CN102005171A - 图像显示装置及其亮度控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种图像显示装置及其亮度控制方法，包括：显示板；计算电路，其对将显示在显示板上的视频信号的每个帧计算亮度控制值，所述亮度控制值是用于控制显示亮度的参数；和亮度控制电路，其使用由计算电路计算的亮度控制值来控制帧的显示亮度。当视频信号为其中一副图像由多个帧构成的视频信号时，亮度控制电路将相同的亮度控制值施加于构成一副图像的多个帧，或者将施加于构成一副图像的多个帧的亮度控制值的差异降低到低于预先确定的值。

Description

图像显示装置及其亮度控制方法
技术领域
本发明涉及图像显示装置的亮度控制。
背景技术
可用的平板式(flat type)图像显示装置具有在其中多个显示元件按矩阵布置的显示板。这种类型的图像显示装置中的一些图像显示装置具有亮度控制电路，所述亮度控制电路根据每个帧的亮度将图像数据乘以增益(亮度控制值)，以适应性地(adaptively)控制显示亮度。日本专利申请公开No.2003-233344公开了一种装入(enclosing)了校正电路的图像显示装置，其中，将图像数据乘以增益，以使得校正之后的图像数据被限制到最佳范围。日本专利申请公开No.2000-250463公开了一种通过根据输入图像数据的平均图片级别将图像数据乘以增益来控制显示亮度的构造(configuration)。
最近随着显示技术发展，不仅清晰度较高的图像显示技术，而且三维图像显示(3D)技术也开始看到实际使用。日本专利申请公开No.2000-275575公开了3D图像显示的示例。根据这种构造示例，通过交替地显示用于左眼的帧和用于右眼的帧并使用液晶快门眼镜(shutter glasses)仅显示与眼睛相应的帧来在视觉上构建3D图像。如这种3D图像显示示例所代表的那样，当前开始看到了其中一副图像由多个帧构成的视频信号。
发明内容
如果对其中一副图像由多个帧构成的视频信号执行传统的适应性亮度控制，则出现以下问题。根据传统方法，如图1B所示，基于构成一副图像的帧组的每个帧的亮度分别计算增益(亮度控制值)。因此，可将不同的增益施加于每个帧，动态亮度范围可根据帧而不同。在这样的情况下，构成一副图像的各帧之间的亮度平衡与输入的原始图像不同，它可使得显示图像的观看者感到不自然。
本发明提供一种适当地控制其中一副图像由多个帧构成的视频信号的显示亮度的技术。
第一方面，本发明提供一种图像显示装置，该图像显示装置包括：显示板；计算电路，其对将显示在显示板上的视频信号的每个帧计算亮度控制值，所述亮度控制值是用于控制显示亮度的参数；和亮度控制电路，其使用计算电路所计算的亮度控制值来控制帧的显示亮度，其中，当视频信号为其中一副图像由多个帧构成的视频信号时，亮度控制电路将相同的亮度控制值施加于构成一副图像的多个帧，或者将施加于构成一幅图像的多个帧的各亮度控制值的差异降低到低于预先确定的值。
第二方面，本发明提供一种用于具有显示板的图像显示装置的亮度控制方法，该方法包括：计算步骤，用于对将显示在显示板上的视频信号的每个帧计算亮度控制值，所述亮度控制值是用于控制显示亮度的参数；和亮度控制步骤，用于使用在计算步骤中计算的亮度控制值控制帧的显示亮度，其中，当视频信号为其中一副图像由多个帧构成的视频信号时，在亮度控制步骤中，将相同的亮度控制值施加于构成一幅图像的多个帧，或者将施加于构成一副图像的多个帧的各亮度控制值的差异降低到低于预先确定的值。
根据本发明，可适当地控制其中一副图像由多个帧构成的视频信号的显示亮度。
根据以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的进一步的特征将变得清晰。
附图说明
图1A是描绘本发明的实施例1的亮度控制电路的构造的框图，图1B是描绘普通适应性亮度控制的示图，以及图1C是描绘实施例1的亮度控制的示图；
图2A和图2B是描绘视频信号的示例的示图；
图3A是描绘亮度控制值计算电路的构造的框图，以及图3B是描绘亮度控制方法的示图；
图4是描绘显示板的构造的示图；
图5A是描绘本发明的实施例2的亮度控制电路的构造的框图，图5B是描绘普通适应性亮度控制的示图，以及图5C是描绘实施例2的亮度控制的示图；
图6A和图6B是描绘本发明的实施例3的视频信号的示例的示图；
图7A和图7B是描绘本发明的实施例4的视频信号的示例的示图，以及图7C显示快门眼镜的操作；和
图8A是描绘普通适应性亮度控制的示图，以及图8B是描绘本发明的实施例4的亮度控制的示图。
具体实施方式
本发明涉及一种具有显示板的平板式图像显示装置，在显示板中，多个显示元件按矩阵布置。平板式图像显示装置的示例为电子束显示装置、等离子体显示装置、液晶显示装置和有机EL显示装置，并且本发明可应用于这些显示装置中的任何类型。例如，电子束显示装置的显示板通常包括后板和面板，多个电子发射器件(冷阴极器件)按矩阵布置在后板上，在面板上布置了荧光体(phosphor)。电子发射器件的示例为表面传导电子发射器件、场发射型电子发射器件和MIM型电子发射器件。场发射式的示例为Spindt型、GNF(石墨纳米纤维)型和CNT(纳米碳管)型。
本发明的图像显示装置具有显示板(例如，图1A中的7)、计算电路(3)和亮度控制电路(1)，计算电路(3)计算用于视频信号的每个帧的亮度控制值，亮度控制电路(1)使用亮度控制值控制相应帧的显示亮度。这里，计算电路基于帧的数据(像素值、亮度值)来计算(检测)帧的亮度代表值，并基于该亮度代表值来计算亮度控制值(增益)，所述亮度控制值(增益)为用于控制显示亮度的参数。亮度代表值例如为一帧中的亮度的最大值、最小值或平均值(也称为“平均图片级别(APL)”)。这些值也可称为亮度的特征值或者亮度的统计值。亮度控制电路通过将帧的数据乘以亮度控制值(增益)来调整显示亮度。通过像这样根据帧的亮度(亮度代表值)使用增益来控制帧的显示亮度也称为“适应性亮度控制”。
对于普通的视频信号，亮度控制电路执行普通的适应性亮度控制，并更新用于每个帧的亮度控制值。对于其中一副图像由多个帧构成的视频信号，亮度控制电路或者将相同的亮度控制值施加于构成一副图像的多个帧，或者将施加于多个帧的各亮度控制值的差异降低到低于预先确定的值。所述“预先确定的值”被设为使得观看者不能在视觉上识别出多个帧的亮度平衡在亮度控制之前和之后发生了改变的值。所述预先确定的值可以是通过实验确定的固定值，或者可以是根据多个帧的亮度代表值而改变的值。例如，由于人眼对低亮度范围中的亮度变化敏感，所以，随着图像变得较暗，可将所述“预先确定的值”设得较低。根据本发明人的实验，如果施加于多个帧中的每个帧的亮度控制值的变化为1％或者更小，则获得良好的结果。
根据这种构造，可通过将相同或者基本相同的亮度控制值用于构成一幅图像的多个帧来维持所述多个帧之间的亮度平衡。因此，可抑制显示图像的不自然和质量下降。
其中一副图像由多个帧构成的视频信号的示例如下。
(1)用于三维显示的视频信号，在该视频信号中，一副图像由用于左眼的帧和用于右眼的帧构成(参见图7A)。
(2)其中内插帧(interpolation frame)被插入(insert)在原始视频信号的原始帧之间的视频信号(参见图2A)。在这种情况下，认为一副图像由原始帧和内插帧构成。内插帧可以是原始帧的复制(duplicate)，或者可以是通过内插前后的原始帧而获得的帧。可插入多个内插帧。
(3)通过将原始视频信号的原始帧的亮度划分(分布)成多个连续帧(按时间序列的帧)而获得的视频信号。图2B是由子帧(sub-frame)和主帧(main frame)构成一副图像的示例，通过对原始帧进行低通滤波或者降低原始帧的亮度来生成子帧，通过从原始帧减去子帧来获得主帧。在一些情况下，可将一个原始帧划分成三个或更多个帧。
优选地，通过逐行扫描(progressive scanning)来显示构成一副图像的多个帧中的每个帧。在隔行扫描(interlace scanning)的情况下，认为奇数场和偶数场的组合是一帧。
可通过各种方法来计算统一地施加于多个帧的“相同亮度控制值”。例如，相同亮度控制值可以是根据构成一副图像的多个帧中的一个帧(通常是第一帧)上的数据而计算的亮度控制值。相同亮度控制值还可以是分别基于构成一副图像的多个帧的数据而计算的多个亮度控制值的最大值、最小值或其它统计值。
(实施例1)
图1A是描绘根据实施例1的亮度控制电路的构造的框图。以下将显示这种构造中的基本信号流。
图像输入S01首先输入到逆Y(gamma)处理电路10，并被变换成相对于亮度呈线性，以便变成图像数据S04。通过在亮度控制电路1中将图像数据S04乘以亮度控制值S05来对图像数据S04执行亮度控制处理，以便变成图像数据S02。图像处理电路2将图像数据S02变换成对于显示板7为最佳的驱动数据S03，并将驱动数据S03输出到显示板7。驱动数据S03还输入到亮度控制值计算电路3。亮度控制值计算电路3通过输入的驱动数据S03和帧识别信号S07计算亮度控制值S05，并将计算的亮度控制值S05输出到亮度控制电路1。亮度控制电路1使用计算的亮度控制值S05对下一个图像数据S04执行亮度控制处理。这种构造为反馈式(feedback type)亮度控制电路，在其中，帧中确定的亮度控制值不是在该帧中被乘，而是在下一帧中被乘。这里，利用帧之间的数据的相关性。
基于驱动数据计算亮度控制值的优点是，可计算亮度控制值，以使得帧的驱动数据的最大值可以为一个水平周期中的最大驱动数据。图3A是描绘亮度控制值计算电路3的操作的框图。亮度控制值计算电路3从输入的驱动数据S03检测一帧中的驱动数据的最大值。将可通过一个水平周期确定的可驱动最大值除以检测到的一帧中的最大值，以获得商(quotient)。通过将获得的商乘以先前的亮度控制值，获得新的亮度控制值S05。从而如图3B所示，可控制亮度，以使得帧中的最大值变成基本上与面板可驱动的最大值相同，并且显示亮度可被增大。在本实施例中，为了抑制帧之间的亮度控制值的剧烈变化，在输出单元中布置低通滤波器(LPF)。
图4是描绘显示板的框图。显示板7具有按矩阵排列的多个显示元件8。通过多根扫描布线和多根调制布线按简单的矩阵对多个显示元件8进行布线。定时生成电路4基于输入的垂直同步信号和水平同步信号生成用于驱动驱动器的定时信号S06。扫描布线驱动器5和调制布线驱动器6分别基于用于驱动驱动器的定时信号S06和驱动数据S03来驱动显示板7的扫描布线和调制布线，以使得存在于这些布线的每个交叉点处的显示元件8发光。此时，根据驱动数据S03的值对将施加于显示元件8的驱动信号的脉冲宽度和/或振幅(扫描布线和调制布线的电势差)进行控制，以使得显示元件8以期望的显示亮度发光。从而，在显示板7上显示图像。
现在，考虑其中一副图像由多个帧构成的视频信号被输入到图1A中的电路时的情况。
图1B是描绘当在上述电路中执行普通的适应性亮度控制时的操作的示图。图1B中的图像数据S02和S04的纵坐标表示亮度，横坐标表示时间。虚线表示亮度范围(可被驱动的最大值)，矩形部分表示帧中的像素的亮度。在本实施例中，一副图像由两个帧构成。第n图像中的第一帧表示为“n-1”，以及它的第二帧表示为“n-2”。
使用基于帧1-1中的驱动数据计算的亮度控制值C1对帧1-2执行亮度控制，并使用基于帧1-2中的驱动数据计算的亮度控制值C2对帧2-1执行亮度控制。以这种方式，基于将输出的帧中的数据S03计算亮度控制值S05，并通过将下一输入帧中的数据S04乘以这个亮度控制值S05来获得图像数据S02。
然而，通过这种方法，在构成一幅图像的帧组内计算各个亮度控制值。因此，如果使用这些亮度控制值执行亮度控制，则构成一副图像的帧组中的帧之间的亮度平衡(亮度比)可改变。在图1B中的示例的情况下，帧1-1和帧1-2的亮度平衡在亮度调整之前的图像数据S04和亮度调整之后的图像数据S02之间大大地不同。这种类型的亮度平衡变化引起显示图像的质量的降低，因此是不期望的。
因此，在本实施例中，如图1C所示，使用基于构成一副图像的帧组中的主帧(第一帧)计算的亮度控制值对该帧组中的所有帧执行亮度控制。
帧识别信号S07输入到亮度控制值计算电路3。帧识别信号S07为这样的信号，其在输入主帧的数据时的期间中变成高，并且在输入其它帧的数据时的期间中变成低。亮度控制值计算电路3通过这个帧识别信号S07确定数据是否与主帧相关，并且仅当数据与主帧相关时才计算亮度控制值。由亮度控制值计算电路3基于主帧1-1计算的亮度控制值C2输出到亮度控制电路1，并被保持，直到输出新的亮度控制值为止。
亮度控制电路1将基于前面的图像计算的亮度控制值C1施加于帧1-1和帧1-2。当下一帧2-1输入时，亮度控制电路1将亮度控制值C1更新为亮度控制值C2，并将亮度控制值C2施加于帧2-1和帧2-2。通过这种方法，将相同的亮度控制值施加于构成一副图像的多个帧。因此，如图1C所示，可在亮度控制之前和之后维持帧之间的亮度平衡，并且即使对于其中一幅图像由多个帧构成的视频信号，也可实现高明亮度和高质量的图像显示。
帧识别信号S07不限于图1C中的示例。例如，帧识别信号可以是表示主帧的开头的短脉冲，或者在主帧中变成低、并且在子帧中变成高的信号。
在本实施例中，设置亮度控制值，以使得相同的值用于主帧和子帧，但是本发明不限于此，并且本发明人发现，即使限制主帧和子帧之间的亮度控制值的变化，也实现类似的效果。如果亮度控制值的变化为1％或者更小，则结果特别理想。具体地讲，亮度控制值计算电路3计算用于主帧和子帧的亮度控制值，并且如果主帧和子帧之间的亮度控制值的变化超过预先确定的值(例如1％)，则对子帧和/或主帧的控制值进行校正。
在本实施例中，亮度控制值计算电路3确定帧的类型是否是主帧，并且仅当它为主帧时才计算亮度控制值。然而，也可接受的是：亮度控制值计算电路3对于所有帧计算亮度控制值，并且亮度控制电路1基于帧识别信号S07确定帧的类型，并将相同的亮度控制值施加于主帧和子帧。通过这种构造，也可获得与上述实施例类似的功能效果。如果亮度控制值的输入数据和输出之间的延迟恒定并且已知(例如，将被乘的帧总是下一帧时的情况)，则可省略将从亮度控制值计算电路3输出到亮度控制电路1的部分中的帧识别信号S07。
(实施例2)
实施例1显示了反馈式亮度控制处理，而实施例2显示将本发明应用于前馈式(feed forward type)亮度控制处理的情况。亮度控制值的内容及其计算和相乘的方法可与实施例1相同。
图5A是描绘执行前馈式亮度控制处理的电路的框图。图像输入S01为其中一副图像由多个帧构成的视频信号。逆Y处理电路10首先将图像输入S01变换成相对于亮度呈线性，以便变成图像数据S04。图像处理电路2将图像数据S04变换成对于显示板7是最佳的驱动数据S03。驱动数据S03输入到亮度控制电路1和亮度控制值计算电路3。
亮度控制值计算电路3基于输入的驱动数据S03和帧识别信号S07计算亮度控制值S05，并将计算的亮度控制值S05输出到亮度控制电路1。亮度控制电路1使用亮度控制值计算电路3计算的亮度控制值S05对驱动数据S03执行亮度控制，并且亮度受控的驱动数据S09输出到显示板7。
图5B是描绘当在上述电路中执行普通的适应性亮度控制时的操作的示图。从帧1-1中的驱动数据计算的亮度控制值C1和从帧1-2计算的亮度控制值C2不总是相同。因此，正如实施例1一样，由于亮度平衡的变化而引起的显示质量下降的问题可发生。
因此，在本实施例中，如图5C所示，使用基于帧组的主帧计算的亮度控制值对构成一副图像的帧组中的所有帧执行亮度控制。由于这种方法允许将相同的亮度控制值施加于构成一副图像的多个帧，所以维持了帧之间的亮度平衡，并且可实现高亮度和高质量的图像显示。
(实施例3)
在保持式(hold type)显示装置(例如液晶显示器)的情况下，为了减少运动模糊，可将低亮度图像插入在原始帧之间，或者可通过转换帧速率来执行双速驱动。通过将相同或者基本相同的亮度控制值施加于一组相关的帧，在这样的情况下也可实现与上述实施例类似的效果。
图6A和图6B显示日本专利申请公开No.2004-240317中公开的驱动方法的示例。图6A显示原始图像数据，图6B显示将写入像素中的图像数据。纵坐标表示亮度，横坐标表示时间。根据此驱动方法，将一个帧周期P0划分成第一期间P1和第二期间P2，并且在第一期间P1中集中地(intensively)写入将在这一个帧周期中写入像素中的数据。此时，写入像素的值被设为原始图像数据的亮度值的两倍，以使得整个图像的亮度不降低。仅当两倍值超过可显示的范围时，才在第二期间P2中写入超出值。在通过此处理生成的图像数据中，一副原始图像由多个帧构成，并且帧之间的亮度差异大。在图6B中，原始图像F3由帧F31和帧F32构成，并且原始图像F6由帧F61和帧F62构成。
在此图像数据的情况下，可能的是：基于第一期间中的帧(F31)计算的亮度控制值和基于第二期间中的帧(F32)计算的亮度控制值大大地不同。因此，在普通的适应性亮度控制的情况下，正如上述各实施例一样，可发生由于亮度平衡变化而引起的显示质量下降的问题。
因此，在本实施例中，通过对于第一期间中的帧和第二期间中的帧都施加从第一期间中的帧计算的亮度控制值来执行亮度控制。由于这种方法允许将相同的亮度控制值施加于构成一副图像的多个帧，所以帧之间的亮度平衡被保持，并可实现高亮度和高质量的图像显示。
(实施例4)
实施例4显示输入用于三维显示的视频信号的情况。电路构造、亮度控制值的内容及其计算和相乘方法可与上述实施例之一相同。
图7A、图7B和图7C显示3D显示方法的示例。如图7A和图7B所示，一副3D图像由两个帧(用于左眼的帧和用于右眼的帧)构成，并且交替显示用于左眼的帧和用于右眼的帧。如图7C所示，通过使用快门眼镜用左眼观看用于左眼的帧以及用右眼观看用于右眼的帧，可在视觉上构造3D图像。
图8A是描绘当执行普通的适应性亮度控制时的操作和问题的示图。在3D显示的情况下，为了表现视差(parallax)，用于左眼的帧和用于右眼的帧稍微不同。因此，从各个帧计算的亮度控制值不总是相同。因此，正如实施例1一样，可发生由于亮度平衡变化而引起的显示质量下降的问题。此外，如果用于左眼的帧和用于右眼的帧之间的亮度差异大，则可看见闪烁效应(称为闪烁)，或者可发生3D显示失败。
图8B显示本实施例的亮度控制操作。在本实施例中，将基于用于右眼的帧计算的亮度控制值施加于用于右眼的帧和用于左眼的帧这二者。由于这种方法允许将相同的亮度控制值施加于构成3D图像的两个帧，所以帧之间的亮度平衡被保持，并且可实现高亮度和高质量的3D显示。
(实施例5)
在频繁用于电影内容的24fps(帧/秒)视频图像的情况下，为了解决运动模糊和闪烁的问题，可将多个内插帧插入在原始帧之间，由此以比原始图像高的帧速率执行显示操作。例如，在插入两个内插帧的情况下，帧速率为72fps，在插入三个内插帧的情况下，帧速率为96fps，以及在插入四个内插帧的情况下，帧速率为120fps。在这种情况下，帧之间的亮度平衡同样也保持，并可通过将相同或者基本相同的亮度控制值施加于由原始帧和多个内插帧构成的帧组来实现高亮度和高质量的图像显示。
尽管已参照示例性实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释，以包括所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (7)

1.一种图像显示装置，包括：
显示板；
计算电路，所述计算电路对将显示在显示板上的视频信号的每个帧计算亮度控制值，所述亮度控制值是用于控制显示亮度的参数；和
亮度控制电路，所述亮度控制电路使用所述计算电路计算的亮度控制值来控制帧的显示亮度，其中，
当视频信号为其中一副图像由多个帧构成的视频信号时，所述亮度控制电路将相同的亮度控制值施加于构成一副图像的所述多个帧，或者将施加于构成一幅图像的所述多个帧的各亮度控制值的差异降低到低于预先确定的值。
2.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，
其中一副图像由多个帧构成的视频信号为用于三维显示的视频信号，在所述用于三维显示的视频信号中，一副图像由用于左眼的帧和用于右眼的帧构成。
3.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，
其中一副图像由多个帧构成的视频信号为通过将一个或多个内插帧插入在原始视频信号的原始帧之间而获得的视频信号，并且一副图像由所述原始帧与所述一个或多个内插帧构成。
4.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，
其中一副图像由多个帧构成的视频信号为通过将原始视频信号的原始帧的亮度划分到多个连续帧而获得的视频信号，并且一副图像由所述多个连续帧构成。
5.根据权利要求1至4中的任何一个所述的图像显示装置，其中，
亮度控制电路将相同的亮度控制值施加于构成一幅图像的多个帧，并且，
所述相同的亮度控制值为基于构成一副图像的多个帧之中的一个帧的数据计算的亮度控制值。
6.根据权利要求1至4中的任何一个所述的图像显示装置，其中，
亮度控制电路将相同的亮度控制值施加于构成一副图像的多个帧，并且
所述相同的亮度控制值为分别基于构成一副图像的多个帧的数据计算的多个亮度控制值的统计值。
7.一种用于具有显示板的图像显示装置的亮度控制方法，包括：
计算步骤，用于对将显示在显示板上的视频信号的每个帧计算亮度控制值，所述亮度控制值是用于控制显示亮度的参数；和
亮度控制步骤，用于使用在所述计算步骤中计算的亮度控制值控制帧的显示亮度，其中，
当视频信号为其中一副图像由多个帧构成的视频信号时，在所述亮度控制步骤中，将相同的亮度控制值施加于构成一幅图像的所述多个帧，或者将施加于构成一副图像的所述多个帧的各亮度控制值的差异降低到低于预先确定的值。
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