在显示装置中用于图像稳定的方法和装置的制作方法

专利名称：在显示装置中用于图像稳定的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明总地来说涉及图象稳定的方法及装置，具体讲，涉及用于在显示装置上对图象进行振动校正的视频信号处理电路和方法。
近年，带显示器的电子设备(例如掌上型/膝上型计算机显示器、视频游戏机、电视、显示监视器等)已经小型化，并因此可以便携，故这类设备可携带到任何地方并可在包括运动的车上、船上和飞机等的环境下工作。
在诸如汽车的运动中的车辆上，在使用诸如IBM Thinkpad之类的膝上型计算机时，由于车辆的振动或抖晃会使眼睛产生疲劳。另外，在车辆的这种振动/抖晃期间不易追随观看图像。
另外，某些人的疾病如颤抖等会引发装置的移动，这使得此类残疾人无法看到显示。其它的一些装置，如阴极射线管CRT、个人数字助理(PDA)和聪明卡都有类似缺点。
应当注意，在传统的记录系统中就有校正视频相机振动的装置。但这种校正机构是在录像装置中采用的都没有在图象显示装置中、甚至是便携图象显示装置中使用。在传统的在视频记录装置中运动补偿的系统中，系统识别以明显特征的那些元素数字化记录的图像。例如，具有清晰轮廓和高对比度的物体。随后在那些元素运动后，处理电路数字化地移动图像以补偿这种运动。
但是，这种系统没有在视频显示装置或在记录之外的图象上采用用于运动补偿的运动感测装置(例如加速度计)。因此，该装置(例如视频记录装置)记录其座标，并从所记录的画面中提取座标信息。这种系统对于应用到经历着物理/机械振动和抖晃的显示上是不适用的。
这种视频记录装置的系统不能在显示装置中采用，除非显示装置装备了一个固定的相机，而它可以录下显示装置的运动并推测出在两维方向相对所录图象的位移。因此这种发明的方法并没有在显示装置经历物理振动或移动时直接减少运动。另外，这种系统制造成本很高。
有鉴于上述传统方法和结构的问题，本发明提供一种方法和结构，其中的图象振动和抖晃已得到补偿，这样，观众可方便地观看显示屏上的图象。
在本发明的第一方面，用于具有显示屏的显示装置的运动补偿装置包括用于感测显示装置运动的装置，以及用于补偿显示装置运动的装置，这样，在显示装置的显示屏上的图象相对于观众的视线来讲基本静止。
在本发明的第二个方面，一种用于补偿具有显示屏的显示装置上的图象运动的方法，包括感测显示装置的运动，以及补偿显示装置的运动，这样，在显示装置的显示屏上的图象相对于观众的视线来讲基本保持静止。
以本发明的这些独特的特征，提供了一种系统，其中在显示装置上引起的机械振动/抖晃可测出来，随后，该电子图像被以相反方向移动来补偿振动/抖晃，并给观众提供一个稳定的图象。
结果，使所见到的图象相对于观众来说保持静止或近于静止，从而减少观众眼睛的紧张压力。
另外，与传统系统相比，本发明涉及的是视频显示装置中的运动补偿，而不是在视频记录装置中的运动补偿，并且还采用了运动感测装置(加速度计)。
此外，与传统的先识别数字记录的画面中的明显的特征(例如带清晰边沿和高对比度)并且在这些特征运动后处理电路数字地移动画面对运动进行补偿的系统不同，本发明是直接涉及所显示的图象而不是记录的图象。如上所提到的传统的装置，例如视频相机，知道其座标，并从所录的画面中提取信息。相比之下，显示装置并未记录任何东西，并且不知道其所处位置。本发明通过测出显示器在多个轴上(如水平和垂直轴)的物理位移而将此技术植入显示工艺中。本发明使显示装置(及由此而得的显示图象的成本降低进行使其显示方式也受益)。


图1示出根据本发明的显示装置；图2示出一个方法，由本发明的结构去补偿本发明的显示器运动；图3示出由本发明的结构所进行的重新对中的处理；图4示出用在本发明中的处理电路的工作原理；图5示出根据本发明第一优选实施例的用于减少在图象显示装置中抖晃的示范实施方案；图6A示出根据本发明的图象显示装置中用于减少抖晃的系统的第一优选实施例，以及图5所示本发明所采用的处理电路；
图6B示出根据本发明的图象显示装置中用于减少抖晃的系统的第二优选实施例，以及图5所示本发明所采用的处理电路；图7A-7B示出作为一维时间函数的由图6B的系统所产生的信号特征；以及图8A-8E也示出作为一维时间函数的由图6B的系统产生并经历振动之下的信号的特征。
参见附图，特别是图1-8E，其中示出了根据本发明结构和方法的优选实施例和其改进。在各图中相同的元件以相同的标号来表示，以便于理解。
总的来说，本发明感测在显示装置上感生的显示在电子图象上的机械振动，并且将所显示的电子图象以相反方向移动以补偿这种抖晃，并且呈现给观众一个稳定的图象。这样，所看到的图象相对观察者的视线来说是静止的(或基本静止)。
现在再看附图，图1示出表示本发明功能的显示10。显示装置10通常由液晶显示器(LCD)或薄膜晶体管(TFT)面板构成，并且有一个实体的边框1。该显示器可以是彩色的或是单色的。该显示器10通常与诸如掌上型/膝上型计算机、游戏机、个人数字助手(PDA)、聪明卡等便携装置相联(例如接口、整体形成或附带)。
由计算机(例如包括相关电路等的中央处理单元)处理电子图象2，并在显示器10上显示。观察者的眼框3与显示装置10在同一平面上。电子图象2是从基准框3由水平方向4和垂直方向5分开的。
如图2所示，由于计算机上的振动，显示装置10移动到左上方(例如相对于图2的观察方向来讲)。在此运动发生之前显示装置10的位置由标号16表示。但是，电子电路检测此显示移动并通过电子地将所显示的图象2向右下移动与所发生的机械运动相同的量来对其进行补偿。从而使所显示的图象2相对于静止参考框保持静止(在此例中是相对于观察者的眼睛3而言的)。如将在下面所讨论的，图象最好背离抖晃的方向运动，以对观察者而言不明显。
在优选的实施例中，由于研究表明观众大多数情况下是看在显示的中部而偶尔看显示的边缘，因此，移动后的图象可能在其边缘(例如外沿)被截去。
在显示上截去图象是已知的操作，并且涉及从显示的一边删除一些象素而在另一边则添加一些象素。所添加的象素不一定携带有用的信息或图形。例如，当本发明的装置测出所显示的图象必须下移10个象素行(例如在800×600象素的装置中)时，该10个象素行将从屏幕的下方消失。与此同时，在屏幕的顶上将出现10行象素。新出现的象素可能不带有任何有用的图形，而是以空白出现。
在相关的实施例中，移动后的图象不被截除，但保留下来的区域用户通常看不到，而成为在其边缘是可见的。
这样，另一情况下，数字图象的边角可能早已被藏起来了。例如，在800×600象素的图象中，自图象多个边(例如4边)的多个(如10个)象素行和列通常被藏了起来，因此，只显示出了行11-590和列11-790。当所显示的图象在任何方向移动时，所藏起的图象部分就可以看到了。
一旦该图象被移动了，它就不可以保持在那个不确定的位置。否则，由于在图象边缘发生的截取现象，使截去后的部分永远地消失。因此图象必须被重新取中。例如，如果图象为了补偿运动而被移位了，但却没有再取中(如在本发明中)就可能造成使某些图形符号从图象中永远地被删除(例如，在应用/操作软件系统的图形用户接口等，光标以及诸如MyComputer，NetworkNeighborhood，RecycleBin)。如果显示器不回到它原来的位置，图象就必须再取中。再取中是个缓慢的过程，人眼可轻易地跟随此图象。至于快和慢则依个别用户经验而定。这种再取中周期可从控制面板的“显示参考”菜单中调整。
图3示出再取中过程。该再取中可在1-10秒的范围内逐渐进行。再有，再取中周期还可由用户通过诸如显示的“参考”菜单来选择。
在优选实施例中，显示装置的机械运动可由一对廉价的、小运动传感装置来检测，例如用压电加速度计，但并不局限于此。最好，此加速度计是沿在显示电路中的。这种压电加速度计可从多种商业渠道获得。一对加速度计中的第一个用来感测显示装置的第一运动(如水平)，而第二加速度计用来感测第二运动(如垂直)。
一旦确定机械运动量、其加速和其方向，接到显示装置上或显示装置所采用的处理电路就可确定所要的移动，随后计算机系统的图形电路就将显示拉回，以移动图象进行补偿。
图4示出根据本发明的示范处理电路40的操作原理。具体讲，图4示出由包括加速度计41和运动传感电路42的处理电路40感测的运动的工作原理。
在图4中，加速度计41产生一个正比于加速度的以伏/米/秒2为单位的电压。将此信号在时间域积分两次产生以伏/米为单位的加速度计41的位移。
图5示出根据本发明第一实施例的用于显示的传感和处理电路40的示范实例。
在图5中，加速度计41的输出V_acceleration输入到运算放大器42A的第一输入端(例如正输入端)，与负反馈输入相比较(例如反馈到放大器负端的输入)，以提供一个放大后的信号输出。放大后的信号被输入到由电阻43和电容44组成的RC网络中。该网络用作积分器。
所产生的信号(如在节点上)与V-speed成正比，并代表显示器10(以及显示器上的图象显示)因抖晃、振动等所引起的运动的速度。所产生的表示速度的信号输入到包括放大器45、电阻46和电容47的第二积分器上，以产生与加速度计41的实际机械位移成正比的输出V-displacement(伏/米)。两个积分器的特性/值最好是相同的。系统中元件的特性可根据设计者的驱使、应用和要求而自由选择。
根据本发明提供了一对这种信号(例如一个用于水平位移的，一个用于垂直位移的)。最好两个处理电路(一个水平方向、一个垂直方向)如图6所示那样(例如41V和41H及其相连的电路)。
(用于水平和/或垂直)的信号V_displacement必须进一步处理以移动图象。
在本发明的第一实施例中，模拟信号需要如图6A所示直接馈给CRT电路。
如图6A所示，用于图象稳定及对抖晃/振动校正的系统包括水平和垂直传感器41H、41V、分别为水平和垂直传感器41H、41V而提供的运动感测电路42，以及水平方向信号和垂直方向信号电路50H、50V，最好包括一个运算放大器等，对于在其第一输入端的接收而从各运动传感电路42产生输出。电路42的输出分别代表要加到电路50H、50V的水平和垂直偏移，以将所显示的图象向左或右、或上或下移动。
另外，水平和垂直电路50H、50V在其第二(例如主)输入端接收来自视频处理电路55的代表处理后的视频图象信号(例如主信号)的输入。
具体讲，视频处理电路55接收来自计算机(未示出)的视频输入信号并对此信号进行所要的处理。这种视频处理电路是已知的已有技术。来自视频处理电路的主信号通过控制电子束(未示出)等进行扫描。在扫描中，强度输入等(未示出)被提供来调节强度、色彩(如果是彩显的话)等。这种扫描操作是已知的已有技术。这样，在水平和垂直电路50H、50V上分别提供代表电子束将如何行走的输入，直接给CRT100的输入100A、100B。可以是诸如管(模拟)显示等输入到CRT的东西将调整在显示屏上的图象。
水平电路50H的输出最好是锯齿波，它移动电子束形成沿显示器的图象左或右移动。垂直电路的输出也是锯齿波，它将电子束上或下移动，从而在显示器上上或下移动图象。应当注意，垂直电路50V的锯齿波周期大于水平电路50H的周期。
最新型的CRT，如IBM P70和P200早已包含用于在垂直或水平方向移动图象的电路。通常在这些监视器的前面板上设立拨号盘和/或按键以完成此任务。模拟信号V_displacement(水平和/或垂直位移)可加到CRT电路的那些部分上。
在图6B所示的本发明的另一实施例中，模拟信号V-displacement可由模/数转换器(ADC)60转换成数字信号。可为各个传感器提供一个对应的ADC，或者提供一个可以多种方式接收信号的单个ADC。
随后，数字信号就可提供给系统软件，即如图6B所示控制显示器10的图形驱动器61。图形驱动器61将数字信号馈给计算机的视频处理电路62，将图象移动到需要的量上。这可以几种方式来完成。
例如，Cirrus Logic CL-GD542X，VGA视频控制芯片采用多个可编程寄存器，它可以通过调节水平同步启动寄存器的值实现移动来将图象在屏幕的水平上移动。屏幕启始地址寄存器指定显示存储器的数据将要开始显示的存储单元。通过调节多个水平扫描行中的此寄存器的值，使图象可在垂直的任何方向上移动。
借此发明，来自其它制造商的采用类似寄存器/特征的其它视频控制器将可按需要使图象移动。
在对本发明上述实施例的相关改进中，如图6B所示，从V-displacement获得的数字信号可馈给操作系统(OS)软件(例如Window95，window98、windows CE等)，控制屏幕上的显示。这种改进可由软件来实现。随着上述视频控制器的抗衡作用，操作系统被指令移动显示。操作系统具有移动电脑窗口的装置。有效窗口就是用户最常看到的显著的那部分而无效窗口则是最小化的或处于背景地位的。操作系统可利用数字信号将有效窗口移动一个必要量来补偿此振动。
在本发明的另一相关实施例中，为简化和/或减少图象稳定电路的成本，可以仅在一维(例如垂直方向)进行运动传感和图象移动处理。
具体讲，在诸如汽车的某些车辆上，振动大多出现在垂直方向，因此可能不需要水平电路。另外，在其它车辆中，水平运动可能更剧烈，在这种情况下，可能要提供水平发送和补偿的电路。
图7A-7E示出在一维(垂直或水平)方向，作为时间函数的由运动传感/补偿电路产生的信号。
如图7A所示，显示器物理上移动某个量。则如图7B所示，加速度计产生信号V_acceleration(例如标号72)。运动传感电路如标号73和图7C所示产生正比于显示器运动速度的信号V_speed，以及如标号74和图7D所示的正比于显示器位移的信号V_isplacement。
但由于电路中所用电容的漏泄，V-displacement将以一个时间常数RC如图7D所示那样衰减至零。RC常数是可调的，这样衰减就将在1-10秒内，即，此速度能让人眼追上显示器速度。信号V-displacement馈给显示装置10的图形电路(如图6所示的图形驱动器61)。这是必须的用于抵抗显示器运动而移动图象的量。
当如图7E和标号75所示，V-displacement信号与机械位移在图形上结合起来后，所示出的就是人眼所见的。也就是说，显示器物理地运动而结合起来的信号(例如图7E中标号76)将不变。于是，相对于观察者来说，由于电子图象的移动使图象未出现移动。但在1-10秒后，信号开始增加，如图7E的标号77所示，增至机械/物理位移71的程度。这就是上述的再取中功能。V_displacement信号缓慢地跟随所要达到的机械位移。
图8A-8E示出在振动之下，作为一维(垂直或水平)的时间函数的此种电路所产生的信号。
如图8A中正弦波81所示，显示器10正在机械地振动着。这样，加速度计就产生相应的信号V_acceleration(2)。示，运动传感电路产生正比于显示器速度的信号V_speed。如图8D的标号84所示，它还产生正比于显示器机械位移的信号V-displacement。
当如图8E中标号85所示，此信号与显示器的机械位移图形上结合起来时，所组合后的信号就表示人眼将看到的情况。也就是说，如标号81所表示的显示器在物理地振动着，但组合信号85(观众所见)却不变。于是，相对于观察者来说，由于电子图象84也振动以补偿机械/物理振动，该图象没有任何运动。
在相关的实施例中，对于以较恒定的加速度较长时间运动的情况，例如航空器、潜水船等，就需要一个附加的抗偏电路来补偿此恒定的加速度。
尽管本发明是考虑了几个优选的实施例描述的，本领域的普通技术人员将会在不脱离本发明的精神和所附权利要求的范围内作出各种改进。
权利要求
1.一种用于具有显示屏的显示装置的图象稳定装置，包括用于感测所述显示装置运动的传感器；以及与所述传感器耦合的运动补偿电路，用于补偿所述显示装置的所述运动，这样，在所述显示装置的所述显示屏上的图象相对于观众的视线来讲是保持基本静止的。
2.如权利要求1的装置，其中所述传感器包括一个用于感测所述显示装置在水平方向和垂直方向的至少一种物理运动的传感器。
3.如权利要求1的装置，其中为分别感测所述显示装置的多个预定方向的运动而提供了多个所述传感器。
4.如权利要求1的装置，其中所述运动补偿电路将所述图的周边截除。
5.如权利要求1的装置，其中当所述传感器测到所述显示装置的物理运动后，所述运动补偿电路将图象移到所述显示屏边缘的保留区，当未测到所述物理运动时，所述保留区对观众来讲是不可见的。
6.如权利要求1的装置，其中所述运动补偿装置将所述显示屏上的所述图象移动与所述显示装置的移动相同的量。
7.如权利要求6的装置，其中所述运动补偿电路将所述显示屏上的所述图象向所述显示装置的所述运动的相反方向移动。
8.如权利要求1的装置，其中所述运动补偿电路在预定的时间周期之后将所述显示屏上的所述图象重新取中。
9.如权利要求8的装置，其中所述预定时间周期包括大致在1-10秒之内的一段时间。
10.如权利要求8的装置，其中所述预定时间周期是由用户可选择地调节的。
11.如权利要求1的装置，其中所述传感器包括至少一个用于感测所述显示装置运动的加速度计。
12.如权利要求1的装置，其中所述传感器是设在所述显示装置上的。
13.如权利要求11的装置，其中在水平和垂直方向提供了多个用于感测所述显示装置运动的加速度计。
14.如权利要求13的装置，其中所述加速度计包括压电加速度计。
15.如权利要求1的装置，其中所述传感器包括一个用测量所述运动的加速度和方向的测量装置。
16.如权利要求15的装置，其中所述测量装置包括一个运算放大器，用于从所述传感器接收代表所述显示装置的加速度的输出；以及一个耦合以接收所述运算放大器输出的阻-容网络，用于确定所述显示装置的所述运动速度。
17.如权利要求16的装置，其中所述测量装置还包括一第二阻-容网络，用于根据所述速度信号确定垂直位移信号和水平位移信号。
18.如权利要求17的装置，其中所述显示装置包括含有视频处理电路的阴极射线管，并且其中所述垂直和水平位移信号是直接输入到所述阴极射线管的所述处理电路的。
19.如权利要求18的装置，还包括用于将所述位移信号转换成数字信号的模-数转换器。
20.如权利要求19的装置，还包括所述显示装置的图形驱动器，其中所述数字信号是输入到用于控制该显示装置的所述图形驱动器的，所述图形驱动器将数字信号馈给用于移动所述图象的所述显示器的视频处理电路。
21.如权利要求19的装置，其中所述数字信号是输入到与所述显示装置接口的计算机的操作系统软件上的。
22.一种用于具有显示屏的显示装置的图象稳定装置，包括用于感测所述显示装置的运动的装置；以及与所述感测装置耦合用于补偿所述显示装置的所述运动的装置，这样，在所述显示装置的所述显示屏上的图象相对于观众的视线来讲基本保持静止。
23.一种显示装置，包括一个显示屏，以及一个图象稳定装置，用于稳定在所述显示屏上的图象，所述图象稳定装置包括与所述显示屏相连的传感器，用于感测所述显示装置的运动；以及与所述传感器相连的运动补偿电路，用于补偿所述显示装置的运动，这样，在所述显示装置的所述显示屏上的图象相对于观众的视线来讲基本静止。
24.一种稳定具有显示屏的显示装置上的图象的方法，包括感测所述显示装置的运动；以及补偿所述显示装置的所述运动，这样，在所述显示装置的所述显示屏上的图象相对于观众的视线来讲基本静止。
全文摘要
一种用于具有显示屏的显示装置的图象稳定装置和方法,包括用于感测显示装置的运动的传感器和与传感器相连,用于补偿显示装置运动的运动补偿电路,这样,在显示装置的显示屏上的图象相对于观众的视线来讲基本静止。
文档编号G06F5/06GK1262479SQ9912534
公开日2000年8月9日 申请日期1999年12月17日 优先权日1999年1月29日
发明者B·阿巴利, H·弗兰科, M·E·吉亚帕帕 申请人:国际商业机器公司