CN107492334A - 用于高动态范围显示器的饱和度相依图像拆分 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于高动态范围显示器的饱和度相依图像拆分。本发明描述了用于改善多层显示器的色域大小的系统、方法和计算机可读介质。各种实施方案接收指示与输入图像相关联的目标显示色彩的色彩输入值，并且确定所接收的色彩输入值的色彩饱和度值。基于色彩饱和度值，可确定用于单色调制面板的驱动值和用于彩色调制面板的驱动值。各种实施方案可接着根据驱动值来驱动单色调制面板和彩色调制面板。直到彩色调制面板被驱动到完全照射才调制单色调制面板。

Description

用于高动态范围显示器的饱和度相依图像拆分
背景技术
本公开整体涉及在电子显示设备上再现图像。更具体地讲，而不是以限制的方式，本公开涉及在经常连接到包括但不限于移动电话、平板计算机系统、膝上型计算机系统、电视机和显示监视器的多种电子设备和/或集成在其内的高动态范围(HDR)电子显示设备上再现图像。
当今的电子显示设备通常连接到广泛多种电子应用诸如计算机监视器、电视机、仪表板、标牌、游戏设备、时钟、手表和移动电子设备和/或嵌入在其内。一种常见类型的电子显示设备是液晶显示器(LCD)，其通常通过调制从光源发射的光的强度来向观看者显示视觉图像。虽然LCD使用的流行性在持续扩展，但LCD受到多种技术挑战。例如，典型的单面板LCD可具有有限动态范围(例如，约1000:1)，其在观看者观看LCD上的图像时对观看者的感知图像质量产生不利影响。具体地讲，单面板LCD可遭受LCD能够再现的灰度级数量的减少，并且还可损害图像的暗区的可见度。
一种改善LCD动态范围的方法是实现双层LCD。双层LCD能够通过以串联配置堆叠两个液晶面板来改善LCD的黑色水平。与单面板LCD相比，双层LCD能够通过两次调制来自光源的光来产生更准确的灰度。即使双层LCD改善了电子显示设备的灰度，双层LCD也可能经历其他实现挑战和技术挑战。例如，与两个液晶面板的距离可在观看者离轴观测LCD时造成视差问题。另外，尽管双层LCD准许较暗的黑色，但双层LCD可能不能够在显示器的色域中显示广泛多种其他饱和暗色(例如，非黑的暗色)。因而，改善色域大小并且使视差最小化可有利于当在电子显示设备上显示图像时增强观看者的感知图像质量。
发明内容
在一个实施方案中，所公开的主题提供一种用于改善多层显示设备的色域大小的方法。该方法包括接收指示与输入图像相关联的目标显示色彩的色彩输入值。该方法可接着确定所接收的色彩输入值的色彩饱和度值。色彩饱和度值可用于计算单色调制面板和彩色调制面板的驱动值。然后，可基于这些驱动值来照射单色调制面板和彩色调制面板。该方法驱动单色调制面板和彩色调制面板，使得直到彩色调制面板被完全照射才对单色调制面板进行调制。
在另一个实施方案中，该方法通过使彩色调制面板的调制最小化并且使单色调制面板的调制最大化来改善多层显示设备的色域大小。根据这种方法的方法包括在逐像素或逐面板元素的基础上接收指示与输入图像相关联的目标显示色彩的色彩输入值。该方法可接着确定所接收的色彩输入值的色彩饱和度值并且计算作为色彩饱和度值的线性加权和的单色驱动值。单色调制面板可由单色驱动值来驱动，其中直到彩色调制面板被完全照射才对单色调制面板进行调制。为了使视差问题最小化，该方法还可向从单色调制面板生成的图像施加径向畸变。
在又一个实施方案中，该方法在双层LCD上再现暗饱和色彩并且减少视差假象。这种方法涉及使用用于降低亮度的中性后液晶面板和用于产生色彩的前液晶面板。后液晶面板可充当单色光快门，其对光进行调制以产生灰度。前液晶面板可充当色度光快门，其具有比后液晶面板相对较高的分辨率。为了扩展可用色域，双层LCD可通过确定用于驱动后液晶面板和前液晶面板两者的饱和度值来使前液晶面板的使用最小化，同时使后液晶面板的使用最大化。为了减少观看者所经受的光晕或视差，可向后面板图像施加径向畸变以相对于观看者的视点局部对齐后液晶面板和前液晶面板。
在一个或多个实施方案中，上述方法中的每一者及其变型可被实现为一系列计算机可执行指令。此类指令可使用任何一种或多种便利的编程语言。此类指令可被收集到模块和/或程序中，并且可被存储在计算机系统或其他可编程控制设备可读和可执行的任何介质中。
附图说明
图1是本公开的实施方案可在其中进行操作的多层显示系统的框图。
图2示出了根据一个实施方案的用于再现输入图像的图像拆分操作。
图3示出在使单色调制面板的使用最小化时照射两个调制面板以针对像素或面板元素输出实现较暗黑色的灰度的图形表示。
图4示出在使单色调制面板的使用最小化时照射两个调制面板以针对像素或面板元素输出红色(R)边缘的图形表示。
图5是示出使单色调制面板的使用最小化并且使彩色调制面板的使用最大化的试验计划的实施方案。
图6示出用于照射两个调制面板的图形表示，其通过获得暗饱和色彩来增大色域大小。
图7示出多层显示系统能够通过实现图6所描述的图像拆分操作来获得的附加红色色域的图形表示。
图8是用于多层显示系统的图像拆分操作的框图。
图9是用于再现数字图像的多层显示设备的实施方案的框图。
图10示出根据一个实施方案的电子设备的简化功能框图。
具体实施方式
本公开包括再现暗饱和色彩并且使与用于电子显示设备的图像拆分相关联的视差问题最小化的各种示例性实施方案。在一个实施方案中，双层液晶显示器(LCD)使用用于降低亮度的中性后液晶面板和用于产生色彩的前液晶面板来再现暗非黑饱和色彩(例如，暗红色、暗蓝色和/或暗绿色)。后液晶面板可充当单色光快门，其对光进行调制以产生灰度。前液晶面板可充当色度光快门，其具有比后液晶面板相对较高的分辨率。基于输入图像的色彩，双层LCD可确定这两个不同液晶面板的驱动程度。当后液晶面板和前液晶面板不具有相同分辨率时，双层LCD可在逐像素和/或逐后液晶面板元素的基础上驱动前液晶面板和后液晶面板。为了扩展可用色域，双层LCD可使前液晶面板的使用最小化，同时使后液晶面板的使用最大化。另外，为了减少观看者所经受的光晕或视差，可向后面板图像施加径向畸变以相对于观看者的视点对齐后面板和前面板。
在以下描述中，为了解释的目的，阐述了很多具体细节以便提供对发明构思的彻底理解。作为该描述的一部分，本公开的附图中的一些附图以框图形式表示结构和设备，以避免模糊本发明。为了清晰起见，不对实际的具体实施的所有特征进行描述。此外，本公开中所使用的语言已主要被选择用于可读性和指导性目的，并且可能没有被选择为划定或限定本发明的主题，从而诉诸于所必需的权利要求以确定此类发明主题。在本公开中提到“一个实施方案”或“实施方案”意指包括在本发明的至少一个实施方案中的结合该实施方案所述的特定特征、结构或特性，并且多次提到“一个实施方案”或“实施方案”不应被理解为必然地全部参考相同的实施方案。
应当理解，在任何实际具体实施的开发中(如在任何开发项目中那样)，必须要作出许多决策以实现开发者的特定目标(例如，符合与系统和商务相关的约束条件)，并且这些目标可在不同具体实施之间变化。还应理解，此类开发工作可能是复杂并且耗时的，但尽管如此，对于在受益于本公开而设计并实施检测动作的那些普通技术人员而言，这仍然是他们的日常工作。
图1是本公开的实施方案可在其中进行操作的多层显示系统100的框图。多层显示系统100可被配置为接收红绿蓝(RGB)图像(例如，HDR或标准动态范围(SDR)图像)和/或图像序列(例如，视频)作为输入并且随后向观看者再现该图像和/或该图像序列。图1示出了多层显示系统100，其可包括光源与漫射体102、后液晶面板104、前液晶面板106、滤色器层108和显示控制器110。为了向观看者再现一个或多个图像，多层显示系统100创建使用至少两个不同光调制级对光强度进行调制的光学路径。如图1所示，为了将光调制至少两次，光源与漫射体102可沿包括后调制面板104和前调制面板106的光学路径发射光以到达观看者。沿该光学路径行进的光首先到达后调制面板104以执行第一级光调制。在后调制面板104执行第一级光调制之后，光学路径接着将经过调制的光提供到前调制面板106以执行第二级光调制。显示控制器110可根据对应于一个或多个数字图像的图像数据来调整后调制面板104和/或前调制面板106的调制量。
光源与漫射体102可包括背光单元，其发射沿光学路径在朝向滤色器层108的方向上行进的光。来自背光单元的光可照射后调制面板104和前调制面板106为观看者产生的图像。举例来讲，背光单元可为位于后调制面板104正后方的直接光源类型或位于屏幕边缘处的边缘光源类型。背光单元可包括光发射器，诸如阴极荧光灯、发光二极管(LED)(例如，白色LED行或全阵列、有机LED(例如，RGB LED))、量子点结构、固态激光器和/或为电子显示设备发射光的任何其他已知类型的光源。光源与漫射体102还可包括一个或多个漫射体层，其散射来自背光单元的光并且帮助均化背光单元所发射的光以便减少热点。
在一个实施方案中，光源与漫射体102可使用量子点从背光单元生成光。量子点可具有波长峰值与对应于滤色器层108中的滤色器元件的色彩对准的频谱。光源与漫射体102的背光单元可包括光源和量子点结构。光源可包括产生蓝光的一个或多个蓝色发光二极管。量子点结构从光源接收蓝光并且以与滤色器层108中的R、G和B滤色器元件相关联的波长输出对应光。漫射体，其可在本公开内与“导光板”互换并且还称为“导光板”，可分散从背光单元发射的光并且将其散射到光学路径中。这样做，漫射体能够均匀地分散沿光学路径行进的光。
后调制面板104可调制在光学路径中接收的背光的强度以便显示在黑色到白色的范围内的变化灰度色调的像素。后调制面板104可通常被称为单色级、快门级和/或局部变暗级，其增强多层显示系统100的动态范围。例如，后调制面板104可为投射图像的暗区提供局部变暗效果。局部变暗效果引起用前调制面板106生成的暗区中的像素的附加暗化。作为单色级，后调制面板104可被配置为不向观看者透露色彩信息，并且可不包括滤色器层和/或其他类型的滤色器元件。
前调制面板106可被称为彩色级，其具有创建彩色图像的像素。如图1所示，多层显示系统100可包括滤色器层108，其耦接至前调制面板106以显示用于彩色图像的像素。在其他实施方案中，滤色器层108可为前调制面板106的一部分。滤色器层108可包含与前调制面板106中的对应像素相关联的滤色器元件阵列。例如，前调制面板106的每个像素可将光传递到对应红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)滤色器元件以针对每个像素生成特定色彩。具体地讲，前调制面板106的像素中的每一者可具有R、G和B滤色器元件，其各自为能够单独寻址的。R滤色器元件可提供输入图像的对应于前调制面板106的像素中的一者的红光分量，G滤色器元件可提供输入图像的用于相同前调制面板106的像素的绿光分量，并且B滤色器元件可提供输入图像的用于相同前调制面板106的像素的蓝光分量。为了降低滤色器层传输损耗，滤色器层108还可包括白色滤色器元件，其在没有来自光过滤的显著传输损耗的情况下传递背光。
在一个实施方案中，后调制面板104和前调制面板106可各自包括液晶层，诸如有源矩阵液晶层、半穿透式液晶层和/或窗口液晶层，以调制光的强度，其可按照透射率和/或亮度来测量。液晶层可包括基于向液晶层施加变化水平的电流来取向和扭转的液晶(例如，扭转向列型)。例如，向液晶层供应电流的电力可致使这些液晶中的一者或多者将其自身松开扭转并取向以阻断光穿过。在液晶层允许光穿过的区域中，液晶的取向致使穿过光旋转或改变偏振。后调制面板104和前调制面板106可各自包括一个或多个偏光器层。例如，后调制面板104可包括定位在液晶层和光源与漫射体102之间的偏光器层以及定位在液晶层和前调制面板106之间的第二偏光器层。
在一个实施方案中，后调制面板104可被设置为具有比前调制面板106相对较低的像素分辨率。例如，前调制面板106可被设置为产生多层显示系统100所需的总显示分辨率，而后调制面板104可被设置为产生比总显示分辨率小的分辨率。在后调制面板104具有比前调制面板106低的像素分辨率的实施方案中，后调制面板104可包括具有比前调制面板106的像素到像素间距大的像素到像素间距的局部变暗元件阵列，该像素到像素间距还可被称为“像素节距”。这样做，这些局部变暗元件中的每一者可重叠并对应于前调制面板106的多个较高分辨率像素。例如，后调制面板104的每个局部变暗元件可重叠前调制面板106内的较高分辨率像素的2×2子阵列。在这个实例中，后调制面板104可针对前调制面板106的一组四个较高分辨率像素执行局部变暗操作。多层显示系统100的其他实施方案可在前调制面板106的与后调制面板104的局部变暗像素重叠并对应的较高分辨率像素的数量方面有所不同。
如图1所示，显示控制器110可接收并处理一个或多个数字图像的输入图像数据。在一个实施方案中，显示控制器110可接收以标准RGB(sRGB)格式编码的8位图像数据。一旦接收到图像数据，显示控制器110便可将以RGB格式编码的图像数据变换为以白色RGB(WRGB)格式编码的图像数据。为了再现数字图像，显示控制器110可基于输入图像数据来生成控制信号并且将控制信号提供到光源与漫射体102(例如，用于背光的驱动电路)、后调制面板104和/或前调制面板106。显示控制器110还可执行多种其他图像处理步骤，其包括但不限于色域映射算法、子像素渲染算法和/或输入图像数据的线性化。另外，显示控制器110可执行图像拆分操作，其中显示控制器110向后调制面板104和/或前调制面板106提供用于所接收的图像数据的不同方面的控制信号。本领域中已知的图像拆分操作的示例包括平方根图像拆分、全色彩图像拆分、基于外观的图像拆分和基于模型的图像拆分。
当对输入图像数据执行图像拆分操作时，多层显示系统100可生成至少两个耦合图像，一个用于后调制面板104并且另一个用于前调制面板106。具体地讲，多层显示系统100可将给定输入图像(例如，HDR输入图像)拆分并处理成两个互补图像，其中这些图像中的一者被作为单色数据发送并且第二图像被作为色彩数据发送。显示控制器110可基于单色数据来激活后调制面板104并且基于色彩数据来激活前调制面板106。多层显示系统100能够通过组合这两个耦合图像来向观看者准确地再现输入图像数据。
在一个实施方案中，显示控制器110可执行使后调制面板104的使用最小化并且依赖于驱动前调制面板106来避免视差假象的图像拆分操作，而不是执行均匀地拆分后调制面板104和前调制面板106的传输的平方根图像拆分算法。具体地讲，显示控制器110可不利用后调制面板104来生成中性色彩或明亮色彩。中性色彩是具有低于0.1的低饱和度水平的色彩。相反，显示控制器110可在许多情况下使用后调制面板104来实现较暗的黑色并且驱动后调制面板104以达到全照射，之后驱动前调制面板106以产生色彩。在一些情况下，为了改善图像拆分操作，可向后调制面板104施加低通滤波器来使后面板图像变模糊以便避免视差假象。尽管这种方法改善了获得较暗的黑色，但多层显示系统100可能不能够针对其他色彩(例如，暗红色、暗蓝色或暗绿色)增大其色域大小。
为了改善色域大小，显示控制器110可执行激活后调制面板104以降低亮度并且针对色彩驱动前调制面板106的图像拆分操作。基于输入图像数据，显示控制器110可通过使前调制面板106的使用最小化并且使后调制面板104的使用最大化来确定后调制面板104和前调制面板106的驱动程度。通过利用后调制面板104并且充分使用前调制面板106的色域，多层显示系统100可通过再现除黑色之外的更多暗饱和色彩(例如，暗红色、暗蓝色或暗绿色)来扩展可用色域。
虽然图1示出了多层显示系统100的特定实施方案，但本公开不限于图1所示的特定实施方案。在一个或多个实施方案中，后调制面板104可具有与前调制面板106大致相同或比前调制面板106高的分辨率。本公开的实施方案还可能够使用前调制面板106实现单色级并且使用后调制面板104实现彩色级。另外，虽然所公开的多层显示系统100能够再现HDR图像，但多层显示系统100不限于HDR图像并且可应用于再现任何类型的数字图像以向观看者显示。本领域的普通技术人员还将认识到，多层显示系统100可包括图1中未示出的多种其他部件，但在本领域中熟知的是包括但不限于驱动电路(例如，用于背光单元、后调制面板104和前调制面板106)、光学膜、反射器和电极。
多层显示系统100的其他实施方案可包括两个以上调制级并且/或者在不使用LCD面板的情况下实现这些调制级中的一者或多者。在一个实施方案中，多层显示系统100可包括三个调制级，即二维(2D)背光单元、后调制面板104和前调制面板106。2D背光单元可为被局部变暗以减少功率的LED矩阵，并且后调制面板104可基于当前2D LED图像来选择。在另一个实施方案中，多层显示系统100可不包括后调制面板104，而是使用2D背光单元来实现局部变暗并且使用前调制面板106来实现色彩调制。图1的使用和论述仅仅是用于方便描述和解释的示例。
图2示出了根据一个实施方案的用于再现输入图像的图像拆分操作200。图像拆分操作200可使用至少两次调制来自光源的光强度的双层LCD和/或其他多层显示系统来实现。使用图1作为示例，多层显示系统100可被配置为执行图像拆分操作200。在其他实施方案中，图像拆分操作200可使用其他图像渲染系统诸如视频图形卡来实现。图像拆分操作200可依据多层显示系统是嵌入式电子显示设备(例如，移动电话、平板电脑和/或可穿戴设备)还是外接到计算设备(例如，计算机监测器)并且基于来自计算设备的输入图像数据再现图像来使用不同图像渲染部件实现。
图像拆分操作200可在框202处通过接收对应于所接收的输入数字图像的色彩输入数据来开始。操作200可在逐像素和/或逐面板元素的基础上接收色彩输入数据。在一个实施方案中，当调制面板中的至少一者具有与另一个调制面板的分辨率不同的分辨率时，操作200可在逐面板元素的基础上接收色彩输入数据。例如，单色调制面板可被设置为比彩色调制面板低的分辨率，使得每个单色调制面板元素与四个彩色调制面板像素重叠。当调制面板具有大致相同的分辨率时，操作200可在逐像素的基础上接收色彩输入数据。例如，单色调制面板可被设置为与彩色调制面板大致相同的分辨率，使得每个单色调制面板像素对应于一个彩色调制面板像素。
图像拆分操作200可接着移动到框204并且确定所接收的色彩输入数据的饱和度值。类似于框202，图像拆分操作200可在逐像素或逐面板元素的基础上确定饱和度值。在一个实施方案中，用于像素或面板元素的饱和度值可通过以下方程式来定义：
色彩增量/色彩总和 (1)
其中色彩增量表示这些像素的三个RGB色彩值中的最大值与三个RGB色彩值中的最小值之间的差值，并且色彩总和是根据将这些像素的三个RGB色彩值中的最大值与三个RGB色彩值中的最小值相加来确定的。在一个实施方案中，当确定色彩增量和色彩总和时，不同像素的亮度值可为归一化值。框204的其他实施方案可采用其他熟知的确定饱和度的方法。例如，图像拆分操作200可将三个RGB色彩值转换为国际照明委员会LCH(CIELCH)色彩空间，并且接着使用色度作为饱和度。
图像拆分操作200可接着移动到框206以确定用于单色调制面板的驱动值。在一个实施方案中，图像拆分操作200使用从在框204中获得的饱和度值确定的线性加权和来确定单色调制面板的驱动。具体地讲，用于单色调制面板的驱动值可通过方程式2来定义：
Drive＝(1-SV)(mmp starting point min)+(SV)(mmp_starting_point max)(2)
其中“SV”是指在框204中确定的饱和度值，“mmp starting point min”是指用于产生单色调制面板的最低亮度的最大驱动值，并且“mmp starting point max”是指用于产生单色调制面板的全亮度的最小驱动值。框206的其他实施方案可使用饱和度值执行其他熟知的线性和/或非线性函数以确定单色调制面板的驱动值。这个操作的示例包括针对某个n次方用SV^n替换SV或使用分段函数，其中如果SV小于阈值，则将驱动设置为最大驱动值，并且如果SV大于等于阈值，则将驱动设置为最小驱动值。使驱动值基于饱和度水平可允许单色调制面板在暗区中激活并且维持色彩纯度以便获得除黑色之外的暗饱和色彩。对于在0与1000之间缩放的输入图像数据，暗区位于0至1范围之间。
用于彩色调制面板的驱动水平可基于单色调制水平的驱动水平。例如，图像拆分操作200可逐个像素地确定彩色调制面板驱动值，其涉及色彩变换矩阵。色彩变换矩阵可基于XYZ空间中的目标色彩和单色调制面板的亮度，其通过方程式3来定义：
其中[Xin,Yin,Zin]表示输入或目标XYZ信号，LB表示线性单色调制面板亮度和/或透射率信号，Ak表示彩色调制面板驱动值，[Rf,Gf,Bf]表示彩色调制面板驱动值，[Xk,Yk,Zk]表示彩色调制面板驱动的最小泄漏黑色水平并且表示色彩变换矩阵。求解彩色调制面板驱动值，[Rf,Gf,Bf]产生方程式4：
其中A’等于(LB(1-Ak)+Ak))。
然后，图像拆分操作200可移动到框208并且根据这些驱动值来驱动单色调制面板和彩色调制面板。图像拆分操作200可使用在框206中计算出的驱动值直接驱动单色调制面板。为了驱动彩色调制面板，图像拆分操作200可应用彩色面板算法，其使用在框206中找出的驱动值来确定用于彩色调制面板的驱动值，诸如如上所示的方程式4。
图像拆分操作200可接着移动到框210并且向单色调制面板施加径向畸变，诸如径向转变滤波器，以便对齐从两个调制面板生成的图像。图像拆分操作200可相对于观看者的视点局部对齐图像。为了执行局部对齐，图像拆分操作200的一个或多个实施方案可执行本领域的普通技术人员已知的眼睛跟踪器算法。例如，凝视跟踪器操作可利用相机来捕获用户眼睛的图像并且利用图像处理算法，其分析图像、提取图像特征并且应用图像特征以使视差最小化。换句话讲，凝视跟踪器操作可定位用户的位置并且通过向单色调制面板施加径向畸变来在每个调制面板上移位图像。通过跟踪与观看者相关联的多种因素，包括但不限于凝视点、瞳孔大小、眨眼频率、用户的情绪状态和/或用户相对于屏幕的位置，可将来自调制面板的图像相对于观看者的视点局部对齐。在一个实施方案中，眼睛跟踪可采用红外光源和/或相机来跟踪眼睛运动。
图3提供在使单色调制面板的使用最小化时照射两个调制面板以针对像素或面板元素输出实现较暗黑色的灰度的图形表示300。在图3中，为了创建最暗黑色，多层显示系统可最初不照射单色调制面板和彩色调制面板两者。图3中的部分302表示其中多层显示系统根据灰色输入值激活单色调制面板以生成较浅黑色的区。一旦在部分302的末端处单色调制面板被完全照射，多层显示系统便转变到部分304并且开始针对所有三个RGB色彩激活彩色调制面板以再现较亮的灰色输入值。随着灰色输入值从黑色转变到灰白色调，发生彩色调制面板的激活。当多层显示系统针对所有三个RGB色彩完全照射彩色调制面板以创建白色时，部分304结束。
图4提供在使单色调制面板的使用最小化时照射两个调制面板以针对像素或面板元素输出R边缘的图形表示400。类似于图3，当输入色彩是暗黑色时，多层显示系统不激活单色调制面板和彩色调制面板两者。随着输入色彩转变到较暗的红色色调，多层显示系统增大单色调制面板的照射，如部分402中所示。一旦单色调制面板被完全照射，多层显示系统便针对R边缘激活彩色调制面板，如部分404中所示。多层显示系统不激活彩色调制面板的G和B色彩元素，因为输入色彩对应于红色的不同色调。随着红色针对输入色彩变得较亮，多层显示系统增大彩色调制面板的照射。在图4中，当多层显示系统接收深饱和红色作为输入色彩值时，多层显示系统输出灰色而不是输出相似的深饱和红色。
图5是示出使单色调制面板的使用最小化(例如，部分402)并且使彩色调制面板的使用最大化(例如，部分404)的试验计划500的实施方案。具体地讲，单色调制面板在暗区中激活以产生较暗的黑色，维持色彩纯度，并且使视差假象最小化。虽然图3和图4两者示出了单色调制面板的激活区(例如，部分302和402)的输入色域大小与彩色调制面板的激活区(例如，部分304和404)大概相同，但单色调制面板的激活区的实际色域大小通常小于彩色调制面板的激活区。图3和图4未按比例绘制并且被包括作为示例性图形表示以方便描述和解释。图5提供对应于图4所示的图形表示400的试验计划500。如图5所示，部分402对应于比部分404小的色彩输入的色域大小。通过减少部分402的色彩输入值的数量，多层显示系统使单色调制面板的使用最小化并且使彩色调制面板的使用最大化。
为了获得暗饱和色彩并且改善色域范围，多层显示系统可维持中性单色调制面板，同时激活彩色调制面板。图6描绘用于照射两个调制面板以针对像素或面板元素输出R边缘以便获得暗饱和色彩的图形表示600。图6示出了随着输入色彩从暗黑色移动到暗红色，电子显示设备不激活单色调制面板，如部分602中所示。与图4相反，多层显示系统激活彩色调制面板以在暗区中产生红色色度。一旦彩色调制面板被完全照射，多层显示系统便转变到部分604，并且激活单色调制面板并在亮区中基于红色输入色彩来照射单色调制面板。对于在0与100之间缩放的输入图像数据，亮区可被定义为高于一(例如，1至1000范围)的区。随着红色输入色彩变得较亮，多层显示系统增大单色调制面板的亮度。类似于图3和图4，图6未按比例绘制。部分602比部分604相对较短，使得多层显示系统使彩色调制面板的使用最小化并且使单色调制面板的使用最大化以便获得暗饱和色彩。多层显示系统可通过激活彩色调制面板的B色度、G色度和/或RGB色度的组合来生成其他暗饱和色彩。
图7提供多层显示系统能够通过实现图6所描述的图像拆分操作来获得的附加红色色域的图形表示700。在图7中，部分702表示当使单色调制面板的调制最小化时的可用红色色域空间。换句话讲，部分702内的红色色域空间对应于如图4的图形表示400中所示的用于单色调制面板和彩色调制面板的调制的色域空间。部分704表示如图6所示的当使彩色调制面板的调制最小化时电子显示设备获得的附加红色色域空间。
图8是用于多层显示系统的图像拆分操作800的框图。图像拆分操作800可接收输入图像802，其可被编码为8位RGB图像。输入图像可被拆分成两个图像。第一图像可被变换为XYZ三色激励值以生成XYZ图像804。第二图像可使用如图2的框206中所描述的基于饱和度值的实现方式来修改，以创建基于饱和度的图像806。然后，图像拆分操作800对基于饱和度的图像806执行下取样和径向畸变808。一旦完成下取样和径向畸变808，图像拆分操作800便执行上取样到单色调制面板的分辨率810。图像拆分操作800可接着执行上取样到彩色调制面板的分辨率812并且接着组合这两个图像以形成彩色调制面板图像816。如图8所示，图像拆分操作800可使用彩色面板算法生成组合图像816。
图9是用于再现数字图像的多层显示设备900的实施方案的框图。多层显示设备900的不同部件可在显示驱动器电路(例如，定时控制器芯片)、设备视频卡中且/或使用其他类型的控制器单元(例如，微处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列、芯片上系统集成电路等)实现。多层显示设备900可将以RGB格式编码的图像数据变换为以WRGB格式编码的图像数据并且可执行图像拆分操作，其中在单色调制面板与彩色调制面板之间分配用于待显示图像的不同方面的控制信号。
如图9所示，可将图像数据提供到多层显示设备900的输入910。多层显示设备900可包括WRGB转换器912，其接收输入910上的RGB数据。WRGB转换器912可从供应到输入910的数据确定用于背光单元的亮度设置并且将对应亮度控制信号供应到背光控制器916。背光控制器916可调整光源所产生的输出。WRGB转换器912将RGB数据映射到WRGB数据。色彩空间转换器914将WRGB数据转换为适当色彩空间，诸如CIE XYZ色彩空间。
图像拆分器920可接着将图像数据拆分为两个通道。图像拆分器920可例如将图像数据的高分辨率彩色图像数据分量提供到彩色调制面板922，同时将图像数据的低分辨率单色局部变暗分量提供到单色调制面板924。图像数据的局部变暗通道可从XYZ色彩空间中的亮度Y的平方导出。图像数据的彩色图像数据通道可通过将Y通道除以Y的平方并且使用这个新Y数据与对应X和Z数据形成最后彩色图像数据来形成。当在彩色调制面板922上显示图像的色彩分量并且在显示级924上显示图像的较低分辨率局部变暗分量时，伽马查找表可用于将来自图像拆分器920的数据转换为WRGB数据。
如本文使用，术语电子显示器的“动态范围”是指电子显示器的输出的最高亮度部分(即，最亮部分)与电子显示器的输出的最低亮度部分(即，最暗部分)的比率。
如本文使用，术语“双层”可贯穿本公开与“双单元”互换并且通常称为“双单元”。
参看图10，其是包括如图1中所描述的根据一个实施方案的多层显示系统的例示性电子设备1000的简化功能框图。电子设备1000可包括处理器1005、显示器1010、用户界面1015、图形硬件1020、设备传感器1025(例如，接近传感器/环境光传感器、加速度计和/或陀螺仪)、麦克风1030、一个或多个音频编解码器1035、一个或多个扬声器1040、通信电路1045、数字图像捕获单元1050、一个或多个视频编解码器1055、存储器1060、存储装置1065和通信总线1070。例如，电子设备1000可以是数字相机、个人数字助理(PDA)、个人音乐播放器、移动电话、服务器、笔记本电脑、膝上型电脑、台式计算机或平板电脑。更具体地讲，可在包括设备1000的一些或全部部件的设备上执行所公开的技术。
处理器1005可执行实施或控制由设备1000执行的多种功能的操作所必要的指令。处理器1005可例如驱动显示器1010并可从用户界面615接收用户输入。显示器1010可为如图1所述的多层显示系统。用户界面1015可呈现多种形式，诸如按钮、小键盘、转盘、点击轮、键盘、显示屏、触摸屏或其组合。处理器1005也可例如为片上系统，诸如存在于移动设备中的那些，并且包括专用图形处理单元(GPU)。处理器1005可基于精简指令集计算机(RISC)或复杂指令集计算机(CISC)架构或任何其他合适的架构，并且可包括一个或多个处理内核。图形硬件1020可以是用于处理图形和/或辅助处理器1005以处理图形信息的专用计算硬件。在一个实施方案中，图形硬件1020可包括可编程GPU。
传感器与相机电路1050可捕获可通过以下设备至少部分地根据所公开的技术来处理的静态图像和视频图像：一个或多个视频编解码器1055和/或处理器1005和/或图形硬件1020，和/或并入在电路1050内的专用图像处理单元。由此捕获的图像可存储在存储器1060和/或存储装置1065中。存储器1060可包括由处理器1005和图形硬件1020使用的一个或多个不同类型的介质以执行设备功能。例如，存储器1060可包括存储器高速缓存、只读存储器(ROM)，和/或随机存取存储器(RAM)。存储装置1065可存储媒体(例如，音频文件、图像文件和视频文件)、计算机程序指令或软件、偏好信息、设备配置文件信息以及任何其他合适的数据。存储装置1065可包括一个或多个非暂态存储介质，包括例如磁盘(固定盘、软盘和可移除盘)和磁带、光学介质诸如CD-ROM和数字视频光盘(DVD)，以及半导体存储器设备诸如电可编程只读存储器(EPROM)和电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)。存储器1060和存储装置1065可用于有形地保持组织成一个或多个模块并以任何所需的计算机编程语言写成的计算机程序指令或代码。例如，当由处理器1005执行时，此类计算机程序代码可实现本文所述的操作中的一种或多种操作。
应当理解，以上描述旨在是示例性的而非限制性的。已经呈现材料以使得本领域的任何技术人员能够制作并使用如本文所述的受权利要求保护的主题，并且在特定实施方案的上下文中提供材料，特定实施方案的变型对于本领域的技术人员而言将是显而易见的(例如，可彼此结合使用所公开的实施方案中的一些实施方案)。例如，尽管已经在HDR图像的上下文中描述了图1至图10，但这不是必要的。此外，所述操作中的一些操作可使其各个步骤以不同形式或结合本文给出的其他步骤的次序来执行。更一般地讲，如果有硬件支持，则可并行执行结合图1至图10所述的一些操作。
本文公开至少一个实施方案，并且本领域的普通技术人员所作的实施方案和/或实施方案特征的变型、组合和/或修改属于本公开的范围内。由组合、整合和/或省略实施方案的特征产生的另选实施方案也属于本公开的范围内。在明确陈述数值范围或限度的情况下，此类明确范围或限度可被理解为包括属于明确陈述的范围或限度内的相似量值的迭代范围或限度(例如，从约1到约10包括2、3、4等；大于0.10包括0.11、0.12、0.13等)。术语“约”的使用意指随后数字的±10％，除非另有陈述。
在回顾以上描述时，很多其他实施方案对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。因此应当参考所附权利要求以及命名此类权利要求的等同形式的完整范围来确定本发明的范围。在所附权利要求中，术语“包括”和“其中”被用作相应术语“包括”和“其中”的通俗的英语等同形式。

Claims (20)

1.一种非暂态程序存储设备，所述非暂态程序存储设备能够由可编程控制设备读取并且包括存储于其上的指令，以致使一个或多个可编程控制设备：
接收指示与输入图像相关联的目标显示色彩的色彩输入值；
确定用于所接收的色彩输入值的色彩饱和度值；
基于所述色彩饱和度值来确定用于多层显示器的单色调制面板的第一驱动值；
基于所述第一驱动值来确定用于所述多层显示器的彩色调制面板的第二驱动值；
根据所述第二驱动值来驱动所述彩色调制面板；并且
根据所述第一驱动值来驱动所述单色调制面板，其中直到所述彩色调制面板被完全照射才调制所述单色调制面板。
2.根据权利要求1所述的非暂态程序存储设备，其中所述指令还致使所述一个或多个可编程控制设备：
跟踪所述多层显示器的观看者的视点；并且
基于跟踪所述视点来向从所述单色调制面板生成的图像施加径向畸变。
3.根据权利要求1所述的非暂态程序存储设备，其中用于致使所述一个或多个可编程控制设备确定第一驱动值的所述指令包括用于致使所述一个或多个可编程控制设备根据线性加权和来确定所述第一驱动值的指令。
4.根据权利要求1所述的非暂态程序存储设备，其中所述单色调制面板被配置为具有比所述彩色调制面板低的分辨率。
5.根据权利要求1所述的非暂态程序存储设备，其中用于致使所述一个或多个可编程控制设备根据所述第二驱动值来驱动所述彩色调制面板的所述指令包括用于致使所述一个或多个可编程控制设备在所述输入图像的暗区中根据所述第二驱动值来驱动所述彩色调制面板的指令。
6.根据权利要求1所述的非暂态程序存储设备，其中当所述目标显示色彩对应于所述输入图像的至少亮区时，所述彩色调制面板被完全照射。
7.根据权利要求1所述的非暂态程序存储设备，其中在完全照射所述彩色调制面板之前对应于输入色彩区的输入色彩色域大小小于在完全照射所述彩色调制面板之后对应于第二输入色彩区的第二输入色彩色域大小。
8.根据权利要求1所述的非暂态程序存储设备，其中用于致使所述一个或多个可编程控制设备驱动所述单色调制面板的所述指令包括用于致使所述一个或多个可编程控制设备在所述目标显示色彩对应于所述输入图像的亮区时根据所述第一驱动值来驱动所述单色调制面板的指令。
9.一种系统，包括：
图像显示设备，所述图像显示设备包括耦接至前调制面板的后调制面板；
存储器；和
一个或多个可编程控制设备，所述一个或多个可编程控制设备用于与所述图像捕获设备和所述存储器交互并且用于执行包括以下各项的操作：
接收指示与输入图像相关联的目标显示色彩的色彩输入值；
确定用于所接收的色彩输入值的色彩饱和度值；
基于所述色彩饱和度值来确定用于所述后调制面板的第一驱动值；
基于所述第一驱动值来确定用于所述前调制面板的第二驱动值；
根据所述第二驱动值来驱动所述前调制面板；并且
根据所述第一驱动值来驱动所述后调制面板，其中直到所述前调制面板被完全照射才调制所述后调制面板。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述一个或多个可编程控制设备还执行包括以下各项的操作：
跟踪所述图像显示设备的观看者的视点；以及
基于跟踪所述视点来向从所述后调制面板生成的图像施加径向畸变。
11.根据权利要求9所述的系统，其中确定第一驱动值还包括根据线性加权和来确定所述第一驱动值。
12.根据权利要求9所述的系统，其中所述后调制面板被配置为具有比所述前调制面板低的分辨率。
13.根据权利要求9所述的系统，其中根据所述第二驱动值来驱动所述前调制面板还包括在所述输入图像的暗区中根据所述第二驱动值来驱动所述前调制面板。
14.根据权利要求9所述的系统，其中在完全照射所述前调制面板之前对应于输入色彩区的输入色彩色域大小小于在完全照射所述前调制面板之后对应于第二输入色彩区的第二输入色彩色域大小。
15.根据权利要求9所述的系统，其中驱动所述后调制面板还包括当所述目标显示色彩对应于所述输入图像的亮区时根据所述第一驱动值来驱动所述后调制面板。
16.一种方法，包括：
使用多层显示设备来接收指示与输入图像相关联的目标显示色彩的色彩输入值；
使用所述多层显示设备来确定用于所接收的色彩输入值的色彩饱和度值；
使用所述多层显示设备基于所述色彩饱和度值来确定用于所述多层显示设备的后调制面板的第一驱动值；
使用所述多层显示设备基于所述第一驱动值来确定用于所述多层显示设备的前调制面板的第二驱动值；
使用所述多层显示设备根据所述第二驱动值来驱动所述前调制面板；以及
使用所述多层显示设备根据所述第一驱动值来驱动所述后调制面板，其中在所述前调制面板被完全照射之后对所述后调制面板进行调制。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
跟踪所述多层显示设备的观看者的视点；以及
使用所述多层显示设备基于跟踪所述视点来向从所述后调制面板生成的图像施加径向畸变。
18.根据权利要求16所述的方法，其中确定第一驱动值还包括根据线性加权和来确定所述第一驱动值。
19.根据权利要求16所述的方法，其中在完全照射所述前调制面板之前对应于输入色彩区的输入色彩色域大小小于在完全照射所述前调制面板之后对应于第二输入色彩区的第二输入色彩色域大小。
20.根据权利要求16所述的方法，其中驱动所述后调制面板还包括当所述目标显示色彩至少对应于所述输入图像的亮区时根据所述第一驱动值来驱动所述后调制面板。
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