专利名称：具有光学和电子lcd板补偿的彩色非均匀性校正方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及用于彩色显示器的视频处理，具体地涉及在包括液晶(LC)彩色显示器的彩色显示器中用于提供彩色非均匀性校正的方法和设备。
彩色显示器被使用于各种各样的电子设备中。这些电子设备包括用于个人计算机的监视器、电视机、和其它视频显示器。这些显示器可以是直接观看型、阴极射线装置或投影装置。
一种类型的投影装置基于液晶诸如向列晶体的光学特性。这些投影装置可包括被淀积在半导体晶体管阵列上的液晶层。通常，这些阵列是用来在液晶层上有选择地产生电场的一种互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管。这些电场改变液晶材料分子的极化角，以便能够对于通过这种材料的光进行调制。光可以被反射元件反射或可以发射到屏上。不论在哪一种情形下，被调制的光都被光学元件投影到屏，形成视频图像。在反射的情形下，投影装置被称为半导体上液晶(LCOS)投影显示器。
影响显示器的图像质量的某些因素是分辨率、亮度、对比度、和色深度。分辨率是屏显示的像素数目。通常，分辨率以具体的像素范围来表示(例如，用于许多计算机监视器的是800×600)。在本例中，监视器在水平方向具有800个像素，而在垂直方向具有600个像素。当然，对于给定的显示面积，像素数目越多，则每个像素的面积越小而分辨率越高。
色深度规定在一个屏上可以显示多少种彩色。通常，色深度用二进制逻辑(比特)描述。在彩色显示器中使用的三基色(红、蓝、绿)中的每个彩色具有描述它的色深度或可被显示的特定的彩色的深浅的数目的多个比特。彩色的数目通常通过二进制指数表示法来描述(例如，用于三基色的每个彩色的256个深浅度28(被称为8比特视频))。正如可以容易地看到的，彩色比特数目越大，则彩色的深浅的数目越多以及色深度越大。当然，色深度越大，则显示质量越好。
虽然对于具体的想要的图像质量可以选择分辨率、亮度、对比度、和色深度，但某些因素可能恶化图像质量。例如，在LCOS投影装置中在光路径和成像器(LC板)特征方面的差别对于投影图像的质量具有有害的影响。
所需要的是一种克服已知的校正方案的某些缺点(诸如视频削波)的校正方法和设备。
按照本发明的示例性实施例，该方法包括校正液晶显示器的视频非均匀性；和通过使用光学补偿来校正光学系统的光学非均匀性。
按照本发明的另一个示例性实施例，用于校正视频非均匀性的设备包括电子校正装置，它校正液晶显示器的视频非均匀性；和光学装置，它校正光学投影系统的光学非均匀性。
当结合附图阅读以下的详细说明时将最好地了解本发明。应当强调的是，各种特性并不一定按比例画出。事实上，为了讨论的清晰起见，尺度可以任意增加或减小。
图1是按照本发明的示例性实施例的视频校正设备的透视图。
图2是按照本发明的示例性实施例的校正数据的双线性内插的图。
在以下的详细说明中，为了说明而不是限制，提出了公开具体细节的示范性实施例，以便提供对于本发明的透彻的了解。然而，得到本公开内容的好处的本领域技术人员将会看到，本发明可以以其它实施例来实施，而不背离这里公开的具体细节。而且，可以省略熟知的装置、方法和材料的说明，以免掩盖本发明的说明。
概略地，本发明涉及通过校正LCD和光学系统的视频非均匀性而提供在LCD投影系统中的实时彩色非均匀性校正的方法和设备。用于LCD板非均匀性的校正是通过双线性内插技术以电子方式实施的，它不需要把用于所有彩色的所有像素的所有校正数据贮存在存储器中。投影系统的光学视频非均匀性的校正包括一个光学元件，用来减小在超过所需亮度的区域中的亮度级别。有利地，借助于示范性实施例，可以基本上避免视频信号削波及其有害的影响。
图1显示按照示例性实施例的LCD设备100。LCD 101被连接到电子校正装置102，它提供对因LCD板非均匀性造成的视频非均匀性的电子校正。视频输入端107被耦合到电子校正装置102。电子校正装置102的输出被输入到LCD驱动器108，LCD驱动器108被连接到LCD 101，如图所示。电子校正是通过双线性内插技术以电子方式实施的，这里将更详细地描述。电子校正装置102包括实施校正数据计算(例如内插器)和控制LCD以便按需要地改变每个像素的视频电平(Video level)所需要的元件。
来自LCD的输出105投射到光学元件103，它在直观上是投影系统的非均匀性分布的光学翻转。例如，光学元件可以是在系统中不存在LCD 101的情形下所施加的视频电平是均匀的灰色时所拍摄的屏的照相负像。这样，光105被发射穿透光学元件103，而出射为投向屏的光106。
正如当本说明继续时将变得更清楚的，通过用电子校正装置102校正视频非均匀性和用光学元件校正光学系统的视频非均匀性，校正的水平增加了，而图像屏104上的图像质量也提高了。然而，视频信号的削波基本上避免了。
通常，电子装置102通过视频修正提供对电子彩色非均匀性的校正。为了达到这种校正，在多个视频电平上对于每个彩色路径分别地评估每个像素的亮度分布。正如可以看到的，为了节省存储器，不是所有的像素都被评估，而是只评估位于在水平方向和垂直方向互相间隔开预定数目的像素的网格点的有限数目的像素。计算正在评估的特定的视频电平的实际的和标称的亮度之间的差值，并把它们作为校正系数存储起来。
为了给视频信号提供高质量校正，对于各种各样彩色级别得出彩色校正数据。在示例性实施例中，四个校正数据被存储在存储器装置中，以使得它们可容易地被提供来用于计算。这些数据被使用于在特定的视频电平上在具有特定的数目的像素的特定的区域的网格(分段)中进行双线性(或其它二维)内插。为了实施横跨图像屏的彩色校正，存储了代表显示器的不同位置的多个彩色校正数据，以用于实时内插。
图2显示按照本发明的示例性实施例的双线性内插方案的概念图。内插块201包括在代表图像屏各点中的几个点处的四个测量的和存储的校正系数(202，203，204和205)。对于在校正数据200的映射上的任何内插点(例如，内插点205)的校正系数可以通过在以下专利申请中描述的技术由电子校正装置102直观地确定，该专利申请即2002年6月24日提交的、授予Michael Bhatmustsky的、题目为”ColorNon-Uniformity Correction Method and Apparatus(彩色非均匀性校正方法和设备)”的美国专利申请序列号10/179,319。该专利申请的公开内容在此引用以及用于所有的用途。
应当指出，光与来自LCD的电子视频信号之间的关系是非线性的。这样，在施加的视频电平中的任何误差将会由于这个非线性导致进一步的错误。为了实现对视频信号足够的校正，必须具有多个校正数据组(在预先设置的视频电平上对每个彩色所得到的校正数据的几个映射)。为了校正视频信号，把视频数据的电平附加到经过内插的校正值上。在概念上，可以有多个超过映射200的映射(相应于曾在其上测量校正数据的其它视频电平)，并且一个内插的系数可以通过实时地根据当前处理的视频电平在这些映射之间作进一步交叉内插而被确定。
虽然所描述的、考虑在视频信号与发射到屏的光之间的非线性关系的校正视频的技术肯定是有用的，但它需要图像的各种级别和彩色方面的大量数据点。而且，校正过程可导致其中布置了这些装置的LCD显示系统中高的视频修正余量。最终，这会导致视频信号的削波，特别是在视频电平是高的以及校正或补偿是高的情形下。正如可以看到的，当视频校正和视频电平的总和大于特定的视频电平时，视频信号被削波从而无法得到适当的校正。这降低总的视频质量。例如，考虑255个电平的视频。如果特定的像素的视频电平处在190，和校正系数被确定为100，则应用这个校正级别将超过255的最大视频电平。结果，视频信号被削波，信号中将有许多谐波，这被呈现为在图像显示器上不想要的伪像。然而，按照本发明的示例性实施例，因为一部分校正由光学元件103来解决，向电子校正装置200要求的电子校正量被减小，这意味着视频处理中的较低的电子校正级别和较小的削波。
如上所述，按照本发明的示例性实施例，为了解决视频信号削波的问题，对所依赖的电子校正量进行限制，以避免把视频信号削波。为此，对于达到较高的校正级别(这在全电子校正方法中会引起削波)所需要的一部分补偿经由电子校正装置实施，而其余部分是经由光学元件103完成的。由此，彩色非均匀性是通过控制LCD板的电子校正装置与提供光学校正的光学元件的组合而被校正的。因此，由于不需要电子校正装置同时校正来自LCD板和光学系统两者的视频非均匀性，避免了视频削波和提高了总的校正能力。
光学元件103有用地使通常由系统中没有LCD的灰度均匀的视频所产生的图像屏104进行翻转，虽然各种变化方式肯定是可能的。直观地，使用三个分开的翻转的图像(即，每个视频彩色一个)。替换地，可以用一个翻转的图像来补偿总的亮度非均匀性，而其余部分的校正则经由电子校正装置102以电子方式完成。在示例性实施例的许多应用中，光学元件103可以是一种照相负像(negative)。然而，应当指出，光学元件103可以通过包括数码照相和其它数字成像技术的图像处理技术制成。最后，应当指出，光学元件103可以是图像屏的彩色负像(翻转的图像)；虽然在基色的路径上可以使用三个黑白负像。
直观地，在其中使用LCD的投影系统中，光学元件103可以通过安装反射镜被制成，而不用LCD板。光学元件可以为特定的投影系统进行定制，或用于给定类型的投影系统的多个负像可以由它的生产型体制成。在前者的情形下，图像质量是更好的；而在后者的情形下，对批量生产能力是有利的。无论由光学元件103达到的校正程度如何，其余的校正可通过使用上述的电子校正装置102和技术来实施。
由光学元件对于由于光学系统造成的非均匀性的补偿直观地可以如下地实施。来自LCD的输出是投影在图像屏上的光，视频校正表现在图像屏的每个像素的光的强度上。如上所述，这可导致补偿增加到超过视频电平的极限。替换地，由于在上述的内插方法中的欠校正，光强度可能太低。然而，通过在光学元件103中获取图像屏的翻转(负像)，每个像素按一定的校正而被调整。即，由于过校正造成的太亮的像素被发送经过光学元件中相应’较暗’的部分；而被欠校正以至于在图像屏上强度级别太低的像素被发送经过光学元件中这个低级别光学翻转的区域，因而相应的像素在屏上具有较大的强度。
应当指出，在上述的任一种情形下，光学元件103也校正每个像素的彩色强度(例如，光学元件103是屏图像的彩色负像或翻转)。还应当指出，光学元件单独不能达到高质量校正，因为它不能提供非线性视频补偿。即，光学元件103将以相同的方式校正所有的级别。然而，与电子校正装置102相组合，光学元件可提供适当的视频校正。
示例性实施例的校正技术和设备由于各种各样的原因是有利的。例如，因为电子校正/补偿不必校正光学系统中的误差，视频修正的需要的范围可被减小。这消除校正的视频信号的削波问题。而且，因为视频修正的范围被减小，校正的计算精度会提高。
示例性实施例的另一个好处可以在制造时实现。因为光学校正和电子校正的组合，在这样的系统中的校正级别是较低的，而校正余量因此可高于已知的系统。这可以解决较严重的LCD问题，并导致LCD板产量的很大的增加。
最后，应当指出，虽然至今为止描述的示例性实施例严格地以电子方式影响LCD引起的视频非均匀性和经由光学元件严格地影响光的非均匀性，但这不是重要的。为此，某些光的非均匀性事实上可以通过上述的方法用电子方式补偿。例如，在大批量生产的光学元件被制成以用于投影系统类型的大批量生产的环境中，每个LCD装置的校准可以通过电子方式提供某些光校正而被实现。
通过这样描述的本发明，将会看到，获得本公开内容的好处的本发明本领域技术人员可以以许多方式改变本发明。这样的改变并不看作为背离本公开内容的精神和范围，以及打算把对于本领域技术人员来说显而易见的这样的修正被包括在以下的权利要求和它们的合法的等价物的范围内。
权利要求
1.在投影系统中校正视烦非均匀性的方法，方法包括校正液晶显示器(101)的视频非均匀性；以及通过使用光学补偿来校正光学系统的光学非均匀性。
2.如在权利要求1中阐述的方法，其中所述校正光学非均匀性包括把光学元件(103)提供到图像屏(105)之前的光路径中。
3.如在权利要求2中阐述的方法，其中所述光学元件是被投射在所述图像屏(105)上的光的翻转的图像。
4.如在权利要求1中阐述的方法，其中所述的的图像是照相负像。
5.如在权利要求1中阐述的方法，其中所述校正视频非均匀性包括视频信号的电子校正。
6.如在权利要求1中阐述的方法，其中所述校正光学非均匀性包括光信号的光学校正。
7.如在权利要求5中阐述的方法，其中所述视频信号的削波通过本方法基本上被避免。
8.如在权利要求1中阐述的方法，其中所述校正视频非均匀性包括插入多个校正数据以确定校正系数。
9.如在权利要求3中阐述的方法，其中所述翻转的图像还包括多个照相负像。
10.如在权利要求3中阐述的方法，其中所述翻转的图像是数码照相的负像。
11.投影系统中用于校正视频信号的设备，包括电子校正装置(102)，它校正液晶显示器(101)的视频非均匀性；以及光学装置(103)，它校正光学投影系统的光学非均匀性。
12.如在权利要求11中阐述的设备，其中所述电子校正装置包括内插器，它确定多个校正系数。
13.如在权利要求12中阐述的设备，其中所述光学元件是所述投影系统的图像屏的翻转的图像。
14.如在权利要求12中阐述的设备，其中所述电子校正装置(102)通过用所述校正系数的子组来校正视频信号从而校正所述视频非均匀性。
15.如在权利要求14中阐述的设备，其中基本上避免了视频信号的削波。
16.如在权利要求13中阐述的设备，其中所述翻转的图像是投射在所述屏上的光的至少一个照相负像。
17.如在权利要求11中阐述的设备，其中所述光学元件是(103)包括对于每个基色的投射在所述图像屏(105)上的光的负图像。
18.如在权利要求13中阐述的设备，其中所述照相负像是数字负像。
19.如在权利要求12中阐述的设备，其中所述内插器是双线性内插器。
全文摘要
投影系统中校正视频非均匀性的方法和设备包括校正液晶显示器的视频非均匀性；和通过使用光学补偿来校正光学系统的光的非均匀性。
文档编号H04N5/74GK1726703SQ200380106470
公开日2006年1月25日 申请日期2003年12月11日 优先权日2002年12月18日
发明者M·巴克穆特斯基, V·戈恩斯泰恩 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司