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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kompensieren einer blickwinkelabhängigen Farbverschiebung eines Bildpunkts, auf ein Verfahren zum Bestimmen einer blickwinkelabhängigen Farbverschiebung eines Bildpunkts, weiterhin auf eine Vorrichtung, die zumindest eines dieser Verfahren verwendet sowie schließlich auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
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Das menschliche Auge weist eine große Empfindlichkeit im Bereich kleiner Lichtstärken und eine geringere Empfindlichkeit im Bereich großer Lichtstärken auf. Deshalb wird auf einem Anzeigegerät ein Helligkeitsverlauf mit einer linear ansteigenden Helligkeit als nichtlinear empfunden. Um den Helligkeitsverlauf linear wahrnehmen zu können, wird der Helligkeitsverlauf mittels einer sogenannten Gammakorrektur verfälscht, die durch eine Gammakurve repräsentiert wird. Zusätzlich beeinflusst ein Betrachtungswinkel des Anzeigegeräts eine Wahrnehmung der Helligkeiten.
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Beispielsweise beschreibt die
KR 2009039971 A eine Treibereinheit für eine Flüssigkristallanzeigeeinrichtung, die über einen Gammawert Helligkeitswerte eines Bilds korrigiert, wobei der Gammawert einen Mittelwert aus einer Gammakurve für einen frontalen Blickwinkel und einer Gammakurve für einen seitlichen Blickwinkel repräsentiert.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Kompensieren einer blickwinkelabhängigen Farbverschiebung eines Bildpunkts, ein Verfahren zum Bestimmen einer blickwinkelabhängigen Farbverschiebung eines Bildpunkts, weiterhin eine Vorrichtung, die zumindest eines dieser Verfahren verwendet sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Ein Bildpunkt eines Anzeigegeräts wirkt auf einen Betrachter aus unterschiedlichen Blickwinkeln unterschiedlich hell und/oder verändert seine Farbe, obwohl eine emittierte Lichtstärke und/oder Farbe des Bildpunkts konstant ist. Diese Unterschiede, hier als Farbverschiebung bezeichnet, sind über verschiedenen Lichtstärken bzw. Helligkeitsstufen des Bildpunkts nichtlinear.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine wahrgenommene Gesamthelligkeit eines Bildpunkts aus einem helleren Bestandteil und einem dunkleren Bestandteil in unmittelbarer Umgebung zueinander erzeugt werden kann. Der hellere Bestandteil unterliegt dabei bei einer Blickwinkeländerung einer ersten Farbverschiebung, der dunklere Bestandteil unterliegt einer zweiten Farbverschiebung. Im Idealfall heben sich die erste und die zweite Farbverschiebung gegenseitig auf. Dann kann der Bildpunkt aus einem erweiterten Bildwinkelbereich mit einer gleichmäßigen Helligkeit wahrgenommen werden.
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Ein Verfahren zum Kompensieren einer blickwinkelabhängigen Farbverschiebung eines Bildpunkts weist die folgenden Schritte auf:
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Bestimmen eines ersten Helligkeitswerts und eines zweiten Helligkeitswerts, wobei ein Mittelwert des ersten Helligkeitswerts und des zweiten Helligkeitswerts einem vorgegebenen Helligkeitswert des Bildpunkts entspricht; und
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Zuordnen des ersten Helligkeitswerts zu einem ersten Pixel und Zuordnen des zweiten Helligkeitswerts zu einem, dem ersten Pixel benachbart angeordneten, zweiten Pixel, wobei eine gemittelte Koordinate des ersten Pixels und des zweiten Pixels eine vorgegebene Koordinate des Bildpunkts repräsentiert.
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Unter einem ersten Helligkeitswert und einem zweiten Helligkeitswert kann je eine Graustufe und/oder eine Farbstufe verstanden werden. Unter einem Mittelwert kann beispielsweise ein arithmetisches Mittel aus dem ersten und zweiten Helligkeitswert verstanden werden. Unter einem Pixel kann ein einzelner Leuchtpunkt auf einem Anzeigegerät verstanden werden. Ebenso kann ein Pixel aus mehreren Subpixeln aufgebaut sein, die beispielsweise eine Farbinformation abbilden können. Eine Koordinate kann eine Reiheninformation und eine Zeileninformation des Leuchtpunkts auf dem Anzeigegerät repräsentieren.
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Ein Verfahren zum Bestimmen einer blickwinkelabhängigen Farbverschiebung eines Bildpunkts weist die folgenden Schritte auf:
Erfassen eines ersten Zusammenhangs zwischen einer tatsächlichen Helligkeitsveränderung des Bildpunkts und einer wahrnehmbaren Helligkeitsveränderung des Bildpunkts aus einem ersten Blickwinkel;
Erfassen zumindest eines weiteren Zusammenhangs aus zumindest einem weiteren Blickwinkel; und
Ermitteln einer Übertragungsfunktion unter Verwendung der zumindest zwei Zusammenhänge, um die blickwinkelabhängige Farbverschiebung zu bestimmen.
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Unter einem Zusammenhang kann eine Funktion einer sichtbaren Helligkeit eines Bildpunkts über einer physikalischen Helligkeit des Bildpunkts verstanden werden. Der Zusammenhang kann in einer Tabelle und/oder einem Diagramm abgebildet werden. Ebenso kann eine Mehrzahl von Bildpunkten erfasst werden. Unter einem Blickwinkel kann ein Winkel einer Darstellungsebene des Anzeigegeräts zu einer Blickrichtung verstanden werden. Unter einer Übertragungsfunktion kann eine Abhängigkeit mehrerer Zusammenhänge von dem Blickwinkel verstanden werden. Die Übertragungsfunktion kann beispielsweise in einer mehrdimensionalen Matrix oder einer Mehrzahl von zusammenhängenden Tabellen erfasst werden. Ebenso kann die Übertragungsfunktion als Formel erfasst werden. Unter einer wahrnehmbaren Helligkeitsveränderung kann eine Helligkeitsveränderung verstanden werden, die von menschlichen Sinnesorganen (beispielsweise den Augen, evtl. in Verbindung mit dem Gehirn) erfassbar ist.
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Der erste Helligkeitswert und alternativ oder ergänzend der zweite Helligkeitswert können unter Verwendung eines hinterlegten Zusammenhangs zwischen der Farbverschiebung und einem erwarteten Blickwinkel bestimmt werden. Damit können unterschiedliche vorgegebene Helligkeitswerte verschiedene Helligkeitsunterschiede zwischen den ersten und den zweiten Helligkeitswerten aufweisen. Eine Darstellung einer Bildinformation kann so einheitlich erfolgen.
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Der erste Helligkeitswert kann zu zumindest einem ersten Subpixel zugeordnet werden. Der zweite Helligkeitswert kann zu zumindest einem zweiten Subpixel zugeordnet werden, wobei ein Pixel durch zumindest zwei zusammengehörige Subpixel repräsentiert wird. Eine Helligkeitsanpassung kann beispielsweise nur auf einem Farbkanal durchgeführt werden.
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Das Verfahren zum Kompensieren kann einen Schritt des Trennens eines ersten Farbkanals des Bildpunkts von zumindest einem weiteren Farbkanal des Bildpunkts aufweisen. Im Schritt des Bestimmens können der erste Helligkeitswert und der zweite Helligkeitswert für den ersten Farbkanal und alternativ oder ergänzend für den zumindest einen weiteren Farbkanal getrennt bestimmt werden. Im Schritt des Zuordnens können die Helligkeitswerte zu benachbarten, den Farbkanälen zugeordneten, Subpixeln zugeordnet werden. Unter einem Farbkanal kann ein Anteil einer Bildinformation verstanden werden, die einer Farbe eines Farbraums zugeordnet werden kann. Beispielsweise kann ein Bildpunkt einen roten Farbkanal, einen grünen Farbkanal und einen blauen Farbkanal aufweisen. Die Helligkeit kann für einen ausgewählten Farbkanal angepasst werden. Ebenso können für unterschiedliche Farbkanäle unterschiedliche Helligkeitswerte bestimmt werden.
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Der erste Helligkeitswert eines Farbkanals und alternativ oder ergänzend der zweite Helligkeitswert des Farbkanals können unter Verwendung eines hinterlegten Zusammenhangs zwischen der Farbverschiebung in dem Farbkanal und einem erwarteten Blickwinkel bestimmt werden. Dadurch kann einer unterschiedlichen Helligkeitsänderung über den Blickwinkel abhängig vom Farbkanal kompensiert werden.
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Der Blickwinkel kann in den Schritten des Erfassens zwischen zwei Extremwerten variiert werden. Extremwerte können Grenzen eines Blickfelds repräsentieren, aus dem die Anzeigevorrichtung sichtbar sein soll. Außerhalb dieses Blickfelds besteht keine Notwendigkeit für weiteres Erfassen.
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Der Bildpunkt kann zumindest zwei Farbkanäle aufweisen. In den Schritten des Erfassens kann die Farbverschiebung farbkanalabhängig erfasst werden. Im Schritt des Ermittelns kann die Übertagungsfunktion farbkanalabhängig ermittelt werden. Durch eine von der Farbe abhängigen Erfassung kann eine frequenzabhängige Farbverschiebung erfasst werden. Dadurch kann der Bildpunkt farbspezifisch korrigiert werden.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programmprodukt auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Diagramm zweier Gammakorrekturen für einen Helligkeitsverlauf aus zwei Blickwinkeln;
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2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer blickwinkelabhängigen Farbverschiebung eines Bildpunkts gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
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3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Kompensieren einer blickwinkelabhängigen Farbverschiebung eines Bildpunkts gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
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4 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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5 ein Schaubild eines Verfahrens zum Kompensieren einer blickwinkelabhängigen Farbverschiebung eines Bildpunkts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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6 eine Darstellung einer Kompensation einer Farbverschiebung anhand eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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7 eine Darstellung einer Kompensation einer Farbverschiebung anhand eines Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt ein Diagramm zweier Gammakorrekturen für einen Helligkeitsverlauf aus zwei Blickwinkeln. Auf der Abszisse sind ansteigend Helligkeitsstufen oder Graustufen von null bis 255 angetragen, wobei eine Helligkeitsstufe von null einem kleinsten Helligkeitswert entspricht, und eine Helligkeitsstufe von 255 einer maximalen Helligkeit einer gewählten Farbe entspricht. Auf der Ordinate ist eine relative Helligkeit von null Prozent bis 100% angetragen.
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Das Diagramm zeigt für einen beispielhaften Anwendungsfall eine erste Kurve 100, die einen Zusammenhang der relativen Helligkeit mit der jeweiligen Helligkeitsstufe eines Bildpunkts bei einem Blickwinkel von null Grad repräsentiert. Die Kurve 100 entspringt im Ursprung mit einer geringen Steigung. Bis die Kurve 100 einen Endpunkt bei Helligkeitsstufe 255 und 100% relativer Helligkeit erreicht, steigt die Steigung kontinuierlich an. Den Endpunkt erreicht die Kurve 100 asymptotisch.
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Eine zweite Kurve 102 repräsentiert einen Zusammenhang der relativen Helligkeit des beispielhaften Anwendungsfalls mit der jeweiligen Helligkeitsstufe eines Bildpunkts bei einem Blickwinkel von 30 Grad. Die Gamma-Kurve 102 ist zu der Gamma-Kurve 100 verschoben. Im Ursprung beginnt die Kurve 102 mit einer starken Steigung. Die Steigung flacht bis zu einem Helligkeitswert von ca. 120 ab. Anschließend steigt die Steigung bis zum Endpunkt kontinuierlich an. Den Endpunkt erreicht die Kurve 102 ebenfalls asymptotisch, wobei die Kurve 102 steiler verläuft als die Kurve 100. Bei einem Helligkeitswert von 150 schneiden sich die Kurven 100 und 102.
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In dem Diagramm ist beispielhaft ein Helligkeitswert von 100 hervorgehoben. Die relative Helligkeit der Helligkeitsstufe 100 verändert sich zwischen dem Blickwinkel null Grad und 30° um einen Betrag ΔL.
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Bei Farbbildschirmen kommt es im Allgemeinen zu einer Verschiebung und Verformung der graustufenabhängigen Helligkeitsfunktion (Gammakurve) 100, 102, wenn der Blickwinkel auf das Display verändert wird. Der hier vorgestellte Ansatz zeigt eine Möglichkeit zur Erhaltung der Bildqualität, die eine solche Verschiebung kompensiert. Zur Verbesserung der winkelabhängigen Farbverschiebung bei Bildschirmen kann eine wechselweise Anhebung bzw. Absenkung der Graustufe über die Displayfläche erfolgen. Bei LCDs, welche sehr sensitiv auf Blickwinkelschwankungen reagieren, kann so durch eine Anpassung der Graustufen eine Verbesserung der Farbverschiebung über Blickwinkel erreicht werden.
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Alternativ kann eine analoge Anpassung der Gammakurven von einzelnen Zeilen erfolgen. Eine Anpassung der Graustufen, wie in der vorliegenden Beschreibung beschrieben, verringert jedoch die Komplexität der Treiberschaltung und erhöht gegenüber der zeilenweisen Beeinflussung eine Auflösung bzw. vergrößert bei gleicher Auflösung die numerische Apertur und vergrößert damit eine Transmission des Displays. Gemeinhin sind damit kostengünstigere und weniger aufwendige Treiberschaltungen und eine hellere Darstellung möglich.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen 200 einer blickwinkelabhängigen Farbverschiebung eines Bildpunkts gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 200 weist einen ersten Schritt des Erfassens 202, einen zweiten Schritt des Erfassens 204 und einen Schritt des Ermittelns 206 auf. Im ersten Schritt des Erfassens 202 wird ein erster Zusammenhang zwischen einer tatsächlichen Helligkeitsveränderung des Bildpunkts und einer wahrnehmbaren Helligkeitsveränderung des Bildpunkts aus einem ersten Blickwinkel erfasst. Im zweiten Schritt des Erfassens 204 wird zumindest ein weiterer Zusammenhang aus zumindest einem weiteren Blickwinkel erfasst. Die Zusammenhänge können beispielsweise wie die in 1 dargestellten Zusammenhänge beschaffen sein. Im Schritt des Ermittelns 206 wird eine Übertragungsfunktion unter Verwendung der zumindest zwei Zusammenhänge ermittelt, um die blickwinkelabhängige Farbverschiebung zu bestimmen. Die Zusammenhänge und die Übertragungsfunktion können in einem Speicher hinterlegt werden. Das Verfahren 200 kann beispielsweise in einer Projektierungsphase eines Fahrzeugs durchgeführt werden. Die Zusammenhänge und/oder die Übertragungsfunktion können in einer Vielzahl von Anwendungsfällen Verwendung finden.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Kompensieren 300 einer blickwinkelabhängigen Farbverschiebung eines Bildpunkts gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren weist einen Schritt des Bestimmens 302 und einen Schritt des Zuordnens 304 auf. Im Schritt des Bestimmens 302 werden ein erster Helligkeitswert und zumindest ein zweiter Helligkeitswert bestimmt. Ein Mittelwert des ersten Helligkeitswerts und des zumindest zweiten Helligkeitswerts entspricht dabei einem vorgegebenen Helligkeitswert des Bildpunkts. Im Schritt des Zuordnens wird der erste Helligkeitswert zu einem ersten Pixel zugeordnet. Der zweite Helligkeitswert wird zu einem, dem ersten Pixel benachbart angeordneten, zweiten Pixel zugeordnet. Wenn ein weiterer Helligkeitswert bestimmt worden ist, wird der weitere Helligkeitswert einem weiteren Pixel zugeordnet, das ebenfalls benachbart zu dem ersten Pixel angeordnet ist. Eine gemittelte Koordinate des ersten Pixels und des zweiten Pixels und möglicher weiterer Pixel repräsentiert eine vorgegebene Koordinate des Bildpunkts.
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4 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 400 weist Einrichtungen 402 und 404 auf, um die Schritte eines der Verfahren gemäß dem hier vorgestellten Ansatz durchzuführen.
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In einem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 400 eine Einrichtung zum Erfassen 402 und eine Einrichtung zum Ermitteln 404 auf. Die Einrichtung zum Erfassen 402 ist dazu ausgebildet, einen ersten Schritt des Erfassens und zumindest einen zweiten Schritt des Erfassens auszuführen. Die Einrichtung zum Ermitteln 404 ist dazu ausgebildet, einen Schritt des Ermittelns auszuführen. In der Einrichtung zum Erfassen 402 wird ein erster Zusammenhang zwischen einer tatsächlichen Helligkeitsveränderung des Bildpunkts und einer wahrnehmbaren Helligkeitsveränderung des Bildpunkts aus einem ersten Blickwinkel erfasst. Weiterhin wird zumindest ein weiterer Zusammenhang aus einem weiteren Blickwinkel erfasst. In der Einrichtung zum Ermitteln 404 wird eine Übertragungsfunktion unter Verwendung der, in der Einrichtung zum Erfassen 402 erfassten Zusammenhänge ermittelt, um die blickwinkelabhängige Farbverschiebung zu bestimmen.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 400 eine Einrichtung zum Bestimmen 402 und eine Einrichtung zum Zuordnen 404 auf. Die Einrichtung zum Bestimmen 402 ist dazu ausgebildet, einen Schritt des Bestimmens auszuführen. Die Einrichtung zum Zuordnen 404 ist dazu ausgebildet, einen Schritt des Zuordnens auszuführen. In der Einrichtung zum Bestimmen 402 werden ein erster Helligkeitswert und zumindest ein zweiter Helligkeitswert bestimmt. Ein Mittelwert des ersten Helligkeitswerts und des zumindest zweiten Helligkeitswerts entspricht dabei einem vorgegebenen Helligkeitswert des Bildpunkts. In der Einrichtung zum Zuordnen 404 wird der erste Helligkeitswert zu einem ersten Pixel zugeordnet. Der zweite Helligkeitswert wird zu einem, dem ersten Pixel benachbart angeordneten, zweiten Pixel zugeordnet. Wenn ein weiterer Helligkeitswert bestimmt worden ist, wird der weitere Helligkeitswert einem weiteren Pixel zugeordnet, das ebenfalls benachbart zu dem ersten Pixel angeordnet ist. Eine gemittelte Koordinate des ersten Pixels und des zweiten Pixels und möglicher weiterer Pixel repräsentiert eine vorgegebene Koordinate des Bildpunkts.
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5 zeigt ein Schaubild eines Verfahrens zum Kompensieren einer blickwinkelabhängigen Farbverschiebung eines Bildpunkts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Eine Vorrichtung zum Kompensieren 400 (FPGA), wie sie beispielsweise in 4 dargestellt ist, empfängt eine, auf eine verwendete Farbpalette angepasste, Bildinformation 500. Die Bildinformation 500 ist vorab von einem Grafikprozessor 502 bearbeitet worden, der aus einer originalen Bildinformation 504 die Bildinformation 500 ermittelt hat. In diesem Ausführungsbeispiel repräsentiert die Bildinformation 500 ein Graustufenbild. In der Vorrichtung 400 erfolgt in einer Einrichtung zum Bestimmen 402, unter Verwendung von vorab hinterlegten Kompensationsparametern 506, eine Graustufenanpassung 508. Die Vorrichtung 400 gibt eine bewertete Bildinformation 510 an ein Display 512 aus. Die Anpassung 508 bewirkt auf dem Display 512 eine Bildkompensation für einen erweiterten Blickwinkelbereich.
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6 zeigt eine Darstellung einer Kompensation einer Farbverschiebung anhand eines Verfahrens zum Kompensieren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dargestellt sind ein erstes Pixel 600a und ein darunter angeordnetes zweites Pixel 600b stellvertretend für eine Bildinformation 500, wie sie in 5 dargestellt ist. Die Pixel 600 weisen je ein rotes Subpixel 602, ein grünes Subpixel 604 und ein blaues Subpixel 606 auf. In der Bildinformation 500 weisen die farbspezifischen Subpixel 602, 604, 606 der benachbarten Pixel 600a und 600b jeweils die gleichen Helligkeitswerte auf. Im betrachteten Beispiel habe das rote Subpixel 602 einen Wert von 200, das grüne Subpixel 604 einen Wert von 120 und das blaue Subpixel 606 einen Wert von 80. Der hinterlegte Kompensationsparameter 506 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel für das erste Pixel 600a plus 20 Helligkeitswerte und für das zweite Pixel 600b minus 20 Helligkeitswerte. In der Grauwertanpassung 508 werden die Bildinformation 500 und die Kompensationsparameter 506 verrechnet. Die bewertete Bildinformation 510 weist daher veränderte Helligkeitswerte der Pixel 600a und 600b auf. Das rote Subpixel 602a weist einen Wert von 220 Helligkeitsstufen auf. Das rote Subpixel 602b weist einen Wert von 180 Helligkeitsstufen auf. Das grüne Subpixel 604a weist einen Wert von 140 Helligkeitsstufen auf. Das grüne Subpixel 604b weist einen Wert von 100 Helligkeitsstufen auf. Das blaue Subpixel 606a weist einen Wert von 100 Helligkeitsstufen auf. Das blaue Subpixel 606b weist einen Wert von 60 Helligkeitsstufen auf.
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Die unterschiedlichen Helligkeitsstufen der Subpixel 602, 604 und 606 unterliegen aus verschiedenen Blickwinkeln unterschiedlichen Farbverschiebungen. Bestenfalls heben sich die Farbverschiebungen gegenseitig auf. Das Auge eines Betrachters kann die einzelnen Subpixel und Pixel bei genügend hoher Pixeldichte nicht auflösen, daher mittelt das Auge die einzelnen Helligkeitsstufen der bewerteten Bildinformation 510 und mischt die Farbinformationen der Subpixel 602, 604 und 606 zu einem Gesamtfarbeindruck. Der Informationsgehalt der Bildinformation 500 bleibt somit erhalten.
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7 zeigt eine Darstellung einer Kompensation einer Farbverschiebung anhand eines Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Kompensation entspricht im Wesentlichen der Darstellung in 6, lediglich die Kompensationsparameter 506 sind subpixelweise gestreut. Die Kompensationsparameter 506 der roten Subpixel 602 und der blauen Subpixel 606 entsprechen den Kompensationsparametern 506 in 6. Die Kompensationsparameter 506 für die grünen Subpixel 604 entsprechen ebenfalls den Kompensationsparametern aus 6, jedoch sind die Vorzeichen vertauscht, sodass die Helligkeit des Subpixels 604b des zweiten Pixels 600b um 20 Helligkeitsstufen angehoben wird, während die Helligkeit des Subpixels 604a des ersten Pixels 600a um 20 Helligkeitsstufen abgesenkt wird. In der bewerteten Bildinformation 510 befindet sich nun das hellere grüne Subpixel 604 im zweiten Pixel 600b.
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In den 6 und 7 wird das Prinzip des hier vorgestellten Ansatzes erklärt. Hierbei wird eine Gruppierung von zwei Pixeln 600 gewählt und die einzelnen Graustufen (Helligkeitsstufen) dargestellt. Es erfolgt eine pixelweise Anpassung über 20 Graustufen. Analog kann dies für die gesamte Displayfläche durchgeführt werden. Bei genügend hoher Auflösung und einer moderaten Anpassung ist die Tiefpassfilterung des menschlichen Auges so gut, dass die Unterschiede, welche aufgrund der Anpassung auftreten, nicht sichtbar sind.
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Mehrere Pixel 600 (mindestens zwei Pixel) werden zu Gruppen zusammengefasst. Innerhalb dieser Gruppe entspricht die mittlere Graustufe der von der bildgebenden Einheit zuvor anvisierten. Durch die unterschiedliche Aufteilung der Graustufen wird eine unterschiedliche Abhängigkeit derselben gegenüber Blickwinkelveränderungen erreicht.
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Die Realisierung dieser digitalen Kompensation erfolgt über eine Rechnereinheit 400, wie sie in 5 dargestellt ist. Als Parameter werden der Rechnereinheit 400, z.B. einem FPGA, die zuvor bestimmten bzw. berechneten Anpassungen 506 übergeben.
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Zur Bestimmung der Kompensation dient zunächst eine Vermessung der Gammakennlinien bei präferierten Winkeln. In dem Ausführungsbeispiel von 1 0° und 30° horizontal, um den Use-Case z. B. in einem Auto darzustellen. Die Gammakennlinien 100, 102 unterscheiden sich bei Änderung des Blickwinkels in der Form. Bei dem abgebildeten Beispiel entspricht die Helligkeitsverteilung der Graustufen unter einem Blickwinkel von 0° der am Display eingestellten Gammakennlinie 100 (oftmals mit γ = 2,2). Bei einem Blickwinkel von 30° verformt sich die Kennlinie 102. Betrachtet man nun z. B. eine Graustufe 100 mit einer relativen Helligkeit L(100) unter einem Winkel von 0°, so vergrößert sich diese Helligkeit um ΔL bei Veränderung der Blickrichtung um 30°.
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Die Kompensation versucht nun, die Graustufe 100 durch zwei Graustufen abzubilden. Im Beispiel könnte dies im Idealfall die Graustufe 0 und die Graustufe 150 sein. Bei Addition der beiden Helligkeiten soll dabei gelten, dass ein Mittelwert der relativen Helligkeiten dem ursprünglichen Helligkeitswert entspricht.
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Allgemein ergibt sich somit
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In dem speziellen Beispiel ergibt sich
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So kann das menschliche Auge aufgrund der genügend hohen Auflösung des Displays keinen Unterschied in der Helligkeit feststellen. Im allgemeinen Fall kann aufgrund der festen Graustufen ohne Zwischenwerte eine Rundung erforderlich sein.
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Bei der Wahl dieses Kompensationspaares (0/150) ist erkennbar, dass deren Helligkeiten sich bei Änderung des Blickwinkels nicht verändern. Mit anderen Worten ändert sich die Helligkeit der interpolierten Graustufe nicht und die Helligkeitsverschiebung ist kompensiert.
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Bei der Bestimmung der Kompensationspaare kann die Akzeptanz der Kompensation durch den Betrachter erhöht werden, wenn beispielsweise das Weberkriterium eingehalten wird.
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Durch Einhalten der Nebenbedingung nach Weber wird eine Verschiebung der Farborte aufgrund von Helligkeitsunterschieden vermieden.
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Wenn ebenfalls die obenstehende Nebenbedingung gilt, kann ein Auftreten eines Artefakts in Form eines Schachbrettmusters vermieden werden.
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Bei Berücksichtigung der Nebenbedingungen kann damit eine Menge an Kompensationspaaren ermittelt werden, welche in Form einer Lookup-Tabelle oder eines mathematischen Algorithmus implementiert werden kann. Die genaue Höhe der Anpassung wird von den betrachteten Winkeln beeinflusst. Im Beispiel von 0° und 30° ist die Anpassung bei Graustufe 70 etwa deutlich größer als für Graustufen um 150, da hier bereits das Display schon weniger sensitiv auf die Blickwinkeländerung reagiert.
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Zur Erhöhung der Performance kann die Anpassung auch subpixelweise durchgeführt werden, wie in 7 gezeigt ist. Damit kann eine bessere Auflösung der Kompensation und somit für den Betrachter ein noch weniger auffälliges Muster erreicht werden. Allerdings kann durch zu starke Unterschiede der einzelnen Subpixel die Belastung des Displays zunehmen oder sogar ein störendes Flickern auftreten.
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Die Tiefpassfilterung des Auges ermöglicht es darüber hinaus, den Algorithmus für jedes einzelne Pixel anzuwenden, ohne dass die Umgebung des Pixels (zuvor als Gruppierung bezeichnet) berücksichtigt wird. Da die im Allgemeinen dargestellten Bildinhalte keine Strukturen enthalten, die zwingend eine Breite bzw. Höhe von einem Pixel erfordern, kann der Algorithmus die Kompensation ausmitteln und verfälscht damit den Bildinhalt nicht. Insbesondere wird die Auflösung nicht reduziert.
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Ebenso denkbar ist die Bildung von übergeordneten Gruppen aus bereits gruppierten Pixeln, die eine andere Reihenfolge an nach oben (addierten) bzw. nach unten (subtrahierten) korrigierten Helligkeiten aufweisen können.
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Da die Verformung der Gammakennlinien farbsensitiv erfolgt, kann die Höhe der Anpassung auch hinsichtlich der Farben variiert werden, beispielsweise können die roten Subpixel 602 um 20, die grünen 604 um 10 und die blauen 606 um 40 korrigiert werden. Insbesondere kann auch, anstatt ausschließlich die Helligkeit für einen Kompensationsalgorithmus zu verwenden, auch der Farbort einbezogen werden. Im Gegensatz zur ausschließlichen Verwendung der Helligkeit wird hierbei auch der Umstand berücksichtigt, dass sich das Spektrum der angezeigten Farbe über den Blickwinkel nicht nur verkleinert bzw. vergrößert, sondern auch verschiebt. Insbesondere ist dies bei LCDs mit weißen LEDs in der Farbe blau sichtbar, da der blaue Anteil aufgrund der recht schmalen Bandbreite sehr sensitiv auf Wellenlängenänderungen reagiert.
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Bei weißen und schwarzen Pixeln ist keine weitere Addition (bei Schwarz Subtraktion) von digitalen Werten möglich. Durch eine digitale Begrenzung der Weißhelligkeit, also z. B. (255/255/255) auf (235/235/235) kann eine Korrektur von 20 auch auf Weiß angewendet werden.
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Bei Schwarz kann der Schwarzwert von (0/0/0) auf den benötigten Korrekturwert angehoben werden. Dies ist aber im Allgemeinen nicht erforderlich, da die Veränderung des Schwarzwertes bei einer Blickwinkelveränderung weniger bedeutend ist.
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Da die Verformung der Gammakurven abhängig von der Höhe (dem Wert) der Graustufen abhängt, kann auch eine entsprechend der anzuzeigenden Graustufe bewertete Anpassung erfolgen. Diese Bewertung kann auch sinnvoll sein, wenn die entsprechend der Graustufen der Nachbarpixel bzw. -subpixel erfolgt. Insbesondere ist dies sinnvoll, wenn die Kompensation von dem eigentlich notwendigen Wert linear auf „0“ für Weiß oder Schwarz reduziert werden soll.
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Um eine Schwebung der Farben zu verhindern, kann eine Inversion der Anpassung (Umkehrung der Kompensationsparameter) zwischen verschiedenen Bildern verwendet werden. Insbesondere kann hierbei die bereits schon vorherrschende Inversion beachtet werden. Im Falle der bei LCDs üblicherweise angewandten Bildinversion kann bei gleichzeitiger Bildinversion der Kompensation eine Gleichspannung auf dem Pixel entstehen, welche negative Effekte wie ein Einbrennen zur Folge haben kann. Deshalb sollte in einem solchen Fall die Kompensation nur bei Vielfachen von zwei Bildern erfolgen.
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Diese Form der Kompensation der Farbverschiebung kann in einer Vielzahl von Displays und Rechnereinheiten (z.B. FPGA) angewandt werden. Insbesondere bei einem LCD mit MVA-Technologie wäre ohne Kompensation eine deutliche Farbverschiebung sichtbar.
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Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
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Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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