(上限)处Δcv＝0，这是由于如图11所示，中间灰度级的斑更为可见。另一方面，如图12所示，从理论上说，简单直接的校正计算所有灰度级的校正码值。在一些情况下，除了中间灰度级外，还期望提供白斑校正(Δcv＝255)，以提供增加的均匀性。

在一些情况下，为了在维持动态范围并限制存储需求的同时提供更精确的斑校正，可以使用多斑校正技术。与简单直接的校正相比，如图13和14所示，多图像校正基于多个灰度级(例如，cv＝63和127)来校正斑。

参照图15，在多图像校正中，通过插值来确定其他非目标灰度级的校正码值(Δcv)，其中假定在灰度级0(下限)和255(上限)处Δcv＝0，这是由于中间灰度级的斑更为可见。一旦使用所提出的技术之一(如简单直接(Brute-Force)、单图像、多图像和基于HVS的校正)确定了目标灰度级的Δcv，就可以通过参考如图16所示的LUT(查找表)和插值来校正显示器的输入图像。

参照图16，斑校正系统的实现较为灵活，这是由于图像处理不依赖于每个面板的特性。此外，该系统具有适于其他斑校正技术的能力。色板可以将输入图像500分为R 510、G 520和B 530。可以使用亮度查找表540和颜色相关查找表550来选择用于相应像素的相应查找表内最接近的码值560、570、580。对所选码值进行插值600、610、620，以确定插值后的码值。然后，使用插值后的码值600、610、620来确定630、640、650针对相应像素进行何种调整。应理解，类似地，可以使用其他合适的颜色空间，例如YUV、HSV等。如果需要，可以使用比特深度扩展处理660。比特深度扩展处理660的输出与输入图像500相加670，以提供斑校正的输出图像680。比特深度扩展可以是ScottJ.Daly在美国专利申请公开No.US 2006/00038826、US 2004/0165115和US 2003/0164961中描述的多种技术中的任一种。

颜色斑校正的目的是使用基于颜色的LUT来校正颜色的不均匀性。相同的校正技术(例如简单直接(Brute-Force)的校正技术、基于HVS的校正技术、单图像校正技术、多图像校正技术)适用于使用颜色斑LUT。亮度斑校正与颜色斑校正之间的主要区别是使用着色的灰度级(例如(R，G，B)＝(t，0，0)，(0，t，0)，(0，0，t))来捕捉图像。如果显示器是RGB显示器，则数据大小为亮度校正数据的3倍。通过单独校正每个颜色因子，不仅可以实现亮度斑校正，还可以实现颜色斑校正。

显示器设备还可以包括用于在计算机系统上执行斑校正系统的计算机程序。这种控制程序存储在存储介质(如光盘或磁盘等)上。

包含内容数据和实现内容处理设备的功能的计算机程序在内的存储介质绝不应限于光盘(可以是CD-ROM(致密盘只读存储器)、MO(磁光盘)、MD(迷你盘)或者DVD(数字通用盘))或磁盘(可以是FD(软盘)或硬盘)。这种存储介质的示例包括：带(如磁带和卡带)；卡存储介质(如IC(集成电路)卡和光卡)；以及半导体存储器(如掩模ROM、EPROM(可擦除可编程ROM)、EEPROM(电可擦除可编程ROM)和闪存ROM)。然而，计算机系统需要具有读出设备，用于从这些存储介质中进行读取。

在上述说明书中所采用的术语和表述在其中用作描述术语而非限制，并且，在使用这些术语和表述时，不应排除所示和所描述的特征或其部分的等效物，可以认识到，本发明的范围仅由所附权利要求来进行限定和限制。

Claims (11)

1.一种在显示器中执行斑校正技术的装置，包括：

提供装置，用于向所述显示器的多个像素提供至少一个灰度级；

照亮装置，用于使用所述至少一个灰度级来照亮每个所述像素；

应用装置，用于对所述像素应用插值校正数据，以减小所述显示器的斑效应，

其中，通过插值来确定所述插值校正数据Δcv，其中假定在灰度级下限和灰度级上限处Δcv＝0。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，针对所述像素的所述插值校正数据针对人类视觉系统可见的特征来减小所述显示器的斑效应，而不针对人类视觉系统不可见的特征来减小所述显示器的斑效应。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述校正数据基于斑减少技术，所述斑减少技术相对于低范围和高范围突出中间范围。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其中，在所述显示器上显示的图像的动态范围大于在考虑人类视觉系统不可见的特征的情况下将具有的动态范围。

5.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述插值基于针对单一灰度级的数据集。

6.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述插值基于针对多个灰度级的数据集。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述多个灰度级少于所有可用灰度级。

8.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述插值基于针对不同颜色的不同数据集。

9.根据权利要求1或2所述的装置，其中，在显示器边缘的所述斑校正通常低于在显示器中心的所述斑校正。

10.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述灰度级包括比所述显示器的所有色调级少的色调级。

11.一种在显示器中执行斑校正技术的方法，包括：

向所述显示器的多个像素提供至少一个灰度级；

使用所述至少一个灰度级来照亮每个所述像素；

对所述像素应用插值校正数据，以减小所述显示器的斑效应，

其中，通过插值来确定所述插值校正数据Δcv，其中假定在灰度级下限和灰度级上限处Δcv＝0。

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