CN116075882A - 用于实时led视角校正的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种视频显示设备，包括LED像素、存储器和处理器。所述处理器接收视频数据，视频数据包括与LED像素相对应的视频像素。对于至少一些视频像素，所述处理器基于(i)所述LED像素的三维(3D)位置和光轴矢量(108)和(ii)所述LED像素的观看者的3D位置(110)，计算(402)针对所述LED像素的视角。所述处理器基于所述视角和所述LED像素的像素强度和像素视角之间的关系(408)，计算(406)针对所述LED像素的增益因子。所述处理器基于所述增益因子和所述视频像素的亮度，计算(412)针对所述LED像素的补偿后的亮度。所述处理器使(416)所述LED像素发出具有所述补偿后的亮度的光。

Description

用于实时LED视角校正的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求Christopher Deighton于2020年7月13日提交的标题为“用于实时LED视角校正的系统和方法(System and Method for Realtime LED Viewing AngleCorrection)”的第63/051,100号美国临时申请的优先权，该临时申请通过引用的方式并入本文，如同其全部内容被转载。
技术领域
本公开内容总体涉及发光二极管(LED)视频屏幕，更具体地说，涉及一种实时补偿这种屏幕的视角的方法，以便产生平滑的输出。
背景技术
红、绿、蓝(RGB)LED可能在光学上不适合用于LED显示屏幕。例如，理想的RGB LED或LED屏幕将具有理想的视角，也就是说，LED或构成LED屏幕的均匀的LED阵列将在半球内的所有方向上发光，这样，无论从哪个方向看LED或屏幕，该LED或屏幕看起来都是(a)相同的亮度，和(b)相同的颜色(因为所有三种颜色都是类似的均匀)。
不幸的是，典型的现实世界的RGB LED和LED屏幕具有非理想的发射模式。LED透镜可能没有被设计为接近“理想”的发射模式(最常见的是这种透镜被设计为在LED或LED屏幕被“直对”观看时产生峰值光输出)，并且每种颜色的辐射模式是不同的。在某些情况下，这是由于红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的裸片相对于封装的透镜的位置略有不同(也可能是由透镜的其他光学特性，如色差造成的)。
“遮板”(安装在LED周围的黑色塑料框架)被设计用来为LED的表面“遮挡”环境光，从而提高屏幕的对比度。不幸的是，遮板也可能阻挡某些方向的发射光线，进一步破坏了所发射的光的空间均匀性。同样，这种效果可能因颜色而异，因为R、G和B的裸片相对于遮板的位置可能略有不同。
较小的像素间距和较新的封装技术(如四合一LED封装)会加剧这个问题，因为每个LED封装变得更小，光学器件变得更难设计和制造。
最近采用的其他一些技术(如在LED上覆盖一层保护材料(类似于树脂))也可能会影响光通过这层额外的材料时发出的光的均匀性和颜色。观看方向可能会导致通过材料的路径变短或变长(这可能会影响光的吸收)，而且这种影响可能会因颜色而异。材料本身也可能有其他的光学特性，影响到发射的光的均匀性，这种影响也可能因颜色而异。
光输出的这些变化可能不是立即可见的，因为(a)视角可能在整个屏幕表面逐渐变化，所以表观亮度和颜色也只是逐渐变化，以及(b)人类视觉系统对亮度和颜色的逐渐变化非常宽容，将它们解释为均匀表面上变化的照明条件的假象(而不是变化表面上的均匀照明)。
然而，当使用LED屏幕进行视觉效果工作或其他很看重颜色一致性的应用时，与视角有关的亮度和色差可能成为问题。
在某些情况下，问题可能变得更加明显。在第一个示例中，LED面板可以相互靠近安装，但相对于彼此有一个或多个角度(创造“褶皱”、“弯曲”、“拐角”或“曲线”)。这可能导致不同面板的LED的视角发生阶梯式变化。因此，在面板相邻或重叠的地方，可以感觉到亮度和/或颜色的阶梯式变化。
在第二个示例中，不同类型的LED屏幕(即具有不同的LED/遮板/光学器件的屏幕)可以相互靠近安装并配置，以便在从给定的观看者位置观看时，这些屏幕的亮度和颜色输出相匹配。由于LED辐射模式的不同，改变视角可能会导致亮度和/或颜色的不匹配。当LED类型发生阶梯式变化时，会导致发射模式和从观看者位置观看到的亮度和/或颜色发生阶梯式变化。
如果遇到这种情况，由于人类视觉系统对边缘(如阶梯式变化)的敏感性，由此产生的光输出的阶梯式变化(即使相对较小)可能会立即可见。
这样的问题在许多不同的情况下都会造成麻烦，但在试图使用LED屏幕为电影场景、广播工作室或其他生产场所形成“虚拟背景”时，它们尤其成问题。当使用平面内构建的屏幕时，例如当用平面的LED屏幕构建“立方体”时，可能会产生拐角。即使屏幕被制作成曲线，屏幕往往也只在一个维度上弯曲(例如用于形成圆柱体)，所以在圆柱体的弯曲表面(墙壁)和圆柱体的顶部(屋顶)或底部(地面)之间仍可能有尖角。
目的是让人意识不到LED屏幕的存在，而只看到其上显示的内容，然而，所看图像的亮度或颜色的变化可能会揭示屏幕的存在，从而影响对内容的感知。显示屏的精确色度测量也很重要，以确保内容能够正确显示并在摄像机上准确捕捉。色度测量的错误可能会导致一些问题，如LED屏幕上显示的虚拟背景和实体布景之间的颜色不匹配，需要在现场进一步调整所显示的内容，或在后期制作中对所拍摄的图像进行调整，这两种情况都可能耗费时间和成本。
摄像机通常不是静止的，因此即使当手动调整内容或显示系统以改善多个屏幕和/或实体布景之间的匹配时，该调整也可能只在单个观看者位置有效，并且当摄像机移动时，该调整可能不再正确。此外，即使从单个观看者的位置，对大型LED屏幕的每个像素的视角也略有不同，其结果是对整个屏幕的亮度/颜色的单一调整对屏幕的所有LED并不同样有效。
对于有大量同时处于不同观看者位置的观看者的情况，例如观众，很难完全纠正与视角相关的问题。在这种情况下，每个观看者都会从应用于LED屏幕的不同校正中受益。然而，电影和电视的不同之处在于，通常只有单个观看者位置是最重要的，即摄像机。只从这一个观看者位置实现改进的视觉输出是比较容易的。其他观看者位置的重要性可能较低(然而，例外情况可能包括当图像反映在实体布景的元件中或当屏幕被用来为实体布景提供照明时)，因此为摄像机的观看者位置校正系统具有重要价值。
发明内容
在第一个实施例中，视频显示设备包括多个发光二极管(LED)像素；存储器，所述存储器存储指令；以及处理器，所述处理器与所述多个LED像素和所述存储器耦接，并被配置为执行存储在所述存储器中的所述指令。所述处理器接收一帧视频数据，所述一帧视频数据包括与所述多个LED像素相对应的多个视频像素。对于所述帧中的与所述多个LED像素中的LED像素相对应的至少一些视频像素，处理器基于(i)与所述LED像素的三维(3D)位置和光轴矢量有关的屏幕几何信息和(ii)与所述LED像素的观看者的3D位置有关的观看者位置信息，计算针对所述LED像素的视角。所述处理器还基于所述视角和像素增益表，计算针对所述LED像素的增益因子，所述像素增益表包含与所述LED像素的像素强度和像素视角之间的关系有关的信息。所述处理器进一步基于所述增益因子和所述视频像素的亮度，计算针对所述LED像素的补偿后的亮度并且使所述LED像素发出具有所述补偿后的亮度的光。
在第二个实施例中，视频处理设备包括存储器，所述存储器存储指令；以及处理器，所述处理器与所述存储器耦接，并且所述处理器被配置为执行存储在所述存储器中的所述指令。所述处理器生成视角图，所述视角图包括针对视频显示设备的多个发光二极管(LED)像素的各个视角，所述各个视角基于(i)与所述LED像素的三维(3D)位置和光轴矢量有关的屏幕几何信息和(ii)与所述视频显示设备的观看者的3D位置有关的观看者位置信息。所述处理器还基于所述视角图和像素增益表生成像素增益图，所述像素增益图包括针对所述LED像素的各个增益因子，其中所述像素增益表包括与所述LED像素的像素强度和像素视角之间关系有关的信息。所述处理器进一步通过基于所述像素增益图计算接收到的视频信号帧中的补偿后的视频像素亮度，生成补偿后的视频数据帧以及将补偿后的视频数据帧传送到所述视频显示设备。所述补偿后的视频数据帧被配置为使所述LED像素发出具有相对应的视频像素的补偿后的视频像素亮度的光。
在第三个实施例中，视频处理设备包括存储器，所述存储器存储指令；以及处理器，所述处理器与所述存储器耦接，并且所述处理器被配置为执行存储在所述存储器中的所述指令。所述处理器生成视角图，所述视角图包括针对视频显示设备的多个发光二极管(LED)像素的各个视角，所述视角图基于(i)与所述LED像素的三维(3D)位置和光轴矢量有关的屏幕几何信息和(ii)与所述视频显示设备的观看者的3D位置有关的观看者位置信息。所述处理器还基于所述视角图和像素增益表生成像素增益图，所述像素增益图包括针对所述LED像素的各个增益因子，所述像素增益表包括与所述LED像素的像素强度和像素视角之间的关系有关的信息。所述处理器进一步将所述像素增益图传送给视频显示设备，所述像素增益图被配置为使所述视频显示设备基于所述像素增益图对接收到的视频信号帧的像素亮度进行补偿。
附图说明
为了更完整地理解本公开内容及其优点，现在参考结合附图的以下描述，在附图中，类似的附图注释表示类似的特征，其中：
图1是根据本公开的实施例的系统图。
图2是根据本公开的实施例的视频显示像素的光输出的示意图。
图3是根据本公开的实施例的用于LED视角校正系统的控制器的方框图。
图4是根据本公开的实施例的第一LED视角校正过程的流程图。
图5是根据本公开的实施例的第二LED视角校正过程的流程图。
图6是根据本公开的实施例的第三LED视角校正过程的流程图。
具体实施方式
所述实施例在图中示出，类似的数字用于指代各图中的类似和相应的部分。
图1示出了根据本公开的实施例的系统100图。视频显示屏幕102和122是发光的视频显示屏幕，每个屏幕包括独立的像素阵列，其中每个像素由至少一个LED组成。在进一步的实施例中，像素可以包括有机发光二极管(OLED)，或其他能够作为视频屏幕的像素发光的设备。在一些实施例中，视频显示屏幕102和122中的一个或两个包括多个LED面板，例如由附图标记102a和102b表示的那些。
视频显示屏幕102由屏幕处理器106控制，视频显示器122由屏幕处理器126控制。屏幕处理器106和126向视频墙发送数据，指示哪些像素要被照亮以及这些像素的颜色和强度。对于视频显示器来说，这些值可以以包括但不限于每秒30次、60次或更多的速率更新。此外，视频显示屏幕102和122可以包括内部处理系统，能够进一步修改各个像素的强度和颜色，无论是响应屏幕处理器106和126的命令，或是自主地修改。在一些实施例中，多个LED面板中的每个面板都包括这样的内部处理系统。在其他实施例中，视频屏幕包括用于其所有LED面板或LED的单一内部处理系统。
屏幕处理器106具有包括但不限于视频数据112、屏幕几何信息108和观看者位置信息110的输入。视频数据112包括代表将在视频显示屏幕102上显示的图像的数据。屏幕几何信息108包括表明视频显示屏幕102的像素在三维(3D)空间中的位置和取向的数据。对于静止的、固定的视频显示屏幕102来说，该数据可能是静态的，或者在移动的视频显示屏幕102的情况下连续变化。观看者位置信息110是表示电影或摄像机或其他观看设备在三维空间中的位置的数据。在所有情况下，三维数据都是相对于空间中共同的、固定的基准点报告的，或者可以被转换为这样。屏幕几何信息108和观看者位置信息110都被参考，或者说被限制为符合同一个基准点，或者都可以被转换为这样。
类似地，屏幕处理器126具有包括但不限于视频数据112、屏幕几何信息108和观看者位置信息110的输入。视频数据112包括代表将在视频显示屏幕122上显示的图像的数据。屏幕几何信息108包括表明视频显示屏幕122的像素在3D空间中的位置和取向的数据。对于静止的、固定的视频显示屏幕122来说，该数据可能是静态的，或者在移动的视频显示屏幕122的情况下是连续变化的。观看者位置信息110是指示电影或摄像机或其他观看设备在三维空间中的位置的数据。在所有情况下，三维数据都是相对于空间中共同的、固定的基准点报告的，或者可以被转换为这样。屏幕几何信息108和观看者位置信息110都被参考，或者说被限制为符合同一个基准点，或者都可以被转换为这样。
屏幕处理器106和126各自接收补偿强度控制参数114作为输入。如参照图4至图6更详细地描述的那样，补偿强度控制参数114被用来衡量根据本公开的LED视角校正系统所应用的补偿量。
图2示出了根据本公开的实施例的视频显示像素的光输出200的示意图。发光像素204a、204b、204c和204d可以是LED，被安装至基板202上。遮板(或屏障)205a、205b、205c、205d和205e是发光像素204a、204b、204c和204d之间不透明或半透明的防护罩。箭头206、208、210和212通过其大小示意性地表示从发光像素204b在其相应方向上发射的光的亮度。垂直于安装基板202发射的光(箭头206)可能是最亮的输出。随着与垂直方向的角度增加，光输出可能会减少，如箭头208和210所示。最后，如箭头212所示，与垂直方向呈极端角度的光可被遮板205c完全阻挡。
发光像素的这种光输出分布通常是复杂的函数，不遵循简单的分布曲线，如朗伯(Lambertian)曲线。相反，光输出的形状是由发光的LED裸片的形状和发光模式、封装的结构、电气连接、任何安装在LED上的光学组件和其他参数的组合决定的，这些参数可能从一个像素或LED面板或视频显示器到另一像素或LED面板或视频显示器而有所不同。在实践中，准确确定这种光线分布的最佳方法往往是在视频显示器制造完成后进行测量。
“虚拟制片(Virtual production)”可以提供实时的摄像机跟踪技术(例如，以便可以从摄像机的位置以正确的视角渲染虚拟背景)。根据本公开的LED视角校正系统可以使用这种现有的摄像机位置信息(或摄像机位置信息的替代来源)来计算当前摄像机位置的视角校正。在一些实施例中，这样的系统可以基于静态或手动更新的视角位置信息提供校正，至少实现“一阶”校正。例如，对于观众，可以使用观众的中心的位置；对于静态摄像机，可以使用手动输入的摄像机位置；对于移动摄像机，可以使用摄像机运动路径的中点，等等。
图3呈现了根据本公开的LED视角校正系统的控制器300的方框图。该控制器300适合用于屏幕处理器106和126、视频显示屏幕102和122以及LED面板102a和102b中的任何一个。控制器300包括与存储器304电气耦接的处理器302。处理器302是由硬件和软件实现的。处理器302可以实现为一个或多个中央处理单元(CPU)芯片、内核(例如，作为多核处理器)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)和数字信号处理器(DSP)。
处理器302进一步电气耦接到通信接口306、用户显示屏幕310和用户界面312并与它们通信。通信接口306被配置为经由一个或多个通信链路308a接收视频信号。通信接口306还被配置为经由一个或多个以太网、通用串行总线(USB)或串行通信链路308b与外部控制设备通信。通信接口306还被配置为经由一个或多个额外的以太网通信链接308c发送和/或接收LED面板控制信号。在一些实施例中，两个或更多的这些通信链路可以通过使用诸如时分复用、分组交换或其他合适的技术来共享较少的物理接口。
处理器302被配置为经由用户显示屏幕310向用户显示系统信息并经由用户界面312输出和接收用户控制信息。虽然控制器300包括用户显示屏幕310和用户界面312，但其他实施例不包括用户显示屏幕和用户界面，并且用户控制信息可以经由一个或多个以太网通信链路308b或其他合适的通信链路被发送和接收。
在控制器300用于视频显示设备的实施例中，控制器300进一步包括与LED显示屏316耦接的LED接口电路314。在各种实施例中，LED接口电路314可经由串行或并行链路与LED显示器316通信，使控制器300能够控制LED显示器316的LED的亮度。
控制器300适合用于参考图4至图6所描述的视频处理设备和视频显示设备，并用于实现本文所披露的实施过程、LED视角校正和其他功能，这些功能可以作为存储在存储器304中并由处理器302执行的指令来实现。
存储器304包括一个或多个磁盘、磁带驱动器和/或固态驱动器，并且可以用作溢流数据存储设备，以在选择执行此类程序时存储程序，并存储在程序执行期间读取的指令和数据。存储器304可以是易失性和/或非易失性的，可以是只读存储器(ROM)，随机存取存储器(RAM)，和/或静态随机存取存储器(SRAM)。
如本文所使用的，术语“显示系统”指的是根据本公开内容的LED视角校正系统。在各种实施例中，显示系统的元件可包括屏幕处理器106和126以及视频显示屏幕102和122和/或其LED面板(如果有)中的内部处理系统当中的部分或全部。在各种实施例中，以下归于显示系统的处理可以在根据本公开的LED视角校正系统的单一元件中执行，或者分配在这种系统的多个元件中。
根据本公开的LED视角校正可在显示系统内执行。显示系统拥有大量关于构成显示器的LED的相关信息。在收集此类信息的过程中(例如，当新的面板类型被集成到显示系统中时)，可以收集关于例如新的面板类型的RGB LED的辐射模式的额外信息，该信息可以通过测试获得。当在显示系统的视频处理管道的某些点上进行视角校正时，视频信号可能是(a)线性光格式(即不是伽马编码)且(b)在LED的原生色彩空间中。这样的条件使得有可能(a)使用线性计算且(b)对每个R、G和B的LED独立地实现视角校正。
当显示系统内的视频信号的内部精度(或比特位深(bit depth))大大高于视频信号的比特位深时，在进行小的增益调整时，可以保持精度，这些调整在显示器的表面逐渐变化。相反，在显示系统之前对视频信号进行这样的调整，由于视频信号的比特位深比较有限，可能会导致图像中出现色带现象(banding appearing)。
根据本公开的显示系统在每个像素的基础上执行LED视角校正。对像素的适当校正基于视角而不同，而视角本身对每个像素是不同的。通过在每个像素的基础上，而不是在每个LED面板上应用视角校正，校正被平滑地应用于整个显示器的表面，并减少视觉输出的不连续性。
此外，应用随着LED显示屏的观看者(例如摄像机)移动位置而调整的视角校正，以保持所需的校正。相比之下，静态校正只能补偿单一观看者的位置，并且不希望与移动的观看者一起使用。因此，根据本公开内容的LED视角校正系统在显示系统本身内提供实时的、每像素的校正，从而减少了其他方法的缺点。
LED面板的自动测量
基准LED面板可以位于稳定温度下的黑暗环境中。在各种实施例中，可以使用多个面板、面板的单个模块、甚至基准面板中使用的单个LED的类型。然而，在优选的实施例中，使用的是完整的面板。自动测量的过程的其余部分是在假设使用单一面板的情况下描述的，尽管类似的过程可用于其他每种情况。
选择合适的测量仪器，例如光谱辐射仪、色度计或测光表。对多色LED的各个颜色的独立测量可以通过单独照亮每一种颜色的LED来获得。然而，一些仪器(如光谱辐射计或一些色度计)允许对同时照亮所有颜色(或“显示白色”)的面板进行单次测量，从中可以计算出每个LED颜色的独立亮度。这种方法有可能使测量过程加快三倍左右。
可进行一系列测量以确定面板的二维(2D)发射模式。这种过程包括在测量之间调整面板相对于测量仪器的取向。在一些实施例中，这是通过保持测量仪器的静止并且沿平行于面板平面的两个正交轴线围绕其中心旋转面板实现的。在其他实施例的实现方式中，通过保持面板静止并调整测量仪器的位置和取向，使其与面板中心保持固定距离，面向面板中心，并与面板表面保持理想的的航行(heading)和俯仰(pitch)(水平和竖直角度)。在其他的实施例中，可以采用一个或多个镜子(固定的或移动的)来类似地调整面板相对于测量仪器的取向，这可以与移动面板和/或测量仪器结合在一起，也可以通过保持面板和测量仪器的静态，只移动一个或多个镜子。
在一些实施例中，获得一系列测量的过程由自动化系统执行。通过这种方式，可以在不需要人工干预的情况下进行大量的准确定位的测量。在其他实施例中，采用了一种测量仪器，该测量仪器能够同时测量多个方向上发射的光，从而减少或消除对移动或旋转面板或测量仪器的需要。此类实施例可包括多个间隔开的传感器，这些传感器被配置为从相应的多个角度同时进行测量。
由于LED的亮度可能随时间变化(例如由于温度或电源电压/电流的变化)，所以在一些实施例中，可定期在面板和测量仪器“直对”(即垂直于面板表面)的情况下进行单次“基准测量”。“离轴”测量可以与该基准测量进行比较，以确定离轴观看的影响，而不会有因其他影响而造成的无意的测量差异。在一些这样的实施例中，每个离轴测量后面都有一个“直对”基准测量，这样就可以将两者进行比较。在其他此类实施例中，采取较少的“直对”测量，通过在前一个和下一个“直对”测量之间进行内插，基于在进行离轴测量时已经过去了多少时间来计算一个有代表性的基准值。在其他的实施例中，永久安装的第二测量仪器被用来进行“直对”测量，同时补偿两台仪器读数之间的任何误差源。
在一些实施例中，在水平和竖直方向上以固定角度进行测量，例如，在整个半球上在水平和竖直方向上每6度进行测量。由于平行于面板平面的测量不会产生有用的结果(即在+90度和-90度)，因此这样的实施例将获得总共29×29个测量值的阵列(不包括基准测量值)，覆盖-84度到+84度。一些这样的实施例从实际测量中推断出-90度和+90度的适当数值。
预计主要对R、G和B LED的亮度进行测量。然而，如果观察到单个LED颜色的色移(例如，由于透镜或表面涂层的光学特性)，实施例可以在每个点上同时记录亮度和颜色。
根据所选择的测量仪器，面板上的测量区域可能根据仪器的视角而变化。例如，直对测量可能测量圆形区域，而离轴测量可能测量椭圆区域。一些实施例可以对测量区域的这种变化进行计算补偿。其他实施例可以只照亮LED的子集，这样无论视角如何，测量仪器都能看到相同的LED。在测量区域急剧集中的实施例中，任何LED都可以迅速从测量区域的“内部”过渡到“外部”。在这样的实施例中，要采取措施避免混叠伪影(aliasingartefacts)，这可能会增加测量误差，因为面板不是均匀的发射表面，而是中间有暗区的亮点阵列。
可对各种面板类型进行测量，并将其作为像素增益图存储在便携式磁盘的库或可访问互联网的服务器中，按面板类型和每次测量的视角进行索引。通过这种方式，测量图将是可用的，用于配置根据本公开的LED视角校正系统。
像素增益表
一旦捕获了视角测量数据，可以将其转换为像素增益表，例如，通过调整采样点的数量，将数据归一化和/或以其他方式改进数据，以便存储、传输和/或在根据本公开的LED视角校正系统中使用。
这样的像素增益表如表1所示，每个条目都是“红色增益、绿色增益、蓝色增益”的形式。例如，在+45°(右)和+45°(上)的视角下，红色增益为1.55，绿色增益为1.37，蓝色增益为1.22。这些增益是在以右方45°和上方45°的角度观看时像素的RGB LED的亮度必须增加的因子，以使观看者看起来与直对方式(即，在0°和0°)观看的像素有相同的亮度。
表1
Figure BDA0004116911810000081
Figure BDA0004116911810000091
这种像素增益表可包括在根据本公开的LED视角校正系统使用的面板库中，该库包含校正系统所支持的面板类型的说明。从该库中可以生成“套组”，其中包含例如实现根据本公开的LED视角校正系统的固件，以及对部分或所有支持的面板类型的面板说明。对于可使用像素增益表的面板，该面板可以被包括在生成的“套组”中。
然后，该套组可以被加载到系统的处理器上(或加载到基于个人计算机(PC)的应用程序中)，可用于升级面板上的固件。升级面板固件的过程也可以将相关的面板说明与固件图像以及视角测量数据和/或像素增益表一起传输。因此，针对任何给定的面板类型的数据都可以经由固件升级加载到该类型的所有面板上。
屏幕/面板的几何结构
视角计算基于一个或多个视频屏幕、其组成部分LED面板，及其组成部分LED在三维空间内的三维位置和取向。视频屏幕、LED面板和LED的取向可由LED的光轴矢量表示。平面面板中的LED可能有共同的光轴矢量，但弯曲面板中的LED在面板的一部分和另一部分之间将有不同的光轴矢量。同样，以彼此间的一定角度安装的LED面板或视频屏幕可能会有不同的光轴矢量的LED。与三维位置和LED光轴矢量有关的信息可被称为屏幕几何信息或面板几何信息。屏幕几何信息还可包括LED面板或视频屏幕的宽度和高度，以及面板或屏幕中LED像素的行数和列数。
屏幕几何信息可由根据本公开的LED视角校正系统以多种方式或以下两种或多种方式的组合来获得(或接收)。LED视角校正系统可以将接收到的屏幕几何信息从起源系统所使用的坐标系转换为LED视角校正系统所使用的坐标系。
屏幕处理器可以有描述显示区域表面的视频画布，各个视频屏幕和/或LED面板的屏幕几何信息可以从视频画布的三维说明中推断出来。静态屏幕几何信息可以从外部系统导入，例如从实时三维引擎或计算机辅助设计(CAD)系统导入文件。
在一些应用中，屏幕和/或面板在使用期间移动，并且根据本公开的LED视角校正系统可以接收实时屏幕几何信息流。在某些情况下，这种运动可能受到基于计算机的运动控制系统的控制，该系统提供更新流。在其他情况下，运动是由其他原因造成的，而更新流来自实时物体跟踪系统。对于静态或移动的视频屏幕和/或LED面板，屏幕几何信息可以从采用计算机视觉技术的自动系统接收，如图像识别、机器可读模式或结构光模式。
在视角校正由LED面板或视频屏幕执行，而不是由中央处理器执行的情况下，面板或屏幕经由以太网或其他通信链接从中央屏幕处理器发送与其自身位置和取向相关的屏幕几何信息。对于静态面板配置来说，这种传输可能只在启动时发生一次，或者对于面板的动态配置来说，它可能反复发生。面板可以有与该面板的物理尺寸和预加载的像素数量有关的信息，而不需要将这些信息单独传送。
观看者/摄像机位置
视角计算还基于LED面板或视频屏幕的观看者的三维位置(或姿势)。这样的观看者通常是摄像机，但在其他情况下可能是一个或多个观众或在运动控制的主题公园游乐设施中的人。
根据本公开的LED视角校正系统可以通过多种方式或以下两种或多种方式的组合来获得(或接收)观看者位置信息。LED视角校正系统可以将接收到的观看者位置信息从起源系统所使用的坐标系转换为LED视角校正系统所使用的坐标系。LED视角校正系统可以对屏幕几何信息和观看者位置信息使用同一坐标系统。
在一些实施例中，根据本公开的LED视角校正系统可以基于已知的视频屏幕或LED面板度量标准，如LED像素间距(或LED像素之间的距离)来估计观看者位置信息，这可能表明最佳的观看距离，在该距离上单个像素不再被人眼看到。例如，3毫米像素间距的屏幕可能被认为具有3米的额定的观看距离，以使单个像素不可见，因此估计的观看位置可能是位于离屏幕中心3米的正交方向的点。
在其他实施例中，图形用户界面(GUI)控制使用户能够为静态观看者输入观看者位置信息(例如，作为三维空间中的点或作为与屏幕上的点的距离和方向)。然后，输入的观看者位置信息由LED视角校正系统获得或接收。一些这样的实施例可以通过允许在时间轴上输入不同的位置来提供对动态观看者位置的支持。这在观看者位置信息以可预测但可重复的方式变化，不需要使用实时跟踪系统(如运动控制的主题公园游乐设施)的应用中可能是有用的。
在另外的实施例中，LED视角校正系统从正在实时渲染3D环境的内容生成系统接收观看者位置信息流。在这样的实施例中，内容生成系统具有观看者位置的模型，以使其能够从正确的角度渲染内容。因此，内容生成系统可以将建模的观看者位置信息传送给LED视角校正系统。这样的观看者位置信息可以是静态的或动态的。在各种这样的实施例中，观看者位置信息可以在视频信号中编码(例如，通过使用高清多媒体接口(HDMI)信息帧)或作为独立的信号(例如，通过以太网网络或串行数据连接)。
在另一些实施例中，专门的摄像机跟踪系统可以提供静态或动态的观看者位置信息。这可能是也在向内容生成系统提供此类数据的系统，或者可能是完全独立的系统。
在从摄像机跟踪系统接收动态观看者位置信息的实施例中，LED视角校正系统可以对传入的观看者位置信息流应用延时调整。这种延迟调整可以接近内容生成系统的延迟，该系统使用相同或类似的传入的观看者位置信息流，但产生滞后于观看者位置信息的变化的视频内容流，滞后的时间量(可能是几个视频帧)是渲染视频内容流所需要的。在这样的实施例中，在使用观看者位置数据流进行视角校正之前，将观看者位置数据流延迟类似的时间量，这将在渲染的图像和视角校正之间提供更紧密的同步(或“时间对齐”)。在其他这样的实施例中，可以通过基于先前的观看者位置信息估计当前或以后的观看者位置信息来补偿延迟。
在视角校正由LED面板或视频屏幕执行，而不是由中央处理器执行的情况下，面板或屏幕经由以太网或其他通信链路从中央屏幕处理器发送观看者位置信息。这种传输可能只针对静态的观看者位置发生一次，或者其可能是观看者位置信息流。
由于相同的观看者位置信息被发送至所有面板或屏幕，该信息可以被广播，而不是被发送到面板或屏幕的单独地址。将观看者位置信息广播有进一步的好处，即所有面板或屏幕同时收到更新的信息，允许每个面板或屏幕并行地计算视角校正，并开始在同一视频帧上应用更新的校正。这就避免了面板之间的被称为“撕裂”的视觉效果，这种效果在面板或屏幕之间不同步应用更新的校正时就会发生。
视角计算
根据本公开的LED视角校正系统可以基于屏幕几何信息和观看者位置信息计算每个LED像素的视角，这些信息可以包括LED面板或视频屏幕的物理宽度和高度、面板或屏幕中LED像素的行和列的数量、面板或屏幕的3D位置和LED光轴矢量，以及面板或屏幕的观看者的3D位置。
视角校正系统应用几何技术来确定观看者与面板或屏幕上的每个LED像素之间的水平和竖直角度(分别为航向和俯仰)。例如，从LED到观看者的水平角度和竖直角度可以计算为：
Figure BDA0004116911810000111
面的水平和竖直矢量对齐，z轴与面板表面正交。
在一些实施例中，为了降低计算的复杂性，面板可以针对面板或屏幕上的LED像素的子集计算航向和俯仰。一般来说，特别是当观看者位于离面板相对较远的地方时，针对其余的LED像素的航向和俯仰可通过在为LED像素的上述子集计算的值之间进行内插来计算。在一些这样的实施例中，该子集可能包括水平和竖直方向的每n个像素中的一个(即常规网格)。一些这样的实施例可以实现将基于软件的针对像素子集的计算与基于FPGA(或其他协处理器硬件)的针对其余像素的内插法计算分开。这种内插法可能是线性的(以提供计算效率)或非线性的(以更好地模拟像素之间的视角变化)。如果子集包括以常规网格间隔的像素，则适当的线性方法可能是双线性内插法，而适当的非线性方法可能是双三次内插法。
在一些这样的实施例中，为了减少计算时间和存储要求，只计算和存储针对LED像素子集的视角，以用于计算RGB增益因子，如下文更详细地描述。
每当屏幕几何信息或观看者位置发生变化时，可以重新计算针对LED像素的观看者角度。当LED面板和视频屏幕以及观看者位置是静态的，可能不需要重新计算。虽然LED面板和视频屏幕可能保持静态，但摄像机(或其他观看者)可能会移动，从而致使重新计算针对LED像素的观看角度。
RGB校正计算
一旦计算出针对一LED像素的航向和俯仰，就可以从中计算出RGB增益因子，并将增益因子应用于一帧视频数据的相应视频像素的RGB亮度值，以计算出该LED像素的RGBLED的补偿亮度值。在一些实施例中，该增益因子来自像素增益表，如上述表1。本文所披露的是具有RGB LED的LED像素，但在其他实施例中，同样的过程可用于发射一种、两种或三种以上颜色的LED像素。
在一些实施方案中，像素增益表中的RGB增益因子的值可以大于1.0，以便在离轴观看时与直对观看时的亮度相比能够提升LED像素的亮度。这样的实施例将使直对时的LED像素亮度保持不变，只对离轴观看的LED像素亮度进行补偿。在其他实施例中，像素增益表中的RGB增益因子可以被归一化，以便所有的值都≤1.0。
在一些实施例中，像素增益表中的增益因子是针对均匀间隔的视角而存储的。在其他实施例中，可以为非均匀间隔的视角存储增益因子。在这样的实施例中，接近正交(直对)视角的较高集中度的视角可以存储增益因子，而极端视角的增益因子存储较少。
由于像素增益表不包括每个可能的视角的增益因子，所以根据本公开的LED视角校正系统将在存储在表中的增益因子之间进行内插，以计算出随着视角变化而平滑过渡的增益因子。在一些实施例中，为了便于计算，内插可能是双线性的，而在其他方案中，它可能使用非线性函数，如双三次或基于样条的内插法。
如上所述，在一些实施例中，仅计算和存储针对LED像素的子集的视角。在这样的实施例中，该子集中的LED像素的RGB增益因子是根据存储的视角计算的，而不在该子集中的LED像素的RGB增益因子是通过子集中两个或更多个LED像素的RGB增益因子之间的内插计算的。
在一些实施例中，提供补偿强度控制参数，以将视角校正量从0％(无校正)到100％(完全校正)进行缩放。在一些这样的实施例中，在应用于视频像素的亮度值之前，来自像素增益表的增益因子可以在1.0和存储在该表中的值之间进行缩放。在其他此类实施例中，一旦视频像素的亮度值使用像素增益表的增益因子进行了调整，补偿强度控制参数的值就被用来在视频像素的原始亮度值和调整后的值之间进行插值，为相应的LED像素创建补偿后的亮度值。
如上所述，针对一LED像素的RGB LED的补偿后的亮度值，是基于RGB增益因子和接收的视频信号中相应视频像素的RGB亮度值来计算的。在一些实施例中，对一帧中的所有视频像素进行这种补偿，以创建一帧补偿后的视频数据，该数据被发送到LED面板和/或视频屏幕，使其LED像素发出具有补偿后的像素亮度的光。在其他实施例中，在LED面板或视频屏幕中，针对与LED面板或视频屏幕的LED像素相对应的每个视频像素，逐像素地对接收到的视频帧执行补偿。这种实施例可以按光栅扫描顺序或任意顺序对视频像素进行补偿。然后使相对应的LED像素发出具有补偿后的视频像素亮度的光。
根据本公开的LED视角校正系统以等于或大于视频信号最大比特位深的精度(以比特数计)执行像素亮度补偿。通过这种方式，补偿后的视频像素亮度的表示足够准确，以避免由于精度的损失而产生的伪影，如色移。在一些实施例中，在补偿前，视频像素亮度水平从视频水平(如伽马编码水平)转换为线性亮度水平。在像素增益表包括大于1.0的RGB增益因子的实施例中，某LED像素的一个或多个RGB LED的补偿后的视频像素亮度值可能超过该LED像素的LED的最大亮度。在一些这样的实施例中，补偿后的视频像素亮度可以被“剪裁”到LED像素的那些LED的最大亮度。
实施根据本公开上述LED视角校正系统的结果将是显示系统，该显示系统可以实时地对观看者位置做出反应，以补偿RGB LED视角的缺陷，从而提高整个屏幕的亮度和颜色精度，即使在屏幕几何形状存在不连续的情况下也可以。这最大限度地减少了屏幕技术本身的可见性，降低了它对观看者可见的预期虚拟环境的影响。
其他实施例
在一些实施例中，可以进行测量以确定LED面板的每个LED像素的2D发射模式，并将测量结果转换为每个LED像素的像素增益表。这样的实施例将为LED像素非同质化的显示器提供改进的校正。在一些这样的实施例中，可以对LED面板的LED像素的一子集进行测量，并为该子集中的每个LED像素存储像素增益表。面板中不在该子集中的LED像素可以单独测量，并与子集中的LED像素进行比较，以找到具有最接近的2D发射模式的LED像素。与其为不在子集中的LED像素存储单独的像素增益表，不如存储子集中具有最接近的2D发射图案的LED像素的标识符。与为每个LED像素存储单独的像素增益表的实施例相比，这样的实施例将使用更少的存储空间。
在一些实施例中，LED像素可在各个LED像素之间表现出中心光轴方面的变化。例如，当LED像素是相同的，但以略微不同的角度安装至LED面板的印刷电路板(PCB)上时，可能会发生这种情况。这样的实施例可以测量整个面板的二维发射模式，并将每像素的“偏移”应用于观察角度，以补偿中心光轴的变化。
适应于多个观看者(例如多个相机，或场景中的单个相机和反射物体)的实施方案，可以计算出对任何一个观看者来说都不理想，但对所有观看者来说是“更适合”的补偿。一些这样的实施例可以使用综合的观看者位置信息，该信息是多个观看者位置的平均值，如果一些观看者被认为比其他观看者更重要，则可能是加权平均值。其他这样的实施例可以为每个观看者独立计算补偿，然后对所得补偿进行平均。这样的实施例可以提供比对观看者位置进行平均更好的结果，因为它们考虑到了每个观看者处于不同位置的RGB增益补偿效果。
在又一些的实施例中，LED屏幕能够为多个观看者中的每一个显示独立的图像，例如通过时分复用(经由液晶显示器(LCD)快门眼镜或同步相机)、偏振(经由圆形或线性偏振过滤器)、光场(通过光栅透镜、光学挡板或全息过滤器)或其他技术。在这样的实施例中，可以为每个观看位置计算唯一的校正，每个产生的校正只适用于每个相应的显示图像，从而为多个观看者同时和独立地校正显示系统的输出。
在其他实施例中，像素增益表中的增益因子可以实现为LED像素亮度的RGB值的3×3矩阵，不仅提供对随视角变化的亮度变化的补偿，而且还提供对颜色变化的补偿。在改变LED像素的观察角度会导致LED像素的颜色(光谱输出)和亮度(振幅)的感知变化的情况下，可以使用这样的实施例。在这样的实施例中，补偿是通过RGB视频像素亮度与像素增益表矩阵值的矩阵相乘来实现的，并对实际视角进行内插。
例如，表2中所示的给定视角的3×3矩阵不仅对红色、绿色和蓝色分别应用4、3、2的增益，而且使红色和绿色都更黄，同时不影响蓝色输出的颜色。
表2
4.0  0.2  0.0
0.4  3.0  0.0
0.0  0.0  2.0
尽管上述实施例包括由3种颜色的LED组成的像素，但本发明并没有这样的限制，任何颜色的任何数量的LED都可以在LED面板内使用。
图4是根据本公开的实施例的第一LED视角校正过程400的流程图。参照图1和图3所示的显示系统的元件，该过程400适合由屏幕处理器106的控制器300使用，来控制视频屏幕102中的LED像素的RGB亮度，其中视频屏幕或其部件LED面板(例如LED面板102a和102b)都没有足够的处理能力来执行根据本公开的LED视角校正过程。处理器302执行存储在存储器304中的指令以执行该过程400。
在步骤402中，基于屏幕几何信息108和观看者位置信息110，生成视角图404。视角图404包括针对LED像素的各个视角。屏幕几何信息108包括与视频显示屏幕102的LED像素的三维(3D)位置和光轴矢量有关的信息。观看者位置信息110包括与视频显示屏幕102的观看者的三维位置有关的信息。在一些实施例中，观看者位置信息110包括视频显示屏幕102的相应多个观看者的多个三维位置，并且在步骤402中，从观看者位置信息110中的多个三维位置计算综合观看者位置信息。
在一些实施例中，在步骤402中，基于屏幕几何信息108和观看者位置信息110，计算针对LED像素的子集的各个观看角度。在一些这样的实施例中，不在该子集中的LED像素的各个视角是通过在该子集中的两个或更多个LED像素的各个视角之间进行内插计算的。在其他此类实施例中，视角图404仅包括子集中的LED像素的视角。
在步骤406中，基于视角图404和像素增益表408生成像素增益图410。像素增益图410包括用于视频显示屏幕102的LED像素的各个像素增益因子，并且像素增益表408包括与LED像素的像素强度和像素视角之间的关系有关的信息。
在视频显示屏幕102的LED像素以多种颜色发射光的实施例中，像素增益图410可包括针对由LED像素发射的多种颜色中的每一种的各个增益因子。在一些实施例中，来自像素增益表408的增益因子或像素增益图410的各个像素增益因子被补偿强度控制参数114缩放。
在一些实施例中，像素增益表408包括查找表，该查找表包括多个视角中的每个视角的像素增益因子。在这样的实施例中，在步骤406中，视频显示屏幕102的一个或多个LED像素的各个像素增益因子通过以下方式计算：基于视角图404中的一个或多个LED像素中的每个的视角，在针对像素增益表408中各个视角中的两个或更多个的像素增益因子之间进行内插。
当屏幕几何信息108和观看者位置信息110中的任何一个或两个发生变化时，重复步骤402以计算新的视角图404，并且重复步骤406以计算新的像素增益图410。
在一些实施例中，可以基于视角图404和像素增益表408计算针对LED像素的子集的像素增益因子。在一些这样的实施例中，在步骤402中，仅将针对LED像素的子集的视角存储在视角图404中，在步骤406中，为LED像素的该子集计算像素增益因子。在其他此类实施例中，在步骤402中，所有LED像素的视角被存储在视角图404中，在步骤406中，选择LED像素的子集并为其计算像素增益因子。在所有这些实施例中，不在子集中的LED像素的像素增益因子是通过子集中两个或更多个LED像素的像素增益因子之间的内插来计算的。
在步骤412中，通过基于像素增益图计算所接收的视频信号帧中的补偿后的视频像素亮度，从视频数据112生成补偿后的视频数据414的帧。在一些实施例中，补偿后的视频数据414的生成包括在接收的视频像素的原始亮度值和基于补偿强度控制参数114补偿后的亮度值之间进行内插。在步骤416中，补偿后的视频数据414的帧被传送到视频显示屏幕102(或其各个LED面板)，并被配置为使视频显示屏幕102的LED像素发出具有在补偿后的视频数据414的相应视频像素中规定的亮度的光。
图5是根据本公开的实施例的第二LED视角校正过程500的流程图。该过程500适合由LED面板102a或视频显示屏幕102的控制器300使用，该控制器接收未补偿的视频数据并补偿对应于LED面板102a或视频显示屏幕102的LED像素的那些视频像素。处理器302执行存储在存储器304中的指令以执行该过程500。
在步骤502，接收一帧视频数据112。步骤504开始执行逐个像素的处理循环。所接收的帧的视频像素可按光栅扫描顺序或按任意顺序进行补偿，如下所述。在步骤504中，确定所接收的视频数据112帧中对应于LED面板102a或视频显示屏幕102的LED像素的所有视频像素是否已被处理，如果是，则过程500进入步骤502以等待下一帧视频数据112。
如果尚未处理收到的视频数据帧的所有相应的视频像素，那么在步骤506中，通过计算与被处理的视频像素相对应的LED像素的视角，在下一个未处理的视频像素上开始处理。LED像素的视角是根据屏幕几何信息108和观看者位置信息110计算的。屏幕几何信息108包括与视频显示屏幕102的LED像素的三维(3D)位置和光轴矢量有关的信息。观看者位置信息110包括与视频显示屏幕102的观看者的三维位置有关的信息。
在一些实施例中，观看者位置信息110包括相应的多个观看者的多个3D位置，并且在步骤506中，从观看者位置信息110中的多个3D位置计算综合观看者位置信息。在一些实施例中，在开始使用新收到的屏幕几何信息108或新收到的观看者位置信息110(可统称为“收到的信息”)之前，该过程500对一帧中所有相应的视频像素进行补偿。
在步骤508中，为对应于被处理的视频像素的LED像素计算增益因子。该增益因子是基于在步骤506中计算的LED像素视角和像素增益表408计算的。像素增益表408包括与LED像素的像素强度和像素视角之间的关系有关的信息。
在视频显示屏幕102的LED像素以多种颜色发射光的实施例中，LED像素的增益因子可以包括针对由LED像素发射的多种颜色中的每一种的各个增益因子。在一些实施例中，来自像素增益表408的增益因子或为LED像素计算的增益因子可由补偿强度控制参数114进行缩放。
在一些实施例中，像素增益表408包括查找表，该查找表包括针对多个视角中的每个视角的像素增益因子。在这样的实施例中，在步骤508中，通过基于在步骤506中计算的LED像素的视角，在针对像素增益表408中各个视角中的两个或更多个的像素增益因子之间进行内插，计算LED像素的像素增益因子。
在步骤510中，为对应于被处理的视频像素的LED像素计算补偿后的亮度。补偿后的亮度基于在步骤508中计算的增益因子和被处理的视频像素的亮度值。在视频显示屏幕102的LED像素以多种颜色发光的实施例中，针对LED像素的补偿后的亮度包括多种颜色中每一种的单个亮度。在一些实施例中，计算补偿后的亮度包括基于补偿强度控制参数114进行内插，该内插是在被处理的视频像素的亮度值和基于增益因子和视频像素亮度值而计算的补偿后的亮度值之间的内插。在步骤512，LED像素的补偿后的亮度被传送到LED像素的功率控制电路，以使LED像素发出具有补偿后的亮度的光。
在一些实施例中，在步骤502中接收的视频数据112的帧被存储并且来自该帧的视频像素以任意顺序被补偿。在一些这样的实施例中，选择帧中的视频像素的子集进行处理，并且对子集中的视频像素执行步骤506、508、510和512。
在一些这样的实施例中，当对子集中的视频像素执行步骤506时，存储与子集中的视频像素相对应的LED像素的视角值。随后，当对不在子集中的视频像素执行步骤506时，通过在针对子集中的两个或更多个视频像素所存储的视角之间内插来计算对应于视频像素的LED像素的视角。
在其他此类实施例中，当对子集中的视频像素执行步骤508时，存储对应于子集中的视频像素的LED像素的像素增益因子的值。随后，当对不在子集中的视频像素执行步骤508时，通过在针对子集中的两个或更多个视频像素所存储的像素增益因子之间内插来计算对应于视频像素的LED像素的像素增益因子。
图6是根据本公开的实施例的第三LED视角校正过程600的流程图。该过程600包括两个子过程，600a和600b。子过程600a适合由屏幕处理器106的控制器300用于将像素增益图610传送到LED面板102a或视频显示屏幕102。子过程600b适合由LED面板102a或视频显示屏幕102的控制器300使用，该控制器接收未补偿的视频数据和像素增益图610，并且基于像素增益图610，补偿所接收的对应于LED面板102a或视频显示屏幕102的LED像素视频像素。屏幕处理器106和LED面板102a或视频显示屏幕102中的控制器300的处理器302执行存储在存储器304中的指令以执行子过程600a和600b。
在步骤602中，基于屏幕几何信息108和观看者位置信息110生成视角图604。视角图604包括针对LED像素的各个视角。屏幕几何信息108包括与视频显示屏幕102的LED像素的三维(3D)位置和光轴矢量有关的信息。观看者位置信息110包括与视频显示屏幕102的观看者的三维位置有关的信息。在一些实施例中，观看者位置信息110包括相应的多个观看者的多个三维位置，并且在步骤602中，从观看者位置信息110中的多个三维位置计算综合观看者位置信息。
在一些实施例中，在步骤602中，基于屏幕几何信息108和观看者位置信息110计算LED像素子集的各个视角，并且通过在子集中的两个或更多个LED像素的各个视角之间进行内插，计算不在子集中的LED像素的各个视角。
在步骤606中，基于视角图604和像素增益表408生成像素增益图610。像素增益图610包括用于视频显示屏幕102的LED像素的各个像素增益因子，并且像素增益表408包括与LED像素的像素强度和像素视角之间的关系有关的信息。在步骤612中，像素增益图610被传送到一个或多个LED面板102a、102b或视频显示屏幕102、122，并被配置为使LED面板102a、102b和/或视频显示屏幕102、122基于像素增益图610补偿所接收的视频信号帧的像素亮度。
在视频显示屏幕102的LED像素以多种颜色发射光的实施例中，像素增益图610可以包括针对由LED像素发射的多种颜色中的每一种的各个增益因子。在一些实施例中，来自像素增益表408的增益因子或像素增益图610的各个像素增益因子由补偿强度控制参数114进行缩放。
在一些实施例中，像素增益表408包括查找表，该查找表包括针对多个视角中的每个视角的像素增益因子。在这样的实施例中，在步骤606中，视频显示屏幕102的一个或多个LED像素的各个像素增益因子通过以下方式计算：基于视角图604中的一个或多个LED像素中的每个的视角，在针对像素增益表408中各个视角中的两个或更多个的像素增益因子之间进行内插。
在步骤622，接收一帧视频数据112。步骤624开始逐个像素的处理循环。在步骤624中，确定所接收的视频数据112帧中对应于LED面板102a或视频显示屏幕102的LED像素的所有视频像素是否已经被处理，如果是，则子过程600b进入步骤622以等待下一帧视频数据。
如果尚未处理收到的视频数据帧的所有相应的视频像素，那么在步骤626中，通过计算对应于被处理的视频像素的LED像素的补偿后的亮度，开始对下一个未处理的视频像素进行处理。补偿后的亮度是基于像素增益图610中的LED像素的增益因子和正在处理的视频像素的亮度值。在一些实施例中，计算补偿后的亮度包括基于补偿强度控制参数114进行内插，该内插是在被处理的视频像素的亮度值和基于增益因子和视频像素亮度值所计算的补偿后的亮度值之间的内插。
在一些实施例中，子过程600b在开始使用新接收的像素增益图610之前，用当前的像素增益图610补偿帧中的所有相应的视频像素。在步骤628中，LED像素的补偿后的亮度被传送到LED像素的功率控制电路，以使LED像素发出具有补偿后的亮度的光。
虽然这里只描述了本公开的一些实施例，但本领域的技术人员在受益于本公开的情况下，将理解可以设计出不偏离本公开范围的其他实施例。虽然已经详细描述了本公开的内容，但应该理解，在不背离本公开的精神和范围的情况下，可以对其进行各种改变、替换和改动。

Claims (20)

1.一种视频显示设备，包括：
多个发光二极管(LED)像素；
存储器，所述存储器存储指令；以及
处理器，所述处理器与所述多个LED像素和所述存储器耦接，并被配置为执行存储在所述存储器中的所述指令，以：
接收一帧视频数据，所述一帧视频数据包括与所述多个LED像素相对应的多个视频像素；以及
对于所述帧中的与所述多个LED像素中的LED像素相对应的至少一些视频像素：
基于(i)与所述LED像素的三维(3D)位置和光轴矢量有关的屏幕几何信息和(ii)与所述LED像素的观看者的3D位置有关的观看者位置信息，计算针对所述LED像素的视角；
基于所述视角和像素增益表，计算针对所述LED像素的增益因子，所述像素增益表包含与所述LED像素的像素强度和像素视角之间的关系有关的信息；
基于所述增益因子和所述视频像素的亮度，计算针对所述LED像素的补偿后的亮度；并且
使所述LED像素发出具有所述补偿后的亮度的光。
2.根据权利要求1所述的视频显示设备，其中所述多个LED像素中的每个LED像素以多种颜色发光，针对所述LED像素的所述增益因子包括针对所述多种颜色中每种颜色的单独的增益因子，而针对所述LED像素的所述补偿后的亮度包括针对所述多种颜色中每种颜色的单独的亮度。
3.根据权利要求1所述的视频显示设备，其中所述帧中的所述至少一些视频像素包括所述帧中的所述视频像素的子集，并且所述处理器被配置为执行存储在所述存储器中的所述指令，以：
存储针对与所述子集中的视频像素相对应的LED像素的视角；以及
在所存储的视角中的两个或更多个视角之间进行内插，以计算针对与不在所述子集中的视频像素相对应的LED像素的视角。
4.根据权利要求1所述的视频显示设备，其中所述帧中的所述至少一些视频像素包括所述帧中的所述视频像素的子集，并且所述处理器被配置为执行存储在所述存储器中的所述指令，以：
存储针对与所述子集中的视频像素相对应的LED像素的增益因子；以及
在所存储的增益因子中的两个或更多个增益因子之间进行内插，以计算针对不在所述子集中的LED像素的增益因子。
5.根据权利要求1所述的视频显示设备，其中：
所述像素增益表包括查找表，所述查找表包括针对多个视角中每个视角的像素增益因子；以及
所述处理器被配置为执行存储在所述存储器中的所述指令，以便在针对所述像素增益表中的所述多个视角中的两个或更多个视角的像素增益因子之间进行内插，以计算针对所述LED像素的增益因子。
6.根据权利要求1所述的视频显示设备，其中所述处理器被配置为执行存储在所述存储器中的所述指令，以基于所述多个LED像素的相对应的多个观看者的多个3D位置计算所述观看者位置信息。
7.根据权利要求1所述的视频显示设备，其中所述处理器被配置为执行存储在所述存储器中的所述指令，以进一步基于补偿强度控制参数计算针对所述LED像素的增益因子。
8.一种视频处理设备，包括：
存储器，所述存储器存储指令；以及
处理器，所述处理器与所述存储器耦接，并且所述处理器被配置为执行存储在所述存储器中的所述指令，以：
生成视角图，所述视角图包括针对视频显示设备的多个发光二极管(LED)像素的各个视角，所述各个视角基于(i)与所述LED像素的三维(3D)位置和光轴矢量有关的屏幕几何信息和(ii)与所述视频显示设备的观看者的3D位置有关的观看者位置信息；
基于所述视角图和像素增益表生成像素增益图，所述像素增益图包括针对所述多个LED像素的各个增益因子，其中所述像素增益表包括与所述LED像素的像素强度和像素视角之间关系有关的信息；
通过基于所述像素增益图计算接收到的视频信号帧中的补偿后的视频像素亮度，生成补偿后的视频数据帧；以及
将补偿后的视频数据帧传送到所述视频显示设备，所述补偿后的视频数据帧被配置为使所述LED像素发出具有相对应的视频像素的补偿后的视频像素亮度的光。
9.根据权利要求8所述的视频处理设备，其中所述LED像素以多种颜色发光，所述像素增益图包括针对由所述LED像素发射的所述多种颜色中的每一种的各个增益因子。
10.根据权利要求8所述的视频处理设备，其中所述处理器被配置为执行存储在所述存储器中的所述指令，以基于所述视频显示设备的相对应的多个观看者的多个3D位置计算所述观看者位置信息。
11.根据权利要求8所述的视频处理设备，其中所述处理器被配置为执行存储在该存储器中的指令，以：
为所述LED像素的子集生成所述视角图；以及
在针对所述子集中的两个或更多个LED像素的各个视角之间进行内插，以计算不在所述子集中的LED像素的各个视角。
12.根据权利要求8所述的视频处理设备，其中所述处理器被配置为执行存储在所述存储器中的所述指令，以：
为所述LED像素的子集生成所述视角图；
为所述LED像素的所述子集生成所述像素增益图；以及
在像素增益图中的两个或更多个LED像素的各个增益因子之间进行内插，以计算不在所述子集中的LED像素的各个增益因子。
13.根据权利要求8所述的视频处理设备，其中：
所述像素增益表包括查找表，所述查找表包括针对多个视角中每个视角的像素增益因子；以及
所述处理器被配置为执行存储在所述存储器中的所述指令，以便在针对所述像素增益表中的各个视角中的两个或更多个视角的像素增益因子之间进行内插，以计算针对所述LED像素的增益因子。
14.根据权利要求8所述的视频处理设备，其中所述处理器被配置为执行存储在所述存储器中的所述指令，以进一步基于补偿强度控制参数计算针对所述LED像素的各个增益因子。
15.一种视频处理设备，包括
存储器，所述存储器存储指令；以及
处理器，所述处理器与所述存储器耦接，并且所述处理器被配置为执行存储在所述存储器中的所述指令，以：
生成视角图，所述视角图包括针对视频显示设备的多个发光二极管(LED)像素的各个视角，所述视角图基于(i)与所述LED像素的三维(3D)位置和光轴矢量有关的屏幕几何信息和(ii)与所述视频显示设备的观看者的3D位置有关的观看者位置信息；
基于所述视角图和像素增益表生成像素增益图，所述像素增益图包括针对所述LED像素的各个增益因子，所述像素增益表包括与所述LED像素的像素强度和像素视角之间的关系有关的信息；以及
将所述像素增益图传送给视频显示设备，所述像素增益图被配置为使所述视频显示设备基于所述像素增益图对接收到的视频信号帧的像素亮度进行补偿。
16.根据权利要求15所述的视频处理设备，其中所述视频显示设备的所述LED像素以多种颜色发光，所述像素增益图包括针对由所述LED像素发射的所述多种颜色中的每一种的各个增益因子。
17.根据权利要求15所述的视频处理设备，其中所述处理器被配置为执行存储在所述存储器中的所述指令，以：
为所述LED像素的子集生成所述视角图；以及
在针对所述子集中的两个或更多个LED像素的各个视角之间进行内插，以计算不在所述子集中的LED像素的各个视角。
18.根据权利要求15所述的视频处理设备，其中所述处理器被配置为执行存储在所述存储器中的所述指令，以：
为所述LED像素的子集生成所述视角图；
为所述LED像素的所述子集生成所述像素增益图；以及
在所述像素增益图中的两个或更多个LED像素的各个增益因子之间进行内插，以计算不在所述子集中的LED像素的各个增益因子。
19.根据权利要求15所述的视频处理设备，其中：
所述像素增益表包括查找表，所述查找表包括针对多个视角中每个视角的像素增益因子；以及
所述处理器被配置为执行存储在所述存储器中的所述指令，以便在针对所述像素增益表中的各个视角中的两个或更多个视角的像素增益因子之间进行内插，从而计算针对所述LED像素的各个增益因子。
20.根据权利要求15所述的视频处理设备，其中所述处理器被配置为执行存储在所述存储器中的所述指令，以进一步基于补偿强度控制参数计算针对所述LED像素的各个增益因子。
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