用于控制双调制显示器的系统和方法
【专利摘要】在一个实施例中，公开了一种双调制器显示系统和用于在双调制器显示系统上呈现目标图像的和方法，其中显示系统接收目标图像数据(可能是HDR图像数据)，并首先计算显示控制信号，随后从显示控制信号计算背光控制信号。这种作为显示系统功能的首先计算显示信号并随后计算背光控制信号的顺序可有助于减少剪切伪像。在其它实施例中，可以将输入目标HDR图像数据分割为基层和细节层，其中基层是可以用作背光照明数据的低空间分辨率图像数据。细节层是可以被用于显示控制数据的较高空间分辨率图像数据。
【专利说明】用于控制双调制显示器的系统和方法
[0001] 相关申请【技术领域】的交叉引用
[0002] 本申请要求2012年6月15日提交的美国临时专利申请61/660661的优先权，该 临时专利申请的全部内容通过引用并入此。
【技术领域】
[0003] 本发明涉及显示系统，以及更特别地涉及用于控制双调制显示器的新颖方法和系 统。
【背景技术】
[0004] 在图像和/或视频处理领域中，已知双调制显示系统可呈现高动态范围图像和 视频。例如，以下共同专利申请公开了类似的技术主题：（I)Whitehead等人的2007年 11 月 22 日公布的名称为"HDR DISPLAYS WITH DUAL MODULATORS HAVING DIFFERENT RESOLUTIONS"的美国专利申请20070268224 ; (2) Seetzen的2007年12月13日公布的名 称为 "DRIVING DUAL MODULATION DISPLAY SYSTEMS USING KEY FRAMES" 的美国专利申请 20070285587; (3) Whitehead 等人的 2008 年 2 月 21 日公布的名称为 "HDR DISPLAYS WITH OVERLAPPING DUAL MODULATION"的美国专利申请 20080043303 ; (4) Whitehead 等人的 2008 年 7 月 31 日公布的名称为 "APPARATUS AND METHODS FOR RAPID IMAGE RENDERING ON DUAL-MODULATOR DISPLAYS" 的美国专利申请 20080180465 ; (5)Whitehead 等人的 2008 年 7 月 31 日公布的名称为 "RAPID IMAGE RENDERING ON DUAL-MODULATOR DISPLAYS" 的美国 专利申请20080180466 ; (6)Whitehead等人的2010年8月26公布的名称为"APPARATUS FOR PROVIDING LIGHT SOURCE MODULATION IN DUAL MODULATOR DISPLAYS" 的美国专利申 请 20100214282 ; (7) Kang 等人的 2012 年 4 月 19 日公布的名称为"DUAL MODULATION USING CONCURRENT PORTIONS OF LUMINANCE PATTERNS IN TEMPORAL FIELDS" 的美国专利申请 20120092360 ;(8)Damberg等人的 2009年8 月 13 日公布的名称为"TEMPORAL FILTERING OF VIDEO SIGNALS"的美国专利申请 20090201320; (9)Wallener 等人的 2009 年 11 月 19 日公 布的名称为 "ARRAY SCALING FOR HIGH DYNAMIC RANGE BACKLIGHT DISPLAYS AND OTHER DEVICES"的美国专利申请20090284459 ; (IO)Atkins的2009年12月31日公布的名称为 iiMETHOD AND APPARATUS IN VARIOUS EMBODIMENTS FOR HDR IMPLEMENTATION IN DISPLAY DEVICES"的美国专利申请20090322800 ; (Il)Ward等人的2010年11月4日公布的名称为 "MITIGATION OF LCD FLARE"的美国专利申请 20100277515 ;(12)Davies 等人的 2010 年 12 月 30 日公布的名称为"SYSTEM AND METHOD FOR BACKLIGHT AND LCD ADJUSTMENT"的美国专 利申请20100328537 ;(13)Atkins 的2011年2月 10 日公布的名称为"RETENTION AND OTHER MECHANISMS OR PROCESSES FOR DISPLAY CALIBRATION" 的美国专利申请 20110032248; (14) Wallener 等人的 2011 年 7 月 14 日公布的名称为"SYSTEM AND METHODS FOR APPLYING ADAPTIVE GAMMA IN IMAGE PROCESSING FOR HIGH BRIGHTNESS AND HIGH DYNAMIC RANGE DISPLAYS"的美国专利申请20110169881 ; (15)Longhurst的2011年8月11日公布的名称为 ^EFFICIENT COMPUTATION OF DRIVING SIGNALS FOR DEVICES WITH NON-LINEAR RESPONSE CURVES"的美国专利申请20110193610 ; (16) Wallener的2011年9月22日公布的名称为 "CUSTOM PSFS USING CLUSTERED LIGHT SOURCES"的美国专利申请20110227900 ;(17)Ward 等人的 2011 年 11 月 10 日公布的名称为 "APPARATUS AND METHODS FOR COLOR DISPLAYS" 的美国专利申请20110273495 ; (18)Erinjippurath等人的2011年11月17日公布的名称 为"HIGH DYNAMIC RANGE DISPLAYS USING FILTERLESS LCD(S)FOR INCREASING CONTRAST AND RESOLUTION" 的美国专利申请 20110279749 ; (19)Erinjippurath 等人的 2012 年 3 月 15日公布的名称为"METHOD AND APPARATUS FOR EDGE LIT DISPLAYS"的美国专利申请 20120062607 ; (20)Messmer 的 2012 年 3 月 29 日公布的名称为"SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING DRIVE SIGNALS IN SPATIAL LIGHT MODULATOR DISPLAYS" 的美国专利申请 20120075360 ;(21) Seetzen 的 2012 年4 月 19 日公布的名称为 "EDGE-LIT LOCAL DIMMING DISPLAYS, DISPLAY COMPONENTS AND RELATED METHODS" 的美国专利申请 20120092395; (22)Margerm等人的2012年5月10日公布的名称为"REDUCED POWER DISPLAYS"的美国 专利申请20120113167 ;(23) Margerm等人的2012年5月10日公布的名称为"CONTROL OF ARRAY OF TWHHMENSIONAL IMAGING ELEMENTS IN LIGHT MODULATING DISPLAYS" 的美国 专利申请 20120113498; (24) Kwong 的 2012 年 5 月 31 日公布的名称为 "REFLECTORS WITH SPATIALLY VARYING REFLECTANCE/ABSORPTION GRADIENTS FOR COLOR AND LUMINANCE COMPENSATION"的美国专利申请20120133689 ; (25)Seetzen等人的2012年6月7日公布 的名称为"OPTICAL MIXING AND SHAPING SYSTEM FOR DISPLAY BACKLIGHTS AND DISPLAYS INCORPORATING THE SAME" 的美国专利申请 20120140446 ; (26)Atkins 等人的 2012 年 2 月 2 日公布的名称为 "SYSTEM AND METHOD OF CREATING OR APPROVING MULTIPLE VIDEO STREAMS"的美国专利申请20120026405 ;(27)Atkins的2012年3月15日公开的名称 为 "MULTI-DIE LED PACKAGE AND BACKLIGHT UNIT USING THE SAME" 的美国专利申请 20120063121 ;(28)Whitehead 等人的 2007 年 11 月 22 日公布的名称为 "HDR DISPLAYS WITH INDIVIDUALLY-CONTROLLABLE COLOR BACKLIGHTS" 的美国专利申请 20070268211; (29)Whitehead 等人的 2007 年 11 月 22 日公布的名称为"HDR DISPLAYS HAVING LOCATION SPECIFIC MODULATION" 的美国专利申请 20070268577 ; (30) SEETZEN 的 2007 年 11 月 22 日 公布的名称为"WIDE COLOR GAMUT DISPLAYS"的美国专利申请20070268695 ;(31)Heidrich 等人的 2010 年 4 月 15 日公布的名称为"MULTIPLE MODULATOR DISPLAYS AND RELATED METHOD "的美国专利申请20100091045-这些专利申请的全部内容通过引用并入此。
【发明内容】
[0005] 此处公开了显示系统以及它们制造和使用的方法的若干实施例。
[0006] 公开了如下系统和方法的若干实施例，它们在高动态范围显示器上、特别地对于 具有双调制方案和/或架构的那些显示器执行目标图像的新颖呈现。
[0007] 在一个实施例中，公开了一种系统和/或方法，其包括以下的步骤和/或模块：初 始确定用于呈现目标图像的LCD图像值，随后利用这样的LCD图像值以确定用于目标图像 的背光。
[0008] 在一个实施例中，公开了双调制器显示系统和用于在双调制器显示系统上呈现目 标图像数据的方法，其中显示系统接收目标图像数据（可能是HDR图像数据），并首先计算 显示控制信号，随后从显示控制信号计算背光控制信号。作为显示系统的功能的计算显示 信号并随后计算背光控制信号的顺序可有助于减少剪切伪像（clipping artifact)。
[0009] 在其他实施例中，可将输入目标HDR图像数据分割为基层和细节层，其中基层是 可被用于背光照明（illumination)数据的低空间分辨率图像数据。细节层是可被用于显 示控制数据的较高空间分辨率图像数据。
[0010] 在结合本申请中给出的附图阅读时以下的【具体实施方式】中示出了本系统的其他 特征和优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 参考附图描述示例性实施例。此处公开的实施例和附图意在被认为是说明性的而 不是限制性的。
[0012] 图1示出了适于本申请的目的的HDR显示系统的一个示例。
[0013] 图2示出了用于在HDR显示系统（诸如图1中所示的）上呈现目标图像的一个示 例性图像处理算法。
[0014] 图3示出了作为执行与图2中给出的图像处理算法类似的图像处理算法的结果的 假定图像上的潜在IXD剪切伪像。
[0015] 图4是根据本申请的原理做出的图像处理系统和/或方法的一个实施例。
[0016] 图5A和5B分别示出了示例性目标图像和作为结果的基层的图解。
[0017] 图6A和6B分别示出了示例性目标图像的细节层和经色调映射的细节层。
[0018] 图7是可被应用于细节层的色调映射曲线的一个实施例。
[0019] 图8描绘了用于示例性图像的新的基层。
[0020] 图9描绘了用于呈现示例性图像的背光源驱动值。
【具体实施方式】
[0021] 在整个以下的描述中，阐述了具体的细节以便使本领域技术人员更透彻地理解。 然而，众所周知的元素可能未被详细示出或描述以避免不必要地掩盖本公开。因此，本描述 和附图将被认为是说明性的，而不是限制性的。
[0022] 引言
[0023] 高动态范围（HDR)显示器在本领域中广为人知。图1仅是包括双调制架构的一 个示例性HDR显示器一如在'282申请（通过以上引用并入）中进一步详细描述地。图1 是根据特定实施例的双调制器显示器10的部分截面图。显示器10可与Dual Modulator Display Applications(双调制显示器申请）中公开的显示器在很多方面类似。为了清楚， 显示器10的与本发明无关的一些特征未在图1中明确示出。显示器10包括位于光源调制 层12和显示调制层24之间光学路径中的磷光板22。磷光板22包括由从光源调制层12接 收的空间调制光给予能量的一种或多中磷光材料。在当前优选的实施例中，由显示调制层 24提供的空间调制具有比由光源调制层12提供的空间调制更高的分辨率，但是这不是必 需的。
[0024] 显示器10包括控制器18。控制器18可以包括能够如此处描述地那样操作的硬件 和软件的任何组合。作为非限制示例，控制器18可以包括一个或多个被适当编程的数据处 理器、硬连线的或可配置的逻辑单元、存储器和接口硬件和/或软件。控制器18的该数据 处理器可以包括一个或多个可编程计算机、一个或多个嵌入式处理器等。如以下将更详细 解释地，控制器18可以使用驱动信号16控制光源调制层12的操作，并使用驱动信号32控 制显示调制层24的操作。
[0025] 在示出的实施例中，光源调制层12由可单独寻址的LED 14A、14B、14C、14D、14E、 14F(总称为LED 14)的阵列实现。在其他实施例中，LED 14可由激光、0LED、量子点替换或 补充。如在Dual Modulator Display Applications中描述地，可以使用其他组件实现光 源调制器12。作为非限制性示例，光源调制器12可以通过以下方式实现：不同于LED的类 型的可控光源的阵列；一个或多个光源和被布置以空间调制来自该一个或多个光源的光的 强度的光调制器；以及这些的某些组合。
[0026] 光源调制层12响应于从进一步响应于输入图像数据20的控制器18接收的驱动 信号16输出空间调制光。光源调制层12可以发射具有位于或靠近可见光谱的蓝光/紫光 端的中心波长的空间调制光。光源调制层12可以额外地或替换地发射紫外光（即，具有 低于可见光谱的那些波长的中心波长）。在这些波长处，由光源调制层12发射的光子具有 (相比于可见光谱中的光子）相对高的能量。因此，当被激励时，磷光板22上的该一个或 多个磷光材料可以发射在可见光谱中具有所希望的光谱特性的光。在光源调制层12发射 可见光的一些示例性实施例中，由光源调制层12发射的空间调制光包括具有小于490nm的 中心波长的光。在其他实施例中，该中心波长小于420nm。在其他实施例中，光源调制层12 可以发射具有小于400nm的中心波长的紫外光。
[0027] 将可以理解，具有不同双调制方案和架构的其他HDR显示器对于本发明的目的是 可能的并且是合适的，并在此处通过以上引用并入。
[0028] 一种传统驱动方法
[0029] 在'282申请中，描述了一种用于处理这样的双调制HDR显示器上的图像呈现的传 统方法。该方法的描述在相关部分中如下：
[0030] 图2示出根据示例实施例的用于在显示器10上显示图像的方法。该方法可全部 或部分由控制器18执行。该方法包含确定用于光源调制层12的驱动信号16并确定用于 光源调制层24的驱动信号32,并使用驱动信号16、32以在块61中显示图像。该方法在块 53中开始，该块涉及使用图像数据20以确定用于光源调制层12的控制值16。用于使用图 像数据20确定调制层驱动值16的块53的技术为本领域技术人员所知，并且作为非限制的 示例可以包括可以基于诸如强度和颜色的因素的最近邻插值技术。
[0031] 该方法随后进行到块55,其涉及估计光源调制元件（如LED 14)的输出和在磷光 板22处接收的相应的光图案67。为确定在磷光板22处接收的光图案67,块55可以结合 光源调制层控制值16和光源调制元件（如LED 14)的响应特性65。LED 14的响应特性65 可以包括它们的点扩散函数。
[0032] 该方法随后进行到块57,其涉及使用磷光板22上的预期光图案67和磷光 板响应特性65以估计磷光板22的预期光输出和显示调制层24处的对应有效亮度 (luminance)69。
[0033] 在一些实施例中，块55和块57可以被组合以通过将磷光板特性65结合到光源调 制元件（如LED 14)的特性63中来估计有效显示调制层亮度69。比如，磷光板22的传递 函数响应可以被结合到LED 14的点扩散函数中。在这样的实施例中，块55和块57可由如 下的单一块替代：在该单一块中从光源调制器控制值16和LED 14的经修正的点扩散函数 直接确定有效显示调制层亮度69。在一些实施例中，块55和/或块57和/或块55和块 57的组合可包括使用用于减少与这些过程相关联的计算开销的技术（诸如PCT专利公开 No. W02006/010244中描述的那些技术）。作为非限制的示例，可以使用分辨率降低、点扩散 函数分解、8比特分段和/或插值技术中的任何一个或全部以确定有效显示调制层亮度69。
[0034] 在估计有效显示调制层亮度69之后，该方法进行到块59,其涉及确定显示调制器 控制值32。块59的确定可至少部分基于图像数据20和估计的有效显示调制层亮度69。块 59可涉及通过将图像数据20除以有效亮度图像69以获得用于光源调制层24的原始调制 数据。在一些情况下，块59也可以涉及修正该原始调制数据以解决诸如非线性的问题或可 能引起伪像的其他问题，从而获得显示调制器控制值32。这样的修正技术可为本领域技术 人员所知，并且作为非限制性示例可包括缩放、伽玛校正、值替换操作等。
[0035] 该方法进行到块61，其涉及使用光源调制器控制值16以驱动光源调制元件（如 LED 14)以及使用显示调制器控制值32以驱动显示调制层24的元件，从而显示图像。
[0036] 传统图像处理的潜在影响
[0037] 以上详细描述的传统图形处理技术的一个特点在于从源图像辨识背光值，并随后 使用它们以确定LCD(或显示调制器）快门和/或控制值。这些之前的用于双调制显示器 的控制算法可能展现出具有两种可能的影响：
[0038] 第一种影响可能是在某些图像中的IXD (或显示调制器）剪切伪像。双调制显示器 可能不可以重建某些目标图像中高频率和高对比率边缘。这会导致剪切像素，该剪切像素 是已经丢失所有纹理或对比度信息的像素的组。这会造成图像看起来"不自然"或"扁平"。
[0039] 第二中影响可能是计算复杂度。在一些控制处理中，可能必须要精确地模拟光场， 这会在该显示的精确模型和测量结果之外，还使用巨量的计算和存储器需求。
[0040] LCD剪切伪像
[0041] 以上描述的传统双调制算法对于给定目标图像和模拟的背光光场来确定LCD驱 动值。典型地，这可以通过将目标图像除以（divide)每个像素的光场来实现：
[0042] LCD =(目标图像V(光场）式1
[0043] 当光场匹配目标图像时，IXD完全打开（即，=1)。当目标图像稍微小于光场（诸 如1/2)时，IXD被控制以使得传输的光被减少50%以校正该差异。
[0044] 然而，存在IXD不能校正光场和目标图像之间差异的两种情况。第一种情况是由 光场产生的光少于目标图像所需要的光（光场〈目标图像）。在这种情况下，作为结果的 LCD信号大于1。因为LCD物理上不能产生光（其将会>1)，所以该信号被限制为小于或等 于1-即，该信号被剪切。然而，剪切趋向于移除图像中的对比度。考虑夜间的汽车前灯（明 亮且包含镜头的细节结构）的示例。如果在背光源的区域内没有足够的光，那么作为结果 的图像将非常暗淡并将丢失镜头的结构细节。考虑到人类视觉系统可检测到对比度，对比 度的该丢失趋向于为不希望的伪像。
[0045] 除了丢失对比度信息，被剪切的图像区域还可能趋向于不如预想情况明亮，这是 因为所希望的IXD信号实际上是不可能产生光以校正背光中不足够的光的信号。如果这对 应于图像的暗的、几乎不可见的部分，那么这会导致该部分不可见的呈现。如果这对应于图 像的诸如太阳的明亮部分，那么它会显得比所希望的情况暗淡，降低了图像的视觉效果。
[0046] IXD可能不能校正光场的第二种情况是：背光源产生过多的光（光场》目标图 像）。由于穿过LCD的光泄漏，因此可能不能充分地阻挡由光场产生的光。在这种情况下， 所希望的校正背光的LCD强度可以是零或低于最小数字驱动值。考虑目标光水平仅为最大 值的0. 1%的图像的暗区域。如果该区域中的光场非常明亮，例如是最大值的50%，那么用 于该区域的IXD驱动信号将是0. 1/50或0. 002%。对于8比特的IXD面板，该值小于第一 编码值。这导致在该区域中，细节化的纹理信息会被剪切为黑色LCD值。它也将显得比所 希望的情况更明亮。
[0047] 作为另一示例考虑暗的鸟在明亮的天空上飞翔。在目标图像中，暗的鸟具有它的 羽毛的细节化纹理信息。然而，由于它是在明亮的天空上的小的暗色特征，所以该区域中的 背光光场非常明亮。当LCD试图阻挡由背光源产生的过量的光时，鸟的羽毛中的所有细节 趋向于被剪切，并且由于光泄漏，它可能显示为深灰色。
[0048] 一般而言，可以通过确保背光光场离目标图像尽可能地近以及在一个实施例中过 于"过明亮"来避免LCD的剪切。然而，由于背光源的低空间分辨率，这对于小的图像特征 和高对比度边界而言是不可能的。同样地，由于在每个像素处的光是许多周围的背光元件 的贡献的总和，所以不可能在为一个区域产生过多的光和为另一区域产生不足的光之间平 衡。
[0049] 图3是在X方向上的示例性图像上的相关图像呈现值的截面曲线图。图3中示出 的这样的相关图像呈现值包括：用于对应目标图像的像素值、光场模拟值和LCD校正值。从 图3可以看出，目标图像信号没有延伸超过该截面的最大值的50%。在该示例性图像中示 出三个较明亮的区域被非常暗的像素值包围。该区域中的背光被计算为在20%附近波动， 这对于这样的暗图案而言是相当合理的。然而可以看出一当试图在相同的这三个较明亮的 区域中对于低背光强度补偿IXD信号时一在这三个区域中该IXD信号被剪切为1。这三个 被剪切的区域趋向于已丢失对比度信息，这会使图像劣化。
[0050] 计算复杂度
[0051 ] 光场模拟对穿过显不器的光的扩散建模以预测将对于一组给定的背光控制值产 生的物理光场。从每个背光兀件穿过显不器光学系统的光的扩散被称为点扩散函数（PSF)。 该模拟应当被尽可能精确地完成以使得IXD校正可以被精确地执行以获得目标图像。为 其通常采取的方法是：执行背光驱动值和来自每个背光元件的被测量的或建模的PSF的卷 积。这可以通过累积多个可分离滤波器的结果在硬件或软件中以多种方式实现。
[0052] 对于具有局部调制背光的大多数显示器而言，由于可被用于建模来自非常远的背 光元件的光的小贡献的空间滤波器的大尺寸，该步骤使用大份额的计算资源。除了 FPGA架 构中大的覆盖区之外，大的空间滤波器还可以将图像的显著部分缓冲到存储器中（例如， 近乎整个帧）。这会导致芯片和存储器的高成本，以及增加的功耗和系统延时。随着背光元 件的数量或所希望的帧率的增加，该步骤趋向于使用甚至更大量的资源。
[0053] 除了计算成本之外，该方法可使用显示器光学系统和校准的精确模型。模型或测 量结果中的小误差可能导致对光场的大的高估或低估，其随后扩散为LCD补偿中的大误 差。例如，假设目标图像在暗区域具有的光的亮度强度为0.1cd/m2。因为LCD可能阻挡亮 度的额外的10%，所以该区域中由背光源产生的光会被测量为0. Ilcd/m2(对于该区域而 言是一个非常好的值）。然而，由于光场模拟的不精确，该系统会将该区域中的光建模为 0.09cd/m2。这导致（光场〈目标图像）的情况，并可能导致该区域中的IXD完全打开，而 不是部分关闭。这会导致该区域：(a)过于明亮，以及（b)任何纹理细节被剪切。高度精确 的测量结果、模型和计算可以避免以上情况，但是计算成本太大。
[0054] -个实施例
[0055] 图4是用于在HDR显示器上呈现目标图像的本系统和/或方法的一个实施例。实 施例400接收目标图像402作为输入。实施例400随后处理该目标图像从而在块404处确 定用以呈现该图像的IXD(或显示调制器）图像和/或快门值。如可从图4中看出地，该 IXD值被输入块406 (和目标图像数据一起），在块406处确定目标图像的背光照明。一旦 确定目标图像的背光照明，就可以在块408处确定用于包括显示器的背光源的发射器的背 光控制信号，该背光控制信号将被用于以所希望的方式驱动背光源以在HDR显示器上呈现 目标图像。IXD图像的值被随后发送以在410处驱动IXD快门值（或在其他情况下，显示控 制信号）。此外，背光控制信号值被发送以在412处驱动背光源。
[0056] 在显示系统的一个实施例中，块402、406、408、410和412可以包含显示系统的控 制器的功能硬件和/或固件模块。这样的控制器配置可以接收目标图像数据并输出显示控 制信号（例如，针对LCD的各个调制元件或快门）和发射器控制信号（例如，针对包含背光 源的各个发射器）。
[0057] 如此处将进一步讨论地，本实施例首先在确定目标背光值之前或伴随目标背光值 的确定来确定LCD图像值。这种处理的顺序将有助于缓解如上讨论的剪切LCD的步骤。就 本实施例而言一通过首先确定LCD的最优解并随后尽可能好地补偿背光源来重新安排步 骤的顺序一这样的处理可能导致仅在信号的低频部分出现误差（此处的误差较不明显）。
[0058] 在本实施例中，可以确定位于硬件的动态范围限度内的最优LCD图像，并随后根 据所希望的输入信号确定用以增加动大范围的背光源驱动值。本实施例旨在将任何误差处 理为低频并被LCD上正确显示的高频细节掩盖。本实施例还旨在避免实现光场模拟，光场 模拟是之前算法中计算量最大的部分。
[0059] 在本实施例和其他实施例中，可以通过适当地色调映射目标图像来直接生成IXD 图像以实现以下：
[0060] (1)保留目标图像的高空间频率细节（避免剪切）
[0061] (2)保留目标图像的整体亮度和颜色
[0062] (3)通过尽可能打开IXD以最小化功耗
[0063] (4)由经色调映射的图像，可以通过从目标图像减去该经色调映射的图像来计算 目标背光。最后的步骤是生成背光驱动信号以尽可能近地获得目标背光。
[0064] 其他实施例和示例
[0065] 在块404处，本实施例和其他实施例从目标图像确定LCD图像。在其它实施例中， 这可通过将目标图像分割为基层和细节层来实现。基层包括可适于背光的低空间频率信 息。剩余的高空间频率细节可被随后作为例如多尺度色调映射（可被用于减少该图像的动 态范围）分配至LCD。该技术旨在利用如下特性：只要保留局部空间细节，人类视觉对大的 空间频率方面的不精确较不敏感。
[0066] 为生成用于背光的基层，在一些实施例中可以通过将每个LED的点扩散函数与该 图像卷积。作为结果的基层图像将趋向于位于我们的背光源的空间能力内。
[0067] 基层=PSF*目标 式2
[0068] 其中*表示2D卷积
[0069] 然而，该处理等同于潜在地具有大的空间核的2D卷积，其可以适于具有足够的存 储器和计算要求的显示系统。然而，该处理可以不模拟背光源（其可能使用高精确度和高 准确度），而是取而代之地，该处理仅生成我们的目标图像的低通滤波版本。如果对高精确 度的要求可以被放松一定程度，那么消除对高精确度的要求允许在不引入图像伪像的情况 下对该步骤进行许多简化。
[0070] 在其他实施例中，用于简化低通滤波步骤的两种高效方法可以是：
[0071] (1)使用快速傅里叶变换将输入图像转化到频域，执行乘法运算，并随后返回到空 间域（0.20s或快80倍）。对于某些硬件配置，该方法趋向于保留与空间域中的卷积相同的 精确度但是可能更快。
[0072] (2)下采样输入图像到较低分辨率，与低通滤波器卷积，之后上采样（0. 06s或快 270倍）。该方法甚至可以更快并可以在大多数硬件配置中被实现。
[0073] 存在很多其它的可能方法和实施例，诸如使用大的空间核优化图像滤波。由于在 某些实施例中背光可能没有颜色，所以可以通过在单色信道执行该步骤来简化该步骤。图 5A和图5B分别示出了目标图像和作为结果的基层的图解。
[0074] 在一个实施例中，一旦低频基层被确定，就可以计算重新生成目标图像所需的高 频细节层。一种这样的计算可能包括：
[0075] 细节层=目标/基层式3
[0076] 在具有低空间频率的区域中，基层将趋向于匹配目标图像，并且细节层将会变为 1。这是可能希望在任何可能的情况下确保IXD基本被完全打开的结果。如果目标比低频 基层更暗，那么细节层可通过降得低于1来对此进行校正。当目标比基层更明亮时，细节层 将扩展到大于1的值。这将趋向于针对比局部平均更明亮的小的高亮区而发生。这可以在 图6A和图6B中的一些茎和叶中看出，其中图6A示出了在该示例中的细节层，图6B示出了 经色调映射的细节层。如果细节层被直接用为LCD信号，那么图6A的细节层中的茎中的细 节将趋向于被剪切为1，消除了很多好的细节。
[0077] 在另一个实施例中，一种更复杂的应对大于1的值的方法可以是将细节层色调映 射到LCD的有效范围（0 :1)中。任何全局或局部色调映射器就可足以完成该步骤。在本实 施例中，可以向R、G、B通道中的每一个应用全局色调曲线（如图7中所示）。该色调曲线 趋向于在不剪切细节的情况下减少愈加明亮的像素的对比度。
[0078]
【权利要求】
1. 一种用于在双调制器显示系统上呈现目标图像数据的方法，所述双调制器显示系统 进一步包括背光源；所述背光源包括一组发射器，每个所述发射器能够独立受控于一组背 光控制信号；显示调制器，所述显示调制器包括一组调制元件，每个所述调制元件能够独立 受控于一组显示控制信号；以及控制器，所述控制器被配置为接收目标图像数据并分别向 背光源和显示调制器发送发射器控制信号和显示控制信号，所述方法的步骤包括： 接收目标图像数据； 计算显示控制信号； 从所述显示控制信号和所述目标图像数据计算目标背光照明数据； 从所述目标背光照明数据计算所述背光控制信号； 向所述发射器发送背光控制信号；以及 向所述调制元件发送所述显示控制信号。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中计算显示控制信号的步骤进一步包括： 确定位于所述双调制器显示系统的动态范围限度内的LCD图像。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中计算所述目标背光照明数据的步骤进一步包括： 根据所述目标图像数据确定增加所述动态范围的目标背光控制信号。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中计算显示控制信号的步骤进一步包括： 色调映射所述目标图像数据； 从所述经色调映射的目标图像数据确定LCD图像。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中计算所述目标背光照明数据的步骤进一步包括： 通过从所述目标图像数据减去所述经色调映射的目标图像数据来确定目标背光控制 信号。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中所述方法进一步包括以下步骤： 将所述目标图像数据分割为基层和细节层。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中所述基层包括所述目标图像数据的低空间频率信 息并且所述细节层包括所述目标图像数据的高空间信息。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中所述背光源进一步包括LED发射器的阵列，每个所 述LED发射器包括点扩散函数（PSF)。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中所述方法进一步包括以下步骤： 确定所述基层为所述发射器的所述PSF和所述目标图像数据的卷积。
10. 根据权利要求8所述的方法，其中所述方法进一步包括以下步骤； 确定所述基层为频域中所述目标图像数据和所述PSF的乘积，并将所述乘积转换至空 间域。
11. 根据权利要求8所述的方法，其中所述方法进一步包括以下步骤： 通过下采样所述目标图像数据、与所述PSF卷积并上采样所述卷积确定所述基层。
12. 根据权利要求7所述的方法，其中所述方法进一步包括以下步骤： 通过将所述目标图像数据除以所述基层来确定所述细节层。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中确定所述细节层的所述步骤进一步包括以下步 骤： 色调映射所述细节层。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中色调映射所述细节层的所述步骤进一步包括以 下步骤： 如下计算色调映射细节层：
其中cl和c2包括色调曲线参数。
15. 根据权利要求12所述的方法，其中所述方法进一步包括以下步骤： 作为所述目标图像数据和所述细节层的函数重新计算所述基层。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中重新计算所述基层的所述步骤进一步包括： 如下计算基层： 基层=目标 ALCD ? (I-CR) +CR) 其中IXD是细节层并且CR是对比率。
17. -种双调制显示系统，所述显示系统包括： 背光源，所述背光源进一步包括一组发射器，所述发射器能够由一组发射器控制信号 单独控制； 显示调制器，所述显示调制器包括一组调制元件，所述调制元件能够由一组显示控制 信号单独控制； 控制器，所述控制器被配置为接收目标图像数据并能够作为所述目标图像数据的函数 确定所述一组显示控制信号，以及 进一步地，其中所述控制器能够作为所述一组显示控制信号和所述目标图像数据的函 数，确定所述一组发射器控制信号。
18. 根据权利要求17所述的显示系统，其中所述控制器进一步能够通过色调映射所述 目标图像数据来确定LCD层图像数据。
19. 根据权利要求18所述的显示系统，其中所述控制器进一步能够通过将所述目标图 像数据除以所述LCD层图像数据来确定LED层图像数据。
20. 根据权利要求19所述的显示系统，其中所述控制器进一步能够发送作为所述LED 层图像数据的函数的发射器控制信号。
21. 根据权利要求20所述的显示系统，其中所述控制器进一步能够发送作为所述LCD 层图像数据的函数的显示控制信号。
【文档编号】H04N5/57GK104364839SQ201380031448
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2013年6月10日 优先权日:2012年6月15日
【发明者】R·阿特肯斯, R·K·沃德 申请人:杜比实验室特许公司