CN1641738A

CN1641738A - Lcd过激励自动校准装置以及方法

Info

Publication number: CN1641738A
Application number: CNA2004100820844A
Authority: CN
Inventors: S·塞尔比; A·麦金农
Original assignee: Genesis Microchip Inc
Current assignee: Genesis Microchip Inc
Priority date: 2003-12-05
Filing date: 2004-12-03
Publication date: 2005-07-20
Also published as: TW200523597A; JP2005242308A; SG113038A1; KR20050054844A; EP1538598A2; EP1538598A3; US20050125179A1

Abstract

描述了一种自动校准液晶显示器(LCD)的方法。通过产生并在LCD上显示第一灰度级的测试块、依据第一灰度级的测试图产生第一信号、产生并显示第二灰度级的第二测试块、依据第二灰度级的测试图产生第二信号、并且依据第一以及第二信号来计算LCD过激励表的条目来执行该方法。

Description

LCD过激励自动校准装置以及方法

技术领域

本发明涉及一种显示装置。更特别地，本发明描述了一种用于在LCD面板显示器中增强运动的表现的方法以及装置。

背景技术

LCD面板的每一像素都可以指定成呈现被离散为标准集合[0，1，2，…，255]的亮度值，其中这种象素的三重组提供了R、G以及B成分，R、G以及B组成在每一帧(典型地，1/60秒)时间被更新的任意颜色。LCD像素存在的问题在于它们对输入指令的响应迟缓，其中像素在几帧过去之后才达到它们的目标值，且产生的显示赝像——快速移动物体的“重影”图像——令人反感。当LCD的响应速率不快得足以跟上帧速率，重影出现。在这种情况下，从一像素值到另一像素值的转变不能在要求的时间帧内完成，因为LCD取决于在电场的影响下液晶取向其自身的能力。因此，由于液晶必须物理地移动以改变强度，所以液晶材料自身的粘滞特性导致重影赝像的出现。

为了降低和/或消除图像质量的这种退化，通过过激励像素值使得在单个帧周期内可以达到或几乎达到目标像素值，来降低LC的响应时间。特别地，通过将给定像素的输入电压偏置为超过当前帧的目标像素值的过激励像素值，这样起始像素值与目标像素值之间的转变加速，从而在指定的帧周期内将像素驱动到目标像素值。但是，为了有效地计算过激励像素值，使用LCD过激励表，其中该LCD过激励表提供与起始和目标像素对相对应的适当的过激励像素值。

因此，在LCD控制器中，使用LCD过激励查询表(或LUT)在当前帧将8-位值重新映射到LCD面板，以加速从起始像素值到目标像素值的转变。因为每一面板都具有控制其液晶元件响应时间的不同的物理特性，所以每个面板都必须被表征以确定要在查询表中使用的适当的传递函数。当缺少自动执行校准的软件时，它必须手动执行。因为校准需要超过80次的独立测量，所以手动校准耗时而且存在潜在的人为误差。

因此，需要的是自动校准LCD面板并且计算合成校准数据的方法、系统何装置，所述校准数据用于丰富LCD过激励表。

发明内容

提供一种适于自动校准液晶显示器(LCD)面板的方法、装置以及系统。在一实施例中，通过以下步骤实施该方法，产生并在LCD上显示第一灰度级的测试块(test-patch)，依据该第一灰度级的测试图产生第—信号，产生并显示第二灰度级的第二测试块，依据该第二灰度级的测试图产生第二信号，并且依据该第一和第二信号计算LCD过激励表的条目。

在另一实施例中，描述了—种适于自动校准液晶显示器(LCD)的自动校准系统。该系统包括处理器单元以及与LCD和处理器单元耦合的屏上显示发生器单元，其被配置为在处理器单元的控制下，在第一时隙产生并在LCD上显示第一灰度级的第一测试块，在第二时隙产生并在LCD上显示第二灰度级的第二测试块。该系统还包括与处理器单元耦合的光敏探测器，其被配置为分别依据从第一块和第二块接收的光来产生第一信号以及第二信号。处理器反过来依据第一和第二信号计算LCD过激励表的条目。

用于自动校准液晶显示器(LCD)的计算机程序产品。该计算机程序产品包括用于产生并在LCD上显示第一灰度级的测试块的计算机代码，用于依据第一灰度级的测试图产生第一信号的计算机代码，用于产生并显示第二灰度级的第二测试块的计算机代码，用于依据第二灰度级的测试图产生第二信号的计算机代码，用于依据第一和第二信号计算LCD过激励表的条目的计算机代码，以及用于存储该计算机代码的计算机可读介质。

在又一实施例中，公开了一种自动校准液晶显示器(LCD)的方法。该方法通过在LCD上显示测试图并且依据所显示的测试图自动丰富过激励表来执行。

附图说明

图1显示了示例性的过激励表。

图2显示了依照本发明的实施例的适于执行LCD自动校准处理的系统。

图3显示了依照本发明的实施例的自动校准LCD面板的详细过程的流程图。

图4显示了关于上述图3中描述的过程中的显示侧视图的步骤的特定实施过程。

图5显示了步骤410的特定实施。

图6图示了用以实施本发明的示例性系统。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的具体实施例，其中的例子在附图中示出。虽然将结合具体实施例描述本发明，但是可以理解这并不意图将本发明限定为描述的实施例。相反，意图覆盖包含在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的替换、改进以及等同物。

需要说明的是，虽然参照象素位尺寸(或深度)为8位(256级的代表)的特定的实施例来描述本发明，但是本发明也可应用于具有其它位深度(诸如10-位象素)的像素的实施例。

过激励方法的关键之一在于LCD面板光学响应的精确特性。精确的模型允许过激励更为精确地预测对给定像素的响应，从而允许对过激励值和预测的像素值更为精确地选择。液晶必须物理地旋转并且由此它的粘滞性决定了这种旋转可以发生得有多快。正是这种旋转的速度决定了给定LCD面板的响应时间。

为了提高缓慢LCD面板的性能，首先通过例如一系列测量来定性LCD面板的性能，这些测量显示在一帧时间结束时每个象素将要做什么。对代表性像素(或多个像素)进行这样的测量，所述象素中的每一个开始为起始像素值s，然后被控制朝向目标值t(其中s、t的每一个是0到255之间的整数值)。如果在一帧的时间内实际达到的像素值为p，那么

(1) p＝f_s(t)

其中f_s是与固定的起始像素s相对应的一帧像素响应函数。例如，对于起始像素值为s＝32且目标像素值为t＝192且仅仅能够达到像素值p＝100的像素，一帧像素响应函数f_s(t)表示为f₃₂(192)＝100。

对于缓慢面板(其中如果不是全部也是大部分目标不能在一帧时间内达到)函数m(s)和M(s)分别给出了在一帧时间内可达到的最小像素值以及最大像素值作为定义最大努力(maximum-effort)曲线的s的函数。为了达到位于区间[m(s)，M(s)]内的像素值p，对产生被称为过激励象素值的象素值p的自变量求解方程(1)，其中该过激励像素值将在一帧的时间内达到目标(即，像素值p)。如果p＜m(s)，那么过激励象素值被视为具有最佳努力值0，同时m(s)为获得的最佳努力结果。同样地，如果p＞M(s)，那么过激励像素值被认为是255，同时M(s)为最佳努力结果。因此，对于给定的起始像素值s，过激励函数g_s可以由等式2定义为

(2) - - - g_{s} (p) = \{\begin{matrix} 0, p < m (s) \\ f_{s}^{- 1} (p), m (s) \leq p \leq M (s) \\ 255, p > M (s) \end{matrix}

通过这种方式，过激励像素值高效地迫使像素分别在非饱和区域达到它的目标值，并且在饱和区域S_M和S_m达到M(s)和m(s)。

使用多种非惯性法(亦即，忽略像素速度的方法)中的任意一种，有可能创建一过激励表，该过激励表对于每个起始象素和每个目标象素，显示最可能导致在一帧时间末达到目标像素值的命令像素。在理想情况下，过激励表由查询表形成，该查询表具有256列——每一列对应于范围0到255内的一个起始像素——以及同样的256行，每一行对应于一个可能的目标值。但是，存储一个该大小(256×256)的表不实际，所以通过每隔31个像素子采样该像素阵列，例如，使用相关序列：

pix＝{0，32，64，96，128，160，192，224，255}

(其中最后的项截取到255)，发展较小的9×9，从而显著地降低了运行时间内需要的存储量以及计算资源。图1显示了以起始像素由列j给定以及目标像素由行i给定的方式来构造的过激励表100。

为了利用该过激励表，必须至少为在该过激励LUT中列举的每个起始和目标象素值确定LCD面板的响应时间。因此，下面描述的依照本发明的自动校准步骤适于任意数目和种类的LCD面板。

因而，图2显示了适于执行依据本发明的实施例的LCD自动校准处理的系统200。系统200包括与滤波器204耦合的光传感器202，而该滤波器向捕获卡206提供滤波后的数据，由捕获卡向计算机208提供数据。(需要注意的是，光传感器202可以是商业上可获得的多种光传感器的任意一种，例如由Newton.Nj的Thorlabs，Inc制造的PDA55或者PDA500)。而计算机208向用于驱动正被校准的LCD212的LCD控制器单元210提供数据。校准期间，LCD面板212显示由计算机208中的自动校准软件216确定并由LCD控制器单元210转递的测试序列中的测试图214。需要说明的是，在本发明的特定实施例中的(光学)同步信号用于物理的(电的)同步信号上的并且超越其的额外的同步。但是，该光学同步不是严格必需的，在可供选择的实施方式中可以被省略。

在描述的实施例中，测试图采取多个块214的形式，其中每一个具有任意灰度级(需要注意的是，尽管在描述的实施例中测试图示意性地显示为214-1到214-3，但是每次在LCD212上显示各种块214中的一个)。因此，对于适当的LCD校准，系统200必须能够在每输出帧显示一个块214(处于任意灰度级)，而没有帧破裂(frame tear)、帧缺失(frame drop)、重复帧或者其它可视的干扰。另外，在块的显示指令的发出和它在LCD212上的实际显示之间应该有已知的等待时间(在帧内)，因而对显示和光传感器202捕获的相应信号进行同步。

因为很难区别值仅仅少许不同的灰度级之间的转变起始点，所以为了准确测量，转换起始所在的帧必须是已知的。另外，灰度块必须能够在LCD212上以任意的大小和位置显示。因为LCD212是逐行寻址的，所以不同行的像素从一个灰度级到下一灰度级的转换中有小的时间滞后，导致转换波形的轻微的时间“拖尾效应”。通过减小块垂直尺寸减轻这种拖尾效应，但是，块仍然必须足够大以为光传感器202提供充足的光束来进行精确的测量。在描述的实施例中，因为不同的LCD在超过给定的区域上具有不同的光水平，所以这些竞争要求，(为降低拖尾效应的块大小与提供足够的光输出的块大小之间的对立)动态地被处理。位置也必须是可动态改变的以保证传感器和块在屏幕上的位置之间最佳的相关性。

在描述的实施例中，芯片上的屏上显示(OSD)发生器218产生由实际上存储于存储器222(例如SRAM222)中的几个“平铺显示”形成的OSD220，存储器222用于在块的大小之间调节以使得在拖尾效应和光束输出之间实现最优化。因此，每一平铺显示由数据结构形成，该数据结构包括例如平铺显示的位置和大小、高亮部分的位置和大小、透明/混合/闪烁信息、以及SRAM内的平铺显示数据的指针的信息。平铺显示数据为每像素数据1、2或4比特组，其中的每一个扩展为256项颜色查询表(CLUT)的索引。在描述的实施例中，CLUT是包括256个24比特颜色的256字结构，以允许总计256个24比特的颜色可以显示在特定的OSD 220中。在当前描述的实施方式中，有两个查询表，其中一个是活动的，另一个处于等待状态。活动的CLUT用于显示的OSD，而等待状态的CLUT然后被写入，而不在LCD 212上引起短时脉冲波形干扰。一旦等待状态的CLUT结束了更新，它就可以被转换为活动的CLUT。

因为自动校准步骤仅仅需要每次在屏幕上显示由一个灰度值组成的单个块，所以在SDRAM中没有存储平铺显示。在指令SRAM中的颜色索引索引到CLUT，并且用该颜色填充整个OSD。因此，通过用256个灰度级填充CLUT，可以简单地通过改变指令SRAM中的颜色索引，显示任意的灰度级。另外，可以通过指令SRAM中相应的参数，改变OSD 220的位置和大小。

需要注意的是，当特定的测试序列正在运行时，光传感器202(置于从LCD面板212收集光的位置)将由测试块202产生的LCD光输出转换为测试信号S_test。信号S_test代表各种测试图的像素转换，它主要由低频成分组成，并且通常具有相当于仅仅为帧速率的几倍的频率。为了降低任何伪高频噪声，信号S_test由具有截止频率接近1kHz的滤波器204进行滤波。然后滤波后的信号被捕获卡206采样，为输入计算机208中的自动校准软件216做准备。

一旦用于特定测试序列的适当的测量被接收和处理，则计算机208计算用于丰富LCD过激励表224的适当LCD过激励表值，在正常工作期间，LCD控制器单元210使用LCD过激励表224来控制LCD面板212。需要注意的是，每一垂直刷新率在LCD中引起不同的响应，因而必须被单独测量并记录。

需要注意的是，因为从轴上观察到离轴观察，LCD的光学响应会大幅度变化，而且具有宽的进入其光传感器的接收角度，这可以引起测量的不精确，该不精确不仅由LCD自身的离轴光，而且由周围环境的光(例如头顶上的荧光或阳光)而引起。因此，可能需要外部的准直仪(未示出)以消除离轴光，但是，准直仪也将降低被采样的总光，并可能因此降低最终传感器输出的信噪比。

现在参照表示初始设置过程300(图3)、面板响应测量过程400(图4)以及产生LCD过激励表过程500(图5)的图3到5，来描述一种依据本发明的实施例的用于自动校准LCD面板的方法。

因此，初始设置过程300通过复位数据获取装置或DAQ装置、通过检查受支持的DAQ装置是否连接至PC来对显示器进行初始化。在描述的实施例中，列出了DAQ装置属性(增益设置，位分辨率等等)的数据结构被填充，并且在302中DAQ装置复位为初始状态。接下来在304中，读入面板数据，而在306中，通过校验最少需要(2)输入信道是否存在、DAQ装置是否具有8-16比特之间的采样分辨率、并且增益设置阵列是否被排序来校准DAQ装置。另外，显示具有RGB＝(255，255，255)的全屏灰度块以找到提供最佳分辨率而没有过饱和的DAQ装置的增益设置。另外，由板提供的同步信号以特定速率触发；检查同步极性以保证传感器电压相对稳定。

接下来在308中，查找传感器的位置。因为LCD中的每一扫描线连续地被寻址，所以光传感器的垂直位置将确定每一步响应转变测量必须开始的精确瞬间。算法的这部分使用重叠二进制查找在屏幕上显示块，以找寻传感器的垂直位置。在描述的实施例中，显示垂直高度为LCD屏幕的一半的块。覆盖LCD面板的顶部、底部以及中部的三个块被测量。然后，在接下来的迭代中具有最强光学响应的块被细分，在每一迭代中使用垂直高度为前次迭代的块的一半的块。具有合理响应(定义的阈值之上)的最小块的中点被认为是传感器的垂直中点。使用该行数，可计算出并存储从垂直同步信号到传感器中点在采样上的延迟。一旦完成初始设置，在310中测量面板响应。

图4显示了描述上面述及的面板响应测量操作310的特定实施的过程400。在402中，通过显示并且测量多灰度块值来测量灰度级以产生灰度级而采样灰度级对应曲线(每一灰度级被采样多次，从而平衡噪声影响)。接下来在404中，通过每一阶跃组合的迭代来测量阶跃响应。例如，9×9的粗略表(每隔31个灰度级)，需要36次上升与36次下降阶跃。每一迭代测量一次上升与一次下降阶跃。面板在较低灰度级和较高灰度级之间交替；每一灰度级被显示选定的帧数，并且每一从低到高和从高到低的转变重复进行选定数目的次数。用于显示给定灰度级的帧的数目通常设定为相当高(～40帧)，从而允许面板稳定到新的灰度级。测量每个阶跃的多次重复以平衡噪声影响。需要注意的是，在描述的实施例中，在408中，DAQ装置将测量的数据返回至表征算法，其中每一组数据包括同时被测量的光传感器数据以及垂直同步数据。测量的数据必须符合下述条件：同步数据必须包括第一同步脉冲全部的前沿和后沿，并且来自光传感器的第一上升沿转变必须在紧接第一同步信号之后的帧内发生。

需要说明的是，贯穿于测量过程，执行多次错误检查，包括检查每一迭代的第一采样上的同步信号的极性以帮助确保来自DLL的采样流符合上述第一条件，并且在每一转变中，在转变起始点上的传感器采样必须与上述测量灰度级的步骤内获得的相应水平相接近。起始点是在上述算法的查找传感器位置的步骤期间计算的那点。如果期望上升沿转变，则每一测量的转变必须从起始到结束上升，或者如果期望下降沿转变，则从起始到结束下降。接下来在408中，通过首先依据静态的灰度级测量来计算与起始和结束的百分比相应的灰度级值，来测量10-90％和0-99％的上升次数。然后，从序列的第一帧的起始，将该数据与比较起始以及结束灰度级所需的比较，以计算其间采样的数目。采样数目在毫秒内转换为时间以找到上升/下降次数。每个阶跃的多次重复被测量，从而平衡噪声影响。在410中，再次测量灰度级，在412中，比较灰度级，因为从第一组测量到第二组测量，灰度级测量必须保持一致。如果它们过大地漂移，则表明面板的预热时间不够、周围环境亮度水平的突变或类似效应，这可能严重削弱测量的可靠性的。在414中，面板测量发送至文件。

需要注意的是，通过贯穿每一阶跃(36次上升和36次下降阶跃)的组合迭代、一次在一帧显示一个灰度级并且测量两个灰度级之间的峰-峰电压差，来执行可选峰—峰一帧阶跃测量。每一阶跃重复30次以平衡噪声和不稳定性。后面将使用该信息与过激励峰-峰结果。

图5显示了用于根据提供至操作414的文件中的面板测量来产生过激励表的过程500。在502中，从文件中读取面板数据并且在504中，判定对于每一转变面板响应是否饱和。如果面板响应饱和(亦即，即使LCD被驱动到灰度级0或灰度级255，都不能达到要求的灰度级)，那么在506中，沿着由饱和点和在饱和点前的测量确定的直线进行外插，因而保持在饱和部分以及有效测量部分之间的区域内的线性内插，其中有效测量部分建立10位带符号值，-512到+511。另一方面，如果面板响应不饱和，那么在508中通过简单地反转线性内插来计算过激励值，并且在任何情况下，在510中，过激励值分配给过激励表。在512中，如果可获得更多的测量数据，那么控制返回到502，否则该过程结束。

图6图示了用于实现本发明的系统600。计算机系统600仅仅是本发明可以被实施的图形系统的一个示例。系统600包括中央处理器(CPU)610、随机存取存储器(RAM)620、只读存储器(ROM)625、一个或多个外部设备630、图形控制器660、主存储装置640和650以及数字显示单元670。CPU610也与一个或多个输入/输出装置690耦合，该装置可以包括，但是不限于例如轨迹球、鼠标、键盘、麦克风、触控式显示器、传感器读卡器、磁或纸带带阅读器、输入板、输入笔、声音或字迹识别器，当然，或其它已知的输入装置，例如，其它计算机。图形控制器660产生图像数据以及相应的参考信号，并且将二者提供至数字显示单元670。可以例如，依据从CPU610或从其它外部编码(未示出)接收的像素数据，产生图像数据。在一个实施例中，提供RGB格式的图象数据并且参考信号包括在现有技术中已知的V_SYNC和H_SYNC信号。但是，应当理解，本发明可以采用其它形式的图像、数据和/或参考信号来实施。例如，图像数据可以包括也具有相应时间参考信号的视频信号数据。

尽管仅仅描述了本发明的几个实施例，应当理解在不脱离本发明的精神实质或范围的情况下，本发明可以体现为很多其它具体形式。应该认为这些示例是示例性的且不是限制性的，并且本发明不限于这里给出的具体描述，而是可以在附加的权利要求的范围以及它们的全部等价范围内修改。

虽然本发明已经依据描述的实施例被描述，但是存在落入本发明的范围内的改造、改变以及等同物。需要注意的是，存在很多实施本发明的步骤和装置的可供选择的方式。因此，本发明倾向于解释为包括所有落入本发明的实际精神和范围内的改造、改变以及等同物。

Claims

1、一种自动校准液晶显示器(LCD)的像素过激励表的方法，包括：

产生并在LCD上显示第一灰度级的测试块；

依据该第一灰度级的测试图产生第一信号；

产生并显示第二灰度级的第二测试块；

依据该第二灰度级的测试图产生第二信号；以及

依据第一以及第二信号计算LCD过激励表的条目。

2、根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

在LCD上显示黑色背景；以及

针对预先选定的LCD面板的参考点设定测试块的位置以及大小。

3、根据权利要求2所述的方法，进一步包括：

采用交替灰度块的图代替测试块；以及

在每一灰度块之前有光学同步脉冲。

4、根据权利要求3所述的方法，其中光学同步脉冲包括：

从灰度级0转变到灰度级255；

从灰度级255转变到灰度级0；以及

在多个帧在LCD面板上显示每个灰度级，该多个帧足够长以允许LCD面板在该同步脉冲和下一转变的开始之间回到灰度级0。

5、一种适于自动校准液晶显示器(LCD)的自动校准系统，包括：

处理器单元；

与LCD和处理器单元耦合的屏上显示发生器单元，其安排成在处理器单元的控制下，在第一时隙产生并在LCD上显示第一灰度级的第一测试块，在第二时隙产生并在LCD上显示第二灰度级的第二测试块；

与处理器单元电耦合的光敏探测器，其安排成分别依据从第一块和第二块接收的光产生第一信号和第二信号；以及

依据第一和第二信号来计算LCD过激励表的条目。

6、根据权利要求5所述的系统，其中OSD发生器在LCD面板上显示黑色背景，并且针对预先选定的LCD面板参考点设定测试块位置和大小。

7、根据权利要求6所述的系统，进一步包括：

与OSD发生器耦合的光学同步脉冲发生器，其中OSD发生器采用具有交替灰度块的图来代替测试块，以及在每一灰度级块之前有由该光学同步脉冲发生器产生的光学同步脉冲。

8、根据权利要求7所述的系统，其中光学同步脉冲发生器通过从灰度级0转变到灰度级255并且再次返回，并且在多个帧在LCD面板上显示每一灰度级来产生光学同步脉冲，该多个帧足够长以允许LCD面板在同步脉冲和下一转变的起始点之间返回灰度级0。

9、一种自动校准液晶显示器(LCD)面板的计算机程序产品，包括：

用于产生并在LCD上显示第一灰度级的测试块的计算机代码，

用于依据该第一灰度级的测试图产生第一信号的计算机代码；

用于产生并显示第二灰度级的第二测试块的计算机代码；

用于依据该第二灰度级的测试图产生第二信号的计算机代码；

用于依据第一以及第二信号计算LCD过激励表的条目的计算机代码；以及

用于存储计算机代码的计算机可读介质。

10、根据权利要求9所述的计算机程序产品，进一步包括：

用于在LCD上显示黑色背景的计算机代码；以及

用于针对预先选定的LCD面板的参考点设定测试块的位置以及大小的计算机代码。

11、根据权利要求10所述的计算机程序产品，进一步包括：

用于以具有交替的灰度块的图代替测试块的计算机代码；以及

用于在每一灰度级块之前产生光学同步脉冲的计算机代码。

12、根据权利要求11所述的方法，其中光学同步脉冲包括：

用于从灰度级0转变到灰度级255的计算机代码；

用于从灰度级255转变到灰度级0的计算机代码；以及

用于在LCD面板上显示每一灰度级多个帧的计算机代码，该多个帧足够长以允许LCD面板在同步脉冲和下一转变的起始点之间返回灰度级0。

13、一种用于自动检准液晶显示器(LCD)的方法，包括：

在LCD上显示测试图；以及

依据显示的测试图自动丰富过激励表。