專利名稱：具有光學和電子lcd板補償的彩色非均勻性校正方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總的涉及用于彩色顯示器的視頻處理，具體地涉及在包括液晶(LC)彩色顯示器的彩色顯示器中用于提供彩色非均勻性校正的方法和設備。
彩色顯示器被使用于各種各樣的電子設備中。這些電子設備包括用于個人計算機的監(jiān)視器、電視機、和其它視頻顯示器。這些顯示器可以是直接觀看型、陰極射線裝置或投影裝置。
一種類型的投影裝置基于液晶諸如向列晶體的光學特性。這些投影裝置可包括被淀積在半導體晶體管陣列上的液晶層。通常，這些陣列是用來在液晶層上有選擇地產生電場的一種互補金屬氧化物半導體(CMOS)晶體管。這些電場改變液晶材料分子的極化角，以便能夠對于通過這種材料的光進行調制。光可以被反射元件反射或可以發(fā)射到屏上。不論在哪一種情形下，被調制的光都被光學元件投影到屏，形成視頻圖像。在反射的情形下，投影裝置被稱為半導體上液晶(LCOS)投影顯示器。
影響顯示器的圖像質量的某些因素是分辨率、亮度、對比度、和色深度。分辨率是屏顯示的像素數目。通常，分辨率以具體的像素范圍來表示(例如，用于許多計算機監(jiān)視器的是800×600)。在本例中，監(jiān)視器在水平方向具有800個像素，而在垂直方向具有600個像素。當然，對于給定的顯示面積，像素數目越多，則每個像素的面積越小而分辨率越高。
色深度規(guī)定在一個屏上可以顯示多少種彩色。通常，色深度用二進制邏輯(比特)描述。在彩色顯示器中使用的三基色(紅、藍、綠)中的每個彩色具有描述它的色深度或可被顯示的特定的彩色的深淺的數目的多個比特。彩色的數目通常通過二進制指數表示法來描述(例如，用于三基色的每個彩色的256個深淺度28(被稱為8比特視頻))。正如可以容易地看到的，彩色比特數目越大，則彩色的深淺的數目越多以及色深度越大。當然，色深度越大，則顯示質量越好。
雖然對于具體的想要的圖像質量可以選擇分辨率、亮度、對比度、和色深度，但某些因素可能惡化圖像質量。例如，在LCOS投影裝置中在光路徑和成像器(LC板)特征方面的差別對于投影圖像的質量具有有害的影響。
所需要的是一種克服已知的校正方案的某些缺點(諸如視頻削波)的校正方法和設備。
按照本發(fā)明的示例性實施例，該方法包括校正液晶顯示器的視頻非均勻性；和通過使用光學補償來校正光學系統(tǒng)的光學非均勻性。
按照本發(fā)明的另一個示例性實施例，用于校正視頻非均勻性的設備包括電子校正裝置，它校正液晶顯示器的視頻非均勻性；和光學裝置，它校正光學投影系統(tǒng)的光學非均勻性。
當結合附圖閱讀以下的詳細說明時將最好地了解本發(fā)明。應當強調的是，各種特性并不一定按比例畫出。事實上，為了討論的清晰起見，尺度可以任意增加或減小。


圖1是按照本發(fā)明的示例性實施例的視頻校正設備的透視圖。
圖2是按照本發(fā)明的示例性實施例的校正數據的雙線性內插的圖。
在以下的詳細說明中，為了說明而不是限制，提出了公開具體細節(jié)的示范性實施例，以便提供對于本發(fā)明的透徹的了解。然而，得到本公開內容的好處的本領域技術人員將會看到，本發(fā)明可以以其它實施例來實施，而不背離這里公開的具體細節(jié)。而且，可以省略熟知的裝置、方法和材料的說明，以免掩蓋本發(fā)明的說明。
概略地，本發(fā)明涉及通過校正LCD和光學系統(tǒng)的視頻非均勻性而提供在LCD投影系統(tǒng)中的實時彩色非均勻性校正的方法和設備。用于LCD板非均勻性的校正是通過雙線性內插技術以電子方式實施的，它不需要把用于所有彩色的所有像素的所有校正數據貯存在存儲器中。投影系統(tǒng)的光學視頻非均勻性的校正包括一個光學元件，用來減小在超過所需亮度的區(qū)域中的亮度級別。有利地，借助于示范性實施例，可以基本上避免視頻信號削波及其有害的影響。
圖1顯示按照示例性實施例的LCD設備100。LCD 101被連接到電子校正裝置102，它提供對因LCD板非均勻性造成的視頻非均勻性的電子校正。視頻輸入端107被耦合到電子校正裝置102。電子校正裝置102的輸出被輸入到LCD驅動器108，LCD驅動器108被連接到LCD 101，如圖所示。電子校正是通過雙線性內插技術以電子方式實施的，這里將更詳細地描述。電子校正裝置102包括實施校正數據計算(例如內插器)和控制LCD以便按需要地改變每個像素的視頻電平(Video level)所需要的元件。
來自LCD的輸出105投射到光學元件103，它在直觀上是投影系統(tǒng)的非均勻性分布的光學翻轉。例如，光學元件可以是在系統(tǒng)中不存在LCD 101的情形下所施加的視頻電平是均勻的灰色時所拍攝的屏的照相負像。這樣，光105被發(fā)射穿透光學元件103，而出射為投向屏的光106。
正如當本說明繼續(xù)時將變得更清楚的，通過用電子校正裝置102校正視頻非均勻性和用光學元件校正光學系統(tǒng)的視頻非均勻性，校正的水平增加了，而圖像屏104上的圖像質量也提高了。然而，視頻信號的削波基本上避免了。
通常，電子裝置102通過視頻修正提供對電子彩色非均勻性的校正。為了達到這種校正，在多個視頻電平上對于每個彩色路徑分別地評估每個像素的亮度分布。正如可以看到的，為了節(jié)省存儲器，不是所有的像素都被評估，而是只評估位于在水平方向和垂直方向互相間隔開預定數目的像素的網格點的有限數目的像素。計算正在評估的特定的視頻電平的實際的和標稱的亮度之間的差值，并把它們作為校正系數存儲起來。
為了給視頻信號提供高質量校正，對于各種各樣彩色級別得出彩色校正數據。在示例性實施例中，四個校正數據被存儲在存儲器裝置中，以使得它們可容易地被提供來用于計算。這些數據被使用于在特定的視頻電平上在具有特定的數目的像素的特定的區(qū)域的網格(分段)中進行雙線性(或其它二維)內插。為了實施橫跨圖像屏的彩色校正，存儲了代表顯示器的不同位置的多個彩色校正數據，以用于實時內插。
圖2顯示按照本發(fā)明的示例性實施例的雙線性內插方案的概念圖。內插塊201包括在代表圖像屏各點中的幾個點處的四個測量的和存儲的校正系數(202，203，204和205)。對于在校正數據200的映射上的任何內插點(例如，內插點205)的校正系數可以通過在以下專利申請中描述的技術由電子校正裝置102直觀地確定，該專利申請即2002年6月24日提交的、授予Michael Bhatmustsky的、題目為”ColorNon-Uniformity Correction Method and Apparatus(彩色非均勻性校正方法和設備)”的美國專利申請序列號10/179,319。該專利申請的公開內容在此引用以及用于所有的用途。
應當指出，光與來自LCD的電子視頻信號之間的關系是非線性的。這樣，在施加的視頻電平中的任何誤差將會由于這個非線性導致進一步的錯誤。為了實現對視頻信號足夠的校正，必須具有多個校正數據組(在預先設置的視頻電平上對每個彩色所得到的校正數據的幾個映射)。為了校正視頻信號，把視頻數據的電平附加到經過內插的校正值上。在概念上，可以有多個超過映射200的映射(相應于曾在其上測量校正數據的其它視頻電平)，并且一個內插的系數可以通過實時地根據當前處理的視頻電平在這些映射之間作進一步交叉內插而被確定。
雖然所描述的、考慮在視頻信號與發(fā)射到屏的光之間的非線性關系的校正視頻的技術肯定是有用的，但它需要圖像的各種級別和彩色方面的大量數據點。而且，校正過程可導致其中布置了這些裝置的LCD顯示系統(tǒng)中高的視頻修正余量。最終，這會導致視頻信號的削波，特別是在視頻電平是高的以及校正或補償是高的情形下。正如可以看到的，當視頻校正和視頻電平的總和大于特定的視頻電平時，視頻信號被削波從而無法得到適當的校正。這降低總的視頻質量。例如，考慮255個電平的視頻。如果特定的像素的視頻電平處在190，和校正系數被確定為100，則應用這個校正級別將超過255的最大視頻電平。結果，視頻信號被削波，信號中將有許多諧波，這被呈現為在圖像顯示器上不想要的偽像。然而，按照本發(fā)明的示例性實施例，因為一部分校正由光學元件103來解決，向電子校正裝置200要求的電子校正量被減小，這意味著視頻處理中的較低的電子校正級別和較小的削波。
如上所述，按照本發(fā)明的示例性實施例，為了解決視頻信號削波的問題，對所依賴的電子校正量進行限制，以避免把視頻信號削波。為此，對于達到較高的校正級別(這在全電子校正方法中會引起削波)所需要的一部分補償經由電子校正裝置實施，而其余部分是經由光學元件103完成的。由此，彩色非均勻性是通過控制LCD板的電子校正裝置與提供光學校正的光學元件的組合而被校正的。因此，由于不需要電子校正裝置同時校正來自LCD板和光學系統(tǒng)兩者的視頻非均勻性，避免了視頻削波和提高了總的校正能力。
光學元件103有用地使通常由系統(tǒng)中沒有LCD的灰度均勻的視頻所產生的圖像屏104進行翻轉，雖然各種變化方式肯定是可能的。直觀地，使用三個分開的翻轉的圖像(即，每個視頻彩色一個)。替換地，可以用一個翻轉的圖像來補償總的亮度非均勻性，而其余部分的校正則經由電子校正裝置102以電子方式完成。在示例性實施例的許多應用中，光學元件103可以是一種照相負像(negative)。然而，應當指出，光學元件103可以通過包括數碼照相和其它數字成像技術的圖像處理技術制成。最后，應當指出，光學元件103可以是圖像屏的彩色負像(翻轉的圖像)；雖然在基色的路徑上可以使用三個黑白負像。
直觀地，在其中使用LCD的投影系統(tǒng)中，光學元件103可以通過安裝反射鏡被制成，而不用LCD板。光學元件可以為特定的投影系統(tǒng)進行定制，或用于給定類型的投影系統(tǒng)的多個負像可以由它的生產型體制成。在前者的情形下，圖像質量是更好的；而在后者的情形下，對批量生產能力是有利的。無論由光學元件103達到的校正程度如何，其余的校正可通過使用上述的電子校正裝置102和技術來實施。
由光學元件對于由于光學系統(tǒng)造成的非均勻性的補償直觀地可以如下地實施。來自LCD的輸出是投影在圖像屏上的光，視頻校正表現在圖像屏的每個像素的光的強度上。如上所述，這可導致補償增加到超過視頻電平的極限。替換地，由于在上述的內插方法中的欠校正，光強度可能太低。然而，通過在光學元件103中獲取圖像屏的翻轉(負像)，每個像素按一定的校正而被調整。即，由于過校正造成的太亮的像素被發(fā)送經過光學元件中相應’較暗’的部分；而被欠校正以至于在圖像屏上強度級別太低的像素被發(fā)送經過光學元件中這個低級別光學翻轉的區(qū)域，因而相應的像素在屏上具有較大的強度。
應當指出，在上述的任一種情形下，光學元件103也校正每個像素的彩色強度(例如，光學元件103是屏圖像的彩色負像或翻轉)。還應當指出，光學元件單獨不能達到高質量校正，因為它不能提供非線性視頻補償。即，光學元件103將以相同的方式校正所有的級別。然而，與電子校正裝置102相組合，光學元件可提供適當的視頻校正。
示例性實施例的校正技術和設備由于各種各樣的原因是有利的。例如，因為電子校正/補償不必校正光學系統(tǒng)中的誤差，視頻修正的需要的范圍可被減小。這消除校正的視頻信號的削波問題。而且，因為視頻修正的范圍被減小，校正的計算精度會提高。
示例性實施例的另一個好處可以在制造時實現。因為光學校正和電子校正的組合，在這樣的系統(tǒng)中的校正級別是較低的，而校正余量因此可高于已知的系統(tǒng)。這可以解決較嚴重的LCD問題，并導致LCD板產量的很大的增加。
最后，應當指出，雖然至今為止描述的示例性實施例嚴格地以電子方式影響LCD引起的視頻非均勻性和經由光學元件嚴格地影響光的非均勻性，但這不是重要的。為此，某些光的非均勻性事實上可以通過上述的方法用電子方式補償。例如，在大批量生產的光學元件被制成以用于投影系統(tǒng)類型的大批量生產的環(huán)境中，每個LCD裝置的校準可以通過電子方式提供某些光校正而被實現。
通過這樣描述的本發(fā)明，將會看到，獲得本公開內容的好處的本發(fā)明本領域技術人員可以以許多方式改變本發(fā)明。這樣的改變并不看作為背離本公開內容的精神和范圍，以及打算把對于本領域技術人員來說顯而易見的這樣的修正被包括在以下的權利要求和它們的合法的等價物的范圍內。
權利要求
1.在投影系統(tǒng)中校正視煩非均勻性的方法，方法包括校正液晶顯示器(101)的視頻非均勻性；以及通過使用光學補償來校正光學系統(tǒng)的光學非均勻性。
2.如在權利要求1中闡述的方法，其中所述校正光學非均勻性包括把光學元件(103)提供到圖像屏(105)之前的光路徑中。
3.如在權利要求2中闡述的方法，其中所述光學元件是被投射在所述圖像屏(105)上的光的翻轉的圖像。
4.如在權利要求1中闡述的方法，其中所述的的圖像是照相負像。
5.如在權利要求1中闡述的方法，其中所述校正視頻非均勻性包括視頻信號的電子校正。
6.如在權利要求1中闡述的方法，其中所述校正光學非均勻性包括光信號的光學校正。
7.如在權利要求5中闡述的方法，其中所述視頻信號的削波通過本方法基本上被避免。
8.如在權利要求1中闡述的方法，其中所述校正視頻非均勻性包括插入多個校正數據以確定校正系數。
9.如在權利要求3中闡述的方法，其中所述翻轉的圖像還包括多個照相負像。
10.如在權利要求3中闡述的方法，其中所述翻轉的圖像是數碼照相的負像。
11.投影系統(tǒng)中用于校正視頻信號的設備，包括電子校正裝置(102)，它校正液晶顯示器(101)的視頻非均勻性；以及光學裝置(103)，它校正光學投影系統(tǒng)的光學非均勻性。
12.如在權利要求11中闡述的設備，其中所述電子校正裝置包括內插器，它確定多個校正系數。
13.如在權利要求12中闡述的設備，其中所述光學元件是所述投影系統(tǒng)的圖像屏的翻轉的圖像。
14.如在權利要求12中闡述的設備，其中所述電子校正裝置(102)通過用所述校正系數的子組來校正視頻信號從而校正所述視頻非均勻性。
15.如在權利要求14中闡述的設備，其中基本上避免了視頻信號的削波。
16.如在權利要求13中闡述的設備，其中所述翻轉的圖像是投射在所述屏上的光的至少一個照相負像。
17.如在權利要求11中闡述的設備，其中所述光學元件是(103)包括對于每個基色的投射在所述圖像屏(105)上的光的負圖像。
18.如在權利要求13中闡述的設備，其中所述照相負像是數字負像。
19.如在權利要求12中闡述的設備，其中所述內插器是雙線性內插器。
全文摘要
投影系統(tǒng)中校正視頻非均勻性的方法和設備包括校正液晶顯示器的視頻非均勻性；和通過使用光學補償來校正光學系統(tǒng)的光的非均勻性。
文檔編號H04N5/74GK1726703SQ200380106470
公開日2006年1月25日 申請日期2003年12月11日 優(yōu)先權日2002年12月18日
發(fā)明者M·巴克穆特斯基, V·戈恩斯泰恩 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司