[发明专利]基于LED/LCD的高动态范围显示器的信号生成

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年2月11日提交的美国临时申请No.61/151,691的权益。

技术领域

本发明属于高动态范围显示器的领域，并且涉及用于在其中处理和显示图像的方法。

背景技术

高动态范围(HDR)显示器是能够显示具有非常高的对比度、非常深的黑和非常亮的白的图像的显示器。这种类型的显示器可以通过使用非均匀背光来示出HDR图像。具体地，可以基于输入图像来调整屏幕的不同区域上的背光的强度。

这种显示器的主要难题之一是如何将输入图像从三分量数据(例如RGB、YCbCr)转换成显示器所要求的四分量数据。这尤其适用于诸如以下显示器：这种显示器具有提供强度信息形式的一个分量的发光二极管背光层(LED层)和提供三个分量的强度和颜色信息的LCD层。

高动态范围(HDR)显示器作为数字成像的一种可供选择的格式在近年来已经受到很多关注。传统的低动态范围(LDR)图像格式是为遵从ITU-R推荐BT 709(又名Rec.709)的显示器设计的，其中只能实现两个数量级的动态范围。然而，真实世界的屏幕具有在日间大约为十个数量级的高得多的动态范围。人类视觉系统(HVS)能够感知5个数量级。

这些HDR显示器近年来已被投放到市场并且是基于所谓的LED-LCD技术的，其中传统的LCD显示器的均匀背光被分别控制的LED的矩阵所替换，其中每个LED仅为屏幕的一个小区域照明。LED层中的LED的数目远小于LCD层中的像素的数目，但是每个LED的亮度可在较大范围的值上调节。结果，LED层提供了一种很高动态范围、低分辨率的背光。前面的LCD面板与传统的LCD显示器相同，其中液晶单元控制每个像素的颜色并且对LED层提供的强度进行微调。

在HDR显示器中，将输入图像的三个颜色分量转换成四个分量的转换不是一个简单直接的过程，因为在图像和显示器之间没有简单的一对一对应关系。另外，可能存在多种方案；从而，应试图找出最优方案，因为各种方案产生各种图像质量。

因为最近引入的HDR显示器大多数是原型(例如，BrightSide，BrightSide Technologies Inc.，1310 Kootenay Street，Vancouver，B.C.，Canada)，所以关于驱动信号生成问题所做的工作非常少。在关于HDR显示器的原创论文(Seetzen，H.，et al.，High dynamic range display systems，ACM Press.p.760-768.2004)中，提出了一种简单的串话(cross-talking)方法以降低计算复杂度。简单的串话方法的流程图在图1中示出。在图1中，块101对应于首先获得具有强度特征I的HDR图像，块102对应于与强度特征I的平方根有关的背光的目标强度的确定，块103对应于将图像下采样到背光的分辨率以获得要使用的实际背光信号，并且块104对应于获得LCD信号，该LCD使用LCD响应函数来针对背光值和目标强度进行补偿。此串话方法相当快，但是显示误差也相当大。在较大的局部对比度下，其也可能失效。简言之，在这种屏幕上显示HDR图像不是简单直接的，因为LED层的较低分辨率和LED之间的串话导致不可能分别控制每个像素的输出。对错误背光的使用导致低图像质量，并且甚至可能导致诸如假轮廓和可见的LED图案之类的视觉赝像。

在Feng Li，Xiaofan Feng，Ibrahim Sezan，Scott Daly，Deriving LED Driving Signal for Area-Adaptive LED Backlight in HDR，SID Symposium Digest of Technical Papers，38#1，1794-1797(2007)的论文中，设计了两种方法来解决此问题。第一种方法没有考虑显示器表征和人类视觉系统。第二种方法要求背光始终比期望的输出水平更亮并且采用线性优化器来解决该问题。其复杂度高得多，并且这些假设可能是不实际的。

鉴于上述问题，需要开发高动态范围显示器和方法，与其中的图像处理和显示有关，以确保HDR显示器遵从ITU-R推荐BT 709标准、与HVS相称、并且不要求和/或使用计算上过于复杂的信号处理。

发明内容