CN1488133A - 通过抖动减小硅液晶显示器中的轮廓 - Google Patents

Abstract

一种减少硅液晶(LCOS)显示器中的轮廓的方法(30)，包括接收一个具有正图像和负图像的双帧输入信号(32)。由灰度系数表指定第一抖动器(36)被施加到输入信号。第一抖动器可以选择的修改正图像或负图像的基色灰度系数值。同时，第二抖动器(34)可在灰度系数表的辅入端施加到输入信号。第一抖动器和第二抖动器可以产生一个对于连续输入电平具有减少的亮度电平重复的输出信号。

Description

通过抖动减小硅液晶显示器中的轮廓

发明背景

本发明涉及在光投影系统中使用硅液晶(LCOS)技术的投影电视接收机领域，特别是，适合LCOS高清晰度电视(HDTV)接收机的轮廓减少方法和系统。

技术领域

使用硅液晶(LCOS)技术的光发动机(light enjing)的显示传递函数具有严重的非线性。这种非线性可通过称之为灰度系数表的数字查找表纠正。但是，灰度系数表具有有限的分辨率，导致连续的输入值在表的低斜率部分产生相同的输出值(重复状态)。一些重复状态重复三次，在显示的图像中产生明显的，讨厌的轮廓。

LCOS技术有全新的发展。因此在本领域有一些现有技术。通常用强制法来校正非线性。尤其是，强制法是使用具有足够分辨率的灰度系数表来调节非线性。在一些情况下，例如，存储在灰度系数表中的10比特值将增加2比特，从10比特到12比特。但是表的分辨率通常受到成像器供应者的控制。因此表的分辨率不容易或不能很快改变。明显需要一种方法和/或装置用于增加灰度系数表的分辨率，或者至少表观的分辨率，不需要花费长时间和昂贵的设计工作。

发明内容

这里公开的发明提供一种改进使用硅液晶(LCOS)技术的显示器可达到的图像质量方法和系统。根据发明的装置，LCOS图像传递函数的大的非线性可以通过数字灰度系数表纠正。进一步的，使用灰度系数表产生的轮廓可以通过一个或多个抖动器纠正。

本发明的第一方面，包括一种减少LCOS显示器中的轮廓的方法，包括接收一个具有正图像和负图像的双帧输入信号。第一抖动器被施加到输入信号。第一抖动器，比如一个表抖动器，可以选择的修改图像的基色灰度系数值，减少输入信号的轮廓。可选的，在本发明的第二实施例中，第一抖动器可以是被施加到输入信号的一个最低有效位抖动信号施加到输入信号。

本发明的第三方面，包括一种减少LCOS显示器中的轮廓的方法，包括接收一个具有正图像和负图像的双帧输入信号。第一抖动器被施加到输入信号。第一抖动器，比如一个表抖动器，可以被灰度系数表指定并且选择的修改图像的基色灰度系数值。第二抖动器可在灰度系数表的输入端施加到输入信号。第二抖动器可以是一个最低有效位抖动信号施加到输入信号。第一抖动器和第二抖动器的应用，可以产生一个对于连续输入电平具有减少的亮度电平重复的输出信号。

最后，本发明可包括一个减少显示器的轮廓的多抖动系统。本发明可包括一个存储灰度系数表的存储器。灰度系数表可以指定一个第一抖动器加到接收的、具有正图像和负图像的双帧输入信号。第一抖动器可以有选择地修改图像的至少一个基色灰度系数值。系统还包括一个与存储器通信链接的处理器。处理器可以产生灰度系数表，并将灰度系数表写入到存储器。也可以包括一个硅液晶显示器，用于产生基于多抖动输入信号的图像。

附图说明

在随后的附图中描述了优先实施例，但是本发明不局限于如图所示的装置和工具。

图1A和1B共同描述了示范灰度系数表的摘录。

图2是描述了根据本发明的示范复合抖动系统的结构图。

图3是描述根据本发明减小轮廓的示范方法的流程图。

具体实施方式

这里公开的发明提供一种方法和系统，改善使用LCOS(liquid crystal onsilicon)技术的显示器中可达到的图像质量。根据本发明的装置，LOCS图像转换功能的非线性仍然可以使用数字灰度系数表来纠正。但是，该表的响应通过多抖动可被明显改进。第一个抖动可以改变一个或多个基色的灰度系数值，比如通过第一抖动装置。基色的灰度系数值可被变成一个正像或一个负像，这里使用的基色可以是光谱中的蓝，绿，红三基色。第一抖动装置可以提供一些图像轮廓的改进。更实质的轮廓的减小可以通过在灰度系数表的输入端加到信号的第二抖动装置获得。

在LCOS显示器中，典型的，成像器被双帧信号驱动，响应一个给定的输入图像，首先发送一个正常帧(正像)，随后发送一个反转帧(负像)。正像和负像的产生确保每个像素将在一个正电场和随后的一个负电场写入。因而驱动场具有零直流成分和成像器的持久灰度，该零直流成分可以避免图像暂留。在轮廓可被感觉为图像的一个可见缺陷或假象而言，人眼响应于这些正像和负像产生的像素的亮度的平均值。

LCOS成像器的驱动场与亮度的关系曲线呈现为一个非线性函数，因此需要一个非线性补偿驱动信号。一个被称为灰度系数表的数字查找表可以产生这个非线性驱动信号，尽管那样灰度系数表不必适合一个灰度系数指数曲线。成像器驱动系统的一个方案中，使用了包含一个正图像部分和一个负图像部分的灰度系数表。下面描述的灰度系数表就是这种类型的。

图1A和1B摘录自一个数据表，头行中A到F对应于数据表的头行，具有值132到174的第一列对应于数据表的行数。图1A和1B表示不同的蓝色灰度系数表的一部分，该灰度系数表用于通过响应8比特输入信号产生10比特输出信号来减小轮廓。具有同样功能的灰度系数表同样可被用于红色和绿色。如图1A和1B所示，输入值为129到171，整个表覆盖的输入值为0到255。

为了理解图1A和1B中表的值，有必要针对特定LCOS系统进行解释。驱动电压来自LCOS阵列每一面的板状电极。LCOS可被认为是一个在硅片上形成的大液晶。硅片被分成一个增量阵列。液晶的小增量区域被由每个小板状电极和普通板状电极产生的电场影响。每个那样的小板状电极和相应的液晶区域，可被作为成像器的一个单元。每个单元响应一个单独的控制像素。普通板状电极在液晶的另一面。在优先的包含灰度系数表的LCOS系统中，普通板状电极总是8伏的电压。小板状电极阵列中的另一个板状电极在2伏范围之类。对于正图像，电压可在0伏和8伏之间变化。对于负图像，电压可在8伏和16伏之间变化。

特别地，提供到成像器的光，因此提供给成像器的每个单元，是场极化的。每个液晶单元可以响应通过板状电极施加到单元的电场的RMS值来旋转输入光的极化。有趣的是，单元不响应施加的电场的极化，不管正或负。每个像素单元的亮度是单元的入射光的极化的旋转函数。

在本实施例中，无论正图像或负图像，由于驱动单元的场接近零场，响应8伏，每个单元达到白平衡。输入值被模/数(A/D)转换器提供到灰度系数表，通过许多递增步骤改变。在另一些可能的系统，普通电压是0伏。这里发明的装置可以应用于LCOS成像器驱动系统的所有的正场和负场。在任何情况下，当施加到普通板状电极的电压大于或等于其它电极阵列中的可变板状电极电压范围的最大值，可定义为正图像。相反的，当施加到普通板状电极的电压小于或等于其它电极阵列中的可变板状电极电压范围的最小值，可定义为负图像。

如图1A和1B所示，示范灰度系数表可包括6列，表示随后描述的数据和函数。实际上，有几个可选表。所示的灰度系数表的部分来自蓝色表的最小灰度部分，轮廓问题通常最严重。在大多数情况下，绿色轮廓比蓝色轮廓或红色轮廓更严重。正如前面提到的，具有值132到174的第一列，对应于摘录示范灰度系数表的数据表的行数。列A为灰度系数表的输入值。列B和C表示已有技术中的灰度系数校正值。在列B和C中，亮度值逐渐下降。列D表示从施加到列C中的值的单一抖动器产生的灰度系数校正值。该单一抖动器可被称为表抖动器。列E表示相等平均亮度，由灰度系数表中的正值产生，如果正表和负表分别如列B和D实现。列F表示与列E中相等平均亮度值，表明第二抖动器已被施加到输入信号。第二抖动器可被称为输入抖动器，以便与表抖动器区分。一起考虑的话，表抖动器和输入抖动器是一个多用抖动器。

当产生一个正图像时，输出值可以来自列B。当产生一个负图像时，输出值可以来自负表，两个可能的方案列C和D所示。产生一个灰度系数表，因此负表值将产生与正表值近似相同的光强度。如图1A和1B的灰度系数表的一部分来自蓝色表的最小灰度部分，轮廓问题通常最严重。已有技术的传统实践中使用列B作为正图像，列C作为负图像。如图1A和1B所示，表中有几个位置，连续输入值产生相同的正和负输出值对。例如，输入值150，151，152，153(分别对应于数据表的行数153-156)在列B中产生一个正图像输出值233，在列C中产生一个负图像输出值593。上述这种重复值通常在图像中产生可见轮廓。列D中的可选的负图像灰度系数表基于列C中的值的抖动。列D比列C中有更少的值重复。例如，先前应用的第一抖动器，输入值150，151，152，153产生如列C所示的重复灰度系数值593。但是在应用第一抖动器之后，如列D所示只有输入值149，150，151产生重复灰度系数值593。因此重复减小了一个。

优先表抖动器的一个例子中，随后的方程式在数据表中执行，比如华盛顿微软公司的Redmond制造的Microsoft Excel，上述方程式用于计算当输入值152时列D中灰度系数校正值：

＝IF(AND(B154＝B155，B153＝B155)，C155-1，

IF(AND(B155＝B154，B155＝B156，B155＜＞B153)，C155，

IF(B155＝B154，C155-1，C155)))

上述表达式涉及数据表中的每一个单元。表达式通过表1A和1B头行A到F和来自数据表的第一列的单元行数定位单元位置。上述表达式可被用于施加一个抖动器到灰度系数表，更好的是少于5个重复图像值。

一个场景区域的感觉的亮度由正图像亮度和负图像亮度的平均值决定。列E表示输入值的正图像和负图像的平均效果，当时用列B和列D的值时，相对于正表值。明显的，输入值150到153产生两个不同的平均亮度值，如列E所示，导致了轮廓的减少。但是从列E中可知，不是所有的连续输入的亮度电平的重复都被消除。

第一抖动器的值，也就是列D的值，可被随后的例子证明。当灰度系数表的输入信号是142时，输入信号没有进一步的抖动，列E的结果是列B和列D中相应值的平均，分别为229和597。应该记得两列中的值亮度相等，因此为了计算，值597等于值229。如列E所示229和229的平均值是229。当灰度系数表的输入信号是143时，输入信号没有进一步的抖动，列E的结果是列B和列D中相应值的平均，分别为229和596。为了计算，值596等于值230。如列E所示229和230的平均值是229.5。可以看出，必须修改一组正和负图像值中的一个，不是两个。因此，本发明的另一个实施例可以包括表抖动器对正灰度系数值的应用，而不是负灰度系数值。

根据本发明的装置，为了消除全部，或者说至少实际上的全部，重复的亮度电平，另一个抖动信号被加到输入信号。例如，一个最低有效位抖动器可被附加到8比特输入信号上。这个抖动器可逐个像素被选择为低或高。抖动器的相位可以每行反转，形成一个梅花图案。上述图形有低可见度。每个输入图像反转梅花图案，可以减少图像的输入抖动图案的可见度。根据本发明的装置，一个4状态或8状态抖动器可被使用，代替上面解释过的2状态抖动器。但是上述多状态抖动器逐渐难于在图像中隐藏。

为了检查对轮廓采取的措施的整体效果，也就是说，多重抖动器的效果，必须平均正和负图像灰度系数的输出和输入抖动器的高值和低值表的输出。这个平均值如列F所示。这些例子将在下面解释。

输入抖动器的效果，在本优先实施例中是一个2状态抖动器，是使输入信号在两个相邻表输入信号之间摇摆不定，具有50％的占空系数。这导致四个表输出值而不是只有两个表输出值的平均亮度，如同随后的例子所示。假设输入值是142，输入信号的进一步抖动将产生一个有效输入值，也就是输入值为142时，一半时间等于142，另一半时间等于143。有效输入值为142时，灰度系数值为229和597(597等于229)。有效输入值为143时，灰度系数值为229和596(596等于230)。229，229，229，230的平均值为229.25，如列F所示。假设输入值是143，输入信号的进一步抖动将产生一个有效输入值，也就是输入值为143时，一半时间等于143，另一半时间等于144。有效输入值为143时，灰度系数值为229和596(596等于230)。有效输入值为144时，灰度系数值为230和596(596等于230)。229，230，230，230的平均值为229.75，如列F所示。

应该认识到，实际的灰度系数表只需包括列A，B，D用于运算。只有在服务时列C值是可改变的情况下，列C将是有用的，列D值必须重新计算；假设接收机中的微处理器被编程用于执行上述函数。表抖动器产生列D中的值，输入抖动器产生列F中的值。列F中的值是运算结果，本身不需在表中。

如列F所示，当根据发明的装置使用复合抖动器时，对于输入值的每一个增量步骤，等效平均亮度有一个改变。等效平均亮度没有重复值消除，或者至少实质上消除了轮廓。应该注意的是，在特定成像器系统中，最小亮度输入值的少数灰度系数值有可能为定值。在那种情况下，即使使用复合抖动器，等效平均亮度可能不改变。即使在这些最小亮度电平产生轮廓，整个图像太暗而不能看见或看不见轮廓。因此，对于所有实际用途，发明的装置消除，或实质上减少图像中的可见轮廓。

图2是描述了根据本发明的示范复合抖动系统10的结构图。如图2所示，复合抖动系统10包括一个可选的A/D转换器12，一个抖动单元18，一个处理器14，一个存储器单元16。每一个前面提到的部件可被通信连接，例如通过一个通信总线，如同已有技术已知的那样。

在发明的一个实施例中，可选的A/D转换器12可数字化接收的模拟信号。例如A/D转换器12可以处理一个接收到的包括一个正图像和一个负图像的双帧输入信号。接收到的模拟信号可被转换成一个适当格式的数字信号，便于抖动单元18和/或处理器14的处理。但应该认识到，这里公开的发明可被用于全数字环境。那样的话，可以接收数字输入，不需要包括A/D转换器12。

无论如何，数字输入信号提供给抖动单元18。如图2所示，在将信号提供给处理器14之前，抖动单元18对输入信号施加一最低有效位抖动。随后抖动后的信号提供给处理器14。处理器14可以是种类的处理器，比如专业数字信号处理器或普通微处理器，这些均在已有技术中已知。处理器14对接收到的信号施加表抖动。更明确的，处理器14可以访问存储器单元16，可以是具有指令、算法和/或存储灰度系数表的易失存储器或永久性存储器。关于存储器单元16，处理器14可以施加表抖动器到接收的信号。这个表抖动器可以选择性的修改正图像或负图像的一个基色灰度系数值。经过复合抖动器的处理，产生的信号可被提供给一个LCOS显示器。

图3是描述根据本发明减小轮廓的示范方法30的流程图。该方法从步骤32接收输入信号开始。正如前面提到的，输入信号可以是一个数字形式的具有正图像和负图像的双帧信号。

在步骤34中，输入灰度系数表，一个抖动被施加到接收的输入信号。例如，一最低有效位抖动信号被提供给输入信号，完成步骤34之后，继续步骤36。在步骤36中，表抖动施加到输入信号。例如，表抖动可使用现有技术中已知的数字信号处理算法执行，执行前面描述的表抖动。可选的，如上面提到的，表抖动可使用查找表比如前面公开的灰度系数表执行。在任何情况下，在步骤36中，作为应用表抖动器的结果，输入信号的灰度系数值可被修改。值明显的，这可以在因而发生的输出信号中减少轮廓。完成步骤36之后，继续步骤38。

在步骤38中，提供具有减少的亮度电平重复的输出信号。这个输出信号可被提供给，比如LCOS显示器。完成步骤38之后，可以重复用于处理更多的接收信号。从步骤38返回到步骤32处理随后接收到的输入信号。

公开的发明可以用其他形式实现，只要不偏离本发明的精神和基本特征，参考随后的权利要求，而不是前面的具体实施例，作为本发明的范围。

Claims (18)

1.一种减少硅液晶(LCOS)显示器中的轮廓的方法，所述方法包括：

接收一个具有正图像和负图像的双帧输入信号；

加一个第一抖动器到所述输入信号，所述第一抖动器有选择地修改所述图像之一的基色灰度系数值，使所述输入信号减少轮廓。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于所述第一抖动器由一个灰度系数表指定。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于所述图像之一示所述的正图像。

4.根据权利要求1的方法，其特征在于所述图像之一示所述的负图像。

5.根据权利要求1的方法，其特征在于所述输入信号是8比特信号，所述输出信号是10比特信号。

6.根据权利要求1的方法，其特征在于所述基色从红、绿和蓝选出。

7.根据权利要求1的方法，进一步包括：

加第二抖动器到所述输入信号，其特征在于所述第一和第二抖动器产生一个对于连续输入电平具有减少的亮度电平重复的输出信号。

8.根据权利要求7的方法，其特征在于所述第一抖动器由一个灰度系数表指定，所述第二抖动器施加到所述灰度系数表的输入端。

9.根据权利要求7的方法，其特征在于所述第二抖动器通过施加一最低有效位信号到所述输入信号实现。

10.根据权利要求9的方法，其特征在于所述第二抖动器产生一个梅花图案。

11.根据权利要求10的方法，其特征在于所述梅花图案可以选择的反转或不反转。

12.根据权利要求7的方法，其特征在于所述第二抖动器从2状态抖动器、4状态抖动器和8状态抖动器选择。

13.一种减少硅液晶(LCOS)显示器中的轮廓的方法，所述方法包括：

接收一个具有正图像和负图像的双帧输入信号；

施加一个第一抖动器到所述输入信号，其特征在于所述第一抖动器通过施加—最低有效位信号到所述输入信号实现。

14.一种减少硅液晶(LCOS)显示器中的轮廓的方法，所述方法包括：

(a)接收一个具有正图像和负图像的双帧输入信号；

(b)施加一个第一抖动器到所述输入信号，所述第一抖动器由一个灰度系数表指定，并且选择的修改所述图像之一的基色灰度系数值；和

(c)在所述灰度系数表的输入端施加第二抖动器到所述输入信号，其特征在于所述第一和第二抖动器产生一个对于连续输入电平具有减少的亮度电平重复的输出信号。

15.一个减少显示器的轮廓的复合抖动系统，包括：

一个存储灰度系数表的存储器，所述灰度系数表可以指定一个第一抖动器施加到接收的、具有正图像和负图像的双帧输入信号，其特征在于第一抖动器可以选择的修改图像之一的至少一个基色灰度系数值；

一个与存储器通信连接的处理器，所述处理器可以产生所述灰度系数表，并将灰度系数表写入到所述存储器；

一个抖动单元，与所述处理器通信连接，所述抖动单元在所述灰度系数表的输入端施加包含一最低有效位信号的第二抖动器到输入信号；和

一个硅液晶显示器，产生基于所述复合抖动输入信号的图像。

16.根据权利要求15的系统，进一步包括：

一个模/数转换器，所述模/数转换器数字化所述输入信号，提供所述数字化输入信号到所述处理器。

17.根据权利要求15的系统，其特征在于所述图像之一是所述负图像，所述灰度系数表具有正的部分和抖动后的负的部分。

18.根据权利要求15的系统，其特征在于所述图像之一是所述正图像，所述灰度系数表具有抖动后的正的部分和的负的部分。

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