CN1269096A - 数字光栅校正 - Google Patents

Abstract

一种投影显示使用定义偏转校正因子的数字校正因子,其中对显示的中间点使用线性内插法。一种用于产生校正信号以校正显示屏上图象失真的电路包括一个用于存储行和列格栅中对应于屏上有间距点的位移值的存储器。该格栅的位移值通过定义用于校正图象失真的校正曲线,而不会引起显示屏上明显的带状区域。一个内插器连接到存储器上,用于在相邻的存储位移值之间插入中间值,以及一个数字到模拟转换器与内插器连接,用于提供校正信号。

Description

数字光栅校正

本发明涉及偏转校正波形发生的领域，并特别涉及几何和会聚校正信号波形的数字发生。

使用一个适用于分布在可见屏幕区域上等间隔点的可调因子的二维矩阵，可实现投影电视接收机中的数字会聚。可在其中的每一个点独立地细微调节偏转校正程度。

在水平方向，偏转校正由应用于矩阵点的数字因子确定，它转换为用于驱动会聚校正线圈的模拟信号。在矩阵点之间的中间点处，校正因子是用模拟滤波器平均来确定。在垂直方向必须计算对应于校正矩阵点的线之间那些扫描线的校正值。在成本较低的显示系统中，对于用数值定义的点之间的线的校正是取其上方和下方最接近的调整点的校正值之差被调整点之间的线数除，并且用线性内插法确定该线的加权校正值。因此，产生的波形是沿着两个数值点间的直线。为了适用于隔行扫描，可以在交替场的校正数据中加入一个偏置值。

除了会聚三色光栅上的相应点之外，数字校正还可影响图象的几何形状。通常选择绿色定位于投影系统光轴的中心。在这个位置，绿色管表面的图象经受最小的几何失真。红色和兰色显示在垂直方向位于轴上，但是水平方向通常离开光轴。结果，红色和兰色光栅被附加变形，并且要求梯形成形以补偿这个离轴投影位置。因为绿色图象的光学失真最小，所以选择它作为几何参考。该绿色光栅通过校正波形来确定尺寸和成形，使几何失真最小化。然后使红色和兰色光栅精确地与绿色图象校准。

未校正的绿色光栅具有大的垂直枕形失真，通过校正波形校正。为了优化几何形状，校正波形沿每列呈现独特的S形，含有正弦和抛物线分量，对于离轴的红色和兰色图象，还需要有一个附加的线性分量。

例如，校正波形可以按照一个定义为13行和16列因子的矩阵来调整。对于矩阵中的每个点，数字因子(numerical factor)定义为了获得精确的图象几何形状和红色及兰色光栅的校准，受影响的红色、绿色和兰色光栅在该点的相关位移，。由于每列的校正点或节点数相对较小，如在屏幕可见区域垂直放置二十个间隔点，线性内插的S形校正波形在越过每个节点时会有斜率突变。这些在每条调节线的斜率变化使得光栅扫描线的块呈现亮度差，这是因为在根据不同矩阵因子调节会聚的相邻区域中水平线不均匀分布引起的。如果显示一个具有恒定电平或“均匀”场的视频信号，则光栅呈现出一系列独特的、因校正波形的不连续性而引起的亮度不同的水平带或线。

在一个发明方案中，一个电路产生校正信号以校正显示屏上的图象失真。一个存储器存储对应于屏幕上行、列格栅中间隔布点的位移值。格栅的位移值通常定义校正曲线，该校正曲线用于校正图象失真而不会在显示屏上引入明显的带状区域。一个内插器连接到存储器，用于在存储位移值的相邻值之间插入中间值。一个数/模转换器与内插器连接，用于提供校正信号。

在另一个发明方案中，一个具有阴极射线管的视频装置显示受到失真的图象的。一个偏转线圈位于阴极射线管上并由驱动放大器驱动。一个数/模转换器产生耦合到驱动放大器的输出信号。一个存储器存储了对应于行、列隔栅中有间隔点的内插位移值。一个内插器与该存储器连接并且响应存储的内插位移值。该内插器插入与存储的内插位移值相邻的值。数字到模拟转换器与内插器连接并且产生校正信号以驱动偏转线圈，从而校正图象失真。

图1所示为数字校正电路的元件的方框图。

图2所示为具有数字光栅校正装置的投影显示的框图。

图3显示具有理想几何形状的标称光栅图案，交叉网格为可见部分，圆或点显示的是调整点的矩阵。

图4显示图3图案的一部分，以叉或X表示调整点之间的插入点。

图5是用于中心轴光栅(例如投影电视的绿色光栅)的列的理想几何会聚校正波形曲线。连接作为线形内插特征的调整点的直线除外。

图6示出了因列校正波形中斜率突变引起的具有聚束亮带(banding)的均匀场视频光栅，该斜率突变是由于图5示出的离散矩阵调整点间的线性内插引起的。

图7是线性而非S形校正波形的图，用于消除图6所示的聚束亮带。

图8示出了由图7示意的线性列校正产生的内枕型失真。

图9是根据一个发明方案的列校正图。

图10是根据一个发明方案及如图9所示的用于确定列值的公式表。

图11A和11B是5×5调节矩阵，图示了简化的线性值内插法以及所选线性矩阵列值的S校正。

图12是一个简化流程图，示出了S曲率到线性的13×16校正矩阵的有益相加。

一个数字光栅校正系统通常包括一个图形发生器，一个用于驱动会聚线圈的放大器，一个用于存储校正常数的存储器，以及一个控制器或微处理器的接口。图1示出了这样一种具有单个阴极射线管和偏转装置的系统。

该数字光栅校正系统包括内部控制器102。微处理器30A可以同与会聚图形发生器120连接的外部视频电路20一起使用，以用于单独调节和观看几何或会聚校正。以虚线框显示的外部调整(setup)微处理器用于处理写入EEPROM 103的初始调节值。这种外部微处理器的驱动调整可以使用自动装置来实现，记录和分析会聚测试图案显示，并且用于产生初始或更新的校正因子。对于几何或会聚校正的调整是需要的，例如，校正由于显示方位相对于地磁场的角度变化引起的失会聚或者元件发生故障的影响，并且这些相对于存储在EEPROM103中校正值的改变可通过微处理器30A实现。

图1示出了一些数字部分，而图2示出了有利于采用本发明数字光栅校正方法和装置的实施例投影显示系统的驱动电路和CRT。图1中的数字校正电路100包括EEPROM 103，它提供校正或调节因子的非易失存储，用于易失存储的内部RAM 104，以及数字到模拟转换器DAC 105，每个都与控制器102连接。

通过定义三色中每色的调节点的矩阵可进行几何或会聚调节。屏上视频图案发生器120可提供位置参考，用于在相对于存储在EEPROM103中数据点矩阵的显示屏上的特定位置进行调节。来自EEPROM 103的调节或校正数据在电源打开(power-up)时读入内部RAM 104，并随后用于产生诸如用在相邻参考位置之间的内插因子的进一步的因子。内部RAM104存储1248个数据字符，它表示水平的X校准点乘以垂直的Y校准点的13×16点，乘以表示行和场校正的2，再乘以表示形成R、G和B图象的三色显示装置的3的矩阵。

为了便于校正控制，显示装置的有效扫描区域分成了行和列的矩阵。可认为行和列的边线定义十字交叉格栅。图3示出了显示这种十字交叉格栅的实施例显示屏，其中矩形阴影定义有效或可见区域。为了便于说明，垂直格栅点或样本的数目是13，而水平样本的数目是16。这些数目的选择仅仅用于实施例。列和行的数目，以及由此引起的部分是根据引起的光栅中的希望校正范围来选择的。

可在每个测量点以及测量点间的插入行扫描线上为三色中的每一色采用正或负行和场校正。参考图1，信号通过控制器102读出并且耦合至数字到模拟转换器105，其输出通过低通滤波器106平滑并且通过驱动放大器107放大。该滤波器的输出是一个电流信号，表示在校正线圈108中校正会聚或最小化CRT 10上产生的光栅的几何失真所必需的电流。放大器107可以是一个反馈放大器，在光栅扫描期间读出调节因子的时候，该放大器测量瞬时线圈电流并且匹配校正线圈108中作为数字到模拟转换器(DAC)105输出的函数的电流。流经线圈108的校正电流使得在CRT10上形成的光栅扫描图象显现为会聚校正或最小化的几何失真。

在图4中，从C2₀到E4₀的六个圆圈点表示为其定义校正数据的点位置的子集。例如，从C2₁到C2₄标示为X的格栅点的校正值，也就是在C2₀和C3₀之间使用的值是通过在C2₀和C3₀的值之间的内插来计算的。结果，如果为列绘制校正值图，则它们可通过圆圈点间的线性直线分类，而斜率的不连续性或突变发生在圆圈点处。

在图2中，独立的红、绿和兰放大器110、210、310对应于更加概括的图1中的放大器107。在图2中概括地示出，放大器110、210、310用数字会聚发生器30提供的信号驱动校正线圈RVC、GVC、BVC。为水平校正线圈RHC、GHC、BHC提供了相应的放大器(未示出)。通过同步分离器20提供的水平和垂直(同步)频率信号，同步读出驱动校正放大器110、210、310及其相应线圈的信号。该水平和垂直(同步)频率信号还耦合到总线控制的波形发生器21，该发生器产生行和场波形。垂直锯齿信号在发生器21内进行调整，提供枕型、梯形和S校正，并且这种整型的或者预失真的波形耦合到垂直偏转放大器80和三个CRT的偏转线圈GV、RV、BV。在图2中，垂直偏转发生器和放大器80用虚线框示意，以表示垂直波形发生和成形产生在波形发生器21内。

图3可认为是表示具有理想几何形状的绿色参考交叉网格图案，可通过图5所示的校正曲线实现。图5的Y轴示出了数字校正值，它们驱动垂直绿色数/模转换器并且表示在校正线圈GVC中校正电流的幅度。十六条曲线中的每一条都是线状图，其中沿着网格的16条垂直列中每一条的有间距的相邻点的离散值以线连接。系列C₀-0₀是屏上可见的列。系列A、B和P在行回扫期间发生，并且可用于网状水平线末端的垂直位置的精确调节。

而由图4可以看出，在显示中会聚校正因子的矩阵中的水平线多于垂直线。为了从一个矩阵值平滑地进行到下一个，控制器102为每个连续的有一定垂直间隔的行扫描线线性地内插数值。参考图4，在矩阵点C2₀和C3₀之间的中间“X”线的校正以相等的增量线性地进行。下一点C2₁＝C2₀+(C3₀-C2₀)/5，而下一点C2₂＝C2₀+2*(C3₀-C2₀)/5等。用于圆形矩阵点的校正值存储在EEPROM 103中，并且在显示开始时读出。用于中间或“X”点的值可在起动(startup)时计算并且存储在RAM104中，或者在每个显示周期期间使用诸如SGS ThomsonSTV4020数字会聚IC这类内插集成电路根据存储的圆形矩阵点值做“飞行(on the f1y)”计算。换句话说，增加的差值(例如(C3-C2)/5)可在起动时计算并保存，并且逐渐增加到C2₀或前面使用过的会聚校正因子上。

线性内插法相对简单但产生一个尖锐的拐点，在该处标准S形校正波形的斜率改变。如果使用图5所示的值，则未调制的或“均匀场”光栅的顶部和底部将显示不同密度的带状区域，实际上是行扫描线的垂直位置的行与行的不同。图6示出了这种校正波形不连续的结果，其中为了便于说明起见进行了放大，并且忽略了光学投影亮度效应。图6示意的带状区域是由靠近一些曲线的末端的斜率突变引起的。由于绿色CRT(图象)提供白场约60％的亮度，所以这种亮度聚束是最明显且不可接受的。

如图7所示，如果沿每列的校正值没有斜率的变化，则聚束消除。通过改变所使用的校正因子可最小化或消除聚束，从而平滑斜率的变化。例如，可调节数据，这样，沿每列的校正波形的二阶导数(second derivative)是连续或接近连续的。通过使沿每列的校正波形线性化，如使二阶导数为零，则可完全消除聚束。

通过采用每列的水平矩阵或调节线2和12的测量校正值，并且计算这些值之间的直线，即为每列线性地插入全波形，则可以消除聚束。然而，这种线性列校正引起了垂直枕型失真的不理想的校正，这是因为所需的几何规定校正波形是S形，是一个非线性函数，并且幅度随着相对于屏幕中心垂直轴的列位置而变。这种线性化而非S形的校正波形格栅显示产生具有直的顶部和底部的水平线(2&12)，并且在所有内部的水平线上，从顶部和底部向内的枕形失真曲率在中心线(7)减小到零失真。综合的几何失真在图8中进行了描述。水平矩阵线1和13不可见，这是因为它们发生在显示区域以外，但如果它们可见的话，则它们轻微地向外呈桶形。这种类型的枕型失真曲率是不能接受的，因为它几何扭曲了作为屏幕上位置的函数的图象。例如，该失真引起屏上图象元素的弯曲边缘，而观众知道那应该是直的。希望并需要诸如菜单或股票市场条边缘的块或线呈现为直的。

采用具有S形的场频(rate)模拟会聚信号来校正上述的内枕型失真，并且用来源于数字校正因子的信号精确调节剩余失真。由于模拟校正是连续的并且该校正的数字部分相对较小，所以减少了聚束和枕型失真的问题。然而，由于元件公差(component tolerance)和温度变化的原因，难以保持这种模拟校正信号的一致性。对这种模拟信号不稳定性的补偿会增加不希望的电路复杂性、成本以及功率消耗。

计算和存储每条光栅线的校正值是可能的。这种计算可包括沿着每个校正列使其连续或者二阶导数为零。然而，这种方法相对成本高且复杂，并且可能受到上述的聚束最小化和枕型失真之间折衷的损害。

在一个显示中，为了精确显示图象几何尺寸，可最小化聚束至事实上不被注意。在根据本实施例的设备中实验发现，如果在线性内插的数据中允许斜率变化但保持在一个最小范围之内，则均匀场视频图象中的聚束事实上是看不见的。例如，用于一个垂直列的曲线可调节到每个网格调节段(segment)的弯曲不超过数字到模拟转换器(DAC)的正或负五级(step)。为了便于S校正，每个调节段的最大曲率选择为三级，这时聚束亮带保持在事实上看不见的水平。

根据一个发明方案使用了一种改进的线性化技术，从而使得聚束事实上看不到，同时显著地减少了校正值线性化引起的失真。例如参考图3的矩阵，场锯齿波形通过总线控制的波形发生器21产生，并且耦合以驱动三个场偏转线圈GV、RV、BV。场锯齿波在发生器21内调节以提供S校正，从而最小化沿列F和N的网格的几何失真。这些列随后具有垂直方向的线性会聚校正。这样，在场偏转线圈中的S校正把提供给会聚线圈的S曲率校正信号的幅度最小化，并且在轴中心的另一面改变极性。给其它列提供的校正线圈S校正限定在偏离线性值3LSB以内。列A-D、H-L和P的曲率有3级(step)曲率，而列E、G、M和O的曲率是2级。结果是同时最小化了聚束和枕型失真，这样，通过在连续校正矩阵点之间使用了线性内插法的数字会聚校正可以稳定地使图象实现显著的改进。

图9示出了由公式获得的列曲线，并且在图10中提出了该公式。通过这些公式产生的网格显示事实上正如图3中所示的理想网格。

通过迫使校正波形的二阶导数在相邻内插间隔的终点连续，可校正提供了使用线性内插法的数字会聚校正的装置的聚束。通过在必要区域的线性化，这里描述的本发明保持二阶导数事实上为零，因而消除了聚束。这是按照所示公式的调整量通过线性内插实现的。

根据一个发明方案，位于沿着产生的视频网格图案的校正节点的特定水平线被测量和校正。根据另一个方案，只有绿色场校正优先经过了聚束线性化算法，从而使得绿色显示图象中的聚束不被察觉。绿色垂直光栅部分被校正，这是因为绿色图象提供觉察到的显示亮度的约60％，如果存在聚束则引起可察觉的图象质量下降。由于红色和兰色图象对于整个亮度来说贡献量较小，分别约为30％和10％，所以可忽略它们提供的聚束可见性。可计算红色和兰色光栅校正以使它们精确地放置在绿色图象上，而不需要线性化来抑制聚束。然而，聚束线性化算法并不排除对红色和兰色光栅校正的使用。

由于垂直校正是有一些交互性的，所以全部校正过程是把对确定位置的线的测量、校正计算及实施校准反复进行，直到线2、7和12(图3中)几何校正到位为止。由于沿一列向下线形化的的校正波形的斜率或者一阶导数是常数，二阶导数为零。该数学要求得到满足，并且聚束被消除。

在图11A所示的简化实施例矩阵中，测量被执行，从而只决定线1和5的确切位置。通过计算校正值1和5之间的差，并且除以插入点减1的数，则可以确定插入线2-4的位置。这个校正微分加到前面的数值上以在节点N-1建立校正值，并且表示沿线L1和L5间每列向下的校正增量。

这种方法的一个情况是插入的节点可能不在希望的位置上。事实上，这些线的位置倾向于引起内枕型失真。在图11A中，线2和4展现一定程度的曲率，这是不适合的。失真量随光学和投影图象的放大率而定。尽管通过使用线性法将二阶导数减小至零可以消除聚束，但应当认识到即使二阶导数不为零而允许有一个限定的小变化，则聚束事实上不可见。在一个发明方案中，诸如内枕型失真的几何失真可以通过将S部分加入到校正的特定列来校正。提供S校正的校正值间的小变化或差值随各种系统条件而定，如垂直测量节点数，使用的D/A级数，偏转灵敏度等。在这个实施例系统中，该变化对应写入节点的校正中的两到三个最低有效位(LSB)。这个容许的变量允许一个很小的S校正加入到校正值的某些列。由于是关于中心对称的，所以要求的S校正幅度在离开中心的有效区域时增加，而随后在接近边缘时降低。

图12是一个简化流程图，说明用于图10的校正值的推导和应用的方法，它使聚束不可见并向垂直光栅部分提供S校正。图11B图示了内枕型失真。图11A是一个简化矩阵，表示在一个假设列只有表示顶部、底部、中间点和两个四分之一点的五个矩阵点的实施例中加入S校正的效果。在这个实施例中，如果校正范围是0到1023，则它允许数量级为6到12的校正级的校正变化。假设列1的五个垂直矩阵点节点C1和C5分别具有测量的100和500的校正值，则通过线性化完全消除聚束将提供的值是：

C₁＝100

C₂＝200

C₃＝300

C₄＝400

C₅＝500

如果最大S校正是12个校正级，则结果是：

C₁＝100

C₂＝212

C₃＝300

C₄＝388

C₅＝500

增加的S校正具有在向上移动位置C₄同时，向下移动位置C₂的效果。在这个简化模式中，第二列C₀12使用列C₀11一半的校正，而中间列C₀13不需要S校正。

在生产条件下，在光学和电子装配的可变性要求附加调节的情况下，进一步的改善是有用的。在应用上述实施例时，这种改善包括在2-3 LSB界限内，S校正幅度的优化，从而实现沿每列向下的线2和4的最佳定位(枕型失真最小化)。这种方法尽管本质上是经验性和反复的(iterative)，但它在沿列向下的节点数增加时非常有效。

与数字会聚校正装置相同，在最小化几何图象失真时，上面公开的本方法的应用使得聚束实际上不可见。

Claims (16)

1.一种偏转校正电路，包括：

一个存储器，具有存储于此且适用于行和列格栅中的有间距点的位移值，在通常定义S形校正曲线的时候，选择该位移值以避免明显的聚束效应；

一个内插器，在所述相邻的存储位移值之间产生中间值；

一个连接到所述内插器的数字到模拟转换器，用于接收所述中间值并且由其产生用于驱动偏转校正线圈的校正信号。

2.根据权利要求1所述的电路，其中所述适用于列的位移值通常定义S形校正曲线，它在对应于与所述显示屏的中心轴和两个相对边缘中的一个有间距的显示屏区域的至少两个所述列中是最大的，而在与中心轴和相对边缘相邻时最小。

3.根据权利要求1所述的电路，其中S形校正被加入到从与中心轴有间距，面向所述中心轴和面向所述边缘的所述区域开始的连续级中来校正。

4.根据权利要求1所述的电路，其中所述位移值表示适用于所述格栅的内插值。

5.一种视频显示装置，包括：

一个阴极射线管，用于显示图象并且具有连接到驱动放大器的偏转校正线圈以用于局部调节所述图象的位置，一个输出与所述驱动放大器耦合的数字到模拟转换器；

一个存储器，包括适用于行和列格栅中的有间距点的位移值，用于所述列的所述位移值通常定义S形校正曲线，该S形校正曲线在与显示的中心轴及两个相对边缘中的一个有间距的显示屏的两个区域具有最大值，并且在与中心轴和相对边相邻的其它区域具有事实上为零的值；以及，

用于内插与所述位移值相邻的插入值的装置；

所述数字到模拟转换器连接到所述用于内插插入值的装置上，所述数字到模拟转换器提供用于驱动所述偏转校正线圈的信号。

6.根据权利要求5所述的视频显示装置，其中S形校正被加入到从与中心轴有间距，面向中心轴和面向所述边缘的所述区域开始的连续级中。

7.根据权利要求5所述的视频显示装置，其中所述存储在所述存储器中的所述数字字符表示在所述视频显示的校准期间推导的数值。

8.根据权利要求5所述的视频显示装置，其中定义存储在存储器中的位移值的所述数字字符表示通过适用于所述格栅的位移值的内插法形成的值。

9.根据权利要求8所述的视频显示装置，其中所述线性内插装置产生所述与内插位移值相邻的所述插入值。

10.根据权利要求5所述的视频显示装置，其中所述线性内插装置在一个显示周期产生与所述位移值相邻的所述插入值。

11.根据权利要求5所述的视频显示装置，其中所述偏转校正线圈安装在一个绿色CRT上。

12.一种用于数字化校正显示屏上图象几何失真的方法，包括的步骤是：

在显示屏上调节点的图象的局部位移值的水平间隔的垂直列中定义显示屏上有间距调节点矩阵，所述列的值定义在相邻数值间具有变化斜率的S形垂直校正波形；

线性化对应于中心轴和对边的矩阵的至少两个区域的数值，并且把从所述中心轴和所述边缘开始的逐渐增加的S校正应用到与中心轴和相对边缘之间有间距的显示屏区域；

在一个存储器中存储矩阵值；

读出所述存储的矩阵值；以及，

对于相应调节点局部地移动作为所述存储矩阵值的函数的图象，从而校正显示屏上的图象。

13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括在垂直列中相邻矩阵之间线性地内插，从而定义调节点间的扫描线的校正值，并且局部地移动调节点间作为线性内插校正值的函数的图象。

14.一种具有存在图象失真的显示屏的视频装置，包括：

一个用于显示图象的阴极射线管；

一个位于所述阴极射线管上的偏转线圈；

一个与所述偏转线圈连接的驱动放大器；

一个其输出与所述驱动放大器耦合的数字到模拟转换器；

一个存储器，具有存储于此且与行和列格栅中有间距的点对应的内插位移值；以及，

一个与所述存储器连接并响应所述存储的内插位移值的内插器，用于插入与所述存储的内插位移值相邻的数值，

所述数字到模拟转换器连接到所述内插器，用于产生校正信号以驱动所述偏转线圈，从而校正所述图象失真。

15.根据权利要求14所述的装置，其中所述列的所述存储内插位移值通常定义S形校正曲线。

16.一种用于产生校正信号以校正显示屏上图象失真的电路，包括：

一个存储器，用于存储对应于行和列格栅中所述屏幕上有间距点的位移值，所述格栅的位移值通常定义用于校正所述图象失真的校正曲线，而不会在所述显示屏上引起明显的带状区域；

一个与所述存储器连接的内插器，用于在所述相邻的存储位移值之间插入中间值；以及，

一个连接所述内插器的数字到模拟转换器，用于提供所述校正信号。

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