CN116569248A - 用于视频显示屏幕的pwm控制的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种PWM控制系统包括存储器和处理器。处理器获得与被配置为捕获由视频显示器显示的图像的相机有关的相机特征(402)。该相机特征包括相机的快门打开的时期的持续时间。该处理器还计算视频显示器的PWM时序控制(404)。该PWM时序控制指定了PWM周期持续时间，该PWM周期持续时间基于相机的快门打开的时期。该处理器进一步向视频显示器发送信号(406)。该信号包括PWM时序控制，并被配置为使视频显示器在相机的快门打开的时期根据PWM时序控制来控制视频显示器的亮度。LED屏幕可以同时被相机和人类观察者观看，任何一个观察者都不会看到伪影或闪烁。

Description

用于视频显示屏幕的PWM控制的系统和方法
与相关专利申请的交叉引用
本申请要求获得克里斯托弗-迪顿(Christopher Deighton)于2020年9月28日提交的题为“用于视频显示屏幕的PWM控制的系统和方法”的第63/084,354号美国临时专利申请的优先权，该申请通过引用的方式纳入本文，如同其全部内容被转载。
技术领域
本公开总体上涉及发光二极管(LED)视频屏幕，更具体地说，涉及一种控制LED视频屏幕的LED的脉冲宽度调制(PWM)刷新周期的方法，以减少屏幕被相机观看时的视觉。
背景技术
LED视频屏幕可以使用驱动芯片来控制LED视频屏幕的LED。这些驱动芯片可以使用PWM来调节单个LED的亮度，其中LED在全开(全开时，电流通过LED驱动，LED以全亮度发光)和全关(全关时，没有电流驱动通过LED，LED不发光)之间切换。LED开启的时间与关闭的时间之比确定了平均亮度，该平均亮度可被人眼或视频相机看见。例如，如果LED有50％的时间是开着的，50％的时间是关着的，并且这种变化的频率足够快而不会被察觉，那么LED将看起来是全亮度的50％。当观看者是人眼时，那么这个PWM频率可以选择得足够高，使眼睛看到的结果是变暗的恒定光输出而不是闪烁的脉冲。
发明内容
在第一个实施例中，一种PWM控制系统包括存储器和处理器，该存储器被配置为存储指令，该处理器联接到存储器并被配置为执行存储在存储器中的指令。该处理器获得与被配置为捕获由视频显示器显示的图像的相机有关的相机特征。该相机特征包括相机的快门打开的时期的持续时间。该处理器还计算视频显示器的PWM时序控制。该PWM时序控制指定了PWM周期持续时间，该PWM周期持续时间是基于相机的快门打开的时期。该处理器进一步向视频显示器发送信号。该信号包括PWM时序控制，并被配置为使视频显示器在相机的快门打开的时期根据PWM时序控制来控制视频显示器的亮度。
在第二个实施例中，控制视频显示器中的PWM的方法包括获得与被配置为捕获由视频显示器显示的图像的相机有关的相机特征。该相机特征包括相机的快门打开的时期的持续时间。该方法还包括计算视频显示器的PWM时序控制。该PWM时序控制指定了PWM周期持续时间，该PWM周期持续时间是基于相机的快门打开的时期。该方法进一步包括向视频显示器发送信号。该信号被配置为使视频显示器在相机的快门打开的时期根据PWM时序控制来控制视频显示器的亮度。
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，类似的参考数字表示类似的特征，其中：
图1是根据本公开的实施例的PWM控制系统的方框图。
图2A是视频和PWM时序信号的示例。
图2B是根据本公开的实施例的视频和PWM时序信号的示例。
图3是根据本公开的实施例的用于PWM控制系统中的控制器的方框图。
图4是根据本公开的实施例的控制视频显示器中的PWM的方法的流程图。
具体实施方式
所描述的实施例在图中被示出，类似的数字被用来指代各图中的类似和相应的部分。
当视频显示器的“观看者”是视频相机时--例如，视频显示器提供将被用作视频拍摄背景的影像，或者提供其他影像，例如体育场馆的广告或信息显示屏幕--那么在确定用于控制视频显示器亮度的PWM控制信号时，可能希望考虑到频相机的帧率和快门(或快门时序)速度。也就是说，根据本发明的PWM控制系统将视频显示器的PWM控制与一台或多台视频相机的一个或多个操作特性相匹配，这些相机正在捕捉视频显示器上显示的内容。
如本文所使用的，术语PWM周期表示选定持续时间的数字波形，该波形可以在关闭(‘0’)和开启(‘1’)状态之间交替，在每个状态中花费的时间被控制以便实现在0和1之间(包括0和1)的波形的一些理想的平均输出值(例如0.25，或等效的25％)。术语PWM占空比表示开启时间与PWM周期持续时间的比，因此也表示PWM周期内的平均输出值。如本文所用，PWM控制信号可包括两种类型的PWM控制。第一种类型的PWM控制是可以应用于PWM周期或PWM占空比的PWM调节。这种PWM调节的一个示例是通过调节占空比以适应LED效率的变化，来补偿LED工作温度的变化的控制值。第二种类型的PWM控制是PWM时序控制，该PWM时序控制可以指定参数，如启动PWM周期的时间和/或PWM周期的持续时间(或PWM周期完成的时间段)。
数字视频和胶片相机通常有光敏传感器，该光敏传感器位于镜头后面，该镜头将进入的光线聚焦到传感器上。这种相机通常被配置为所需的相机帧率。例如，电影拍摄可使用24帧/秒(fps)的相机帧率，广播应用可使用50/60fps的相机帧率，而慢动作视觉效果拍摄则使用更高的相机帧率。快门速度与镜头设置(如光圈和可能的中性密度(ND)滤波器)一起选择，以实现所需的曝光水平以及场景中所需要的运动外观。快门速度也可以用快门角度来描述，其中360度对应于全帧周期，180度对应于半帧周期，等等。相机帧率和快门速度共同定义了相机快门何时打开并感知光线，以及何时关闭并不接收任何进入的光线。在一些实施例中，快门的打开状态和关闭状态是与外部帧同步信号一起进一步定义的。相机快门打开的时期也可称为曝光时间。
LED视频屏幕可由视频相机使用一系列相机帧率中的任何一个来观看，在一些实施例中，该帧率可能在24fps至250fps的范围内。在一些系统中，LED视频屏幕控制系统的PWM输出是与视频相机的视频帧率同步的。然而，如果这样的系统忽略了快门时序，那么在捕获的图像中仍然可能导致视觉伪影。这些假象可能表现为黑条、暗线、亮线、条带或其他由视频相机拍摄的整个图像的亮度变化。这些伪影可能会变得更加明显或不那么明显，这取决于镜头的类型、镜头的设置和/或其他相机设置。该伪影也可能取决于相机是否使用全局快门(其中相机图像传感器中的所有像素同时曝光)或滚动快门(其中传感器的行在读取该行的像素时被曝光)。一种改进的LED视频屏幕的PWM控制系统将消除或最大限度地减少相机观看屏幕时的视觉伪影。进一步的改进是，控制LED屏幕的系统可以同时被相机和人类观察者观看，而任何一个观察者都看不到伪影或闪烁。
LED视频屏幕(和/或其LED面板)可以调节其PWM刷新率，以密切配合传入的视频信号时序，目的是在单个信号视频帧周期内有整数的PWM周期。对于一些系统来说，单个信号视频帧周期可以是从1/24秒左右到1/250秒左右的任何值。在拍摄LED屏幕时，将视频帧率与相机帧率相匹配，并将两者同步锁相(genlock)在一起，以确保两个系统之间的频率和相位一致，这可能是进一步的好处。这样的同步锁相会使相机帧正好捕捉到一个视频帧。
在一些系统中，相机并不是在其快门打开的整个帧周期内运行。例如，可以使用180度的快门角度(在同步锁相系统中，快门将打开一半的视频帧周期)，但在其他系统中可以使用其他快门角度。例如，在欧洲用白炽灯以24fps拍摄时，可使用172.8度的快门角度，以避免灯光出现闪烁，从而使24fps的相机帧率的快门周期为1/50秒。
快门角度的这种变化可能导致视频相机在LED视频屏幕上观察到伪影，类似于上文描述的那些没有考虑快门速度的系统。这种伪影通常是LED PWM速率、LED视频屏幕或LED面板中的LED行的扫描复用以及相机的快门设置(例如，相机帧速率、全局或滚动快门和快门角度)之间的互动。在一些系统中，这种伪影可以通过调节相机快门设置来避免。但在其他系统中，可能无法改变相机设置(例如，由于技术限制或由于改变快门速度会影响其他创造性选择，如运动模糊)。
图1展示了根据本公开的实施例的PWM控制系统100的方框图。视频显示屏幕102包括单个像素的阵列，其中像素由至少一个LED组成。在一些实施例中，视频显示屏幕102包括多个LED面板，该多个LED面板包括单个LED像素的阵列。视频显示屏幕102或LED面板中的像素可以包括三种颜色的LED(例如，红色、绿色和蓝色)或任何数量的颜色的任何数量的LED。
视频显示屏幕102由屏幕处理器104控制。屏幕处理器104包括控制系统，该控制系统向视频显示屏幕102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(例如，PWM控制信号)。对于视频显示器来说，这些值可以以包括但不限于每秒24次、25次、30次、60次或更多次的速率更新。此外，视频显示屏幕102可以包括内部处理系统，能够进一步修改单个像素的强度和颜色，无论是响应屏幕处理器104的指令，还是自主地修改。在包括多个LED面板的实施例中，单个LED面板可以包括这样的内部处理系统。在其他实施例中，视频屏幕包括单一内部处理系统，该单一内部处理系统用于其所有LED面板或LED。
屏幕处理器104可以获得与视频数据和相机特征有关的信息，该视频数据和相机特征与被配置为捕获由视频显示屏幕102显示的图像的相机有关。视频数据可包括但不限于视频数据118、视频帧率106和视频同步108。相机特征可以包括但不限于相机帧率110、相机快门速度112、相机快门类型114和快门速度调节116。视频数据118是代表将在视频显示屏幕102上显示的图像的数据。视频帧率106是指示传入视频数据118的帧率的数据。例如，视频帧率106可能是25fps，或24fps。视频同步108是指示从视频数据118开始视频帧的信号或数据。视频帧率106、视频同步108和视频数据118在这里被统称为视频特征。
外部同步109是直接或间接指示视频显示屏幕102的所需相位和频率的信号或数据，其相位和/或频率可能与视频同步108不同，并可能与相机快门相位和/或频率有关。这样的信号通常是可用的，可以称为同步锁相或帧同步，或者可以从相关的信号中推断出来，如相机的视频输出信号。
相机帧率110是指示正在观看视频显示屏幕102的相机的帧率的数据。相机快门速度112是指示正在观看视频显示屏幕102的相机的快门速度的数据。当描述为“快门速度”或“快门时序”时，该特征表示曝光时间。当描述为“快门角度”时，曝光时间是帧率和快门角度的函数。相机快门类型114是指示正在观看视频显示屏幕102的相机所使用的快门类型的数据。示例的相机快门类型可以是全局或滚动。实际的相机快门速度可能与指示的快门速度不完全匹配；因此，可以提供某种形式的精细控制或调节作为快门速度调节116。这可能以支持高精度、非整数快门速度(例如1/50.0001)的形式，也可能以单独的偏移信号的形式，指定为绝对时间，如+100微秒(μs)，或者也许是快门速度的一小部分，如+0.01％。相机帧数110、相机快门速度112、相机快门类型114和快门速度调节116在此统称为相机特征。
特征106、110、112、114和116可以以不同方式获得。例如，在一些实施例中，任何或所有这些特征可以由用户通过数字输入板提供，或通过屏幕处理器104上的控制操作提供。在其他实施例中，屏幕处理器104可以从一个或多个外部数据源中请求或读取一个或多个特征。或者，在本公开的另一个实施例中，任何或所有这些特征(包括视频同步108和外部同步109)可以作为单独的数据或同步信号提供。或者，在本公开的另一个实施例中，任何或所有这些特征可以从复合数据中获得。例如，在一些实施例中，视频帧率106和视频同步108可由屏幕处理器104从视频数据118中得出。在另一个实施例中，相机快门速度112可以从信号或相机的数据馈送中得出。在另一个实施例中，任何或所有这些特征都可以根据常见的操作选择或其他此类启发式方法的先验知识来推断、模拟或假设。
从屏幕处理器104发送至视频显示屏幕102的屏幕控制信号120包括PWM控制信号，该PWM控制信号用于视频显示屏幕102的LED。PWM时序包括但不限于所需的PWM信号的位深度、频率、持续时间、启动和相位可由屏幕处理器104或由属于视频显示屏幕102的部分的系统产生。PWM时序由屏幕控制信号120控制，可以是显性的(例如，直接指定与视频数据118的帧同步的PWM时序)，或隐性的(例如，指定相机曝光时间，PWM时序可由视频显示屏幕102从视频数据118导出)。屏幕控制信号120被配置为使视频显示屏幕102在相机的快门打开时期显示视频数据时用PWM时序控制LED的亮度。
在一些实施例中，屏幕控制信号120的同步包被配置为提供PWM时序控制。面板锁定到同步包，其结果是屏幕处理器104可以调节同步包的频率和相位以控制视频显示屏幕102中的PWM周期的启动时间。屏幕处理器104可以根据屏幕处理器104的时序参考(例如，视频输入或同步输入)的设置来选择同步包的频率。在两个同步包之间，面板可以根据相机快门打开时期(其可以转而基于相机快门速度112，适当情况下还基于相机帧速率110)在某时开始PWM周期。
在一些实施例中，屏幕控制信号120还包括视频数据118。在一些这样的实施例中，视频数据在纳入屏幕控制信号120之前从视频数据118中收到的格式(例如，伽马编码水平)转换为另一种格式(例如，线性亮度水平)。在一些这样的实施例中，屏幕处理器104可以调节视频数据118的帧的传输速率，以匹配或保持与相机曝光时间的一些其他用户指定的关系，这样，曝光时间可以随后从屏幕控制信号120的时序中恢复，并从中恢复PWM信号的必要时序相关属性。
在一些实施例中，视频数据118、视频帧率106、视频同步108、外部同步109、相机帧率110、相机快门速度112、相机快门类型114、快门速度调节116以及视频数据118中的任何或全部可以从它们各自的来源提供给视频显示屏幕102或其复合LED面板。在一些这样的实施例中，该信息被提供给屏幕处理器104和视频显示屏幕102两者。如上所述，本文所述的PWM控制过程可以完全在屏幕处理器104中执行，完全在视频显示屏幕102中执行，或者屏幕处理器104和视频显示屏幕102可以执行该过程的不同部分。
图2A和图2B分别从上到下介绍了视频数据的视频帧的时序、LED PWM的时序和排列、相机帧的时序以及相机快门的时序。
图2A是视频和PWM时序信号的时序图200。PWM信号202(包括PWM周期1和2)与视频帧信号204(包括视频帧1和2)同步，而视频帧信号204又与相机帧信号206(包括相机帧1和2)同步。PWM周期1持续视频帧1的持续时间，由多个离散的脉冲组成。在视频帧1期间，PWM周期1的脉冲序列(例如，其占空比或在周期的某些时间存在或不存在脉冲)可能会变化，这取决于产生PWM信号202的LED驱动器芯片。LED驱动芯片的配置和控制参数导致芯片在PWM周期1的持续时间内产生总平均占空比，以达到眼睛观看时的理想亮度水平。
如相机快门信号208(包括打开和关闭部分)所示，部分PWM信号202在相机快门关闭时发生。例如，当相机帧1开始时，PWM周期1开始，相机快门是打开的。在相机帧1的途中，相机快门关闭，但PWM周期1继续进行，直到相机帧1的结束。
如上所述，产生PWM信号202的LED驱动芯片可以改变PWM周期以实现指定的平均占空比。在图2A和图2B所示的示例中，PWM周期在帧周期快要结束时发生变化。时序图200中快门关闭后PWM周期的这种变化不被相机看到，导致相机快门打开信号的占空比与整个帧周期的平均占空比不同，这可能导致相机捕获的信号中出现伪影。
图2B是根据本公开的实施例的视频和PWM时序信号的时序图210。视频帧信号204、相机帧信号206和相机快门信号208与图2A中相同。然而，PWM信号212(包括PWM周期3至PWM周期6)的速度增加，使PWM周期3在相机帧3的曝光时间内完成，而不是延伸到相机帧3的整个时期，以减少或消除上面讨论的伪影，这可能是由于打开的相机快门只捕捉到完整的PWM占空比的一部分。
PWM周期3和PWM周期5在相机快门打开时开始，在相机快门关闭时结束。当快门关闭时，相机不会捕获视频显示屏幕102上的任何东西。然而，如果视频显示屏幕102在相机快门关闭时保持关闭状态，可能会使观看视频显示屏幕102的用户、表演者和操作者感到不舒服，因为视频显示屏幕102可能看起来是在闪烁。为了减少这种影响，在本公开的其他实施例中，PWM周期4和PWM周期6可以在快门关闭时启动。诸如PWM周期4的周期不会被相机看到，只是被观看视频显示屏幕102的人看到。
在进一步的实施例中，为了提高显示器的刷新率，PWM周期3具有较短的持续时间并在曝光时间内重复，为了与相机快门对齐，这组多个较短的PWM周期被视为与一个较长的周期相同，从而确保所有这些较短的PWM周期被相机完整地捕获，以避免视觉伪影。在一些这样的实施例中，这种较短的PWM周期的持续时间是快门打开时期的单位分数(即1/2、1/3、1/4等)，以便在相机快门打开时期完全重复。在其他这样的实施例中，一组较短的PWM周期，其组合持续时间等于相机快门打开时期(例如，相机快门打开时期的50％、25％和25％的持续时间)。同样地，在快门关闭时期可以输出一些较短的PWM周期。在一些这样的实施例中，在快门打开时期与快门关闭时期输出不同数量的PWM周期。
如前所述，在一些实施例中，为了使PWM周期与快门更密切地同步，快门速度被确定为高精确度水平。使视频显示屏幕102延长或缩短PWM周期的持续时间，以更密切地匹配这种高精度快门时序信息的屏幕控制信号120中的PWM调节，可以包括调节PWM时钟速率、调节PWM位深度、延长或缩短LED关闭的PWM信号的一个或多个部分、在PWM信号完成之前截断它以及精确调节PWM周期的持续时间的其他合适技术。
在视频显示屏幕102的LED驱动器时钟产生器的限制阻止实现所需的持续时间的实施例中，屏幕控制信号120中的PWM调节可导致在对应于多个相机快门打开时期的多个PWM周期中采用抖动技术。通过这种方式，多个PWM周期中的一些PWM周期具有与其他周期不同的持续时间，其结果是PWM周期的平均持续时间更密切地匹配于所需的相机快门打开时间。
在某些情况下，例如非常快的快门速度，也许不可能直接将完整的PWM周期与快门打开时期相适应，因为产生的PWM时钟可能超过LED驱动芯片或PWM控制系统100的其他元件的能力。在这种情况下，其他的实施例可以将PWM周期的子集与快门打开时期对齐，选择该子集是为了最大限度地减少视觉伪影，例如通过将PWM脉冲的特定积分数与快门打开时期对齐(从而避免在曝光时期的开始或结束时被相机看到部分脉冲)。在其他实施例中，扫描多路复用的驱动芯片(其中多个扫描线被顺序驱动以形成所产生的图像)可以被控制为在快门打开时期每次激活每个扫描线的次数相等且持续时间相同，以减少相机感应到亮线或暗线的可能性。
将PWM周期的子集与快门打开时期对齐的此类实施例可能导致位深度的减少，因为在查看整个PWM周期时通常实现全部位深度，而不仅仅是其子集。在这样的实施例中，为了最大限度减少这种影响，可以根据驱动芯片内的特定PWM实现来调节PWM信号的相位，例如，允许相机感知一些较短的脉冲以及一些较长的脉冲，而不是只有较短的脉冲。如果位深度仍有一些减少，这种实施例可以调节发送到驱动芯片的PWM驱动水平。例如，如果在相机快门关闭时将出现一些较长(较亮)的脉冲，驱动水平可能被人为地提升(增加)，其中这种提升导致在相机快门打开时出现额外的较长脉冲，在相机快门打开时期实现的LED亮度更接近所需亮度。在其他实施例中，位深度的减少可以通过空间和时间抖动或其他合适的技术进行额外或替代性的补偿。
在一些实施例中，当曝光时间小于视频帧周期的一半时(如图2B所示)，视频显示屏幕102可能在视频帧结束时变暗，因为PWM周期4已经完成，PWM控制系统100在启动PWM周期5之前等待下一个视频帧开始。黑暗的视频显示屏幕102可能不会被相机捕捉到，因为相机的快门在这时期是关闭的，然而视频显示屏幕102的短暂黑暗时期可能会导致用眼睛看屏幕时的闪烁。在这样的实施例中，PWM控制系统100可以在黑暗时期开始驱动额外的PWM周期，然后在下一个视频帧的开始时截断额外的PWM周期。这可以减少明显的闪烁，特别是在图像的较亮区域。
尽管上述讨论主要集中在全局快门相机上，但本公开的实施例可通过规定同一PWM周期在视频帧周期内至少重复两次来适应滚动快门。这样做的好处是，当相机快门在屏幕上“滚动”时，各个传感器线捕捉到一个完整的PWM周期，而不管感器线在哪个相位上工作。因此，在一些实施例中，相机快门类型114(全局或滚动)由用户指定，或由PWM控制系统100从相机接收，以帮助实现统一输出。在一些这样的实施例中，指定或接收相机传感器的读出速度(快门“滚动”的速度)可以获得更好的结果，因为更快的读出速度使相机传感器的顶部和底部之间的相位偏移较小。在这样的实施例中，PWM信号可能只在较短的时间段内继续复制帧的开始。
作为此处提出的动态方法的替代方案，其中诸如快门角度、传感器类型、读出速度等信息由用户在运行时通过用户界面提供或从相机或其他数据源接收，本公开的实施例可实现类似的功能“离线”，其中基于可能经常遇到的一系列预定义快门角度为特定类型(或多个类型)的LED视频屏幕102预先生成静态配置。这种方法的好处是降低了运行时间的复杂性，并且仍然提供独立于视频帧率的LED PWM输出(频率、相位、波形形状等)，而基于一些其他指定的时间参数，如相机快门速度的调谐。
根据本公开内容的PWM控制系统的一些实施例还可以向用户发送PWM匹配信号，指示PWM控制系统的输出是如何良好调谐的。这样的信号可以像“交通灯”状态指示器一样简单，在一个示例中，绿色指示整个PWM周期(或一组PWM周期)已经充分匹配到指定的快门时序或快门打开时期，黄色指示整数的PWM脉冲已经匹配到快门时序(但由于某些原因整个PWM周期无法匹配，结果可能会出现有效位深度的一些减少)，红色指示无法为指定的快门时序调谐PWM输出(例如，如果快门速度非常快，甚至单个PWM脉冲都无法完成所有的扫描线)。
在本公开的一些实施例中，相机帧率110与视频帧率106不匹配，例如在高速相机与显示常规速度视频内容的视频屏幕一起使用的情况下，例如在体育赛事中，相机是高速的，以便提供快速移动的动作的清晰图像，并允许慢动作重放，而广告牌、记分牌或动作重放屏幕上的视频显示器以普通视频帧率运行。高速相机通常以比普通相机更快的快门速度运行，因此，如果LED显示屏没有为其进行适当的协调，则更有可能出现闪烁和其他伪影。在这样的实施例中，用户可以指定相机的帧速率110。然后，此类实施例的PWM控制系统100将使用相机帧率110和相机快门速度112，以更好地将PWM时序与单一快门曝光时期以及同一视频帧周期内的后续快门曝光时期相匹配。
在一些实施例中，PWM控制系统100间接地确定合适的时序信息，例如通过监测来自相机的视频输出并检测相机视频输出中存在的任何视觉伪影。这样的实施例可以调节LED视频显示屏幕102的PWM时序，直到在相机视频信号中这种伪影(如果有的话)的可见性降到最低。这种调节可以在LED视频显示屏幕102上显示常规视频内容时，或在显示专门设计的测试图案时确定。一些这样的实施例使用单独的测试设置来测量相机的特征(例如，在光学实验室)，以确定必要的调节信息。
在其他实施例中，调节PWM控制系统100的“开启时间”，以控制在LED视频显示屏幕102前面移动的快速移动物体的运动模糊和/或频闪的效果。这种物体的轮廓是可见的，但只有在LED被点亮的时候。这样的实施例可以根据用户的输入，增加或减少独立于视频帧率的PWM周期的持续时间，以便分别增加或减少运动模糊的量，使其看起来自然或已经消除，这取决于用户的输入。
还有其他实施例可以支持来自多个相机的时序信息，PWM控制系统100尽可能地优化其设置以适应所有相机。根据指示各种相机的重要性的用户输入，这种适应可以被加权，以有利于一个或多个相机而不是其他相机。多个相机可以在不同的相机帧率和/或快门速度下运行，如高速相机和常规速度相机的混合可能遇到那样。
在某些情况下，在每个相机的曝光时期要显示的视频图像可能是相同的，例如在一起使用高速相机和常规速度相机时。在这样的示例中，PWM控制系统100考虑所有相机的曝光时期，并根据这些约束条件找到“最合适”的解决方案。例如，曝光时间为16.7毫秒(ms)的常规速度相机和曝光时间为2ms的高速相机可能需要PWM输出以500赫兹(Hz)的频率运行(以匹配较短的2ms曝光时间)，在普通相机较长的16.7ms曝光时间内，多个PWM周期排列出现-可能有8次重复，共计16ms，另外有0.7ms的“关闭时间”来补足完整的16.7ms周期，而不是需要截断的第9次重复(会导致视觉伪影)。通过这种方式，可以将两台相机的伪影降到最低。
在其他情况下，为第一相机显示的视频图像可能与为第二相机(例如，跟踪相机)显示的视频图像不同。在一个这样的示例中，PWM控制系统100在主相机的曝光时期显示第一视频图像，而在跟踪相机的曝光时期(例如，当主相机的快门关闭时)显示包括机器可读跟踪图案的第二视频图像。在适合这种情况的实施例中，本文所述的技术可用于最大限度地减少两台相机上的伪影，因为这种伪影既会减损主相机或人类观看者可见的图像质量，也会在跟踪相机使用机器可读图案时引起问题。
尽管本公开内容指的是LED视频显示屏幕，但应当理解，本公开内容并非如此有限，在其他实施例中，PWM控制系统100可与其他视频显示类型一起使用，以使用PWM控制屏幕亮度而不产生对显示器的观看者明显的伪影。这样的其他视频显示类型包括有机LED(OLED)、微型LED(microLED)、液晶显示器(LCD)、等离子显示器和其他此类发光设备。在其他实施例中，PWM控制系统100可用于投影视频显示器一起使用，投影视频显示器为如数字光处理(DLP)投影仪、硅上液晶(LCoS)投影仪和激光投影仪。
图3是根据本公开的用于PWM控制系统100中的控制器300的方框图。该控制器300适合用于屏幕处理器104、视频显示屏幕102和视频显示屏幕102的LED面板。控制器300包括处理器302，该处理器与存储器304电联接。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)、特定应用集成电路(ASIC)和数字信号处理器(DSP)。
处理器302进一步电联接到通信接口306、用户显示屏幕310和用户界面312并与之通信。通信接口306被配置为通过一个或多个通信链路308a接收视频信号(例如视频数据118)。通信接口306还被配置为通过一个或多个以太网或其他数字通信链路308b与外部设备进行通信以达到控制目的。这种控制数据可包括视频帧率106、视频同步108、外部同步109、相机帧率110、相机快门速度112、相机快门类型114和快门速度调节116。通信接口306还被配置为通过一个或多个额外的以太网或其他数字通信链路308c发送和/或接收视频显示或LED面板控制信号(如屏幕控制信号120)。链路308a、308b和308c中的一些可以选择性地共享单个物理连接。在其他实施例中，视频信号、控制数据和视频数据可以合并或分离成少于或多于三个通信链路。
处理器302被配置为通过用户显示屏幕310向用户显示系统信息并通过用户界面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通过一个或多个以太网通信链路308b或其他合适的通信链路发送和接收。
控制器300适用于实现过程、PWM匹配控制以及本文所披露的其他功能，其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)。存储器304被配置为存储软件或固件，包括指令，当指令由处理器302执行时，提供本文所述的PWM匹配功能。
图4是根据本公开的实施例的控制视频显示器中的PWM的方法400的流程图。参照图1、图2B和图3中所示的元件，该方法400适合由屏幕处理器104的控制器300用于控制视频显示屏幕102中的LED像素的PWM。处理器302执行存储在存储器304中的指令以执行该方法400。
在步骤402中，屏幕处理器104获得与被配置为捕获由LED视频显示屏幕102显示的图像的相机有关的相机特征。该相机特征包括相机的快门打开的时期的持续时间。在步骤404，屏幕处理器104计算用于LED视频显示屏幕102的PWM时序控制。该PWM时序控制根据相机的快门打开的时期指定PWM周期持续时间。在步骤406，屏幕处理器104将屏幕控制信号120发送到LED视频显示屏幕102。屏幕控制信号120被配置为在相机的快门打开时期根据PWM时序控制来控制LED视频显示屏幕102的亮度。
如本文所使用的，术语“PWM控制系统”是指根据本公开内容的系统，其将视频显示器的PWM控制与一个或多个视频相机的操作特性相匹配。在各种实施例中，根据本公开内容的PWM控制系统的元素可包括屏幕处理器104和视频显示屏幕102和/或其LED面板(如果有)中的内部处理系统。在各种实施例中，归属于根据本公开内容的PWM控制系统的处理可以在该系统的单一元件中执行，或者分布在该系统的多个元件中。
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，在不偏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)

1.一种脉冲宽度调制PWM控制系统，包括：
存储器，所述存储器被配置为存储指令的；以及
处理器，所述处理器与所述存储器联接，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：
获得与被配置为捕获由视频显示器显示的图像的相机有关的相机特征，所述相机特征包括所述相机的快门打开的时期的持续时间；
计算用于所述视频显示器的PWM时序控制，所述PWM时序控制根据所述相机的所述快门打开的所述时期指定PWM周期持续时间；以及
向所述视频显示器发送信号，所述信号包括所述PWM时序控制，并被配置为使所述视频显示器在所述相机的所述快门打开的所述时期根据所述PWM时序控制来控制所述视频显示器的亮度。
2.根据权利要求1所述的PWM控制系统，其中，
所述PWM时序控制是第一PWM时序控制，所述PWM周期持续时间是第一PWM周期持续时间，
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，以计算第二PWM时序控制，所述第二PWM时序控制基于所述相机的所述快门关闭的时期指定为第二PWM周期持续时间，并且
所述信号进一步包括所述第二PWM时序控制，并进一步被配置为使所述视频显示器在所述相机的所述快门关闭的所述时期根据所述第二PWM时序控制来控制所述视频显示器的所述亮度。
3.根据权利要求1所述的PWM控制系统，其中，所述信号包括所述PWM周期的启动时间的指示。
4.根据权利要求1所述的PWM控制系统，其中，由所述PWM时序控制指定的所述PWM周期持续时间小于所述相机的所述快门打开的所述时期的所述持续时间。
5.根据权利要求1所述的PWM控制系统，其中，所述信号进一步包括PWM调节。
6.根据权利要求5所述的PWM控制系统，其中，所述PWM调节被配置为通过以下方式中的一个：调节PWM时钟速率、调节PWM位深度、延长或缩短所述PWM周期中所述视频显示器关闭的一个或多个时期以及在所述PWM周期完成之前截断所述PWM周期，来使所述视频显示器延长或缩短所述PWM周期持续时间。
7.根据权利要求1所述的PWM控制系统，其中，所述PWM时序控制是第一PWM时序控制，所述PWM周期持续时间是第一PWM周期持续时间，所述信号是第一信号，所述相机的所述快门打开的所述时期是第一时期，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：
计算用于所述视频显示器的第二PWM时序控制，所述第二PWM时序控制指定第二PWM周期持续时间，其中所述第一PWM周期持续时间和所述第二PWM周期持续时间的平均值比所述第一PWM周期持续时间的平均值更密切地匹配所述相机的所述快门打开的所述第一时期的所述持续时间；和
向所述视频显示器发送第二信号，所述第二信号包括所述第二PWM时序控制，并被配置为使所述视频显示器在所述相机的所述快门打开的第二时期根据所述第二PWM时序控制来控制所述视频显示器的所述亮度。
8.根据权利要求1所述的PWM控制系统，其中，所述相机特征进一步包括相机快门类型，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进一步基于所述相机快门类型计算所述PWM时序控制。
9.根据权利要求1所述的PWM控制系统，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，以向所述PWM控制系统的用户发送PWM匹配信号，所述PWM匹配信号被配置为指示所述PWM周期持续时间与所述相机的所述快门打开的所述时期的匹配程度。
10.根据权利要求1所述的PWM控制系统，其中，所述相机特征是与第一相机有关的第一相机特征，包括所述第一相机的所述快门打开的第一时期的第一持续时间，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：
获得与被配置为捕获由所述视频显示器显示的所述图像的第二相机有关的第二相机特征，所述第二相机特征包括所述第二相机的快门打开的第二时期的第二持续时间；以及
基于所述第一相机特征和所述第二相机特征计算所述PWM时序控制。
11.一种控制视频显示器中脉冲宽度调制PWM的方法，所述方法包括：
通过控制系统获得与被配置为捕获所述视频显示器所显示的图像的相机有关的相机特征，所述相机特征包括所述相机的快门打开的时期的持续时间；
由所述控制系统计算用于所述视频显示器的PWM时序控制，所述PWM时序控制根据所述相机的所述快门打开的所述时期指定PWM周期持续时间；以及
由所述控制系统向所述视频显示器发送信号，所述信号被配置为使所述视频显示器在所述相机的所述快门打开的所述时期根据所述PWM时序控制来控制所述视频显示器的亮度。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述PWM时序控制是第一PWM时序控制，所述PWM周期持续时间是第一PWM周期持续时间，所述方法进一步包括：
由所述控制系统计算出第二PWM时序控制，该第二PWM时序控制根据所述相机的所述快门关闭的时期指定第二PWM周期持续时间，
其中，所述信号进一步包括所述第二PWM时序控制，并进一步被配置为使所述视频显示器在所述相机的所述快门关闭的所述时期根据所述第二PWM时序控制来控制所述视频显示器的所述亮度。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述信号包括所述PWM周期的启动时间的指示。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，由所述PWM时序控制指定的所述PWM周期持续时间小于所述相机的所述快门打开的所述时期的所述持续时间。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述信号进一步包括PWM调节。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述PWM调节被配置为通过以下方式中的一个：调节PWM时钟速率、调节PWM位深度、延长或缩短所述PWM周期中所述视频显示器关闭的一个或多个时期以及在所述PWM周期完成之前截断所述PWM周期，来使所述视频显示器延长或缩短所述PWM周期持续时间。
17.根据权利要求11所述的方法，其中，所述PWM时序控制是第一PWM时序控制，所述PWM周期持续时间是第一PWM周期持续时间，所述信号是第一信号，所述相机的所述快门打开的所述时期是第一时期，所述方法进一步包括：
由所述控制系统计算用于所述视频显示器的第二PWM时序控制，所述第二PWM时序控制指定第二PWM周期持续时间，其中所述第一PWM周期持续时间和所述第二PWM周期持续时间的平均值比所述第一PWM周期持续时间的平均值更密切地匹配所述相机的所述快门打开的所述第一时期的持续时间；以及
由所述控制系统向所述视频显示器发送第二信号，所述第二信号包括所述第二PWM时序控制，并被配置为使所述视频显示器在所述相机的所述快门打开的第二时期根据所述第二PWM时序控制来控制所述视频显示器的所述亮度。
18.根据权利要求11所述的方法，其中，所述相机特征进一步包括相机快门类型，所述方法进一步包括根据所述相机快门类型进一步计算所述PWM时序控制。
19.根据权利要求11所述的方法，其中，所述方法进一步包括由所述控制系统向所述控制系统的用户发送PWM匹配信号，所述PWM匹配信号被配置为指示所述PWM周期持续时间与所述相机的所述快门打开的所述时期的匹配程度。
20.根据权利要求11所述的方法，其中，所述相机特征是与第一相机有关的第一相机特征，包括所述第一相机的所述快门打开的第一时期的第一持续时间，所述方法进一步包括：
由所述控制系统获得与被配置为捕获所述视频显示器所显示的所述图像的第二相机有关的第二相机特征，所述第二相机特征包括所述第二相机的快门打开的第二时期的第二持续时间；以及
所述控制系统根据所述第一相机特征和所述第二相机特征计算所述PWM时序控制。
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