CN113963643A - 显示方法及其相关装置 - Google Patents

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CN113963643A CN202010700957.2A CN202010700957A CN113963643A CN 113963643 A CN113963643 A CN 113963643A CN 202010700957 A CN202010700957 A CN 202010700957A CN 113963643 A CN113963643 A CN 113963643A
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陈晨
黄国生
余新
胡飞
李屹
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Shenzhen Appotronics Corp Ltd
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Appotronics Corp Ltd
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Abstract

本申请提供显示方法及其相关装置。显示方法包括：确定最大光源亮度、当前帧内初始光源亮度和当前帧内最大初始灰度信号；以最大光源亮度和最大初始灰度信号的乘积确定当前帧内目标光源亮度；基于初始光源亮度和目标光源亮度，选取全局亮度变化规律的一部分以生成当前帧内光源亮度变化规律，基于光源亮度变化规律和当前帧内每一像素点的初始灰度信号确定当前帧内每一像素点的最终灰度信号；或基于初始光源亮度、目标光源亮度和当前帧内每一像素点的初始灰度信号通过查找灰度映射关系表，确定当前帧内每一像素点的最终灰度信号；基于当前帧内每一像素点的最终灰度信号，显示当前帧。本申请方法补偿一帧中电流随时间变化可能带来的显示亮度异常。

Description

显示方法及其相关装置
技术领域
本申请涉及显示技术领域，特别是涉及显示方法及其相关装置。
背景技术
现有技术中，在一帧中待显示图像的最大亮度小于投影系统最大可显示亮度时，可以通过减弱空间光调制器的亮度的同时提高DMD显示的灰阶亮度的方式，保证显示屏上显示的每个像素的对应显示亮度保持不变。
然而，在实际的使用过程中，除非特别设计，一般使用的电源的响应速度并不能满足帧间快速调节的要求，尤其是在使用高亮度光源时，其具有几十颗甚至几百颗数目的激光器，电源输出的总功率高达上千瓦。在实际使用的高亮度光源的电源设计中，有些情况下，电源的响应速度大于50ms，大于60Hz视频信号单帧时长16.7ms，从而导致由于一帧中电流随时间变化而带来的显示亮度异常问题。
发明内容
本申请提供显示方法及其相关装置，可以补偿一帧中电流随时间变化可能带来的显示亮度异常问题。
为达到上述目的，本申请提供一种显示方法，该方法包括：
确定最大光源亮度、当前帧内初始光源亮度和当前帧内最大初始灰度信号；
以最大光源亮度和当前帧内最大初始灰度信号的乘积确定当前帧内目标光源亮度；
基于初始光源亮度和目标光源亮度，选取全局亮度变化规律的一部分以生成当前帧内光源亮度变化规律，基于光源亮度变化规律和当前帧内每一像素点的初始灰度信号确定当前帧内每一像素点的最终灰度信号；或，
基于初始光源亮度、目标光源亮度和当前帧内每一像素点的初始灰度信号通过查找灰度映射关系表，确定当前帧内每一像素点的最终灰度信号，其中，灰度映射关系表是根据全局亮度变化规律确定的；
基于当前帧内每一像素点的最终灰度信号，显示当前帧。
其中，基于光源亮度变化规律和当前帧内每一像素点的初始灰度信号确定当前帧内每一像素点的最终灰度信号，包括：
在初始光源亮度与目标光源亮度不同时，将多种灰度信号和光源亮度变化规律结合得到多种灰度信号对应的实际显示亮度；将当前帧内每一像素点的初始灰度信号和最大光源亮度的乘积作为当前帧内每一像素点的预计显示亮度，将与当前帧内每一像素点的预计显示亮度匹配的实际显示亮度对应的灰度信号作为当前帧内每一像素点的最终灰度信号；或，
在初始光源亮度与目标光源亮度相等时，将最大光源亮度和初始光源亮度的比值作为第一比值，当前帧内每一像素点的初始光源亮度和第一比值的乘积即为当前帧内每一像素点的最终灰度信号。
其中，光源亮度被分为M级，显示当前帧，包括：
显示当前帧的过程中，调节一级光源亮度，或不对光源亮度进行调节，以使光源亮度只在M级光源亮度之间调节，进而降低光源亮度变化的不确定性。
光源的驱动电流被分为M级，调节一级光源亮度，包括：
显示当前帧的过程中，调节一级驱动电流，以调节一级光源亮度。
其中，以最大光源亮度和当前帧内最大初始灰度信号的乘积确定当前帧内目标光源亮度，包括：
计算当前帧内最大初始灰度信号和最大光源亮度的乘积；
确定乘积处于的相邻两级光源亮度构成的区间；
在初始光源亮度大于区间的最大值时，减小一级所述初始光源亮度的级别以得到目标光源亮度的级别；或，
增加一级所述初始光源亮度的级别以得到所述目标光源亮度的级别；或，
在初始光源亮度与区间的最大值时，目标光源亮度等于初始光源亮度。
其中，基于初始光源亮度、目标光源亮度和当前帧内每一像素点的初始灰度信号，通过查找灰度映射关系表确定当前帧内每一像素点的最终灰度信号，之前包括：
确定光源亮度的多种调节情况；
基于每种调节情况的初始光源亮度和目标光源亮度确定每种调节情况的光源亮度变化规律；
基于光源亮度变化规律确定所有可行的初始灰度信号对应的最终灰度信号；
将每种调节情况下的所有可行的初始灰度信号与最终灰度信号的对应关系保存到灰度映射关系表中。
其中，显示方法还包括：
基于光源亮度变化规律确定每种调节情况下的可行最大显示亮度；
计算每种调节情况下可行最大显示亮度与最大光源亮度的比值，
将比值保存到灰度映射关系表中。
其中，在目标光源亮度比初始光源亮度小的调节情况中，比第二比值小的初始灰度信号为可行的初始灰度信号，其中，第二比值为初始光源亮度和最大光源亮度的比值。
为达到上述目的，本申请提供一种显示装置，该显示装置包括存储器和处理器；存储器中存储有计算机程序，处理器用于执行计算机程序以实现上述方法的步骤。
其中，显示装置还包括：与处理器耦接的光源和数字微反射镜，光源用于发射照明光；
数字微反射镜用于调制照明光，得到显示图像所需的被调制光；
处理器用于确定当前帧内目标光源亮度，基于当前帧内初始光源亮度、目标光源亮度和当前帧内每一像素点的初始灰度信号确定当前帧内每一像素点的最终灰度信号，基于目标光源亮度调节光源的驱动电流而调整当前帧内照明光的亮度；以及数字微反射镜用于基于当前帧内每一像素点的最终灰度信号调制经过调整的照明光，得到显示当前帧内每一像素点所需的被调制光。
本申请考虑到光源亮度不能瞬间切换，先基于初始光源亮度和确定的目标光源亮度确定当前帧内光源亮度变化规律，继而基于确定的光源亮度变化规律确定当前帧内每一像素点的最终灰度信号，使得可以降低传统Global Dimming对光源响应速度较快的要求，同时又能够部分实现因采用Global Dimming光源调节带来的对比度提高及节省电能的优点，可以补偿一帧中电流随时间变化可能带来的显示亮度异常问题。可以实现上述效果的另一个方案是先以全局亮度变化规律确定灰度映射关系表，继而只需要查找灰度映射关系表就可以确定当前帧内每一像素点的最终灰度信号。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施方式中的技术方案，下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施方式，对本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请中不同位深的图像的对比示意图；
图2是本申请Global Dimming显示方法的示意图；
图3是本申请显示方法一实施方式的流程示意图；
图4是本申请显示方法中确定光源亮度变化规律一实现方式的流程示意图；
图5是本申请显示方法中确定光源亮度变化规律另一实现方式的流程示意图；
图6是本申请显示方法中确定光源亮度变化规律又一实现方式的流程示意图；
图7是本申请显示方法中计算实际显示亮度的示意图；
图8是本申请显示方法另一实施方式的流程示意图；
图9是本申请显示方法第二实施例中一帧内光源亮度的变化示意图；
图10是本申请显示方法第二实施例中DMD灰度为1/2时DMD翻转时序/显示亮度示意图；
图11是本申请显示方法第二实施例中按照DMD时序对亮度变化积分示意图；
图12是本申请显示方法第二实施例中排序之后亮度映射示意图；
图13是本申请显示方法第三实施例中电流/亮度变化示意图；
图14是本申请显示方法第三实施例中按照DMD时序对亮度变化积分示意图；
图15是本申请显示方法第三实施例中排序之后的亮度映射示意图；
图16是本申请显示装置一实施例的结构示意图；
图17是本申请显示装置另一实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请所提供的显示方法及其相关装置做进一步详细描述。
本文中的“帧”是指影像动画中最小单位的单幅影像画面，相当于电影胶片上的每一格镜头。一帧就是一副静止的画面，连续的帧就形成动画，如电视图像等。通常所说的帧数，简单地说，就是在1秒钟时间里传输的图片的帧数，也可以理解为图形处理器每秒钟能够刷新的次数，通常用fps(Frames Per Second)表示。每一帧都是静止的图像，快速连续地显示帧便形成了运动的假象。高的帧率可以得到更流畅、更逼真的动画。每秒钟帧数(fps)愈多，所显示的动作就会愈流畅。其中，一帧图像由若干个像素点组成。一帧图像中每个像素点显示的像素值与该像素点的灰度信号和光源的光源亮度相关，而光源亮度直接受到光源电源驱动的电流的影响。
本文中的“位深”是指表示灰度图像中某个像素点的灰度信号时所需要的位数。位深越大，即所需要的位数越多，相邻灰度信号之间的差别越小，对模拟信息的数值化采样越不明显，图像中灰度信号的过渡越自然顺滑。如图1所示，位深为1的灰度图像中，像素点只有2(21)种状态，即亮和暗；而位深为8的图像中，像素点可以有256(28)种灰度状态，即
Figure RE-GDA0002718201440000061
其中，Im为灰度图像中像素点能够显示的最大亮度。
本文中的“最低有效位LSB(least significant bit)”是对应显示过程中相邻两个灰阶信号之间的灰度差别，对于位深为n的灰度信号，LSB 对应的显示亮度为Im/2n。
本文中的“初始光源亮度”是指当前帧的显示起始时间点的光源照射的亮度。
本文中的“目标光源亮度”是指在当前帧的显示时间段内，光源照射的亮度需要达到的亮度值。
本申请公开一种显示装置，该显示装置通过控制光源亮度和当前帧内每一像素点的灰度信号，来显示当前帧。显示装置可以是DLP(数字光处理，digital lightprocessing)投影显示系统，当然不限于此。
可选地，显示装置包括光源，可以通过调节光源的电流，实现光源的照射亮度的动态调节，进而可实现在当前帧显示时间内光源亮度从初始光源亮度至目标光源亮度的变换。
另外，显示装置还可以包括光开关。光开关可以是DMD(数字反射镜器件，digitalmicromirror device)，当然不限于此。可以按照每一像素点的灰度信号控制该像素点对应的光开关的操作，以控制该像素点的灰度值。
具体地，在光开关为DMD时，可以通过控制光开关在一帧图像的显示时间段内处于“on”状态的时间比例，来控制其对应像素点的灰度值，即通过控制DMD的翻转时序来控制对应像素点的灰度值。
其中，显示方法可以是Global Dimming显示方法。具体地，如图2 所示，在一帧图像帧中的初始灰度信号均小于最大灰度信号1时，可以通过图像分析处理单元将传递给光开关的信号进行整体的信号幅度变换，以使得最终灰度信号的最大值接近最大灰度信号1。假设原来像素点的初始灰度信号为G，在拉伸之后该像素点的最终灰度信号变为G’；相应地，光源照射的亮度将由L变为L’，并且满足L*G＝L′*G′。具体来讲，L’的选定原则是L*Gmax＝L′*G′max≤L′，选定的灰度放大系数为
Figure RE-GDA0002718201440000071
对于每个初始灰度信号为G的像素点，由图像处理单元传递给光开关的最终灰度信号G′＝βG。但是在Global Dimming显示方法中，有一个很重要的假设，即在每一帧的显示时间段内光源亮度恒定，且光源亮度可以在相邻两帧之间瞬间变化。这要求光源的电源驱动具有很快的响应速度，即要求光源的电源驱动的响应时间远小于一帧图像帧的显示时间。但是实际使用过程中，光源的电源的响应时间可能略小于一帧图像帧的显示时间，甚至可能大于一帧图像帧的显示时间，即光源的电源的响应时间无法满足远小于一帧图像帧的显示时间的要求。
为了解决上述电源响应速度不足的情况，本申请提出依据光源亮度变化规律确定发送给光开关的最终灰度信号的方案，以解决一帧中电流随时间变化可能带来的显示灰阶异常问题。具体地，依据光源亮度变化规律确定发送给光开关的最终灰度信号的方案可参照下述显示方法的实施方式。
具体请参阅图3，图3是本申请显示方法一实施方式的流程示意图。本实施方式显示方法包括以下步骤。
S110：确定最大光源亮度、当前帧内初始光源亮度和当前帧内最大初始灰度信号。
其中，当前帧内初始光源亮度是指当前帧的显示起始时间的光源的照射亮度，也相当于前一帧图像的显示结束时间的光源的照射亮度。
最大光源亮度是指光源的照射亮度能够达到的最大值。
当前帧内最大初始灰度信号是指当前帧内所有像素点的初始灰度信号中的最大值。
S120：以最大光源亮度和当前帧内最大初始灰度信号的乘积确定当前帧内目标光源亮度。
在一实现方式中，可以直接将最大光源亮度和当前帧内最大初始灰度信号的乘积作为当前帧内目标光源亮度。
在另一实现方式中，光源亮度被分为M级，逐级调节光源亮度，其中，M为正整数。光源亮度可以不等步长划分，或者可以等步长划分。可以理解的是，为了能够确保每帧调整整级数光源亮度，相邻两级光源亮度的变化时间可以比每帧时长少。另外，因为每帧时长与帧率呈反比，还可以根据帧率动态调节光源亮度划分的级数。
可选地，可以每帧调整整数级光源亮度，以最大光源亮度和当前帧内最大初始灰度信号的乘积确定当前帧内目标光源亮度的步骤，可以包括：先确定最大光源亮度和当前帧内最大初始灰度信号的乘积处于的相邻两级光源亮度构成的区间；将该区间的最大值或最小值作为目标光源亮度。进一步地，在光源亮度可以在一帧显示时间内变化多个级别的情况下，可能会出现从初始光源亮度变化至区间的最大值或最小值的时间比每帧时长长，基于此，以最大光源亮度和当前帧内最大初始灰度信号的乘积确定当前帧内目标光源亮度的步骤，可以包括：先确定最大光源亮度和当前帧内最大初始灰度信号的乘积处于的相邻两级光源亮度构成的区间；以初始光源亮度作为起点，沿着初始光源亮度到区间的最大值或最小值的方向，确定在每帧时长内光源亮度能够达到的最大级别光源亮度，将能够达到的最大级别光源亮度作为目标光源亮度。
优选地，每帧最多调整一级光源亮度，以最大光源亮度和当前帧内最大初始灰度信号的乘积确定当前帧内目标光源亮度的步骤，可以包括：先确定最大光源亮度和当前帧内最大初始灰度信号的乘积处于的相邻两级光源亮度构成的区间；在初始光源亮度大于区间的最大值/最小值时，减小一级所述初始光源亮度的级别以得到所述目标光源亮度的级别；或，在初始光源亮度小于区间的最大值/最小值时，增加一级所述初始光源亮度的级别以得到所述目标光源亮度的级别；或，在初始光源亮度与区间的最大值/最小值时，目标光源亮度等于初始光源亮度。更为优选的是，将初始光源亮度与区间的最大值进行比较以确定目标光源亮度的级别，因为这样可以更加符合实际情况，每一像素点的实际显示亮度和预计显示亮度之间不存在差异或仅有少量差异。
S130：基于初始光源亮度和目标光源亮度，选取全局亮度变化规律的一部分以生成当前帧内光源亮度变化规律。
可以理解的是，全局亮度变化规律包括光源亮度由最大光源亮度变化至最小光源亮度的规律，还包括光源亮度由最小光源亮度变化至最大光源亮度的规律。可以理解的是，最小光源亮度即为照明光亮度能够实现的最小值。
可以从全局亮度变化规律选取从初始光源亮度变化至目标光源亮度的规律，以从初始光源亮度变化至目标光源亮度的规律生成光源亮度变化规律。可以理解的是，在初始光源亮度和目标光源亮度相等时，从初始光源亮度变化至目标光源亮度的规律即为初始光源亮度点。
其中，全局亮度变化规律中从初始光源亮度变化至目标光源亮度的时间小于每帧时长时，可以直接将从初始光源亮度变化至目标光源亮度的规律作为当前帧内光源亮度变化规律的一部分，当前帧内光源亮度变化规律的剩余部分的光源亮度等于目标光源亮度和/或初始光源亮度。例如，如图4所示，从图4(A)的全局亮度变化规律中，选取初始光源亮度Lm0变化至目标光源亮度Lt的部分，并将初始光源亮度Lm0变化至目标光源亮度Lt的规律作为图4(B)所示的光源亮度变化规律的中间部分，图4(B)所示的光源亮度变化规律的前一部分的光源亮度等于初始光源亮度Lm0，图4(B)所示的光源亮度变化规律的后一部分的光源亮度等于目标光源亮度Lt。又例如，如图5所示，从图5(A)的全局亮度变化规律选取初始光源亮度Lm0变化至目标光源亮度Lt的部分，并将初始光源亮度Lm0变化至目标光源亮度Lt的规律作为图5(B)所示的光源亮度变化规律的前一部分，图5(B)所示的光源亮度变化规律的后一部分光源亮度均等于目标光源亮度。当然不限于此。
全局亮度变化规律中从初始光源亮度变化至目标光源亮度的时间等于每帧时长时，可以直接将从初始光源亮度变化至目标光源亮度的规律选作为当前帧内光源亮度变化规律。
全局亮度变化规律中从初始光源亮度变化至目标光源亮度的时间大于每帧时长时，将初始光源亮度沿着向目标光源亮度变化的方向变化每帧时长的规律作为当前帧内光源亮度变化规律。例如，如图6所示，初始光源亮度Lm0变化至目标光源亮度Lt的时长为20ms，比每帧时长 16.7ms长，因此，将图6(A)所示的全局亮度变化规律中初始光源亮度沿着向目标光源亮度变化的方向变化每帧时长的规律作为图6(B)所示的光源亮度变化规律。
S140：基于光源亮度变化规律和当前帧内每一像素点的初始灰度信号确定当前帧内每一像素点的最终灰度信号。
确定光源亮度变化规律后，可以基于光源亮度变化规律和当前帧内每一像素点的初始灰度信号确定当前帧内每一像素点的最终灰度信号。
基于光源亮度变化规律和当前帧内每一像素点的初始灰度信号确定当前帧内每一像素点的最终灰度信号，可以包括：可以将多种灰度信号和光源亮度变化规律结合得到多种灰度信号对应的实际显示亮度；然后计算每一像素点的初始灰度信号和最大光源亮度的乘积，并将该乘积作为当前帧内每一像素点的预计显示亮度；将与当前帧内每一像素点的预计显示亮度匹配的实际显示亮度对应的灰度信号作为当前帧内每一像素点的最终灰度信号。
其中，可以将所有灰度信号与光源亮度变化规律结合得到所有灰度信号对应的实际显示亮度。因为灰度信号为0对应的实际显示亮度必然为0，因此，上述“所有灰度信号”可以是除0以外的所有灰度信号。在一实现场景中，如果当前帧显示的位深为n，除0以外的所有灰度信号包括
Figure RE-GDA0002718201440000101
等共2n-1种灰度信号。
另外，为了保证每一帧的物理显示亮度与预计显示亮度相符合，每一种灰度信号可以只对应一种DMD的翻转时序，例如灰度信号(100) 对应着翻转时序为(1000000)、灰度信号(010)对应着翻转时序为 (0110000)。
可以理解的是，一种灰度信号也可以对应着多种DMD的翻转时序，但是在将灰度信号与光源亮度变化规律结合确定灰度信号对应的实际显示亮度时，应当将每种灰度信号对应的各个DMD的翻转时序与光源亮度变化规律结合确定每种灰度信号对应的各个DMD的翻转时序的实际显示亮度，这样在将每一像素点的预计显示亮度与每种灰度信号对应的各个DMD的翻转时序的实际显示亮度匹配时，可以确定每一像素点的最终灰度信号和最终翻转时序，可以做到更加精准地控制。
可选地，可以在光源亮度变化规律上按照多种灰度信号的时间信息进行时间尺度积分，以得到多种灰度信号对应的实际显示亮度。示例性地，如图7所示，显示位深为n，在光源亮度变化规律为
Figure RE-GDA0002718201440000111
时，灰度信号为s(ti)，那灰度信号对应的实际显示亮度为
Figure RE-GDA0002718201440000112
其中s(ti)是从时间ti到时间ti+1之间的DMD的翻转状态：On状态时，
Figure RE-GDA0002718201440000113
Off状态时，s(ti)＝0。值得注意的是，为便于表述，假设DMD 显示LSB的时长为恒定值
Figure RE-GDA0002718201440000114
即ti到时间ti+1之间的时长为
Figure RE-GDA0002718201440000115
其中，T是指每帧时长，可以理解的，实际过程中，为了提高位深，也可以将ti到时间ti+1的时长设定为不等长情况，具体操作时，只需根据需要替换相应的时长即可。
在一应用场景中，将与当前帧内每一像素点的预计显示亮度匹配的实际显示亮度对应的灰度信号作为当前帧内每一像素点的最终灰度信号中的预计显示亮度与实际显示亮度匹配是指，预计显示亮度与实际显示亮度相等。例如，设灰度信号(010)对应的实际显示亮度为0.7cd/m2，并且当前帧内一像素点的初始灰度信号(100)对应的预计显示亮度也为0.7cd/m2，那初始灰度信号(100)的预计显示亮度与灰度信号(010) 对应的实际显示亮度相匹配，从而初始灰度信号(100)对应的最终灰度信号(010)。优选地，该应用场景可以应用到光源亮度需要减小的情况中，这样可以保证当前帧内每一像素点的预计显示亮度与实际显示亮度相等。
在另一应用场景中，预计显示亮度与实际显示亮度匹配是指，实际显示亮度与预计显示亮度的比值为第一值。例如，设灰度信号(101) 对应的实际显示亮度为1.3cd/m2，第一值为0.7，并且当前帧内一像素点的初始灰度信号(110)对应的预计显示亮度为0.91cd/m2，其中， 0.91＝1.3*0.7，即初始灰度信号(110)的预计显示亮度与灰度信号(101) 对应的实际显示亮度相匹配，从而初始灰度信号(110)对应的最终灰度信号为(101)。第一值可以根据每一帧的初始灰度信号的情况自行调节，例如，该第一值可以等于灰度信号为1对应的实际显示亮度与初始灰度信号为1的预计显示亮度的比值。或者该第一值可以预先设定。优选地，该应用场景可以应用到光源亮度需要增加的情况中，因为电流不能瞬间提高，从而按照光源亮度变化规律的当前帧内最高可实现亮度可能小于部分灰度信号的预计显示亮度，此时可以考虑将当前帧内所有像素点的预计显示亮度成比例下降。
在又一应用场景中，预计显示亮度与实际显示亮度的差值为第二值，即预计显示亮度与实际显示亮度匹配。第二值可以根据每一帧的初始灰度信号的情况自行调节，例如，该第二值可以等于初始灰度信号为 1的预计显示亮度与灰度信号为1对应的实际显示亮度的差值。或者该第二值可以预先设定。优选地，该应用场景可以应用到光源亮度需要增加的情况中，因为电流不能瞬间提高，从而最高可实现亮度可能小于部分灰度信号的预计显示亮度，此时可以将当前帧内所有像素点的预计显示亮度同时减少一个固定值。
当然预计显示亮度与实际显示亮度匹配的方法不限于上面三种实现方式。
进一步地，在获得多种灰度信号对应的实际显示亮度后，可以按照实际显示亮度从低到高的顺序依次排列，将排序后的实际显示亮度与自小到大的灰度信号相对应，以得到实际显示亮度和灰度信号的对应关系，继而根据当前帧内每一像素点的预计显示亮度，从实际显示亮度和灰度信号的对应关系中查找到当前帧内每一像素点的最终显示亮度，这样方便确定每一像素点的初始灰度信号与最终灰度信号的对应关系。
另外，在初始光源亮度与目标光源亮度相等时，因为光源亮度变化规律中所有的光源亮度等于初始光源亮度，即当前帧内光源亮度是恒定的，所以基于光源亮度变化规律和当前帧内每一像素点的初始灰度信号确定当前帧内每一像素点的最终灰度信号的步骤，包括：将最大光源亮度和初始光源亮度的比值作为第一比值，当前帧内每一像素点的初始光源亮度和第一比值的乘积即为当前帧内每一像素点的最终灰度信号。
S150：基于当前帧内每一像素点的最终灰度信号，显示当前帧。
显示当前帧的步骤包括，按照当前帧内每一像素点的最终灰度信号控制显示灰阶的镜片进行翻转。
显示当前帧的步骤还包括，控制照明光亮度从初始光源亮度变化为目标光源亮度。可以理解的是，在光源亮度被划分为M级的方案中，目标光源亮度的级别和初始光源亮度的级别的差值为整数。优选地，目标光源亮度的级别和初始光源亮度的级别的差值为1或0。
在本实施方式中，本申请考虑到光源亮度不能瞬间切换，先基于初始光源亮度和确定的目标光源亮度确定当前帧内光源亮度变化规律，继而基于确定的光源亮度变化规律确定当前帧内每一像素点的最终灰度信号，使得照明系统可以降低传统Global Dimming对光源响应速度较快的要求，同时又能够兼具因采用Global Dimming调节光源带来的对比度提高及节省电能的优点，最重要的是，可以补偿一帧中由于电流随时间变化可能带来的显示亮度的差异，进而解决显示亮度异常的问题。
可以实现上述效果的另一个实施方式是先以全局亮度变化规律确定灰度映射关系表，继而只需要查找灰度映射关系表就可以确定当前帧内每一像素点的最终灰度信号。如图8所示，该实施方式显示方法具体包括以下步骤。
S210：确定最大光源亮度、当前帧内初始光源亮度和当前帧内最大初始灰度信号。
S220：以最大光源亮度和当前帧内最大初始灰度信号的乘积确定当前帧内目标光源亮度。
S230：基于初始光源亮度、目标光源亮度和当前帧内每一像素点的初始灰度信号，通过查找灰度映射关系表确定当前帧内每一像素点的最终灰度信号。
其中，可以理解的是，灰度映射关系表存储有从初始光源亮度变化至目标光源亮度时初始灰度信号和最终灰度信号的对应关系。从而可以基于初始光源亮度、目标光源亮度和当前帧内每一像素点的初始灰度信号，通过查找灰度映射关系表来确定当前帧内每一像素点的最终灰度信号，这样在显示每帧图像时，直接查找灰度映射关系表即可，节约计算时间，可以更快地显示每帧图像。
可以理解的是，在步骤S230之前，包括：根据全局亮度变化规律确定灰度映射关系表。
其中，根据全局亮度变化规律确定灰度映射关系表，包括：确定光源亮度的多种调节情况；基于每种调节情况的初始光源亮度和目标光源亮度从全局亮度变化规律选取部分以生成每种调节情况的光源亮度变化规律；基于光源亮度变化规律确定所有可行的初始灰度信号对应的最终灰度信号；将每种调节情况下的所有可行的初始灰度信号与最终灰度信号的对应关系保存到灰度映射关系表中。
可以理解的是，确定光源亮度的多种调节情况是指确定光源亮度的多种变化情况，例如，光源亮度的多种调节情况包括光源亮度由l0变至 l1、光源亮度由l1变至l2、光源亮度由l2变至l3、……、光源亮度由ln变至ln+1等多种情况。当然为了显示每帧图像前都能通过查找灰度映射关系表确定每帧所有像素点的最终灰度信号，应确定光源亮度的所有调节情况。
进一步地，为了方便罗列光源亮度的所有调节情况，可以将光源亮度划分为M级，如果一帧内可以调节多级光源亮度，那光源亮度可以有 M2-M种变化情况，这样通过对光源亮度划分级别，限定了光源亮度只在有限的多个光源亮度等级之间调节，使得光源的光源亮度调节的种类有限，这样可以降低光源亮度变化的不确定性，进而可以总结所有光源亮度调节情况下灰度信号的对应关系，使得显示过程中可以基于先前确定的灰度信号的对应关系确定最终灰度信息。另外，还需要考虑到有些光源亮度的变化情况需要耗费比每帧时长更多的时间，即在每帧内有些光源亮度的变化不能实现，所以光源亮度的所有调节情况小于或等于 M2-M种变化情况。更优选地，一帧内最多调节一级光源亮度，这样光源亮度可以有2M-2种变化情况。
可以理解的是，基于每种调节情况的初始光源亮度和目标光源亮度从全局亮度变化规律选取部分以生成每种调节情况的光源亮度变化规律的步骤的具体内容可参见步骤S130，在此不做赘述。基于光源亮度变化规律确定所有可行的初始灰度信号对应的最终灰度信号的步骤的具体内容，可参见步骤S140，在此不做赘述。
确定每种调节情况下所有可行的初始灰度信号对应的最终灰度信号后，可以将每种调节情况下的所有可行的初始灰度信号与最终灰度信号的对应关系保存到灰度映射关系表中。其中，所有可行的初始灰度信号可以指所有初始灰度信号，即位深为n时，所有可行的初始灰度信号包括
Figure RE-GDA0002718201440000151
等2n-1种灰度信号。在另一实现方式中，所有可行的初始灰度信号可以指可实现的所有初始灰度信号，因为部分帧的光源亮度需要降低至目标光源亮度，而这部分帧的目标光源亮度小于最大光源亮度时，说明这部分帧的最大初始灰度信号小于目标光源亮度与最大光源亮度的比值。从而比目标光源亮度与最大光源亮度的比值小的初始灰度信号是可实现的初始灰度信号，即可行的初始灰度信号，这样减少了需要计算的初始灰度信号的数量，进而减少了需要存储到灰度映射关系表的初始灰度信号和最终灰度信号的对应关系的数量。在又一实现方式中，也可将比初始光源亮度与最大光源亮度的比值小的初始灰度信号作为可行的初始灰度信号，其中，初始光源亮度与最大光源亮度的比值可以作为第二比值。
进一步地，还可以将初始灰度信号与最终灰度信号的比值作为初始灰度信号对应的放大系数，并将初始灰度信号对应的放大系数也保存到灰度映射关系表中。
可选地，还可以计算每种调节情况下的可行最大显示亮度
Figure RE-GDA0002718201440000152
其中，每种调节情况下的可行最大显示亮度
Figure RE-GDA0002718201440000153
是指：一帧内DMD全处于On状态，可以实现的最高亮度。即，
Figure RE-GDA0002718201440000154
Figure RE-GDA0002718201440000155
可以将初始灰度信号对应的实际显示亮度与可行最大显示亮度的比值保存到灰度映射关系表中，另外，还可以将每种调节情况下可行最大显示亮度与最大光源亮度的比值保存到灰度映射关系表中。以便通过可行最大显示亮度与最大光源亮度的比值，和初始灰度信号对应的实际显示亮度与可行最大显示亮度的比值计算出初始灰度信号对应的实际显示亮度，这样通过查找灰度映射关系表就可以确定每一初始灰度信号的实际显示亮度。当然，也可以将每种调节情况下的初始灰度信号对应的实际显示亮度直接存储到灰度映射关系表中，以便直接查找就可以得到每种调节情况的各个初始灰度信号的实际显示亮度。
S240：基于当前帧内每一像素点的最终灰度信号，显示当前帧。
下面为更好说明本申请显示方法，基于以下显示方法具体实施例来示例性说明。其中，实施例1用来示例性说明显示方法第二实施方式中灰度映射关系表的相关内容。
实施例1
将光源的驱动电流由可调节最小值变为可调节最大值的范围分为 M级，对应的电流值分别为I1、I2、……、IM，从而对应的空间光调制器的光源亮度也为M级，即对应的光源亮度分别为L1、L2、……、LM。相邻的电流级次之间的调节步长ΔIm＝Im-Im-1,(m＝2,3,…M)。在一帧的显示时间内，电流Im-1增加
Figure RE-GDA0002718201440000161
变至Im，或者电流Im+1减小
Figure RE-GDA0002718201440000162
变至Im，即电流可以按照确定的波形变化为稳定值Im。
若一帧中所有像素点的灰度信号最大值Gmax满足Lm-1<LM· Gmax≤Lm，其中LM是显示装置可以实现的最大光源亮度，则将本帧中的目标光源亮度定为Lm。假设前一帧实际实现的稳定光源亮度为Lm0，即一帧的初始光源亮度为Lm0，具体需要考虑下述三种情况。
(1)当m0＝m时，则电流Im0＝Im，初始光源亮度与目标光源亮度均为Lm，可以理解的是Lm＝Lt。此时一帧显示时间内，电流不需要调节，光源亮度为恒定值。且一帧的灰度放大系数
Figure RE-GDA0002718201440000163
对于不同灰度信号G均采用同一个灰度放大系数，即
Figure RE-GDA0002718201440000164
(2)当m0>m时，则电流Im0>Im，一帧内的初始光源亮度Lm0大于目标光源亮度Lm，其中，Lm＝Lt。此时，在一帧显示时间内，需要将光源的驱动电流减小至Im，对应的光源亮度变化为
Figure RE-GDA0002718201440000165
因此一帧每一像素点的实际显示亮度记为
Figure RE-GDA0002718201440000171
同时，定义
Figure RE-GDA0002718201440000172
Figure RE-GDA0002718201440000173
值得一提的是，按照本申请的技术方案，一方面，在确定的设计方案中，由于DMD的翻转时序是确定的，因此，一定存在某个
Figure RE-GDA0002718201440000174
可以定义为灰度放大系数；另一方面，由于电流变化时的光源亮度也在随之变化，不同初始灰度信号G需要对应不同的灰度放大系数，使得不同初始灰度信号与不同灰度放大系数更匹配，进而让可以由初始灰度信号和灰度放大系数确定的最终灰度信号更加准确，从而让不同初始灰度信号的预计显示亮度能够与最终灰度信号的实际显示亮度相匹配，以解决一帧内电流变化导致光源亮度变化可能带来的显示灰阶异常的问题，故而，本申请优选的将
Figure RE-GDA0002718201440000175
写成向量形式。
Figure RE-GDA0002718201440000176
的计算过程如下所示：首先，在一帧显示时间内DMD的反射镜全部处于On状态，DMD后端可以实现的最高亮度为
Figure RE-GDA0002718201440000177
Figure RE-GDA0002718201440000178
然后，将2n-1种不同的灰度信号G与光源亮度变化规律结合产生的实际显示亮度按照从低到高的顺序进行排序，得到新的2n-1种灰度信号并定义为G’。依照映射原则，每个G都对应一个G’，从而可以定义灰度放大系数
Figure RE-GDA0002718201440000179
Figure RE-GDA00027182014400001710
实际是一种灰度映射关系，将多个灰度映射关系进行集合，可以构成灰度映射关系表。具体的，灰度映射关系表包含以下三种信息：(1)初始灰度信号的序列值IndG与最终灰度信号的序列值IndG’的对应关系，共(M+1)2n个对应关系；(2)实际显示亮度与可行最大显示亮度
Figure RE-GDA00027182014400001711
的比例值，共(M+1)2n个值；(3)可行最大显示亮度
Figure RE-GDA00027182014400001712
与最大光源亮度LM的比例值，共(M+1)个值。
可以理解的是，m0＝m的情况下的灰度映射关系也需要存储。只是相比于m0>m情况下的灰度映射关系而言，m0＝m情况下的灰度映射关系比较特殊。因为在m0＝m时，不同的初始灰度信号G与其对应的最终灰度信号G′的比值相等，均为
Figure RE-GDA00027182014400001713
即
Figure RE-GDA00027182014400001714
即针对不同的初始灰度信号G，采用相同的亮度放大系数。另外，在m0＝m时，实际显示亮度相比可行最大显示亮度
Figure RE-GDA0002718201440000181
的比例值为灰度G′；可行最大显示亮度 Lm0与LM的比例值即为
Figure RE-GDA0002718201440000182
(3)当m0＜m时，则电流Im0＜Im，一帧内的初始光源亮度Lm0小于目标光源亮度Lm，其中，Lm＝Lt。此时，在一帧显示时间内，需要将光源的驱动电流增大至Im，对应的光源亮度变化为
Figure RE-GDA0002718201440000183
因此一帧每一像素点的实际显示亮度可以记为
Figure RE-GDA0002718201440000184
相应的，定义
Figure RE-GDA0002718201440000185
但是对于m0＜m的情况可能会存在电流不能快速提高的问题，从而导致一帧的可行最大显示亮度比该帧的目标光源亮度小，即在m0+1＜m 时，
Figure RE-GDA0002718201440000186
此时需要考虑暂时降低显示亮度的方案。另外，类似于(2)中的情形，m0＜m情况下的灰度放大系数可定义为
Figure RE-GDA0002718201440000187
根据以上的分析，需要解决的核心问题在于如何求得灰度放大系数
Figure RE-GDA0002718201440000188
使灰度放大系数可以满足
Figure RE-GDA0002718201440000189
其中，k为初始光源亮度对应的驱动电流的级别和目标光源亮度对应的驱动电流的级别的差值，
Figure RE-GDA00027182014400001810
另外，需要存储的最大的灰度映射关系的数目为3×M(2n+2n+1)。并且，在k＝0时，所有的初始灰度信号G对应同一个灰度放大系数
Figure RE-GDA00027182014400001811
可以考虑减少灰度映射关系的存储数目，数目可以减少为2×M(2n+2n+1)+M。另外，对于k＝-1的情形，
Figure RE-GDA00027182014400001812
说明电流需要降低，此时一帧显示时间内的最大灰度信号为
Figure RE-GDA00027182014400001813
即实际并不需要确认大于
Figure RE-GDA00027182014400001814
的初始灰度信号的灰度映射关系，此时可以减少需要存储的灰度映射关系的数目。
本实施例方案通过灰度映射关系表总结所有可行的调节情况下的灰度映射关系，从而在实际显示过程中，可以直接依据存储的灰度映射关系确定每一帧中每一像素点的最终灰度信号，从而让每一像素点的最终灰度信号对应的实际显示亮度与每一像素点的初始灰度信号对应的预计显示亮度相匹配，且可以降低传统Global Dimming对光源响应速度较快的要求，也可以补偿一帧中电流随时间变化可能带来的显示亮度异常问题。
实施例2
本实施例主要介绍了如何具体的获取灰度映射关系表，以用于确定每一帧中每一像素点的最终灰度信号。
假设每帧时长T为16.67ms，光源的电流可以分5级等步长调节，电流在相邻两级之间调节的响应时间约为3.33ms，在最大值和次大值之间切换对应的光源亮度变化规律如图9所示，其中，图9对应一帧内的光源亮度变化曲线方程可以表示为
Figure RE-GDA0002718201440000191
其中
Figure RE-GDA0002718201440000192
在获取灰度映射关系表的过程中，可以直接按照二进制灰度数对一帧内光源亮度变化规律进行积分，以确定每一灰度信号对应的实际显示亮度。可以理解的，为了避免采用二进制灰度数进行灰度调节时出现的闪烁情况，考虑将二进制灰度数进行位拆分，使得除了位平面0以外的位平面都显示至少两个LSB，以避免帧间的亮度突变。
例如，假设显示的位深为8位，对应的灰度信号
Figure RE-GDA0002718201440000193
n＝ 8，DMD位平面的分布总结为
Figure RE-GDA0002718201440000194
(ax＝0or 1)，其中，x是指位平面编号，x∈(0,1,2,…,n-1)，ax对应的权重为2x，意味着每帧2n-1个LSB中会有2x个ax，一种均匀的排列方式为每相邻的 2n-xLSB中含有一个ax，且ax在每个2n-x中的位置为2n-1-x，例如，n＝3，图10示意了灰度信号为1/2时DMD翻转的时序-显示亮度的示意图。为了将DMD翻转的时序表示地更清晰，下面举例说明位深为3的灰度信号亮度与DMD翻转时序的对应关系，如表所示，第n-1位平面会被拆分为2n-2个LSB，然后每个位平面的各个LSB会被均匀分布DMD翻转时序中。
表1 3位系统DMD翻转时序图
Figure RE-GDA0002718201440000195
Figure RE-GDA0002718201440000201
将图10所示的显示时序图进行时间尺度积分，可以得到一帧图像累积的实际显示亮度，同时，使用最大可显示亮度将多种灰度信号的实际显示亮度进行归一化处理，得到如图11所示的亮度变化积分示意图。进一步对，按照自小而大的顺序对多种灰度信号的实际显示亮度进行排序，以得到图12所示的排序后的实际显示亮度与自小到大的灰度信号的函数曲线。可以看出，G’和G满足良好的线性映射关系，这将简化信号处理过程，同时，由于原始排在第i位的初始灰度信号对应的最终灰度信号仍然排在第i位，即IndG’＝IndG，因此只需要存储最终灰度信号G’相对于可行最大显示亮度的比值以及
Figure RE-GDA0002718201440000202
与LM的比例值，即可确定初始灰度信号和最终灰度信号的灰度映射关系。
实施例3
本实施例介绍一种特殊情况下的获取灰度映射关系表的方法。
假设光源亮度的变化曲线如图13所示，对应的一帧内的光源亮度变化规律为
Figure RE-GDA0002718201440000203
其中
Figure RE-GDA0002718201440000204
这种情况下灰度信号与实际显示亮度对应的关系如图14所示，可以看出，实际显示亮度不再是随灰度信号递增的关系。
将具有起伏的实际显示亮度自小而大进行排序，得到如图15所示的排序后的实际显示亮度与灰度信号的对应关系。对于此种情形，需要将初始灰度信号对应的预计显示亮度与实际显示亮度相匹配，将相匹配的实际显示亮度对应的灰度信号作为初始灰度信号对应的最终灰度信号，以确定初始灰度信号与最终灰度信号的对应关系，并且利用G’和G 之间的映射关系求得最终灰度信号G’的二维分布以处理信号。
实施例4
本申请将上述显示方法应用到图16所示的显示装置中。如图16所示，本申请显示装置10可以包括存储器11和处理器12。存储器11中存储有计算机程序。处理器12用于执行计算机程序以实现上述显示方法的步骤。
可选地，如图17所示，显示装置10还可以包括光源13和数字微反射镜14。其中，光源13用于在光源电源的驱动下发出照明光。数字微反射镜14用于调制照明光，得到显示图像所需的被调制光。另外，处理器12耦接于光源13和数字微反射镜14。处理器12可用于确定当前帧内目标光源亮度，基于当前帧内初始光源亮度、目标光源亮度和当前帧内每一像素点的初始灰度信号确定当前帧内每一像素点的最终灰度信号。另外，处理器12还可基于当前帧内目标光源亮度，调节光源 13的驱动电流而调整当前帧内照明光的亮度；以及数字微反射镜14用于基于当前帧内每一像素点的最终灰度信号调制经过调整的照明光，得到显示当前帧内每一像素点所需要的被调制光。
可选地，处理器12可以包括图像分析处理单元121和DMD可识别解码器122。图像分析处理单元121耦接于存储器11。图像分析处理单元121用于确定当前帧内目标照明亮度和每一像素点的最终灰度信号，将确定好的当前帧内目标照明亮度通过DMD可识别解码器122传输给数字微反射镜14，让数字微反射镜14可以基于当前帧内每一像素点的最终灰度信号调制经过调整的照明光。并且图像分析处理单元121还可用于基于当前帧内目标光源亮度，调节光源电源的电流而调整当前帧内照明光的亮度。
以上仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种显示方法，其特征在于，所述方法包括：
确定最大光源亮度、当前帧内初始光源亮度和当前帧内最大初始灰度信号；
以所述最大光源亮度和所述当前帧内最大初始灰度信号的乘积确定当前帧内目标光源亮度；
基于所述初始光源亮度和所述目标光源亮度，选取全局亮度变化规律的一部分以生成当前帧内光源亮度变化规律，基于所述光源亮度变化规律和当前帧内每一像素点的初始灰度信号确定当前帧内每一像素点的最终灰度信号；或，
基于所述初始光源亮度、所述目标光源亮度和当前帧内每一像素点的初始灰度信号，通过查找灰度映射关系表，确定当前帧内每一像素点的最终灰度信号，其中，所述灰度映射关系表是根据全局亮度变化规律确定的；
基于所述当前帧内每一像素点的最终灰度信号，显示所述当前帧。
2.根据权利要求1所述的显示方法，其特征在于，所述基于所述光源亮度变化规律和当前帧内每一像素点的初始灰度信号确定当前帧内每一像素点的最终灰度信号，包括：
在所述初始光源亮度与所述目标光源亮度不同时，将多种灰度信号和所述光源亮度变化规律结合得到多种灰度信号对应的实际显示亮度；将当前帧内每一像素点的初始灰度信号和最大光源亮度的乘积作为当前帧内每一像素点的预计显示亮度，将与当前帧内每一像素点的预计显示亮度匹配的实际显示亮度对应的灰度信号作为当前帧内每一像素点的最终灰度信号；或，
在所述初始光源亮度与所述目标光源亮度相等时，将最大光源亮度和初始光源亮度的比值作为第一比值，所述当前帧内每一像素点的初始光源亮度和第一比值的乘积即为当前帧内每一像素点的最终灰度信号。
3.根据权利要求1所述的显示方法，其特征在于，光源亮度被分为M级，所述显示所述当前帧，包括：
显示所述当前帧的过程中，调节一级所述光源亮度，或不对所述光源亮度进行调节，以使光源亮度只在M级光源亮度之间调节，进而降低光源亮度变化的不确定性。
4.根据权利要求3所述的显示方法，其特征在于，光源的驱动电流被分为M级，调节一级所述光源亮度，包括：
显示所述当前帧的过程中，调节一级驱动电流，以调节一级光源亮度。
5.根据权利要求3所述的显示方法，其特征在于，所述以所述最大光源亮度和所述当前帧内最大初始灰度信号的乘积确定当前帧内目标光源亮度，包括：
计算当前帧内最大初始灰度信号和最大光源亮度的乘积；
确定所述乘积处于的相邻两级光源亮度构成的区间；
在所述初始光源亮度大于所述区间的最大值时，减小一级所述初始光源亮度的级别以得到所述目标光源亮度的级别；或，
在所述初始光源亮度小于所述区间的最大值时，增加一级所述初始光源亮度的级别以得到所述目标光源亮度的级别；或，
在所述初始光源亮度与所述区间的最大值时，所述目标光源亮度等于所述初始光源亮度。
6.根据权利要求3所述的显示方法，其特征在于，所述基于所述初始光源亮度、所述目标光源亮度和当前帧内每一像素点的初始灰度信号，通过查找灰度映射关系表确定当前帧内每一像素点的最终灰度信号，之前包括：
确定光源亮度的多种调节情况；
基于每种调节情况的初始光源亮度和目标光源亮度确定每种调节情况的光源亮度变化规律；
基于所述光源亮度变化规律确定所有可行的初始灰度信号对应的最终灰度信号；
将每种调节情况下的所有可行的初始灰度信号与最终灰度信号的对应关系保存到灰度映射关系表中。
7.根据权利要求6所述的显示方法，其特征在于，所述方法还包括：
基于所述光源亮度变化规律确定每种调节情况下的可行最大显示亮度；
计算每种调节情况下可行最大显示亮度与最大光源亮度的比值，
将所述比值保存到所述灰度映射关系表中。
8.根据权利要求6所述的显示方法，其特征在于，在目标光源亮度比初始光源亮度小的调节情况中，比第二比值小的初始灰度信号为可行的初始灰度信号，其中，第二比值为初始光源亮度和最大光源亮度的比值。
9.一种显示装置，其特征在于，所述显示装置包括存储器和处理器；所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序以实现如权利要求1-8中任一项所述方法的步骤。
10.根据权利要求9所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括：与处理器耦接的光源和数字微反射镜，
其中，光源用于发射照明光；
所述数字微反射镜用于调制所述照明光，得到显示图像所需的被调制光；
所述处理器用于确定当前帧内目标光源亮度，基于当前帧内初始光源亮度、目标光源亮度和当前帧内每一像素点的初始灰度信号确定当前帧内每一像素点的最终灰度信号，基于所述目标光源亮度调节所述光源的驱动电流而调整当前帧内照明光的亮度；以及数字微反射镜用于基于当前帧内每一像素点的最终灰度信号调制经过调整的照明光，得到显示当前帧内每一像素点所需的被调制光。
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