本公开一般地涉及显示设备，并且更具体地涉及头戴式显示器设备。
背景技术
头戴式显示器(hmd)设备被用在各种虚拟现实(vr)和增强现实(ar)系统中。hmd设备通常包括一个或多个显示设备以向用户呈现立体影像，从而实际上使用户沉浸于三维(3d)场景。显示设备可包括例如被分成两个独立显示区域的单平板显示器，一个显示区域用于用户的左眼并且一个显示区域用于用户的右眼。由于渐增的像素密度要求和更高的帧更新速率，其它设备采用一对独立平板显示器，用户的每只眼睛各一个。然而，显示设备之间的变化可引起立体影像的呈现中的变化以及导致不令人满意的用户体验的可见伪影。例如，此类变化可基本上影响hmd设备被设计来提供的沉浸感。
附图说明
通过参考附图，可以更好地理解本公开，并且其许多特征和优点对于本领域的技术人员而言变得显而易见。在不同的附图中使用相同的附图标记指示相似或相同的项目。
图1是依照本公开的至少一个实施例的校正显示面板之间的伽玛特性中的变化的头戴式显示器(hmd)的显示系统的框图。
图2是图示依照本公开的至少一个实施例的校正显示面板之间的伽玛特性中的变化的图1的显示系统的示例的图。
图3是依照本公开的至少一个实施例的图1的显示系统的伽玛校正模块的框图。
图4是图示依照本公开的至少一个实施例的采用图1的显示系统的头戴式显示器(hmd)设备的后视立体视图的图。
图5是依照本公开的至少一个实施例的校正hmd设备的显示面板之间的伽玛特性中的变化的方法的流程图。
具体实施方式
图1-5图示用于校正hmd设备的不同显示面板的伽玛特性之间的变化的技术。此类变化可由显示面板之间的温度不一致、面板制造期间的工艺变化和其它不一致生成。为了解决这些伽玛特性变化，所述hmd设备周期性地测量每个显示面板的伽玛特性，然后调整所述面板中的一个的所述特性以与另一个精密地匹配。例如，所述hmd设备可对每个显示面板处的选择的像素周期性地施加一组电流并且测量在所述选择的像素处的得到的电压组。每个显示面板的电压组指示所对应的面板的伽玛特性。所述hmd设备可将所述电压组施加到滤波器以生成用于每个显示面板的伽玛品质因数(gammafigureofmerit)(fom)，并且调整所述显示面板中的一个或多个的偏置(例如，背光偏置或发光二极管(led)的偏置)，使得每个显示面板展示相似的伽玛特性。
通过校正不同显示面板的伽玛特性之间的变化，所述hmd设备可提供更令人满意的用户体验。特别地，不同显示面板的伽玛特性中的变化可导致影像在不同显示面板处被呈现具有不同的颜色、亮度或其它视觉特性。本影像中的这些差异可能对用户可见并且因此显著地影响生成该影像的vr或ar应用的沉浸。
图1图示依照本公开的至少一个实施例的hmd设备的显示系统100的框图。在所描绘的示例中，显示系统100采用一对显示面板(分别被标明为显示面板104和显示面板105)，以向hmd设备的用户呈现影像。出于描述的目的，假定了hmd设备具有“眼镜”或“护目镜”形状因数，其中显示面板104和105中的每一个被安装为使得在该显示面板处显示的影像被指向用户的对应眼睛。因此，在图1的示例中，显示面板104是左眼显示面板而显示面板105是右眼显示面板。显示面板104和105可以使用能够提供具有变化曲率或取向配置的显示面板的各种显示技术中的任一种来实现，诸如弯曲成所期望的曲率和截面取向并且照此经由支撑框架维持的基于薄膜柔性有机发光二极管(oled)的显示器。在另一实施例中，显示面板104和105可以采用采用背光来为所对应的显示面板的像素设定辉度的显示技术，诸如液晶显示器(lcd)技术。
用于每个显示面板的影像由显示系统100的处理器102生成。在至少一个实施例中，处理器102执行一个或多个vr或ar程序，并且在执行这些程序的过程中，生成用于在显示面板104和105中的每一个处显示的帧。vr和ar程序可协调显示帧的生成和呈现以为用户提供沉浸式vr或ar体验。例如，vr和ar程序可生成并协调显示帧的呈现，使得显示面板104和105一起向用户显示立体影像以便使用户沉浸在3d场景中。
为了方便在显示面板104和105处显示影像，显示系统100包括显示控制器107和108。显示控制器107和108分别连接到显示面板104和105，并且每个显示控制器一般地被配置成对于它连接的显示面板执行显示帧的渲染。此外，显示控制器107和108中的每一个可执行与影像的渲染和显示相关联的其它操作，包括图像合成、帧缓冲、与另一个显示控制器同步等。
显示面板104和105中的每一个均由像素的阵列组成。如本文中所使用的，显示面板的像素指代在面板处生成特定光点的点，或者指代用于在该点处生成光的电路，包括晶体管、二极管等。为了基于帧生成图像，显示控制器107和108通过生成要施加到每个像素(也就是说，到与每个像素相对应的电路)的电流或电压来渲染帧，使得像素在与该像素相对应的点处显示通过该帧指示的颜色和强度的光。每个显示面板具有伽玛特性，指示在显示面板的亮度方面对施加到显示面板的像素的电压或电流的响应性。如本领域中所理解的，显示面板的伽玛特性通常相对于所施加的电流或电压非线性地变化。这种变化有时以显示面板的伽玛曲线的形式来表示。
在至少一个实施例中，在显示系统100的制造之后，对显示面板104和105中的每一个或者对与其相对应的测试系统执行测试，以识别显示面板104和105中的每一个的标称伽玛曲线。在至少一个实施例中，为了确保图像被以适当的亮度显示，显示控制器107和108中的每一个基于标称伽玛曲线来修改要施加到每个像素的电压或电流，使得每个像素的亮度按所施加的电压或电流以基本上线性的方式变化。当修改相对于施加的电流或电压而变化时，它们被称为显示面板的标称伽玛校正曲线。然而，在许多情况下显示面板104和105中的一个或两个的伽玛曲线将由于各种因素而不同于标称伽玛曲线，所述各种因素包括制造期间的工艺变化、诸如温度的操作条件、面板的老化等。另外，显示面板104和105的伽玛曲线很可能以不同的方式从标称伽玛曲线变化。也就是说，在操作期间显示面板104的伽玛曲线很可能不同于显示面板105的伽玛曲线。因此，如关于图2进一步说明的，通过显示控制器107和108应用标称伽玛校正曲线将导致在显示面板104处显示的图像具有与在显示面板105处显示的对应图像不同的亮度。此亮度差异对于用户而言很可能是引人注意的，并且可以在3d图像的立体呈现中引起错误或者以其它方式导致不良的用户体验。
为了解决显示面板104和105之间的伽玛特性中的这种变化，显示系统100采用偏置控制模块106和伽玛校正模块115。在至少一个实施例中，可将偏置控制模块106和伽玛校正模块115的一个或多个部分实现在连接到处理器102的现场可编程门阵列(fpga)或复杂可编程逻辑器件(cpld)或微控制器处。在至少一个其它实施例中，偏置控制模块106和伽玛校正模块115的一个或多个部分被实现在处理器102处。
偏置控制模块106对显示面板104和105施加单独的偏置信号以调整所对应的显示面板的亮度或发光度。在至少一个实施例中，每个偏置信号调整所对应的显示面板的背光，从而有效地调整显示面板的伽玛特性。在另一实施例中，由偏置控制模块106所施加的偏置信号是用于显示面板104和105的发光二极管(led)的参考电压。
伽玛校正模块115一般地被配置成向偏置控制模块106发送控制信号，使得显示面板104和105的伽玛特性基本上匹配。特别地，伽玛校正模块115被配置成识别显示面板104和105的伽玛特性之间的任何差异。基于此差异，伽玛校正模块115识别对显示器104和105中的至少一个的伽玛特性的调整，使得显示面板104和105的伽玛特性将基本上匹配，并且向偏置控制模块106发送反映该调整的控制信号。响应于该控制信号，偏置控制模块106调整针对所对应的显示面板的偏置信号，从而确保显示面板的伽玛特性基本上匹配。
在至少一个实施例中，伽玛校正模块115通过以时段间隔(诸如在显示面板104和105的每个水平或垂直同步时段期间)测试伽玛特性来识别显示面板104和105的伽玛特性之间的差异。为了测试伽玛特性，伽玛校正模块115在显示面板104和105中的每一个处选择一测试像素并且连续地对每个测试像素施加一组电流。伽玛校正模块115在每个测试像素处测量由该组电流生成的一组电压。为了图示，显示面板104包括测试像素111。在至少一个实施例中，测试像素111是在一个端子(阳极端子)处连接到可变电流源141并在另一端子(阴极端子)处连接到地参考电压的二极管142。该组电压随着可变电流源141被控制以将该组电流施加到二极管而在阳极端子处的节点143处被读取。在至少一个实施例中，该组电压通过一组对应的数字电压值来表示。
伽玛校正模块115将该组电压值施加到滤波器，所述滤波器生成用于显示面板104和105的伽玛品质因数(fom)。伽玛fom指示在该组电流被施加到测试像素时显示面板的伽玛特性中的差异。在至少一个实施例中，伽玛fom是根据以下公式来计算出的：
其中n是每组电压值中的电压值的数目(例如，8)，vli是用于左显示面板104的这组电压值中的第i个电压，并且vri是用于右显示面板105的这组电压中的第i个电压。基于此差异，伽玛校正模块115向偏置控制模块106发送控制信号以调整显示面板104和105的伽玛特性，使得它们的伽玛特性基本上匹配。在至少一个实施例中，左显示面板104偏置保持不变并且根据以下公式调整用于右显示面板的偏置(或者反之亦然)：
偏置＝kc*fom
其中kc是针对显示面板104和105凭经验识别以确保面板的伽玛特性匹配的校准常数。在至少一个实施例中，伽玛校正模块115只有当fom差异超过诸如0.5％的阈值时才改变偏置或者利用另一阈值滞后以便防止显示面板105的伽玛特性的分散振荡。
图2图示依照本公开的至少一个实施例的调整显示面板105的伽玛特性的示例。特别地，图2描绘具有曲线201、202、203、204和206的曲线图200。曲线图200包括表示如施加到显示面板的像素的电压幅度的x轴和指示该像素的对应电压输出的y轴，所述像素的对应电压输出考虑到显示器光学响应来指示像素发光度。曲线201表示显示面板104的伽玛曲线并且曲线202表示显示面板105的伽玛曲线。曲线203表示显示面板104的标称伽玛校正曲线，曲线206表示显示面板105的标称伽玛校正曲线，并且曲线204表示在标称伽玛校正曲线被应用于显示面板104和105的图像数据情况下预期的线性传递函数。
在图2的示例中，伽玛曲线201被假定为与显示面板104和105的标称伽玛曲线基本上匹配。因此，将标称伽玛校正曲线203应用于显示面板104的图像数据应该生成基本上由曲线204表示的传递函数。示例通过点210和211来表示。特别地，点210指示通过显示面板104的像素的图像数据所指示的基电压值。点211表示在标称伽玛校正曲线203已被应用于点210之后的像素的电压值。因此，应用标称伽玛校正曲线203导致点210被放置在曲线204上或附近。
和伽玛曲线201对比，显示面板105的伽玛曲线202与不同的标称伽玛曲线206不匹配。这指示工艺变化、诸如温度的操作条件和其它因素已从标称状态改变了。然而，基于显示面板104和105的不同的标称伽玛曲线的显示面板的单独的伽玛校正是计算密集的，并且因此不适合于许多vr和ar应用。实际上，这意味着在显示面板105处显示的图像与在显示面板104处显示的图像相比对于用户而言似乎具有不同的亮度。这种亮度不一致可影响在显示面板104和105处呈现的立体图像的“3d效果”的质量，否则对用户体验具有有害的影响。为了解决这种不一致，伽玛校正模块115调整显示面板105的伽玛特性，使得其亮度与显示面板104的亮度匹配。
这种伽玛调整的示例通过点215、216和217来图示。特别地，点215指示通过显示面板105的像素的图像数据所指示的基电压值。点216表示在标称伽玛校正曲线203已被施加到点215之后的像素的电压值。如图所示，点210沿着y轴在曲线204下面。另外，显示面板104的伽玛校正点与曲线204的点与曲线204的点精密地匹配(因为显示面板104的伽玛曲线201与标称伽玛曲线精密地匹配)。因此，为了让点215被显示有足以与显示面板104匹配的亮度，必须将点216移动到曲线204。因此，通过调整对应的偏置信号，伽玛校正模块115调整显示面板105的伽玛特性以将点216移动到曲线204上的点217。伽玛校正模块115因此与在显示面板104和105处显示的图像的亮度基本上匹配。
为了确定调整显示面板105的伽玛特性的量，伽玛校正模块115对测试像素施加一组电流，如上面关于图1所描述的。得到的电压及其对应的施加的电流为所对应的显示面板提供伽玛曲线的至少一部分的映射。电压被滤波以生成用于显示面板104和105的伽玛fom，其中伽玛fom指示显示面板104和105的伽玛曲线之间的差异。伽玛校正模块115基于伽玛fom中的差异来改变用于显示面板104和105中的一个或两个的偏置，使得显示面板104和105的伽玛曲线基本上匹配。这确保在显示面板104和105中的每一个处显示的图像的亮度是基本上相似的，从而改进用户体验。
图3图示依照本公开的至少一个实施例的伽玛校正模块115的框图。在所描绘的示例中，伽玛校正模块115包括可变电流源321、电压传感器322、控制模块325和滤波器326。可变电流源321是可对显示面板104和105处的一个或多个测试像素施加电流的电流源。可变电流源312可像在下面进一步描述的那样基于从控制模块325接收到的控制信号来改变所施加的电流的幅度。
电压传感器322被配置成基于由可变电流源321施加的电流来感测在显示面板104和105的测试像素处的电压。对于每个测试像素，电压传感器322将由该组施加的电流生成的该组电压供应给滤波器326。滤波器326被配置成基于由电压传感器322供应的每组电压来生成值。所生成的值是指示生成了该组电压的显示面板的伽玛特性的fom。滤波器326可以是有源滤波器，诸如sallen-key滤波器、无源滤波器等。
控制模块325被配置成控制伽玛校正模块115的模块以便生成偏置控制信号，所述偏置控制信号调整显示面板104和105的伽玛特性，使得它们的伽玛曲线是基本上相似的。在操作中，控制模块325接收显示面板104和105的同步时段(诸如水平同步时段)已启动的指示。作为响应控制模块325选择显示面板104的测试像素并且向可变电流源321发送控制信号以对该测试像素将施加一组电流。作为响应，可变电流源321生成该组电流(例如，一组8个不同的电流)并将它们施加到所指示的测试像素，从而使测试像素生成对应的一组电压(例如，对应的一组8个电压)。该组电压被电压传感器322感测，所述电压传感器322将该组电压施加到滤波器326。响应于该组电压，滤波器326生成与显示面板104的品质因数相对应的值，所述品质因数指示显示面板的伽玛特性。控制模块325从滤波器接收fom并将它存储在寄存器(未示出)处。
控制模块325然后以与上面相对于显示面板104的测试像素所描述的方式相似的方式选择显示面板105的测试像素并且继续使该组电流被施加到该测试像素。滤波器326进而以与上述方式相似的方式生成用于显示面板105的fom。控制模块325识别用于显示面板104的fom值与用于显示面板105的fom值之间的差异。基于这个差异，控制模块325为偏置控制模块106设定偏置控制信号，使得显示面板104和105的伽玛曲线基本上匹配。
图4图示依照本公开的至少一个实施例的可包括图1的显示系统100的hmd设备400的后视图。如图所示，hmd设备400具有“眼镜”形状因数。也就是说，可通过将臂(未示出)定位在用户的耳朵后面将hmd设备400安装到用户的面部。然而，在其它实施例中hmd设备400可以被实现有hmd设备400经由带或其它附接设备安装到用户的面部的“面罩”或“护目镜”形式因数。另外，尽管为了易于图示被省略，然而hmd设备400也可以包括一个或多个面部垫圈以为了限制环境光侵入而贴着用户的面部密封。
hmd设备400包括与图1的显示面板104和105相对应的一对显示面板404和405。显示面板404和405被安装在附接到臂的框架402中。hmd设备400还包括框架406(例如，经由框架406的桥)。
图5是依照至少一个实施例的校正hmd设备的显示模块之间的伽玛特性中的变化的方法500的流程图。出于描述的目的，相对于图1的显示系统100处的示例实施方式对方法500进行描述。在块502处伽玛校正模块115随着图像被显示在显示面板104和105处而接收指示显示面板104和105已进入或者即将进入诸如水平同步时段或垂直同步时段的同步时段的同步信号。作为响应，在块504处伽玛校正模块115选择显示面板104。在块506处伽玛校正模块115选择显示面板104的测试像素并且在块506处对该测试像素施加一组电流以确定面板的伽玛特性。在块508处伽玛校正模块115感测在该测试像素处由该组电流的施加生成的一组电压并且将该电压组施加到滤波器，所述滤波器生成用于显示面板的伽玛fom。
在块510处伽玛校正模块115确定它是否已经为每个显示器生成电压组。如果否，则方法流程返回到块504并且伽玛校正模块115以与上述方式相似的方式选择下一个显示面板(例如，显示面板105)并且继续对所选择的显示面板的测试像素施加一组电流。伽玛校正模块115因此为hmd设备的每个显示面板生成电压组。
在已经生成用于每个显示面板的一组电压，并且每组电压被施加到滤波器之后，滤波器的输出将指示显示面板的指示该面板的伽玛特性中的差异的fom。因此，返回到块510，响应于伽玛校正模块识别到它已经在每个显示面板的测试像素处生成一组电压，方法流程移动到块512并且伽玛校正模块115存储用于显示面板的伽玛fom。方法进行到块514并且伽玛校正模块115基于fom调整用于一个或多个显示面板的偏置，使得显示面板的伽玛特性基本上匹配。这确保图像在不同显示面板处被以相似的亮度显示，从而改进用户体验。
在伽玛校正模块115调整一个或多个显示面板的偏置之后，方法返回到块502并且伽玛校正模块115等待用于显示面板的同步时段的另一指示。因此，在所图示的示例中，伽玛校正模块115周期性地(例如，在每个同步时段期间)确定用于每个显示面板的伽玛fom并且基于所确定的伽玛fom来调整一个或多个显示面板的偏置。伽玛校正模块115因此说明导致面板的操作条件的变化(诸如温度变化)的显示面板的伽玛特性中的变化。因此，例如，伽玛校正模块115可以在第一时间(例如，在第一同步时段期间)识别用于显示面板104和105的伽玛fom并且基于所识别的伽玛fom来对显示面板105的偏置进行调整。在第二稍后的时间(例如，在后续同步时段期间)，伽玛校正模块115可以识别用于显示面板104和105的不同的fom，所述不同的fom由面板的环境温度的变化或其它操作条件变化生成。伽玛校正模块115然后可重新调整显示面板105的偏置以说明fom中的变化，从而确保显示面板104和105的伽玛特性在面对变化操作条件时基本上匹配。另外，在至少一个实施例中，fom的计算(包括在每个测试像素处施加测试电流)和用于一个或多个显示面板的偏置的调整在同步时段期间完成，使得伽玛特性中的任何调整对用户而言不可见，从而改进用户体验。
在一些实施例中，上述的技术的某些方面可以由执行软件的处理系统的一个或多个处理器来实现。软件包括存储或者以其它方式有形地具体实现在非暂时性计算机可读存储介质上的一组或多组可执行指令。软件可包括指令和某些数据，所述指令和某些数据当由一个或多个处理器执行时，操纵一个或多个处理器以执行上述的技术的一个或多个方面。非暂时性计算机可读存储介质可包括例如磁或光盘存储设备、诸如闪速存储器的固态存储设备、高速缓存、随机存取存储器(ram)或一个或多个其它非易失性存储器设备等。存储在非暂时性计算机可读存储介质上的可执行指令可以是源代码、汇编语言代码、目标代码，或由一个或多个处理器解释或者以其它方式可执行的其它指令格式。
计算机可读存储介质可以包括在使用期间可由计算机系统访问以向计算机系统提供指令和/或数据的任何存储介质或这些存储介质的组合。此类存储介质可包括但不限于光学介质(例如，紧致盘(cd)、数字通用盘(dvd)、蓝光盘)、磁介质(例如，软盘、磁带或磁硬盘驱动器)、易失性存储器(例如，随机存取存储器(ram)或高速缓存)、非易失性存储器(例如，只读存储器(rom)或闪速存储器)或基于微机电系统(mems)的存储介质。计算机可读存储介质可以被嵌入在计算系统(例如，系统ram或rom)中，固定地附接到计算系统(例如，磁硬盘驱动器)，可拆卸地附接到计算系统(例如，光盘或基于通用串行总线(usb)的闪速存储器)，或者经由有线或无线网络(例如，网络可访问存储(nas))耦合到计算机系统。
注意的是，并非上面在通用描述中描述的所有活动或元素都是必需的，特定活动或设备的一部分可以不是必需的，并且除了所描述的那些活动之外，还可以执行一个或多个另外的活动或所包括的元素。更进一步，列举活动的顺序不一定是它们被执行的顺序。另外，已经参考特定实施例描述了构思。然而，本领域的普通技术人员应了解，在不脱离如下面的权利要求中所阐述的本公开的范围的情况下，可进行各种修改和变化。因此，本说明书和图将在说明性而不是限制性意义上考虑，并且所有此类修改旨在被包括在本公开的范围内。
已经在上面关于具体实施例描述了有益效果、其它优点和问题的解决方案。然而，有益效果、优点、问题的解决方案以及可以使得任何有益效果、优点或解决方案发生或者变得更显著的任何特征将不被解释为任何或所有权利要求的关键的、必需的或必要的特征。而且，上面所公开的特定实施例仅是说明性的，因为可以以对受益于本文教导的本领域的技术人员而言显而易见的不同但等效的方式修改和实践所公开的主题。除了如在下面的权利要求中所描述的那样，不旨在限制本文所示出的构造或设计的细节。因此明显的是，可以更改或者修改上面所公开的特定实施例，并且所有此类变化均被认为在所公开的主题的范围内。因此，本文所寻求的保护如在下面的权利要求中所阐述的那样。