CN117546229A - 用于操作有源显示器的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于操作有源显示器的方法，包括以下步骤:提供旨在被直接观看者看到的第一图像数据序列(F0k)的第一馈送；提供不旨在被直接观看者看到的第二图像数据序列(F1k，C1k；F2k，C2k；F3k，C3k)的至少一个第二馈送，至少第二馈送包括第二图像数据序列(F1k；F2k；F3k)和第二互补图像数据序列(C1k；C2k；C3k)；以时间分片多路复用方式在有源显示器上呈现第一馈送和至少第二馈送的图像数据，其中，有源显示器的亮度变化以大于或等于标准帧率两倍的频率发生。

Description

用于操作有源显示器的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种用于操作有源显示器、特别是LED显示器的方法和系统，其中不止一个图像数据序列以时间分片多路复用的方式显示在有源显示器上。
背景技术
近年来，诸如发光二极管(LED)显示器之类的有源显示器已经发现了多种应用，范围从办公室或家庭环境(其中通常使用单个显示器或两个或三个独立显示器)中的计算机显示器或电视屏幕到广告或娱乐行业(其中多个LED面板基本上无缝连接在一起以创建LED行或LED墙)中的大规模应用。在本申请的上下文中，将主要参考LED显示器作为有源显示器的典型示例，但显然本文描述的技术也可以用于其他类型的有源显示器，尤其是基于有源像素的显示器，例如有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)显示器、等离子显示器或量子点显示器。此外，在本申请的上下文中，一行或一列的LED显示器或LED面板将指的是在一维上连接在一起的各个LED显示器/面板(例如，作为水平行或垂直列)，而LED墙是指以二维方式连接在一起的多个LED面板。通常使用合适的控制设备将每个图像帧分布在可用数量的LED面板上，而不是在每个面板上显示相同的图像数据/视频内容，以便观看者得到具有巨大尺寸的单个显示器的印象。此外，在本发明的上下文中，在有源显示器上示出的图像数据序列也将被描述为“视频流”。一般而言，术语“视频流”还应指LED显示器上显示的任何类型的图像内容，例如指连续显示的图像帧序列的实际视频流或指静态图像，甚至单色静态图像。从这个意义上讲，“视频流”还包括单个静态图像仅呈现一次的情况，即无需改变图像内容或以特定帧率(frame rate)将图像内容重新发送到LED显示器。
LED或OLED(AMOLED)显示器是一种常见的显示技术，广泛应用于从电视或电脑屏幕到车辆和手机中的媒体显示器等各种电器中。墙、行或列形式的LED显示器被广泛用作广告牌或标识牌，用于向观看者传达信息或广告。此外，LED墙近来在娱乐行业中越来越受欢迎，用于在虚拟演播室环境中提供背景和照明。
过去，单个专用图像数据序列(或单个视频流)已显示在有源显示器上。然而，近年来，新技术的发展需要在图像数据序列中插入另外的图像内容，其中不同图像数据序列的个体图像(或帧)彼此交错。在这些情况下，只有一个图像数据序列(这里表示为“第一图像数据序列”)旨在被直接观看者看到(在有意识地认识到的意义上)，而交错的其他图像数据序列通常被隐藏而不被直接观看者看到或认识到。
典型的示例包括其中有源显示器是由诸如摄像机或静态摄影相机之类的相机捕获/拍摄的场景的一部分的应用。
这些应用之一涉及虚拟演播室，其中由LED显示器(尤其是小间距显示器)制成的墙已经取代了传统的绿屏或蓝屏背景面板/屏幕。这样允许在将前景与背景一起拍摄的同时将背景场景呈现在LED墙上(即作为图像数据的第一处理)，这大大减小了视频后期制作的量。如申请人欧洲专利申请EP21169258.7中所述，在LED显示器上呈现与第一图像数据序列交错的另外的图像数据序列是有用的，例如用于识别场景中LED显示器以及捕获场景的相机的位置和相对方向的色度图像数据和/或跟踪图案图像数据。
在其他应用中，可能期望直接观看者能够看到不应该被相机捕获的特征或信息，例如相机在场景记录中不需要的文本提示或任何类型的定位器。
另一种应用涉及所谓的“虚拟广告”。在体育赛事中，例如足球比赛，体育场内通常安装有许多LED显示器，在体育赛事期间在其上呈现广告内容。当体育赛事的视频在全球范围内播放时，该赛事的具体广告内容也会出现在视频中。然而，某些广告仅与某些地点的受众相关，并且更重要的是，在一个国家允许的某些广告甚至可能在其他国家被法律禁止。虚拟广告通过识别捕获视频中的LED显示器并根据各自的目标受众用替代内容替换体育场中显示的实际内容，为这些问题提供了解决方案。为此，不仅需要识别图像中LED显示器的位置，而且还需要识别相机相对于特定LED显示器的位置和方向。因此，在虚拟广告背景下的体育赛事中也会出现与视频演播室类似的问题，即允许识别LED显示器的位置和相机的方向，例如通过引入另外的图像内容，例如色度图像和跟踪图案。
作为上述虚拟广告技术的替代解决方案，本申请人开发了一种允许针对不同观众的不同图像内容以时间分片多路复用方式显示在诸如LED标识牌之类的有源显示器上的方法。场景的视频是通过一个或更多个视频摄像机生成的，该一个或更多个视频摄像机与有源显示器上显示的不同图像数据序列同步，以便可以产生场景的多个视频，这些视频就整体场景而言是相同的，但在LED标识牌上显示不同的图像。例如，申请人的国际专利申请WO2018/138366 A1中描述了该技术。
上述技术表明，存在多种应用，其中有源显示器(例如LED面板)是由摄像机、电视摄像机或甚至静态摄影相机或手机/平板电脑相机记录的场景的一部分，并且这些有源显示器以时间分片多路复用的方式显示不同的图像内容。在所有这些应用中，不仅有记录当前场景的相机，而且还有作为场景的一部分的人(在下文中表示为“人”或“直接观看者”)，例如作为体育赛事或娱乐活动的观众，或作为电影工作室的演员或工作室工作人员，因此他们正在观看场景，包括场景中存在的任何有源显示器。当这些有源显示器以时间分片多路复用方式呈现不同图像数据序列的方式操作时，通常仅这些图像序列之一旨在被场景中或场景附近存在的人看到或识别。在美国专利申请US2009/102957 A中，已经建议仅针对记录帧率的时间间隔的一小部分来呈现另外的图像数据序列，以使得相关图像内容不能被人看到或识别。在申请人的WO 2018/138366 A1中，通过建议将另外的图像数据序列呈现为图像序列和相应的反转/互补图像，进一步发展了这一概念。
然而，当两个或更多个不相关的图像数据序列相互交错时，可能会出现几个问题。即使非常短地引入附加图像数据也可能导致有源显示器的明显闪烁，即使图像数据本身无法被识别。此外，由于人眼在眼睛的时间分辨率(通常在40毫秒的范围内)内进行整合，因此引入附加图像数据将导致由直接观看者看到或识别的第一图像数据序列的黑电平显著增大，特别是在图像的较暗区域中。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种方法和系统，用于以时间分片多路复用的方式在作为场景一部分的一个或更多个有源显示器上呈现不同图像数据序列，同时仍然允许在宽范围的环境照明条件下与一个或多个图像数据序列同步地记录场景，以这样一种方式：存在于场景中或场景附近的人具有对旨在由他们观看的第一图像数据序列的改善的观看体验，特别是在最小化闪烁和避免黑电平的显著增大的方面。此外，在最先进的视频或电影工作室中，采用了一种控制系统，其允许通过一个控制器来调节所有光源。需要使所有这些光源同步以避免闪烁、脉动、色差效应等。
该技术问题由本权利要求1中定义的方法解决。本发明的进一步实施例受从属权利要求的约束。
因此，本发明涉及一种用于操作包括有源发光元件阵列的有源显示器的方法，方法包括以下步骤:
提供旨在被直接观看者看到的第一图像数据序列(F0k)的第一馈送；
提供不旨在被直接观看者看到的第二图像数据序列(F1k，C1k；F2k，C2k；F3k，C3k)的至少一个第二馈送，至少第二馈送包括第二图像数据序列(F1k；F2k；F3k)和第二互补图像数据序列(C1k；C2k；C3k)，使得每个图像的组合(F1k和C1k；F2k和C2k；F3k和C3k)产生同质的灰度图像，第二互补图像数据序列(C1k；C2k；C3k)包括第二图像数据序列的反转/互补图像数据；
选择标准帧率(SFR)，第一图像数据序列和至少第二图像数据序列以该帧率呈现在有源显示器上；
其中，有源显示器在标准帧率(SFR)的标准帧率时间间隔ΔT＝1/SFR期间以高显示帧率(HDFR)操作，该HDFR包括nd个HDFR图像时隙/片，每个HDFR图像时隙具有持续时间τi，其中
在每个标准帧率时间间隔的nd个HDFR图像时隙中，以时间分片多路复用方式在有源显示器上呈现第一馈送和至少第二馈送的图像数据；
以及其中，第一馈送和至少一个第二馈送中的至少两个馈送包括从图像数据和互补图像数据的组合(F1k和C1k；F2k和C2k；F3k和C3k)获得的灰度图像，灰度图像以相等的亮度呈现在有源显示器上，并且以有源显示器的亮度变化以大于或等于标准帧率(SFR)两倍的频率发生的方式均匀地分布在nd个HDFR图像时隙内。
根据本发明，“有源显示器”是有源光元件阵列，当电流通过这些元件时能够发光，例如LED、AMOLED阵列、等离子体单元阵列或量子点阵列。本发明意义上的术语“光”是指通常使用术语“光”描述的电磁辐射，特别具有400至700nm波长范围的可见光，但也包括波长较长的红外光和波长较短的紫外光。
在本发明的上下文中，“馈送”表示彼此相关的图像数据序列，例如，其可以是某个视频的帧。馈送的特征在于呈现新数据内容实例的速率，新数据内容实例在本发明中被表示为“图像数据”，但其也可以被认为是个体图像或“帧”。在视频的背景下，馈送的帧率定义了“标准帧率”。在本发明的上下文中，最低标准帧率大约为人眼的融合速率，即在该速率下人眼不再能够辨别个体图像而是将个体图像作为视频流观看。通常，在这种情况下，最低标准帧率是在24Hz或25Hz左右。然而，更高的标准帧率(如50Hz或60Hz)更常见。
在本发明的意义上，“图像数据序列”Fxk是传输到或存储在有源显示器中的二维图像信息序列x(x＝1,2,3,..)，在有源显示器中图像数据序列的一个元素k通常代表在有源显示器上显示的一个个体图像，并且给定图像数据序列的后续图像(k+1,k+2,…)在后续标准帧率时间间隔ΔT＝1/SFR中呈现在物理显示器上。在标准帧率时间间隔ΔT内，每一图像数据序列的给定图像可以被呈现一次或更多次。图像数据的每个个体序列通常表示显示在有源显示器上的视频流，在有源显示器中从序列的一个图像到序列的后续图像的图像内容可以变化。然而，从一个图像到后续图像的图像内容也可以保持不变，例如，如果视频流中没有描述运动。在其他实施例中，图像数据序列还可以包含在几个标准帧率时间间隔上显示的静态图像。在其他实施例中，图像数据序列甚至可以仅包含在整个图像数据序列中根本不变化的单一类型的图像，例如单色图像或跟踪图案图像。
本发明意义上的术语“直接观看者”是指出现在有源显示器被操作的场地/场景中的能够直接观看有源显示器的人。
术语“旨在被直接观看者看到”意指第一图像数据序列F0k以直接观看者能够观看/认出图像数据序列的方式被呈现，例如以静态图像或静态图像序列的形式或当图像数据序列以个体图像无法被暂时解析的方式呈现时作为视频的一部分。因此，第一图像数据序列F0k的馈送也表示为“场地馈送”。
术语“不旨在被直接观看者看到”描述了另一图像数据序列F1k，C1k；F2k，C2k；F3k，C3k的呈现，其中，尽管与图像数据序列的图像相对应地从有源显示器发出的光可以到达直接观看者的眼睛，但图像数据以人眼无法看到/识别对应图像的方式呈现。这不仅指视频呈现方面的时间分辨率，而且更广泛地指图像数据以不但个体图像而且图像序列也不能被看到或识别的方式被呈现的事实。另外的图像数据序列F1k，F2k，F3k被表示为“并行馈送”。
为了有效地“隐藏”至少一个附加图像数据序列不被直接观看者识别或感知，优选地，在标准帧率时间间隔ΔT＝1/SFR期间呈现第一图像数据序列的图像的时间积分亮度高于在该时间间隔期间呈现的至少一个另外的图像数据序列的图像的时间积分亮度。如果呈现不止一个另外的图像数据序列，则旨在直接观看者看到的第一图像数据序列的时间积分亮度优选地高于不希望被直接观看者看到的所有另外的图像数据序列的时间积分亮度之和。优选地，第一图像数据序列的时间积分亮度高出2倍或更多倍，更优选高出4倍或更多倍。
为了进一步减小另外的图像数据序列对第一图像数据序列的影响，至少一个另外的图像数据序列包括至少第二图像数据序列(F1k；F2k；F3k)和由第二图像数据序列的反转或互补图像数据组成的至少第二互补图像数据序列(C1k；C2k；C3k)。因此，第二图像数据序列的每个图像F1k在相同的标准帧率时间间隔ΔT＝1/SFR内与其反转/互补图像C1k交织。申请人的国际专利申请WO 2018/138366 A1中已经详细描述了引入反转图像以减少直接观看者的有源显示器的闪烁。在某些实施例中，另外的图像数据序列包括成对的图像数据序列和反转/互补图像，在标准帧率时间间隔ΔT＝1/SFR期间可以呈现第一图像数据序列的图像的时间积分亮度低于在该时间间隔期间呈现的至少一个另外的图像数据序列的图像的时间积分亮度。第一图像数据序列仍然可以被直接观看者看到/识别，尽管由于另外图像数据序列的图像和反转图像的组合而产生通常明显升高的灰度级。例如，第一图像数据序列可以仅呈现一小部分，例如，标准帧率时间间隔的一半或三分之一。
根据本发明的方法，基于图像数据序列的第一馈送和至少第二馈送，选择在有源显示器上呈现图像数据的适当标准帧率。如果馈送表示视频图像数据，则适当的标准帧率对应于视频的记录标准帧率。
有源显示器以高于标准帧率的高显示帧率(HDFR)操作，使得在每个标准帧率时间间隔期间可以呈现一定数量的nd个HDFR图像时隙/片。如上，在每个标准帧率时间间隔期间，至少呈现旨在直接观看者看到的第一馈送和不旨在直接观看者看到的第二馈送。因此，如果将第二馈送的补充图像数据混合到旨在直接观看者看到的图像中，则每个标准帧率时间间隔的nd个HDFR图像时隙/片的数量至少为2，但优选地nd会高得多并且至少为4、8、12、16或24。相应地，每个标准帧率时间间隔被细分为P nd个时隙/片，其中可以呈现不同的图像数据。在给定标准帧时间间隔的nd个图像时隙/片内，仅呈现与原始馈送的标准帧率中的该帧相对应的图像数据，但每个图像内容实例可以呈现多次。优选地，旨在直接观看者的第一馈送的相应图像数据内容实例被呈现在多个可用的nd个HDFR图像时隙/片中。
根据本发明，第一馈送和至少第二馈送的图像数据，即每个标准帧率时间间隔的对应图像数据内容实例，以分布在每个标准帧率时间间隔的nd个HDFR图像时隙内的时间分片多路复用方式呈现。
为了甚至进一步减少闪烁，本发明建议至少第一馈送和至少一个第二馈送中的至少两个馈送包括从图像数据和互补/反转图像数据的组合获得的灰度图像。至少两个馈送的灰度图像以相等的亮度呈现在有源显示器上，并且以如下这样的方式均匀地分布在nd个HDFR图像时隙内：有源显示器的亮度变化以大于或等于标准帧率两倍的频率发生。
根据本发明，总是存在旨在被直接观看者观看的一个馈送，并且由于插入不旨在被直接观看者观看的图像数据而发生第一馈送的印象的闪烁。在现有技术中已经描述的第一步中，通过将这些附加馈送呈现为图像数据和补充图像数据的组合来减少闪烁。然而，可能存在一些明显的闪烁，并且本发明建议通过确保提供至少两个馈送来进一步减少对于直接观看者的闪烁，至少两个馈送包含通过图像和相应的反转/互补图像的组合获得的结果灰度图像。当在有源显示器上呈现灰度图像时，本发明建议确保即使源自不同馈送的各个灰度图像也以相等的亮度呈现在有源显示器上。此外，根据本发明，灰度图像以这样的方式均匀地分布在nd个HDFR图像时隙/片内：有源显示器的亮度变化以大于或等于标准帧率SFR两倍的频率发生。均匀分布是指对于每个标准帧率时间间隔内的灰度图像分布，甚至考虑后续标准帧率时间间隔以大于或等于标准帧率两倍的某个频率出现。这意味着所得到的灰度图像的分布方式不是产生多个频率分量，而是仅产生一个频率，该频率是标准帧率的整数倍。
术语“亮度”表示有源显示器每单位面积的发光强度的光度测量，以每平方米坎德拉(cd/m2)为单位测量，也称为“nit”。相反，“明度”表示对客观亮度的主观印象，但因此与亮度密切相关。考虑到标准帧率时间间隔内各个时隙/片的持续时间，本发明上下文中的术语“亮度”还具有时间分量。当每个标准帧率时间间隔被细分为相等持续时间的时隙/片时，可以忽略时间分量，但是如果将不同持续时间的时隙/片相互比较，则本发明意义上的“亮度”表示有源显示器每单位面积的发光强度乘以相应时隙/片的个体长度。
在人眼的生理学中，已知临界融合频率(即闪烁消失的最小频率)与光强度的对数成正比(费里-波特定律)。在本发明的上下文中，申请人发现闪烁体验取决于旨在被直接观看者看到的内容(第一图像数据序列)以及“隐藏内容”(另外的图像数据序列)两者的明度，“隐藏内容”虽然被人眼捕获，但并不旨在被直接观看者看到/识别。本申请人发现，在100Hz或高于100Hz的频率下，直接观看者的人眼不会察觉到闪烁。然而，在暗光条件下和/或在显示较暗内容时，人眼通常也可以接受较低的频率，而不会引入闪烁。因此，优选地，有源显示器的亮度变化发生在大于100Hz、优选地大于120Hz并且特别优选地大于200Hz的频率下。
在本发明的许多实施例中，将存在旨在被直接观看者观看的第一馈送和不旨在供直接观看者观看的不止一个第二馈送，例如第二馈送和第三馈送。由于第二馈送(即，第二、第三、第四馈送等)总是被呈现为图像和反转图像的组合，因此可以满足上述提供至少两个包括灰度图像的馈送的要求。
然而，在本发明的某些实施例中，尤其是在仅存在第一馈送和一个第二馈送(即，没有另外的第二馈送(没有另外的第三、第四等馈送))的实施例中，提供包括图像和反转图像的两个馈送以产生灰度图像的上述要求能够仅在第一馈送也包括图像和相应的互补/反转图像时才能被满足。由于图像和反转图像的单纯组合将“隐藏”图像本身以免被直接观看者感知，因此在这样的实施例中，第一馈送的图像数据将呈现在比互补图像更多的nd个HDFR图像时隙中，以便保留第一馈送的直接观看者的净可见图像。然而，第一馈送的某些图像与相应的互补/反转图像的组合确保了在HDFR时隙内均匀分布灰度图像使得亮度变化以大于或等于标准帧率两倍的速率发生的标准被满足。
根据本发明的优选实施例，第二图像数据序列(F1k；F2k；F3k)的图像和第二互补图像数据序列(C1k；C2k；C3k)的反转/互补图像的每对(F1k，C1k；F2k，C2k；F3k，C3k)在3.3ms或更短的时间间隔内呈现。如果在3.3ms的时间间隔内呈现对应的图像和互补/反转图像，则对于直接观看者来说有源显示器的闪烁和运动模糊可以特别有效地被最小化。在本发明的概念的许多应用中，第二图像数据序列包含旨在由适当同步的摄像机捕获的图像(参见WO2018/138366 A1)。为了允许捕获明亮的图像，呈现第二图像数据序列的图像的持续时间优选地尽可能长。为了满足3.3ms的约束，还可以在紧邻第二图像数据序列的HDFR时隙之前和之后的时隙中呈现互补图像。
在本发明的某些实施例中，为每个另外的图像数据序列提供对应的互补图像数据序列。
另外的图像数据序列可以包含各种图像或视频流。例如，另外的图像数据序列可以包含由适当同步的摄像机捕获的替代广告内容。通常，摄像机被同步以仅捕获图像(F1k；F2k；F3k)，而不记录对应于反转/互补图像(C1k；C2k；C3k)的图像。
在一个实施例中，nd个HDFR时隙中的每一个具有相同的持续时间τ，其中
在另一实施例中，标准帧率时间间隔ΔT＝1/SFR的nd个HDFR时隙彼此独立，并且因此可以具有可变的持续时间τi，只要nd个HDFR时隙的持续时间τi之和对应于标准帧率时间间隔1/SFR的持续时间，即
在本发明的方法的优选实际实施方式中，HDFR图像时隙期间图像的每个呈现由一个或更多个基础脉宽调制帧(PWM帧，也表示为“扰码”)组成，在该期间没有新的图像数据被呈现，但是在HDFR时隙期间呈现的图像的明是通过根据脉宽调制方案操作有源显示器的各个有源元件(例如LED元件)来控制的。
优选地，经由由G时钟(GCLK)馈送的脉冲计数器来生成nd个HDFR时隙中的每一个的持续时间τi,τ。因此，本发明优选地使用设有LED控制电路(LED驱动器)的有源显示器，而不是采用经由驱动器的OE(输出使能)引脚接收外部PWM信号的传统LED驱动器，该LED控制电路从内部生成的被馈送到电路的脉冲计数器的G时钟(GCLK)信号生成PWM帧(扰码)。LED的实际亮度由PWM占空比控制，即每个PWM时间间隔内LED处于“开”模式与“关”模式的比率。除了脉宽调制之外或作为脉宽调制的替代，HDFR图像时隙的明度还可以经由操作个体有源元件(例如LED元件)的电流来控制。通过经由G时钟控制PWM帧，不仅可以生成相等持续时间的HDFR时隙，而且可以生成可变持续时间的HDFR时隙，如下面将更详细地描述的。PWM信号控制LED的色阶和亮度。外部PWM信号在长距离传输中会出现失真和衰减，从而导致颜色和亮度变化。相比之下，使用内部生成的G时钟和PWM信号来确定HDFR时隙的持续时间和亮度会导致对应图像帧的高精度。
当涉及在上面引用的可变持续时间方案中具有不同持续时间的图像和互补/反转图像对时，这是特别有用的。在本发明的优选实施例中，通过改变G时钟的频率，同时经由脉冲计数器对相同的预定数量的脉冲进行计数，可以获得不同持续时间τi的HDFR图像时隙。因此，本发明的方法确保两个图像组合成精确同质的灰度图像。
当同步相机捕获包含一个或更多个有源显示器的场景时，HDFR时隙的前缘或后缘可用作触发点，并且可变长度可调整到触发点的右侧或左侧。
当使用旨在捕获另外的图像数据序列之一的视频摄像机时，通常必须在相机和显示器之间进行同步程序以确保仅捕获期望的HDFR图像时隙而无需例如捕获显示例如互补/反转图像的相邻图像时隙的部分。优选的程序包括将相机设置为比实际视频拍摄所需的快门时间短得多的快门时间，以便仅捕获HDFR图像时隙的一部分。虽然由于快门时间较短，捕获的视频会相当暗，但它对相邻HDFR图像时隙的干扰会更加敏感，以便可以快速实现正确的同步。然后，根据照明条件选择所需的快门速度并开始视频拍摄。
在本发明的一个实施例中，nd个HDFR图像时隙中的至少一个包括黑相。术语“黑相”表示物理显示器变暗的时间间隔，例如，在LED显示器的情况下，所有LED都关闭。这可以通过在黑相的持续时间期间关闭G时钟(CLK)来实现。黑相可以具有典型HDFR图像时隙的持续时间，然而优选地，黑相具有高达HDFR图像时隙的50％的持续时间。更优选地，黑相的持续时间明显短于相应的HDFR图像时隙的持续时间τi。术语“明显短”意味着黑相的持续时间短于相应的第nd HDFR图像时隙的持续时间的20％，优选地短于其10％，并且特别优选地短于其5％。通常，当采用例如20ms(50Hz)或16.7ms(60Hz)的标准帧时间间隔时，HDFR图像时隙具有毫秒范围内的持续时间，并且插入的黑相具有0.1ms范围内的持续时间。在与旨在被视频摄像机捕获的另外图像数据序列(F1k；F2k；F3k)相关联的HDFR图像时隙的初始部分中，特别优选插入黑相。因此，在有源显示器的控制电路的放大器瞬态振荡期间(在控制电路的部件的稳定时间期间)，有源显示器是黑的，从而允许视频摄像机捕获已经表现出期望颜色和发光值的干净图像。黑相也可以插入到第一图像数据序列(F0k)的图像的初始相位中，但在这种情况下，颜色和亮度的微小偏差不太重要，因为通常，对于第一图像数据序列的图像不存在反转/互补图像。
如果在标准帧率时间间隔ΔT＝1/SFR期间提供至少六个HDFR图像时隙，则可以进一步减少有源显示器的闪烁。标准帧率时间间隔ΔT期间的优选时隙数量是12、24或36个HDFR时隙。
如上，在标准帧率时间间隔ΔT＝1/SFR期间示出的另外的图像数据序列(F1k，C1k；F2k，C2k；F3k，C3k)倾向于增大旨在被直接观看者看到的第一图像数据序列(F0k)的图像的黑电平。这种增大的暗示水平在明亮的环境中构成了一个特殊的问题，例如在阳光直接照射在LED广告牌上的户外体育赛事中。在这种情况下，必须增大旨在被视频摄像机捕获的另外的图像数据序列(即图像数据序列F1k；F2k；F3k)的亮度，从而加剧了第一图像数据序列中的黑电平增大的问题。因此，赛事的直接观看者会将第一图像数据序列视为具有某种灰色覆盖的视频源。为了最小化第一图像数据序列中的黑电平增大，本发明建议呈现至少第二图像数据互补序列C1k；C2k；C3k的图像的HDFR图像时隙还包括第一图像数据序列(F0k)的图像数据。这允许增大来自第一图像数据序列的图像与来自另外的图像数据序列的图像的比率，从而改善直接观看者的观看体验。类似地，当捕获不止一个HDFR图像时隙(例如整个标准帧率时间间隔)时，不同步的相机的记录得到改进并且本质上对应于直接观看者的观看体验。
有源显示器通常在一定的亮度下操作，例如8比特位(256个明度级别)、9比特位(512个明度级别)、10比特位(1024个明度级别)、12比特位或者甚至高达16或24比特位。当另一图像数据序列F1k；F2k；F3k的图像必须以高亮度呈现时，例如由于明亮的环境，则对应的互补图像数据序列C1k；C2k；C3k也以高亮度呈现，以便为了使组合图像F1k，C1k；F2k，C2k；F3k，C3k形成同质的灰度和图像。通常，互补图像数据在比对应的另一图像数据序列F1k；F2k；F3k更短的HDFR图像时隙期间呈现，因此需要互补图像数据序列的甚至更高的亮度。因此，可能难以在不使对应的HDFR图像时隙饱和的情况下包括来自第一图像数据序列的附加图像数据。因此，在本发明的优选实施例中，建议有源显示器的有源发光元件在增大的电流下操作，同时互补图像分量的亮度(基于位的明度级别)成比例地降低。在某些实施例中，用于有源元件(例如LED或OLED)的驱动芯片可以例如经由可调电阻器来降低有源发光元件的标称电流(即100％电流的值)，使得LED可以即使在其标称电流的100-200％下也能安全运行。
通常，诸如LED等的有源元件具有非线性功率-电流关系。因此，当根据本发明进行电流调整时，必须应用对这种非线性行为的校正，以便确保不影响颜色变化，否则颜色变化可能会通过不充分地消除图像和另外图像数据序列的反转/互补图像而直接或间接地影响旨在供直接观看者观看的图像(第一图像数据序列)。相应的功率电流关系通常由有源元件的制造商提供，并且因此可以在用于控制显示器的硬件中实现。通常，使用两个(线性近似)、三个或四个数据点并在工作范围内内插/外推将产生满意的结果。
在另一实施例中，呈现图像数据的至少第二互补图像数据序列(C1k；C2k；C3k)的图像的图像时隙包括紧接在前的和紧接在后的HDFR图像时隙的图像分量。
优选地，本发明的方法中使用的显示器是LED或OLED(AMOLED)显示器。
本发明还涉及一种用于操作包括有源发光元件阵列的有源显示器的系统，其中系统包括被配置为执行上述方法的控制单元。
附图说明
现在将结合附图来更详细地描述本发明。
在附图中：
图1是可以实施本发明的方法的演播室环境的示意图；
图2是可以实施本发明的方法的体育场的示意图；
图3是采用两种馈送的本发明方法的示意图；
图4是采用三种馈送的本发明方法的示意图；
图5是帧序列的示意图，其中各个时隙具有可变长度；
图6是与图5的序列类似的具有黑相插入的帧序列；
图7是示出了第一图像数据序列的比例增大的帧序列；以及
图8是图7的方案的替代实施例。
具体实施方式
图1示出了数字视频演播室10的示意图，其包括由许多单独的LED面板12制成的LED背景墙11。当从前侧13观看时，LED墙11是基本上无缝的墙，但是如从墙11的部分可见的背面14可以看到的，LED墙11由固定在合适的安装结构15上的各个面板12组成。演播室10还包括也是由各个LED面板制成的LED地板16，以及也是由各个LED面板制成的LED天花板17。演播室10还包括常规照明设备，例如顶灯18和落地灯19，以及由图1中的相机20示意性表示的一个或更多个数字相机。图1还表示由截锥21指示的相机20的视场。演员22被示出在相机20前面并在相机视场的截锥内。附接至相机22的是在图1的示例中指向其中可以呈现跟踪图案的LED密封的辅助相机23，该跟踪图案将由附接至主相机20的辅助相机23捕获，从其可以推导出相机20的位置和方向。
图2示出了体育场——在图2的情况下是足球体育场30——具有足球场31和围绕足球场31的看台结构32。在足球场31的圆周33处，由各个LED面板35组成的LED行34被设置来显示广告。在本发明的方法中，将被体育场内的观众看到的广告可以被呈现为第一图像数据序列，而色度图像可以被呈现为第二图像数据序列。为了减小对体育场内现场观众的干扰，本发明提供了第三图像数据序列，其包括表示第二图像数据序列的色度图像的互补/反转图像的图像帧。在一个实施例中，第一图像数据序列还可以包括跟踪图案，而第三图像数据序列可以包括所述跟踪图案的互补图像。
下面，参考典型的HDFR图像时隙序列更详细地解释本发明的方法。在所呈现的示例中，假设标准帧率对应于50Hz，因此标准帧率时间间隔ΔT＝1/SFR对应于20ms。图3至图8中仅示出了一个标准帧率时间间隔k，但是应当理解，对应的时间间隔k-1、k-2、…向所描绘的时间间隔的左侧延伸，而对应的时间间隔k+1、k+2,…向所描绘的时间间隔的右侧延伸。此外，在许多应用中，为了简单起见，HDFR图像时隙的数量将大于本示例中描绘的图像时隙的数量。
图3示出了本发明的方法的实施例的示意图，其中以时间分片多路复用的方式在有源显示器上示出两个不同的馈送。在图3的实施例中，20ms(50Hz)的标准帧率时间间隔被细分为12个时隙/片，每个时隙/片具有1.67ms的持续时间。在第一列中，e表示时隙编号，L表示呈现相应时隙的相对亮度。F0表示针对直接观看者的第一馈送，F1表示不针对直接观看者的馈送。在图3的实施例中，在每个标准帧率时间间隔期间(主要在时隙1、2、3、6、7、8、9、10和12中)仅提供两个馈送，旨在被直接观看者观看的图像数据内容实例显示在有源显示器上。第二馈送F1的图像数据作为图像F1和互补/反转图像C1的组合仅在时隙4和5中示出，使得时隙4和5的组合效果产生(尽管不是有意识的)感知的灰度图像。为了更加隐藏图像内容F1的插入，时隙4和5的亮度仅为呈现图像数据F0的时隙的亮度的30％。根据本发明，为了确保在两个馈送中呈现灰度图像，时隙10和11不用第一馈送的图像数据F0的“常规”表示来填充，而是时隙10和11用来呈现第一馈送的图像数据的图像以及反转图像。此外，为了确保亮度变化发生在大于标准帧率的定义频率下，时隙10和11的相对亮度也已降低至时隙1、2、3、6、7、8、9和12的亮度的30％。通过在时隙11中呈现对应的互补/反转图像来“隐藏”旨在被直接观看者观看的图像数据的一个时隙(即时隙10)的事实是违反直觉的，但有效地减小了由于插入第二馈送的图像数据而导致的闪烁。
图4示出了与图3类似的示例，但是除了旨在被直接观看者观看的第一馈送之外，两个附加的“第二”馈送，即第二馈送F1和第三馈送F2，分别被呈现为图像F1、F2与相应的互补/反转图像C1、C2的组合。类似于图3的实施例，图像和反转图像的组合以比旨在被直接观看者观看的图像更低的相对亮度呈现，并且所得到的灰度图像再次均匀地分布在十二个HDFR图像时隙内，使得发生定义的亮度变化频率，该频率大于标准帧率50Hz。
现在将更详细地描述具有可变长度的HDFR图像时隙的概念。图像时隙的最小持续时间等于最小传输时间加上Vsync信号。GCLK频率应变化以在给定时间内显示完整图像。假设最多有12个图像时隙：
F1显示为tF1＝2ms时增益GF1＝0.5。然后显示C1为最短时间tC1＝1.67ms和增益为
图5显示了帧序列的示意图，其中各个时隙具有可变的持续时间。图5a)示出了9个HDFR图像时隙的实际序列，其中帧时间间隔的主要部分归因于旨在被直接观看者看到的第一图像数据序列F0。提供另外三个图像数据序列F1、F2、F3，每个序列具有其互补/反转图像数据序列C1、C2、C3。图5b)显示了控制图像数据传输的数据时钟(DCLK)序列。从中可以看出，在呈现时隙(例如F1)期间，随后的时隙C1的图像数据被发送到有源显示器，等等。图像数据包括有源显示器的每个LED的亮度(luminance)值。作为示例，具有10比特位分辨率(1024个亮度级别)的LED显示器包括LED，该LED根据数据时钟信息应当以其最大强度的50％操作。因此，传输的明度(brightness)信息(范围0-1023)对应于值511。图5c)显示了如何将该值传输到合适的脉宽调制PWM。例如以10MHz的正常频率生成G时钟(GCLK)。在简单的实施例中，脉冲计数器对脉冲的数量进行计数，直到达到该图像时隙的期望值(在该示例中为511)。在G时钟的脉冲的剩余时间内，PWM信号关闭。因此，PWM信号以50％的占空比操作。然而，在优选实施例中，有效脉冲在时隙的整个时间间隔上均匀地分布。
图6显示了与图5的序列相似的帧序列，但具有黑相插入。从图6a)中可以看出，将持续时间为0.1ms的黑相插入到第一图像数据序列F1、F2、F3中的每一个的初始部分中。从图6b)可以看出，黑相是通过在所需黑相期间关闭G时钟来生成的。
现在将更详细地描述增大场地馈送的明度的概念，即旨在被直接观看者看到的第一图像数据序列F0：反转图像以更高的电流显示，但因此具有降低的亮度水平。这样，剩下的颜色/亮度空间就有了余量，并且可以将适合直接观看者的人眼的内容添加到图像中。图7显示了此概念的示例，假设PWM控制的明度范围为10比特位，即从0(黑)到1023(最大)强度。图像增益因子是PWM控制的图像明度在该范围内的比例，即增益＝0对应于“0”的10比特位值，增益＝1对应于“1023”的10比特位值。有源显示器的有源发光元件(例如LED)的实际亮度由增益因子乘以元件工作的电流乘以增益因子给出。在图7a)所示的本发明方法的基本实施例中，F1以增益0.5(即，在511比特位PWM电平)和电流0.2显示，并且互补/反转图像C1以相同的增益和电流显示，使得F1和C1之和产生无特征的灰度图像。在图7b)所示的实施例中，F1也以增益0.5和电流0.2显示，但C1以增益0.25和电流0.4显示，使得F1和C1之和仍然产生无特征的灰度图像，但供直接观看者观看的场地馈送F0能够仍然可以以0.75的增益被添加，从而场地馈送的整体比例增大。但必须记住，R、G和B LED的电流-强度关系各不相同。因此，需要进行色彩校正。需要确保补充图像内容的亮度水平保持恒定。无论为反转图像时隙选择哪种当前设置。在这里，记住光量(本质上是光子的数量)与亮度/明度级别B和增益G成正比是有帮助的，其中在电流c(c∈[0,2]，当因子由驱动芯片电流设置给出时)和时间t的情况下，图像被显示：
nph～G*B*c*t
图8示出了图7的方案的扩展，其中紧接在给定的另一图像数据序列F0(场地馈送)、F1(第一并行馈送)、F2(第二并行馈送)之前并流动的两个反转图像加上场地馈送的附加图像内容被组合在一个HDFR图像时隙中以提供具有增大的第一图像数据序列F0的比例的帧序列。这允许更大的灵活性和能力，特别是在低时隙系统中，像ROE Visual商业化的LED地板系统“Black Marble”。
此外，这种具有可变持续时间的HDFR图像时隙的方法可以与增大第一图像数据序列(场地馈送)的亮度的概念相结合：因此，可以通过以下方式计算反转图像的增益：
电流取自之前的示例。因此，0.7*F0可以被添加到经颜色校正的反转图像。在某些情况下，可以通过假装具有更多扫描线来修改某些驱动器芯片，但该技术有几个缺点。然而，最小显示时间将与传输时间分离。

Claims (16)

1.一种用于操作包括有源发光元件阵列的有源显示器的方法，所述方法包括以下步骤:
提供旨在被直接观看者看到的第一图像数据序列(F0k)的第一馈送；
提供不旨在被所述直接观看者看到的第二图像数据序列(F1k，C1k；F2k，C2k；F3k，C3k)的至少一个第二馈送，所述至少第二馈送包括第二图像数据序列(F1k；F2k；F3k)和第二互补图像数据序列(C1k；C2k；C3k)，使得每个图像的组合(F1k和C1k；F2k和C2k；F3k和C3k)产生同质的灰度图像，所述第二互补图像数据序列(C1k；C2k；C3k)包括所述第二图像数据序列的反转/互补图像数据；
选择标准帧率(SFR)，所述第一图像数据序列和所述至少第二图像数据序列以该帧率呈现在所述有源显示器上；
其中，所述有源显示器在所述标准帧率(SFR)的标准帧率时间间隔ΔT＝1/SFR期间以高显示帧率(HDFR)操作，所述HDFR包括nd个HDFR图像时隙/片，每个HDFR图像时隙具有持续时间τi，其中
在每个标准帧率时间间隔的所述nd个HDFR图像时隙中，以时间分片多路复用方式在所述有源显示器上呈现所述第一馈送和所述至少第二馈送的所述图像数据；
以及其中，所述第一馈送和所述至少一个第二馈送中的至少两个馈送包括从图像数据和互补图像数据的所述组合(F1k和C1k；F2k和C2k；F3k和C3k)获得的所述灰度图像，所述灰度图像以相等的亮度呈现在所述有源显示器上、并且以所述有源显示器的亮度变化以大于或等于所述标准帧率(SFR)两倍的频率发生的方式均匀地分布在所述nd个HDFR图像时隙内。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述有源显示器的所述亮度变化以大于100Hz的频率发生。
3.根据权利要求1或2之一所述的方法，其中，所述第一图像数据序列(F0k)的所述第一馈送还包括第一互补图像数据序列(C0k)，使得每个图像的组合(F0k和C0k)产生同质的灰度图像，所述第一互补图像数据序列(C0k)包括所述第一图像数据序列的反转/互补图像数据，
以及其中，所述至少两个馈送的所述灰度图像包括来自所述第一馈送(F0k和C0k)的灰度图像和来自所述第二馈送(F1k和C1k)的灰度图像。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中，所述第二图像数据序列(F1k；F2k；F3k)的图像与所述第二互补图像数据序列(C1k；C2k；C3k)的反转/互补图像的每对(F0k，C0k；F1k，C1k；F2k，C2k；F3k，C3k)在3.3ms或更短的时间间隔内呈现。
5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其中，标准帧率时间间隔ΔT的所述nd个HDFR时隙具有相同的长度τ。
6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其中，标准帧率时间间隔ΔT的所述nd个HDFR时隙具有可变长度τi。
7.根据利要求1至6之一所述的方法，其中，所述nd个HDFR时隙中的每个HDFR时隙的长度τ、τi是经由由G时钟(GCLK)反馈的脉冲计数器生成的。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述HDFR图像时隙的不同持续时间τi是通过在经由所述脉冲计数器对相同的预定数量的脉冲进行计数的同时改变所述G时钟(GCLK)的频率来获得的。
9.根据利要求1至8之一所述的方法，其中，所述nd个HDFR图像时隙中的至少一个包括黑相，所述黑相的持续时间短于相应的HDFR图像时隙的持续时间τi。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述黑相的持续时间短于所述nd个HDFR图像时隙的持续时间的20％。
11.根据权利要求1至10之一所述的方法，其中，在标准帧率时间间隔ΔT＝1/SFR期间提供至少六个HDFR图像时隙。
12.根据权利要求1至11之一所述的方法，其中，呈现所述至少第二互补图像数据序列(C1k；C2k；C3k)的图像的HDFR图像时隙还包括所述第一图像数据序列(F0k)的图像数据。
13.根据权利要求12所述的方法，包括：在成比例地降低互补图像分量的亮度的同时，以增大的电流操作所述有源显示器的所述有源发光元件。
14.根据权利要求12至13之一所述的方法，其中，呈现所述至少第二互补图像数据序列(C1k；C2k；C3k)的图像的所述HDFR图像时隙包括紧接在前的HDFR图像时隙的图像分量和紧接在后的HDFR图像时隙的图像分量。
15.根据权利要求1至14之一所述的方法，其中，所述有源显示器是LED或OLED显示器。
16.一种用于操作包括有源发光元件阵列的有源显示器的系统，所述系统包括被配置为执行根据权利要求1至15之一所述的方法的控制单元。
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