提高数字显示板对比度的图像处理方法 【技术领域】
本发明涉及一种提高正投影或背投影系统显示的视频图像的对比度的图像处理方法。本发明可应用到包含光阀以及针对所述光阀的照射源的视频投影仪。光阀可以是反射型的或透射型的。本发明尤其适用于包含LCOS、LCD或DLP型光阀地视频投影仪。
背景技术
包含光阀的传统的视频投影仪根据所采用的光阀技术，当前能够产生对比度在500∶1和1000∶1之间的图像。在某些应用中，例如在数码影院和高档电视机中，这样的对比值通常是不够的。为了增加该对比值，已知的解决方法是根据将要显示的图像的内容，对传送到光阀的光强度进行调制。例如，如果将要显示的图像表现为暗场景，则减小传送到光阀的光强度，反之，按照相同的比例来增加通过该相同的光阀进行处理的视频信号的电平。由于有效地增加了视频信号中的比特数目，对比度现在得到提高。这样，就有可能针对在电视应用中通常很关键的低灰度级实现高对比度。
一个已知的调制光强度的方法在于：检测将要显示的图像中的峰值灰度级NGmax，并将该峰值与可显示的最大灰度级NGMAX(如果级数使用了8位编码，NGMAX＝255)作比较：
-如果灰度级NGmax低于灰度级NGMAX的一半，则将传送到针对所讨论的图像的光阀的光的强度除以2，并且传送到光阀的控制电路的视频信号的幅度被乘以2；
如果灰度级NGmax高于灰度级NGMAX的一半，则传送到该光阀的光强度保持在它的峰值，并且传送到该光阀的控制电路的视频信号的电平保持不变。
在图1A、1B和1C中示出了这种技术。图1A分别示出了作为在T和T+1帧期间的显示的两个图像的时间的函数的视频信号。这个信号被传送到光阀的控制电路。第一图像的NGmax级的电压比NGMAX/2级的电压要低，并且第二图像的NGmax级的电压比NGMAX/2级的电压要高。图2B示出了传送到针对每一个图像的光阀的光强度(亮度)。根据前述方法，第一图像的光强度等于Lmax/2，而第二图像的光强度为Lmax。因此，将第一图像的视频信号的电压乘以2，而第二图像的视频信号的电压保持原样。由此，暗场景的视频级的再现得到了增强。
这个技术存在许多缺点。其一是只要图像像素超过NGMAX/2时，图像对比度得不到增强。因此，如果图像在暗背景上包含单个亮点，则图像对比度没有增加。
另外，每次当存在从具有低于NGMAX/2的灰度级NGmax的图像到具有高于NGMAX/2的灰度级NGmax的图像的过渡时，在光源内部存在高电流(在从Lmax/2过渡到Lmax期间，反之亦然)的需要，或者反之亦然。最后，负责调制传送到光阀的光的设备不能够即时地从Lmax/2切换到Lmax，反之亦然。因此，在过渡的过程中，不能正确地调整视频信号电平，以致在这些过渡周期内出现了图像模糊的区域。
【发明内容】
本发明提出了一种能够解决上述的全部或部分缺陷的图像处理方法。
本发明涉及一种处理显示设备上所显示的图像的方法，所述显示设备包括至少一个光源和一个光阀，所述光阀根据要显示的图像的视频信号，对由光源所产生的全部或部分的光进行透射或反射，所述方法的特征在于包括以下步骤：
-将压缩因子C应用于高于第一阈值的图像视频信号的灰度级，所述第一阈值低于所述图像视频信号的峰值灰度级；
-将由光源产生的光的亮度调整到与压缩后的图像的峰值灰度级相对应的亮度值；
-并将传送到该光阀的视频信号乘以扩展因子D，所述扩展因子D等于压缩前的图像峰值灰度与压缩后图像的峰值灰度的比值。
因此，对超过所述第一阈值的灰度的电压动态范围进行压缩，并且将这样得到的电压动态范围重新分配给整个图像信号。
本发明还涉及一种图像显示设备，包括：
用于产生光的光源；
用于对由光源产生的光的全部或部分进行透射或反射的光阀；
控制该光阀的电路，用于接收要显示的图像的视频信号，并将表示要显示的图像的控制信号传送到所述光阀；其特征在于所述控制电路包括：
-用于将压缩因子C应用于灰度高于第一阈值的图像视频信号的装置，所述第一阈值低于该图像视频信号峰值灰度级；
-将光源发出的光的亮度调整为与压缩后图像的峰值灰度级相对应的亮度值的装置；
-将传送到该光阀的视频信号乘以扩展因子D的装置，所述扩展因子D等于压缩前图像的峰值灰度级与压缩后图像的峰值灰度级的比值。
【附图说明】
通过结合附图阅读下列的说明书，本发明将会更容易理解，并且其他特征和优点将变得显而易见，其中：
图1A至1C是现有技术的时序图；
图2示出了根据本发明，大于阈值灰度级NG1的灰度级的压缩；
图3是可实现的本发明方法的视频投影仪的示意图；
图4示出了在图3所示的视频投影仪的控制电路中所执行的操作；
图5示出了阈值的计算的示例，其中对超过该阈值的图像灰度级进行压缩；
图6A至6C为了与图1A至1C作比较，示出了本发明方法的时序图。
【具体实施方式】
根据本发明，对限定数目的图像像素(这些像素是图像中具有最高灰度级的像素)的灰度级进行压缩，并且将电压动态范围内的增益重新分配到整个图像。压缩图像中的较高灰度级使得传送到该光阀的光强度减小，并且使得传送到该光阀的视频信号的水平按相同的比例增加。显示图像的对比度可以因而得到提高。
在下面的描述中，NGmax表示在压缩之前、要显示图像的像素的峰值灰度级，NG′max表示在压缩之后、要显示图像的像素的峰值灰度级。另外，L(NG)表示与灰度级NG相关的亮度。
根据本发明，执行下列步骤：
将压缩因子C应用于灰度级高于阈值NG1的图像视频信号的灰度级，其中NG1＜NGmax；
将由光源产生的光亮度调整到与压缩后图像的峰值灰度级NG′max相对应的亮度值；
将传送到光阀的视频信号的电压电平乘以扩展因子D，该扩展因子等于压缩前图像的峰值灰度级NGmax与压缩后图像峰值灰度级NG′max的比值。
根据一个具体的实施例，例如，将阈值NG1定义为图像的X最亮像素的最低灰度级的值，其中X是在图像中的像素数的预定百分数。对于包含1920×1080像素的图像，例如，X等于10％或1920×1080/10像素。该阈值根据将要显示的图像而发生变化。下面结合图5对该阈值的计算的示例进行说明。在该实施例中，根据要显示的图像的明暗，阈值NG1或者更高或者更低。优选地，阈值NG1取大于等于NGMAX/2，其中NGMAX是能够由所述显示板显示的峰值灰度级。
图2示出了将压缩因子C应用到灰度级大于阈值NG1的图像的灰度级。该图具有表示压缩前的图像的灰度级的横坐标，以及表示压缩后图像的灰度级的纵坐标；在该图中，C=NGmax-NG1NG2-NG1,]]>其中，NG2与压缩后的峰值灰度级NG′max相对应。
较高灰度级的压缩具有减小大于NG1的灰度级之间的亮度间隔的效果。因此，使显示图像所需的光的亮度低到与亮度值相对应的阈值L(NG′max)，该亮度值通常与灰度级NG2有关，其中，NG1＜NG2＜NGmax。
灰度级NG2越接近NG1，则压缩因子越高。根据一个特定的实施例，灰度级NG2可以是阈值NG1的函数。例如可以将NG2取为NG1和NGmax的算术平均值，或者：NG2=NG1+NGmax2.]]>
在这种情况下，相对于NGmax，灰度级NG1越低，灰度级NG2也越低，并且亮度值L(NG′max)＝L(NG2)将会越低。
根据另一特定实施例，无论NG1为何值，因子C可以保持恒定。因此，NG2就可以按照与NG1相同的比例增加。
传送到光阀的光强度((L(NG2)，作为L(NGMAX)的替代，其中NGMAX是屏幕能够显示的峰值灰度级)的减小允许将压缩后的视频信号的幅度与等于NGMAXNGmax′=NGMAXNG2]]>的扩展因子相乘。
在图3中示出了实现本发明的方法的视频投影仪。该投影仪包括光源1；光调制器2，用来对光源1产生的光强度作为要显示图像内容的函数来进行调制；光学系统3，用于将从光调制器2输出的光发送到光阀4，以及将由光阀4产生的图像发送到透镜系统6。由控制电路5对光调制器2和光阀4进行控制，所述控制电路接收要显示图像的视频信号Vin。所述控制电路计算出将要传送到光阀4的信号Vout、以及要传送到光调制器2的亮度值L(NG′max)。
在图4中示出了用于实现本发明的方法的控制电路6中所执行的步骤的方框图。
控制电路首先算出阈值NG1。图5给出了计算阈值NG1的一个示例。在该图中，NG表示灰度级索引，BNG表示在所讨论的图像中具有灰度级NG的像素数目，ANG表示像素的数目，这样：ANG=Σi=NGNGmaxBi,]]>Amax=Σi=0NGmaxBi]]>(Amax等于图像中的像素数目)。
为了定义NG1，从灰度级NG＝NGmax开始，对NG进行减少，直到ANG＞X·Amax，其中，X是图像中的像素总数的百分数。例如，X等于10％。因此，对NG进行减小，直到ANG＞Amax/10。然后，使阈值NG1等于所获得的NG值。
再参考图4，随后，控制电路计算灰度级NG2的值。例如，如前所述，该值等于NG1和NGmax的算术平均值。
将对应于通常与灰度值NG2的值相关的值的亮度值发送到光调制器2。因此，将由光调制器2传送到光阀4的光强度固定在针对该图像的L(NG′max)。
控制电路5还通过如图3所示对大于NG1的灰度级进行压缩，对视频信号Vin进行变换。然后，为了将未由较高灰度级使用的电压动态范围重新分配给整个视频信号，将该修改后的信号与扩展因子D=NGmaxNG2]]>相乘。将这样得到的、表示为Vout信号传送到光阀4。从Vin到Vout的该变换使得大于NG1的灰度级的电压动态范围被压缩，而对低于NG1的灰度级有利。
图6A至6C的时序图示出了本发明方法的结果，将图6A至6C与图1A至1C作比较。图6A与图1A相同。图6B示出了传送到光阀4的光的亮度值。由于在帧T期间显示的图像不包含任何高于NGMAX/2(NG1的下限)的灰度级，因此，图像中没有灰度级被压缩。然而，将该图像的视频信号依然与扩展因子相乘，在这种情况下，扩展因子接近2；这是其中包含高于NGMAX/2的灰度级的帧T+1中的图像。因此，对该图像中最高的灰度级进行压缩。将该图像视频信号乘以比T图像的扩展因子更小的扩展因子。
本领域的技术人员应该清楚：可以采用除了这里所描述的计算NG1和NG1的方法外的其他方法来实现本发明的方法。