专利名称：对于相邻像素相关性的补偿的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用具有相邻像素相关性的成像器的视频系统的领域，更加具体地说，本发明涉及用于校正这样的相关性的系统。
背景技术：
各种类型电子显示器和视频成像设备都已经有了许多新的发展。这种技术的一个例子就是硅上液晶(LCOS)。虽然这些各种类型的显示设备都有许多优点，但某些较新的技术却遭遇相邻像素相关性的困难。一般来说，相邻像素相关性是成像器的一个像素的亮度水平的畸变，是由一个或多个相邻像素的相互影响产生的。这样的相关性的原因根据显示器或成像技术的具体类型而有所不同。例如，对于LCOS，这个问题主要来源于向错误差(disclination error)。为了理解这一效应，简单地描述一下LCOS是有益的。
LCOS可以被认为是在硅晶片上形成的一个大型的液晶。硅晶片分成由微型板电极构成的一个增长阵列。液晶的微型增长区受到由每个微型板极和公共板极产生的电场的影响。每个这样的微型板极和相应的液晶区在一起统称为成像器的一个单元。每一单元对应一个单独的可控钟象素。公共板电极设置在液晶的另一侧。每个单元(或像素)在输入信号改变之前仍旧保持以相同的强度发光，其作用就是采样和保持。像素不会衰退，像阴极射线管中的磷一样。每一组公共板极和可变板极电极形成一个成像器。为每种颜色提供一个成像器，在这种情况下，对于红、绿、蓝中的每一种颜色提供一个成像器。
具有LCOS成像器的光引擎在显示传输函数中存在严重的非线性，这种非线性可以通过一个数字查找表(称之为伽玛表)来校正。伽玛表对于传输函数中的增益差进行校正。虽然经过这种校正，但LCOS成像传输函数对于正常白光LCOS成像器的严重的非线性意味着黑色区具有极低的光相对于电压的增益。这样，在较低的亮度水平，亮度差只有中等大小的相邻像素就需要用差别极大的电压电平去驱动。这将产生一个边缘电场，边缘电场在垂直期望电场的方向具有一个分量。垂直场产生的亮度比期望的像素产生的亮度大，这又可能在目标上产生不期望的亮边缘。垂直场的存在叫做向错。有时称由向错引起的并且被观众感受到的这种假像(image artifact)为闪光。这是因为发生向错的图像区可能在下方的图像上出现光的闪烁。实际上，受向错影响的暗像素非常亮，经常是它们应该的亮度的5倍。对于成像器产生的每一种颜色，闪光可变为红、绿、蓝各种颜色。通常，认为这些亮度的失真是相邻象素相关性引起。
LCOS成像是一种新的技术，向错是一个新的问题。然而，由相邻像素相关性引起的亮度畸变问题不一定非要限制LCOS成像器不可。其它类型的显示器和成像器也可能遭遇类似的相邻像素的亮度畸变问题。对于所有类型的成像器，这些亮度畸变的物理原因不可能完全相同，但这些效应可以广泛地表征为相邻像素相关性。
对于相邻像素相关性问题的有各种不同的建议的解决方案，其中包括对于图像的总亮度分量进行信号处理。然而，这样的系统趋向于降低整个图像的质量。在这样的现有技术系统中，减小相邻像素相关性的影响的折衰方案就是要有一种图像，其中在实际上全然不损失水平清晰度。简单地说，按这种方式，不可能牺牲图像的细节和清晰度。
本领域的普通技术人员可能会期望，相邻像素相关性问题在成像器中解决或最终解决，因为成像器是产生这个问题的地方。然而，在诸如LOCS之类的新出现的技术中，除了LOCS成像器厂家以外的任何一方都没有机会把这个问题固定在成像器内。并且没有任何迹象表明基于成像器的解决方案可以应用到所有类型的成像器中。因此，迫切需要提供对于成像器不作任何修改就可能实施的这个问题的解决方案。
发明内容
本发明涉及减小由相邻像素相关性引起的像素亮度畸变的方法和系统。按照它的最基本的形式，这个方法包括估算由处在第二亮度控制水平的至少一个相邻像素引起的对于处在第一亮度控制水平的第一像素产生的相邻像素相关性效果。根据这种估算的结果，修改对于第一像素的第一亮度控制水平，以补偿相邻像素相关性的影响结果。更加具体地说，估算步骤可以包括计算估算的像素亮度控制水平，这种估算的像素亮度控制水平会导致在没有像素相关性影响的情况下的第一像素的实际亮度，这种估算的像素亮度控制水平等于在存在所说的相邻像素相关性影响的条件下从第一像素亮度控制水平导出的实际亮度。
按照本发明的一个方面，估算步骤可以包括比较第一像素的亮度控制水平与在同一行中紧挨着所说第一像素之前或之后出现的相邻像素的亮度控制水平。可以使用相邻像素相关性函数来计算像素相关性对于实际图像亮度的影响。像素相关性函数可以是一种复杂的函数或者是一种简单的函数。修改步骤的目的是确定第一像素的修改的亮度控制水平，第一像素的修改的亮度控制水平可能导致在存在像素相关性的情况下的第一像素的实际亮度，这个第一像素的修改的亮度控制水平能更加紧密地接近在没有像素相关性的条件下从未曾修改的第一亮度控制水平导出的实际亮度。可以反复地进行比较和修改这两个步骤，以得到改进的结果。
本发明还可以包括一个用于减小由相邻像素相关性引起的显示器中或者成像器中的亮度畸变误差的系统。提供一个估算器来估算由至少一个处在第二亮度控制水平的相邻像素引起的对于处在第一亮度控制水平的第一像素产生的相邻像素相关性影响效果。更加具体地说，估算器可以计算估算的像素亮度控制水平，这个估算的像素亮度控制水平可能导致在像素相关性效果不存在的条件下的第一像素的实际亮度，这个估算的像素亮度控制水平等于在像素相关性效果存在的条件下从第一像素亮度控制水平导出的实际亮度。
按照本发明的一个方面，估算器可以比较第一像素的亮度控制水平与一个或多个相邻像素的亮度控制水平。例如，相邻像素可以在同一行中紧挨着第一像素之前或之后出现。估算器还可以按照像素相关性函数修改差值，以适当地调节像素相关性的相关效果。像素相关性函数可以是一种复杂的函数或者是一种简单的函数。
迭代调节级可以修改第一像素的第一亮度控制水平，以补偿像素相关性误差。迭代调节级确定第一像素的修改的亮度控制水平，第一像素的修改的亮度控制水平可导出在像素相关性误差存在的情况下的第一像素的实际亮度，第一像素的修改的亮度控制水平更加靠近地接近在像素相关性误差不存在的情况下从未经修改的第一亮度控制水平导出的实际亮度。可提供迭代估算和迭代调节级以得到改进的近似结果。
图1是方块图，用于表示迭代算法的第一阶段，所说的迭代算法可用于减小相邻像素相关性的明显结果；图2是示意图，用于表示控制信号在成像器或显示器中是如何控制一行像素中的每个像素的亮度的；图3是方块图，用于表示一个迭代算法，这个迭代算法可用于减小相邻像素相关性的明显结果的图1的算法之后的任何阶段；图4是可用于图1和图2中的估算器的详细方块图。
具体实施例方式
本发明可减小由相邻像素相关性引起的电子显示器或成像器中的亮度畸变。为实现这项目的，首先要估算由处在第二亮度控制水平的至少一个相邻像素引起的对于处在第一亮度控制水平的第一像素产生的像素相关性影响效果，并且使用这个结果重复地预调节或修改第一像素的像素亮度控制信号以补偿由相邻像素引起的亮度畸变。这一过程可使用选择性地控制像素亮度控制信号以补偿相邻像素相关性的已知影响效果的任何合适的方法来实现。为便于理解本发明，图1和图2是如何实现这个过程的例子。然而，应该理解，本发明不限于这里表示的实施例。
图1是按照本发明的优选实施例的亮度控制系统的第一级的方块图。输入到这个系统的是要在一个成像器中显示的那些像素的一系列亮度控制水平。输入信号可以是模拟信号或数字信号，所说的输入信号直接地或间接地表示分配给一个特定行中每个像素的强度或亮度。例如，这个输入可以是只与所选像素的实际控制电压有间接关系的一个期望像素亮度的模拟或数字表示。按照优选实施例，这里所使用的术语亮度控制水平指的是常规的IRE水平。全白信号是100IRE单位，绝对黑色信号是0 IRE单位。然而，本发明不限于这一方面，亮度控制水平还可以用数字字表示。例如，使用一个8位的数字字来表示亮度，可以表示256个分开的亮度控制水平。进而，这里的像素亮度控制水平的调节最好在任何伽玛校正之前进行，伽玛校正对于特定的显示装置可能是必不可少的。用于校正像素相关性误差的亮度控制水平的调节可在伽玛校正之后进行，但是可能需要更加复杂的处理过程。
亮度控制水平的输入信号提供代表每个像素的期望亮度水平的必要信息。最好对于一行中一个接一个的每个像素提供输入，不管是数字的、IRE的、还是模拟形式的输入。以此方式，控制信号对于每一行像素以及这行像素后面的所有行的像素提供亮度水平信息。
图2是用于表示一个输入信号的示意图，输入信号包括一系列亮度值120、122、124，这些亮度值分别表示一系列像素117、118、119的亮度。然而，本发明不限于这一方面，其它形式的像素控制信号也是可能的。在图1中，提供像素延迟元件102和104，因而可以在如图所示的估算器106中估算3个水平相邻像素117、118、119的亮度控制水平。在图2中使用连接器“A”来表示还提供6延迟元件102的输出，以此作为如图3所示的系统的下一级的输入。
估算器106分别接收中间像素118和两个外部像素117、119的亮度控制水平120、122、124。估算器106使用这些值来估算外部像素对于中间像素的像素相关性影响效果。估算器106的输出是实际亮度水平的估算值，这个估算值是使用中间像素118的原始的未经修改的亮度控制水平并在存在像素相关性的情况下对于所说的中间像素118的结果。为了得到这个估算值，估算器106最好估算相邻像素之间的像素亮度控制水平之差，所提供的输出最好是根据像素相关性关系得到的。可以通过一个像素相关性函数来确定实际的像素相关性关系，像素相关性函数可以是一个简单的函数，还可以是复杂的函数。像素相关性函数通常取决于所用的特定的成像器，但是可以通过实验或者借助于计算机模型确定。无论如何，所用的特定的成像器将确定估算器的传输函数。
估算器106输出的估算的像素亮度值可以送到迭代调节级。迭代调节级比较通过估算器106确定的像素118的估算的亮度控制水平，并且产生像素118的修改的亮度控制水平。这个修改的亮度控制水平用于导出像素118的实际亮度，这个实际亮度至少是对于像素相关性误差进行了部分的校正。更加具体地说，在存在来自像素117、119的像素相关性误差的情况下的像素118的修改的亮度控制水平用于更加靠近地接近在没有这样的像素相关性误差的情况下从像素118的未曾修改的亮度控制水平产生的同一个实际亮度。在图1中，迭代调节级可以包括差值模块108、加权模块110、舍入模块112、求和模块114、和限幅器116。然而，本发明不限于此，在不偏离本发明的期望范围的情况下，对于迭代调节级的其它特殊安排也是可能的。
在差值模块108中，可从分配给像素118的原始像素控制信号亮度值减去由估算器106估算的亮度值。在加权模块110中，将在像素118的原始的和估算的亮度控制水平之间的差值乘以迭代常数(在0和1之间)。迭代常数用作如图1所示的亮度控制系统级的加权值，并且通常对迭代常数进行选择，以便对于由特定的级表示的像素亮度校正给出期望的权重。为了以最小的迭代次数实现最为精确的估算，可对迭代常数进行调节。如果这个常数太小，计算修改的亮度值就可能需要过多的迭代次数。如果这个常数太大，就可能引起振荡。已经发现，迭代常数约为0.68能够提供可以接受的结果。
在模块112中对于这个加权的输出进行舍入，并将这个加权的输出用作校正值。在求和模块114中将这个校正值加到原始亮度控制水平上。由于负的亮光值是不可能的，所以在模块116中提供负的限幅。模块地址116的输出是像素118的修改的亮度控制水平，这个像素118的修改的亮度控制水平，在存在像素117、119的像素相关性影响效果的情况下，旨在用于更加靠近地接近在没有这样的像素相关性影响效果的情况下由像素118的未经修改的亮度控制水平的相同的实际亮度。
在显示器或成像器中的每个像素上优选执行相对于图1的像素118描述的上述亮度控制水平调节过程。值得注意的是，因为在相对于图1描述的第一级中要修改每一个像素，这样的定标(scaling)过程自然要影响相邻像素。例如，从图1的过程导出的相邻像素117、119的改变的亮度控制值相对于像素118将产生像素相关性影响效果，这个影响效果不同于执行图1的过程时在处理像素118当中预期的影响效果。为了减小这些影响效果，可以改变定标的附加步骤，如图3所示。当然，处理过程的每一个级或每一次迭代过程对于相邻像素的亮度值都有某些影响。然而，通过计算已经发现，经过大约2-7次迭代就可获得相当合理精确的、修改过的、像素亮度值。
图3表示可用于实施这里描述的亮度控制系统的第二级。图3中所示的处理过程还可以用于在第二级之后的任何一个迭代过程处理级。简单地说，在由图3表示的每个这样的级中，在估算器206中按照与第一级中所用的相似的形式计算像素118的一个新的亮度控制水平，只是要对前一级中的像素117、119的亮度控制水平进行某种程度的校正。因此，在考虑到对于前一级中像素117、118、119进行校正的条件下，估算器206将产生像素118的一个新的预期亮度值。
在图3系统的迭代调节级部分中，在模块208中从像素118的原始亮度控制水平减去估算器206输出的这个新的估算亮度值。这个差值(差值通常是一个负数)在加权模块210中乘以加权系数K1、在舍入模块212中进行舍入、并且在求和模块214中求出与前一级中校正的亮度控制水平相加的和。在模块216中对于负值进行限幅，然后将输出送到下一级。处理过程的这一附加级产生另一个校正值，这个校正值与前一级的结果相比，更接近对于像素118产生的校正调节亮度值。可以使用多个级来实现期望的图像再现精度。然而，已经发现，使用2-7级就能产生良好的结果。在最后一级之后，可将亮度控制水平送到成像器驱动电路。
要说明的是，图3中的处理级几乎与图1中的处理级完全相同。然而，一个重要的差别是，在模块208中计算的差值是基于来自图1的原始亮度控制水平值，而不是来自延迟模块202的经过修改的值。
现在参照附图4，其中比较详细地表示了估算器106的操作，应该理解，估算器206的操作方式与估算器106类似。应该理解，图4中的估算器的配置用于具有特殊像素相关性的LCOS成像器的特定设计。因此，应该认识到，不同的成像器可能需要不同估算器，图4中所示的安排只不过是一个例子。
在估算器106中使用的像素相关性函数可通过实验或通过使用计算机模拟确定。但通常赞成，按正常白模式操作的LCOS成像器中的相邻像素，通过像素驱动值之间的绝对差值的非下降函数，可能增加像素的亮度。因此，图4表示估算器的典型方块图，这个估算器对于相邻像素的亮度控制水平的绝对差值呈线性依赖关系。
在图4中，估算器106可以从延迟模块102接收像素118的像素亮度控制水平并且从延迟模块104接收像素117的像素亮度控制水平作为输入，并且接收像素119的未经延迟的亮度控制水平。在差值模块128、130中确定像素值之间的差，并且在模块128、130中确定这个差的绝对值。在求和模块136中将这些结果相加在一起，并且将输出值乘以像素相关性系数Kd。并联性系数通常是0和1之间的一个值。相关性系数Kd的实际值由所用的特定成像器确定。这个值可以通过实验或通过使用计算机模拟确定。例如，对于某个模拟的LCOS成像器，已经发现Kd是0.75是可以接受的。在求和模块140中，将这个经过定标的值与来自模块102的原始像素亮度值相加。相加的结果用作估算器106的输出。
一个例子有利于更好地理解如以上所述的亮度控制系统。如图2所示，一个像素的IRE亮度值在0和100之间(0是最黑的，100是最亮的)。像素117、118、119的亮度值120、122、124分别是28IRE、30IRE、和27IRE。将这些值加到估算器106的输入端，从绝对值模块132、134得到的输出值分别等于2和3。在求和模块136中将这些值加在一起，得到的输出是5。将这个输出值乘以Kd＝0.75，得到的输出是3.75。将这个校正值与像素118的原始像素亮度控制水平30相加，得到的估算器的输出值是33.75IRE。这个估算器输出值反映出从与像素117和11 9有关的像素相关性误差导出的像素118的略微加亮的实际亮度。
在模块108中，从延期模块102接收的像素118的原始亮度控制水平减去输出值33.75IRE。其差值是-3.75。在加权模块110中，这个亮度控制水平乘以加权因子，这个加权因子应该取为0.68。其输出是-2.55，并且在舍入模块112中将其四舍五入成-3.0。最后，在求和模块114中，将校正值-3.0加到像素118的原始亮度控制水平30上。其输出是27IRE，由于这是一个正值，负的限幅器模块116简单地将这个值不加变化地传送到如图3所示的下一级的输入端。值得注意的是，第一级已经减小了像素118的亮度控制水平，在这种情况下从30减到27，其中考虑到与像素117、119有关的像素相关性误差。如果求和模块114的输出已经是负的，这可能表明，像素118可能需要驱动到负的亮度水平，才能对像素相关性影响效果进行补偿。由于负的亮度值是不可能的，所以用简单的方法使这个负值等于0。
要说明的是，本发明可以用硬件、软件、或者它们的组合来实施。用于实施这里所述的延迟和处理的算法的机器可读的存储器或者可以在一个计算机系统中以集中的方法实现，例如在与一个显示器有关的控制CPU中实现，或者以分布的方式实现；按所说分布方式，不同的处理元件是通过几个互连的硬件元件扩展的。适于实现这里所述的方法任何一种类型的计算机系统或其它的设备都是可以接受的。
此外，用于实施本发明的硬件和软件的典型组合可以是带有计算机程序的一台通用计算机，计算机程序在安装并执行时控制计算机系统和显示系统，以实现这里描述的方法。本发明还可以用一种计算机程序产品来实现，所说的计算机程序产品包括能够实施这里描述的方法的所有的特征，并且计算机程序产品在装入计算机系统中时能够实现这些方法。在本说明书文本中的计算机程序指的是旨在使具有信息处理能力的系统执行特定功能的一组指令的任何表达方式，即用任何语言、代码、或符号的表达形式，所说的执行特定功能或者是直接执行，或者是在以下所述的一项或两项之后执行(a)转换成另一种语言、代码、或符号；和(b)按不同的材料形式复制。
权利要求
1.一种减小像素相关性畸变的方法，这个方法包括估算由处在第二亮度控制水平的至少一个相邻像素引起的对于处在第一亮度控制水平的第一像素产生的像素相关性影响；响应所说估算步骤，修改所说第一像素的所说第一亮度控制水平，以补偿所说像素相关性影响。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所说估算步骤还包括计算估算的像素亮度控制水平，估算的像素亮度控制水平能导致在没有所说像素相关性影响的情况下的所说第一像素的实际亮度，估算的像素亮度控制水平等于在存在所说的相邻像素相关性影响的条件下从所说第一像素亮度控制水平导出的实际亮度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所说估算步骤还包括比较所说第一像素的所说亮度控制水平与在同一行中紧挨着所说第一像素之前或之后出现的相邻像素的所说亮度控制水平。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所说估算步骤还包括计算在所说第一像素和所说至少一个相邻像素之间的亮度控制水平的差值。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所说估算步骤还包括通过像素相关性函数定标所说差值。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所说的像素相关性函数是一个简单的线性函数。根据权利要求1所述的方法，其中所述修改步骤还包括确定所说第一像素的修改的亮度控制水平，第一像素的修改的亮度控制水平导致在存在所说像素相关性影响的情况下的第一像素的实际亮度，第一像素的修改的亮度控制水平接近在没有所说像素相关性影响的条件下从未曾修改的第一亮度控制水平导出的实际亮度。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步还包括重复迭代所说的估算步骤和修改步骤。
8.一种用于减小由相邻像素驱动相关性引起的成像器中的像素相关性误差的系统，包括一个估算器，用来估算由至少一个处在第二亮度控制水平的相邻像素引起的对于处在第一亮度控制水平的第一像素产生的像素相关性影响；和一个迭代调节级，它响应所说的估算器用于修改所说第一像素的所说第一亮度控制水平，以补偿所说像素相关性影响。
9.根据权利要求9所述的系统，其中所说的估算器计算估算的像素亮度控制水平，这个估算的像素亮度控制水平能导致在所说像素相关性影响不存在的条件下的所说第一像素的实际亮度，这个估算的像素亮度控制水平等于在所说像素相关性影响存在的条件下从所说第一像素亮度控制水平导出的实际亮度。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所说估算器比较所说第一像素的所说亮度控制水平与在同一行中紧挨着所说第一像素之前或之后出现的所说相邻像素的所说亮度控制水平。
11.根据权利要求9所述的系统，其中所说估算器计算在所说第一像素和所说至少一个相邻像素之间的亮度控制水平之差。
12.根据权利要求12所述的系统，其中所说估算器通过像素相关性函数定标所说的差值。
13.根据权利要求13所述的系统，其中所说的像素相关性函数是一个简单的线性函数。
14.根据权利要求9所述的系统，其中所说迭代调节级确定所说第一像素的修改的亮度控制水平，第一像素的修改的亮度控制水平可导出在所说像素相关性影响存在的情况下的第一像素的实际亮度，第一像素的修改的亮度控制水平更加靠近地接近在所说像素相关性影响不存在的情况下从未经修改的第一亮度控制水平导出的实际亮度。
15.根据权利要求9所述的系统，进一步还包括所说估算器和所说迭代调节级的级联的级，用于迭代计算最终的修改的亮度控制水平。
全文摘要
一种用于减小在成像器中由相邻像素驱动相关性引起的像素相关性误差的方法和系统。该方法通过像素延迟元件(102和104)比较第一像素的第一亮度控制水平与该成像器的至少一个相邻像素的亮度控制水平。根据这种比较步骤的结果，估算器(106)估算外部像素对相邻像素的像素相关性影响效果，这个系统修改第一像素的第一亮度控制水平，以补偿像素相关性的影响结果。确定第一像素的限幅器(116)的输出，即修改的亮度控制水平，这个修改的像素亮度控制水平能导致在存在像素相关性影响的情况下的第一像素的实际亮度，这个修改的像素亮度控制水平更加靠近地接近在不存在所说的像素相关性影响的条件下从未经修改的第一亮度控制水平导出的实际亮度。
文档编号H04N5/66GK1636237SQ03804223
公开日2005年7月6日 申请日期2003年2月19日 优先权日2002年2月19日
发明者D·H·维利斯 申请人:汤姆森许可公司