專利名稱：在量化顯示器系統(tǒng)中增加伽馬精確性的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于在量化顯示器系統(tǒng)中提供增加的伽馬(Gamma)精確性的各種實施例的系統(tǒng)和方法。
背景技術：
在下列權利共有的美國專利申請中，揭示了用于為圖像顯示器設備提高成本/性能曲線的新型子像素排列，這些申請中每一個的全部在這里通過參考引用(1)美國專利申請序列號No.09/916,232(“‘232申請”)，標題為“ARRANGEMENT OF COLOR PIXELS FOR FULL COLOR IMAGINGDEVICES WITH SIMPLIFIED ADDRESSING”，申請日2001年7月25日；(2)美國專利申請序列號No.10/278,353(“‘353申請”)，標題為“IMPROVEMENTS TO COLOR FLAT PANEL DISPLAY SUB-PIXELARRANGEMENTS AND LAYOUTS FOR SUB-PIXEL RENDERING WITHINCREASED MODULATION TRANSFER FUNCTION RESPONSE”，申請日2002年10月22日；(3)美國專利申請序列號No.10/278,352(“‘352申請”)，標題為“IMPROVEMENTS TO COLOR FLAT PANEL DISPLAY SUB-PIXELARRANGEMENTS AND LAYOUTS FOR SUB-PIXEL RENDERING WITHSPLIT BLUE SUB-PIXELS”，申請日2002年10月22日；(4)美國專利申請序列號No.10/243,094(“‘094申請”)，標題為“IMPROVED FOUR COLORARRANGEMENTS AND EMITTERS FOR SUB-PIXEL RENDERING”，申請日2002年9月13日；(5)美國專利申請序列號No.10/278,328(“‘328申請”)，標題為“IMPROVEMENTS TO COLOR FLAT PANEL DISPLAY SUB-PIXELARRANGEMENTS AND LAYOUTS WITH REDUCED BLUE LUMINANCEWELL VISIBILITY”，申請日2002年10月22日；(6)美國專利申請序列號No.10/278,393(“‘393申請”)，標題為“COLOR DISPLAY HAVINGHORIZONTAL SUB-PIXEL ARRANGEMENTS AND LAYOUTS”，申請日2002年10月22日；(7)美國專利申請序列號No.10/347,001(“‘001申請”)，標題為“IMPROVED SUB-PIXEL ARRANGEMENTS FOR STRIPEDDISPLAYS AND METHODS AND SYSTEMS FOR SUB-PIXEL RENDERINGSAME”，申請日2003年1月16日。
對于在水平方向具有偶數個子像素的特定子像素重復組，揭示了下列系統(tǒng)和技術來產生改進，例如，正確的點反轉模式和其它改進，在這里通過參考引用它們的全部內容(1)標題為“IMAGE DERADATION CORRECTIONIN NOVEL LIQUID CRYSTAL DISPLAY”的美國專利申請序列號10/456,839；(2)標題為“IMAGE DEGRADATION IN NOVEL LIQUID CRYSTALDISPLAY”的美國專利申請序列號10/455,925；(3)標題為“SYSTEM ANDMETHOD OF PERFORMANCE DOT INVERSION WITH STANDARDDRIVERS AND BACKPLANE ON NOVEL DISPLAY PANEL LAYOUT”的美國專利申請序列號10/455,931；(4)標題為“SYSTEM AND METHOD FORCOMPENSATING FOR VISUAL EFFECTS UPON PANELS HAVING FIXEDPATTERN NOISE WITH REDUCED QUANTIZATION ERROR”的美國專利申請序列號10/455,927；(5)標題為“DOT INVERSION ON NOVEL DISPLAYPANEL LAYOUTS WITH EXTRA DRIVERS”的美國專利申請序列號10/456,806；(6)標題為“LIQUID CRYSTAL DISPLAY BACKPLANELAYOUTS AND ADDRESSING FOR NON-STANDARD SUBPIXELARRANGEMENTS”的美國專利申請序列號10/456,838；(7)2003年10月28號申請的、標題為“IMAGE DEGRADATION CORRECTION IN NOVELLIQUID CRYSTAL DISPLAY WITH SPLIT BLUE SUBPIXEL”的美國專利申請序列號10/696,236；(8)2004年3月23號申請的、標題為“IMPROVEDTRANSISTOR BACKPLANE FOR LIQUID CRYSTAL DISPLAYCOMPRISING DIFFERENT SIZED SUBPIXEL”的美國專利申請序列號10/807,604。
當與這些申請中以及如下公有美國專利中所進一步揭示的子像素著色(SPR)系統(tǒng)和方法結合的時候，這些改善將特別明顯(1)美國專利申請序列號No.10/051,612(“‘612申請”)，標題為“CONVERSION OF RGB PIXELFORMAT DATA TO PENTILE MATRIX SUB-PIXEL DATA FORMAT”，申請日2002年1月16日；(2)美國專利申請序列號No.10/150,355(“‘355申請”)，標題為“METHODS AND SYSTEMS FOR SUB-PIXEL RENDERING WITHGAMMA ADJUSTMENT”，申請日2002年5月17日；(3)美國專利申請序列號No.10/215,843(“‘843申請”)，標題為“METHODS AND SYSTEMS FORSUB-PIXEL RENDERING WITH ADAPTIVE FILTERING”，申請日2002年8月8日；(4)美國專利申請序列號No.10/379,767，標題為“SYSTEMS ANDMETHODS FOR TEMPORAL SUB-PIXEL RENDERING OF IMAGE DATA”，申請日2003年3月4日；(5)美國專利申請序列號No.10/379,765，標題為“SYSTEMS AND METHODS FOR MOTION ADAPTIVE FILTERING”，申請日2003年3月4日；(6)的美國專利申請序列號No.10/379,766，標題為“SUB-PIXEL RENDERING SYSTEM AND METHOD FOR IMPROVEDDISPLAY VIEWING ANGLES”申請日2003年3月4日；(7)美國專利申請序列號No.10/409,413，標題為“IMAGE DATA SET WITH EMBEDDEDPRE-PIXEL RENDERED IMAGE”，申請日2003年4月7日。在這里引入這些專利的全部作為參考。
在權利共有的并共同等待審批的下列美國專利申請中，揭示了全范圍轉換和映射的改進(1)美國專利申請序列號No.10/691,200，標題為“HUEANGLE CALCULATION SYSTEM AND METHODS”，申請日2003年10月21日；(2)美國專利申請序列號No.10/691,377，標題為“METHOD ANDAPPARATUS FOR CONVERTING FROM SOURCE COLOR SPACE TORGBW TRARGET COLOR SPACE”，申請日2003年10月21日”，申請日2003年10月21日；(3)美國專利申請序列號No.10/691,396，標題為“METHODAND APPARATUS FOR CONVERTING FROM A SOURCE COLOR SPACETO A TRARGET COLOR SPACE”，申請日2003年10月21日；和(4)美國專利申請序列號No.10/690,716，標題為“GAMUT CONVERSION SYSTEMAND METHODS”，申請日2003年10月21日。在這里引入這些專利的全部作為參考。
在下列申請中描述了額外的優(yōu)點(1)美國專利申請序列號No.10/696,235，標題為“DISPLAY SYSTEM HAVING IMPROVED MULTIPLEMODES FOR DISPLAYING IMAGE DATA FROM MULITIPLE INPUTSOURCE FORMATS”，申請日2003年10月28日；和(2)美國專利申請序列號No.10/696,026，標題為“SYSTEM AND METHOD FOR PERFORMINGIMAGE RECONSTRUCTION AND SUBPIXEL RENDERING TO EFFECTSCALING FOR MULTI-MODE DISPLAY”，申請日2003年10月28日。
此外，下列共有并共同等待審批的申請的全部在這里作為參考引用(1)美國專利申請序列號
，標題為“SYSTEMAND METHOD FOR IMPROVING SUB-PIXEL RENDERING OFIMAGEDATA IN NON-STRIPED DISPLAY SYSTEMS”；(2)美國專利申請序列號
，標題為“SYSTEMS AND METHODSFOR SELECTING A WHITE POINT FOR IMAGE DISPLAY”；(3)美國專利申請序列號
，標題為“NOVELSUBPIXEL LAYOUTS AND ARRANGEMENTS FOR HIGH BRIGHTNESSDISPLAYS”；(4)美國專利申請序列號
，標題為“SYSTEMS AND METHODS FOR IMPROVED GAMUT MAPPINGFROM ONE IMAGE DATA SET TO ANOTHER”；(5)美國專利申請序列號
，標題為“IMPROVED SUBPIXELRENDERING FILTERS FOR HIGH BRIGHTNESS SUBPIXEL LAYOUTS”。在這里引入全部這些專利申請作為參考。本說明書中提到的所有專利申請以它們的全部在這里通過參考引用。

發(fā)明內容
在一個實施例中，揭示了一種顯示器系統(tǒng)，所述顯示器系統(tǒng)包括圖像源，圖像處理引擎和顯示器，以及一種減少量化誤差的方法，所述方法的步驟包括生成噪聲信號，對所述噪聲信號進行縮放，所述縮放取決于圖像信號；將縮放的噪聲信號與所述圖像信號相加為組合的信號；并對所述組合的信號進行量化。
在另一個實施例中，揭示了一種顯示器系統(tǒng)，所述顯示器系統(tǒng)包括顯示器，所述顯示器具有輸出響應曲線；輸入伽馬表；線性圖像處理；以及輸出伽馬表，其中從所述顯示器的輸出響應曲線的數據生成所述輸入伽馬表，并且進一步其中所述輸出伽馬表從所述輸入伽馬表生成并且所述輸出伽馬表基本上是所述輸入伽馬曲線的反函數。


構成本說明書的一部分而結合在本說明書內的附圖，是用來解說本發(fā)明的示范性的具體實施方案和實施例，這些圖連同有關描述則用來說明本發(fā)明的原理。
圖1A示出把兩個連續(xù)的輸入值映射為一個輸出值的一種量化函數。
圖1B示出把兩個連續(xù)的輸入值映射為兩個輸出值而跳過一個輸出值的一種量化函數。
圖2A示出一種輸入伽馬函數，它把非常低的輸入值映射為擴展的數值域中的零。
圖2B示出一種輸入伽馬函數，它以一種線性方式對較低端進行映射，以避免把多個輸入值映射為相同的輸出值。
圖3A、3B、3C和3D示出輸入伽馬函數映射的子集，和它的后續(xù)處理。
圖4A示出顯示器轉移的測定點。
圖4B示出通過圖4A的測定點的插值曲線。
圖4C示出以沿著水平軸不變的間隔采樣的圖4B的插值曲線。
圖4D示出以沿左側垂直軸的間隔采樣的圖4B的插值曲線。
圖5A和5B示出產生量化等級的替代實施例圖6示出理想化的對數伽馬曲線，其中將感知上等間距的量化點映射為感知上均勻間距的量化輸出能量。
圖7A示出非理想的顯示器設備轉移伽馬曲線，其中等間距的輸入值得到感知上非均勻間距的量化輸出能量。
圖7B示出圖7A的非理想的顯示器設備轉移伽馬曲線，其中非均勻間距的輸入值得到圖6的感知上均勻間距的量化輸出能量。
圖8示出帶有弦線的經過調整的圖7B的量化曲線，在這些弦線上量化輸出之間的抖動(dithering)將產生附加的量化輸出。
圖9A示出圖6的理想化的伽馬曲線與圖7A非理想的伽馬曲線在一起的情況，用來說明由同一顯示器中存在的兩個伽馬曲線引起的固定圖案噪聲。
圖9B示出用來增加灰度能力，從而減少顯示器的量化誤差的圖9B的固定圖案噪聲。
圖10A、10B、10C、10D、10E和10F說明圖像通過伽馬流水線進行處理時的圖像數據集。
圖11A、11B和11C是分別示出為RGB、RGBW(紅綠藍白)和RGBCW(紅綠藍青白)色彩基色系統(tǒng)生成UV(紫外的)空間-時態(tài)噪聲(spatiotemporalnoise)的方法的框圖。
圖11D和11E為分別在圖11B和11C的功能塊上展開的框圖。
圖12A和12B為用于使用UV空間-時態(tài)噪聲的顯示器的圖像處理系統(tǒng)的框圖。
圖13為顯示器系統(tǒng)中的伽馬時鐘的框圖。
具體實施例方式
圖像的量化用于把色彩和亮度數據作為離散的數字數值來存儲。雖然能夠以線性的方式來量化亮度等級，但已發(fā)現由于人類的視覺系統(tǒng)以一種反對數的方式來響應亮度的增加，因而期望以對數方式、或接近對數的方式來量化該數據。這樣的量化有時稱為進行“感知的”量化?？梢哉J為這樣的量化是一種“感知上不能察覺到的圖像壓縮”。例如，通常認為sRGB(非線性紅綠藍)伽馬標準是這樣一種數據壓縮技術。
人類的眼睛和人腦以百分比變化而不是絕對的發(fā)光能量度量來感受亮度變化。當亮度增加時，需要發(fā)光能量中較大的絕對增加量，來得到亮度上給定的感覺到的增加。這導致對于顯示屏上相等的感知的亮度、或發(fā)光度的增加，需要使發(fā)光能量的每個增量都必須在對數上大于前一個增量。該曲線由下列的方程給出L*＝E1/Gamma，其中L*為感知的亮度；而E為發(fā)光能量。
人類眼睛具有大致為g(x)＝x1/Gamma＝x1/2.2的響應函數“g”。為了匹配，或者確切地說，為了抵消這種函數關系，已將顯示器系統(tǒng)設計為具有一種伽馬曲線，該伽馬曲線是作為眼睛的數學響應函數的反函數的數學函數，稱為“g-1”。通常將該曲線稱為對于對數項的“伽馬曲線”。將顯示器設計為采用約為2.2的伽馬，以大致地與人類眼睛的對數要求相配合。純屬幸運，陰極射線管具有對數的電壓到亮度轉移曲線，并幾乎近似這種對數伽馬編碼的、“感知的”量化的圖像的圖像重構所期望的。其它顯示器不能自然地與該對數轉移曲線相配合，并且可能具有調節(jié)該轉移曲線來近似重構伽馬編碼的圖像所需要的曲線的電路。由于使用了基于眼睛的響應函數“g”的量化函數，按照預期該非線性伽馬來量化的圖像是“感知的編碼或量化的”。顯示器將把該非線性表示變換成線性的表示。
g-1gx→g-1x→x數據 顯示器 眼睛 大腦這種感知的量化的圖像，如果要由取決于圖像量化的線性度的數字算法來處理，則必須轉換為線性的亮度格式。所述算法可能包括縮放、子像素著色、色彩色域映射，等等。數字處理之后，通常將圖像感知的再次量化成顯示器設備(例如數字輸出陰極射線管監(jiān)控器、等離子顯示屏、或液晶顯示器)所期望的形式。
為了解說的目的，在理想情況和現實世界這兩種情況中對量化信號輸入顯示器進行考察。某些顯示器(例如使用諸如扭曲向列(TN＝Twist Nematic)、超扭曲向列(STN＝Super Twist Nematic)、垂直對齊、多域垂直對齊(MVA＝Multi-domain Vertical Alignment)、平面內切換(IPS＝In Plane Switching)等操作模式的普通液晶顯示器)，響應于一電場，從而光傳輸在一給定的場強范圍上連續(xù)可變。其它顯示器(諸如發(fā)光兩極管(LED)、有機發(fā)光兩極管(OLED)顯示器)可通過一給定電流水平或通過時態(tài)占空比來控制。圖6示出顯示器的理想化的顯示器電-光或時態(tài)-光轉移曲線600。在水平軸605上示出相等的電壓、電流、或時間單位間隔610。當用這樣的理想轉移曲線600將量化的數字信號映射到顯示器上的相等單位間隔610上時，建立了響應曲線600的量化出的等級620，這些等級接著形成顯示器的量化的光學亮度630(這里表示在垂直軸601上)。注意到輸出光學亮度等級630對數地增加。
與該理想化的顯示器相比，大多數的現實世界顯示器設備具有非理想的光響應曲線。圖7A示例說明了在帶有非理想光響應曲線700的顯示器上使用相等單位間隔610的量化輸入的非理想結果。注意到，量化的光亮度等級735并非以對數關系分布。
該非理想顯示器可通過如在圖7B中所示例說明的不相等間隔量化輸入710來驅動?？梢宰屑毜剡x擇或調節(jié)這些量化輸入值，從而在非理想轉移曲線700上所得到的點720，映射為所期望的量化的光亮度等級630。在一些現有技術的、由電壓驅動的有源矩陣液晶顯示器(AMLCD)中，通過使用帶有外部電阻階梯(external resistor ladder)的驅動器近似地調節(jié)了這些等級，這些外部電阻階梯向顯示器驅動器集成電路提供參考電壓。由于驅動集成電路可能具有65或256個模擬電壓輸出等級，要提供帶有相同數量的參考電壓的外部可調節(jié)電阻階梯是十分昂貴的，因為必須有相應數量的輸出管腳來引出那些參考電壓。因此，使用具有數量減少的參考電壓的電阻階梯是常見的，16個參考電壓是通常的選擇。這造成量化輸出值的調節(jié)，僅僅對于由個數減少的外部參考電壓直接映射而得到的那些數值才是精確的。介于每個外部參考數值之間的輸出值是利用顯示器驅動器中的內部電阻器網絡進行相等單位間隔插值而得到。由于本征轉移曲線700在較低亮度區(qū)域內對所期望的理想的轉移曲線600是一種合理的近似，從而，調節(jié)的量化光輸出在較低亮度區(qū)域內是的分段地近似符合所期望的對數值?？墒牵橛谕獠繀⒖紨抵抵g的數值，不是理想地量化的，特別是在較高亮度區(qū)域。除非以某種方式補償該誤差，否則觀察者將會看到圖像重構中的偽像(artifact)。
本說明書中自顯示器開始，并向后追溯來解決問題，這樣僅僅是為了說明的目的而更容易理解每個元件的功能的基本原理，而并非是對于本發(fā)明有所限制?？赡芷谕勾竽X看到處于原始圖像“x”中的數據，該原始圖像經過感知的編碼，然而它可能作為“xp”來進行數字處理。人類眼睛具有近似為g(x)＝x1/Gamma＝x1/2.2的響應函數“g”。為了匹配，確切地說，為了抵消這種函數關系，可以將圖像系統(tǒng)(但不必要是顯示器本身)設計為具有一種伽馬曲線，即作為人眼的數學響應函數的反函數的數學函數，稱之為“g-1”。當由人眼處理回去(convoluted)時，g-1xp變?yōu)閤p。如先前所指出的，顯示器伽馬會對線性數字處理算法發(fā)生干擾。為了實現該線性顯示器系統(tǒng)，可對顯示器的函數“f”加以識別，并且可以作為f的反函數生成一種伽馬校正，確切地說是抵消函數，“f1”?？梢栽诰€性數字處理之后、但是在顯示器之前應用該函數。這保證了用與人眼相匹配的恰當的伽馬曲線處理過的數據，達到眼睛而不受顯示器的干擾。但是系統(tǒng)應在何處施加該恰當的伽馬項g-1？最好不在線性數字處理之后；從而，它可以正好在線性數字處理之前，于一預調節(jié)步驟中加以應用。因此，下面示出該完整的數據流水線g-1Spf1f gx → g-1x → g-1xp→ f1g-1xp→ g-1xp→ xp預調節(jié) 子像素 伽馬顯示器 眼睛 大腦利用適當的伽馬流水線，線性數字處理應該基本上產生系統(tǒng)所期望的正確的色彩平衡和亮度。
事實上，可將數據以一種“感知的量化的”伽馬壓縮的N比特形式儲存在文件中，然后通過輸入伽馬查找表轉換成可能需要更多精度比特(N+X比特)的解除壓縮的線性形式。色彩專家們對于需要多少精度比特來避免誤差是有所爭論的。誤差的數量可能隨著使用較多的內部比特而逐漸地減少；但也許要花費使人無法接受的大量精度比特來保證使誤差達到零。伽馬流水線中的非零誤差會在圖像中造成可注意到的并且可能令人不適的條帶效應(banding)或濃淡突變現象(contouring)。
考察經過伽馬流水線的數據流，應當意識到，該系統(tǒng)具有使用非理想的顯示器，并仍能達到基本上理想的結果的潛在的可能——對于線性化預調節(jié)步驟，以及輸出量化、顯示器伽馬校正步驟使用不同的函數?？墒牵捎谠撓到y(tǒng)可能在量化圖像上操作，該系統(tǒng)也許會受到映射問題的約束。例如，許多顯示器具有顯示256個灰度的能力，這些灰度可以用匹配許多數字圖像格式的8比特量化的8比特數字數值來表示。如果兩個函數g-1和f1不相似，且沒有用其它步驟來改進該問題，不管在中間使用多少精度比特，存在將輸入值映射到輸出值的問題。如果它們彼此互為反函數，則某些輸入值可能映射到相同的輸出值，而某些輸出值可能沒有映射到它們的輸入值，也就是說，“跳過了”這些輸出值。伽馬流水線中的這個誤差可能在圖像中造成非常顯著并且令人不適的嚴重的條帶效應或濃淡突變現象。
因此，可能期望在對于所述數字圖像處理在線性域內保持商業(yè)上合理的比特深度的表示的同時，提供數字圖像處理顯示器系統(tǒng)的改進的伽馬精確性。另外，可能期望在保持商業(yè)上合理的比特深度顯示器驅動器的同時，提供對數字圖像處理顯示器系統(tǒng)的增加的灰度能力。
關于映射問題的一個可能的實施例，是使用互為確切的反函數的匹配的輸入和輸出伽馬曲線?？赡苡腥齻€供選擇的實施例。第一個實施例是使用一任意函數和它的反函數。但這個實施例可能不滿足匹配輸入圖像的量化函數或顯示器函數兩者之一的標準。其它兩個實施例可以是與輸入圖像量化函數或顯示器函數兩者之一匹配。
于再另一個實施例中，不使用所期望的輸入伽馬曲線，而是可能代替地使用所測定的顯示器伽馬曲線的經過縮放和插值的版本作為輸入伽馬表。從而可以使用所測定的監(jiān)控器伽馬曲線的反函數版本來生成輸出伽馬表。這可能具有提供數字處理后的顯示器響應的線性的優(yōu)點，保證了對于取決于這種線性的算法(例如，子像素著色和色彩色域映射)色彩平衡基本上是正確的。
對顯示器伽馬曲線的特征化，可以從如圖4A所示的灰度值的一個子集的一組浮點測定來實現?？梢匀鐖D4B所示構造通過所有的測定點的曲線(例如三次函數之類)。如圖4C和4D所示，可以從該單獨的數學曲線生成輸入和輸出曲線。
因為顯示器的伽馬曲線通常合理地接近sRGB伽馬曲線，所以輸入伽馬轉換可以是線性的合理近似。由于該兩曲線可構造為基本上彼此互為反函數，由于映射問題所致的誤差的數量應當很小。不幸的是，在任何合理的精度上，仍然可能出現一些誤差。其理由之一，在為了建立伽馬查找表而把它們截取為整數值的情況下，兩曲線決不會彼此互為“確切的反函數”。一個結果可能是，輸入伽馬曲線近于平的起始部分可能把幾個輸入值映射為一個中間值，從而在該區(qū)域內損失了數據中的原始差異。圖1A示出出現這個問題的一個輸入伽馬表的一部分。另一個結果可能是，輸出伽馬曲線近于垂直的起始部分把連續(xù)的中間值映射成非常不同的輸出值，跳過了一些輸出值，從而這些輸出值從未被使用。圖1B示出出現了這個問題的一個輸出伽馬表的一部分?？删徑庖陨蟽蓚€問題中任何一個，并且緩解這些曲線的末端所出現類似的問題的一個實施例，是增加輸入伽馬曲線的輸出的精度比特的個數。這將使得處理的精度增加，而且也使得輸出伽馬表的大小增加，從而使得伽馬表需要比較昂貴的代價才能實現。下面示出把誤差減低為零，同時仍舊把伽馬表維持為小的方法。
控制伽馬曲線的起始斜率一個實施例是對輸入伽馬曲線的起始部分進行修正，從而該起始部分具有所期望的大于零(或大致為平)的斜率——例如，在縮放和轉換為整數后的近似為1或大于1的斜率。sRGB標準具有類似的要求，即曲線的起始部分總是為線性的，從而在修正輸入伽馬換算表中，它變成為既與輸入圖像的量化匹配，又與顯示器匹配的一種混合體。當然，將意識到，取決于對于量化效應之類的期望的系統(tǒng)響應，所期望的斜率可以為大于或小于1的任何值。另外，還將意識到，曲線的其它部分也可以同樣的加以線性化。
許多顯示器系統(tǒng)作為范圍從0到255的8比特數值存儲單個色彩通道的色彩。這意味著輸入伽馬表中必須具有256個不同的內部值。這些內部值的每一個通常大于輸入范圍。用于這些內部數值的通常尺度為12比特深度，形成自0到4095的數值范圍。因此，在一個例子中，如果輸入伽馬曲線在以這樣的整數來表示時為線性的直線，則它將具有的4095/255的斜率，該斜率已經大于1。
可是，典型的顯示器伽馬曲線是以非常小的斜率開始，而且斜率從那里開始增加，與眼睛的對數響應相反。當伽馬流水線的內部精度足夠大時(例如12比特或更多比特深度)，整數輸入伽馬表的斜率能夠，例如，以大于1的情況起始，從而這些誤差較少可能發(fā)生。在斜率已經為1或更大的情況下，輸入伽馬表的起始部分不需要加以修正?？墒牵攦炔勘忍氐臄的康蜁r(例如11比特或更少)，則整數曲線的斜率可以小于1。根據一個實施例，可修正該斜率來使其具有數值1。應注意，于11比特或12比特處的精度“斷裂”點是一個例子，該例子對于整個曲線具有約2.2的伽馬的曲線是正確的。其它具有不同伽馬的曲線，可在不同的精度處具有從小于1到大于1的斜率變化。
將意識到可以在許多可能的實施例中用不同的方式來處理起始的斜率。在某些情況中，可以使用帶有單一伽馬(例如2.2)的數學的定義的曲線或者像sRGB那樣使用復合的數學曲線。在這些數學情況中，可以用類似于通常把線性部分添加到sRGB曲線上的方式，把具有所期望的斜率的線性部分添加到曲線的起始處?？梢孕拚€性起始之后的曲線的冪函數部分，直到它的斜率在它變彎曲之前以所期望的值開始(例如，充分地不是平坦的)。這樣所形成的曲線在斜率方面基本上沒有突然的變化(這種突然變化在測試圖像中可能是可見的)。
這樣所形成的復合曲線(線性與彎曲相結合)，將具有少許不同的復合伽馬值。可以接著修正冪函數部分的曲率直到復合伽馬再次達到所期望的值(通常為2.2)。例如，sRGB的冪函數部分實際上具有2.4的伽馬，但是當與起始處的線性部分組合時，復合伽馬為2.2。
當使用從顯示器測定的伽馬曲線作為輸入伽馬時，不可能總是能夠以上述方式來修正數學函數。在這種情況下，把測定的輸入伽馬縮放到所要求的范圍，接著通過以索引替代輸入伽馬表的內容，來把曲線的起始部分修正得具有所期望的斜率。由于輸入伽馬曲線的斜率在增加，最終將會出現這樣一個點，于該點處的斜率已等于或大于所期望的數值，從而可以停止處理過程。在合理地高的內部精度的情況下，該處理過程僅對輸入伽馬曲線開始的少數幾個數值加以修正。圖2A和2B示出執(zhí)行該線性化步驟之前和之后的一個輸入伽馬曲線的起始部分。
當精度低時，必須修正較多的數值。僅僅作為一個例子，在具有8比特內部值的6比特輸入伽馬表的情況下，對于2.2的伽馬，可能修正開始的20個數值。這約為64個可能的輸入范圍的1/3，并或許可能造成其它圖像缺陷。把伽馬曲線的起始部分線性化到1.0的斜率的效果，意味著色彩范圍的暗端可能未加以伽馬修正。當僅涉及開始的少數幾個非常暗的數值時，這應當沒有問題。當精度太低時，這可能意味著在從暗色彩到中間色彩的大的無法接受的范圍內使伽馬失效。
圓整(用四舍五入化為整數)誤差如果完成了上述線性化過程，或者若如果線性化變得沒有必要，仍然可能出現誤差。這些誤差有不同的類型，并且由生成反伽馬曲線并截短成整數的方式造成?？梢圆捎脛P特穆爾-羅姆(Catmul-Rom)三次或其它適當的插值技術來構造通過輸出伽馬曲線上所有測定點的曲線?？梢匀魏伪嚷士s放該曲線和進行采樣，來生成帶有任意數量的插值樣本的輸入伽馬曲線。因為3次曲線是參數曲線，也可在另一個軸上對它進行采樣來生成反伽馬曲線。如果將結果作為浮點數值進行存儲，這兩個數學運算會產生基本上互為對方的反轉的表。所進行的把這些數轉換為整數的圓整運算和截短取整運算，可有效地決定何時將這些曲線步進到下一個整數值。除非很小心，否則在輸入曲線上所做出的決定將發(fā)生在輸出曲線上的不同位置處，從而這些步進會彼此相反地跳動。
為了示例說明這些誤差，圖3A、3B、3C和3D分別示出一個輸入斜線的一小部分、一個可能的輸入伽馬表的一小部分、輸出伽馬表的可能的相應部分、以及所得到的輸出斜線。期望最后結果與圖3A的起始斜線精確匹配?？梢詫⑦@些輸入值饋送到圖3B中的示范性輸入伽馬表。如果不通過內部處理修正來自該表的輸出，則將結果饋送到圖3C中的輸出伽馬表?？梢灶A期該曲線內的平的點，但不期望來自輸入伽馬曲線的兩個相鄰值落在輸出曲線中相同的平的點上。結果是如圖3D所示的最終輸出中的誤差。這兩個曲線的通常的圓整和截短取整在最終的斜線中形成偶而的突然下降或上升，這在所顯示的圖像中是可見的。
對于圓整誤差的補償許多可能的實施例可以減輕這些圓整問題。一個可能的實施例可以是對輸出伽馬曲線進行人工調整。觀察圖3C，容易看出可把曲線的部分向左或向右移動1(在本例子中是向左移動)可以去掉圖3D中的誤差，而不會在該曲線部分中引進任何其它的誤差。另一個實施例可以改變把輸出伽馬曲線圓整為整數的方式。僅僅作為一個例子，把浮點數值增加期望的值(例如約為0.5)來進行圓整，可以把曲線的部分向上移動1，這可以具有與把曲線的部分左移或右移同樣的效果。盡管在曲線的部分地方去除了誤差，這種處理在曲線的其部分可能產生誤差。第三個實施例可以是從輸入伽馬曲線的整數拷貝來構造輸出伽馬曲線。
再另一個實施例是改變圖4A到4D中所示的過程。以圖5A和5B中所示的步驟替代圖4D的最終步驟。在圖5B中的最終步驟，可以從圖5A的第二曲線生成輸出伽馬曲線，代替直接從圖4B中的第一曲線來生成。可使用基本上可通過全部數據點凱特穆爾-羅姆3次曲線。使用整數輸入曲線作為用于第二3次曲線的數據點容許得到的輸出伽馬曲線基本上(即使不是全部)達到那些輸入伽馬點。從而輸入表和輸出表可以彼此更好的匹配為對方的反轉。
在還有另一個實施例中，可以在使用輸入伽馬數據的斜率生成用于輸出伽馬表的第二曲線之前，把它線性化為期望的值。可以使用計算機程序以選擇性地執(zhí)行所有這些步驟并進行檢查來保證所得到的匹配的表中沒有誤差。由于不總是期望把起始斜率線性化為期望的數值，該步驟可作為可選擇的選項。因為存在不使用匹配的伽馬表的情況，該程序具有直接從所測定的數據來構造輸出伽馬曲線(如圖4A-D和/或圖5A-B所示)的選項。當使用sRGB輸入伽馬曲線來替代匹配的輸入伽馬表時，可以使用這種形式的輸出伽馬曲線。
在還有另一個實施例中，可以通過使用伽馬查找表(LUT)或其它伽馬函數發(fā)生器直接控制顯示器輸出亮度量化值來解決映射問題。在一個實施例中，具有對于脈沖寬度調制的驅動電壓或電流的線性輸出亮度響應的顯示器設備，可以由伽馬函數發(fā)生器控制其PWM占空比。例如，在諸如由電流驅動的有機發(fā)光二極管(OLED)顯示器的系統(tǒng)中，所發(fā)出的光和流過它們的總的瞬態(tài)電流成比例。查看商業(yè)上可用的OLED驅動器，即，CLAIRMicronixpart#MXED102(一種240通道列驅動器芯片)的數據表，指出它使用一種恒定電流、脈沖寬度調制、灰度系統(tǒng)，其中，每個通道的減序計數器(down-counter)鎖存了數據值，接著使一個時鐘發(fā)送脈沖，在將電流施加到顯示器上的同時以增量減序計數直到計數器歸零，此時將通道關閉。
大多數時鐘的時間間隔恒定。但如果使用了非恒定的時間間隔(起初較短，隨著它向下漸變而加長)，可實現伽馬調整的時鐘控制PWM以施加適當的伽馬到顯示器上，從而提供產生畫片質量的圖像所需要的非線性伽馬。
提供一種靈活伽馬時鐘1302的圖13中所示的一個實施例，可使用另一個計數器(增序或減序)1306，對一個數字比較器庫1310進行饋送。將來自伽馬表1308的數值饋送給數字比較器庫中的每個比較器，這些數是從期望的感知的量化函數(例如sRGB)生成的。當來自1306的時鐘計數等于來自表1308的值的時候，比較器就把時鐘信號發(fā)送到驅動器1314。驅動器1314也可以從圖像處理器1312輸入信號并將處理信號輸出到驅動顯示器1316。
在1310內可以有和驅動器內的灰度同樣多的數字比較器。伽馬時鐘發(fā)生器中的伽馬計數器1306的比特深度可任意地大，以改進伽馬曲線的精度。伽馬時鐘表和用于子像素著色數據通道查找表的伽馬流水線可具有基本相同或基本為反轉的數值。替代的，可以用適當較快的，但是線性、恒定時間間隔的時鐘來饋送伽馬時鐘計數器。通過計算數值并把所計算的數值存儲在表內，可以在PWM器件上設置任何所期望的伽馬曲線。
在伽馬表內使用與可能在子像素著色引擎輸入(伽馬“預調節(jié)”表輸出)內使用的基本相同的比特深度，能夠得到大致為零的低空間頻率灰度傳輸誤差。因此，可以在線性空間內執(zhí)行取決于灰度編碼的線性度的圖像處理算法，并為了在“線性”O(jiān)LED顯示器或其它適當的PWM驅動的顯示器上的非線性伽馬顯示而進行變換，這些顯示器中伽馬可以由子像素著色控制器來控制。
在還有另一個實施例中，也可以通過增加可用的量化輸出值的數量來部分地解決映射問題。如果輸出值的數量超過輸入值，則進、出數字處理系統(tǒng)的轉移函數可以不同，而不會把兩個輸入值映射到相同的輸出值?？赡芴^某些輸出值，但所使用的輸出值的數量可基本上和輸入值的數量相等。另外，如果數字處理算法或伽馬流水線內的處理過程產生了不是從輸入值直接映射的內部值，則該內部生成的值可映射到輸入值不會直接映射到的輸出值。由于許多數字處理算法和處理過程會產生這種新值(這些值載有在觀察者觀看時傳遞某種信息的信息)，該特性可以是有用的。
僅僅是為了對這個特性的用處加以說明，而不是對本發(fā)明的范圍加以限制，這里提供一個例子。當把傳統(tǒng)的圖像數據集映射到子像素著色數據集(也許通過使用一些通過參考引入的專利申請書中所描述的方法)的時候，去除，過濾掉了可能與帶有目標色彩子像素的顯示器的子像素結構混疊的高空間頻率圖像分量。在圖像的任何點處的結果可能是較低空間頻率分量的值。當再量化為與原始圖像相同的比特深度時，即使使用以上講解的構造伽馬函數的方法，也會有令人不適的偽像發(fā)生。
為了解說的目的，給出更為特定的例子圖10A所示的六(6)比特圖像數據集1010的部分，(圖像的部分在兩個連續(xù)的量化值之間交替變化)，可通過第一輸入伽馬函數變換成為圖10B所示的十(10)比特內部圖像數據集1020。這將接著由濾光器核(諸如下面的表格中所示的)濾光(或平均)，得到圖10C所示的經過濾光的圖像數據集1030。

注意到過濾了曾原始圖像數據集1010和變換的圖像數據集1020中存在的對角軸線上的高空間頻率能量，而留下低空間頻率斜率。如果接著將這個內部圖像集感知的、對數地再量化回到六(6)比特、64個等級，那么取決于圓整為高或低的整數，可形成兩個可能的圖像數據集1040和1050，分別在圖10D和10E中示出。注意到這些數據集1040和1050中的圖像顯示出一個輪廓或邊界1045和1055，該輪廓或邊界沒有位于斜率的中心，而是在一個邊緣或另一個邊緣。這將作為令人不適的偽像而可見。該偽像稱為量化噪聲。該噪聲時期望的信號與實際信號之間的差異。然而，如果將濾光的圖像數據集1030感知的量化為八(8)比特，結果將為圖10F所示的八(8)比特輸出圖像數據集1060。注意到圖像1060是平滑的，其中的值代表了濾光的內部圖像1030中每個不同的值。在這個最后的例子中，沒有量化噪聲。
當系統(tǒng)使用比輸入數據所提供的灰度低的灰度驅動器的時候，減少量化噪聲的優(yōu)點可以是顯著的。然而，即使對于使用與系統(tǒng)的輸入數據同樣的灰度比特深度的系統(tǒng)，通過容許輸入伽馬調節(jié)裝置(查找表或其它函數發(fā)生器)來設置顯示器系統(tǒng)伽馬，同時輸出量化器確切地匹配和互補(complement)，從而以由于量化噪聲的減少的附加好處帶來的高于驅動器的比特深度的保真度，抵消了實際顯示器設備的轉移函數，在整體轉移函數(伽馬)的更佳控制上可以看到優(yōu)點。因此，可以用把輸入數據轉換到任意的更大的比特深度的輸入變換，如果需要，接下來可以進行任何可選的數據處理，例如縮放或子像素著色。再接下來可以通過匹配的輸出變換，進行到具有比輸入數據集更高的比特深度，更多數量的量化等級的顯示器設備的轉換。以下進一步討論用于增加量化輸出等級的數量的其他實施例。
固定圖案噪聲w/匹配量化器查找表某些顯示屏表現出一種固定(例如不動的)的圖案噪聲，其中對于像素或子像素的一個子集的電-光(EO＝Electro-Optical)轉移函數不同于一個或多個其它子集(或許是偏移的)。如果不加補償，該固定圖案噪聲在差異較大的情況下可能造成令人不適的圖像。然而，即使這些較大的差異可能用于有利于減少通常由不足夠的灰度深度所引起的量化噪聲偽像，例如偽輪廓。
為了解說的目的，這里給出一個例子。圖9A示出同一顯示器上同時存在的兩根轉移曲線600和700，一根曲線600接近于理想的，而另一根曲線700則離開理想的較遠。每根曲線對應于顯示器上的像素或子像素的一個子集。為了解說的目的，假設每個色彩的子像素的一半具有接近于理想的轉移曲線600，而另一半則具有非理想的轉移曲線700。另外，這些子像素在顯示器上均勻地分布和混雜。在某一給定的量化輸入等級910，分別在曲線600和700上選擇了兩個點960和970。這兩個點600和700分別映射到兩個輸出亮度等級906和907。輸出等級的這種差異，意味著顯示器上有一個亮度的固定圖案，而該亮度的固定圖案并非所期望的圖像信號。所期望的圖像信號和實際信號之間的差異，即為固定圖案噪聲。
由于圖案噪聲是可預測、可測量的，可以為像素或子像素的每個子集提供和每個子集的EO轉移函數相匹配的分開的量化器。數字系統(tǒng)中的量化器通常是把一個較大比特深度的值轉換為較小比特深度的值的查找表(LUT)，或其它的函數發(fā)生器。該較大比特深度的值可能用于或不用于線性數字圖像處理。該較大比特深度的值可能位于一個線性亮度空間(編碼)或位于任意的空間(編碼)。利用分開的量化器，可以對如圖9A所示的固定圖案噪聲進行補償。將一獨立的量化器用于具有接近理想的轉移曲線600的子像素子集，可以把一個給定的內部值映射到顯示器輸入值915，該顯示器輸入值915選擇曲線600上的點965，該點965接著映射到光輸出亮度等級905。用于具有非理想轉移曲線700的另一子像素子集的量化器，可以把那個相同的所述給定的內部值映射到不同的顯示器輸入值910，該顯示器輸入值910在選擇非理想曲線700上的點970，該點970映射到位于第一輸出亮度等級905附近的輸出亮度等級907。從而，可以減少固定圖案噪聲的幅度。
具有獨立分開的查找表，不僅可對分開的轉移曲線進行補償，減少固定圖案噪聲；而且由于子像素和查找表的每個組合對于不同的內部值輸入以不同的圓整來量化(改變輸出)，從而增加了顯示器系統(tǒng)的有效灰度。固定圖案噪聲，當以中等的數量存在時，由人類視覺系統(tǒng)加以濾光、平均化。對于具有給定的轉移曲線的一個像素或子像素子集上的每個亮度等級(第一所述亮度等級)，可以存在在映射到第一所述亮度等級的內部值的范圍內切換狀態(tài)的，具有不同的轉移曲線的另一個像素或子像素子集的一個或多個輸出亮度等級。來自具有不同轉移曲線的像素或子像素子集的亮度等級的這些可能組合中的每一個，將由人類視覺系統(tǒng)作為不同的灰度等級而感知。在圖9B中示例說明了該特性。設置在由第一轉移曲線600上的量化點930所給定的給定亮度等級的一組像素或子像素，可以和位于第二轉移曲線700上的量化點920處的一組像素或子像素組合，或者和位于第二轉移曲線700上的量化點940處的一組像素或子像素組合，來分別產生位于點925或935處的一個中間亮度等級。在這個示例說明中，不是每個位于第一轉移曲線600上的點都有兩種組合，可是在一般情況下，這種技術將接近于把顯示器上可用的有效亮度等級的數量加倍。
為了實現改進，這些子集不需要確切地步調不一致的進行量化，也不需要一致地地步調不一致的進行量化(盡管這樣做有好處)。子集的數量可以是兩個或更多。較多的子集增加了查找表的數量，然而由于每個子集將在不同的輸入等級進行量化，從而增加了顯示器上可用的有效亮度等級的總數，這也加大了量化噪聲減少以及增加的灰度重現的優(yōu)點。
在還有另一個實施例中，每個子像素色彩使用兩個或更多EO轉移函數的子集而有意識地引入固定圖案噪聲可能是有利的。由于通常綠色貢獻最大百分比的亮度感知，具有多個綠色子集將增加亮度灰度性能。具有兩個或更多紅色子集進一步增加了亮度灰度性能，但可能增加的程度較小。將意識到任何色彩(例如，紅色、綠色或藍色，或者多基色系統(tǒng)中任何其它色彩)中的增加，都會增加可以沒有量化誤差地顯示的色彩的數量。將意識到這里所描述的實施例和技術可以如同它們應用到3-基色(例如，紅色、綠色、藍色)系統(tǒng)那樣應用到多基色系統(tǒng)。
固定圖案噪聲可以是隨機出現的，例如，固定圖案噪聲是子像素寄生效應的差異的結果。或者，固定圖案噪聲也可以是有意的，例如調節(jié)子像素的寬高比(aperture ratio)。寄生效應的差異，可能是有源矩陣液晶顯示器(AMLCD)內薄膜晶體管(TFT)或存儲電容器的位置或尺寸偏移的結果。可以通過使用對于子像素設計的任何單個調整或調整的組合(最為著名的是應用在一些LCD設計中的“黑矩陣”)來調節(jié)寬高比。這里的概念可以使用在具有任何適當的像素或子像素的顯示器上，不管該顯示器是單色的或彩色的。
另外，固定圖案噪聲可以是大幅度的或小幅度的。如果是小幅度的，如果沒有匹配的量化器，它也可以是不可見的；但通過匹配的量化器仍然可以實現灰度中的改進。如果是大幅度的，該噪聲可能是非常明顯的，但通過匹配的量化器，可基本上消除該噪聲，將它減低為不可見并且同時改進灰度。
EO差異也有多種形式。一種形式為線性偏移，如同在子集的寬高比不同的情況下可能發(fā)生的那樣。另一種形式為EO曲線形狀上的偏移，如同在寄生效應的差異中可能發(fā)生的那樣。由于查找表是一種余函數(complementaryfunction)，這兩種形式均可經由量化查找表來加以調節(jié)。
在還有另一個實施例中，多個量化器的使用可與附加到大比特深度數值上的高空間-時態(tài)頻率噪聲(high spatiotemporal frequency noise)加以組合來進一步增加系統(tǒng)的性能。這兩者的組合的性能高于其中任一個的單獨的性能。這提供了一種具有減少的量化噪聲的改進的伽馬(轉移函數)調節(jié)。
一個實施例可使用現有技術中稱為“抖動(dither)”的技術——例如，固定空間圖案抖動。也就是說，抖動圖案不會橫向移動或改變亮度深度。雖然現有技術中固定圖案抖動圖案是已知的，如這里所述的那樣，那些圖案可以與匹配的量化器函數發(fā)生器的使用結合起來進行使用。
現有技術中所見到的其它形式的抖動，稱為“時態(tài)抖動(temporal dither)”和“空間-時態(tài)抖動(spatiotemporal dither)”。通過以非?？焖俚乃俾?高于人類視覺系統(tǒng)可感知的速率)在兩個亮度等級之間切換，產生時態(tài)抖動。然而，如果時態(tài)切換速率太低(通常低于60Hz)，該時態(tài)抖動可能作為閃爍而被感知。為了在仍舊保持時態(tài)抖動的有用特性的同時減少閃爍的出現，該時態(tài)抖動可與空間圖案組合。這樣的結果為“空間-時態(tài)抖動”，其中，一個像素或子像素子集處于一個亮度狀態(tài)，而同時另一個子集處于一個第二亮度狀態(tài)(空間抖動)，但是僅持續(xù)某一給定時間長度，之后將第一像素或子像素子集切換到所述第二亮度狀態(tài)，并將另一個所述子集還切換到所述第一亮度狀態(tài)(時態(tài)抖動)。可以將時態(tài)頻率減少到低于60Hz，而仍然對于人類視覺系統(tǒng)不可見，如在現有技術中公知的那樣。
空間-時態(tài)抖動的通用的形式，在現有技術中稱為“幀速率控制”或“FRC”。通常，這樣的系統(tǒng)把顯示器的“真正”的灰度映射到與那個數量的灰度相匹配的前N個比特(例如，將六(6)比特灰度驅動器的量化輸出等級，映射到八(8)比特量化圖像數據集的前面的最高位的6個比特)。圖像數據集中可用的任何額外的比特深度，都用來選擇預定的空間-時態(tài)抖動圖案(例如，8比特量化圖像的最低兩位有效比特，可用于從三個預定的空間-時態(tài)抖動圖案中選擇，而將第四值指定給沒有抖動圖案)。這些圖案通常包括非常小的重復單元圖案，來將圖案的空間頻率保持的盡可能的高，以減少圖案的可見性。
有時在使用幀速率控制的較低成本有源矩陣液晶顯示器中發(fā)現的問題之一，是空間-時態(tài)抖動偽像的可見性。這些偽像之一是作為馬赫帶和輪廓(Machbands and contours)的外觀的遮蔽的物體的非均勻的灰度外觀。其原因可能是這樣的事實，即，將真實的，沒有抖動的灰度的灰色頻帶(grey band)等級進行了調節(jié)來符合所期望的伽馬曲線。但是之間的抖動的等級是真實的灰度等級之間的線性插值。因此，使用所述線性插值空間-時態(tài)抖動的顯示器的完全轉移曲線展現出沿著多個直線部分的一系列量化點，其中每個直線部分的終點接著期望的對數曲線，但是沿著每個直線部分的量化點沿著處于期望的對數曲線內部的弦線分布。沿著直線部分的每個點表現出恒定斜率轉移曲線。而在終點處的每個點表示一個斜率中的突變。人類眼睛非常善于檢測對于遮蔽的圖像的斜率的改變。這是由于眼睛對圖像進行了處理而僅僅把圖像的二階和三階導數發(fā)送給大腦。由于在每個直線部分的終點處的斜率的突然變化，作為顯示的圖像的三階導數中的直線，抖動的偽像是可以觀察到的。
利用這種人類處理過程的一個實施例，是以如上所講授的匹配的量化器，對沒有抖動的和抖動的灰度亮度等級同時進行映射。另一個實施例是提供一種抖動系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有更多灰度，并利用匹配的量化器對這些灰度進行映射，從而給出如上所述的進一步的改進。
用于增加預定的空間-時態(tài)抖動圖案的灰度數量的一個實施例，是利用真實灰度的較大跨度來產生附加的中間灰度；從而部分解決問題。
如果沒有抖動的量化輸出亮度灰度是線性的、在直線上等距離的，由非相鄰的量化等級之間的抖動所形成的額外的灰度將是多余的(落在沒有抖動的等級已經提供的相同等級上和/或在兩個鄰近的等級之間抖動)。但是由于真實的灰度位于非線性的伽馬曲線上，最接近的相鄰等級之間的中間等級不會位于與通過兩個最接近的相鄰等級之間的抖動所提供的那些點相同的點上。這種等級分開可給出更高的灰度等級性能和更好的伽馬映射。典型的空間-時態(tài)抖動圖案在兩個調節(jié)的真實灰度值之間交替變化。這示例說明在圖8中，該圖中一個抖動圖案在最高真實數值830和該數值下方的下一個真實數值點820之間交替變化。這形成平均的感知的輸出亮度等級825，位于由轉移曲線700上的點820和830所得到的真實的量化輸出亮度等級829和839的中間。用這兩個真實數值的圖案可以達到其他點。典型的圖案為1:3、2:2和3:1。在把4:0包括在內的情況下，這給出4種圖案。這是現有技術中已知的最簡單的空間-時態(tài)圖案中的一個。
重復圖案內像素或子像素的數量越多，可以使用的灰度等級的數量就越多。然而，如前面所指出的，較大的重復單元圖案具有對人類視覺系統(tǒng)變成可見的風險。按照本發(fā)明的一個實施例，通過增加抖動圖案中所使用的真實的灰度等級的跨度，能夠增加可用的灰度等級。這增加了抖動的幅度，但也具有將重復單元的尺寸保持在最小的優(yōu)點。圖8中還示出一種抖動圖案，其包括位于轉移曲線700上的下一最接近點830和810。該抖動得到平均感知的輸出亮度等級823，它低于前面所述的《等級825，但高于真實的等級829。如果三個點830、820和810的關系是一種線性的關系，則該從該抖動圖案平均感知的輸出亮度等級823將與真實的灰度829相一致。所給出的例子在抖動圖案中僅含有兩個真實的灰度數值。另外的圖案可以含有三個真實的數值。已經給出的例子，對于一個4像素或4子像素空間重復單元，可描述為2:0:2。其它例子可以是1:1:2、1:2:1、2:1:1，等等。其它例子當然也是可能的，而且在本發(fā)明的范圍內是預期的。利用可用的附加的感知的灰度，可以這樣進行內部圖像數據集數值到顯示器亮度等級的映射，從而通過伽馬流水線沒有映射誤差發(fā)生，并且將來自圖像處理算法的內部生成的數值映射到額外可用的灰度，如上所述地減少了量化噪聲。
使用擴展的空間-時態(tài)抖動增加了可用的灰度數量。然而，這些可用的灰度的間距是不均勻的，而且也不依照所期望的感知的量化的對數間距。這不是一個問題，可通過一個表格把較高比特深度線性數據空間映射到伽馬曲線，選擇該表格的數值從而把每個輸入數據映射到與期望的輸出亮度等級上最鄰近的點相對應的最接近的輸出值。
在量化之前將隨機或偽隨機噪聲添加到信號上的抖動算法在現有技術中也是公知的?，F有技術中公知的方法可概括如下噪聲 Q g-1g+噪聲-1x→xnoisy→Qxnoisy→g-1Qxnoisy→x數據 ∑ 量化器 顯示器眼睛大腦圖像數據可以或者是處于模擬(非量化)形式(例如來自CCD或光導視像成像管(vidicon imaging tube)的圖像數據)，或者是處于高比特深度數字形式(從而之前進行過量化)，將高頻率、低對比度、空間或空間-時態(tài)噪聲添加到這些圖像數據上，然后數據經過量化Q，從而減少任何特殊數據樣本點的比特深度；接著顯示器上把伽馬曲線應用到數據上；當由眼睛觀看和用大腦解釋這些數據時，由人類眼睛的空間-時態(tài)響應(噪聲-1)加以濾光的噪聲，把噪聲很多的量化轉換、濾光成為恢復圖像的連續(xù)的數據，從而眼睛感知的線性地響應于顯示器伽馬。這個系統(tǒng)要求顯示器的伽馬與可能位于獨立分開的成像系統(tǒng)中的量化器非常精確地匹配，以從人類視覺系統(tǒng)產生正確的響應。
是根據本發(fā)明的原理所獲得的、用于伽馬流水線的下列實施例，可以增加灰度值的數量g-1Sp噪聲 Qf-1f g+噪聲-1x → g-1x → g-1xp→ g-1xp noisy→Qf-1g-1xp noisy→ Qg-1xp noisy→ XP調節(jié) 處理 ∑ 伽馬量化器 顯示器 眼睛 大腦在這樣一個系統(tǒng)中，以期望的伽馬曲線g-1調節(jié)圖像數據(當然這實際上是把之前感知的量化的圖像數據集，映射到更深(較高)比特深度線性亮度數據集)，接著進行可能期望數據處于線性亮度表示空間內的圖像處理例如，子像素著色、縮放、或其它圖像變換Sp。在所有的圖像處理之后，把噪聲添加加到該圖像上，接著進行量化步驟，該步驟還含有對于顯示器設備的伽馬校正函數Qf-1。對于例子的具體化，該圖像可以是8比特感知的量化的圖像數據集，在通過期望的伽馬曲線預調節(jié)該圖像數據集時，按照需要將其轉換到非常準確和精確的11比特到16比特線性亮度數據空間。圖像處理可以容許在濾光的時候把八(8)比特平均信息量(entropy)中的部分，轉換成表達為實際的九(9)比特到可能十一(11)比特圖像平均信息量數據(仍在十一(11)比特到十六(16)比特的線性亮度精度內)。然而，顯示器可能只具有八(8)比特，或甚至更低的六(6)比特的驅動器。輸出伽馬補償查找表或其它函數發(fā)生器，根據顯示器的驅動器的要求，只以八(8)比特或六(6)比特輸出數據。因此，輸出伽馬補償查找表或者其它的函數發(fā)生器也可用作量化器。輸出伽馬補償查找表的輸入到輸出映射由顯示器設備的實際轉移函數確定，從而給出對于顯示器的接近理想的匹配，如以上所說明的那樣。通常，在現有技術系統(tǒng)中，顯示器的實際的量化的伽馬轉移曲線，應當是期望的系統(tǒng)伽馬的非常接近的近似，因為如果不這樣，一些將引入量化誤差并引起一些圖像失真。但是利用這種系統(tǒng)，由于即使在使用較低比特深度驅動器的情況下，當精確地量化到顯示器轉移函數時，所添加的噪聲可以形成一個接近理想的空間-時態(tài)抖動系統(tǒng)，該系統(tǒng)將容許人類眼睛響應于伽馬預調節(jié)和平均信息量轉換的準確性和精度，該轉移函數可以是幾乎任何單調轉移函數。但是，使用所述接近的近似還有一個優(yōu)點，即，噪聲的幅度必須匹配顯示器的本地的量化間距的幅度。如果量化的輸出符合基本上接近理想的感知的量化的輸出，那么將所期望的噪聲的幅度維持處于恒定的感知的對比度，如下面將進一步討論的那樣。
為該系統(tǒng)所選擇的噪聲，可以是被認為是觀看者能接受的任何噪聲。它可以是藍色噪聲，或一個特定的圖案，噪聲越大越復雜(不帶有在顯示時將會令人不適的低空間-時態(tài)分量)，該系統(tǒng)的總體性能就越好。然而，對于較大的、較復雜的噪聲源可能帶來經濟上的花費。所以，為了減少量化偽像，可能期望提供一種商業(yè)上合理的噪聲源。
另外一個實施例可以是減去顯示器的動態(tài)噪聲，這些動態(tài)噪聲可能含有可見的(從而對于人類眼睛也是令人不適的)不期望的低空間-時態(tài)對比度分量。這樣的噪聲可以包括由于顯示器中點反轉或其它操作而引起的點蠕動或閃爍(dot crawl or flicker)。
空間-時態(tài)抖動是增加數字化平板顯示器的比特深度的一種通用技術。生成這樣的抖動的一種方法，是建立具有某一形狀的噪聲圖案，并把它加到信號上。其它現有技術系統(tǒng)已經使用白色噪聲、綠色噪聲、或藍色噪聲。根據一個實施例，通過建立由模糊化遮蔽(遮光器與用于將子像素著色到特定的平板顯示器的色彩子像素結構的空間抗色度混疊濾光器匹配)特定的形成的噪聲圖案，可以只在其中不存在亮度信號的那些色度空間頻率分量中生成噪聲。其優(yōu)點是，能夠以通常超出真實信號的范圍的相同的空間頻率，把空間-時態(tài)信號基本上設置在顯示屏的色度通道上。這可以減少空間-時態(tài)抖動圖案把顯示器上的任何真實信號遮蔽起來的機會，保持真實信號容易被觀察到，且不需要人類視覺系統(tǒng)的適應。另外，由于模糊化遮蔽掉的噪聲是高空間-時態(tài)色度信號(如果有任何留下的亮度信號也是極少的)，可以將該噪聲放置在色彩子像素上——這些色彩子像素經過特別設計來以較高的空間頻率較接近的放置在一起(不能分解為單獨分開的色彩)。該色度噪聲對于觀察者將是不可見的。因此，為了方便起見，現有技術中將該噪聲描述為“UV”(UV＝Ultra-Violet，紫外線)。按照本發(fā)明的另一個方面，通過模糊化遮光器來形成該噪聲信號，從而留下的色度噪聲信號基本上以通過圖像信號濾光操作過濾掉的空間頻率發(fā)生。
考察圖11A、11B和11C，產生“不可見噪聲”的過程的第一步是建立兩個或三個互相完全不相關的數字白噪聲源。產生這些信號的一種方法是使用具有期望的的比特深度的單個偽隨機數發(fā)生器作為數字白噪聲發(fā)生器1105，并利用多路輸出選擇器(DEMUX)函數1110或1115把這些數值拆分成兩個或三個流，在它們之間交替變化。
如圖11A所示，是用來為3基色(RGB)顯示器系統(tǒng)生成色度UV空間-時態(tài)噪聲的系統(tǒng)1100，從單個的數字白噪聲發(fā)生器1105生成白噪聲信號，然后由1:2多路輸出選擇器函數1110拆分為兩個互不相關的白噪聲信號。將這兩個噪聲信號饋送到一個LAB色彩空間到RGB色彩空間的轉換器1120。為了更好的性能，用于轉換算法的色彩基色的亮度系數(色彩空間變換矩陣)，可根據要顯示“不可見噪聲”的平板顯示器的測定結果來形成。這將減少進入亮度通道的串擾(cross talk)。將轉換器的亮度信號輸入設置到任何適當的常數，為了方便起見，這里設置為50％?？梢哉{節(jié)或縮放輸入到LAB色彩空間到RGB色彩空間轉換器1120的色彩輸出中的一個的噪聲信號的幅度，以顧及藍色到紅色/綠色的亮度差異，如果不加以縮放，該亮度差異將在B(藍色)輸出信號上形成大幅度噪聲。在圖11A中，該縮放示于LAB色彩空間到RGB色彩空間轉換器的B輸入上。從而縮放因子可以是來自藍色-縮放函數輸入1130的一個分數的乘數，以降低B輸入值。將轉換的輸出作為一個NxMxP數據集存儲，表示具有P幀的長度的、大小為NxM的“影片”。
下一步驟可以是產生模糊化遮光器(即，將信號通過低通濾光器)，或者，替代地，將信號通過高通濾光器(圖中未示出)。利用適當的平滑濾光器對來自以上步驟的數據集加以濾光。在本例子中，平滑濾光器可以非常類似于用于執(zhí)行子像素著色的圖像信號濾光的濾光器。這樣可以形成縮減了樣本數量的數據集，該數據集已經過濾光，來去除在子像素著色情況中可能與顯示器上的色彩子像素的圖案混疊的任何信號。替代的，濾光器可以是另一個平滑，低通濾光器。在還有另一個實施例中，可能期望對“影片”空間地和時態(tài)地加以濾光，從而，該濾光器可能是三維、使用多幀的數據的。
由于在操作中，“影片”可能空間-時態(tài)地分塊顯示到顯示器上，從而不期望容許跨越塊的邊界存在沒有經過濾光的變化，可以在進行濾光操作期間分塊顯示該“影片”，從而模糊化遮光器可以空間和時態(tài)地跨過顯示的塊的邊界進行操作。也就是說，當對處于數據集的邊緣處的數值進行濾光的時候，濾光操作將可以繞回去，以采樣位于數據集的另一側的數值。在某些實施例中，這可以在“影片”數據集的所有的三個軸上，或者在其所有的六個面上發(fā)生。這可以保證顯示的塊之間沒有邊界線。
以下的空間-時態(tài)低通濾光器核(kernel)可能是有用的第P-1幀

第P幀

第P+1幀

可以從原始的“影片”中每個色彩平面的減去得到的經過濾光的電影樣本，以產生帶有符號的數值的“影片圖像”，該“影片圖像”僅僅含有高空間-時態(tài)頻率UV噪聲。可以將一平均亮度等級(例如，50％或某個適當的等級)加回到該“影片”上，把信號中符號為負的一半偏移回到正值，以便作為無符號的二進制數加以存儲。注意到，所得到的噪聲的空間-時態(tài)頻率的概率密度函數將已經從白的移動到都平衡為不可見的紫外的。
同樣，還注意到，以上的濾光器與用于區(qū)域重新采樣子像素著色到新型子像素排列上的濾光器(上面通過參考結合的專利申請書中有所揭示)的相似性。按照一個實施例，使用這種相似的濾光器來建立模糊化遮光器，可以僅僅留下空間頻率中的高空間頻率色度噪聲，該高空間頻率色度噪聲可以在進行對于那些所述新型子像素排列的子像素著色期間過濾掉。因此，所引入的噪聲對于所得到的圖像(由所述新型子像素排列上的所述的子像素著色所形成)中期望的信號不會有妨礙。
這里已經描述了為RGB顯示器生成“不可見的噪聲”。在那個系統(tǒng)中，通過生成具有固定亮度的隨機色彩來進行。這樣做的原因是因為人類視覺系統(tǒng)對色度中的變化的敏感小于對亮度中的變化的敏感。這些噪聲必須在某些地方出現，所以把它放在人類視覺難以看見它的地方。然后，接著進行模糊化遮蔽，以保證將色度噪聲基本上限制在某些高空間-時態(tài)頻率。
在一個RGBW(或任何其他多基色)顯示器中，可以有更好的機會來隱藏這些噪聲。在這些顯示器中，存在數學上的多重性。RGBW中有許多色彩映射為人類視覺系統(tǒng)感知的相同的色彩。例如，如果在某一色彩中增加W，則能夠通過降低R、G和B來對此進行補償以再次產生相同的色彩。產生相同色彩的RGBW的所有不同的組合稱為那個色彩的條件等色。這為更好的隱藏噪聲創(chuàng)造了機會。代替把噪聲僅隱藏在色度中，也可以把噪聲隱藏在條件等色中。另外，根據本發(fā)明的另一方面，可以使用恒定色度輸入RGB色彩，把噪聲全部隱藏在條件等色中。
如上所述，為了生成用于RGB顯示器的噪聲，可以從具有固定亮度的隨機色彩開始。為了生成用于RGBW顯示器的噪聲，可以從完全相同的恒定亮度RGB色彩開始。一旦轉換到RGBW，可以把隨機微擾加到該隨機色彩的W上，然后修正RG和B色彩來進行補償。隨機微擾可以是正的或負的，并且可以具有均勻分布或高斯分布。如同在RGB隨機噪聲生成中那樣，這將偶而形成色域外(out of gamut)色彩。當發(fā)生這種情況時，可以放棄該色彩，并重新開始生成一個新的，直至找到一個正確的條件等色為止。以上面對于RGB顯示器描述的相同的方式使用這些隨機條件等色。這里再次描述一下，將這些隨機色彩收集到極少噪聲“影片”的幀中。在該“影片”中，在空間并且也在時間上一幀接一幀的對這些幀進行低通濾光。在以這種方式對影片進行了濾光之后，像素對像素地將它從“影片”的沒有濾光的拷貝中減去，以產生最終的噪聲表格。這些噪聲表格可以逐塊地加到輸入圖像上，從而在圖像處理(如果需要，包括轉換到RGBW)之后，伽馬量化步驟之前，加到每個像素上，如圖12A和12B所示。
以上為生成隨機條件等色所概述的步驟之一，是在已經對W基色進行了隨機的微擾之后對其它基色進行修正。在RGBW的情況中，W的變化和對于其他基色的補償變化之間可以存在一種線性關系。當把數值r加到W上時，必須有數值r*mR加到R基色上，必須有數值r*mG加到G基色上，并且必須有數值r*mB加到B基色上。這三個縮放因子可以通過求解以下的矩陣方程來找到W2X·[N+r·mRr·mBr·mgr]=W2X·N]]>方程1W2X為把RGBW色彩轉換為CIE XYZ三色數值的矩陣。如同在結合引用的專利申請書中所討論的，該矩陣可以從RGBW顯示器的色度和亮度測定結果來生成。N是以RGBW值表示的不確定的灰色色彩。從而，由隨機的色彩(可以是r的一個函數)進行微擾，然后轉換成到CIE XYZ的色彩，應當產生與轉換原始色彩基本上同樣的CIE XYZ三色數值。W2X是4×3矩陣，可是求解上述方程的過程摘要為帶有三個未知數(mR、mG和mB)的三個方程，可利用標準的矩陣代數來求解它們。一旦對于給定的顯示器計算了這三個縮放因子，則可以產生隨機的條件等色。
應當指出以上方程是在這樣的假設下寫出的，即，以一個隨機量r來修改W基色，然后修改其它的基色來進行補償?？梢酝ㄟ^替代地修改其他基色中的任意一個，并對其余的基色計算縮放因子來實現另一個實施例。還應該意識到，以上的方程將適用于具有4個基色(例如，RGBC(RGBC＝Red、Green、Blue和Cyan，紅綠藍青))的任何多基色系統(tǒng)。
在多基色系統(tǒng)具有多于4個基色的情況下，方程是類似的，但是可能期望使用一種不同的解決方式。例如，考慮具有紅色、綠色、藍色、青色和白色基色的RGBCW(RGBCW＝Red、Green、Blue、Cyan and White，紅綠藍青和白)顯示器系。在這個例子中，方程將如同下面的方程2M2X·[N+r·mRr·mBr·mgr·mcr]=M2X·N]]>方程2這里把RGBCW轉換到CIE XYZ的矩陣M2X仍然可以從顯示器的測定結果來生成，而色彩N現在為一個RGBCW數值。然而，嘗試以傳統(tǒng)方式符號地求解該方程，將得到三個方程和四個未知量(mR、mG、mB和mC)。因為沒有唯一的解，這可能不能求解。然而，許多個解中的任何對于實際使用完全可以滿足要求。數值求解程序能夠找到可以適用的一組縮放因子。在一些實施例中，可能期望防止求解器找到“退化的”解(例如，所求得的縮放因子中有一個或多個為零)。
找出條件等色的一個替代的實施例，可能完全不求解方程2，而是利用數值求解軟件包來直接找出條件等色。例如，數值求解器可以求解以下的方程
M2X·RGBCW+r=M2X·N]]>方程3這里W和r為已提供的數值，而求解器則必須找到產生CIE XYZ數值的色彩N的RGB和C。把像這樣的數值求解器使用在顯示器的流水線內可能太慢了。然而可以預先離線的完成該過程，以生成隨機噪聲表，因此算法的速度不應該是個問題。在現代個人計算機中，幾秒鐘內可生成數萬個條件等色。
圖11A示出如何為RGB生成隨機噪聲表。圖11B是一幅類似的圖，示出了如何為RGBW顯示器設計數字色度高空間-時態(tài)頻率。如圖11B所示，這是用來為4基色RGBW顯示器系統(tǒng)生成色度UV空間-時態(tài)噪聲的系統(tǒng)1101，可由單個的數字白噪聲發(fā)生器1105生成白噪聲信號，然后通過1:3多路輸出選擇器函數1115分成三個不相關的白噪聲信號。將這兩個噪聲信號饋送到LAB色彩空間到RGB色彩空間轉換器1120。為了最佳性能，用于轉換算法的色彩基色的亮度系數(色彩空間變換矩陣)是來自要顯示“不可見的噪聲”的平板顯示器的測定結果。這將減少進入亮度通道的串擾。將轉換器的亮度信號輸入設置為任何適當的常數，為了方便起見，這里設置為50％?？梢哉{節(jié)或縮放對于LAB色彩空間到RGB色彩空間轉換器1120的色彩輸入中的一個的噪聲信號輸入的幅度，以顧及藍色到紅色/綠色亮度差異，如果不加以縮放，該差異將在B(藍色)輸出信號上形成大幅度噪聲。在圖11B中，縮放示于LAB色彩空間到RGB色彩空間轉換器的B輸入上。從而縮放因子可以是來自藍色-縮放函數輸入1130的一個分數的乘數，以減低B輸入值。
可通過參考圖11D來查看RGBr到R’G’B’W’色彩空間轉換器1150的操作。接收RGB色彩并通過RGB色彩空間到RGBW色彩空間轉換器1160轉換成RGBW數值。接收隨機數r，并添加到W數值上來產生W’。進行偏移量計算1170來為了W中的變化而對RGB數值進行補償(利用由方程1所計算出的mR、mG和mB的數值)，給出試探性的R’G’B’W’數值。如果這樣得到一個色域外的色彩，則色域外測試檢測器1180，可使操作忽略該得到的色彩，并等待下一個色彩和隨機微擾。
一旦生成了足夠填滿隨機噪聲“影片”所有的幀的正確的隨機條件等色，對該“影片”加以低通濾光并從“影片”未經濾光的拷貝中減去經過濾光的影片，以產生最終的空間-時態(tài)噪聲樣本。
如圖11C所示，這是用來為5-基色(RGBWC(紅綠藍白青))顯示器系統(tǒng)生成色度UV空間-時態(tài)噪聲的系統(tǒng)1102，由單個的數字白噪聲發(fā)生器1105來生成一個白噪聲信號，然后通過一個1:3多路輸出選擇器函數1115把它分成三個不相關的白噪聲信號。將兩個噪聲信號饋送到LAB色彩空間到RGB色彩空間轉換器1120。為了最佳性能，用于轉換算法的色彩基色的亮度系數(色彩空間變換矩陣)是來自將顯示“不可見的噪聲”的平板顯示器的測定結果。這將減少進入亮度通道的串擾。將轉換器的亮度信號輸入設置為任何適當的常數，為了方便起見，這里設置為50％?？梢哉{節(jié)或縮放對于LAB色彩空間到RGB色彩空間轉換器1120的色彩輸入中的一個的噪聲信號輸入的大小，以顧及藍色到紅色/綠色的亮度差異，如果不加以縮放，這些差異將在B(藍色)輸出信號上形成大幅度干擾。在圖11C中，縮放示于LAB色彩空間到RGB色彩空間轉換器的B輸入上。從而縮放因子可以是來自藍色-縮放函數輸入1130的一個分數的乘數，從而減低B輸入值。
可通過參考圖11E來查看RGBr到R’G’B’C’W’色彩空間轉換器1155的操作。接收RGB色彩并利用RGB色彩空間到RGBW色彩空間轉換器1165轉換成RGBCW數值。該轉換器可使用在許多結合引用的專利申請書或類似文獻中所揭示的算法。接收隨機數數值r并添加到W數值上來產生W’。進行偏移量計算1175來為了W中的變化而對RGBC數值進行補償，給出試探性的R’G’B’C’W’數值。這可以利用由方程2計算出的縮放因子來實現，或利用數值求解軟件包來如方程3中那樣直接找出RGBC數值。如果這樣得到一個色域外的色彩，則色域外測試檢測器1185可使得操作忽略該得到的色彩，并等待下一個色彩和隨機微擾。
同樣的處理過程可以用來為帶有任何數量基色的顯示器生成數字白噪聲。如果該多基色顯示器不具有W基色，那么這些基色中的任意一個可用來作為接受隨機微擾的“基本”基色。
一旦生成了隨機噪聲“影片”，可以在任何系統(tǒng)中以基本相同的方式使用它，該系統(tǒng)可以是RGB、RGBW、RGBCW、或任何其他多基色系統(tǒng)。圖12A和12B說明了這種情況(雖然是在RGBW情況下)，而在其它多基色系統(tǒng)中，圖像處理可以包括從其它色彩格式到該多基色色彩空間的轉換。該轉換可在將空間-時態(tài)噪聲加到信號上之前進行。
在UV噪聲“影片”的存儲成本與有效比特深度增益(effective bit depthgain)之間存在著一種折衷(tradeoff)?！坝捌痹酱?，理論的有效比特深度增益就越大。這是以存儲較大尺度的“影片”的成本為代價的。另一個考慮是，不管是否進行了濾光操作，由于噪聲“影片”的成塊顯示引起空間-時態(tài)信號，而引起的產生可見的偽像的可能性。最終的干擾“影片”具有與要顯示的圖像源相同的尺度。這對于商用的系統(tǒng)潛在地太過昂貴。如果考慮到人類視覺系統(tǒng)在5周/度(cycles/°)與10周/度之間具有峰值空間對比度敏感性，噪聲樣本的尺度應當匹配(或少許大于)給定的顯示器上的一度的1/5。比這個大很多的樣本，很可能展現出某些陡然縮小的回送(steeply diminishingreturn)。比這個小的電影樣本，可能展現出不期望的、可見的次諧波空間頻率(sub-harmonic frequency)。另外，小的“影片”樣本可能不具有可根據需要用來產生抖動的灰度的足夠的區(qū)別狀態(tài)。因此較高密度顯示器可受益于較大的噪聲“影片”?？梢赃x擇樣本的時間深度(time depth of sample)，從而它基本上處于或長于4Hz處的峰值空間-時態(tài)對比度敏感性。因此，對于處于60Hz的顯示器系統(tǒng)，一個好的噪聲“影片”長度可以是15或者16幀到可能32幀。由于濾光操作，可合理地確定影片中不存在噪聲“影片”尺度的下限處的空間-時態(tài)頻率。
可以將不可見的UV噪聲信號截短到任何期望的比特深度，以便與要使用它的伽馬流水線中所需要的比特深度相匹配。
可以將噪聲的幅度調節(jié)得足夠高，以致添加到任何特定圖像信號數值上的噪聲可以引起量化器在兩個或更多輸出量化值之間抖動。注意到，對于感知的編碼的伽馬量化器，該噪聲的幅度可能在明亮的信號區(qū)域內比較大，而在暗的信號區(qū)域比較低。然而，由于人類視覺系統(tǒng)對于暗區(qū)域內的信號(包括噪聲)比較敏感，幅度大得足以在明亮信號區(qū)域內產生所期望的抖動的噪聲信號，在暗信號區(qū)域內可能是令人不適的可見的。因此，可能期望在將該噪聲添加到圖像信號上之前，對噪聲信號的幅度加以縮放。圖12A所示是按照一個實施例的、使用空間-時態(tài)噪聲的圖像處理系統(tǒng)1200的框圖。對來自圖像源1210的、之前進行了感知的量化和編碼的圖像1220進行修改(伽馬調節(jié)1220)，來把數據集轉換成為線性的亮度表示，然后可以通過圖像處理函數1230對這些數值進行操作。在該點處，將處理后的圖像數據乘以1255來自空間-時態(tài)噪聲源1250的空間-時態(tài)噪聲。將該乘法的乘積加到1260處理后的圖像數據上。通過可能匹配顯示器1280的伽馬量化器函數1270，對得到的帶有噪聲的信號進行感知的量化。
在圖12A所示的圖像處理系統(tǒng)1200中，因為感知的編碼的量化器1270，隨著信號的亮度增加具有單調增加的量化間隔，添加到處理后的圖像源上的噪聲信號的幅度近似地為所需要的?？墒?，對于要匹配非理想轉移曲線(例如圖7A中的曲線)顯示器的量化輸出值的伽馬流水線，可能期望對空間-時態(tài)噪聲的幅度進行縮放，以匹配每個圖像信號亮度域的量化時間間隔。圖12B所示為使用一個新函數(量化補償函數1240)，執(zhí)行空間-時態(tài)噪聲幅度的這種非理想量化時間間隔縮放的圖像處理系統(tǒng)1205。這可以利用一個查找表，或其它適當的函數發(fā)生器來實現，該函數發(fā)生器在接收到圖像數據信號時，輸出取決于量化器1275在那個信號數值處的量化間隔(或者是量化間隔的函數)的數值。
如同已經指出過的，由于量化間隔步進的非線性本質，從顯示器所感知的得到的亮度數值可能偏移到并非所期望的另一個數值。這些真實的數值位于形成在顯示器彎曲的轉移曲線上的抖動的點之間的直的弦線上?？赡芷谕柚韵路绞絹韺Υ诉M行補償，即，通過“放大”該轉移曲線來調節(jié)量化值；如果轉移曲線是接近理想的話，選擇將匹配具有較大伽馬的曲線的數值；或者對于非理想的轉移曲線，選擇具有較大二階導數的量化數值。如果選擇了適當的數值，則所形成的曲線可緊密地近似期望的感知的轉移曲線。
把本發(fā)明的幾個方面組合起來證實是有益的。例如，把多個固定空間噪聲和量化表格與上述空間-時態(tài)抖動系統(tǒng)組合起來。其它的一些組合也是本領域技術人員可以想到的。
盡管已經參考范例實施例描述了本發(fā)明，本領域的技術人員將可以理解在不偏離本發(fā)明的范圍可以進行各種修改并且可以用等價物替換其中的元件。此外，在不偏離其中的基本范圍下，可以進行很多修改來適應特定的條件或者材料到教導中。因此，意圖是本發(fā)明不局限于作為意圖實施本發(fā)明的最佳模式揭示的最佳實施例，但是本發(fā)明將包括落入附加的權利要求的范圍內的所有實施例。
權利要求
1.在一顯示器系統(tǒng)中，所述顯示器系統(tǒng)包括一圖像源、一圖像處理引擎和一顯示器，一種用于減少量化誤差的方法，所述方法的步驟包括生成噪聲信號；對所述噪聲信號進行縮放，所述縮放取決于圖像信號；把經過縮放的噪聲信號與所述圖像信號相加而成為組合的信號；以及對所述組合的信號進行量化。
2.一種顯示器系統(tǒng)，包括顯示器，所述顯示器具有輸出響應曲線；輸入伽馬表；線性圖像處理；以及輸出伽馬表，其中所述輸入伽馬表是從所述顯示器的輸出響應曲線的數據生成的，并且進一步其中所述輸出伽馬表是從所述輸入伽馬表生成的，并且所述輸出伽馬表基本上是所述輸入伽馬曲線的反函數。
3.根據權利要求2所述的顯示器系統(tǒng)，其中修改所述輸入伽馬表的數據，從而對于暗的圖像數據值具有等于或大于1的斜率。
4.根據權利要求2所述的顯示器系統(tǒng)，其中進一步在生成輸出伽馬曲線數據之前，將所述輸入伽馬表的數據截短成整數。
5.根據權利要求4所述的顯示器系統(tǒng)，其中將截短取整的輸入曲線用來作為一組控制點以生成輸出表。
6.一種顯示器系統(tǒng)，包括多個發(fā)光區(qū)域，所述發(fā)光區(qū)域對于輸入圖像值具有輸出線性響應；以及伽馬函數發(fā)生器，該伽馬函數發(fā)生器包括多個PWM計數器，從而所述伽馬函數發(fā)生器形成非線性顯示器響應。
7.根據權利要求6所述的顯示器系統(tǒng)，其中所述顯示器為OLED。
8.根據權利要求6所述的顯示器系統(tǒng)，其中所述非線性顯示器響應基本上與人類眼睛的響應相匹配。
9.一種對于顯示器系統(tǒng)生成空間-時態(tài)噪聲的方法，所述方法的步驟包括生成多個第一圖像幀，每個所述第一圖像幀包括多個隨機的色彩；生成多個第二圖像幀，所述第二圖像幀包括來自所述多個所述第一圖像幀的經過濾光的圖像數據；生成多個第三圖像幀，所述第三圖像幀包括所述第一和所述第二圖像幀的函數。
10.根據權利要求9所述的方法，其中生成多個第一圖像幀的步驟，還包括生成多個隨機色彩，其中所述隨機色彩包括基本上恒定的亮度和隨機的色度分量。
11.根據權利要求10所述的方法，其中所述的恒定亮度值約為50％。
12.根據權利要求10所述的方法，其中以基本恒定的L*和基本上隨機的a和b數值在L*ab空間生成所述隨機色彩。
13.根據權利要求12所述的方法，其中將所述隨機色彩從L*ab轉換到一組中的一個，所述組包括RGB空間、RGBW空間、RGBCW空間和多基色色彩空間。
14.根據權利要求9的所述方法，其中生成多個第二圖像幀的步驟，還包括對來自所述第一圖像幀的圖像數據進行低通濾光。
15.根據權利要求14所述的方法，其中所述低通濾光為空間地濾光。
16.根據權利要求14所述的方法，其中所述低通濾光為時態(tài)濾光。
17.根據權利要求14所述的方法，其中所述低通濾光為空間-時態(tài)濾光。
18.根據權利要求14所述的方法，其中所述低通濾光還包括以卷繞的圖像數據進行濾光。
19.根據權利要求18所述的方法，其中所述卷繞的圖像數據包括具有一圖像幀。
20.根據權利要求18所述的方法，其中所述卷繞的圖像數據，包括來自所述第一圖像數據幀的第一幀和所述第一圖像數據幀的最后一幀的數據。
21.根據權利要求9所述的方法，其中生成多個第三圖像幀的步驟還包括，從所述第二圖像幀減去所述第一圖像幀。
22.根據權利要求21所述的方法，其中對所述第三圖像幀的數據進行偏移并作為正數加以存儲。
23.一種顯示器系統(tǒng)，包括圖像源；伽馬調節(jié)單元；圖像處理單元；噪聲源；伽馬量化器單元；并且其中所述噪聲源包括在亮度上基本恒定并且在色度上基本隨機的數據。
24.根據權利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)還包括量化補償。
全文摘要
本申請描述了通過使用伽馬調節(jié)[1220]，伽馬量化[1270]，以及噪聲源[1250]，在量化顯示器系統(tǒng)[1280]中提供增加的伽馬精確性的實施例。提供了用于在3基色和多基色顯示器系統(tǒng)中改進圖像質量的系統(tǒng)和方法兩種實施例。
文檔編號G09G3/20GK1965322SQ200580018803
公開日2007年5月16日 申請日期2005年6月3日 優(yōu)先權日2004年6月10日
發(fā)明者坎迪絲·海倫·勃朗·埃利奧特, 邁克爾·佛蘭西絲·希京斯 申請人:克雷沃耶提公司