CN102318001B - 通过使用过驱动来减少显示设备中的伪像的设备与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在显示设备显示的包括多个像素的当前帧到后续帧的帧变换期间减少图像伪像的方法，其中通过在帧变换期间过驱动控制相关像素的像素饱和度的至少一个控制信号来减少伪像，其中依赖于亮度阶距的量值来实现过驱动，所述亮度阶距为当前帧中的像素的指定的起始亮值与后续帧中的像素的指定的目标亮度值之间的阶距。

Description

通过使用过驱动来减少显示设备中的伪像的设备与方法
技术领域
本发明涉及显示设备、用于控制显示设备操作的控制器、驱动显示设备的软件与方法。具体地，本发明涉及显示设备、用于控制显示设备操作的控制器、用于在帧变换期间通过过驱动至少一个控制信号来减少显示器显示的包括多个像素的当前帧到后续帧的帧变换期间的图像伪像的软件与方法。
发明背景
在现代医疗设备中，利用类似于液晶显示设备(LCD设备)的显示设备的高质量医疗成像比以往任何时候都重要。将LCD设备的液晶显示面板(LCD面板)的每一个像素假设为一组值中的离散亮度值(光度值)，如比特深度为10比特的一组值[0...1023]，其中三个这种像素，即红(R)、绿(G)和蓝(B)像素的像素组，在每个帧时间段更新。液晶显示器受困于像素的慢的响应时间。像素需要数个帧时间段才能自然地达到组中所需的饱和度目标值。在静态图像的情况下，这不是问题，因为最终液晶显示面板的像素达到其目标值然后该图像在很长一段时间都是稳定的。不过在医学成像中运动图像也越来越多地用于诊断。一些示例是对于计算机断层照相法(CT)或MRI影像(MRI：磁共振成像)的层叠读取，或超声波的使用。
全身的计算机断层照相法扫描可得到多达3000张片子。很清楚放射科医生想要快速浏览如此数量巨大的图像组，而仅仅仔细观察特定的片子，例如，当在浏览时探测到了某可疑物体时。在不久的将来将会允许层析X射线照相组合(tomosynthesis)。在层析X射线照相组合中，乳房X线检查人员将在一组+/-50片中寻找隐约、细小的图像特征。由于他们希望在一到两秒中对整个组做一个初步扫描，浏览速度将在每秒5-10片之间。
研究显示在诸如标准5兆像素(5MP)的乳房X线检查显示设备之类的一般的医学显示器上以每秒十张片子的速度读取可导致高达10％的医疗准确率下降。这种下降的量值是不可接受的。这样的下降的理由是像素(如LCD像素)的缓慢的响应在显示移动图像时引入了“动态模糊”。
LCD像素缓慢的响应速度是众所周知的难题。并且，作为解决办法，已经有人提出在从当前帧到后续帧的帧变换期间过驱动。如果以常规方式驱动显示器像素的亮度，可能需要经过数个后续帧该像素才能达到其中一个后续帧的目标亮度。过驱动是指暂时地施加过驱动信号，从而像素将更快地达到其指定的后续亮度水平，理想地是在单个帧变换内达到。
医学图像具有其自身的特性。一般，医学图像的噪声相当多，这意味着两个连续图像之间的改变可能仅仅是由图像噪声(例如由探测系统造成的图像噪声)所造成的。因此，即使没有病变的结构表现(如，癌症)，在浏览一叠帧的时候也会有像素亮度值的连续变化。标准的液晶显示设备，作为它们缓慢的响应时间的副作用，非故意地施加了噪声减少。实际上，由于它们缓慢的响应时间，帧变换期间像素亮度值之间的细小变化(图像噪声)并未很好地可视化，因为像素亮度从未达到后续帧的目标亮度水平。结果，在浏览一叠图像的时候这个图像噪声被压制了。
模拟和一些视觉测试显示，当使用具有比标准液晶显示设备更快响应时间的显示设备时，内在图像噪声得到增强并更加可视。结果，放射科医生主观地为带有改进的响应时间的显示器指定较低的图像质量。
医学显示系统经常使用瞬时抖动来增加显示设备的所感知的亮度比特深度。这是指在每一帧时用稍微不同的亮度值来驱动显示设备的面板，从而眼睛将感知存在于面板的两个原有级别(native levels)之间的平均值。由于LCD的缓慢的响应时间(具体是缓慢的灰到灰的响应)，在用暂时抖动驱动时，实际测得的像素的光度值或亮度值，将是非常稳定的(像素亮度从未达到两个不同的级别，而是维持在两者之间的某个状态)。
然而，当应用标准的过驱动时，驱动信号被改变从而使像素亮度尽可能地达到在瞬时抖动方案中使用的各个级别。这将导致显示设备的更高级别的“闪烁”。尽管难以看到这种闪烁，但是其可以轻易地测量出来，这些测量结果甚至可导致医疗市场的不满。
发明内容
本发明的目的是提供显示设备、控制显示设备操作的控制器、以及驱动它们的软件和方法。
本发明的优点是提供了设备、控制显示设备操作的控制器、以及在从当前帧到后续帧的帧变换期间减少图像伪像的软件与方法。根据本发明实施例的设备、控制显示设备操作的控制器、以及减少图像伪像的软件与方法考虑了所摄图像的一般噪声特性，以减少所显示图像中的伪像。
为实现这个目标，本发明提供设备、设备的用于控制显示设备操作的控制器、用于在从当前帧到后续帧的帧变换期间通过过驱动至少一个控制信号来减少显示器显示的包括多个像素的当前帧到后续帧的帧变换期间的图像伪像的软件与方法。
在本发明的实施例中，通过在帧变换期间过驱动用于所考虑像素的像素亮度控制的至少一个控制信号来减少伪像，其中过驱动依赖于亮度阶距的量值而实现，所述亮度阶距为当前帧中的像素的指定的起始亮度值与后续帧中的像素的指定的目标亮度值之间的阶距。亮度值是一组值中的离散的亮度水平(光度值)。显示设备显示当前帧，和一个帧时间段之内的帧变换之后的后续帧。
本发明的一个方面是如果(且仅在如果时)符合亮度阶距的给定条件，应用过驱动。
过驱动的量值可依赖于所述当前帧中的像素的指定的起始亮度值与后续帧或所述后续帧(a or the following frame)中的像素的指定的目标亮度值之间的亮度阶距。
这可意味着双择判定(实行或者不实行过驱动)及将要实行的过驱动量的加权。
过驱动的量值，例如，与过驱动的优化量相关。优化可意味着该过驱动水平在不使像素过冲的情况下导致最快的变换。
当前帧中的像素的指定的起始亮度值与后续帧中的像素的指定的目标亮度值之间的亮度阶距的大小完全地独立于在当前帧中当前达到的像素的亮度(或当前状态)。不需要关于像素当前达到的亮度水平或当前状态来确定过驱动的量值并执行根据本发明的方法。
在医学成像中，越来越多的使用运动图像用于诊断。一些示例是对计算机断层照相法(CT)或MRI影像(MRI：磁共振成像)的层叠读取或超声波的使用。
医学图像有其自身的特点。一般，医学图像的噪声具有相当多，这意味着在两个连续图像之间的改变可能仅仅是由图像噪声(例如由探测系统造成的图像噪声)所造成的。因此，即使在图像中没有感兴趣的点，如，病变的结构表现，在浏览一叠帧的时候会有像素亮度值的连续变化。
医学显示系统经常使用瞬时的抖动来增加显示设备的所感知的亮度比特深度。这是指在每一帧时用稍微不同的亮度值来驱动显示设备，从而眼睛将看出存在于在面板的两个原有级别(native levels)之间的平均值。
根据本发明的优选实施例，该方法包括从一组帧中确定图像噪声特性的进一步步骤，该组由至少当前帧和另一帧，如后续帧，组成，其中过驱动基于所确定的图像噪声特性而确定。
根据本发明的另一个优选实施例，过驱动的量值基于一组预设定的过驱动量值而确定。特别地，将预设定的过驱动量值存储在过驱动转换器中，该转换器可以是表格或任何其他合适的提供过驱动值作为输出的设备。
根据本发明的优选实施例，过驱动依赖于当前帧中的像素当前所达到的亮度水平与后续帧中的像素的目标亮度值之间的亮度阶距的量值而附加地实现。
根据本发明的还有另外一个优选实施例，通过预设定的过驱动加权因子或预设定的过驱动加权函数来调节过驱动的量值，如，可选地将人类视觉感知系统考虑在内。在本发明的实施例中，过驱动加权因子可以是ROV(相对过驱动值)。特别地，将预设定的过驱动加权因子或过驱动加权函数存储在可以为表格形式的过驱动加权转换器中。这些加权因子可基于人类视觉感知系统而确定，且可以这样的方式来选择：无关于所发生的精确的像素变换，人类观察者感知到同样的过驱动感知量(perceptual amount)(“实现过驱动的均一水平”)，且对于所有可能的像素变换或可能的像素变换的选择均是如此。
根据本发明的优选实施例，该显示设备是液晶显示设备。液晶显示设备(LCD设备)是医学显示系统的常用显示设备。医学成像用于如，计算机断层照相法系统、磁共振成像系统或超声波系统。假设(assume)LCD设备的液晶显示面板(LCD面板)的每一个像素获得选自一组值(例如，带有12到16比特的典型比特深度的一组值)中的离散亮度值(光度值)。
在本发明的还有另一个实施例中，通过在帧变换期间过驱动用于控制每个相关像素的亮度的每个独立的控制信号来减少伪像。由于不需要关于像素所达到的亮度或当前状态的信息来确定过驱动的量值，可非常快速地产生独立的控制信号。
参照下文中所述的实施例以及随附的附图于权利要求，本发明的这些和其它方面将显而易见且得到阐述。
附图简述
图1示出在帧变换期间的没有过驱动的像素亮度曲线与根据本发明的实施例过驱动的像素亮度曲线的对比；
图2a示出根据本发明的实施例确定帧变换期间过驱动的量值和像素亮度值的框图；
图2b示出根据本发明的实施例确定帧变换期间过驱动的量值和像素亮度值的进一步框图；
图3示出根据本发明的实施例的过驱动加权表格，其中表格中的每个元素包括考虑了人类视觉感知系统(细节在图3a-e中)的预设定过驱动加权因子，；
图4示出具有根据本发明的实施例在帧变换期间提供过驱动的量值和像素亮度值的装置的显示设备；
图5示出处理引擎，其使用了具有根据本发明的实施例在帧变换期间提供过驱动的量值和像素亮度值的装置的显示设备；和
图6示出根据本发明实施例的2D查询表格，其是步骤13和14中分别使用的两个查询表格的相乘(multiplication)。
具体实施方式
将依赖于特定实施例并参考特定附图描述本发明，但本发明不限于此，而仅限于所附权利要求。所描述的附图仅仅是示意性而不是限制性的。在附图中，出于说明目的，一些元件的量值可被放大并且不按比例绘制。
此外，说明书和权利要求中的术语第一、第二和第三等用于区别类似元件，而不一定用于描述先后或时间顺序。可以理解，在适当情况下如此使用的这些术语可互换，并且本文所述的本发明实施方式能够以不同于本文所述或所示的其它顺序来操作。
而且，说明书和权利要求书中的术语顶部、底部、之上、之下等等用于描述性目的，而非必然地用于描述相对位置。可以理解，在适当情况下如此使用的这些术语可互换，并且本文所述的本发明实施方式能够以不同于本文所述或所示的其它方向来操作。
注意，权利要求书中所使用的术语“包括”不应当被解释为局限于其后所列出的手段；它并不排除其它元件或步骤。因此，“一种设备，包括装置A和B”这样的表述的范围不应当限于仅包括组件A和B的设备。它是指相对于本发明，该设备仅有的相关组件是A和B。
图1示出在帧变换期间的没有过驱动的像素亮度曲线1与根据本发明的实施例过驱动的像素亮度曲线2。在图1所示示例中，像素具有当前帧的指定的起始亮度值S和后续帧的指定的目标亮度值T。在没有过驱动用于控制像素亮度的控制信号3时(未过驱动)，也就是，与目标亮度值一致地施加控制信号3(如，电压V1)，所达到的像素值T1距离相比目标亮度值T缺少了ΔT值，其引起了后续帧中的伪像。然而，如果是与过驱动的亮度值相一致的较高的控制信号3(电压V2＞V1)，则在帧时间段中可达到目标亮度值T，藉此消除了后续帧中的伪像(在上升的情况下：CL＜＝T，在下降的情况下：CL＞＝T)。
根据本发明的实施例，提供了显示设备、驱动显示设备的方法和用于控制显示设备的控制器，其中通过在帧变换期间过驱动用于控制相关像素的像素亮度的至少一个控制信号3来减少伪像，其中过驱动依赖于在当前帧中的像素的当前达到的亮度水平S与后续帧中的像素的目标亮度水平T之间的亮度阶距的量值而实现。在本发明的一个方面中，需要显示设备对于控制信号的光学响应的准确特性。
图2a示根据本发明的优选实施例为一个单个像素确定帧变换期间过驱动的量值的方法的框图。起始点为存储于三个帧存储器10、11、12中的预定的值S、T、CL。第一个帧存储器10存储了当前帧内的像素的一组起始亮度值S；第二个帧存储器11存储了跟随当前帧的后续帧中的像素目标亮度值T，第三个帧存储器12存储了在当前帧内的像素当前所达到的亮度水平CL。
在第一个步骤中，从来自第三个存储器12的当前所达到的亮度水平CL和来自第二个存储器11的目标亮度值T来确定控制信号的过驱动值OV。这个第一个步骤给出输出：过驱动值OV，需要将这个值加到传输给显示设备的相应像素的数据上。
特别地，可用任何合适的从亮度值CL到过驱动值的转换器来完成执行该第一步骤，所述转换器诸如为将过驱动值OV与每一组值(CL，T)联系起来的第一查询表格(LUT)13。因此，在第一步骤中，第一查询表格(LUT)13指示来自/基于来自第三存储器12的当前所达到的亮度水平CL及来自第二存储器11的目标亮度值T而确定的控制信号的过驱动值OV。这个第一个LUT13给出输出：过驱动值OV，需要将这个值加到传输给显示设备的相应像素的数据上。
还可通过其他的从亮度值CL到过驱动值的转换器手段来完成OV的确定，例如用软件定义的分析函数来完成。确定OV的另外一个方法是基于有限数量的已知值的组(CL、T、OV)的内插(线性、多项式...)。参见例如：David Kidner、Mark Dorey和Derek Smith(1999)的“What’s the point？Interpolation andextrapolation with a regular grid DEM”，发表于IV InternationalConference on GeoComputation，出版社为Fredericksburg，VA，美国；Kincaid，David和Ward Cheney(2002)的“Numerical Analysis(第三版)”Brooks/Cole出版社ISBN 0-534-38905-8第6章；Schatzman，Michelle(2002)“NumericalAnalysis：A Mathematical Introduction”Clarendon出版社，牛津，ISBN0-19-850279-6第4和第6章。
另外一个根据CL和T来估算OV的手段包括但不限于神经网络(参见如IEEETRANSACTIONS ON NEURAL NETWORKS，第16卷，第1期，2005年1月的″SmoothFunction Approximation Using Neural Networks″Silvia Ferrari和RobertF.Stengel)和模糊逻辑(R.Rojas：Neural Networks，Springer-Verlag出版社，柏林，1996第11章，11.3.3段″Function approximation with fuzzymethods″)。
例如，可基于模拟或计算而填充第一LUT13。例如，对于例如要驱动的LCD/LCOS之类的显示器的所有像素的平均像素代表，选择、确定或模拟过驱动值，在当前所达到的亮度水平(这是指是无过驱动时将会达到的亮度水平)在帧时间段内为CL时，该过驱动值将在帧时间段内给出期望的目标亮度值T。为每一组(CL，T)所确定的过驱动值OV存储在第一查询表格中。
如本领域内技术人员所了解的那样，如此处上述的数学手段所产生的输出在被用于下文中用于确定过驱动亮度值的第三步骤之前，可以或可不必被格式化(如，截断或舍入凑整可以是必须的)。
在第二步骤中，由来自第一存储器10的起始亮度值S和来自第二存储器11的目标亮度值T来确定控制信号的相对过驱动值ROV。作为输出，第二步骤14给出用于当前帧变换的相对过驱动值ROV。
可使用从起始亮度/目标亮度到相对过驱动值的ROV转换器，诸如第二查询表格14或如上所述参考第一步骤和LUT13的任何其他转换器设备，的来实现第二步骤。
在第三步骤中，例如在输出计算模块15中通过目标亮度值TV、过驱动值OV和相对过驱动值ROV来确定控制信号的过驱动亮度值OIV。相应地，在公式1中给出了过驱动亮度值OIV，
OIV＝TV+ROV·OV    (1)
在第四步骤中，例如在预测LUT16中通过来自第三存储器12的当前达到的亮度水平CL和来自第二存储器11的目标亮度值T来确定控制信号3的像素亮度值PV。作为输出，第四步骤中给出来自LUT16的亮度值IV，其在一个帧变换之后将实际达到。该亮度值IV可以是目标亮度值T，但不必然是这个值。
可选地，从亮度值CL到过驱动值的转换器和从起始亮度值/目标亮度到相对驱动值ROV的转换器，例如在各自的情况中为第一和第二LUT13、14，可以合并为一个转换器，诸如由简单乘法所得的第三LUT，从而得到诸如第三2DLUT之类的进一步转换器17(在图6中示意地示出且在图2b中示例出来)，因此输出直接为ROV.OV。另外，为了减少用于实现事项的存储器容量，可应用双维的内插(也可以用双线性或双三次曲线)。
在图2b中，示出带有两个LUT而非三个LUT(如，图2a中所示)的可选的硬件实现。这个实施例包括2D的LUT17。这个2D过驱动LUT17计算出过驱动值ROV.OV，因为这个2D的LUT17使图2a中第一LUT13的值与第二LUT14的值相乘。
输出计算模块15将过驱动值加到输入视频中并进行过度和下溢检查与限制。
该2D预测LUT16由公式1计算一帧之后的当前值：
OIV＝T+ROV·OV    (1)
LUT17和16例如预处理最多采样从7x7比特到10x10比特(128x128到1024x1024)。
使用双线性或双三次曲线内插。
在处理期间，减少伪像的解决方法在图像处理之后进行。
可使用光学测量系统来记录不同的像素亮度变换。可使用物理模型来匹配粗略的(raw)点测量。由于LCD面板的非线性行为(例如原有的s-曲线(s-curvenative)，亮度-光度值是数字驱动水平的函数)，将像素亮度值转换成以cd/m2为单位的，显示器发射出的亮度。
所提出的方法(或算法)确定了基于所要求的亮度阶距而需要确定的过驱动的程度。相应地，不是基于像素的实际状态而确定过驱动的程度。可能为噪声的小的亮度阶距(即像素变换)将不会(或者将相对小地)被过驱动。可能含有有用信号的较大的亮度阶距(即像素变换)将被完全地过驱动。为了确定什么是小的变换和大的变换，优选地执行图像噪声的特征化。根据本发明的分开的实施例，这样的特征化可在线完成或离线完成。如果在线完成，则一个步骤可确定，例如，计算正在显示的图像的噪声层(floor)并使用这个信息来决定过驱动什么控制信号。可连续地或以有规律的间隔完成计算正在显示的图像的噪声层。在可选实施例中，可以离线完成，例如，基于图像类型或所使用的探测器类型来选择过驱动的程度。然后可以及时地在特定时刻基于所看到的图像类型或探测器类型来使用这些“预设置”。根据本发明的进一步实施例，提供了生成此信息的软件应用产品，或提供了在自动地探测该信息的处理引擎上执行内容分析算法的软件产品。
上述方法解决了瞬时抖动的问题。瞬时抖动算法一般需要非常小的灰度变换(一般为单个阶距)。所提出的过驱动算法将此认为是噪声并且将不会对这些噪声应用过驱动。这将导致更少的闪烁(flicker)。本发明的一个特定方面为根据本发明的显示设备、驱动显示设备的方法和用于控制显示时候设备的控制器，其中在帧变换期间通过过驱动用于控制相关像素的像素亮度的至少一个控制信号3来减少伪像，忽略来自瞬时抖动的小的灰度变换。
它还解决了在浏览医学图像堆叠的时候图像噪声的增强可视性的问题。实际上，所提出的算法不会增强可能是图像噪声的变换，因此图像不会看起来更有噪声。本发明的另一个特定方面是根据本发明的显示设备、驱动显示设备的方法和用于控制显示时候设备的控制器，其中在帧变换期间通过过驱动用于控制相关像素的像素亮度的至少一个控制信号3来减少伪像，不会增强可能是图像噪声的变换。
图3(图3a-e)示出过驱动加权转换器如表格20，其中每一行的表格元素(未示出)代表当前帧中像素的指定的当前亮度水平值[0...1023]的离散组，而每一列的表格元素代表当前帧中像素的指定的后续亮度水平值[0...1023]的离散组。每个元素包括考虑了人类视觉感知系统(一般的人眼)的预定的过驱动加权因子W或预定的过驱动加权函数，。在本发明的实施例中，值W等于方程式1中的值ROV。
过驱动的加权表格示出关于主对角线21镜像对称的配置，该表格被分为三个不同类的不同区域：
1.在主对角线周围的第一区域22，其“没有附加的过驱动”，加权因子W为零(W＝0)，
2.第二区域23，其部分地过驱动，加权因子W在0和1之间(0＜W＜1)，其第一部分24邻接第一区域22的上侧，而其第二部分25邻接第一区域22的下侧，和
3.第三区域26，其完全过驱动，加权因子W等于1(W＝1)，其一部分27邻接第二区域23的第一部分24的上侧，其另一部分28邻接第二区域23的第二部分25的下端。
不同区域22、23、26中的每一个的形状(相应地，区域之间的界限)是基于人类视觉感知系统(“人眼”)的亮度灵敏度的。在一些实际实现中，区域22和/或区域24和/或区域25可为缺失。图3b、3c和3d代表区域24、25和24及25分别缺失的情况。图3e代表区域22缺失的情况，也就是所施加的过驱动一直都大于0。(也就是说，实际上，区域22-24可合并为25和23)。
图4是根据本发明实施例的显示系统的示意图，包括信号源38、控制器单元36、驱动器34和显示器32，显示器32带有由驱动器34驱动的像素元件30的矩阵。显示器例如为液晶显示器，例如，诸如LCD之类的透射式显示器或诸如LCOS显示器之类的反射式显示器。
为了显示特定的灰度，通过一般是S-型的电-光传递函数来表征液晶显示器。可通过测量和/或模拟来得到这个S-曲线，且仅考虑了单个像素。可通过在传递函数上的一致性修正(uniformity correction)来额外地补偿在预期一致的灰度模式上可见的显示器中不希望的灰度变化。
此处描述的方法与系统还可应用于彩色显示器。做到这一点的首选的简便方法是针对显示器的每一个彩色通道而复制此处描述的算法。如，如果显示器系统具有三原色(例如：红、绿和蓝)，那么可将用于减少伪像的设备与方法独立地应用于每一个彩色通道。尽管对于一些显示器系统，这可导致满意的结果，但对于这个方法还是有一些问题。
一个问题是将所公开的方法与设备独立地应用于彩色通道将通常导致彩色的伪像。这可用具有三原色：红、绿和蓝的彩色显示器示例的方式来解释。假设在这样的显示系统中，像素被驱动为三原色值(R1、G1、B1)，而在下一帧中此像素将被驱动为值(R2、G2、B2)。驱动值(R1、G1、B1)对应于特定的色彩点。这意味着(人类)观察者将会将这个像素(R1、G1、B1)感知为具有特定的色彩。可用已知的很多标准化色域(color space)中的一种来表达这个色彩，标准化色域诸如但不限于Lab域、Yxy域...。像素(R2、G2、B2)相比像素(R1、G1、B1)可不仅具有不同的光度值，还具有不同的色彩点。如果将本专利中公开的方法独立地应用，那么独立的子像素(对应于红、绿和蓝原色)将被算法过驱动，从而子像素中的每一个将尽可能快地独立地达到目标值(如之前所述的，任选地还假设所需要的变换要大于阈值)。在这样的情况下，有可能，例如，红色子像素(从值R1到R2，例如从值30到180)的变换将会非常地快于绿色子像素(从G1到G2，例如从值80到90)，也会非常地快于蓝色子像素的变换(从B1到B2，例如从值91到100)。如果是这样的情况，独立地将该方法应用到独立的子像素将导致红色子像素相比绿色子像素和蓝色子像素而言(非常)快速地达到其目标值，且因此该像素(在一帧之后)形成的色彩点将会太红。如果这个像素保持在值(R2、G2、B2)一段时间，那么一旦每一个子像素均达到其所意在的目标值时，像素的色彩点将会变得正确。然而，如果像素值动态地变化，那么有可能大多数时间像素的色彩点都将会有误差。对于一些对色彩有严格要求的应用(诸如，如内窥检查)，这样的色彩误差是不可接受的。
因此，已研发出解决这个问题的方法，且在本专利申请中予以公开。第一个可能的方法是动态地改动每个子像素的过驱动的水平，从而每个子像素同等快地达到其目标。例如：假设有三个子像素(红、绿和蓝)，以最大过驱动的方式，红色子像素在一个帧之后可达到其目标值的90％；绿色子像素在一个帧之后可达到其目标值的60％；而蓝色子像素在一个帧之后可达到其目标值的80％。那么根据本发明，将不以最大能力(potential)来过驱动红色和蓝色子像素。而是，将减少对于红色和蓝色子像素的过驱动的水平，从而在一帧之后，它们将达到与最慢(在这个情况下是绿色的)的子像素的目标值的百分比一样的目标值的百分比。这意味着在一帧之后，红色子像素、蓝色子像素和绿色子像素都将达到其目标值的60％。由于所有子像素现在同等快地执行其变换，在一帧之后，整个像素的色彩点将会是正确的。注意，在一些情况下，对于一个或多个子像素的变换可能是如此之快，以致于即使没有过驱动(所以将过驱动的水平减少为零)该子像素在单个帧内可达到目标值。在这样的情况下，可改动这个快的子像素的驱动。如，假设红色子像素需要从水平20改变为40，且在一帧之后应该减慢为达到其目标值的50％(因为，例如，有最大过驱动的绿色子像素在一帧之后仅达到其意在达到的目标值的50％)，而红色子像素即使没有过驱动也能达到其意在达到的目标值的75％(水平45)。在这样的情况下，可以，例如，将应用于红色子像素上的阶距减少到例如35，从而在一帧之后有效达到的值将会是水平30(对应于原始所要求的值20到值40的阶距的50％)。这等效于具有负的过驱动值。
减少子像素的过驱动的水平，以确保像素的色彩点是正确的，与独立地过驱动所有的子像素的情况相比显然可导致更大的亮度/光度误差。因此，当前的发明还有可能有在光度/亮度准确性和色彩点准确定之间妥协解决的方案。这可能通过使得子像素的过驱动的减少水平依赖于一个将存在的光度误差和存在的色彩误差都考虑在内的误差标准(error criterium)来予以实现。这个误差标准可，例如，是在一个帧之后存在的亮度误差和一个帧之后存在的色彩误差的和。当然，一些复杂的线性误差公式/函数是可能的。可得到将误差标准最小化而得到平衡的解决方法。
当前发明还可应用于彩色序列式显示系统。在彩色序列式显示系统中，没有彩色的子像素，而是通过顺序地生成色域来得到色彩。然后，通过顺序地调制如所需要的红、绿和蓝(带有更多、更少或其他原色的系统都是可能的)的量，单个像素可生成所需要的色彩。在3色彩系统的情况下，单个像素可，例如，显示三个域(红色、绿色和蓝色域)，因此每一个图像帧中造成从特定水平到另一个水平的三个变换。在这样的系统中，单个像素的变换与响应时间还将影响这个像素的色彩点。以如之前所述的同样的方法，可以定义代表所存在色彩点误差和所存在亮度误差的加权平均的误差标准。然后，可以将误差标准最小化的方法来确定单个像素的变换的过驱动的水平。
可基于诸如但不限于像素变换的上升和下降时间均等这样的特殊要求而进一步改动过驱动的水平。推荐像素变换具有相同的上升与下降时间，以此可避免显示器视觉上的闪烁。
本发明还提供了控制器36(图4)，用于控制用于显示预定图像的液晶显示器的每个像素30的操作的驱动器34。控制器36包括计算器39，其适于为每一个像素30计算过驱动信号。控制器6的任何功能可由硬件、计算机软件或两者组合来实现。计算器39可由通用目的处理器、嵌入式处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FGPA)或其他可编程逻辑设备、分离的门或晶体管逻辑、分离的硬件组件、或设计为执行此处描述的功能的任何组合来实现。通用目的处理器可以是微处理器、控制器、微控制器或状态机(state machine)。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。控制器36用于控制显示设备，从而通过在帧变换期间对用于控制每个像素的像素亮度的至少一个控制信号进行过驱动来减少伪像，其中过驱动依赖于亮度阶距的量值而实现，所述亮度阶距位于当前帧中的像素的指定的起始亮度值S与后续帧中的像素的指定的目标亮度值T之间。
根据上述的本发明的实施例，控制器36，如计算器39，确定在帧变换期间用于每个独立像素的过驱动的量值。控制器36，如计算器39，的起始点，是存储于控制器36具有访问权的三个帧存储器33、35、37中的预定的值S、T、CL。第一个帧存储器33存储了当前帧内的像素的一组起始亮度值S；第二个帧存储器35存储了在跟随当前帧的后续帧中的像素目标亮度值T，第三个帧存储器37存储了在当前帧内的像素当前所达到的亮度水平CL。
控制器36，如，计算器39，适于从来自第三存储器37的当前所达到的亮度值CL和来自第二存储器35的目标亮度值T而确定控制信号的过驱动值OV。控制器36，如，计算器39，给出输出：过驱动值OV，需要将这个值加到传输给显示设备的相应像素的数据上。驱动器基于由控制器36和计算器39给出的指令而将信号应用到像素上。
控制器36，如，计算器39，然后从来自第一存储器33的起始亮度值S和来自第二存储器35的目标亮度值T而确定控制信号的相对过驱动值ROV。控制器36，如，计算器39，然后作为输出给出用于当前帧变换的相对过驱动值ROV。驱动器实际上基于由控制器36和计算器39给出的指令而将信号应用到像素上。
接着，控制器36，如，计算器39，从目标亮度值TV、过驱动值OV和相对过驱动值ROV来确定控制信号的过驱动亮度值OIV。如上述的公式1中给出了过驱动亮度值OIV。
接着，控制器36，如，计算器39，从来自第三存储器37的当前所达到的亮度值CL和来自第二存储器35的目标亮度值T而确定控制信号的像素亮度值PV。控制器36，如，计算器39，然后作为输出给出亮度值IV，它将在一个帧变换后被实际达到。该亮度值IV可以是目标亮度值T，但并非必要是这个值，驱动器实际上基于由控制器36和计算器39给出的指令而将信号应用到像素上。
本实施例中的控制器36，如，计算器39，确定了需要基于所要求的亮度阶距而确定的过驱动的程度。相应地，不是基于像素的实际状态而确定过驱动的程度。可能表现为噪声的小的亮度阶距(即像素变换)将不会(或者将相对小地)被过驱动。可能含有有用信号的较大的亮度阶距(即像素变换)将被完全地过驱动。为了确定小的变换和大的变换是什么，优选地执行图像噪声的特征化。根据本发明的独立的实施例，这样的特征化可在线或离线完成。如果在线完成，则一个步骤可确定，例如，计算显示的图像的噪声层(floor)并使用这个信息来决定过驱动什么控制信号。可连续地或以有规律的间隔完成正在显示的图像的噪声层(floor)的计算。在可选实施例中，可以离线完成，例如，基于图像类型或所使用探测器的类型来选择过驱动的程度。然后控制器36可及时地在特定时刻基于所看到的图像类型或探测器类型来使用这些“预设置”。
控制器36可使用过驱动加权转换器，如，图3的表格20。表格20中的每个元素包括考虑了人类视觉感知系统(一般的人眼)预定的过驱动加权因子W或预定的过驱动加权函数。
控制器36可使用加权表格的三个不同类的不同区域：
4.在主对角线周围的第一区域22，其“没有附加的过驱动”，加权因子W为零(W＝0)，
5.第二区域23，其部分地过驱动，加权因子W在0和1之间(0＜W＜1)，其第一部分24邻接第一区域22的上端，而其第二部分25邻接第一区域22的下端，和
6.第三区域26，其完全过驱动，加权因子W等于1(W＝1)，其一部分27邻接第二区域23的第一部分24的上侧，其另一部分28邻接第二区域23的第二部分25的下端。
不同区域22、23、26中的每一个的形状(相应地，区域之间的界限)是基于人类视觉感知系统(“人眼”)的亮度灵敏度的。
可使用光学测量系统来记录不同的像素亮度变换。可使用物理模型来匹配粗略的点测量(H.Wang的“Correlations between liquid crystal directorreorientation and optical response time of a homeotropic cell”，(J.of Applied Physics，2004))。归因于LCD面板的非线性表现(原有的s-曲线，亮度-光度值是数字驱动水平的函数)，将像素饱和度值转换为以cd/m2为单位的显示器所发射的亮度。
根据本发明的实施例的上述各方法可实现于如图5所示的处理系统200中。图5示出处理系统200的一个配置，其包括耦合到存储器子系统42的至少一个可定制或可编程处理器41，存储器子系统42包括至少一种形式的存储器，例如RAM、ROM等等。应当注意，处理器41或多个处理器可以是通用的或专用的处理器，并且可被包括在设备中，例如具有执行其它功能的其它组件的芯片。因而，根据本发明的实施例的一个或多个方面可在数字电子电路中或者在估算机硬件、固件、软件或它们的组合中实现。处理系统可包括具有至少一个磁盘驱动器和/或CD-ROM驱动器和/或DVD驱动器的存储子系统43。在一些实现中，可为用户提供用户接口子系统44以手动地输入信息或调整操作。可在一些实施例中包括更多的元件，比如网络连接、到各种设备的接口等等，但其并未在图5中示出。处理系统40的各个元件可按各种方式耦合，包括经由图21中为简单起见示为单条总线的总线子系统45耦合，但本领域普通技术人员将会理解其包括具有至少一条总线的系统。存储器子系统42的存储器有时可保存当在处理系统40上被执行时实施本文所述的方法实施例的步骤的一组指令的部分或全部(两种情况下均示为46)。
在处理流水线中，减少伪像的方案置于图像处理之后。
本发明还包括当在计算设备上被执行时提供根据本发明的实施例的任何方法的功能的计算机程序产品。这种计算机程序产品可被有形地具体化在携带用于由可编程处理器执行的机器可读代码的载体介质中。本发明因而涉及携带计算机程序产品的载体介质，其中当该计算机程序产品在计算装置上被执行时其提供用于执行任何上述方法的指令。术语“载体介质”是指参与向处理器提供指令以供执行的任何介质。这样的介质可取许多形式，包括但不限于非易失性介质，以及传输介质。非易失性介质包括例如光盘或磁盘，诸如作为海量存储器一部分的存储设备。计算机可读介质的一般形式包括CD-ROM、DVD、弹性磁盘或软盘、磁带、存储器芯片或盒式存储器或计算机可从中读取的任意其它介质。在将一个或多个指令的一个或多个序列传送至处理器以便执行中可涉及多种形式的计算机可读介质。计算机程序产品还可在诸如LAN、WAN或因特网之类的网络中经由载波传输。传输介质可采用声波或光波的形式，诸如在无线电波和红外数据通信期间产生的那些。传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，包括构成计算机内总线的电线。
相应地，本发明还包括软件产品，当在合适的计算设备上执行该产品的时候可实现本发明的任何方法。合适的软件可通过在合适的诸如C的高级语言中编程并在用于目标计算机处理器的合适编译器上编译而得到。目标计算机处理器可以是(例如但不限于)：计算机系统中的通用目的处理器(CPU)、计算机系统的图像处理器(诸如GPU)、存在于显示系统中的通用目的处理器、存在于显示系统中的图像处理器(诸如GPU)、存在于显示系统中的嵌入式处理器、存在于诸如LCD面板或OLED面板或等离子面板之类的面板中的处理器、存在于液晶显示器面板的驱动系统中的处理器。
相应地，本发明提供了用于控制具有在帧变换期间减少图像伪像的装置的显示设备的计算机程序产品，所述帧变换为从显示设备显示的由多个像素组成的当前帧到后续帧，该计算机程序产品包括在处理引擎上可执行的代码段，以提供：
用于通过过驱动用于在帧变换期间控制相关像素的亮度的至少一个控制信号来减少伪像的装置，该用于减少伪像的装置适于依赖于亮度阶距量值而实现过驱动，所述亮度阶距为当前帧内像素的指定的起始亮度值与后续帧内的像素的指定的目标亮度值之间的阶距。
代码段可进一步包括，当在处理引擎上执行时：用于从一组帧中确定图像噪声特性的装置，该组包括至少当前帧和后续帧，其中过驱动是基于所确定的图像噪声特性的。
这个减少伪像的装置优选地基于一组预定的过驱动量值而确定过驱动的量值。
当在处理引擎上执行时，代码段可适于允许用于减少伪像的装置依赖于亮度阶距量值而附加地实现过驱动，所述亮度阶距为当前帧内像素的指定的起始亮度值与后续帧内的像素的指定的目标亮度值之间的阶距。
当在处理引擎上执行时，代码段还可允许用于减少伪像的装置通过预定的过驱动加权因子或预定的过驱动加权函数来加权过驱动的量值，所述预定的过驱动加权因子或预定的过驱动加权函数考虑了人类可视的感知系统。
虽然已在附图和上文的描述中对本发明详细说明和描述，这些说明和描述旨在被认为是说明性的或者示例性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。
通过对附图、公开内容以及所附权利要求的研究，本领域普通技术人员在实施所要求保护的发明时可理解和实现所公开实施例的其他变型。
例如，已知显示系统(诸如LCD)的瞬时行为依赖于温度。面板的温度可由于，例如室内温度的改变、背光设定的改变...而改变。这意味着理论上，过驱动转换器，如表格，在面板的温度改变时需要改动。
可用三种不同的方法来解决这个问题。
第一个可能的方法是存储数个过驱动转换器，如表格，其对应于数个面板温度。实时地可选择最佳匹配当前面板温度的转换器，如表格。可通过温度传感器来测量当前的面板温度。为进一步增加准确度，可能在数个过驱动转换器，如表格，之间进行内插。
第二个可能的方法是不断地测量(实时地)面板的响应时间行为。当温度变化时，面板的响应时间行为板将会变化，并将会被探测到。基于这些新的测量结果，可计算新的经改动的对应于当前面板温度的过驱动转换器，如表格。
第三个可能的方法是稳定面板温度。通过可包括如风扇的主动降温/加热装置，有可能将面板温度稳定在预定的温度范围内，且这与例如环境温度或背光设定无关。如果温度稳定工作良好，那么仅需要对应于面板所稳定至的环境温度范围的一个过驱动表格。在极端情况下，或许不可能将面板温度一直稳定在一个预定的温度范围内。在这种情况下，可定义数个这样的预定温度范围并确保面板温度始终位于其中一个内。例如，一个设备可有两个面板温度范围：30℃-32℃和40℃-42℃。取决于环境温度(低或高)，面板温度可稳定至范围30℃-32℃(在环境温度为低的情况下)，或稳定至范围40℃-42℃(在环境温度为高的情况下)。对这两个温度范围的每一个，我们可在显示系统中存储预定义的过驱动表格。取决于面板稳定在哪个温度范围内，可实时地选择合适的过驱动表格。在这种情况下，可保证正确的过驱动行为，即使，例如室内温度或背光设置改变。
或者，例如，作为为瞬时响应改进所描述的方法的改进，还可使用JND(最小可觉察差别，Just Noticeable Differences)表示来计算过驱动值，而不是使用以cd/m2为单位的亮度值。对于静态图像的JND在NEMA-DICOM中有计算和描述[NEMA.Digital imaging and communications in medicine(DICOM)，第14部分：Grayscale Standard Display Function，卷PS 3.14.NationalElectricai Manufacturers Association，2001]。通过使用人类视觉系统的静态对比度感知的Barten模型[P.G.J.Barten.Physical model for thecontrast sensitivity of the human eye.发表于SPIE，1666卷，第57-72页，1992.]，JND可从亮度值中计算出来。必须通过考虑由Barten所描述的人类视觉感知系统的瞬时对比度感知函数[P.G.J.Barten.Spatio-temporalmodel for the contrast sensitivity of the human eye and its temporalaspects.发表于SPIE，1913卷，第2-14页，1993.]和显示器的频率为动态图像重新计算JND。
在权利要求书中，不定冠词“一(a)”或“一(an)”并不排除多个。在相互不同的从属权利要求中描述了特定措施的事实并不意味着这些措施的组合不能用于产生良好效果。权利要求中的任何附图标记都不应解释为范围的限制。

Claims (13)

1.一种在显示设备显示且包括多个像素的当前帧到后续帧的帧变换期间控制图像伪像的方法，其特征在于：
通过过驱动在帧变换期间控制相关像素的像素亮度的至少一个控制信号来减少伪像，
其中依赖于所述当前帧中的像素的指定的起始亮度值(S)与后续帧中的像素的指定的目标亮度值(T)之间的亮度阶距的量值，并且依赖于所述当前帧中的像素当前所达到的亮度水平(CL)与后续帧中的像素的指定的目标亮度值(T)之间的亮度阶距的量值，从而实现过驱动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，过驱动的量值依赖于所述当前帧中的像素的指定的起始亮度值与后续帧中的像素的指定的目标亮度值之间的亮度阶距，或
其中过驱动的量值是基于一组预定的过驱动量值的，或
其中过驱动的量值被通过将人类视觉感知系统考虑在内的预定的过驱动加权因子或预定的过驱动加权函数来加权，或
其中过驱动的量值由预定的过驱动因子或预定的过驱动加权函数而改动，从而改进显示系统的色彩一致性，或
其中至少一个类型或色彩的子像素的过驱动的量值根据至少一个其他类型或色彩的子像素的的变换速度而调节。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括从一组帧中确定图像噪声特性的进一步步骤，所述组包括至少所述当前帧和后续帧，其中过驱动是基于所确定的图像噪声特性的。
4.一种显示设备，具有用于在显示设备显示且包括多个像素的当前帧到后续帧的帧变换期间减少图像伪像的装置，所述显示设备包括：
用于通过过驱动用于在帧变换期间控制相关像素的像素亮度的至少一个控制信号来减少伪像的装置，所述用于减少伪像的装置适于依赖于所述当前帧中的像素的指定的起始亮度值(S)与后续帧中的像素的指定的目标亮度值(T)之间的亮度阶距的量值，并且依赖于所述当前帧中的像素当前所达到的亮度水平(CL)与后续帧中的像素的指定的目标亮度值(T)之间的亮度阶距的量值，从而实现过驱动。
5.根据权利要求4所述的显示设备，进一步包括用于从一组帧中确定图像噪声特性的装置，该组包括至少所述当前帧和后续帧，其中过驱动是基于所确定的图像噪声特性的。
6.根据权利要求4所述的显示设备，其特征在于，所述用于减少伪像的装置基于一组预定的过驱动量值来确定过驱动的量值，或
其中用于减少伪像的装置通过预定的过驱动加权因子或预定的过驱动加权函数来加权过驱动的量值，考虑了人类视觉感知系统。
7.一种用于显示设备的控制器，该显示设备具有用于在显示设备显示且包括多个像素的当前帧到后续帧的帧变换期间减少图像伪像的装置，所述控制器包括：
用于通过过驱动用于在帧变换期间控制相关像素的像素亮度的至少一个控制信号来减少伪像的装置，所述用于减少伪像的装置适于依赖于所述当前帧中的像素的指定的起始亮度值(S)与后续帧中的像素的指定的目标亮度值(T)之间的亮度阶距的量值，并且依赖于所述当前帧中的像素当前所达到的亮度水平(CL)与后续帧中的像素的指定的目标亮度值(T)之间的亮度阶距的量值，从而实现过驱动。
8.根据权利要求7所述的控制器，进一步包括用于从一组帧中确定图像噪声特性的装置，所述组包括至少所述当前帧和后续帧，其中过驱动是基于所确定的图像噪声特性的，或
其中用于减少伪像的装置通过预定的过驱动加权因子或预定的过驱动加权函数来加权过驱动的量值，考虑了人类视觉感知系统，或其中所述用于减少伪像的装置基于一组预定的过驱动量值来确定过驱动的量值。
9.根据权利要求7所述的控制器，进一步包括第一存储器以存储所述一组预定的过驱动的量值。
10.一种用于控制显示设备的系统，该显示设备具有用于在显示设备显示且包括多个像素的当前帧到后续帧的帧变换期间减少图像伪像的装置，所述系统包括：
用于通过过驱动用于在帧变换期间控制相关像素的像素亮度的至少一个控制信号来减少伪像的装置，所述用于减少伪像的装置适于依赖于所述当前帧中的像素的指定的起始亮度值(S)与后续帧中的像素的指定的目标亮度值(T)之间的亮度阶距的量值，并且依赖于所述当前帧中的像素当前所达到的亮度水平(CL)与后续帧中的像素的指定的目标亮度值(T)之间的亮度阶距的量值，从而实现过驱动。
11.根据权利要求10所述的系统，还包括：用于从一组帧中确定图像噪声特性的装置，该组包括至少所述当前帧和后续帧，其中过驱动是基于所确定的图像噪声特性的。
12.根据权利要求10所述的系统，所述用于减少伪像的装置包括用于基于一组预定的过驱动量值来确定过驱动的量值的装置。
13.根据权利要求10中任一项所述的系统，所述用于减少伪像的装置包括用于通过考虑了人类视觉感知系统的预定的过驱动加权因子或预定的过驱动加权函数来加权过驱动的量值的装置。
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