專利名稱：提高數(shù)字顯示板對(duì)比度的圖像處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高正投影或背投影系統(tǒng)顯示的視頻圖像的對(duì)比度的圖像處理方法。本發(fā)明可應(yīng)用到包含光閥以及針對(duì)所述光閥的照射源的視頻投影儀。光閥可以是反射型的或透射型的。本發(fā)明尤其適用于包含LCOS、LCD或DLP型光閥的視頻投影儀。
背景技術(shù)：
包含光閥的傳統(tǒng)的視頻投影儀根據(jù)所采用的光閥技術(shù)，當(dāng)前能夠產(chǎn)生對(duì)比度在500∶1和1000∶1之間的圖像。在某些應(yīng)用中，例如在數(shù)碼影院和高檔電視機(jī)中，這樣的對(duì)比值通常是不夠的。為了增加該對(duì)比值，已知的解決方法是根據(jù)將要顯示的圖像的內(nèi)容，對(duì)傳送到光閥的光強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制。例如，如果將要顯示的圖像表現(xiàn)為暗場(chǎng)景，則減小傳送到光閥的光強(qiáng)度，反之，按照相同的比例來增加通過該相同的光閥進(jìn)行處理的視頻信號(hào)的電平。由于有效地增加了視頻信號(hào)中的比特?cái)?shù)目，對(duì)比度現(xiàn)在得到提高。這樣，就有可能針對(duì)在電視應(yīng)用中通常很關(guān)鍵的低灰度級(jí)實(shí)現(xiàn)高對(duì)比度。
一個(gè)已知的調(diào)制光強(qiáng)度的方法在于檢測(cè)將要顯示的圖像中的峰值灰度級(jí)NGmax，并將該峰值與可顯示的最大灰度級(jí)NGMAX(如果級(jí)數(shù)使用了8位編碼，NGMAX＝255)作比較-如果灰度級(jí)NGmax低于灰度級(jí)NGMAX的一半，則將傳送到針對(duì)所討論的圖像的光閥的光的強(qiáng)度除以2，并且傳送到光閥的控制電路的視頻信號(hào)的幅度被乘以2；如果灰度級(jí)NGmax高于灰度級(jí)NGMAX的一半，則傳送到該光閥的光強(qiáng)度保持在它的峰值，并且傳送到該光閥的控制電路的視頻信號(hào)的電平保持不變。
在圖1A、1B和1C中示出了這種技術(shù)。圖1A分別示出了作為在T和T+1幀期間的顯示的兩個(gè)圖像的時(shí)間的函數(shù)的視頻信號(hào)。這個(gè)信號(hào)被傳送到光閥的控制電路。第一圖像的NGmax級(jí)的電壓比NGMAX/2級(jí)的電壓要低，并且第二圖像的NGmax級(jí)的電壓比NGMAX/2級(jí)的電壓要高。圖2B示出了傳送到針對(duì)每一個(gè)圖像的光閥的光強(qiáng)度(亮度)。根據(jù)前述方法，第一圖像的光強(qiáng)度等于Lmax/2，而第二圖像的光強(qiáng)度為L(zhǎng)max。因此，將第一圖像的視頻信號(hào)的電壓乘以2，而第二圖像的視頻信號(hào)的電壓保持原樣。由此，暗場(chǎng)景的視頻級(jí)的再現(xiàn)得到了增強(qiáng)。
這個(gè)技術(shù)存在許多缺點(diǎn)。其一是只要圖像像素超過NGMAX/2時(shí)，圖像對(duì)比度得不到增強(qiáng)。因此，如果圖像在暗背景上包含單個(gè)亮點(diǎn)，則圖像對(duì)比度沒有增加。
另外，每次當(dāng)存在從具有低于NGMAX/2的灰度級(jí)NGmax的圖像到具有高于NGMAX/2的灰度級(jí)NGmax的圖像的過渡時(shí)，在光源內(nèi)部存在高電流(在從Lmax/2過渡到Lmax期間，反之亦然)的需要，或者反之亦然。最后，負(fù)責(zé)調(diào)制傳送到光閥的光的設(shè)備不能夠即時(shí)地從Lmax/2切換到Lmax，反之亦然。因此，在過渡的過程中，不能正確地調(diào)整視頻信號(hào)電平，以致在這些過渡周期內(nèi)出現(xiàn)了圖像模糊的區(qū)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種能夠解決上述的全部或部分缺陷的圖像處理方法。
本發(fā)明涉及一種處理顯示設(shè)備上所顯示的圖像的方法，所述顯示設(shè)備包括至少一個(gè)光源和一個(gè)光閥，所述光閥根據(jù)要顯示的圖像的視頻信號(hào)，對(duì)由光源所產(chǎn)生的全部或部分的光進(jìn)行透射或反射，所述方法的特征在于包括以下步驟-將壓縮因子C應(yīng)用于高于第一閾值的圖像視頻信號(hào)的灰度級(jí)，所述第一閾值低于所述圖像視頻信號(hào)的峰值灰度級(jí)；-將由光源產(chǎn)生的光的亮度調(diào)整到與壓縮后的圖像的峰值灰度級(jí)相對(duì)應(yīng)的亮度值；-并將傳送到該光閥的視頻信號(hào)乘以擴(kuò)展因子D，所述擴(kuò)展因子D等于壓縮前的圖像峰值灰度與壓縮后圖像的峰值灰度的比值。
因此，對(duì)超過所述第一閾值的灰度的電壓動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行壓縮，并且將這樣得到的電壓動(dòng)態(tài)范圍重新分配給整個(gè)圖像信號(hào)。
本發(fā)明還涉及一種圖像顯示設(shè)備，包括用于產(chǎn)生光的光源；用于對(duì)由光源產(chǎn)生的光的全部或部分進(jìn)行透射或反射的光閥；控制該光閥的電路，用于接收要顯示的圖像的視頻信號(hào)，并將表示要顯示的圖像的控制信號(hào)傳送到所述光閥；其特征在于所述控制電路包括-用于將壓縮因子C應(yīng)用于灰度高于第一閾值的圖像視頻信號(hào)的裝置，所述第一閾值低于該圖像視頻信號(hào)峰值灰度級(jí)；-將光源發(fā)出的光的亮度調(diào)整為與壓縮后圖像的峰值灰度級(jí)相對(duì)應(yīng)的亮度值的裝置；-將傳送到該光閥的視頻信號(hào)乘以擴(kuò)展因子D的裝置，所述擴(kuò)展因子D等于壓縮前圖像的峰值灰度級(jí)與壓縮后圖像的峰值灰度級(jí)的比值。


通過結(jié)合附圖閱讀下列的說明書，本發(fā)明將會(huì)更容易理解，并且其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，其中圖1A至1C是現(xiàn)有技術(shù)的時(shí)序圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明，大于閾值灰度級(jí)NG1的灰度級(jí)的壓縮；圖3是可實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明方法的視頻投影儀的示意圖；圖4示出了在圖3所示的視頻投影儀的控制電路中所執(zhí)行的操作；圖5示出了閾值的計(jì)算的示例，其中對(duì)超過該閾值的圖像灰度級(jí)進(jìn)行壓縮；圖6A至6C為了與圖1A至1C作比較，示出了本發(fā)明方法的時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明，對(duì)限定數(shù)目的圖像像素(這些像素是圖像中具有最高灰度級(jí)的像素)的灰度級(jí)進(jìn)行壓縮，并且將電壓動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的增益重新分配到整個(gè)圖像。壓縮圖像中的較高灰度級(jí)使得傳送到該光閥的光強(qiáng)度減小，并且使得傳送到該光閥的視頻信號(hào)的水平按相同的比例增加。顯示圖像的對(duì)比度可以因而得到提高。
在下面的描述中，NGmax表示在壓縮之前、要顯示圖像的像素的峰值灰度級(jí)，NG′max表示在壓縮之后、要顯示圖像的像素的峰值灰度級(jí)。另外，L(NG)表示與灰度級(jí)NG相關(guān)的亮度。
根據(jù)本發(fā)明，執(zhí)行下列步驟將壓縮因子C應(yīng)用于灰度級(jí)高于閾值NG1的圖像視頻信號(hào)的灰度級(jí)，其中NG1＜NGmax；將由光源產(chǎn)生的光亮度調(diào)整到與壓縮后圖像的峰值灰度級(jí)NG′max相對(duì)應(yīng)的亮度值；將傳送到光閥的視頻信號(hào)的電壓電平乘以擴(kuò)展因子D，該擴(kuò)展因子等于壓縮前圖像的峰值灰度級(jí)NGmax與壓縮后圖像峰值灰度級(jí)NG′max的比值。
根據(jù)一個(gè)具體的實(shí)施例，例如，將閾值NG1定義為圖像的X最亮像素的最低灰度級(jí)的值，其中X是在圖像中的像素?cái)?shù)的預(yù)定百分?jǐn)?shù)。對(duì)于包含1920×1080像素的圖像，例如，X等于10％或1920×1080/10像素。該閾值根據(jù)將要顯示的圖像而發(fā)生變化。下面結(jié)合圖5對(duì)該閾值的計(jì)算的示例進(jìn)行說明。在該實(shí)施例中，根據(jù)要顯示的圖像的明暗，閾值NG1或者更高或者更低。優(yōu)選地，閾值NG1取大于等于NGMAX/2，其中NGMAX是能夠由所述顯示板顯示的峰值灰度級(jí)。
圖2示出了將壓縮因子C應(yīng)用到灰度級(jí)大于閾值NG1的圖像的灰度級(jí)。該圖具有表示壓縮前的圖像的灰度級(jí)的橫坐標(biāo)，以及表示壓縮后圖像的灰度級(jí)的縱坐標(biāo)；在該圖中，C=NGmax-NG1NG2-NG1,]]>其中，NG2與壓縮后的峰值灰度級(jí)NG′max相對(duì)應(yīng)。
較高灰度級(jí)的壓縮具有減小大于NG1的灰度級(jí)之間的亮度間隔的效果。因此，使顯示圖像所需的光的亮度低到與亮度值相對(duì)應(yīng)的閾值L(NG′max)，該亮度值通常與灰度級(jí)NG2有關(guān)，其中，NG1＜NG2＜NGmax。
灰度級(jí)NG2越接近NG1，則壓縮因子越高。根據(jù)一個(gè)特定的實(shí)施例，灰度級(jí)NG2可以是閾值NG1的函數(shù)。例如可以將NG2取為NG1和NGmax的算術(shù)平均值，或者NG2=NG1+NGmax2.]]>在這種情況下，相對(duì)于NGmax，灰度級(jí)NG1越低，灰度級(jí)NG2也越低，并且亮度值L(NG′max)＝L(NG2)將會(huì)越低。
根據(jù)另一特定實(shí)施例，無論NG1為何值，因子C可以保持恒定。因此，NG2就可以按照與NG1相同的比例增加。
傳送到光閥的光強(qiáng)度((L(NG2)，作為L(zhǎng)(NGMAX)的替代，其中NGMAX是屏幕能夠顯示的峰值灰度級(jí))的減小允許將壓縮后的視頻信號(hào)的幅度與等于NGMAXNGmax′=NGMAXNG2]]>的擴(kuò)展因子相乘。
在圖3中示出了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的視頻投影儀。該投影儀包括光源1；光調(diào)制器2，用來對(duì)光源1產(chǎn)生的光強(qiáng)度作為要顯示圖像內(nèi)容的函數(shù)來進(jìn)行調(diào)制；光學(xué)系統(tǒng)3，用于將從光調(diào)制器2輸出的光發(fā)送到光閥4，以及將由光閥4產(chǎn)生的圖像發(fā)送到透鏡系統(tǒng)6。由控制電路5對(duì)光調(diào)制器2和光閥4進(jìn)行控制，所述控制電路接收要顯示圖像的視頻信號(hào)Vin。所述控制電路計(jì)算出將要傳送到光閥4的信號(hào)Vout、以及要傳送到光調(diào)制器2的亮度值L(NG′max)。
在圖4中示出了用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的控制電路6中所執(zhí)行的步驟的方框圖。
控制電路首先算出閾值NG1。圖5給出了計(jì)算閾值NG1的一個(gè)示例。在該圖中，NG表示灰度級(jí)索引，BNG表示在所討論的圖像中具有灰度級(jí)NG的像素?cái)?shù)目，ANG表示像素的數(shù)目，這樣ANG=Σi=NGNGmaxBi,]]>Amax=Σi=0NGmaxBi]]>(Amax等于圖像中的像素?cái)?shù)目)。
為了定義NG1，從灰度級(jí)NG＝NGmax開始，對(duì)NG進(jìn)行減少，直到ANG＞X·Amax，其中，X是圖像中的像素總數(shù)的百分?jǐn)?shù)。例如，X等于10％。因此，對(duì)NG進(jìn)行減小，直到ANG＞Amax/10。然后，使閾值NG1等于所獲得的NG值。
再參考圖4，隨后，控制電路計(jì)算灰度級(jí)NG2的值。例如，如前所述，該值等于NG1和NGmax的算術(shù)平均值。
將對(duì)應(yīng)于通常與灰度值NG2的值相關(guān)的值的亮度值發(fā)送到光調(diào)制器2。因此，將由光調(diào)制器2傳送到光閥4的光強(qiáng)度固定在針對(duì)該圖像的L(NG′max)。
控制電路5還通過如圖3所示對(duì)大于NG1的灰度級(jí)進(jìn)行壓縮，對(duì)視頻信號(hào)Vin進(jìn)行變換。然后，為了將未由較高灰度級(jí)使用的電壓動(dòng)態(tài)范圍重新分配給整個(gè)視頻信號(hào)，將該修改后的信號(hào)與擴(kuò)展因子D=NGmaxNG2]]>相乘。將這樣得到的、表示為Vout信號(hào)傳送到光閥4。從Vin到Vout的該變換使得大于NG1的灰度級(jí)的電壓動(dòng)態(tài)范圍被壓縮，而對(duì)低于NG1的灰度級(jí)有利。
圖6A至6C的時(shí)序圖示出了本發(fā)明方法的結(jié)果，將圖6A至6C與圖1A至1C作比較。圖6A與圖1A相同。圖6B示出了傳送到光閥4的光的亮度值。由于在幀T期間顯示的圖像不包含任何高于NGMAX/2(NG1的下限)的灰度級(jí)，因此，圖像中沒有灰度級(jí)被壓縮。然而，將該圖像的視頻信號(hào)依然與擴(kuò)展因子相乘，在這種情況下，擴(kuò)展因子接近2；這是其中包含高于NGMAX/2的灰度級(jí)的幀T+1中的圖像。因此，對(duì)該圖像中最高的灰度級(jí)進(jìn)行壓縮。將該圖像視頻信號(hào)乘以比T圖像的擴(kuò)展因子更小的擴(kuò)展因子。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該清楚可以采用除了這里所描述的計(jì)算NG1和NG1的方法外的其他方法來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法。
權(quán)利要求
1.一種處理由顯示設(shè)備顯示的圖像的方法，所述顯示設(shè)備包括至少一個(gè)光源、和用于根據(jù)要顯示圖像的視頻信號(hào)，對(duì)由光源產(chǎn)生的光的全部或部分進(jìn)行透射或反射的一個(gè)光閥，其特征在于所述方法包含以下步驟-將壓縮因子C應(yīng)用于高于第一閾值(NG1)的圖像視頻信號(hào)的灰度級(jí)，所述第一閾值(NG1)低于所述圖像視頻信號(hào)的峰值灰度級(jí)；-將由光源產(chǎn)生的光亮度調(diào)整為與壓縮后的圖像的峰值灰度(NG′max)相對(duì)應(yīng)的亮度值；-將傳送到光閥的視頻信號(hào)乘以擴(kuò)展因子D，所述擴(kuò)展因子D等于壓縮前的圖像峰值灰度級(jí)(NGmax)與壓縮后圖像的峰值灰度級(jí)(NG′max)的比值。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述第一閾值(NG1)等于要顯示的圖像的X最亮像素的最低灰度級(jí)，X是在圖像中的像素?cái)?shù)目的預(yù)定百分?jǐn)?shù)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于壓縮因子C的取值等于壓縮前圖像的峰值灰度級(jí)的值(NGmax)和所述第一閾值(NG1)之間的差、與第二閾值(NG2)和所述第一閾值(NG1)之間的差的比值，所述第二閾值(NG2)與壓縮后的圖像的峰值灰度級(jí)的值(NG′max)相對(duì)應(yīng)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述第二閾值(NG2)取決于所述第一閾值(NG1)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述第二閾值(NG2)是所述第一閾值(NG1)和能夠由所述顯示設(shè)備顯示的峰值灰度級(jí)的值(NGMAX)的算術(shù)平均值。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于無論所述第一閾值(NG1)為何值，所述壓縮因子C保持恒定，由此，所述第二閾值(NG2)與所述第一閾值(NG1)之間的差保持恒定。
7.如權(quán)利要求1到6之一所述的方法，其特征在于所述第一閾值(NG1)大于或等于能夠由所述顯示設(shè)備顯示的灰度級(jí)的最大值(NGMAX)的一半。
8.一種顯示圖像的設(shè)備，包括用于產(chǎn)生光的光源(1)；對(duì)由光源產(chǎn)生的光的全部或部分進(jìn)行透射或反射的光閥(4)；用于控制光閥的電路(6)，用于接收要顯示的圖像的視頻信號(hào)，并將表示要顯示的圖像的控制信號(hào)傳送到所述光閥，其特征在于所述控制電路包括-用于將壓縮因子C應(yīng)用于灰度高于第一閾值(NG1)的圖像視頻信號(hào)的灰度級(jí)的裝置，所述第一閾值(NG1)低于所述圖像視頻信號(hào)的峰值灰度級(jí)的值(NGmax)；-用于將由光源產(chǎn)生的光亮度調(diào)整為與壓縮后圖像的峰值灰度級(jí)(NG′max)相對(duì)應(yīng)的亮度值的裝置；-用于將傳送到光閥的視頻信號(hào)乘以擴(kuò)展因子D的裝置，所述擴(kuò)展因子D等于壓縮前圖像的峰值灰度級(jí)(NGmax)與壓縮后圖像的峰值灰度級(jí)(NG′max)的比值。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于所述光閥是液晶光閥。
10.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于所述光閥是微鏡光閥。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種處理顯示設(shè)備顯示的圖像的方法，所述顯示設(shè)備包括至少一個(gè)光源、和用于根據(jù)要顯示的視頻信號(hào)，對(duì)由光源產(chǎn)生的光全部或部分進(jìn)行透射或反射的光閥，所述方法的特征在于包含如下步驟將一個(gè)壓縮因子C應(yīng)用于高于第一閾值(NG
文檔編號(hào)G06T5/00GK1551623SQ20041004774
公開日2004年12月1日 申請(qǐng)日期2004年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月7日
發(fā)明者蒂埃里·博雷爾, 蒂埃里 博雷爾, 杜瓦揚(yáng), 迪迪埃·杜瓦揚(yáng) 申請(qǐng)人:湯姆森許可貿(mào)易公司