DE10003376B4

DE10003376B4 - Bildschirmstabilisierungsvorrichtung für eine Anzeigeneinheit

Info

Publication number: DE10003376B4
Application number: DE10003376A
Authority: DE
Inventors: Bulent New York Abali; Hubertus Cortlandt Manor Franke; Mark E. Irvington Giampapa
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 2000-01-26
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2020-01-27
Also published as: DE10003376A1; US6317114B1; CN1179268C; CN1262479A; JP2000221954A; KR100339175B1; KR20000071308A; TW501090B

Abstract

Bildstabilisierungsvorrichtung für eine Anzeigeeinheit mit einem Bildschirm, die Folgendes umfasst:
eine Messschaltung mit mindestens einem Beschleunigungsmesser zum Messen einer Bewegung der Anzeigeeinheit;
eine Verarbeitungsschaltung zum Verarbeiten der Signale der Messschaltung und zum Ausgeben eines Verschiebungssignals;
eine Bewegungskompensationsschaltung zur Anpassung eines Bildes auf dem Bildschirm mittels eines Verschiebesignals, so dass das Bild auf dem Bildschirm der Anzeigeeinheit in Bezug auf einen Betrachter im wesentlichen stillstehend bleibt,
wobei die Bewegungskompensationsschaltung das Verschiebesignal mit einem anderen Signal verbindet um das Bild allmählich zu seiner ursprünglichen Position zurückzusetzen,
wobei die Bewegungskompensationsschaltung das Bild an seiner Peripherie durch Löschung der Pixel an einem Rande des Bildes abschneidet und Pixel an einem anderen Rande des Bildes hinzufügt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Bildstabilisierungsvorrichtung für eine Anzeigeneinheit und insbesondere eine Schaltung und ein Verfahren zur Videosignalverarbeitung, die beim Ausführen einer Vibrationskorrektur für ein Bild auf einer Anzeigeeinheit verwendet werden.
Beschreibung der technischen Zusammenhänge
In den letzten Jahren wurden elektronische Geräte mit einer Anzeige (z.B. eine Taschencomputer-/Laptopcomputeranzeige, Videospiele, Fernseher, Bildschirme, usw.) miniaturisiert und somit tragbar, so dass solche Geräte praktisch überall hin mitgenommen und in so gut wie jeder Umgebung einschließlich sich bewegender Fahrzeuge, Schiffe, Flugzeuge usw. betrieben werden können.
Ein Nachteil beim Betrachten von beispielsweise der Anzeige eines Laptop-Computers, zum Beispiel dem IBM Thinkpad^®, in einem sich bewegenden Fahrzeug, beispielsweise einem Auto, ist die durch Vibrationen und Schwankungen des Fahrzeugs verursachte starke Beanspruchung der Augen. Außerdem kann der Betrachter das Bild während einer solchen Vibration/Schwankung des Fahrzeugs nicht mühelos verfolgen.
Außerdem gibt es gewisse Erkrankungen, die sich als Zittern oder Lähmung bemerkbar machen, wodurch eine Bewegung in der Einheit hervorgerufen wird, die es dem betroffenen Betrachter nahezu unmöglich macht, die Anzeige zu betrachten. Andere Einheiten, die denselben Nachteil aufweisen, enthalten Katodenstrahlröhren (CRT), Personal Digital Assistants (PDA) und Smart Cards.
Es sei darauf hingewiesen, dass es ein herkömmliches Aufzeichnungssystem zur Korrektur von Videokameravibrationen gibt. Solche Korrekturmechanismen wurden jedoch in Bildaufzeichnungseinheiten integriert und sind in Bildanzeigeeinheiten und insbesondere in tragbaren Bildanzeigeeinheiten nicht zu finden. In einem herkömmlichen System zur Bewegungskompensation in einer Videoaufzeichnungseinheit kennzeichnet das System im digital aufgezeichneten Bild jene Elemente mit Unterscheidungsmerkmalen, beispielsweise Objekte mit sauberen, scharfen Rändern und hohem Kontrast. Falls sich jene Elemente bewegen, verschiebt die Verarbeitungsschaltung das Bild sodann digital, um die Bewegung zu kompensieren.
In diesem System sind jedoch keine Bewegungsmessgeräte (beispielsweise Beschleunigungsmesser (accelerometer)) zur Bewegungskompensation in einer Videoanzeigeeinheit oder einem anderen als dem aufgezeichneten Bild integriert. Folglich kennt die Einheit (z.B. ein Videorecorder) ihre Koordinaten und gewinnt Koordinateninformationen aus dem aufgezeichneten Bild. Ein solches System kann nicht auf eine Anzeige angewandt werden, die physischer/mechanischer Vibration und Schwankung ausgesetzt ist.
Ein solches System für eine Videoaufzeichnungseinheit kann nicht in eine Anzeigeeinheit integriert werden, außer wenn die Anzeigeeinheit mit einer feststehenden Kamera ausgestattet ist, die die Bewegung der Anzeigeeinheit aufzeichnen und die Verschiebung in zwei Dimensionen aus dem aufgezeichneten Bild ermitteln kann. Bisher wurde kein solches Verfahren ausgeführt, bei dem eine Bewegung direkt für eine physisch vibrierende oder bewegte Anzeigeeinheit abgeleitet wird. Außerdem ist die Herstellung eines solchen Systems sehr kostspielig.

Patent Abstracts of Japan JP 06-083296 beschreibt einen Beschleunigungssensor, der Verschiebungen in der Videodarstellung verursacht durch Vibration identifiziert und der die Verschiebungsposition durch Videodarstellungsmittel wieder kompensiert.

Patent Abstracts of Japan JP 63-173970 beschreibt ebenfalls einen Beschleunigungssensor.

Die Stand der Technik Beschleunigungssensoren sind integrierter Teil der Videoaufzeichnungseinheiten. Sie kennzeichnen in einem digitalen aufgezeichneten Bild jene Elemente mit Unterscheidungsmerkmalen und die Verarbeitungsschaltung führt dann die Bewegungskompensation durch. Normale Anzeigeneinheiten für tragbare Systeme verfügen nicht über technische Mittel zur Kennzeichnung von Elementen eines Bildes mit Unterscheidungsmerkmalen, wie es bei Videoaufzeichnungssystemen üblich ist.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bildstabilisierungsvorrichtung für eine Anzeigeneinheit zu entwickeln, die Bildvibrationen kompensiert.

In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Bewegungskompensationsvorrichtung für eine Anzeigeeinheit mit einem Bildschirm eine Einheit zum Messen einer Bewegung der Anzeigeeinheit und eine Einheit zum Kompensieren der Bewegung der Anzeigeeinheit, so dass ein Bild auf dem Bildschirm der Anzeigeeinheit in Bezug auf einen Betrachter im Wesentlichen stillstehend bleibt.

In einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung schließt ein Verfahren zur Kompensation der Bewegung eines Bildes auf einer Anzeigeeinheit mit einem Bildschirm das Messen einer Bewegung der Anzeigeeinheit und die Kompensation der Bewegung der Anzeigeeinheit ein, so dass ein Bild auf dem Bildschirm der Anzeigeeinheit in Bezug auf einen Betrachter im wesentlichen stillstehend bleibt.

Mit den eindeutigen und nicht offensichtlichen Merkmalen der Erfindung wird ein System bereitgestellt, in dem die auf der Anzeigeeinheit hervorgerufene mechanische Vibration/Schwankung gemessen und das elektronische Bild sodann in entgegengesetzter Richtung verschoben wird, um die Vibration/Schwankung zu kompensieren und dem Auge des Betrachters ein stabiles Bild zu präsentieren.

Infolgedessen bleibt das betrachtete Bild in Bezug auf den Betrachter stillstehend oder nahezu stillstehend, wodurch die Augenbeanspruchung des Benutzers vermindert wird.

Im Gegensatz zum herkömmlichen System betrifft die vorliegende Erfindung außerdem die Bewegungskompensation in einer Videoanzeigeeinheit, nicht in einer Videoaufzeichnungseinheit, und beinhaltet Bewegungsmessgeräte (Beschleunigungsmesser).

Im Gegensatz zu den herkömmlichen Systemen, die in einem digital aufgezeichneten Bild jene Elemente mit Unterscheidungsmerkmalen (z.B. Objekte mit sauberen, scharfen Rändern und hohem Kontrast) kennzeichnen, und eine verarbeitungsschaltung das Bild bei einer Bewegung dieser Elemente sodann zur Bewegungskompensation verschiebt, betrifft die vorliegende Erfindung ein angezeigtes Bild im Gegensatz zu einem aufgezeichneten Bild. Wie oben erwähnt wurde, kennt die herkömmliche Einheit, beispielsweise eine Videokamera, ihre Koordinaten und gewinnt Informationen aus einem aufgezeichneten Bild. Im Gegensatz dazu zeichnet eine Anzeigeeinheit nichts auf und kennt folglich nicht ihre Positionierung. Die vorliegende Erfindung vermittelt der Anzeige diese Kenntnis, indem die physische Verschiebung in einer Vielzahl von Achsen (z.B. der horizontalen Achse und der vertikalen Achse) der Anzeige gemessen wird. Die vorliegende Erfindung leitet die Bewegung der Anzeigeeinheit (und folglich des angezeigten Bildes) direkt auf eine kostengünstige und einfache Weise her.

Die vorhergehenden und andere Zwecke, Aspekte und Vorteile werden besser aus der folgenden ausführlichen Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen verstanden, in denen:
1 eine Anzeigeeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
2 eine Verarbeitung durch die Erfindungsstruktur zur Kompensation der Bewegung der Anzeige der vorliegenden Erfindung darstellt;
3 ein Verfahren zur erneuten Zentrierung darstellt, das von der Struktur der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird;
4 die grundlegende Arbeitsweise der in der vorliegenden Erfindung verwendeten Verarbeitungsschaltung veranschaulicht;
5 eine beispielhafte Ausführung der Verarbeitungsschaltung zur Verringerung der Schwankung in einer Bildanzeigeeinheit gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
6A eine erste bevorzugte Ausführungsform eines Systems zur Verringerung der Schwankung in einer Bildanzeigeeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, die die in 5 gezeigte erfindungsgemäße Verarbeitungsschaltung enthält;
6B eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines Systems zur Verringerung der Schwankung in einer Bildanzeigeeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, die die in 5 gezeigte erfindungsgemäße Verarbeitungsschaltung enthält;
7A bis 7E Eigenschaften von Signalen darstellen, die vom System in 6B in Abhängigkeit von der Zeit für eine Dimension erzeugt werden; und
8A bis 8E ebenfalls Eigenschaften von Signalen darstellen, die vom System von 6B und unter Vibrationen in Abhängigkeit von der Zeit für eine Dimension erzeugt werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTBR AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Mit Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf die 1 bis 8E werden bevorzugte Ausführungsformen und daran vorgenommene Änderungen des Verfahrens und der Strukturen gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Zur Erleichterung des Verständnisses werden dieselben Komponenten in den Figuren mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
Im Allgemeinen misst die vorliegende Erfindung mechanische Vibrationen und Schwankungen, die auf einer ein elektronisches Bild anzeigenden Anzeigeeinheit hervorgerufen werden, und verschiebt sodann das angezeigte elektronische Bild in entgegengesetzter Richtung, um diese Schwankungen zu kompensieren und dem Auge des Betrachters ein stabiles Bild zu präsentieren. Infolgedessen bleibt das betrachtete Bild in Bezug auf den Betrachter stillstehend (oder im Wesentlichen stillstehend).
Mit Bezugnahme auf die Figuren stellt 1 nun eine Anzeige 10 dar, die die Funktion der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Anzeigeeinheit 10 wird normalerweise von einer Flüssigkristallanzeige (LCD) oder einer Dünnschichttransistor(thin-film transistor) (TFT-)Anzeige gebildet und hat physische Grenzen 1. Die Anzeige kann eine Farbanzeige oder eine Schwarzweiß-Anzeige sein. Die Anzeige 10 ist normalerweise einer tragbaren Einheit, beispielsweise einem Taschen-/Laptop-Computer, einer Videospieleinheit, einem Personal Digital Assistant (PDA), einer Smart Card, usw. zugeordnet (z.B. daran angeschlossen oder integriert).
Ein elektronisches Bild 2 wird von einem Computer (z.B. einer Zentraleinheit, die eine zugeordnete Verarbeitungsschaltung und dergleichen enthält) verarbeitet und auf der Anzeige 10 angezeigt. Der Bezugsrahmen 3 für das Auge des Betrachters befindet sich in derselben Ebene wie derjenige der Anzeigeeinheit 10. Das elektronische Bild 2 wird durch eine horizontale Richtung 4 und eine vertikale Richtung 5 vom Bezugsrahmen 3 getrennt.
Wie in 2 gezeigt wird, bewegt sich die Anzeige 10 infolge von auf dem Computer hervorgerufenen Vibrationen nach oben und nach links (z.B. in Bezug auf die Betrachtungsrichtung von 2). Die Position der Anzeige 10 vor dieser Bewegung wird durch die Bezugsziffer 6 gekennzeichnet. Die elektronische Schaltung erkennt jedoch die Anzeigenbewegung und kompensiert sie, indem das angezeigte Bild 2 um den denselben Betrag wie die mechanische Bewegung elektronisch nach unten und nach rechts bewegt wird, wodurch das angezeigte Bild 2 in Bezug auf den feststehenden Bezugsrahmen (z.B. in diesem Fall das Auge 3 des Betrachters) stillstehend gehalten wird. wie unten erläutert wird, wird das Bild vorzugsweise in einer von der Schwankungsbewegung weg zeigenden Richtung bewegt, so dass dies für den Benutzer nicht wahrnehmbar ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das verschobene Bild an den Grenzen (z.B. den Rändern) abgeschnitten werden, weil Untersuchungen gezeigt haben, dass ein Betrachter meistens auf die Mitte der Anzeige und nur gelegentlich an den Rand der Anzeige schaut.
Das Abschneiden eines Bildes auf einer Anzeige ist ein bekannter Vorgang und beinhaltet das Löschen einiger Bildelemente von einem Rand der Anzeige und das Hinzufügen einiger Bildelemente zum anderen Rand der Anzeige. Hinzugefügte Bildelemente beinhalten nicht unbedingt nützliche Informationen oder Grafiken. Falls die erfindungsgemäße Einheit beispielsweise misst, dass das angezeigte Bild um 10 Zeilen von Bildelementen (z.B. in einer 800 × 600-Pixel-Einheit) nach unten verschoben werden muss, verschwinden die 10 Zeilen von Bildelementen vom unteren Teil des Bildschirms. Gleichzeitig erscheinen 10 Zeilen von Bildelementen im oberen Teil des Bildschirms. Die neu erscheinenden Bildelemente beinhalten möglicherweise keine nützlichen Grafiken, sondern können statt dessen leer sein.
In einer verwandten Ausführungsform wird das verschobene Bild nicht abgeschnitten, sondern ein reservierter Bereich, der für den Benutzer normalerweise nicht sichtbar ist, wird an den Grenzen sichtbar.
Alternativ können folglich Ecken des digitalen Bildes ausgeblendet werden. Zum Beispiel können in einem 800 × 600-Pixel-Bild normalerweise eine Vielzahl (z.B. 10) von Bildelementwerten von Zeilen und Spalten aus einer Vielzahl (z.B. vier) von Seiten des Bildes ausgeblendet werden, daher werden nur Zeilen 11 bis 590 und Spalten 11 bis 790 gezeigt. wenn das angezeigte Bild in irgendeine Richtung verschoben wird, wird nun der ausgeblendete Teil bzw. die ausgeblendeten Teile des Bildes sichtbar.
Sobald das Bild verschoben wird, kann es nicht unbeschränkt an dieser Position gehalten werden. Andernfalls verschwinden die abgeschnittenen Teile aufgrund des Abschneiden des Bildes an den Rändern dauerhaft. Folglich muss das Bild neu zentriert werden. Falls das Bild beispielsweise zur Bewegungskompensation verschoben wurde, jedoch nicht neu zentriert wurde (wie in der Erfindung), kann dies dazu führen, dass bestimmte grafische Symbole (z.B. Symbole und dergleichen, wie MyComputer, Network/Neighborhood, RecycleBin, in der grafischen Benutzerschnittstelle der Anwendung/des Betriebssoftwaresystems, usw.) dauerhaft aus dem Bild "zerhackt" (gelöscht) werden. Das Bild muss neu zentriert werden, falls die Anzeige nicht zu ihrer früheren Position zurückkehrt. Das erneute Zentrieren wird langsam in einem Schritt ausgeführt, so dass das menschliche Auge das Bild mühelos verfolgen kann. Schnell oder langsam wird durch individuelle Benutzererfahrung definiert. Ein solcher Zeitraum des erneuten Zentrierens kann in einem Menü "Anzeigevorgaben" in einem Anzeigenfeld eingestellt werden.
3 veranschaulicht das Verfahren der erneuten Zentrierung. Das erneute Zentrieren kann beispielsweise über einen Bereich von 1 bis 10 Sekunden stufenweise ausgeführt werden. Der Zeitraum der erneuten Zentrierung kann wiederum vom Benutzer beispielsweise über ein Menü "Vorgaben" der Anzeige ausgewählt werden.
In der bevorzugten Ausführungsform kann die mechanische Bewegung der Anzeigeeinheit von einem Paar kostengünstiger, kleine Bewegungen messender Einheiten erfasst werden, beispielsweise – jedoch nicht ausschließlich – piezoelektrischer Beschleunigungsmesser. Vorzugsweise sind die Beschleunigungsmesser in die Anzeigenschaltung integriert. Solche piezoelektrischen Beschleunigungsmesser sind im Handel von mehreren Herstellern erhältlich. Ein erster Beschleunigungsmesser des Paares von Beschleunigungsmessern misst eine erste (z.B. horizontale) Bewegung der Anzeige, und ein zweiter Beschleunigungsmesser misst eine zweite (z.B. vertikale) Bewegung der Anzeige.
Sobald der Betrag der mechanischen Bewegung, ihre Beschleunigung und ihre Richtung festgestellt wurden, kann eine mit der Anzeige verbundene oder darin integrierte Verarbeitungsschaltung die benötigte Verschiebung bestimmen, und anschließend zeichnet die Grafikschaltung des Computersystems die Anzeige erneut, wobei das Bild zur Kompensation verschoben wird.
4 veranschaulicht die grundlegende Arbeitsweise einer beispielhaften Verarbeitungsschaltung 40 gemäß der vorliegenden Erfindung. Insbesondere veranschaulicht 4 die grundlegende Arbeitsweise der Bewegungsmessung durch die Verarbeitungsschaltung 40, die einen Beschleunigungsmesser 41 und eine Bewegungsmessschaltung 42 enthält.
In 4 erzeugt der Beschleunigungsmesser 41 eine zur Beschleunigung proportionale Spannung in Einheiten von Volt/Meter/Sekunde². Eine zweifache Integration dieses Signals über die Zeit erzeugt die Verschiebung des Beschleunigungsmessers 41 in Einheiten von Volt/Meter.
5 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführung der Mess- und Verarbeitungsschaltung 40 für die Anzeige gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 5 wird ein Ausgangssignal V_Beschleunigung vom Beschleunigungsmesser 41 in einen ersten Eingangsanschluss (z.B. positiver Eingangsanschluss) eines Operationsverstärkers 42A eingegeben, der einen Vergleich mit einem negativen Rückmeldeeingangssignal (z.B. Rückmeldeeingang in den negativen Anschluss des Verstärkers) ausführt, um ein verstärktes Ausgangssignal bereitzustellen. Das verstärkte Signal wird in ein von einem Widerstand 43 und einem Kondensator 44 gebildetes RC-Netz eingegeben. Das Netz fungiert als Integrator.
Das resultierende Signal (z.B. am Knoten) ist proportional zu V_Geschwindigkeit und stellt die Geschwindigkeit dar, mit der sich die Anzeigeeinheit 10 (und folglich die Bildanzeige auf der Anzeige) infolge von Schwankung, Vibration oder dergleichen bewegt. Das die Geschwindigkeit darstellende, resultierende Signal wird in einen zweiten Integrator eingegeben, der einen Verstärker 45, einen Widerstand 46 und einen Kondensator 47 enthält, der das Ausgangssignal V_Verschiebung (Volt/Meter) erzeugt, das proportional zur tatsächlichen mechanischen Verschiebung des Beschleunigungsmessers 41 ist. Die Eigenschaften/Werte der beiden Integratoren sind vorzugsweise gleich. Die Eigenschaften der Komponenten des Systems können in Abhängigkeit von den Vorgaben des Entwicklers, den Anwendungen und den Erfordernissen frei ausgewählt werden.
Ein Paar dieser Signale (z.B. eines für die horizontale und eines für die vertikale Verschiebung) wird gemäß der Erfindung bereitgestellt. Folglich werden vorzugsweise zwei Verarbeitungsschaltungen (z.B. eine für die horizontale Richtung und eine für die vertikale Richtung) bereitgestellt, wie in 6 gezeigt wird (z.B. 41V und 41H und ihre verbundene Schaltung).
Die Signale V_Verschiebung (für horizontal und/oder vertikal) müssen zur Verschiebung des Bildes weiter verarbeitet werden.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das analoge Signal direkt der Katodenstrahlröhre (CRT) zugeführt werden, wie in 6A gezeigt wird.
Wie in 6A gezeigt wird, enthält ein System zur Bildstabilisierung und zum Ausführen einer Schwankungs/Vibrationskorrektur für das Bild horizontale und vertikale Messfühler 41H, 41V, Bewegungsmessschaltungen 42, die für die horizontalen bzw. vertikalen Messfühler 41H, 41V bereitgestellt werden, und horizontale Richtungssignal- und vertikale Richtungssignalschaltungen 50H, 50V, die vorzugsweise einen Operationsverstärker oder dergleichen umfassen, um jeweils an ersten Eingangsanschlüssen davon Ausgangssignale von den jeweiligen Bewegungsmessschaltungen 42 zu empfangen. Die Ausgangssignale von den Bewegungsmessschaltungen 42 stellen horizontale bzw. vertikale Verschiebungen dar, die den Schaltungen 50H, 50V zugeführt werden müssen, um ein angezeigtes Bild nach links oder rechts oder nach oben oder unten zu bewegen.
Außerdem empfangen die horizontalen und vertikalen Schaltungen 50H, 50V an zweiten (z.B. Haupt-)Eingangsanschlüssen davon Eingangssignale von einer Videoverarbeitungsschaltung 55, die ein verarbeitetes Videobildsignal (z.B. ein Hauptsignal) darstellen.
Insbesondere empfängt die Videoverarbeitungsschaltung 55 Videoeingangssignale von einem Computer (nicht gezeigt) und führt eine gewünschte Verarbeitung solcher Signale aus. Eine solche Videoverarbeitungsschaltung ist nach dem Stand der Technik gut bekannt. Das Hauptsignal von der Videoverarbeitungsschaltung führt das Abtasten mittels eines Elektronenstrahls (nicht gezeigt) oder dergleichen aus. Beim Abtasten wird ein Intensitätseingang (nicht gezeigt) usw. zum Einstellen von Intensität, Farbe (im Falle einer Farbanzeige) und dergleichen bereitgestellt. Ein solcher Abtastvorgang ist nach dem Stand der Technik gut bekannt. Folglich stellen die horizontalen bzw. vertikalen Schaltungen 50H, 50V direkt an die Eingänge 100A, 100B einer Katodenstrahlröhre (CRT) 100 ein Eingangssignal bereit, das darstellt, wie sich ein Elektronenstrahl bewegt. Der Eingang zur CRT, die eine (analoge) Röhrenanzeige oder dergleichen sein kann, stellt sodann das Bild auf dem Bildschirm ein.
Das Ausgangssignal der horizontalen Schaltung 50H hat vorzugsweise eine sägezahnförmige Impulsform, die den Elektronenstrahl zum Aufbauen des Bildes entlang der Anzeige nach links oder rechts bewegt. Das Ausgangssignal der vertikalen Schaltung hat ebenfalls eine sägezahnförmige Impulsform, die den Strahl nach oben oder unten bewegt, wodurch das Bild auf dem Bildschirm nach oben oder unten bewegt wird. Es sei darauf hingewiesen, dass der Zeitraum der sägezahnförmigen Impulsform der vertikalen Schaltung 50V ein viel längerer Zeitraum als derjenige der horizontalen Schaltung 50H ist.
CRTs nach dem Stand der Technik, beispielsweise P70^® und P200^® von IBM, enthalten bereits Schaltungen zum Verschieben des Bildes in vertikaler oder horizontaler Richtung. Im Allgemeinen sind zum Erfüllen dieser Aufgabe Drehknöpfe und/oder Tasten auf dem Bedienungsfeld dieser Bildschirme vorhanden. Die analogen Signale V_Verschiebung (für horizontale und/oder vertikale Verschiebung) können diesen Teilen der CRT-Schaltung zugeführt werden.
Wie in 6B gezeigt wird, kann das analoge Signal V_Verschiebung in einer anderen Ausführungsform der Erfindung von einem Analog-Digital-Umsetzer (ADC) 60 in ein digitales Signal umgesetzt werden. Es kann ein ADC bereitgestellt werden, der einem entsprechenden Messfühler entspricht, oder alternativ kann ein einzelner ADC bereitgestellt werden, um die Signale im Multiplexverfahren zu empfangen.
Anschließend wird das digitale Signal der als Grafiktreiber 61 bezeichneten Systemsoftware zur Verfügung gestellt, die die Anzeige 10 steuert, wie in 6B gezeigt wird. Der Grafiktreiber 61 führt das digitale Signal der Videoverarbeitungsschaltung 62 des Computers zu, die das Bild um die erforderlichen Beträge verschiebt. Dies kann auf mehrere Arten ausgeführt werden.
Eine Cirrus Logic CL-GD542X VGA-Videosteuereinheitchip enthält beispielsweise eine Anzahl programmierbarer Register, die zum Ausführen des Verschiebeverfahrens verwendet werden können, indem die Einstellung des Wertes im Register Horizontal Sync Start das Bild horizontal auf dem Bildschirm bewegt. Ein Register Screen Start Address gibt die Position im Anzeigenspeicher an, wo die anzuzeigenden Daten beginnen. Durch die Einstellung des Wertes dieses Registers in Vielfachen horizontaler Abtastzeilen kann das Bild vertikal in jede Richtung verschoben werden.
Andere Videosteuereinheiten von anderen Herstellern beinhalten ähnliche Register/Funktionen, die das Verschieben des Bildes gemäß dieser Erfindung ermöglichen.
wie in 6B gezeigt wird, kann das aus v Verschiebung erhaltene digitale Signal in einer verwandten Änderung an der obigen Ausführungsform der Erfindung der Betriebssystem-(OS-) Software zugeführt werden (z.B. Windows95^®, Windows98^®, WindowsCE^®, usw.), die die auf dem Bildschirm angezeigte Arbeitsoberfläche steuert. Eine solche Änderung kann nur in Software ausgeführt werden. Im Gegensatz zur oben beschriebenen direkten Programmierung der Videosteuereinheit wird das Betriebssystem angewiesen, die Anzeige zu verschieben. Das OS verfügt über Mittel zum verschieben der Fenster auf der Arbeitsoberfläche. Das aktive Fenster im Vordergrund ist das höchstwahrscheinlich vom Benutzer betrachtete Fenster, während inaktive Fenster entweder auf ein Minimum herabgesetzt werden oder sich im Hintergrund befinden. Das OS kann das digitale Signal verwenden, um das aktive Fenster um einen zum Kompensieren der Vibrationen erforderlichen Betrag zu verschieben.
In einer anderen verwandten Ausführungsform der Erfindung können die Bewegungsmess- und Bildverschiebungsverfahren zur Vereinfachung und/oder Verringerung der Kosten der Bildstabilisierungsschaltung nur für eine Dimension (z.B. nur für die vertikale Dimension) ausgeführt werden.
Insbesondere treten die Vibrationen in einigen Fahrzeugen, beispielsweise Autos, wahrscheinlich hauptsächlich in vertikaler Richtung auf, und daher ist eine horizontale Schaltung möglicherweise nicht notwendig. Alternativ kann in anderen Fahrzeugen die horizontale Bewegung kritischer sein, so dass in diesem Fall möglicherweise nur die horizontale Mess- und Kompensationsschaltung bereitgestellt wird.
Die 7A bis 7E stellen Signale dar, die von der Bewegungsmess-/Kompensationsschaltung in Abhängigkeit von der Zeit für eine vertikale oder horizontale Dimension erzeugt werden.
Wie in 7A gezeigt wird, bewegt sich die Anzeige physisch um einen bestimmten Betrag 71. Der Beschleunigungsmesser erzeugt das Signal V_Beschleunigung, wie in 7B gezeigt wird (z.B. Bezugsziffer 72). Die Bewegungsmessschaltung erzeugt das Signal V_Geschwindigkeit, das proportional zur Geschwindigkeit der Anzeige ist, wie durch die Bezugsziffer 73 und 7C gezeigt wird, und das Signal V_Verschiebung, das proportional zur Verschiebung der Anzeige ist, wird als Bezugsziffer 74 und 7D gezeigt.
Aufgrund des Verlustes der in der Schaltung verwendeten Kondensatoren geht V_Verschiebung jedoch mit einer Zeitkonstanten RC gegen Null, wie in 7D gezeigt wird. Die Konstante RC ist einstellbar, so dass die Abnahme im Bereich von 1 bis 10 Sekunden stattfindet, d.h. mit einer Geschwindigkeit, bei der das menschliche Auge die Anzeige verfolgen kann. Das Signal V_Verschiebung wird der Grafikschaltung (z.B. dem in 6 gezeigten Grafiktreiber 61) der Anzeigeeinheit 10 zugeführt. Dies ist der erforderliche Betrag, um den das Bild verschoben werden muss, um der Bewegung der Anzeige entgegenzuwirken.
Wenn das Signal V_Verschiebung grafisch mit der mechanischen Verschiebung verknüpft wird, wie in 7E und der Bezugsziffer 75 gezeigt wird, wird veranschaulicht, was das menschliche Auge beobachtet. Das heißt, die Anzeige bewegt sich physisch, das verknüpfte Signal (z.B. Bezugsziffer 76 in 7E) bleibt jedoch unverändert. Folglich bewegte sich das Bild in Bezug auf den Betrachter nicht, weil das elektronische Bild verschoben wurde. Wie bei der Bezugsziffer 77 von 7E gezeigt wird, beginnt das Signal jedoch nach 1 bis 10 Sekunden auf den Pegel der mechanischen/physischen Verschiebung 71 anzusteigen. Dies ist die oben beschriebene Funktion des erneuten zentrierens. Das Signal V_Verschiebung folgt langsam der mechanischen Verschiebung, wie es vorgesehen ist.
Die 8A bis 8E stellen Signale dar, die von dieser Schaltung in Abhängigkeit von der Zeit für eine horizontale oder vertikale Dimension unter Vibrationen erzeugt werden.
Die Anzeige 10 vibriert mechanisch, wie durch eine Sinuskurve 81 in 8A dargestellt wird. Folglich erzeugt der Beschleunigungsmesser das entsprechende Signal V_Beschleunigung (2). Die Bewegungsmessschaltung erzeugt das Signal V_Geschwindigkeit, das proportional zur Geschwindigkeit der Anzeige ist, wie in der Bezugsziffer 83 in 8C gezeigt wird. Außerdem erzeugt sie das Signal V_Verschiebung, das proportional zur mechanischen Verschiebung der Anzeige ist, wie in 8D bei der Bezugsziffer 84 gezeigt wird.
Wenn dieses Signal grafisch mit der mechanischen Verschiebung der Anzeige verknüpft wird, wie bei der Bezugsziffer 85 in 8E gezeigt wird, stellt das verknüpfte Signal dar, was das menschliche Auge sieht. Das heißt, die Anzeige vibriert physisch, wie bei 81 gezeigt wird, das verknüpfte Signal 85 (was der Betrachter sieht) bleibt jedoch unverändert. Folglich bewegt sich das Bild in Bezug auf den Betrachter nicht, weil das elektronische Bild 84 ebenfalls vibriert, um die mechanische/physische Vibration zu kompensieren.
In einer verwandten Ausführungsform, die für eine Umgebung mit langen Zeiträumen mit relativ konstanter Beschleunigung geeignet ist, beispielsweise für Luft- und Wasserfahrzeuge usw., kann eine Anti-Vorspannungsschaltung hinzugefügt werden, um diese konstante Beschleunigung zu kompensieren.
Obwohl die Erfindung bezüglich mehrerer bevorzugter Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute erkennen, dass die Erfindung mit Änderungen innerhalb der Wesensart und des Umfangs der angehängten Ansprüche angewandt werden kann.

Claims

Bildstabilisierungsvorrichtung für eine Anzeigeeinheit mit einem Bildschirm, die Folgendes umfasst: eine Messschaltung mit mindestens einem Beschleunigungsmesser zum Messen einer Bewegung der Anzeigeeinheit; eine Verarbeitungsschaltung zum Verarbeiten der Signale der Messschaltung und zum Ausgeben eines Verschiebungssignals; eine Bewegungskompensationsschaltung zur Anpassung eines Bildes auf dem Bildschirm mittels eines Verschiebesignals, so dass das Bild auf dem Bildschirm der Anzeigeeinheit in Bezug auf einen Betrachter im wesentlichen stillstehend bleibt, wobei die Bewegungskompensationsschaltung das Verschiebesignal mit einem anderen Signal verbindet um das Bild allmählich zu seiner ursprünglichen Position zurückzusetzen, wobei die Bewegungskompensationsschaltung das Bild an seiner Peripherie durch Löschung der Pixel an einem Rande des Bildes abschneidet und Pixel an einem anderen Rande des Bildes hinzufügt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Messschaltung mindestens eine physischen Bewegung in einer horizontalen und einer vertikalen Richtung der Anzeigeeinheit misst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei wenigstens ein Beschleunigungsmesser eine Vielzahl von Beschleunigungsmesser zum Messen der Bewegung in einer Vielzahl vordefinierter Richtungen enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bewegungskompensationsschaltung das Bild auf dem Bildschirm um denselben Betrag wie die Bewegung der Anzeigeeinheit elektronisch verschiebt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bewegungskompensationsschaltung das Bild auf dem Bildschirm in eine der Bewegung der Anzeigeeinheit entgegengesetzte Richtung verschiebt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Bewegungskompensationsschaltung das Bild auf dem Bildschirm nach einem festgelegten Zeitraum zurücksetzt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der festgelegte Zeitraum im Wesentlichen in einem Bereich von etwa 1 bis 10 Sekunden liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der festgelegte Zeitraum selektiv von einem Benutzer eingestellt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Messschaltung in die Anzeigeeinheit integriert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Beschleunigungsmesser eine Vielzahl von Beschleunigungsmessern zum Messen der Bewegung der Anzeigeeinheit in einer horizontalen und einer vertikalen Richtung erfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Beschleunigungsmesser piezo-elektrische Beschleunigungsmesser umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Verarbeitungsschaltung folgendes enthält: einen Operationsverstärker zum Empfangen eines Ausgangssignals vom Messfühler, das die Beschleunigung der Anzeigeeinheit darstellt; und ein Widerstands-Kondensator-Netz, das so verbunden ist, dass es ein Ausgangssignal des Operationsverstärkers empfängt, um eine Geschwindigkeit der Bewegung der Anzeigeeinheit zu ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Verarbeitungsschaltung außerdem ein zweites Widerstands-Kondensator-Netz enthält, um in Abhängigkeit vom Geschwindigkeitssignal ein vertikales Verschiebungssignal und ein horizontales Verschiebungssignal zu ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Anzeigeeinheit eine Katodenstrahlröhre (CRT) umfasst, die eine Videoverarbeitungsschaltung enthält, und die horizontalen und vertikalen Verschiebungssignale direkt in die Verarbeitungsschaltung der CRT eingegeben werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Verarbeitungsschaltung außerdem einen Analog-Digital-Umsetzer zum Umsetzen der Verschiebungssignale in digitale Signale umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bewegungskompensationsschaltung außerdem einen Grafiktreiber für die Anzeigeeinheit umfasst, wobei die digitalen Signale in den Grafiktreiber eingegeben werden, um die Anzeigeeinheit zu steuern, wobei der Grafiktreiber die digitalen Signale zum verschieben des Bildes der Videoverarbeitungsschaltung der Anzeige zuführt.
Verfahren zur Stabilisierung eines Bildes auf einer Anzeigeeinheit mit einem Bildschirm, das Folgendes umfasst: Messen mit einer Messschaltung eine Bewegung der Anzeigeeinheit mit zumindest einem Beschleunigungsmesser, Verarbeiten eines Signals der Messschaltung zur Erzeugung eines Verschiebungssignals, Anpassen eines Bildes auf der Anzeigeeinheit zur Kompensation der Bewegung auf der Anzeigeeinheit mittels Anpassung des Videosignal durch das Verschiebesignal, wobei das Verschiebesignal mit einem anderen Signal verbunden ist, um das Bild allmählich zu seiner ursprünglichen Position zurückzusetzen, wobei das ein Bild auf dem Bildschirm der Anzeigeeinheit in Bezug auf einen Betrachter im Wesentlichen stillstehend bleibt, und wobei das Bild an seiner Peripherie an einem Rande durch Löschung der Pixel abgeschnitten wird und an einem anderen Rande die Pixel hinzufügt werden.