CN1375995A - 利用低亮度过滤减少非自然闪烁信号 - Google Patents

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Abstract

将视频信号(输入X)分解为较高亮度级信号(HIGH)与较低亮度级信号(LOW)。较高与较低亮度级之间的阈限(T)是可调整的且涉及到与液晶成像器有关的γ表的较高与较低增益部分之间的转变。对较低亮度级信号进行低通滤波(在22中)以减少相邻像素间的亮度差。对较高亮度级信号进行延迟(在24中)以匹配经过低通滤波器的处理延迟。将经过延迟匹配的信号与经过低通滤波的信号组合(在26中)以生成经过调整的视频信号(输出X′),调整过的视频信号(输出X′)不太可能会导致产生成像器中的非自然闪烁信号。基于独立选择的阈限,闪烁减少处理可以以不同组合方式应用于亮度信号和视频驱动信号。

Description

利用低亮度过滤减少非自然闪烁信号
                       技术领域
本发明涉及使用液晶显示器(LCD)的视频系统技术领域，特别涉及使用硅上通常白色液晶成像器的视频系统。
                       背景技术
硅上液晶(LCOS)可理解为在硅片上形成的一大块液晶。该硅片被分为微板电极的增量阵列。液晶微小的增量区域受每个微板电极与公共板电极产生的电场的影响。每个这样的微板电极与相应的液晶区域一起称为成像器单元。每个单元对应于一个可独立控制的像素。公共板电极设置在液晶的另一面上。每个单元或像素都保持同等强度的光照直至输入信号被改变，因此充当一个采样与保持装置。这些像素不会衰变，这是阴极射线管上的荧光粉的情况。由公共板电极与可变电极组成的每一组都构成一个成像器。将一个成像器提供给每种颜色，在这种情况下，将一个成像器提供给红色、绿色和蓝色中的每一种。
典型地，根据一个给定的输入图片通过首先发送一个正常帧(正片)且然后发送一个反转帧(负片)，用倍帧信号驱动LCOS显示器的成像器以避免30Hz的闪烁。生成正片与负片确保了每个像素都先用正电场写一遍再用负电场写一遍。得到的驱动场具有零DC分量，其是避免图像荧光屏保留以及最终避免成像器持久降级所必需的。已经确知的是人的眼睛对由这些正片与负片产生的像素的亮度平均值有反应。
将驱动电压施加到LCOS阵列的两面上的板电极。在本发明装置相关的当前优选的LCOS系统中，公共板的电位一直约为8伏特。该电压是可调整的。在微板阵列中的其他每个电极都处于两个电压范围内。对于正片，电压在0伏特至8伏特之间变动。对于负片，电压在8伏特至16伏特之间变动。
供给成像器且因此供给每个成像器单元的光是场偏振光。每个液晶单元都可响应于通过板电极施加到该单元的电场的均方根(RMS)值来旋转输入光的偏振。一般地说，每个液晶单元对施加电场的极性(正或负)不起反应。相反，每个像素单元的亮度通常只与入射到该单元上的光的偏振旋转相关。但是，作为实际问题发现，对于相同的光偏振旋转，亮度在正的与负的场极性之间会有所变化。亮度的这种变化会导致在显示图片中出现不希望有的闪烁。
在这个实施例中，不管是正片还是负片，当驱动这些单元的场越接近零电场强度，对应于8伏特时，每个单元越趋于白色，对应于全接通情况。其他的系统也是可能的，例如将公共板电极设定为0伏特。清楚可知，这里所述的本发明装置适用于所有那些正的与负的场LCOS成像器驱动系统。
当施加到微板电极上的可变电压小于施加到公共板电极上的电压时将图片定义为正片，因为微板电极电压越高像素的亮度就越高。相反，当施加到微板电极上的可变电压大于施加到公共板电极上的电压时将图片定义为负片，因为微板电极电压越高像素的亮度就越低。不要将正片或负片的指定和用于分解隔行扫描的视频格式中场类型的名词混淆。
现有的LCOS技术需要在驱动LCOS的正负场之间精确调整共模电极电压VITO，下标ITO表示材料氧化铟锡。为了减少闪烁以及避免出现称为图像荧光屏保留的现象，需要平均平衡。
具有LCOS成像器的光发动机(light engine)的显示传递函数存在严重的非线性，其可通过被称为γ表的数字查询表校正。该γ表用于校正传递函数的增益的差值。尽管有这个校正，但是对于通常的白色LCOS成像器装置，LCOS的成像传递函数的强烈的非线性意味着暗区域具有非常低的光比电压的增益。因此，在较低的亮度级上，亮度差异适度的相邻像素需要用相差非常大的电压电平来驱动。这引起了边缘效应电场，其具有与所希望的场的方向相垂直的分量。这个垂直的场造成亮度比理想像素要亮，其接下来会造成在物体边缘出现不希望有的亮边。这种垂直场的出现表明出现了磁偏角。由磁偏角引起的且观察者可以感知的图像的非自然图象称为闪烁。出现磁偏角的图像区域看起来是在下层的图像上面有些光闪烁。由磁偏角影响的暗像素实际上是太亮了，常常是它们应有亮度的五倍。对于成像器产生的各种色彩，其闪烁为红色、绿色以及蓝色。但是，绿色闪烁是问题出现时最明显的。因此，由磁偏角引起的图像的非自然信号还称为绿色闪烁问题。
LCOS成像是一种新技术且由磁偏角(declination)引起的绿色闪烁问题是一个新种类的问题。由他人建议的各种解决方案包括图像整个亮度分量的信号处理，这样做劣化了整个图像的质量。减少磁偏角及其导致的闪烁的折中方案导致图像实质上根本就没有横向清晰度可言。不能简单地以那种方式牺牲图像细节以及清晰度。
本领域普通技术人员希望在磁偏角出现的成像器中归因于磁偏角的非自然闪烁信号问题得到处理并且最终解决。但是，在诸如LCOS的新兴技术中，LCOS成像器制造者之外的一方没有机会解决成像器中的这个问题。而且，不存在这样的启示：基于成像器的解决方案可以适用于所有的LCOS成像器。因此，存在迫切的需求来提供不需改动LCOS成像器就能解决这个问题的实施方案。
                        发明内容
这里讲述的本发明装置解决了由磁偏角引起的液晶成像器的闪烁问题，且不会劣化所得到的显示的高分辨锐度。而且，不通过改动液晶成像器来解决该问题，本发明装置通过调整修改待显示的视频信号便利地解决了该闪烁问题，因此有利地提供了一种可适用于包括LCOS成像器的所有种类的成像器的解决方案。该视频信号可以是例如输入亮度信号或视频驱动信号。在细节上的任何减化降低被有利地和可调节地限定到黑暗的景物、甚至非常黑暗的景物。视频信号以这样一种方式进行信号处理：有利地不对较高亮度级的信息作改动，因此保持高清晰度细节。同时，直接导致闪烁产生的视频信号的较低亮度级，以这样一种方式对其进行处理或过滤：有利地完全消除闪烁现象或者至少将其减小到不被观察者察觉的程度。较低亮度级的信息的信号处理或过滤有利地不对高清晰度显示的细节产生有害的影响。而且，信号处理或过滤有利地可根据任意的γ表的非线性度进行调整或校准，且因此可以用于各种视频系统中的各种LCOS成像器，且可对于各种视频系统中的各种LCOS成像器可调整地被细调。
在当前的一个优选实施例中，将图像的视频信号分解成较高亮度级信号与较低亮度级信号。较高与较低亮度级信号之间的分解是可调整的且最好涉及γ表的较高与较低增益部分的过渡。对较低亮度级信号进行低通过滤以减小相邻像素间亮度级的差异。对较高亮度级信号进行时间延迟以匹配经由低通滤波器的处理延迟。然后将延迟匹配的较高亮度级信号与低通过滤的较低亮度级信号组合形成调整过的视频信号。
在视频显示系统中亮度信号可以调整改动且和R-Y与B-Y色度信号一起供给色彩空间转换器——也称为矩阵。该色度信号也要延迟以匹配经由闪烁减少电路的延迟。已经发现亮度信号的闪烁减少处理可减少大约60-70％的闪烁问题。
色彩空间转换器输出提供给LCOS成像器的视频驱动信号，例如RGB。在另一个实施例中的一个或两个或所有的视频驱动信号就像亮度信号一样也要经受同样的闪烁减少处理。必须对没有进行闪烁减少处理的视频驱动信号进行延迟匹配。然后将经过调整的视频驱动信号供给液晶成像器。已经发现当对所有的视频驱动信号进行进一步处理的时候，闪烁问题减少了大约85-90％。每个分解器有利地都具有可独立选择的亮度级阈限。
在另外一个实施例中，没有对亮度信号进行闪烁减少处理，但是对一个或两个或所有的视频驱动信号进行闪烁减少处理。必须对没有进行闪烁减少处理的视频驱动信号进行延迟匹配。
在每个实施例中，闪烁减少处理以这样一种方式改变在最低亮度级——对应于γ表的最高增益部分——上的像素的亮度级：减少成像器中的磁偏角发生。亮度信号分解器的阈限例如可表达为数字分数式，例如在255个数字间隔范围中的数字值60为(60/255)，这存在于8-位信号中。该阈限还可用IRE表达，IRE的值范围从0到100，100 IRE表示最大亮度。可以通过将数字分数式乘以100计算IRE级。IRE标度是归一化和比较具有不同位数的信号之间的亮度级的简便方法。例如值60大约对应于24IRE。在当前一个优选实施例中，亮度分解器的阈限值是8，大约对应于3.1 IRE。
                      附图说明
图1是依照本发明装置的闪烁减少电路的方框图。
图2是用于解释图1的分解器工作的方框图。
图3是用于解释图1中的延迟匹配电路与低通滤波器工作的方框图。
图4是结合闪烁减少电路的不同组合的部分视频显示系统的方框图。
图5(a)-5(e)是用于解释闪烁减少电路工作的波形图。
                     具体实施方式
在图1中显示用于减少例如LCOS视频系统的液晶视频系统中由磁偏角误差引起的非自然的闪烁信号的电路，且通常标注为附图标记10。该电路包括分解器12、低通滤波器22、延迟匹配电路24以及代数运算单元26。用电路10调整例如亮度信号或视频驱动信号的输入视频信号X，且相应地，产生输出视频信号X′。视频信号是数字信号，且波形是代表亮度级的一连串数字采样。输出视频信号X′具有类似的数字格式。分解器12产生较高亮度级信号20与较低亮度级信号18。图2说明了分解器12的工作情况。
参照图2，块14具有用于生成较高亮度级信号的第一组指令。输入信号X表示一连串的用于定义亮度输入信号的亮度级采样。可将每个采样的亮度级如上文所解释的那样以数字形式表达为数字值或IRE级，例如60/255或24IRE。字母T代表阈限值，也可以将其表示为数字值或IRE级。假如X大于T，那么较高亮度级信号的亮度级H等于X减去T。假如X小于T，那么较高亮度级信号的亮度级H等于0。
块16具有用于生成较低亮度级信号的第二组指令。假如X大于T，那么较低亮度级信号的亮度级L等于阈限值T。假如X小于T，那么较低亮度级信号的亮度级L等于X。
应该注意到当X＝T时，无论设定X小于或等于T或者设定X大于或等于T，块14的输出都将是一样的。在两种情况下，H都等于0。还应注意到当X＝T时，无论设定X小于或等于T或者设定X大于或等于T，块16的输出都将是一样的。在两种情况下，L都等于X。
再来看图1，较低亮度级信号18是到低通滤波器22的输入。较高亮度级信号20是到延迟匹配电路24的输入。低通滤波器22与延迟匹配电路24详细表示在图3中。低通滤波器22具体地为标准化的1∶2∶1 Z-变换。低通滤波招致一个时钟周期的延迟，且因此，延迟匹配电路24给较高亮度级信号提供一个时钟周期的延迟。经过低通过滤的较低亮度级信号标为LOWf，经过延迟的较高亮度级信号标为HIGHd，它们在代数运算单元26组合，该单元产生输出信号X′。
在图4中显示的视频系统30说明了不同的组合，其中可对视频信号，例如亮度信号与视频驱动信号进行处理，用于减少闪烁。色彩空间转换器或矩阵32响应于标记为LUMA的亮度信号与标记为CHROMA的色度信号产生视频驱动信号例如RGB。色度信号更具体地指R-Y与B-Y。
色彩空间转换器32的两组输入标记为34A与34B。在组34A中，LUMA信号输入经过闪烁减少处理器(SRP)10调整生成LUMA′。CHROMA信号被延迟匹配(DM)电路36延迟。在组34B中，LUMA信号不经调整且CHROMA信号不经延迟匹配。
色彩空间转换器32的四组输出标记为40A、40B、40C以及40D。在组40A中视频驱动信号RGB未经调整。在组40B中，每一个RGB视频驱动信号都经过闪烁减少处理器10的调整。不需要延迟匹配。在组40C中只有一个视频驱动信号例如G经闪烁减少处理器10调整生成G′。其余的视频驱动信号经由延迟匹配电路36延迟。在组40D中只有两个视频驱动信号例如R与G经闪烁减少处理器10调整生成R′与G′。其余的视频驱动信号经由延迟匹配电路36延迟。输入组34A可与输出组40A、40B、40C或40D中的任意一个一起使用。输入组34B可与输出组40B、40C或40D中的任意一个一起使用。输入组34B与输出组40A的组合不包含闪烁减少处理。
已经发现利用输入组34A与输出组40A的组合减少了由磁偏角引起的非自然闪烁信号大约60-70％。还已经发现利用输入组34A与输出组40B的组合减少了由磁偏角引起的非自然的闪烁信号大约85-90％。这种实质上的减少有利地解决了所有实际用途中的闪烁问题。可以理解，尽管在图4中的闪烁减少处理电路彼此是可以相同的，这些闪烁减少处理的每个的阈限值优选地可分别独立选择。这保证闪烁减少处理能调谐针对不同的视频信号。
图5(a)至5(e)中说明了图1中电路10对特定输入信号的反应。为了方便说明，将阈限值T设定为数字值或数字状态8，大约对应于8-位信号的3.1IRE。图5(a)-5(e)的波形在时间上对准用以描述低通滤波和延迟匹配电路招致的延迟。在图5(a)与5(c)中的每一个的第一个采样彼此对准。图5(b)、5(d)与5(f)中的第一个采样彼此对准。
在图5(a)中输入信号X具有黑点表示的亮度值。每个黑点代表亮度值的一个采样来输入到分解器12。每个采样代表像素的亮度级。可认为信号X包含后跟发生脉冲的脉冲。如结合图2中规则说明的那样，阈限值T在这个
实施例中等于8。
最初的两个X值为0。根据块14，在图5(b)中表示的延迟匹配较高亮度级信号HIGHd的值为0，这是因为X小于T。接下来的三个输入值为20。在图5(b)中的较高亮度级信号相应的亮度级是12，这是因为输出值等于输入值减去阈限值(X-T)。其余的采样值以同样方式计算。
参照图5(c)，较低亮度级信号LOW的最初两个输出值是0，这是因为输入值小于阈限值且输出值等于输入值。接下来的三个输出值等于8，这是因为输入值大于阈限值，且在这种情况下，输出值等于阈限值。其余的采样值以同样方式计算。
图5(d)表示响应于图5(c)所示信号的低通滤波器22的输出LOWf。输出值如标注所示，且可注意到脉冲与发生脉冲——在图5(c)的波形中更明显——已经通过低通过滤显著地平滑处理或滚降过。
最后，图5(e)是输出信号X′，其是图5(b)与图5(d)中波形的和。从图5(e)的波形可注意到，输入波形X中的脉冲与发生脉冲的基本特征保持在输出波形X′中，但是有效地减小了相邻采样值之间的陡沿或过渡。只有图像中非常暗的区域会令人注意地被闪烁较少处理影响，这由非常低的阈限值而证明。因此，有利地保持了高清晰度的水平清晰度。
这里描述的方法与设备说明了在水平方向上怎样限制或局限相邻像素亮度级，且实际上，这些方法与设备解决了闪烁问题。尽管如此，这些方法与设备还能延伸至限制或局限垂直方向的相邻像素亮度级的情况，或者同时在水平方向和垂直方向上的相邻像素亮度级的情况。

Claims (20)

1.一种用于减少液晶成像器中非自然闪烁的方法，包括步骤：
将图像的视频信号(输入X)分解为较高亮度级信号(HIGH)与较低亮度级信号(LOW)；
对所述较低亮度级信号进行低通滤波(在22中)；
对所述较高亮度级信号进行延迟(在24中)以匹配由所述低通滤波招致的处理延迟；以及，
组合(在26中)所述低通滤波的较低亮度级信号(LOWf)和所述延迟匹配的较高亮度级信号(HIGHd)以生成调整过的视频信号(输出X′)，调整过的视频信号(输出X′)很少会导致所述成像器产生非自然闪烁信号。
2.依照权利要求1的方法，包括根据与所述成像器有关的γ表的较高与较低增益部分之间的转变来分解所述视频信号的步骤。
3.依照权利要求1的方法，其中所述分解步骤包括如下步骤：
选择亮度级阈限(T)；
比较所述视频信号的连续的输入亮度级和所述选择的阈限；
对于在所述比较步骤中大于所述阈限的每个所述输入亮度级，向所述较高亮度级信号赋予等于所述较大的输入亮度级与所述阈限的差值的亮度级(在14中)，并向所述较低亮度级信号赋予等于所述阈限的亮度级(在16中)；以及，
对于在所述比较步骤中小于所述阈限的每个所述输入亮度级，所述较高亮度级信号赋予等于零的亮度级(在14中)，并向所述较低亮度级信号赋予等于所述输入亮度级的亮度级(在16中)。
4.依照权利要求3的方法，包括如下步骤：
如果所述输入亮度级等于所述阈限则所述较高亮度级信号的赋值是等于零的亮度级(在14中)；以及，
如果所述输入亮度级等于所述阈限则所述较低亮度级信号的赋值是等于所述阈限的亮度级(在16中)。
5.依照权利要求1的方法，包括步骤：依据标准化的1∶2∶1Z-变换(图3，在22中)对所述较低亮度级信号进行低通滤波，因此所述较低亮度级信号进行时间延迟。
6.依照权利要求5的方法，包括步骤：通过所述时间延迟(图3，在24中)延迟所述较高亮度级信号。
7.依照权利要求1的方法，包括步骤：
对所述图像的亮度信号(LUMA)实施所述闪烁减少步骤；
延迟所述图像的色度信号(利用36)；以及，
由所述经过调整的亮度信号与所述经过延迟处理的色度信号生成多个视频驱动信号(R输出，G输出，B输出)。
8.依照权利要求7的方法，包括步骤：
对至少一个所述视频驱动信号实施所述闪烁减少步骤(利用10)；以及，
延迟所有的不经闪烁减少处理的视频驱动信号(利用36)。
9.依照权利要求1的方法，包括步骤：
由亮度信号与色度信号生成多个视频驱动信号(R输出，G输出，B输出)；
对至少一个所述视频驱动信号实施所述闪烁减少步骤(利用10)；以及，
延迟所有的不经闪烁减少处理的视频驱动信号(利用36)。
10.依照权利要求7的方法，包括步骤：对每个所述视频驱动信号实施所述闪烁减少步骤。
11.一种用于减少液晶成像器中非自然闪烁信号的电路，包括：
装置(12)，用于将图像视频信号分解为较高亮度级信号(HIGH)与较低亮度级信号(LOW)；
装置(22)，用于对所述较低亮度级信号进行低通滤波；
装置(24)，用于对所述较高亮度级信号进行延迟以匹配由所述低通滤波招致的处理延迟；以及
装置(26)，用于组合所述经过低通滤波的较低亮度级信号和所述经过延迟匹配的较高亮度级信号以生成调整修改过的视频信号(输出X′)，调整修改过的视频信号(输出X′)很少会导致所述成像器产生非自然闪烁信号。
12.依照权利要求11的电路，其中所述分解装置包括：
寄存器(在14、16中)，用于存储选择的阈限值(T)；
比较器(X＞T，X＜T，X＝T)，用于比较所述视频信号的连续输入亮度级和所述选择的阈限值；
代数运算电路，用于从每一个比所述阈限值大的所述输入亮度级中(X＞T)减去所述阈限值(X-T)；
限幅电路，用于将每一个比所述阈限值大的所述输入亮度级限制为所述阈限值(IF X＞T，L＝T)；
第一门电路，用于将零值亮度级传递给每一个比所述阈限值小的所述输入亮度级(IF X＜T，H＝O)；
第二门电路，用于将所述输入亮度级传递给每一个比所述阈限值小的所述输入亮度级(IF X＜T，L＝X)；以及，
由所述代数运算电路与所述第一门电路的输出构成了所述较高亮度级信号(HIGH)，而由所述限幅电路与所述第二门电路的输出构成了所述较低亮度级信号(LOW)。
13.依照权利要求12的电路，其中：
当所述输入亮度级等于所述阈限值时由所述第一门电路的所述输出形成所述较高亮度级信号(HIGH)(IF X＝T，H＝O)；以及，
当所述输入亮度级等于所述阈限值时由所述第二门电路的所述输出形成所述较低亮度级信号(LOW)(IFX＝T，L＝X)。
14.依照权利要求11的电路，其中所述阈限值涉及与所述成像器有关的γ表的较高与较低增益部分的转变。
15.依照权利要求11的电路，其中用于低通滤波的所述装置(22)对所述较低亮度级信号实施标准化的1∶2∶1 Z-变换，由此所述较低亮度级信号产生时间延迟。
16.依照权利要求15的电路，其中通过所述时间延迟对所述较高亮度级信号进行延迟。
17.依照权利要求11的电路，还包括：
装置(36)，用于延迟所述图像的色度信号；以及，
装置(32)，用于由经过调整的亮度信号与所述经过延迟处理的色度信号生成多个视频驱动信号(R输出，G输出，B输出)。
18.依照权利要求17的电路，包括：
装置(10，12)，用于将至少一个所述视频驱动信号分解为较高亮度级视频驱动信号与较低亮度级视频驱动信号；
装置(10，22)，用于对所述较低亮度级视频驱动信号进行低通滤波；
装置(10，24)，用于对所述较高亮度级视频驱动信号进行延迟以匹配由所述低通滤波招致的处理延迟；以及，
装置(10，26)，用于将所述经过低通滤波的较低亮度级视频驱动信号与所述经过延迟匹配的较高亮度级视频驱动信号组合以生成经过调整的视频驱动信号，导致进一步减少所述成像器中的磁偏角。
19.依照权利要求18的电路，其中用于所述亮度信号分解装置和所述视频驱动信号分解装置的所述亮度级阈限是分别独立选择的。
20.依照权利要求18的电路，包括：
用于分解、低通滤波、延迟以及组合每个所述视频驱动信号的各个装置；以及，
具有可独立选择的亮度级阈限的每个所述亮度信号分解装置和所述视频驱动信号分解装置。
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