專利名稱：提高數(shù)字顯示板對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比度的圖像處理方法。本發(fā)明可應用到包含光閥以及針對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)，當前能夠產(chǎn)生對比度在500∶1和1000∶1之間的圖像。在某些應用中，例如在數(shù)碼影院和高檔電視機中，這樣的對比值通常是不夠的。為了增加該對比值，已知的解決方法是根據(jù)將要顯示的圖像的內(nèi)容，對傳送到光閥的光強度進行調(diào)制。例如，如果將要顯示的圖像表現(xiàn)為暗場景，則減小傳送到光閥的光強度，反之，按照相同的比例來增加通過該相同的光閥進行處理的視頻信號的電平。由于有效地增加了視頻信號中的比特數(shù)目，對比度現(xiàn)在得到提高。這樣，就有可能針對在電視應用中通常很關(guān)鍵的低灰度級實現(xiàn)高對比度。
一個已知的調(diào)制光強度的方法在于檢測將要顯示的圖像中的峰值灰度級NGmax，并將該峰值與可顯示的最大灰度級NGMAX(如果級數(shù)使用了8位編碼，NGMAX＝255)作比較-如果灰度級NGmax低于灰度級NGMAX的一半，則將傳送到針對所討論的圖像的光閥的光的強度除以2，并且傳送到光閥的控制電路的視頻信號的幅度被乘以2；如果灰度級NGmax高于灰度級NGMAX的一半，則傳送到該光閥的光強度保持在它的峰值，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圖像的時間的函數(shù)的視頻信號。這個信號被傳送到光閥的控制電路。第一圖像的NGmax級的電壓比NGMAX/2級的電壓要低，并且第二圖像的NGmax級的電壓比NGMAX/2級的電壓要高。圖2B示出了傳送到針對每一個圖像的光閥的光強度(亮度)。根據(jù)前述方法，第一圖像的光強度等于Lmax/2，而第二圖像的光強度為Lmax。因此，將第一圖像的視頻信號的電壓乘以2，而第二圖像的視頻信號的電壓保持原樣。由此，暗場景的視頻級的再現(xiàn)得到了增強。
這個技術(shù)存在許多缺點。其一是只要圖像像素超過NGMAX/2時，圖像對比度得不到增強。因此，如果圖像在暗背景上包含單個亮點，則圖像對比度沒有增加。
另外，每次當存在從具有低于NGMAX/2的灰度級NGmax的圖像到具有高于NGMAX/2的灰度級NGmax的圖像的過渡時，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，負責調(diào)制傳送到光閥的光的設(shè)備不能夠即時地從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)備包括至少一個光源和一個光閥，所述光閥根據(jù)要顯示的圖像的視頻信號，對由光源所產(chǎn)生的全部或部分的光進行透射或反射，所述方法的特征在于包括以下步驟-將壓縮因子C應用于高于第一閾值的圖像視頻信號的灰度級，所述第一閾值低于所述圖像視頻信號的峰值灰度級；-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相對應的亮度值；-并將傳送到該光閥的視頻信號乘以擴展因子D，所述擴展因子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，對超過所述第一閾值的灰度的電壓動態(tài)范圍進行壓縮，并且將這樣得到的電壓動態(tài)范圍重新分配給整個圖像信號。
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；用于對由光源產(chǎn)生的光的全部或部分進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，并將表示要顯示的圖像的控制信號傳送到所述光閥；其特征在于所述控制電路包括-用于將壓縮因子C應用于灰度高于第一閾值的圖像視頻信號的裝置，所述第一閾值低于該圖像視頻信號峰值灰度級；-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相對應的亮度值的裝置；-將傳送到該光閥的視頻信號乘以擴展因子D的裝置，所述擴展因子D等于壓縮前圖像的峰值灰度級與壓縮后圖像的峰值灰度級的比值。


通過結(jié)合附圖閱讀下列的說明書，本發(fā)明將會更容易理解，并且其他特征和優(yōu)點將變得顯而易見，其中圖1A至1C是現(xiàn)有技術(shù)的時序圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明，大于閾值灰度級NG1的灰度級的壓縮；圖3是可實現(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示出了閾值的計算的示例，其中對超過該閾值的圖像灰度級進行壓縮；圖6A至6C為了與圖1A至1C作比較，示出了本發(fā)明方法的時序圖。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明，對限定數(shù)目的圖像像素(這些像素是圖像中具有最高灰度級的像素)的灰度級進行壓縮，并且將電壓動態(tài)范圍內(nèi)的增益重新分配到整個圖像。壓縮圖像中的較高灰度級使得傳送到該光閥的光強度減小，并且使得傳送到該光閥的視頻信號的水平按相同的比例增加。顯示圖像的對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，NG′max表示在壓縮之后、要顯示圖像的像素的峰值灰度級。另外，L(NG)表示與灰度級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應用于灰度級高于閾值NG1的圖像視頻信號的灰度級，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NG′max相對應的亮度值；將傳送到光閥的視頻信號的電壓電平乘以擴展因子D，該擴展因子等于壓縮前圖像的峰值灰度級NGmax與壓縮后圖像峰值灰度級NG′max的比值。
根據(jù)一個具體的實施例，例如，將閾值NG1定義為圖像的X最亮像素的最低灰度級的值，其中X是在圖像中的像素數(shù)的預定百分數(shù)。對于包含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對該閾值的計算的示例進行說明。在該實施例中，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。
圖2示出了將壓縮因子C應用到灰度級大于閾值NG1的圖像的灰度級。該圖具有表示壓縮前的圖像的灰度級的橫坐標，以及表示壓縮后圖像的灰度級的縱坐標；在該圖中，C=NGmax-NG1NG2-NG1,]]>其中，NG2與壓縮后的峰值灰度級NG′max相對應。
較高灰度級的壓縮具有減小大于NG1的灰度級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應的閾值L(NG′max)，該亮度值通常與灰度級NG2有關(guān)，其中，NG1＜NG2＜NGmax。
灰度級NG2越接近NG1，則壓縮因子越高。根據(jù)一個特定的實施例，灰度級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，相對于NGmax，灰度級NG1越低，灰度級NG2也越低，并且亮度值L(NG′max)＝L(NG2)將會越低。
根據(jù)另一特定實施例，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。
傳送到光閥的光強度((L(NG2)，作為L(NGMAX)的替代，其中NGMAX是屏幕能夠顯示的峰值灰度級)的減小允許將壓縮后的視頻信號的幅度與等于NGMAXNGmax′=NGMAXNG2]]>的擴展因子相乘。
在圖3中示出了實現(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，用來對光源1產(chǎn)生的光強度作為要顯示圖像內(nèi)容的函數(shù)來進行調(diào)制；光學系統(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對光調(diào)制器2和光閥4進行控制，所述控制電路接收要顯示圖像的視頻信號Vin。所述控制電路計算出將要傳送到光閥4的信號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給出了計算閾值NG1的一個示例。在該圖中，NG表示灰度級索引，BNG表示在所討論的圖像中具有灰度級NG的像素數(shù)目，ANG表示像素的數(shù)目，這樣ANG=Σi=NGNGmaxBi,]]>Amax=Σi=0NGmaxBi]]>(Amax等于圖像中的像素數(shù)目)。
為了定義NG1，從灰度級NG＝NGmax開始，對NG進行減少，直到ANG＞X·Amax，其中，X是圖像中的像素總數(shù)的百分數(shù)。例如，X等于10％。因此，對NG進行減小，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，控制電路計算灰度級NG2的值。例如，如前所述，該值等于NG1和NGmax的算術(shù)平均值。
將對應于通常與灰度值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的光強度固定在針對該圖像的L(NG′max)。
控制電路5還通過如圖3所示對大于NG1的灰度級進行壓縮，對視頻信號Vin進行變換。然后，為了將未由較高灰度級使用的電壓動態(tài)范圍重新分配給整個視頻信號，將該修改后的信號與擴展因子D=NGmaxNG2]]>相乘。將這樣得到的、表示為Vout信號傳送到光閥4。從Vin到Vout的該變換使得大于NG1的灰度級的電壓動態(tài)范圍被壓縮，而對低于NG1的灰度級有利。
圖6A至6C的時序圖示出了本發(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，因此，圖像中沒有灰度級被壓縮。然而，將該圖像的視頻信號依然與擴展因子相乘，在這種情況下，擴展因子接近2；這是其中包含高于NGMAX/2的灰度級的幀T+1中的圖像。因此，對該圖像中最高的灰度級進行壓縮。將該圖像視頻信號乘以比T圖像的擴展因子更小的擴展因子。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應該清楚可以采用除了這里所描述的計算NG1和NG1的方法外的其他方法來實現(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)備包括至少一個光源、和用于根據(jù)要顯示圖像的視頻信號，對由光源產(chǎn)生的光的全部或部分進行透射或反射的一個光閥，其特征在于所述方法包含以下步驟-將壓縮因子C應用于高于第一閾值(NG1)的圖像視頻信號的灰度級，所述第一閾值(NG1)低于所述圖像視頻信號的峰值灰度級；-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)相對應的亮度值；-將傳送到光閥的視頻信號乘以擴展因子D，所述擴展因子D等于壓縮前的圖像峰值灰度級(NGmax)與壓縮后圖像的峰值灰度級(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，X是在圖像中的像素數(shù)目的預定百分數(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的值(NG′max)相對應。
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)；對由光源產(chǎn)生的光的全部或部分進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，并將表示要顯示的圖像的控制信號傳送到所述光閥，其特征在于所述控制電路包括-用于將壓縮因子C應用于灰度高于第一閾值(NG1)的圖像視頻信號的灰度級的裝置，所述第一閾值(NG1)低于所述圖像視頻信號的峰值灰度級的值(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(NG′max)相對應的亮度值的裝置；-用于將傳送到光閥的視頻信號乘以擴展因子D的裝置，所述擴展因子D等于壓縮前圖像的峰值灰度級(NGmax)與壓縮后圖像的峰值灰度級(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)備包括至少一個光源、和用于根據(jù)要顯示的視頻信號，對由光源產(chǎn)生的光全部或部分進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壓縮因子C應用于高于第一閾值(NG
文檔編號G06T5/00GK1551623SQ20041004774
公開日2004年12月1日 申請日期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, 迪迪?！ざ磐邠P 申請人:湯姆森許可貿(mào)易公司