FR2813425A1 - Dispositif de visualisation a luminophores - Google Patents

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Abstract

L'invention corrige les défauts de visualisation dus aux disparités entre les luminophores d'un dispositif de visualisation. La correction se fait par traitement d'image. L'invention propose un procédé de visualisation d'une séquence d'images vidéo sur un dispositif à luminophore comportant au moins deux types de luminophores ainsi que le dispositif comportant les moyens de mise en oeuvre de ce procédé. La correction se fait en calculant une image intermédiaire entre deux images successives, puis en visualisant sur un type de luminophore l'une des deux images successives et simultanément sur un autre type de luminophore l'image intermédiaire.

Description

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Dispositif de visualisation à luminophores. L'invention se rapporte à un dispositif de visualisation utilisant des matériaux luminescents pour visualiser les points d'une image. L'invention s'applique plus particulièrement aux panneaux d'affichage au plasma ainsi qu'aux tubes cathodiques utilisant des fréquences de balayage élevées.
Les panneaux d'affichage au plasma (PDP) ainsi que les tubes cathodiques (CRT) comportent sur leur face avant une couche en matériau luminescent qui transforme soit un rayonnement UV soit un rayonnement électronique en rayonnement lumineux visible. Le matériau luminescent est communément appelé luminophore.
Pour les écrans monochromes, on utilise le même luminophore sur la totalité de la face avant du CRT ou du PDP. Par contre, pour les écrans couleurs, on utilise généralement trois types de luminophore de couleurs différentes pour réaliser une synthèse de couleur. Pour des applications spécifiques, il est possible d'avoir des écrans disposant de deux ou plus de trois types de luminophore.
L'utilisation de luminophores de différentes couleurs présentent quelques disparités de fonctionnement dues aux caractéristiques intrinsèques des matériaux constituant les luminophores. Parmi les disparités de fonctionnement, la réponse temporelle à une excitation est propre à chaque type de luminophore.
Pour les CRT, on ne perçoit généralement pas ce défaut sur des écran basse définition, par exemple de type TV. Malgré tout, on peut percevoir de légers défauts sur les écrans très haute définition (par exemple 1600 x 1200 pixels) utilisant des fréquences de rafraîchissement élevées (par exemple >120 Hz).
Pour les PDP, les disparités sont très importantes. La figure 1 représente des chronogrammes de réaction de luminophore couramment utilisés dans les PDP. La figure 1A représente une durée d'excitation pendant laquelle on envoie des décharges électriques dans le panneau afin de produire un rayonnement UV non représenté. Le rayonnement UV est ensuite transformé en lumière visible par les luminophores. La figure 1 B représente le rendu lumineux pour un luminophore de couleur bleue, par exemple un Aluminate de Baryum et Magnésium dopé à l'Europium divalent. La figure 1 C représente le rendu lumineux pour un luminophore de couleur
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rouge, par exemple un Borate d'Yttrium dopé à l'Europium trivalent. La figure 1 D représente le rendu lumineux pour un luminophore de couleur verte, par exemple un Aluminate de Baryum dopé au Manganèse.
Les figures 1 B à 1 D disposent d'échelles verticales différentes qui font correspondre les valeurs maxima de chacune des courbes. Dans la réalité, la valeur maximale de couleur bleue est environ 4,3 fois supérieur à la valeur maximale de couleur rouge et environ 5,5 fois supérieur à la valeur maximale de couleur verte. Toutefois, le rendement énergétique lumineux est sensiblement le même pour chacune des couleurs. Ces chronogrammes permettent de visualiser la répartition énergétique par couleur. A titre d'exemple, il est indiqué pour une excitation donnée les durées pour lesquelles la lumière émise devient inférieure à 10% de la valeur maximale d'émission. Ainsi, moins d'une milliseconde après la fin de l'excitation, la couleur bleue est pratiquement éteinte alors que les couleurs rouge et verte sont encore proche de leur niveau maximal, l'extinction du rouge et du vert correspondant respectivement à 11 et 13 ms.
La figure 1 E représente d'une part les rendus lumineux des trois couleurs avec une même échelle d'intensité lumineuse et d'autre part la somme des trois rendus lumineux qui correspond à un pixel vu par l'oeil humain. Si on s'intéresse à la couleur correspondant à la somme des trois rendus, on s'aperçoit que le pixel est d'abord bleu, puis passe du bleu au blanc (ou gris suivant l'intensité), ensuite passe du blanc au jaune (combinaison du vert et du rouge sensiblement de même intensité), et enfin passe du jaune au vert avant de s'éteindre. Dans les PDP, les décharges se répètent cycliquement à la fréquence de rafraîchissement de l'écran.
Dans le cas d'une image fixe, la persistance rétinienne de l'oeil humain réalise un filtrage de type passe-bas sur les variations de couleur qui masque ce défaut.
Par contre, lorsque l'on a une image mobile, l'oeil devient plus sensible à la variation de couleur sur les transitions de couleur qui se déplacent. Ainsi un objet blanc se déplaçant sur un fond noir se voit par exemple affecter d'un bord d'attaque de couleur bleue et d'un bord de fuite de couleur jaune (le vert se trouve être non perceptible par l'oeil humain dans notre exemple).
Pour remédier à ce genre de problème, les seules solutions connues sont de trouver de nouveaux luminophores afin de pouvoir utiliser trois types de luminophore ayant des caractéristiques voisines.
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L'invention vise à corriger ce défaut de visualisation par traitement d'image. Afin de diminuer les effets de traînée de couleur, on retarde ou on avance la visualisation des images suivant la couleur Rouge, Verte ou bleue concernée.
Ainsi, l'invention est un procédé de visualisation d'une séquence d'images vidéo sur un dispositif à luminophore comportant au moins deux types de luminophores. Dans le procédé, on calcule au moins une image intermédiaire entre deux images successives, puis on visualise sur au moins un type de luminophore l'une des deux images successives et simultanément sur au moins un autre type de luminophore l'image intermédiaire.
Pour optimiser l'amélioration obtenue, l'image intermédiaire est calculée avec compensation de mouvement.
Préférentiellement, les deux images successives sont une image courante et une image précédente, et en ce que l'image intermédiaire correspond à une image en retard sur l'image courante d'une durée définie en fonction des types de luminophore.
Pour optimiser le rendu de correction, la durée définie est calculée en faisant la différence entre les instants correspondant aux centres de gravité moyens d'émission lumineuse des au moins deux types de luminophore.
L'invention est également un dispositif de visualisation de séquence vidéo comportant au moins deux types de luminophore, ledit dispositif comportant des moyens pour calculer au moins une image intermédiaire placée entre deux images successives et des moyens pour visualiser sur l'un des types de luminophore l'image intermédiaire et sur l'autre type de luminophore l'une des images successives.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels la figure 1 représente des chronogrammes de réponse des luminophores, les figures 2 et 3 illustre le principe d'image intermédiaire calculée selon l'invention,
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la figure 4 illustre un mode préféré de réalisation d'un dispositif de visualisation à luminophores selon l'invention, et la figure 5 illustre une variante du mode préféré de réalisation de l'invention.
Après avoir constaté les disparités entre les types de luminophore, il convient tout d'abord d'étudier les solutions envisageables. II est apparu que pour réduire le défaut au maximum, il était préférable de décaler l'émission lumineuse pour les trois types de luminophore. Malheureusement, d'autres contraintes matérielles ne permettent pas de dissocier l'allumage correspondant à chaque type de luminophore. Pour un CRT, les trois faisceaux d'électron correspondant à chacune des couleurs sont pilotés simultanément, Pour ce qui est des PDP, les cellules sont adressées ligne par ligne et chaque ligne comporte les trois types de luminophore.
Selon l'invention on effectue un décalage de l'information à visualiser. Comme on l'a vu précédemment, les luminophores de type bleu disposent d'un temps de rémanence très inférieur aux luminophores de type rouge ou vert, et les luminophores de type rouge disposent d'un temps de rémanence inférieur aux luminophores de type vert. On va donc visualiser sur le bleu et sur le rouge des images dites intermédiaires à la place d'une image courante, notée Image I sur la figure 2. Ainsi pendant la visualisation de l'image I, l'information visuelle affichée correspond à l'image I pour la couleur verte et à deux images intermédiaires pour les couleurs bleue et rouge.
Le calcul de l'image intermédiaire peut se faire selon différentes techniques. L'homme du métier peut se reporter aux publications relatives aux calculs d'image mis en ceuvre pour faire du changement de fréquence d'image 50/60Hz ou 50/100Hz.
Préférentiellement, on souhaite que l'image intermédiaire soit la plus proche possible de l'image qui devrait être visualisé à cet instant, notamment en ce qui concerne les objets en mouvement. Pour calculer la meilleure image possible, il convient de calculer l'image intermédiaire avec une compensation en mouvement.
La compensation en mouvement se fait selon une technique connue. Des vecteurs de mouvement 1 sont calculés à partir des images I et I-1 de sorte qu'à chaque pixel (composé des trois couleurs) corresponde un
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vecteur 1, comme représenté sur la figure 3. L'image intermédiaire est calculée en déterminant la valeur de chaque pixel en lui associant la valeur pondérée des pixels 3 et 4 des images I et I-1 pointés par un vecteur extrapolé 2 qui passe par le pixel de l'image intermédiaire à calculer. Ce qui est résumé par la formule pixel intermédiaire = ((pixel 3) x (Tt - Tri) + (pixel 4) x Tri) / Tt, avec Tt la durée séparant deux images et Tri la durée séparant l'image courante de l'image intermédiaire.
Le vecteur extrapolé 2 est par exemple le vecteur moyen correspondant aux vecteurs 1 les plus proches. Lorsque le vecteur extrapolé 2 pointe entre plusieurs pixels de l'image I, alors le pixel correspondant de l'image intermédiaire correspond à la moyenne des pixels les plus proches.
Bien sur, de nombreuses autres techniques d'extrapolation d'image utilisant une compensation de mouvement sont utilisables.
Afin que la compensation puisse avoir un effet réel, il convient que le temps Tri séparant l'image I et l'image intermédiaire soit suffisamment important pour apporter une correction mais pas trop important afin de ne pas inverser le défaut de visualisation. II apparaît assez difficile de déterminer précisément le temps Tri idéal.
Une méthode de calcul simple et donnant un résultat efficace consiste à calculer l'instant correspondant au centre de gravité moyen d'émission lumineuse pour chaque type de luminophore dans son environnement d'utilisation. Le temps Tri correspond à la différence entre l'instant correspondant au centre de gravité du luminophore le plus lent et l'instant correspondant au centre de gravité du luminophore associé à l'image intermédiaire. A titre d'exemple, avec les luminophore cités précédemment, on peut prendre Tr1 = 4 ms et TR2 = 0,5 ms.
Par centre de gravité d'émission lumineuse, il faut comprendre l'instant après l'excitation du luminophore qui correspond à l'émission de la moitié de l'énergie lumineuse. Par centre de gravité moyen, il faut comprendre la moyenne des centres de gravité correspondant à différentes conditions d'excitation. En effet le centre de gravité varie en fonction de la durée et de l'intensité d'excitation. La moyenne des centres de gravité peut par exemple se faire à partir des cas extrêmes de condition d'utilisation.
La figure 4 représente un exemple de réalisation d'un panneau d'affichage au plasma mettant en oeuvre l'invention.
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Dans l'exemple représenté, le PDP reçoit un signal de type YUV (luminance + 2 composantes de chrominance) par exemple extrait d'un signal vidéo composite. Un estimateur de mouvement 10 reçoit le signal de type YUV et fournit des vecteurs de mouvement calculé à partir du signal reçu et d'une image précédemment mémorisée. Un circuit de conversion de format 11 transforme le signal de type YUV en trois signaux d'image de type R, V et B correspondant respectivement aux images rouge, verte et bleue à superposer pour obtenir une image couleur. II est représenté trois signaux d'image distincts, mais dans la pratique, il est également possible d'utiliser un bus parallèle ou série pour acheminer ces trois signaux d'image.
Un premier circuit de calcul d'image 12 reçoit d'une part le signal d'image bleue et d'autre part les vecteurs de mouvement. Le premier circuit de calcul d'image 12 fonctionne par exemple comme indiqué précédemment ou selon un autre algorithme de calcul d'image avec compensation de mouvement. Le signal B' fourni par le circuit de calcul correspond à l'image intermédiaire en avance du temps Tr1 par rapport à l'image courante pour la couleur bleue.
Un deuxième circuit de calcul d'image 13 reçoit d'une part le signal d'image rouge et d'autre part les vecteurs de mouvement. Le deuxième circuit de calcul d'image 13 est du même type que le premier circuit de calcul d'image 12 mais en utilisant la durée Tr2 pour l'image intermédiaire. Le signal R' fourni par le circuit de calcul correspond à l'image intermédiaire pour la couleur rouge.
Une mémoire d'image 14 reçoit le signal d'image verte pour le mémoriser pendant le calcul des images intermédiaires. La mémoire 14 et les circuits de calcul 12 et 13 peuvent dans la pratique être relié un bus pour recevoir les signaux R, V et B ou fournir les signaux R', V et B'.
Un circuit d'encodage 15 de sous-balayage reçoit le signal V provenant de la mémoire d'image 14, les signaux B' et R' provenant des circuits de calcul d'image 12 et 13 et un signal de synchronisation provenant d'un circuit de synchronisation 16. Le circuit d'encodage 15 fournit des série de bits de commande à un circuit de pilotage de colonne 17 pour effectuer l'adressage colonne de l'écran plasma 18 (également appelé dalle du panneau à plasma). Un circuit de pilotage de ligne 19 permet la sélection par ligne ou par groupe de lignes. Le circuit de synchronisation 16 envoie les signaux de synchronisation aux circuits d'encodage 15, de pilotage de colonne 17 et de pilotage de ligne 19 pour assurer un adressage correct de
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l'écran 18. L'homme du métier peut se reporter à différents documents de l'état de la technique pour réaliser les circuits 15 à 19.
Le mode de réalisation peut supporter de nombreuses variantes. A titre d'exemple, la figure 5 représente une variante simplifiée. L'homme du métier peut s'apercevoir que dans l'exemple choisi, les disparités de fonctionnement entre les luminophores verts et rouges ne sont pas perceptible par l'oeil humain. Dans ce cas particulier, la correction faite sur le rouge n'apporte pas d'effet visible. II est alors possible de remplacer le deuxième circuit de calcul 13 par une mémoire d'image 20. Cela permet d'avoir un circuit moins complexe et donc moins cher. Toutefois, une telle simplification n'est pas envisageable si les disparités de fonctionnement entre tous les phosphores sont importantes.
II est également possible d'utiliser un ensemble de circuit utilisant un microprocesseur et une unique mémoire pour effectuer la conversion de format, le calcul d'image intermédiaire et la mémorisation des images non modifiées. L'architecture représentée sera alors réalisée par programmation.
Comme indiqué précédemment, l'invention peut également être utilisée pour un dispositif à CRT. Dans ce cas, les trois canons du CRT reçoivent les signaux R, V et B' par l'intermédiaire de circuits de mise en forme.
Dans le mode de réalisation présenté, la (ou les) image(s) intermédiaire(s) se situent) entre l'image courante et l'image précédente. II est également possible de placer l'image intermédiaire entre l'image courante et l'image suivante. Dans ce cas, l'image courante correspond aux phosphores les plus rapides et l'image intermédiaire la plus avancé correspond aux phosphores les plus lents. Cependant, une telle variante nécessite de retarder le flux d'image à visualiser d'une image ce qui impose d'avoir des mémoires d'images plus importantes.
D'autres adaptations sont à prévoir en fonction des différentes variantes évoquées tout au long de la description.
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Claims (10)

REVENDICATIONS
1. Procédé de visualisation d'une séquence d'images vidéo sur un dispositif à luminophore comportant au moins deux types de luminophores (bleu, vert, rouge) caractérisé en ce que l'on calcule au moins une image intermédiaire entre deux images successives (image I, image I-1), puis l'on visualise sur au moins un type de luminophore (vert) l'une des deux images successives (image I) et simultanément sur au moins un autre type de luminophore (bleu, rouge) l'image intermédiaire.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'image intermédiaire est calculée avec compensation de mouvement.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les deux images successives sont une image courante et une image précédente, et en ce que l'image intermédiaire correspond à une image en retard sur l'image courante d'une durée définie (Tr1, Tr2) en fonction des types de luminophore.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la durée définie (Tr1, Tr2) est calculée en faisant la différence entre les instants correspondant aux centres de gravité moyens d'émission lumineuse des au moins deux types de luminophore.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on utilise trois types de luminophore, et en ce qu'une image intermédiaire est visualisée sur au moins un type de luminophore.
6. Dispositif de visualisation de séquence vidéo comportant au moins deux types de luminophore caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour calculer (12, 13) au moins une image intermédiaire placée entre deux images successives et des moyens pour visualiser (14 à 19) sur l'un des types de luminophore l'image intermédiaire et sur l'autre type de luminophore l'une des images successives.
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7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte un estimateur de mouvement (10) pour pouvoir faire une extrapolation de mouvement sur l'image intermédiaire.
8. Dispositif selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comporte trois types de luminophores, et en ce qu'une image intermédiaire est visualisée sur au moins un type de luminophore.
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de calcul (12 ou 13) effectuent le calcul de l'image intermédiaire uniquement sur la composante de couleur qui correspond au type de luminophore utilisé pour visualiser l'image intermédiaire.
10. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le dispositif est un panneau d'affichage au plasma.
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