CN113330506A - 用于在亮度受控环境中进行局部调光的装置、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

所公开的显示设备可以包括：(1)显示面板，该显示面板包括像素区域；(2)背光源阵列，该背光源阵列耦合到包括发光元件的显示面板；(3)显示器外壳，该显示器外壳被配置成基本上防止用户参考外部亮度等级；(4)显示器驱动器，该显示器驱动器被配置成接收包括图像块的图像并且将图像扫描到显示面板；以及(5)背光源驱动器，该背光源驱动器被配置成：(a)确定图像块中的每一个的绝对亮度等级；(b)导出图像块中的每一个的相对亮度等级；(c)基于图像块的对应部分的相对亮度等级计算发光元件中的每一个的照度等级；并且(d)在经由显示面板显示图像的同时，根据照度等级点亮发光元件中的每一个。还公开了各种其他装置、系统和方法。

Description

用于在亮度受控环境中进行局部调光的装置、系统和方法
背景
虚拟现实(VR)和增强现实(AR)头戴式装置(headset)正逐渐普遍地用于越来越多的活动。此类头戴式装置可以将视觉信息集成到用户的视野中，以增强他们的周围环境或允许他们进入沉浸式三维环境。尽管虚拟现实和增强现实头戴式装置通常用于游戏和其他娱乐目的，但它们也常用于娱乐之外的目的——例如，政府可以使用它们进行军事训练模拟，医生可以使用它们练习手术，工程师可以使用它们作为可视化辅助工具。虚拟现实系统和增强现实系统也因其在促进各种环境中个人之间的人际互动方面的效用而得到越来越多的认可。
由于许多虚拟和增强现实头戴式装置的紧凑型尺寸，因此在此类头戴式装置中使用的显示屏可能需要具有较小的外形，同时还需要显示高质量、高分辨率的图像。由于佩戴者的眼睛可以相对地极为靠近显示屏定位，显示屏可以通过头戴式装置的镜头被进一步放大，因此所显示的图像中的任何不一致对于头戴式装置用户来说可比其他类型的显示设备中的此类不一致更加明显。不幸的是，有时由于其相对较低的成本和高可用性而被集成到头戴式装置中的典型的液晶显示器(LCD)可表现出某些不期望的显示伪影。例如，常规液晶(LC)面板往往容易漏光或“渗光”，这可导致差的对比度和差的黑电平。一些LCD(例如，大因子(large-factor)LCD，诸如LCD电视)可以采用局部可调光的背光源阵列增强对比度和黑电平，特别是在显示高对比度图像时。不幸的是，使用可局部调光的背光源的常规LCD通常会表现出光晕伪影，特别是在较暗背景上的明亮物体周围。此外，能够局部调光的常规背光源通常具有比它们照亮的LC面板更慢的刷新率，这可加剧显示伪影的问题。例如，当经由使用可局部调光的背光源的常规LCD显示时，快速移动的物体可在它们的尾迹中留下重影轨迹。因此，用户对常规LCD头戴式装置的体验可能是次优的。
概述
如下文将更详细地描述的，本公开描述了用于在亮度受控环境(例如，基本上防止用户参考外部亮度等级的VR头戴式装置)中执行背光源的局部调光的各种装置、系统和方法。在一些示例中，计算机实施的方法可以包括：(1)接收包括图像块的图像，其中，图像将经由显示面板显示；(2)确定图像块中的每一个的绝对亮度等级；(3)基于内部参考亮度等级导出图像块中的每一个的相对亮度等级；(4)基于图像块的对应部分的相对亮度等级计算显示面板的背光源阵列的每个发光元件的照度等级；以及(5)在经由显示面板显示图像的同时，根据为背光源阵列的每个发光元件计算的照度等级来点亮发光元件。在一些示例中，显示面板可以包括多个像素区域，背光源阵列可以耦合到显示面板的像素区域后面，并且可以包括发光元件，每个发光元件被配置成照亮像素区域的对应部分，并且显示面板和背光源阵列可以被配置成基本上防止观看者参考外部亮度等级。
在一些示例中，至少一个内部参考亮度等级可以包括图像块中的另一个的绝对亮度等级或相对亮度等级。
在一个示例中，导出图像块中的每一个的相对亮度等级的步骤可以包括：(1)识别图像的第一图像区域，该第一图像区域包括图像块中具有较低绝对亮度等级的一个或更多个图像块；(2)识别图像的第二图像区域，该第二图像区域包括图像块中具有较高绝对亮度等级的一个或更多个图像块；(3)计算较低绝对亮度等级和较高绝对亮度等级之间的差值；(4)导出第一区域中的在图像块中的每一个图像块的第一相对亮度等级，该第一相对亮度等级低于较低绝对亮度等级；以及(5)导出第二区域中的在图像块中的每一个图像块的第二相对亮度等级，该第二相对亮度等级基本上等于第一相对亮度等级与差值之和。
附加地或另选地，导出图像块中的每一个的相对亮度等级的步骤可以包括：(1)识别图像的第一图像区域，该第一图像区域具有较低绝对亮度等级；(2)识别图像的第二图像区域，该第二图像区域包括图像块中具有基本上相似的较高绝对亮度等级的两个或更多个图像块；(3)导出第二图像区域的在由观看者感知时基本上表现为单个亮度等级的亮度等级梯度；以及(4)将来自亮度等级梯度的亮度等级分配给图像块中的两个或更多个图像块，使得第二图像区域内的距第一图像区域最远的图像块具有最高的亮度等级，并且第二图像区域内的距第一图像区域最近的图像块具有最低的亮度等级。
附加地或另选地，导出图像块中的每一个的相对亮度等级的步骤可以包括：(1)识别图像的第一图像区域，该第一图像区域具有较高绝对亮度等级；(2)识别图像的第二图像区域，该第二图像区域包括图像块中具有基本上相似的较低绝对亮度等级的两个或更多个图像块；(3)导出第二图像区域的在由观看者感知时基本上表现为单个亮度等级的亮度等级梯度；以及(4)将来自亮度等级梯度的亮度等级分配给图像块中的两个或更多个图像块，使得第二图像区域内的距第一图像区域最远的图像块具有最低的亮度等级，并且第二图像区域内的距第一图像区域最近的图像块具有最高的亮度等级。
在一些示例中，至少一个内部参考亮度等级可以包括先前经由显示面板显示的附加图像的图像块的绝对亮度等级或相对亮度等级。在一些示例中，导出图像块中的每一个的相对亮度等级的步骤可以包括：(1)识别图像的具有第一绝对亮度等级的图像块；(2)识别附加图像的具有基本上等于第一绝对亮度等级的第二绝对亮度等级的图像块；(3)确定附加图像的图像块的相对亮度等级；以及(4)导出图像的图像块的相对亮度等级，该相对亮度等级低于附加图像的图像块的相对亮度等级，使得附加图像的图像块的相对亮度等级和图像的图像块的相对亮度等级之间的差值对于观看者基本上是不可感知的。在一些示例中，显示面板和背光源阵列可以形成头戴式显示设备的一部分，并且头戴式显示设备可以包括显示器外壳，该显示器外壳围绕显示面板和背光源阵列并且被配置成基本上防止观看者参考外部亮度等级。
计算机实施的方法可以包括：(1)经由包括像素区域的显示面板接收要显示的图像；(2)确定图像的每个图像块的绝对亮度等级；(3)基于图像的图像块中的另一个的绝对亮度等级或相对亮度等级或者先前经由显示面板显示的附加图像的图像块的绝对亮度等级或相对亮度等级，使用人类亮度感知模型计算图像的每个图像块的相对亮度等级；(4)基于图像块的对应部分的相对亮度等级计算耦合到显示面板的像素区域后面的背光源阵列的每个发光元件的照度等级；以及(5)在经由显示面板显示图像的同时，根据为每个发光元件计算的照度等级来点亮发光元件。在一些示例中，背光源阵列的发光元件中的每一个可以被配置成照亮像素区域的对应部分，并且显示面板和背光源阵列可以被配置成基本上防止观看者参考外部亮度等级。在一些示例中，人类亮度感知模型可以对观看者如何感知光度梯度进行建模。附加地或另选地，人类亮度感知模型可以对观看者如何感知绝对亮度等级进行建模。
在一些示例中，可以基于图像块中的另一个图像块的绝对亮度等级或相对亮度等级计算图像块中的一个图像块的相对亮度等级。在一个示例中，使用人类亮度感知模型计算图像块中的每一个的相对亮度等级的步骤可以包括：(1)识别图像的第一图像区域，该第一图像区域包括图像块中具有较低绝对亮度等级的一个或更多个图像块；(2)识别图像的第二图像区域，该第二图像区域包括图像块中具有较高绝对亮度等级的一个或更多个图像块；(3)计算较低绝对亮度等级和较高绝对亮度等级之间的差值；(4)使用人类亮度感知模型导出第一区域中的在图像块中的每一个图像块的第一相对亮度等级，该第一相对亮度等级小于较低绝对亮度等级；以及(5)导出第二区域中的在图像块中的每一个图像块的第二相对亮度等级，该第二相对亮度等级基本上等于第一相对亮度等级与差值之和。
在一些示例中，使用人类亮度感知模型计算图像块中的每一个的相对亮度等级的步骤可以包括：(1)识别图像的第一图像区域，该第一图像区域具有较低绝对亮度等级；(2)识别图像的第二图像区域，该第二图像区域包括图像块中具有基本上相似的较高绝对亮度等级的两个或更多个图像块，(3)使用人类亮度感知模型导出第二图像区域的在由观看者感知时基本上表现为单个亮度等级的亮度等级梯度；以及(4)将来自亮度等级梯度的亮度等级分配给图像块中的两个或更多个图像块，使得第二图像区域内的距第一图像区域最远的图像块具有最高的亮度等级，并且第二图像区域内的距第一图像区域最近的图像块具有最低的亮度等级。
在一些示例中，使用人类亮度感知模型计算图像块中的每一个的相对亮度等级的步骤可以包括：(1)识别图像的第一图像区域，该第一图像区域具有较高绝对亮度等级；(2)识别图像的第二图像区域，该图像的第二图像区域包括图像块中具有基本上相似的较低绝对亮度等级的两个或更多个图像块；(3)使用人类亮度感知模型导出第二图像区域的在由观看者感知时基本上表现为单个亮度等级的亮度等级梯度；以及(4)将来自亮度等级梯度的亮度等级分配给图像块中的两个或更多个图像块，使得第二图像区域内的距第一图像区域最远的图像块具有最低的亮度等级，并且第二图像区域内的距第一图像区域最近的图像块具有最高的亮度等级。
在一些示例中，可以基于先前经由显示面板显示的附加图像的图像块的绝对亮度等级或相对亮度等级计算图像块中的一个的相对亮度等级。在一些示例中，导出图像块中的每一个的相对亮度等级的步骤可以包括：(1)识别图像的具有第一绝对亮度等级的图像块；(2)识别附加图像的具有基本上等于第一绝对亮度等级的第二绝对亮度等级的图像块；(3)确定附加图像的图像块的相对亮度等级；以及(4)使用人类亮度感知模型导出图像的图像块的相对亮度等级，该相对亮度等级低于附加图像的图像块的相对亮度等级，使得附加图像的图像块的相对亮度等级和图像的图像块的相对亮度等级之间的差值对于观看者基本上是不可感知的。
另外，对应的显示设备可以包括：(1)显示面板，该显示面板包括像素区域；(2)背光源阵列，该背光源阵列耦合到显示面板的像素区域后面，该背光源阵列包括发光元件，每个发光元件被配置成照亮像素区域中的对应一个；(3)显示器外壳，该显示器外壳围绕显示面板和背光源阵列，并且被配置成基本上防止用户参考外部亮度等级；(4)显示器驱动器，该显示器驱动器被配置成接收包括图像块的图像并且将图像扫描到显示面板；以及(5)背光源驱动器，该背光源驱动器被配置成：(a)确定图像块中的每一个的绝对亮度等级；(b)基于图像块中的另一个的绝对亮度等级或相对亮度等级或者先前经由显示面板显示的附加图像的图像块的绝对亮度等级或相对亮度等级，导出图像块中的每一个的相对亮度等级；(c)基于图像块的对应部分的相对亮度等级计算多个发光元件中的每一个的照度等级；以及(d)在经由显示面板显示图像的同时，根据为发光元件中的每一个计算的照度等级来点亮发光元件。在一些示例中，可以使用人类亮度感知模型导出图像块的相对亮度等级，该人类亮度感知模型被配置成对用户如何感知光度梯度或用户如何感知绝对亮度等级进行建模。在至少一个示例中，显示设备可以包括头戴式显示设备，并且显示面板可以包括液晶面板。在一些示例中，显示设备可以为头戴式显示设备，其被配置成向用户呈现演进的三维虚拟场景，并且图像可以描绘演进的三维虚拟场景中的元素。在此类示例中，背光源驱动器还可以被配置成：(1)确定显示设备的运动、用户相对于演进的三维虚拟场景的头部姿势、用户的凝视和/或所述元素中的一个或更多个；(2)基于运动计算多个发光元件中的每一个的照度等级；和/或(3)在经由显示面板向用户显示图像之前调整图像以补偿运动。
根据本文描述的一般原理，来自上述实施例中的任一个的特征可以彼此组合使用。在结合附图和权利要求书阅读以下详细描述时，将更全面地理解这些和其他实施例、特征和优点。
附图简述
附图图示了许多示例性实施例，并且是说明书的一部分。连同以下描述，这些附图展示并且解释了本公开的各种原理。
图1是根据一些实施例的示例性显示系统的框图。
图2是根据一些实施例的示例性头戴式显示系统的透视图。
图3是根据一些实施例的示例性头戴式显示设备的横截面顶视图。
图4A是根据一些实施例的示例性头戴式显示设备的前视图。
图4B是根据一些实施例的示例性LC面板的前视图。
图5A是根据一些实施例的示例性背光源阵列的前视图。
图5B是根据一些实施例的图4B所示的示例性LC面板的一部分和图5A所示的示例性背光源阵列的对应部分的透视图。
图6是根据一些实施例的用于在亮度受控环境中执行背光源的局部调光的示例性方法的流程图。
图7是根据一些实施例的用于导出相对亮度等级的示例性方法的流程图。
图8A是根据一些实施例的示例性图像的前视图。
图8B是根据一些实施例的与图8A所示的示例性图像相对应的示例性绝对亮度等级和相对亮度等级的图。
图9是根据一些实施例的用于导出相对亮度等级的示例性方法的流程图。
图10A是根据一些实施例的附加示例性图像的前视图。
图10B是根据一些实施例的与图10A所示的附加示例性图像相对应的示例性绝对亮度等级和相对亮度等级的图。
图11是根据一些实施例的与图10A所示的附加示例性图像相对应的附加示例性绝对亮度等级和相对亮度等级的图。
图12是根据一些实施例的用于导出相对亮度等级的示例性方法的流程图。
图13A是根据一些实施例的附加示例性图像的前视图。
图13B是根据一些实施例的与图13A所示的附加示例性图像相对应的示例性绝对亮度等级和相对亮度等级的图。
图14是根据一些实施例的用于导出相对亮度等级的示例性方法的流程图。
图15A是根据一些实施例的附加示例性图像的前视图。
图15B是根据一些实施例的与图15A所示的附加示例性图像相对应的示例性绝对亮度等级和相对亮度等级的图。
图16是根据一些实施例的用于在亮度受控环境中执行背光源的局部调光的附加示例性方法的流程图。
在整个附图中，相同的附图标记和描述指示相似但不一定相同的元件。尽管本文描述的示例性实施例可以具有各种修改和替代形式，但在附图中通过示例的方式示出了具体实施例，并且将在本文中详细描述这些具体实施例。然而，本文描述的示例性实施例并不旨在限于所公开的特定形式。相反，本发明涵盖了落入所附权利要求范围内的所有修改、等同物和替代物。
示例性实施方式的详细描述
本公开总体涉及用于在亮度受控环境中执行局部调光的系统和方法，更具体地，涉及用于在利用LCD的VR头戴式装置中进行局部背光源调光的系统和方法。在一些示例中，本公开的实施例可以基本上防止显示面板的观看者参考外部光源的亮度等级(例如，不照亮显示面板的光源的亮度等级)，以便基于相对亮度等级而不是绝对的内部亮度等级照亮显示面板。在一些示例中，所公开的方法可以对人眼和大脑如何工作以感知绝对亮度等级的细节进行建模，以确定如何使用各种局部调光技术照亮LCD。由于人类视觉通常基于相对亮度估计绝对亮度，因此本文公开的系统和方法可以通过使图像的周围环境变暗而使图像的一部分显得明亮，或者通过使图像的周围环境变亮而使图像的一部分显得暗。另外，由于人类视觉通常能够补偿照度梯度和照度强度，因此本文公开的系统和方法可以使用梯度背光技术以用户不可感知的方式以基本上相同的绝对亮度等级可变地照亮图像的部分。在一些示例中，本公开的实施例可以利用VR头戴式装置中可用的头部位置、眼睛跟踪和/或物体运动信息减少可能由头部、眼睛和物体运动引起的潜在局部调光视觉伪影。通过将所公开的局部背光源调光技术应用于充满用户视野的LCD，本文所公开的系统和方法可以减少或消除在实施常规局部背光技术的LCD中发现的许多视觉缺陷(例如，静态和/或瞬时伪影)。此外，所公开的局部背光源调光技术可以使得能够在暗背景上舒适地观察快速移动的物体或明亮的物体，降低VR显示器的功耗，和/或显著增加VR场景的感知对比度。
下面将参照图1-图5B提供头戴式显示系统和设备的示例。此外，与图6-图16相对应的论述将提供用于在亮度受控环境中执行局部调光的方法的示例。
图1是被配置成执行局部调光的示例性显示系统100的框图。如图所示，示例显示系统100可以包括LC面板102、背光源单元(BLU)108、显示器驱动器114、背光源驱动器120以及感知模型130。如该示例所示，LC面板102可以包括左侧104和右侧106。左侧104和右侧106可以分别表示LC面板102的像素元件的左边部分和右边部分。当并入头戴式显示系统中时，左侧104和右侧106可以分别表示用户的左眼和右眼可见的LC面板102的部分。BLU 108可以包括生成和发射光的多个发光元件或部件。在一些示例中，BLU可以包括左背光源110和右背光源112。背光源110和112可以各自包括例如发光元件阵列(例如，发光二极管和/或激光发射二极管)。
显示器驱动器114可以包括用于驱动LC面板102的像素元件的任何合适电路，背光源驱动器120可包括用于控制BLU 108的任何合适电路。例如，显示器驱动器114和/或背光源驱动器120可以包括至少一个显示器驱动器集成电路(IC)。在一些示例中，显示器驱动器114可以包括接收命令和/或成像数据并且生成用于LC面板102的薄膜晶体管(TFT)的水平和竖直定时信号的定时控制器(TCON)电路。此外，背光源驱动器120可以包括生成用于背光源110和112的定时和照度等级信号的电路。在一些实施例中，显示器驱动器114可以安装在LC面板102的TFT基板的边缘上，并且可以电连接到LC面板102的扫描线和数据线。如图1所示，显示器驱动器114和背光源驱动器120可以各自包括用于执行一项或更多项任务的一个或更多个模块。如下文将更详细地解释的，显示器驱动器114可以包括接收模块116和扫描模块118，并且背光源驱动器120可以包括确定模块122、推导模块124、计算模块126和照明模块128。尽管被图示为分开的元件，但图1中的模块中的一个或更多个可以表示单个模块或应用程序的部分。
图1中的示例显示系统100可以多种方式实施和/或配置。例如，如图2所示，示例显示系统100的全部或部分可以表示示例头戴式显示系统200的部分。附加地或另选地，显示系统100可以用于和/或结合任何合适的电子显示设备，诸如例如，电视、计算机显示器、笔记本电脑显示器、平板设备、便携式设备，诸如蜂窝电话(例如智能手机)、腕表设备、挂件设备或其他可佩戴或微型设备、媒体播放器、相机取景器、游戏设备、导航设备和/或任何其他类型的设备(包括电子显示器)，但不限于此。
图2是根据一些实施例的头戴式显示系统200的透视图。在一些实施例中，头戴式显示系统200可以包括头戴式显示设备202、面部接口系统208、带组件214和音频子系统216。头戴式显示设备可以包括佩戴在用户头部上或周围并且向用户显示视觉内容的任何类型或形式的显示设备或系统。头戴式显示设备可以任何合适的方式包括经由显示元件(例如LC面板102)显示内容。头戴式显示设备还可以显示各种媒体格式中的一种或更多种格式的内容。例如，头戴式显示设备可以显示视频、照片和/或计算机生成的图像(CGI)。头戴式显示设备202可以包括围绕头戴式显示设备202的各种部件(包括镜头204和205)和各种电子部件(包括LC面板和背光源)的显示器外壳210，如本文所述。显示器外壳210可以包括外壳后表面212和围绕内部部件的侧表面，以及围绕显示器外壳210前侧处的观察区域206的开口。
头戴式显示设备可以提供多样化和独特的用户体验。一些头戴式显示设备可以提供虚拟现实体验(即，它们可显示计算机生成的或预先记录的内容)，而其他头戴式显示设备可以提供真实世界体验(即，它们可以显示来自物理世界的实时图像)。头戴式显示器还可以提供实时和虚拟内容的任何混合。例如，虚拟内容可以投影到物理世界上(例如，经由光学或视频透视)，这可以导致增强的现实或混合现实体验。头戴式显示设备可以被配置成以多种方式安装到用户的头部。一些头戴式显示设备可以并入眼镜或护目镜中。其他头戴式显示设备可以并入头盔、帽子或其他头饰中。头戴式显示设备的示例可以包括OCULUSRIFT、GOOGLE GLASS、HTC VIVE、SAMSUNG GEAR等。
在一些实施例中，面部接口系统208可以被配置成当用户佩戴头戴式显示系统200时舒适地靠在用户面部的区域上，包括用户眼睛周围的区域。在这些实施例中，面部接口系统208可以包括接口垫，该接口垫被配置成靠在用户面部的部分(例如，用户的鼻部、脸颊、太阳穴和/或前额面部区域的至少一部分)上。面部接口系统208可以围绕包括用户视野的观看区域206，用户佩戴头戴式显示系统200时，允许用户通过头戴式显示设备202的镜头204和205观看而不受外部光的干扰，并且不参考外部亮度等级。在至少一个示例中，面部接口系统208可以包括被配置成监视用户的凝视(例如，凝视方向、凝视原点等)的一个或更多个传感器。
在一些实施例中，头戴式显示系统200可以包括响应于头戴式显示系统200的运动而生成测量信号的一个或更多个传感器(例如，加速计、陀螺仪、磁强计、检测运动的其他适当类型的传感器或它们的一些组合)。在一些示例中，头戴式显示系统200可以包括位置传感器、惯性测量单元(IMU)、深度相机组件或它们的任何组合。如所注意到的，一些人工现实系统可以用虚拟体验基本上替代用户的真实世界的感官感知中的一个或更多个，而不是将人工现实与实际现实混合。在一些示例中，头戴式显示系统200可以大部分或完全覆盖用户的视野。
在一些实施例中，头戴式显示系统200可以包括各种类型的计算机视觉部件和子系统。例如，头戴式显示系统200可以包括一个或更多个光学传感器，诸如二维(2D)或三维(3D)相机、飞行时间深度传感器、单光束或扫描式激光测距仪、3D激光雷达传感器和/或任何其他合适类型或形式的光学传感器。头戴式显示系统200可以处理来自这些传感器中的一个或更多个的数据，以识别用户的位置、映射真实世界、向用户提供关于现实世界周围环境的背景和/或执行各种其他功能(例如，确定头戴式显示系统200的取向或位置的变化、佩戴头戴式显示系统200的用户的头部姿势，或用户的凝视)。
在一些实施例中，头戴式显示系统200可以使用被称为“同时定位和映射”(SLAM)的技术映射用户的环境和/或跟踪用户在该环境内的运动。SLAM映射和位置识别技术可以涉及各种硬件和软件工具，这些硬件和软件工具可以创建或更新环境的映射，同时跟踪用户在所映射的环境中的位置和/或取向。SLAM可以使用许多不同类型的传感器创建映射并且确定用户在映射内的位置。SLAM技术可以例如实施光学传感器以确定用户的位置。包括WiFi、Bluetooth(蓝牙)、全球定位系统(GPS)、蜂窝或其他通信设备的无线电也可用于确定用户相对于无线电收发器或收发器组(例如，WiFi路由器或GPS卫星组)的位置。头戴式显示系统200可以合并这些类型的传感器中的任何或全部，以执行SLAM操作，诸如创建并且持续更新用户的当前环境的映射。在本文描述的实施例中的至少一些中，由这些传感器生成的SLAM数据可以被称为“环境数据”，并且可以指示用户的当前环境。该数据可以存储在本地或远程数据存储(例如，云数据存储)中，并且可以根据需要被提供给用户的AR/VR设备。
图3示出了头戴式显示设备202的示例性横截面顶视图。如该图所示，LC面板102、BLU 108、显示器驱动器114、背光源驱动器120可以设置在头戴式显示设备202的显示器外壳210内。LC面板102可以相对于镜头204和205设置在显示器外壳210内，使得由LC面板102的显示区域产生的图像通过镜头204和205对用户可见。如图所示，LC面板102可以在显示器外壳210中定位和定向，使得LC面板102的前表面朝向镜头204和205。如图所示，左背光源110可以定位在LC面板102的左侧104的后面，并且右背光源112可以定位在LC面板102的右侧106的后面。由此，从左背光源110的发光元件发射的通过LC面板102的左侧104的光300对用户的左眼可见，并且从右背光源112的发光元件发射的通过LC面板102的右侧106的光302对用户的右眼可见。尽管未在图3中示出，但在一些实施例中，光漫射器可以夹在LC面板102和BLU 108之间，以便漫射光300和光302。
图4A和4B分别示出了头戴式显示设备202和LC面板102的前视图。如图4A所示，头戴式显示设备202可以包括设置在显示器外壳210内的至少一个显示器，诸如LC面板102。在一些实施例中，LC面板102的不同部分可以对用户的眼睛中的各一只可见，其中对各只眼睛可见的部分通过在镜头204和205与LC面板102之间延伸的分割区域221(例如，分开的眼罩、中央分隔物等)分开。这种配置可以使得LC面板102能够向用户的各只眼睛呈现不同的图像，从而允许用户感知三维图像。
如图4A所示，头戴式显示设备202还可以包括围绕镜头204和205的遮光面板219。遮光面板219可以例如在镜头204和205以及显示器外壳210的周围部分之间延伸。遮光面板219可以包括例如吸光材料(例如，深色聚合物和/或织物材料)，该吸光材料遮蔽头戴式显示设备202的内部部件，并且防止任何(例如，通过用户面部和面部接口系统208之间的间隙)偶然进入观看区域206的外部光在观看区域206内被反射。显示器外壳210可以包括刚性材料，诸如刚性塑料，该刚性材料支撑和保护内部部件，诸如LC面板102、BLU 108以及其他电子器件。
如图4B所示，LC面板102可以包括根据合适的LCD技术(例如，快速切换液晶技术)形成可见图像的像素元件(例如，像素和/或子像素)的M x N阵列。如图所示，LC面板102可以包括M个像素元件列402和N个像素元件行400。LC面板102的每个像素元件可以包括响应于所施加的电流或电压而改变状态(即，液晶的取向)的LC材料。在一些示例中，可以通过以不同的电流和/或电压驱动像素元件来经由LC面板102显示图像，使得像素元件的LC材料呈现不同的状态，并且对通过像素元件中的每一个发射的光给予不同的偏振量。通过组合穿过滤色器阵列面板的子像素颜色区域(例如，红色、绿色和/或蓝色区域)的不同量的光，可以产生各种各样的可见颜色，使得用户感知与子像素颜色组合相对应的颜色。
在一些实施例中，显示器驱动器114可以通过向LC面板102的行400中的每一行发送对应的输入信号来经由LC面板102显示图像，其中输入信号沿行400从行0到行N依次扫描。这些输入信号可以将行400中的每一行处的LC材料设定为适于显示图像的新状态。背光源驱动器120可以在其LC材料已完全转变为新状态之后，启动行400的一部分的照明，如下所述。例如，背光源驱动器120可以在其LC材料已完全转变之后启动背光源110的照明以照亮左侧104，并且可以在其LC材料已完全转变之后启动背光源112的照明以照亮右侧106。
如图5A所示，BLU 108可以包括发光元件504的M x N阵列，每个发光元件以可变强度发光。如图所示，BLU 108可以包括M个发光元件列502和N个发光元件行500。如图5B所示，BLU 108的发光元件504中的每一个可以被配置成照亮LC面板102的像素元件的对应区508。在一些示例中，光漫射器506可以夹在LC面板102和BLU 108之间，以将单个发光元件504发射的光漫射穿过其对应区508。通常，LC面板102可以为较高分辨率面板，而BLU可以为较低分辨率面板。
图6是用于在亮度受控环境中执行背光源的局部调光的示例计算机实施的方法600的流程图。图6所示的步骤可以由任何合适的计算机可执行代码和/或计算系统执行，包括图1中的显示系统100、图2中的头戴式显示设备202和/或它们中的一个或更多个的变型或组合。在一个示例中，图6所示的步骤中的每一个可以表示其结构包括多个子步骤和/或由多个子步骤表示的算法，其示例将在下面更详细地提供。
如图6所示，在步骤602处，本文描述的装置或系统中的一个或更多个可以接收要经由显示面板显示的图像。例如，接收模块116可以作为显示器驱动器114的一部分，接收要经由LC面板102显示的图像132。通常，本文描述的装置或系统可以接收要经由显示面板向用户显示的一系列图像(例如，视频帧序列)。
在步骤604处，本文描述的装置或系统中的一个或更多个可以确定图像的每个图像块的绝对亮度等级。例如，确定模块122可以作为背光源驱动器120的一部分确定图像132的每个图像块的绝对亮度等级。在一些示例中，术语“图像块”可指图像的各个像素。在其他示例中，术语“图像块”可指由背光源阵列的单个发光元件照亮的显示面板的一部分。在一些示例中，术语“绝对亮度等级”可指图像的任何部分的灰度值、亮度值或光度值。在一些示例中，术语“绝对亮度等级”可指图像像素的灰度值或光度值。附加地或另选地，术语“绝对亮度等级”可指特定颜色空间中相对光度的数字表示。
在步骤606处，本文描述的装置或系统中的一个或更多个可以基于内部参考亮度等级导出图像的每个图像块的相对亮度等级。例如，推导模块124可以作为背光源驱动器120的一部分，基于特定的预定内部参考亮度等级导出图像132的每个图像块的相对亮度等级。在一些示例中，术语“相对亮度等级”可指图像的任何部分的相对于参考亮度等级的亮度等级。在一些示例中，术语“相对亮度等级”可指由观看者感知的亮度等级(例如，当接近另一参考灰度值、亮度值或光度值观看时，图像像素的感知灰度值、亮度值或光度值)。在一些示例中，本文描述的装置或系统可以通过基于图像的图像块的导出的相对亮度等级调整在步骤602处接收的图像的绝对亮度等级使得在步骤602处接收的图像块的绝对亮度等级和校正图像的对应图像块的绝对亮度等级之间的差值对于观察者是不可感知的，来将在步骤602处接收的图像转换成更适于经由背光源LCD显示器显示的校正图像。由此，一个或更多个用户可能无法分辨在步骤602处接收的图像与校正图像之间的差值(例如，如果在封闭环境中观察而没有看到其他外部物体)。
本文描述的装置或系统可以使用各种内部参考亮度等级导出相对亮度等级。内部参考亮度等级的示例可以包括但不限于图像的一个或更多个图像块的绝对亮度等级、图像块中的另一个的相对亮度等级、先前显示的图像的一个或更多个图像块的绝对亮度等级，和/或先前显示的图像的一个或更多个图像块的相对亮度等级。
图7图示了用于导出图8A所示的图像132的像素的相对亮度等级的示例性方法。在该示例中，图像132可以包括M个像素列802和N个像素行800，并且可以包括用于经由LC面板102的左侧104显示的左侧804和用于经由LC面板102的右侧106显示的右侧806。如图7所示，在步骤702处，本文描述的装置或系统可以识别图像的第一图像区域，该第一图像区域包括一个或更多个具有较低绝对亮度等级的图像块。例如，推导模块124可以识别图8A所示的图像132的图像区域810，该图像区域包括绝对亮度等级等于图8B所示的AB1的图像块，图8B图示了图像132的列812中的像素的亮度等级822。在图8B所示的示例中，线824可以表示图像132的列812中的像素的绝对亮度等级，并且线826可以表示图像132的列812中的像素的导出的相对亮度等级。
在步骤704处，本文描述的装置或系统可以识别图像的第二图像区域，该第二图像区域包括具有较高绝对亮度等级的图像块中的一个或更多个。例如，推导模块124可以识别图8A所示的图像132的图像区域808，该图像区域包括绝对亮度等级等于AB2的图像块。在步骤706处，本文描述的装置或系统可以计算较低绝对亮度等级和较高绝对亮度等级之间的差值。例如，推导模块124可以计算AB1和AB2之间的差值828。在步骤708处，本文描述的装置或系统可以导出第一区域中的图像块中的每一个的低于较低绝对亮度等级的第一相对亮度等级。例如，推导模块124可以导出区域810中的图像块中的每一个的等于RB1的相对亮度等级。一般而言，本文描述的装置或系统可以选择第一相对亮度等级的值，使得第一相对亮度等级和较低绝对亮度等级之间几乎没有可感知的差值。在步骤710处，本文描述的装置或系统可以为第二区域中的图像块中的每一个导出基本上等于第一相对亮度等级与差值之和的第二相对亮度等级。例如，推导模块124可以导出区域808中的图像块中的每一个的等于RB2的相对亮度等级(即，RB1和差值828之和)。
图9图示了用于导出图10A所示的图像132的像素的相对亮度等级的示例性方法。在该示例中，图像132可以包括M个像素列1002和N个像素行1000，并且可以包括用于经由LC面板102的左侧104显示的左侧1004和用于经由LC面板102的右侧106显示的右侧1006。如图9所示，在步骤902处，本文描述的装置或系统可以识别图像的第一图像区域，该第一图像区域包括具有较低绝对亮度等级的一个或更多个图像块。例如，推导模块124可以识别图10A所示的图像132的图像区域1010，该图像区域包括绝对亮度等级等于图10B所示的AB1的像素，图10B图示了图像132的列1012中的像素的亮度等级1022。在图10B所示的示例中，线1024可以表示图像132的列1012中的像素的绝对亮度等级，并且线1026可以表示图像132的列1012中的像素的导出的相对亮度等级。
在步骤904处，本文描述的装置或系统可以识别图像的第二图像区域，该第二图像区域包括具有较高绝对亮度等级的图像块中的一个或更多个。例如，推导模块124可以识别图10A所示的图像132的图像区域1008，该图像区域包括绝对亮度等级等于AB2的像素。在步骤906处，本文描述的装置或系统可以导出第二图像区域的亮度等级梯度(例如，逐渐增大或减小的一系列亮度等级)，该亮度等级梯度在由观看者感知时基本上表现为单个亮度等级。例如，推导模块124可以导出图像区域1008的亮度等级梯度1028和亮度等级梯度1030，这些亮度等级梯度在由观看者感知时基本上表现为亮度等级AB2。在另一个示例中，推导模块124可以导出图像区域1008的在图11中示出的亮度等级梯度1102和亮度等级梯度1104，这些亮度等级梯度在由观看者感知时基本上表现为亮度等级AB2。在步骤908处，本文描述的装置或系统可以将来自亮度等级梯度的亮度等级分配给图像块中的两个或更多个，使得第二图像区域内的距第一图像区域最远的图像块具有最高的亮度等级，并且第二图像区域内的距第一图像区域最近的图像块具有最低的亮度。例如，推导模块124可以将来自亮度等级梯度1028和1030的亮度等级分配给与图像区域1008相对应的沿列1012的像素，如图所示，使得图像区域1008内的距图像区域1010最远的像素具有最高的亮度等级，并且图像区域1008内的距图像区域1010最近的像素具有最低的亮度等级。
图12图示了用于导出图13A所示的图像132的像素的相对亮度等级的示例性方法。在该示例中，图像132可以包括M个像素列1302和N个像素行1300。图像132还可以包括用于经由LC面板102的左侧104显示的左侧1304和用于经由LC面板102的右侧106显示的右侧1306。如图12所示，在步骤1202处，本文描述的装置或系统可以识别图像的第一图像区域，该第一图像区域具有较高的绝对亮度等级。例如，推导模块124可以识别图13A所示的图像132的图像区域1308，该图像区域包括绝对亮度等级等于图13B所示的AB2的像素，图13B图示了图像132的列1312中的像素的亮度等级1322。在图13B所示的示例中，线1324可以表示图像132的列1312中的像素的绝对亮度等级，并且线1326可表示图像132的列1312中像素的导出的相对亮度等级。
在步骤1204处，本文描述的装置或系统可以识别图像的第二图像区域，该第二图像区域包括具有基本上相似的较低绝对亮度等级的两个或更多个图像块。例如，推导模块124可以识别图13A所示的图像132的图像区域1310，该图像区域包括绝对亮度等级等于AB1的像素。在步骤1206处，本文描述的装置或系统可以导出第二图像区域的亮度等级梯度，该亮度等级梯度在由观看者感知时基本上表现为单个亮度等级。例如，推导模块124可以导出图像区域1310的亮度等级梯度1328和亮度等级梯度1330，这些亮度等级梯度在由观看者感知时基本上表现为亮度等级AB1。在步骤1208处，本文描述的装置或系统可以将来自亮度等级梯度的亮度等级分配给图像块中的两个或更多个，使得第二图像区域内的距第一图像区域最远的图像块具有最低的亮度等级，并且第二图像区域内的距第一图像区域最近的图像块具有最高的亮度等级。例如，推导模块124可以将来自亮度等级梯度1328和1330的亮度等级分配给与图像区域1310相对应的沿列1312的像素，如图所示，使得图像区域1310内的距图像区域1308最远的像素具有最低的亮度等级，并且图像区域1310内的距图像区域1308最近的像素具有最高的亮度等级。
图14图示了用于导出图15A所示的图像134的像素的相对亮度等级的示例性方法。在该示例中，图像134可以表示经由LC面板102显示的后续图像，该后续图像至少在绝对亮度等级方面与图像132基本上相似。像图像132一样，图像134可以包括M个像素列1502和N个像素行1500，并且可以包括用于经由LC面板102的左侧104显示的左侧1504和用于经由LC面板102的右侧106显示的右侧1506。如图14所示，在步骤1402处，本文描述的装置或系统可以识别具有第一绝对亮度等级的图像的图像块。例如，推导模块124可以识别图15A所示的图像134的图像区域1510内的绝对亮度等级等于图15B所示的AB1的像素，图15B图示了图像134的列1512中的像素的亮度等级1522。在图15B所示的示例中，线1524可以表示图像134的列1512中的像素和图8A中的图像132的列812中的像素的绝对亮度等级，线1526可以表示图像132的列812中的像素的导出的相对亮度等级，并且线1528可表示图像134的列1512中的像素的导出的相对亮度等级。
在步骤1404处，本文描述的装置或系统可以识别具有基本上等于第一绝对亮度等级的第二绝对亮度等级的附加图像的图像块。例如，推导模块124可以识别图8A所示的图像132的图像区域810内绝对亮度等级等于图8B所示AB1的像素。在步骤1406处，本文描述的装置或系统可确定附加图像的图像块的相对亮度等级。例如，推导模块124可以确定图8A所示的图像132的图像区域810内的像素的相对亮度等于图8B所示的RB1。
在步骤1408处，本文描述的装置或系统可以导出图像的图像块的相对亮度等级，该相对亮度等级低于附加图像的图像块的相对亮度等级，使得附加图像的图像块的相对亮度等级和图像的图像块的相对亮度等级之间的差值对于观看者基本上是不可感知的。例如，推导模块124可以导出图15A所示的图像134的图像区域1510内的像素的等于RB0的相对亮度等级，使得RB1和RB0之间的差值1530对于图像134的观看者基本上是不可感知的。
返回到图6，在步骤608处，本文描述的装置或系统中的一个或更多个可以基于图像的图像块的对应部分的相对亮度等级计算显示面板的背光源的每个发光元件的照度等级。例如，计算模块126可以作为背光源驱动器120的一部分，基于图像132的部分508的相对亮度等级计算BLU 108的发光元件504的照度等级。在一些示例中，计算的照度等级可从上述校正图像导出。
在一些示例中，本文描述的装置或系统中的一个或更多个可以包括被配置成向用户呈现演进的三维虚拟场景的显示设备。在这些示例中，除了基于相对亮度等级计算照度等级之外，或者作为基于相对亮度等级计算照度等级的替代方案，本文描述的装置或系统可以基于显示设备的运动、用户头部姿态相对于演进的三维虚拟场景的运动、用户的凝视的运动和/或演进的三维虚拟场景中的元素中的一个或更多个的运动计算照度等级。在一些示例中，显示演进的三维虚拟场景的显示设备的移动、用户头部姿态相对于演进的三维虚拟场景的移动、用户的凝视的移动和/或演进的三维虚拟场景中的元素的移动(其可以使用导出的2D运动向量和/或深度图信息检测)可以引起描绘演进的三维虚拟场景的图像中的元素中的一个或更多个的可预测移动。由此，本文描述的装置或系统中的一个或更多个可以预测描绘演进的三维虚拟场景的图像中的元素中的一个或更多个的移动，以便正确地计算用于照亮当前图像或后续图像中的这些元素的照度等级。例如，本文描述的装置或系统可以使用眼睛和物体运动知识更准确地预测后续图像(N+l)中的光区域的位置，以便产生更精确/更积极的LED+LCD调整。在至少一个示例中，通过考虑经由显示设备显示的图像内的移动，本文描述的装置或系统可以以减少或消除原本由移动引起的瞬时背光伪影(例如，由快速移动的明亮物体引起的重影轨迹)的方式计算照度等级。
在步骤610处，本文描述的装置或系统中的一个或更多个可以在经由显示面板显示图像的同时，根据为背光源阵列的每个发光元件计算的照度等级来点亮发光元件。例如，照明模块128可以作为背光源驱动器120的一部分，在经由LC面板102显示图像132的同时，根据在步骤608处计算的照度等级点亮发光元件504中的每一个。在一些示例中，背光源阵列可以具有比它所照亮的图像的图像块的数量少得多的发光元件。由此，背光源阵列的发光元件中的每一个(其可以具有单个照度等级)可需要照亮图像的多个图像块，每个图像块具有不同的亮度等级。至少出于该原因，本文描述的装置或系统中的一个或更多个可以在显示和照亮图像之前补偿这些差值。例如，本文描述的装置或系统中的一个或更多个可以通过确定如果由均匀点亮的背光源阵列照亮，则当根据上述计算的照度等级被照亮时，所产生的光密度场等同于校正图像的光密度场的图像来将上述校正图像转换成准备显示和从背后照亮的最终图像。
在一些示例中，本文描述的装置或系统中的一个或更多个可以包括被配置成向用户呈现描绘演进的三维虚拟场景的图像的显示设备。在此类示例中，显示设备的移动、用户的头部姿态相对于演进的三维虚拟场景的移动、用户的凝视的移动和/或演进的三维虚拟场景中的元素的移动可以引起图像中的元素中的一个或更多个的可预测移动。由此，本文描述的装置或系统中的一个或更多个可以通过预测描绘演进的三维虚拟场景的图像中的元素中的一个或更多个的移动将图像(或校正图像)转换成准备显示和从背后照亮的最终图像，以便补偿元素的运动。在至少一个示例中，通过考虑经由显示设备显示的图像内的移动，本文描述的装置或系统可以以减少或消除原本由移动引起的瞬时背光伪影(例如，由快速移动的明亮物体引起的重影轨迹)的方式转换图像。
图16是用于在亮度受控环境中执行背光源的局部调光的示例计算机实施的方法1600的流程图。图16所示的步骤可以由任何合适的计算机可执行代码和/或计算系统执行，包括图1中的显示系统100、图2中的头戴式显示设备202和/或它们中的一个或更多个的变型或组合。在一个示例中，图16所示的步骤中的每一个可以表示其结构包括多个子步骤和/或由多个子步骤表示的算法，该算法的示例将在下面更详细地提供。
如图16所示，在步骤1602处，本文描述的装置或系统中的一个或更多个可以接收经由显示面板显示的图像。例如，接收模块116可以作为显示器驱动器114的一部分接收经由LC面板102显示的图像132。在步骤1604处，本文描述的装置或系统中的一个或更多个可以确定图像的每个图像块的绝对亮度等级。例如，确定模块122可以作为背光源驱动器120的一部分确定图像132的每个图像块的绝对亮度等级。
在步骤1606处，本文描述的装置或系统中的一个或更多个可以使用人类亮度感知模型计算图像块中的每一个的相对亮度等级。例如，推导模块124可以作为背光源驱动器120的一部分使用感知模型130导出图像132的每个图像块的相对亮度等级。在一些示例中，术语“人类亮度感知模型”可指任何算法、启发式方法、数据或其组合，其可以用于基于图像的图像块的绝对亮度等级或相对亮度等级或者先前显示的图像的图像块的绝对亮度等级或相对亮度等级计算图像的图像块的相对亮度等级。在一些示例中，本文描述的装置或系统中的一个或更多个可以通过比较一个或更多个用户无法分辨其之间的差值的两组图像(例如，当在封闭环境中观察而看不到其他外部物体时)凭经验创建人类亮度感知模型。附加地或另选地，本文描述的装置或系统中的一个或更多个可以基于关于人眼和/或大脑生物学的科学观察(例如，关于人类视觉系统可以如何对明亮物体上的大范围亮度梯度不敏感或能够对其进行补偿的观察)创建人类亮度感知的模型。
在一些示例中，本文描述的装置或系统中的一个或更多个可以训练人类亮度感知模型，以对观看者如何感知光度梯度进行建模或预测。在这些示例中，本文描述的装置或系统中的一个或更多个可以使用该模型导出当由观看者感知时基本上表现为单个亮度等级的上述亮度等级梯度。附加地或另选地，本文描述的装置或系统中的一个或更多个可以训练人类亮度感知模型，以基于参考亮度等级对观看者如何感知绝对亮度等级进行建模或预测。在一些示例中，本文描述的装置或系统中的一个或更多个可以使用该模型导出对于观看者基本上是不可感知的上述亮度等级之间的差值。
在步骤1608处，本文描述的装置或系统中的一个或更多个可以基于图像的图像块的对应部分的相对亮度等级计算显示面板的背光源的每个发光元件的照度等级。例如，计算模块126可以作为背光源驱动器120的一部分，基于图像132的对应部分508的相对亮度等级计算BLU 108的发光元件504的照度等级。在步骤1610处，本文描述的装置或系统中的一个或更多个可以在经由显示面板显示图像的同时，根据为背光源阵列的每个发光元件计算的照度等级来点亮发光元件。例如，照明模块128可以作为背光源驱动器120的一部分，在经由LC面板102显示图像132的同时，根据在步骤1608处计算的照度等级点亮发光元件504中的每一个。
如贯穿本公开所论述的，所公开的装置、系统和方法可以提供一个或更多个优于传统显示装置、系统和方法的优点。例如，本公开的实施例可以减少或消除在实施常规局部背光技术的LCD中发现的许多视觉缺陷。此外，所公开的局部背光源调光技术可以使得能够在黑暗背景上舒适地观察快速移动的物体或明亮的物体，降低VR显示器的功耗，和/或显著增加VR场景的感知对比度。
如上所述，本文描述和/或图示的计算设备和系统广泛地表示能够执行计算机可读指令的任何类型或形式的计算设备或系统，诸如本文描述的模块内包含的那些。在它们的最基本配置中，这些(一个或更多个)计算设备可以各自包括至少一个存储器设备和至少一个物理处理器。
在一些示例中，术语“存储器设备”通常指能够存储数据和/或计算机可读指令的任何类型或形式的易失性或非易失性存储设备或介质。在一个示例中，存储器设备可以存储、加载和/或维护本文描述的模块中的一个或更多个。存储器设备的示例包括但不限于随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存、硬盘驱动器(HDD)、固态驱动器(SSD)、光盘驱动器、高速缓存、它们中的一个或更多个的变型或组合，或任何其他合适的存储存储器。
在一些示例中，术语“物理处理器”通常指能够解释和/或执行计算机可读指令的任何类型或形式的硬件实施的处理单元。在一个示例中，物理处理器可以访问和/或修改存储在上述存储器设备中的一个或更多个模块。物理处理器的示例包括但不限于微处理器、微控制器、中央处理单元(CPU)、实施软核处理器的现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、它们中的一个或更多个的部分、它们中的一个或更多个的变型或组合，或任何其他合适的物理处理器。
尽管被图示为分开的元件，但本文描述和/或图示的模块可以表示单个模块或应用程序的部分。另外，在某些实施例中，这些模块中的一个或更多个可以表示一个或更多个软件应用程序或程序，当由计算设备执行时，这些软件应用程序或程序可以使计算设备执行一项或更多项任务。例如，本文描述和/或图示的模块中的一个或更多个可以表示存储并且被配置成在本文描述和/或图示的计算设备或系统中的一个或更多个上运行的模块。这些模块中的一个或更多个还可以表示被配置成执行一项或更多项任务的一个或更多个专用计算机的全部或部分。
此外，本文描述的模块中的一个或更多个可以将数据、物理设备和/或物理设备的表示从一种形式转换成另一种形式。例如，本文列举的模块中的一个或更多个可以接收要经由LC面板显示的图像，将该图像转换成LC面板的背光源阵列的发光元件的照度等级，将转换的结果输出到LC面板的背光源阵列，并且在经由LC面板显示图像的同时使用转换的结果照亮图像。附加地或另选地，本文描述的模块中的一个或更多个可以通过在计算设备上执行、将数据存储在计算设备上和/或以其他方式与计算设备交互，将处理器、易失性存储器、非易失性存储器和/或物理计算设备的任何其他部分从一种形式转换成另一种形式。
在一些实施例中，术语“计算机可读介质”通常指能够存储或承载计算机可读指令的任何形式的设备、载体或介质。计算机可读介质的示例包括但不限于传输类型介质诸如载波和非瞬态类型介质诸如磁性存储介质(例如硬盘驱动器、磁带驱动器和软盘)、光存储介质(例如，光盘(CD)、数字视频磁盘(DVD)和BLU-RAY磁盘)、电子存储介质(例如固态驱动器和闪存介质)以及其他分配系统。
本公开的实施例可以包括人工现实系统或结合人工现实系统实施。人工现实是在呈现给用户之前已经以某种方式调整的现实形式，其可以包括，例如虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(MR)、混合现实(hybrid reality)或它们的一些组合和/或衍生物。人工现实内容可以包括完全生成的内容或与捕获的(例如，真实世界)内容相结合的生成内容。人工现实内容可以包括视频、音频、触觉反馈或它们的一些组合，它们中的任一个可以呈现在单个信道或多个信道中(诸如向观看者产生三维效果的立体视频)。此外，在一些实施例中，人工现实还可以与用于例如在人工现实中创建内容和/或以其他方式用于人工现实(例如，在人工现实中执行活动)的应用程序、产品、附件、服务或它们的一些组合相关联。提供人工现实内容的人工现实系统可以在各种平台上实施，包括连接到主计算机系统的头戴式显示器(HMD)、独立HMD、移动设备或计算系统，或能够向一个或更多个观看者提供人工现实内容的任何其他硬件平台。
仅通过示例给出本文描述和/或图示的过程参数和步骤顺序，并且可以根据需要进行改变。例如，尽管本文图示和/或描述的步骤可以以特定的顺序示出或论述，但这些步骤不一定需要按照图示或论述的顺序执行。本文描述和/或图示的各种示例性方法还可以省略本文描述或图示的步骤中的一个或更多个，或者包括除那些公开的步骤之外的附加步骤。
提供上述描述是为了使本领域技术人员能够最好地利用本文公开的示例性实施例的各个方面。本示例性描述并不旨在穷举或限于所公开的任何精确形式。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，许多修改和变化是可能的。本文公开的实施例应被认为在所有方面均是说明性的，而不是限制性的。在确定本发明的范围时，应参考所附权利要求书及其等同物。
除非另有说明，否则如说明书和权利要求书中使用的术语“连接到”和“耦合到”(及其派生词)应解释为允许直接和间接(即经由其他元件或部件)连接。此外，如说明书和权利要求书中使用的术语“一(a)”或“一个(an)”应解释为“其中的至少一个”的含义。最后，为了便于使用，如说明书和权利要求书中使用的术语“包括(including)”和“具有(having)”(及其派生词)可与词“包含(comprising)”互换，并且与其具有相同的含义。

Claims (15)

1.一种计算机实施的方法，包括：
接收包括多个图像块的图像，其中：
所述图像经由包括多个像素区域的显示面板显示；
背光源阵列耦合到所述显示面板的所述多个像素区域后面，并且包括多个发光元件，每个发光元件被配置成照亮所述多个像素区域的对应部分；以及
所述显示面板和所述背光源阵列被配置成基本上防止观看者参考外部亮度等级；
确定所述多个图像块中的每一个的绝对亮度等级；
至少部分地基于至少一个内部参考亮度等级导出所述多个图像块中的每一个的相对亮度等级；
至少部分地基于所述多个图像块的对应部分的相对亮度等级计算所述多个发光元件中的每一个的照度等级；以及
在经由所述显示面板显示所述图像的同时，根据为所述多个发光元件中的每一个计算的所述照度等级来点亮发光元件。
2.根据权利要求1所述的计算机实施的方法，其中，所述至少一个内部参考亮度等级包括所述多个图像块中的另一个的绝对亮度等级或相对亮度等级中的至少一个。
3.根据权利要求2所述的计算机实施的方法，其中，导出所述多个图像块中的每一个的相对亮度等级包括：
识别所述图像的第一图像区域，所述第一图像区域包括所述多个图像块中具有较低绝对亮度等级的一个或更多个图像块；
识别所述图像的第二图像区域，所述第二图像区域包括所述多个图像块中具有较高绝对亮度等级的一个或更多个图像块；
计算所述较低绝对亮度等级和所述较高绝对亮度等级之间的差值；
导出所述第一区域中的在所述多个图像块中的每一个图像块的第一相对亮度等级，所述第一相对亮度等级低于所述较低绝对亮度等级；以及
导出所述第二区域中的在所述多个图像块中的每一个图像块的第二相对亮度等级，所述第二相对亮度等级基本上等于所述第一相对亮度等级与所述差值之和；
并且附加地或另选地，其中，导出所述多个图像块中的每一个的相对亮度等级包括：
识别所述图像的第一图像区域，所述第一图像区域具有较低绝对亮度等级；
识别所述图像的第二图像区域，所述第二图像区域包括所述多个图像块中具有基本上相似的较高绝对亮度等级的两个或更多个图像块；
导出所述第二图像区域的亮度等级梯度，所述亮度等级梯度在由所述观看者感知时基本上表现为单个亮度等级；以及
将来自所述亮度等级梯度的亮度等级分配给所述多个图像块中的所述两个或更多个图像块，使得所述第二图像区域内的距所述第一图像区域最远的图像块具有最高的亮度等级，并且所述第二图像区域内的距所述第一图像区域最近的图像块具有最低的亮度等级；
并且附加地或另选地，其中，导出所述多个图像块中的每一个的相对亮度等级包括：
识别所述图像的第一图像区域，所述第一图像区域具有较高绝对亮度等级；
识别所述图像的第二图像区域，所述第二图像区域包括所述多个图像块中具有基本上相似的较低绝对亮度等级的两个或更多个图像块；
导出所述第二图像区域的亮度等级梯度，所述亮度等级梯度在由所述观看者感知时基本上表现为单个亮度等级；以及
将来自所述亮度等级梯度的亮度等级分配给所述多个图像块中的所述两个或更多个图像块，使得所述第二图像区域内的距所述第一图像区域最远的图像块具有最低的亮度等级，并且所述第二图像区域内的距所述第一图像区域最近的图像块具有最高的亮度等级。
4.根据权利要求1所述的计算机实施的方法，其中，所述至少一个内部参考亮度等级包括先前经由所述显示面板显示的附加图像的图像块的绝对亮度等级或相对亮度等级中的至少一个。
5.根据权利要求4所述的计算机实施的方法，其中，导出所述多个图像块中的每一个的相对亮度等级包括：
识别所述图像的具有第一绝对亮度等级的至少一个图像块；
识别所述附加图像的具有基本上等于所述第一绝对亮度等级的第二绝对亮度等级的至少一个图像块；
确定所述附加图像的所述至少一个图像块的相对亮度等级；以及
导出低于所述附加图像的所述至少一个图像块的相对亮度等级的、所述图像的所述至少一个图像块的相对亮度等级，所述附加图像的所述至少一个图像块的相对亮度等级和所述图像的所述至少一个图像块的相对亮度等级之间的差值对于所述观看者基本上是不可感知的。
6.根据权利要求1所述的计算机实施的方法，其中：
所述显示面板和所述背光源阵列形成头戴式显示设备的一部分；以及
所述头戴式显示设备包括显示器外壳，所述显示器外壳围绕所述显示面板和所述背光源阵列并且被配置成基本上防止所述观看者参考外部亮度等级。
7.一种计算机实施的方法，包括：
接收包括多个图像块的图像，其中：
所述图像经由包括多个像素区域的显示面板显示；
背光源阵列耦合到所述显示面板的所述多个像素区域后面，并且包括多个发光元件，每个发光元件被配置成照亮所述多个像素区域的对应部分；以及
所述显示面板和所述背光源阵列被配置成基本上防止观看者参考外部亮度等级；
确定所述多个图像块中的每一个的绝对亮度等级；
使用人类亮度感知模型，至少部分地基于以下各项中的至少一项计算所述多个图像块中的每一个的相对亮度等级：
所述多个图像块中的另一个的绝对亮度等级或相对亮度等级；或者
先前经由所述显示面板显示的附加图像的图像块的绝对亮度等级或相对亮度等级；
至少部分地基于所述多个图像块的对应部分的相对亮度等级计算所述多个发光元件中的每一个的照度等级；以及
在经由所述显示面板显示所述图像的同时，根据为所述多个发光元件中的每一个计算的所述照度等级来点亮发光元件。
8.根据权利要求7所述的计算机实施的方法，其中，所述人类亮度感知模型对所述观看者如何感知光度梯度进行建模；
或者其中，所述人类亮度感知模型对所述观看者如何感知绝对亮度等级进行建模。
9.根据权利要求7所述的计算机实施的方法，其中，所述多个图像块中的至少一个的相对亮度等级是基于所述多个图像块中的另一个的绝对亮度等级或相对亮度等级中的至少一个来计算的。
10.根据权利要求9所述的计算机实施的方法，其中，使用所述人类亮度感知模型计算所述多个图像块中的每一个的相对亮度等级包括：
识别所述图像的第一图像区域，所述第一图像区域包括所述多个图像块中具有较低绝对亮度等级的一个或更多个图像块；
识别所述图像的第二图像区域，所述第二图像区域包括所述多个图像块中具有较高绝对亮度等级的一个或更多个图像块；
计算所述较低绝对亮度等级和所述较高绝对亮度等级之间的差值；
使用所述人类亮度感知模型导出所述第一区域中的在所述多个图像块中的每一个图像块的第一相对亮度等级，所述第一相对亮度等级低于所述较低绝对亮度等级；以及
导出所述第二区域中的在所述多个图像块中的每一个图像块的第二相对亮度等级，所述第二相对亮度等级基本上等于所述第一相对亮度等级与所述差值之和；
或者使用所述人类亮度感知模型计算所述多个图像块中的每一个的相对亮度等级包括：
识别所述图像的第一图像区域，所述第一图像区域具有较低绝对亮度等级；
识别所述图像的第二图像区域，所述第二图像区域包括所述多个图像块中具有基本上相似的较高绝对亮度等级的两个或更多个图像块；
使用所述人类亮度感知模型导出所述第二图像区域的亮度等级梯度，所述亮度等级梯度在由所述观看者感知时基本上表现为单个亮度等级；以及
将来自所述亮度等级梯度的亮度等级分配给所述多个图像块中的所述两个或更多个图像块，使得所述第二图像区域内的距所述第一图像区域最远的图像块具有最高的亮度等级，并且所述第二图像区域内的距所述第一图像区域最近的图像块具有最低的亮度等级；
或者使用所述人类亮度感知模型计算所述多个图像块中的每一个的相对亮度等级包括：
识别所述图像的第一图像区域，所述第一图像区域具有较高绝对亮度等级；
识别所述图像的第二图像区域，所述第二图像区域包括所述多个图像块中具有基本上相似的较低绝对亮度等级的两个或更多个图像块；
使用所述人类亮度感知模型导出所述第二图像区域的亮度等级梯度，所述亮度等级梯度在由所述观看者感知时基本上表现为单个亮度等级；以及
将来自所述亮度等级梯度的亮度等级分配给所述多个图像块中的所述两个或更多个图像块，使得所述第二图像区域内的距所述第一图像区域最远的图像块具有最低的亮度等级，并且所述第二图像区域内的距所述第一图像区域最近的图像块具有最高的亮度等级。
11.根据权利要求7所述的计算机实施的方法，其中，所述多个图像块中的至少一个的相对亮度等级是基于先前经由所述显示面板显示的所述附加图像的图像块的绝对亮度等级或相对亮度等级中的至少一个来计算的。
12.根据权利要求11所述的计算机实施的方法，其中，导出所述多个图像块中的每一个的相对亮度等级包括：
识别所述图像的具有第一绝对亮度等级的至少一个图像块；
识别所述附加图像的具有基本上等于所述第一绝对亮度等级的第二绝对亮度等级的至少一个图像块；
确定所述附加图像的所述至少一个图像块的相对亮度等级；以及
使用所述人类亮度感知模型导出低于所述附加图像的所述至少一个图像块的相对亮度等级的、所述图像的所述至少一个图像块的相对亮度等级，所述附加图像的所述至少一个图像块的相对亮度等级和所述图像的所述至少一个图像块的相对亮度等级之间的差值对于所述观看者基本上是不可感知的。
13.一种显示设备，包括：
显示面板，所述显示面板包括多个像素区域；
背光源阵列，所述背光源阵列耦合到所述显示面板的所述多个像素区域后面，所述背光源阵列包括多个发光元件，每个发光元件被配置成照亮所述多个像素区域中的对应一个；
显示器外壳，所述显示器外壳围绕所述显示面板和所述背光源阵列，并且被配置成基本上防止用户参考外部亮度等级；
显示器驱动器，所述显示器驱动器被配置成：
接收包括多个图像块的图像；以及
将所述图像扫描到所述显示面板；以及
背光源驱动器，所述背光源驱动器被配置成：
确定所述多个图像块中的每一个的绝对亮度等级；
至少部分地基于以下各项中的至少一项导出所述多个图像块中的每一个的相对亮度等级：
所述多个图像块中的另一个的绝对亮度等级或相对亮度等级；或者
先前经由所述显示面板显示的附加图像的图像块的绝对亮度等级或相对亮度等级；
至少部分地基于所述多个图像块的对应部分的相对亮度等级计算所述多个发光元件中的每一个的照度等级；以及
在经由所述显示面板显示所述图像的同时，根据为所述多个发光元件中的每一个计算的所述照度等级来点亮发光元件。
14.根据权利要求13所述的显示设备，其中：
所述显示设备是头戴式显示设备，所述头戴式显示设备被配置成向所述用户呈现演进的三维虚拟场景；
所述图像描绘所述演进的三维虚拟场景中的多个元素；以及
所述背光源驱动器还被配置成：
确定以下各项中的至少一项的运动：
所述显示设备；
所述用户相对于所述演进的三维虚拟场景的头部姿势；
所述用户的凝视；或者
所述多个元素中的一个或更多个；以及
至少部分地基于所述运动计算所述多个发光元件中的每一个的照度等级。
15.根据权利要求13所述的显示设备，其中：
所述显示设备是头戴式显示设备，所述头戴式显示设备被配置成向所述用户呈现演进的三维虚拟场景；
所述图像描绘所述演进的三维虚拟场景中的多个元素；以及
所述背光源驱动器还被配置成：
确定以下各项中的至少一项的运动：
所述显示设备；
所述用户相对于所述演进的三维虚拟场景的头部姿势；
所述用户的凝视；或者
所述多个元素中的一个或更多个；以及
在经由所述显示面板向所述用户显示所述图像之前调整所述图像以补偿所述运动。
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