CN1209932C - 降低立体图像中磷余辉的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

采用受控于PDP的快门眼镜可成功地在等离子体显示屏上，使左右图像在短的轮换过程中显示出立体的图像，但磷时滞效应破坏了立体视觉。立体图像的帧周期被分别分成左图像的至少一个左周期和右图像的至少一个右周期。两种图像是相类似的，从一对相应的象素中确定其通用部分，左右图像的副场码字被确定成特定的左/右副场(SLSF，SRSF)的一部分和通用副场(CSF)的一部分。通用副场(CSF)设置在左右图像的多个左右副场的后面从而使磷时滞效应不被眼睛看到。

Description

降低立体图像中磷余辉的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种在具有很多发光单元的显示装置，尤其是等离子显示屏(PDP)中为立体显示处理视频帧的方法和装置。发光元件都应是视频帧中的一个象素。每一个视频帧都包括一左一右的两幅图像，而视频帧的存留时间都被分为若干个副场。在此期间，对应控制亮度的副场码激发小脉冲的用于光发射/生成的发光元件。
背景技术
人眼系统看到的三维透视图像是以处在左右并列位置的双眼为基础的。每个眼睛对同一视野都具有稍有不同的视角。两个独立的图像被送入大脑中按图1方式处理。当两个图像同时到达大脑背后时，联合而成一幅影像。意识将两幅图像的相似性配合在一起并又添入其中的微小差别从而最终获得一个三维的立体影像。由于这种立体的视觉，所以人眼看到的物体就是一个三维空间(高，宽，深)的立体，它所增加的深度方面的感觉使得立体视觉变深丰富而有空间感。而且文体图像增加了大脑中印象的清晰度。
在视频技术中，三维图像是类似于人眼系统那样由并列安放的两个视频镜头来产生的。也可以采用复杂的软件为主的方法，凭(模拟光的传布的)光线轨迹来产生人工的立体图像。这种图像被称之为左右图像。如果左右图像顺序从一个光源按图2方式显示出来，并且眼前的同步快门系统还促使右图像只进入右眼，左图像只进入左眼，那末就可以观察到立体图像。快门装在眼镜中，并且和交替(而不是同时)显示的左右两组图像相匹配，镜片选遮档一个眼睛而后遮挡另一个眼睛，并与图像的显示相同步。这种方法通常称之为“轮场法”。这种方法不可避免由观看彩色立体影片时产生的视网膜对抗现象。(早在1858年就出现的一种老的方法是用两种颜色的眼镜观看双色的图像，每种颜色只与一个眼睛有关，从而得到一个单色的立视觉)但是这种方法也会因两个图像之间的延时视差而引来不适，或因磷的余辉而有引起的图像之间产生鬼影(重影)的可能。
大多数的镜片快门系统都采用偏振光工作的LCD(液晶显示器)。目前，采用LCD的镜片可以有很优良的开关速度和合理的换镜衰减率，现在市场上有的光电偏振快门只能传输30％的非编振输入光(完全的偏振镜可传输50％的非偏振光)。这使亮度大为减低。某些眼睛快门是和监视器用导线相联的，另一些则用红外无线遥控。
在等离子体显示屏上展示产体电影并不是一种简单的设计选择，因为对于不想降低场频的这种技术来说在一个帧周期中需要显示两幅不同的图像则是一个新的桃战。
一种PDP采用了只能有“开”和“关”的放电单元的矩阵。其中的灰度也和CRT(阴极放线管)线LCD不同而是用发射光的模拟控制来表达的。PDP是用调制每幅的光脉冲(保持脉冲)数来控制灰度的。眼睛将总合这种时间-调制超过相应于眼睛的时间响应的周期。为了重现灰度，等离子显示通常分成被称为“副场”的发光周期，每个周期(副场)相应于一视频图像输入数据的一位数。例如，如果采用8位辉度则每一级辉度可以用下列的8位数来代表：
1-2-4-8-16-32-64-128
为了在PDP技术中实现这种编码，帧周期通常被分成8个发光周期(被称为副场)，每一副场相应于一位数。位数为“2”的光脉冲数是位数为“1”的两倍，依此类推。由此8个“副周期”就可以通过副场组合得到256个灰度级别。
为了便于分类，将副场定义如下：副场是一个时间周期，在此周期内每一个放电单元将顺序完成如下工作：
1.写入/寻址期；单元在此期内或者由高压而处在激励状态，或者由低压而处在中性状态。
2.保持期：在此期间内由短脉冲而引起的气体放电导致相应的短发光脉冲，当然只是当发光单元受到激励时会产生光脉冲，如果发光单元是处在中性状态则不会产生气体放电。
3.擦删期：在此期间内单元中的电荷消失。
在某些特定的等离子驱动方案中(由先者(pioneer)提出的增量编码)每个副场中并不呈现寻址或擦删周期，而是在一组副场之前或之后用一种可选择的寻址/擦删来取代。
实施立体图像显示的一个简单方法就是利用LCD快门眼镜，再将副场分成左副场组和右副场组，而且使之与LCD眼镜的快门同步启闭。这种方法的又一优点就是很容易用改变副场编码方法来在同样的显示器上获得二维和三维的影像。
为了便于表达，现假定PDP可在60赫的模式(即16.67毫秒帧周期)帧中每帧显示20个副场。此外再假定眼睛快门的瞬时响应就需要一个寻址周期的时延。显然这些数据都只是一个例子而已。
图3是根据上述假定的模式所表示的一个光发射方案。按上述假定的实例左右图像各有十个副场，图中副场顶端所标的数字表示了相关副场的权值。各个副场的权值的总和是255，即相应于8位数的最大可能值。在视频技术中输入和红绿兰数据就是8位数的字长，这就满足了标准的视频质量(SDTV)。副场的寻址周期已标在图3上，但擦删周期比寻址周期短得很多所以没有标出。采用10个副场码，左右图像的质量就很好了。
如上所述的立体图像系统需要使左副场只被左眼看到，而右图像只被右眼看到。但这并不是从一开始就能得到保证的，因为绿色和红色的发光材料有一种时滞效应，当右眼的快门关闭时左眼还能接取到右图像中的部分亮光。反过来即光左眼的快门关闭时也会发生同样的情况。由于眼睛同时接收到左右图像信息所以这种磷时滞(余辉)效应就大大破坏了立体电影的效果。图4就表示了这种磷时否(余辉)效应带来的问题，其中的左图像是在右图像之后立即呈现在PDP上的。在图4的这个实例中，左眼将看到上一个右图像显示的少量亮光所造成的“鬼影”(重影)。这种鬼影可是以破坏整个立体视觉。
图5表示了这种效应在等离子体单元上的情况。红绿单元有余辉，即切断时带有一些时延，这意味着会出现一个右图像切断之后(由于红绿单元的余辉造成的)继次发光的白点。因为右眼关断的同时左眼就开启了，右图像的继次发光就只被左眼看到，从而破坏了立体效果(与图4相比较)。同样的情况也发生在左眼关断右图像显示后的右眼上面。在场周期比图5所示的稍长一些，并在其末端包含有一点空档的情况下，左眼的这种效应就可能不如右眼的严重，而这个空挡也是必须的，因为视频电源不标准时，视频的行可能要不稳定(抖动)，为了保证副场适应于不稳定的视频行，所有副场的时间的总和就要比一个一个标准的视频行稍短一些。从录相机，游戏机等装置中引出的视频信号中可以看到这种抖动不稳定性。
发明内容
考虑到这些，本发明的一个目的就是要提供一种方法或装置，其中虽然采用磷作为显示元素，但也能显示出立体图像来。
本发明提供了一种具有许多显示单元的显示装置中处理立体显示视频帧的方法，一个或多个显示单元对应于视频帧中的一个象素，每一视频帧包括一个左图像和一个右图像，视频帧的帧周期被分成用于左图像的左周期和用于右图像的右周期，每一帧的帧周期分成若干个副场，显示单元就在此帧周期中被脉冲按控制亮度的副场码字激发而产生光，其中左右图像按相应的象素而确定其副场的码字，所述码字由两部分构成，一部分专用于称之为通用副场的多个副场，用于通用副场的所述部分在左右图像副场的码字中具有相同的输入，左右图像副场的码字的另外部分专用于称为特定左图像副场和特定右图像副场的多个副场，其中特定左图像副场按照呈现的顺序被安排在同一帧图像的用于左图像的通用副场的前面，并且特定右图像副场按照呈现的顺序被安排在同一帧图像的用于右图像的通用副场的前面。
本发明还提供了一种具有许多显示单元的显示装置中处理立体显示视频帧的装置，一个或多个显示单元对应于视频帧中的一个象素，其中的一视频帧是用来显示一个左图像和一个右图像的，该装置包括控制装置，用于将视频帧的帧周期分成用于左图像的左周期和用于右图像的右周期，并用以将视频帧的帧周期分成若干个副场，显示单元就在此帧周期中被脉冲按控制亮度的副场码字激发而产生光，还包括副场编码装置，用于对左右图像按相应的象素确定其副场的码字，所述码字由两部分构成，一部分专用于称之为通用副场的多个副场，用于通用副场的所述部分在左右图像副场的码字中具有相同的输入，左右图像副场的码字的另外部分专用于称为特定左图像副场和特定右图像副场的多个副场，还包括另外的控制装置，用于将特定左图像副场按照呈现的顺序安排在同一帧图像的用于左图像的通用副场的前面，并且将特定右图像副场按照呈现的顺序安排在同一帧图像的用于右图像的通用副场的前面。
本发明的方法是以重新组合副场为基础的，根据本申请人的另一份欧洲专利申请01103185.3可获知一种概念，亦即对于有一些称为通用副场的副场来说为了适应于原始左图像和原始右图像的象素副场码字确定为具有相同的输入。这个思路是因为在立体影像中的大多数图像的相应的左右图像单元数是极为相似的。从通用副场中为左图像和右图像分出特定的左右副场。多个通用副场可以一起成组并随后布设在特定左副场组和特定右副场组之间。左右眼快门的开启时间在通用副场所在的周期中重叠在一起。这就允许在左右图像中产生更多的光脉冲而立体图像更为明亮了，在本申请的另一个实施例中，各组的副场可以交叉安排以便减少出现视差的时间。
为了减少磷时滞效应，本发明第一实施例的总的思路是以减少副场的权重来复制通用副场组并将一通用副场组放在特定的右副场组和特定左副场组的后面。采用这种副场的安排就可以保证由左图像引起而被右眼所见的重影发源于通用副场的组，它的亮光无论怎样都落在两个眼睛上，反之，右图像的重影也是一样。于是在立体图像显示的情况下磷时滞效应就有效地减弱了，并且还不会再现闪烁。
本发明的另一个概念是立足于采用少量的右副场和左副场用的副场，并且将这些副场放在相应的左图像和右图像的场周期的开始的地方，这样使每个场周期的终端处留出一段较大的空时段，其中放电单元并不被激发而产生光发射。这就保证了空时段之前的副场中放电单元被激发的余辉基本上都落在其后的空时段中。快门的切换从一个到另一个是在这个空时段之后进行，这样重影就被抑制或至少大大地减弱了。
附图说明
本发明的具体实施例用下列附图表示并在说明书中详细叙述：
图1表示立体影视的原理图；
图2表示用轮场编码法显示立体图像的原理图；
图3表示立体图像中出现磷时滞效应的实例；
图5表示磷时滞效应原理的略图；
图6表示根据本发明的第一实施例的副场编排示意图；
图7表示当采用如图6所示的副场编排时磷时滞效应原理的略图；
图8表示在本发明的一个具体实施例中副场编码方法的示意图；
图9表示本发明装置的实施例电路的方框图；
图10表示根据本发明的第二实施例的副场编排示意图。
具体实施方式
本发明的优选实施例可参照图6到图10依次解释清楚。
本发明的第一实施例的立足点是将立体影按上述原则分离而进行特定一通用副场编码。特定通用副场编码的原理是描述在申请人先前的欧洲专利申请EP 01103185.3中。为了揭示本申请的目的，也曾要参考在先的申请。在这个概念后面的基本思路就是用三个图像来代替两个图像：亦即用一个特定右图像，一个特定左图像和一个通用图像来代替右图像和右图像。
这种概念是以这个事实为基础的：从同一个影像上所看到的两个视图的图像是极为相象的。一对左右图像(R，L)可被转变成三个图像：特定右(R’)，特定左(L’)和通用(C’)。这种转换可表示如下：
影像中的每个象素：
(C’)＝通用((L)，(R))
(R’)＝(R)-(C’)
(L’)＝(L)-(C’)
其中通用((L)，(R))是(R)和(L)的视频值中的共用部分。
现已经完成了三种图像的副场编码工作得到了副场的安排关系，其中具备了特定左图像，通用图像和特定右图像的副场的相邻定位方法。在通用副场的周期期间左眼和右眼的快门的开启期是互相重叠的。
首先就应认识到：在特定左图像或特定右图像的副场周期中所产生的余辉对于在通用副场期内激发的放电元件来说是不会产生问题的。这是因为从通用副场中发出的亮光两个眼睛都能同时看到。本发明的基本原则就是在于复制通用副场，并使一个通用副场组安排在特定左图像副场组的后面；而第二个通用副场组安排在特定右图像副场组的后面。图6就表示了根据这个原则对四组图像((R’)，(L’)和两组(C’))安排的一个实例。在些实例中一个帧周期有20个副场。如图3那样的立体图像效果主要是以特定的左右副场为基础的。这样，特定左副场时被激发的发光单元的余辉落到右眼上就会破坏立体视觉效果，反之亦然，于是将特定左副场，特定右副场，和通用副场安排成图6那样。如已讲座过，右图像的通用副场的后发光对于左眼来说并不影响立体视觉效果，因为这些通用副场和左图像的通用副场是相同的，它们对右眼提供了相同的后发光。图7就表示了这种方案中磷时滞效应的作用。
换言之，特定右图像副场的余辉落在一通用副场上是不成问题的，因为这些通用副场也被右眼所看到。当眼睛的快门切换到左眼时，通用副场的余辉落在特定的左副场上，这也不成问题，因为这些通用副场是重复在特定的左副场之后并被左眼睛所看到。所看到的是同样的关于左特定副场的现象。加之，在左边部分的通用副场会将余辉落在下一副幅的右边部分上，这是不会有严重问题的。在这个通用部分中所产生的亮光，是被两个眼睛都看到的，并且这种亮光在下一帧中的再现会在移动目标之后引起某种颜色的拖尾但是都不会破坏立体视觉效果。这就属于经典的磷时滞效应。而且，无论如何通用副场中所产生的光的强度又因为是复制而被消弱了。
下面再用图8来解释左图像和右图像中两个相似象素的编码实例。下面所给出的数值仅仅是一个例子，采用相同的原则可以作出不同数值的编码。
特定一通用的编码原则是在建立在两个图像之间利用通用数值的基础之上，在当前情况下，允许的最大通用数值是40。如果两个数值中的一个小于40，则较小的数值就等于通用数值。
在这个实例中，所研究的象素具有R，G，B三种数值：
在右图像中：R：207；G186；B137；
在左图像中：R：52；G19；B：137；
通用数值则选为40，这样即可写成：
对于右像素：R：207＝40+167
            G：186＝19+167
            B：137＝40+97
对于左象素：R：52＝40+12
            G：19＝19+0
            B：137＝40+97
这些数值清楚地表明了本实施例中的通用部分，用下列的权重：12-33-52-70-88配给5个副场码作为特定值，而用36-29-21-14-5的5个副场码作为通用值，红，绿，兰三个通道的编码就如下：
红通道：通用值是40，特定右值是167，特定左值是12。
绿通道：通用值是19，特定右值是167，特定左值是0。
兰通道：通用值是40，特定右值是97，特定左值是97。
因此红通道的编码就是：
通用值：40＝5+14+21
特定右值：167＝12+33+52+70
特定左值：12＝12。
图8就表示了对于所有三个通道的编码过程。在这个实施例中，通用和特定部分的数值没有在编码时丢失，在别的实例中，可能必须接受某些编码损失。当然在这种情况下，下一个最接近的数值应该优先取代原来的那个。
目前不可能在整个从0到255级视频电平范围中对通用副场进行编码，也不可能同样对特定副场编码。因此最好是对通用部分确定一个最大数值并且使用在比特定部分的最小权重的副场更小的通用部分的至少一个副场中。采用这个方法就不能设计出灰度的图像。尤其是人眼更为敏感的较低视频区的灰度。
本发明所披露的编码方法提供了一种既没有闪烁也没有很多磷时滞效应的立体图像，显示方法，而且具有很好灰度的可接受的影视质量。而且，这种编码方法还可以适用于各种有磷衰减现象的立体图像显示装置中(如LCD，LCOS，等)图9表示了本发明可能实施的电路方框图。输入的右图像和左图像进到去伽玛功能方框1中。方框1的输出进到图像分防单元2中，其中将原始输入的右图像和左图像转而产生出L’，C’，和R’三种图像。这三种图像再进入到一个副场编码器3中以获得三种副场码SF(R’)，SF(C’)和SF(L’)。等离子体控制单元4根据所给定的模式(二维或三维激发，50赫或60赫)用信号SEL来激发或去激发图像分离单元2并且用信号COD选择正确的副场编码算法。这个方框可产生触发信号，扫描，保持和擦删等各种等离子体控制信号，而且还可以产生眼睛快门5所需要的各种同步信号。特定右副场(SRSF)，特定左副场(SLSF)和通用副场(CSF)的码被依次输入到串并联转换单元6中，其中产生出顶数据(DATA TOP)和底数据(DATA BOTTOM)信号作为等离子体显示屏7的顶驱动器和底驱动器。通用副场(CSF)的码是两次送入串并联转换单元6中，从而构成如图8所示的完整的帧周期的码字。
最后，本发明的另一个被描写的实施例是非常简单的。因为红和绿的磷元素需要时间来切断，所以就留出时间给红和绿磷元素用以切断，从而不致于破坏立体视觉效果。
例如和上面一样考虑用每帧20个副场进行编码。每个眼睛上有十个副场从而构成一幅图像。规则如下：如果在每帧图像之间留出时间来切换磷的余辉，那末就不会出现磷的余辉来仿碍立体视觉效果了。这样，例如只用一半的时间来对左右图像编码，(即，每幅图像中只有5个副场)，这样就让磷的余辉留在剩余的时间里。图10就表示了这种编码的原则。
这种解决方案肯定降低了和灰度有关的视频质量，一种高频脉动技术可以用来改善低灰度画面，并且应该也适用于本实施例中，有关这种技术的详细情况可参阅本申请人的另一份欧洲专利申请印00250099.9。由于副场编码实现了高频脉冲才可能人为地将图像的灰度提高若干级。但是仅仅采用五个副场来编码一幅画像，视频质量总要比用10个副场降低很多。这就是为什么第一个解决方案是更为优越的道理。

Claims (6)

1.一种具有许多显示单元的显示装置中处理立体显示视频帧的方法，一个或多个显示单元对应于视频帧中的一个象素，每一视频帧包括一个左(L)图像和一个右(R)图像，视频帧的帧周期被分成用于左图像的左周期和用于右图像的右周期，每一帧的帧周期分成若干个副场(SF)，显示单元就在此帧周期中被脉冲按控制亮度的副场码字激发而产生光，其中左右图像按相应的象素而确定其副场的码字，所述码字由两部分构成，一部分专用于称之为通用副场(CSF)的多个副场，用于通用副场(CSF)的所述部分在左右图像副场的码字中具有相同的输入，左右图像副场的码字的另外部分专用于称为特定左图像副场(SLSF)和特定右图像副场(SRSF)的多个副场，其中特定左图像副场(SLSF)按照呈现的顺序被安排在同一帧图像的用于左图像的通用副场(CSF)的前面，并且特定右图像副场(SRSF)按照呈现的顺序被安排在同一帧图像的用于右图像的通用副场(CSF)的前面。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于在一个帧周期中的副场是依下列顺序安排的：特定左副场(SLSF)，通用副场(CSF)，特定右副场(SRSF)和通用副场(CSF)，或者是：特定右副场(SRSF)，通用副场(CSF)，特定左副场(SLSF)和通用副场(CSF)。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于快门眼镜(5)的右快门是在右周期时打开，而快门眼镜(5)的左快门是在左周期时打开。
4.一种具有许多显示单元的显示装置中处理立体显示视频帧的装置，一个或多个显示单元对应于视频帧中的一个象素，其中的一视频帧是用来显示一个左(L)图像和一个右(R)图像的，该装置包括控制装置(4)，用于将视频帧的帧周期分成用于左图像的左周期和用于右图像的右周期，并用以将视频帧的帧周期分成若干个副场(SF)，显示单元就在此帧周期中被脉冲按控制亮度的副场码字激发而产生光，还包括副场编码装置(3)，用于对左右图像按相应的象素确定其副场的码字(SF(L’)，SF(R’)，)，所述码字由两部分构成，一部分专用于称之为通用副场(CSF)的多个副场，用于通用副场(CSF)的所述部分在左右图像副场的码字中具有相同的输入，左右图像副场的码字的另外部分专用于称为特定左图像副场(SLSF)和特定右图像副场(SRSF)的多个副场，还包括另外的控制装置(4)，用于将特定左图像副场(SLSF)按照呈现的顺序安排在同一帧图像的用于左图像的通用副场(CSF)的前面，并且将特定右图像副场(SRSF)按照呈现的顺序安排在同一帧图像的用于右图像的通用副场(CSF)的前面。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于控制装置(4)将一个帧周期中的副场按下列顺序安排：特定左副场(SLSF)，通用副场(CSF)，特定右副场(SRSF)和通用副场(CSF)或者是：特定右副场(SRSF)，通用副场(CSF)，特定左副场(SLSF)和通用副场(CSF)。
6.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于快门眼镜(5)受控制装置(4)的控制，使得快门眼镜(5)的右快门是在右周期时打开，而快门眼镜(5)的左快门是在左周期时打开。
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