МНОГОУРОВНЕВОЕ СТОХАСТИЧЕСКОЕ ПСЕВДОСМЕШЕНИЕ С ПОДАВЛЕНИЕМ ШУМА ПУТЕМ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ОСРЕДНЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ШАБЛОНОВ Российский патент 2014 года по МПК G09G3/20 G06T1/00 

Перекрестная ссылка на родственные заявки

[0001] Настоящей заявкой испрашивает приоритет предварительной заявки США №61/028465 от 13 февраля 2008 в соответствии с разделом 35 § 119(е) Кодекса Законов США.

Предпосылки к созданию изобретения

Область техники, к которой относится изобретение

[0002] Настоящее изобретение относится к дисплеям, которые имеют квантованные характеристики отображения для каждого из пикселей, и более конкретно к способам отображения, которые улучшают разрешающую способность дисплея. Настоящее изобретение в целом также относится к оптическим устройствам на основе МЭМС, и в частности, к бистабильным дисплеям.

Обзор известного уровня техники

[0003] Функция электронных дисплеев, независимо от того, являются ли они монохромными или цветными дисплеями, или они относятся к самосветящемуся типу или отражательному типу, состоит в генерации ступенчато изменяющихся изменений интенсивности или уровней серого. Для высококачественного представления сложных графических изображений как неподвижных, так и динамических, необходимо большое количество уровней серого. Кроме того, цветовоспроизведение и плавный переход между оттенками улучшаются при использовании относительно высокой разрешающей способности для каждого основного цветового канала дисплея. Принятый де-факто стандарт для "естественной цветопередачи" ("true color") изображения составляет 8 битов для основного цвета, или в общей сложности 24 бита, распределенных по трем (RGB) основным цветовым каналам. Однако важно отметить, что качество отображения на дисплее в конечном итоге определяет воспринимаемое изображение или эффективную разрешающую способность этих битов (обеспечивающих эффективное разрешение по интенсивности), а не просто их адресуемость.

[0004] Технологии, используемые в бистабильных дисплеях, предлагают уникальные задачи по производству дисплеев, обеспечивающих высококачественную шкалу серого. Эти задачи возникают вследствие бистабильного и бинарного характера работы пикселя, требующего синтез уровней шкалы серого посредством способов адресации. Кроме того, устройства с высокой плотностью пикселей часто ограничены относительно низкой частотой кадров вследствие принципиальных рабочих ограничений и необходимости использования высоких уровней синтеза как для шкалы серого, так и для цветопередачи. Эти задачи и ограничения диктуют потребность в новых и эффективных способах пространственного синтеза уровня серого.

Сущность изобретения

[0005] Система, способ и устройства согласно настоящему изобретению имеют несколько аспектов, ни один из которых в отдельности не обеспечивает его необходимые признаки. Далее будут кратко описано его наиболее важные отличительные особенности, что не является ограничением объема настоящего изобретения. После рассмотрения этого описания, и в частности после прочтения раздела "Подробное описание некоторых вариантов Реализации", станет понятно, как отличительные особенности настоящего изобретения обеспечивают его преимущества перед другими отображающими устройствами.

[0006] В одном аспекте настоящего изобретения предложен способ отображения первого изображения на дисплее. Согласно предложенному способу создают первый вариант первого изображения согласно первому шаблону пространственного псевдосмешения, создают второй вариант первого изображения согласно второму шаблону пространственного псевдосмешения, причем указанный второй шаблон отличается от первого шаблона, и отображают первое изображение последовательным отображением первого и второго вариантов первого изображения на дисплее.

[0007] В другом аспекте согласно настоящему изобретению предложен способ отображения первого изображения на дисплее, имеющем собственное разрешение, согласно которому создают первый вариант первого изображения согласно первому шаблону, создают второй вариант первого изображения согласно второму шаблону, причем второй шаблон отличается от первого шаблона, и отображают первый и второй варианты первого изображения так, что эффективное разрешение первого изображения выше собственного разрешения дисплея.

Краткое описание чертежей

[0008] На фиг.1 показан изометрический вид, изображающий участок одного варианта реализации бистабильного дисплея, являющегося дисплеем на основе интерферометрических модуляторов, в котором подвижный отражающий слой первого интерферометрического модулятора находится в релаксационном положении, и подвижный отражающий слой второго интерферометрического модулятора находится в активированном положении.

[0009] На фиг.2 показан график зависимости положения подвижного зеркала от приложенного напряжения для варианта реализации бистабильного дисплея, показанного на фиг.1.

[0010] На фиг.3А и 3В показаны принципиальные схемы варианта реализации отображающего устройства, содержащего бистабильный дисплей.

[0011] На фиг.4 показана структурная схема одного варианта реализации.

[0012] На фиг.5 показана блок-схема способа согласно варианту реализации.

Подробное описание некоторых вариантов реализации

[0013] Последующее подробное описание относится к некоторым конкретным вариантам реализации. Однако настоящее изобретение может быть реализовано множеством других способом. В настоящем описании даются ссылки на чертежи, на которых одинаковые части обозначены одинаковыми позиционными номерами. Из последующего описания следует, что варианты реализации могут быть осуществлены в любом устройстве, которое выполнено с возможностью отображения изображения, подвижного (например, видео) или неподвижного (например, статического изображение), и текстового или графического. Более конкретно, предполагается, что варианты реализации могут быть осуществлены в различных электронных устройствах или объединены с различными электронными устройствами, такими как, помимо прочего, мобильные телефоны, беспроводные устройства, персональные электронные секретари (PDA), переносные или мобильные компьютеры, GPS-приемники/ навигаторы, фотокамеры, МР3-плейеры, видеокамеры, игровые приставки, наручные часы, часы, калькуляторы, телевизионные мониторы, плоские панельные дисплеи, компьютерные мониторы, автомобильные дисплеи (например, дисплей одометра и т.д.), приборы управления и/или дисплеи в кабине самолета, дисплеи обзорных камер (например, дисплей камеры заднего вида в транспортном средстве), электронные фотографии, электронные информационные или рекламные щиты или электронные знаки, проекторы, архитектурные конструкции, упаковка и художественные конструкции (например, вывод на дисплей изображений на ювелирном изделии). Устройства на основе МЭМС со структурой, подобной описанным здесь, также могут быть использованы в применениях без дисплея, таких как электронные переключающие устройства.

[0014] Более конкретно, варианты реализации настоящего изобретения относятся к дисплеям, которые имеют квантованные характеристики отображения для каждого из пикселей, и к способам отображения изображений посредством таких дисплеев, Предложенные дисплеи и способы относятся к пространственному и временному псевдосмешению изображений, такому, что эффективное разрешение дисплея выше, чем результат собственного пространственного разрешения дисплея (зависимого от размера пикселя и шага пикселя), и собственного разрешения по интенсивности, зависимого от числа уровней квантования каждого из пикселей.

[0015] Пример элементов отображения, которые имеют квантованные уровни яркости, показан на фиг.1, на которой проиллюстрирован вариант реализации бистабильного дисплея, содержащего интерферометрический элемент отображения на основе МЭМС. В этих устройствах пиксели находятся в светлом или в темном состоянии. В светлом ("релаксационном" или "открытом") состоянии указанный дисплейный элемент отражает пользователю большую часть падающего видимого света. В темном ("активированном" или "закрытом") состоянии дисплейный элемент отражает пользователю малую часть падающего видимого света. В зависимости от варианта реализации светоотражающие свойства "открытого" и "закрытого" состояний могут быть изменены на противоположные. Пиксели на основе МЭМС могут быть выполнены с возможностью отражения преимущественно выбранных цветов и обеспечивать цветное отображение в дополнение к черно-белому.

[0016] На фиг.1 показан изометрический вид двух расположенных рядом пикселей в последовательности пикселей дисплея, причем каждый пиксель содержит интерферометрический модулятор на основе МЭМС. В одном варианте реализации один из отражающих слоев может быть перемещен в одно из двух положений. В первом положении, релаксационном, подвижный отражающий слой расположен на относительно большом расстоянии от зафиксированного частично отражающего слоя. Во втором положении, активированном, подвижный отражающий слой расположен ближе к частично отражающему слою, и является смежным с ним. Падающий свет, который отражается от этих двух слоев, подвергается конструктивной или деструктивной интерференции в зависимости от положения подвижного отражающего слоя, создавая общее отражающее или не отражающее состояние для каждого пикселя.

[0017] Показанный на фиг.1 участок матрицы пикселей содержит два расположенных рядом пикселя 12а и 12b. В пикселе 12а, расположенном слева, подвижный отражающий слой 14а показан в релаксационном положении на предварительно заданном расстоянии от оптической стопы 16а, которая содержит частично отражающий слой. В пикселе 12b, расположенном справа, подвижный отражающий слой 14b показан в активированном положении, расположенном рядом с оптической стопой 16b.

[0018] Без приложенного напряжения зазор 19 остается между подвижным отражающим слоем 14а и оптической стопой 16а, при этом подвижный отражающий слой находится 14а в механически релаксационном состоянии, как показано на примере пикселе 12а. Однако, если к выбранной строке и столбцу прикладывают разность потенциалов, конденсатор, сформированный в пересечении строковых и столбцовых электродов в соответствующем пикселе, становится заряженным, и электростатические силы сближают электроды. Если указанное напряжение является достаточно высоким, подвижный отражающий слой 14 деформируется и приближается к оптической стопе 16. Диэлектрический слой (показан) внутри оптической стопы 16 может предотвращать закорачивание и управлять расстоянием между слоями 14 и 16, как показано на примере активированного пикселя 12b, изображенном справа на фиг.1. Такое поведение является одинаковым независимо от полярности приложенной разности потенциалов. Поскольку пиксели 12а и 12b стабильны в любом из показанных состояний, их считают бистабильными, и соответственно они имеют избирательные светоотражающие характеристики, соответствующие каждому из двух стабильных состояний. Таким образом, указанный дисплей имеет собственное разрешение по интенсивности, соответствующее двум стабильным состояниям, и собственное пространственное разрешение, соответствующее шагу пикселей.

[0019] На фиг.2 проиллюстрирован процесс использования матрицы интерферометрических модуляторов в бистабильном дисплее.

[0020] Для интерферометрических модуляторов на основе МЭМС протокол активации строки/столбца может использовать преимущество гистерезисных свойств этих устройств, как проиллюстрировано на фиг.2. Для деформации подвижного слоя и перевода его из релаксационного состояния в активированное состояние в интерферометрическом модуляторе может потребоваться, например, разность потенциалов 10 вольт. Однако при уменьшении напряжения относительно указанного значения подвижный слой сохраняет свое состояние даже при снижении приложенного потенциала ниже 10 вольт. В варианте реализации, показанном на фиг.2, подвижный слой не переходит полностью в релаксационное состояние до снижения потенциала ниже 2 вольт. Таким образом, существует диапазон напряжений примерно 3-7 вольт, как в показанном на фиг.2 примере, в котором имеется область приложенного напряжения, в пределах которой устройство является стабильным, находясь в релаксационном или в активированном состоянии. Эта область именуется в настоящем описании как "гистерезисная область" или "область стабильности". Для дисплейной матрицы, имеющей гистерезисные характеристики, показанные на фиг.2, протокол активации строки/столбца может быть сформирован так, что во время стробирования строки те ее пиксели, которые должны быть переведены в активированное состояние, открываются при разности напряжений примерно 10 вольт, а пиксели, которые должны быть переведены в релаксационное состояние, подвергаются разности напряжений, близкой к нулю вольт. После стробирования пиксели переходят в стабильное состояние или подвергаются действию разности напряжений смещения примерно 5 вольт так, что остаются в том состоянии, в которое они были приведены при стробировании строки. После записи каждый пиксель воспринимает разность потенциалов в пределах "области стабильности" 3-7 вольт, как показано в этом примере. Эта отличительная особенность позволяет стабилизировать конструкцию пикселя, показанную на фиг.1, при условии подачи одного и того же напряжения в существующем перед этим активированном или в релаксационном состоянии. Поскольку каждый пиксель интерферометрического модулятора в активированном или в релаксационном состоянии является по существу конденсатором, сформированным зафиксированным и движущимися отражающими слоями, это стабильное состояние может быть сохранено при напряжениях в пределах гистерезисной области почти без рассеяния энергии.

[0021] На фиг.3А и 3В показаны принципиальные схемы варианта реализации отображающего устройства 40, в котором бистабильные элементы отображения, такие как пиксели 12а и 12b, показанные на фиг.1, могут быть использованы вместе с управляющей схемой, выполненной с возможностью пространственного и временного размыва изображения так, что эффективное разрешение дисплея выше результата собственного пространственного разрешения дисплея и собственного разрешения дисплея по интенсивности. Отображающее устройство 40 может быть, например, сотовым или мобильным телефоном. Однако те же самые компоненты отображающего устройства 40 или их незначительно измененные варианты также служат примером различных типов отображающих устройств, таких как телевизоры и мобильные медиа-плейеры.

[0022] Отображающее устройство 40 содержит корпус 41, дисплей 30, антенну 43, динамик 44, устройство 48 ввода и микрофон 46. Корпус 41 может быть сформирован любым производственным способом, включая литье под давлением и вакуумное формование. Кроме того, корпус 41 может быть выполнен из любых материалов, включая, помимо прочего, пластик, металл, стекло, каучук и керамику, или их комбинацию. В одном варианте реализации корпус 41 включает сменные части (не показаны), которые могут быть заменены другими сменными частями отличного цвета или содержащими различные логотипы, изображения или символы.

[0023] Дисплей 30 отображающего устройства 40 может представлять собой любой дисплей, включая бистабильный дисплей, описанный в настоящем описании. В некоторых вариантах реализации дисплей 30 представляет собой плоскопанельный дисплей, такой как плазменный, электролюминесцентный (EL), светодиодный (OLED), ЖК дисплей с матрицей пассивных скрученных нематических элементов (STN LCD) или ЖК дисплей на основе тонкопленочных транзисторов (TFT LCD), как описано выше, или неплоскопанельный дисплей, например, с электронно-лучевой или другой трубкой, известный специалистам. Однако при описании настоящего варианта реализации дисплей 30 представляет собой дисплей на основе интерферометрических модуляторов.

[0024] Компоненты одного варианта реализации отображающего устройства 40 схематично показаны на фиг.3В. Показанное устройство 40 содержит корпус 41 и может содержать дополнительные компоненты, по меньшей мере частично размещенные в указанном корпусе. Например, в одном варианте реализации устройство 40 содержит сетевой интерфейс 27, который содержит антенну 43, соединенную с приемопередатчиком 47, который, в свою очередь, соединен с процессором 21, который соединен с преобразующими аппаратными средствами 52, которые могут быть выполнены с возможностью модифицирования сигнала (например, его фильтрации). Преобразующие аппаратные средства 52 соединены с динамиком 45 и микрофоном 46. Процессор 21 также соединен с устройством 48 ввода и контроллером 29 формирователя, который соединен с кадровым буфером 28 и с матричным формирователем 22, который, в свою очередь, соединен с дисплейной матрицей 30. Источник 50 питания обеспечивает энергией все компоненты в соответствии с конструкцией конкретного 40.

[0025] Сетевой интерфейс 27 содержит антенну 43 и приемопередатчик 47 так, что отображающее устройство 40 может взаимодействовать по меньшей мере с одним устройством по сети. В одном варианте реализации сетевой интерфейс 27 также может быть выполнен с возможностью облегчения работы процессора 21. Антенна 43 может быть любой антенной для передачи и приема сигналов. В одном варианте реализации антенна передает и принимает радиочастотные сигналы в соответствии со стандартом IEEE 802.11, включая IEEE 802.11 (a), (b) или (д). В другом варианте реализации антенна передает и принимает радиочастотные сигналы в соответствии со стандартом BLUETOOTH. В случае мобильного телефона антенна выполнена с возможностью приема сигналов стандартов множественного доступа с кодовым разделение (CDMA), глобальной системы мобильной связи (GSM), усовершенствованной службы мобильной телефонной связи (AMPS), W-CDMA (широкополосной CDMA) или других известных сигналов, которые используются для связи в беспроводных сотовых телефонных сетях. Приемопередатчик 47 предварительно обрабатывает сигналы, принимаемые от антенны 43, так что они могут быть приняты и дополнительно обработаны процессором 21. Приемопередатчик 47 также обрабатывает сигналы, принимаемые от процессора 21, так, что они могут быть переданы от отображающего устройства 40 через антенну 43.

[0026] В дополнительном варианте реализации приемопередатчик 47 может быть заменен приемником. В еще одном варианте реализации сетевой интерфейс 27 может быть заменен видеоисточником, который может сохранять или генерировать видеоданные, предназначенные для отправки процессору 21. Например, видеоисточник может быть цифровым видеодиском (DVD) или накопителем на жестких дисках, который содержит видеоданные, или программным модулем, который генерирует видеоданные.

[0027] Процессор 21, как правило, управляет общей работой отображающего устройства 40. Процессор 21 принимает данные, такие как сжатые видеоданные, от сетевого интерфейса 27 или видеоисточника и обрабатывает данные с получением исходных видеоданных или в формат, в котором эти видеоданные могут быть легко обработаны с получением исходных видеоданных. Затем процессор 21 передает обработанные данные контроллеру 29 формирователя или в кадровый буфер 28 для хранения. Исходные данные обычно относятся к информации, которая идентифицирует характеристики каждой области изображения. Например, такие характеристики изображения могут включать цвет, насыщенность и уровень шкалы серого.

[0028] В одном варианте реализации процессор 21 содержит микроконтроллер, центральный процессор или логическое устройство для управления работой отображающего устройства 40. Преобразующие аппаратные средства 52, как правило, включают усилители и фильтры для передачи сигналов в динамик 45 и для приема сигналов от микрофона 46. Средства 52 могут быть выполнены в виде отдельных компонент, размещенных в устройстве 40, или могут быть встроены в процессор 21 или другие компоненты.

[0029] Устройство 48 ввода позволяет пользователю управлять работой отображающего устройства 40. В одном варианте реализации устройство 48 ввода включает клавиатуру, такую как клавиатура QWERTY, или телефонную клавиатура, кнопку, переключатель, сенсорный экран или мембрану, чувствительную к воздействию давления или тепла. В одном варианте реализации устройством ввода для отображающего устройства 40 является микрофон 46. При использовании микрофона 46 для ввода данных в указанное устройство 40 для управления его работой пользователь может подавать голосовые команды.

[0030] В некоторых вариантах реализации управляющая программа размещена, как описано выше, в контроллере формирователя, который может быть расположен в нескольких местах в электронной системе дисплея. В некоторых случаях управляющая программа размещена в матричном формирователе 22.

[0031] Источник 50 питания может представлять собой различные известные устройства хранения энергии. Например, в одном варианте реализации источник 50 питания представляет собой перезаряжаемую батарею, такую как никель-кадмиевая батарея или литиевая ионная батарея. В другом варианте реализации источник 50 питания представляет собой возобновляемый источник энергии, конденсатор или солнечную батарею, в том числе пластмассовую солнечную батарею и светочувствительную краску. В другом варианте реализации источник 50 питания выполнен с возможностью получения энергию из сетевой розетки. Источник питания 50 также может иметь регулятор мощности источника питания, выполненный с возможностью подачи тока для управления дисплеем по существу при постоянном напряжении. В некоторых вариантах реализации постоянное напряжение основано по меньшей мере частично на опорном напряжении, причем постоянное напряжение может быть зафиксировано в значении, которое больше или меньше опорного напряжения.

[0032] Контроллер 29 формирователя принимает исходные видеоданные, сгенерированные процессором 21, непосредственно от процессора 21 или из кадрового буфера 28 и переформатирует исходные видеоданные соответствующим образом для высокоскоростной передачи в матричный формирователь 22. В частности, контроллер 29 формирователя переформатирует исходные видеоданные в поток данных с растровым форматом, имеющим временной порядок, подходящий для сканирования дисплейной матрицы 30. Затем контроллер 29 формирователя передает форматированную информацию в матричный формирователь 22. Хотя контроллер 29 формирователя, такой как контроллер ЖК дисплея, часто бывает связан с системным процессором 21 в виде отдельной интегральной схемы, такие контроллеры могут быть реализованы различными способами. Они могут быть встроены в процессор 21 в качестве аппаратных средств, встроены в процессор 21 в виде программных средств или полностью встроены в аппаратные средства с матричным формирователем 22.

[0033] Как правило, матричный формирователь 22 принимает форматированную информацию от контроллера 29 формирователя и переформатирует видеоданные в параллельный набор колебательных сигналов, которые подводят с некоторой частотой, соответствующей некоторому количеству раз в секунду, к сотням, а иногда и тысячам выводов, ведущих из пиксельной х-у-матрицы дисплея.

[0034] В одном варианте реализации контроллер 29 формирователя, матричный формирователь 22 и дисплейная матрица 30 соответствуют любому из типов дисплеев, описанных в настоящем описании. Например, в одном варианте реализации, контроллер 29 формирователя является контроллером стандартного дисплея или бистабильного дисплея (например, контроллером интерферометрических модуляторов). В другом варианте реализации матричный формирователь 22 является стандартным драйвером или драйвером бистабильного дисплея (например, дисплея на основе интерферометрических модуляторов). В одном варианте реализации контроллер 29 формирователя объединен с матричным формирователем 22. Такой вариант реализации является типовым для высокоинтегрированных систем, таких как сотовые телефоны, наручные часы и другие устройства с малогабаритными дисплеями. В еще одном варианте реализации дисплейная матрица 30 представляет собой матрицу стандартного дисплея или матрицу бистабильного дисплея (например, дисплея, содержащего матрицу интерферометрических модуляторов). В некоторых вариантах реализации дисплейная матрица 30 относится к дисплею другого типа. Контроллер 29 формирователя или матричный формирователь 22, или оба этих компонента, могут быть выполнены с возможностью пространственного и временного псевдосмешений отображаемого изображения так, что эффективное разрешение дисплея выше результата собственного пространственного разрешения дисплея и собственного разрешения дисплея по интенсивности.

[0035] Для специалистов в данной области техники очевидно, что вышеописанная конструкция может быть осуществлена в любом количестве аппаратных средств и/или компонентов программного обеспечения и в различных конфигурациях.

[0036] В схемотехнике драйверов используются новейшие и гибкие способы синтеза большого количества градаций интенсивности или уровней серого на дисплеях с ограниченным числом градаций собственной интенсивности при уменьшении заметности шума изображения, создаваемого в процессе синтеза. В указанных способах комбинируют многоуровневое стохастическое пространственное псевдосмешение с подавлением шума путем временного осреднения изображений, созданных с использованием шаблонов пространственного псевдосмешения, переменными пространственными структурами пороговых значений шаблона. Результатом является решение для синтеза уровня серого, в котором количество эффективных уровней интенсивности может быть по существу увеличено при минимизированном воздействии на видимую пространственную шумовую картину. В таких способах может быть использован компромисс между пространственным разрешением дисплея и синтезом уровня серого при минимизации ввода пространственной шумовой картины или других дефектов изображения, которые могут ухудшить качество изображения на дисплее.

[0037] Пространственное псевдосмешение представляет собой способ, который жертвует пространственной областью (или пространственным разрешением) ради разрешения по интенсивности (или по уровню серого). Данный способ включает различные приемы, которые увеличивают эффективное число "воспринимаемых" уровней серого и/или цветов для устройств с ограниченным числом собственных уровней серого и/или цветов. В этих способах используется ограниченное пространственное разрешение зрительной системы человека, а также ограничения контрастной чувствительности зрительной системы человека, особенно на высоких пространственных частотах. Пространственное псевдосмешение возникло в качестве способа, обеспечивающего синтез уровня серого в технологиях двухуровневой печати, и в настоящее время осуществляется в той или иной форме в большинстве печатающих устройств и приложений. Поскольку указанная методика может обеспечивать превосходное качество изображения для отображающих устройств с высоким пространственным разрешением при ограниченных собственных возможностях шкалы серого, она используется как в монохромных, так и в цветных матричных отображающих устройствах.

[0038] Технологии пространственного псевдосмешения могут быть разделены на две основные категории: способы точечной обработки и способы операций над соседними элементами.

[0039] Способы точечной обработки не зависят от изображения и соседних пикселей, что обеспечивает хорошую вычислительную эффективность для дисплеев и видео приложений. Среди наиболее используемых технологий точечной обработки для пространственного псевдосмешения известны шумовое кодирование, упорядоченное псевдосмешение и стохастическое псевдосмешение структуры. Шумовое кодирование предполагает добавление случайного значения к значению многоуровневого входного сигнала пиксела, сопровождаемое операцией пороговой обработки для определения окончательного выходного значения пикселя. Хотя шумовое кодирование эффективно в увеличении количества эффективных уровней серого, оно формирует пространственную структуру с характеристиками "белого шума" и видимой зернистостью, вытекающей из низких пространственных частот в шумовом сигнале.

[0040] Упорядоченное псевдосмешение представляет собой совокупность технологий, в которых зафиксированная структура ряда пикселей внутри предварительно заданной области X-Y пикселов определяет порядок или образец для активации пикселей перед операцией пороговой обработки. К двум наиболее известным вариантам упорядоченного псевдосмешения относятся кластерно-точечное псевдосмешение и дисперсно-точечное псевдосмешение. Они могут обеспечивать хорошие результаты, но склонны к генерации видимых периодических пространственных дефектов изображения, которые воздействуют на структуру изображения или искажают ее.

[0041] Стохастическое псевдосмешение структуры подобно упорядоченному псевдосмешению, но стохастическая структура шаблона пространственного псевдосмешения формирует особенность, называемую "голубой шум", с минимальными пространственными дефектами изображения и приятным внешним видом.

[0042] Способы пространственного псевдосмешения, которые основаны на операциях над соседними элементами, характеризуются способом диффузии ошибки. В этом способе ошибки зависимого от изображения уровня серого пиксела распределены или рассеяны по некоторому участку с соседними пикселами. Диффузия ошибки является эффективным способом пространственного псевдосмешения, которое подобно стохастическому псевдосмешению структуры приводит к образованию структуры пространственного псевдосмешения с характеристиками "голубого шума" и минимальными пространственными или структурными дефектами изображения. Недостатки диффузии ошибки состоят в том, что указанный способ является зависимым от изображения и требует большого объема вычислений, а также предрасположен к образованию специфических видимых дефектов, известных как "червячные артефакты". Диффузия ошибки обычно поддается операциям обработки отображения в режиме реального времени из-за большого объема вычислений, требуемого для этих операций, и их природы, характеризуемой зависимостью от изображения.

[0043] Многоуровневое стохастическое псевдосмешение структуры в некоторой степени представляет собой эффективный подход к синтезу уровня серого для электронных дисплеев с ограниченными собственными свойствами шкалы серого. В таких технологиях используются шаблоны псевдосмешения, имеющие некоторые стохастические характеристики для создания прошедших псевдосмешение вариантов отображаемых изображений. Стохастическая характеристика шаблонов псевдосмешения получается в результате процесса, в котором создается структура псевдосмешения. Известны два способа создания стохастических структур псевдосмешения с характеристиками "голубого шума": способ маскирования голубого шума и способ пустой операции и кластера. Способ маскирования голубого шума основан на концепции частотной области, а способ пустой операции и кластера основан на операциях в пространственной области. Генерация шаблона псевдосмешения способом пустой области и кластера основана на циклической свертки в пространственной области. Это приводит к возможности создания малых стохастических шаблонов, которые могут быть мозаично расположены без резких переходов для заполнения пространства отображаемого изображения.

[0044] Хотя результатом многоуровневого стохастического псевдосмешения структуры может стать улучшение качества изображения для дисплеев с ограниченными собственными свойствами шкалы серого, тем не менее, еще остается проблема остаточной видимой зернистости, возникающей из структуры пространственного псевдосмешения. Эта остаточная зернистость наиболее видна в самых темных синтезированных оттенках градаций и на тех участках, где дисплей имеет относительно небольшое количество собственных уровней серого (например, 3 бита или 8 уровней).

[0045] Для преодоления указанных недостатков могут быть использованы улучшенные способы многоуровневого стохастического псевдосмешения. Указанные способы уменьшают остаточную шумовую картину путем осреднения по времени последовательности шаблонных прошедших псевдосмешение изображений, в которых синтезированные уровни серого образованы различными стохастическими шаблонами псевдосмешения. Временное осреднение достигается благодаря ограниченному временному разрешению зрительной системы человека. Множество вариантов изображения отображаются в быстрой последовательности так, что для наблюдателя указанные варианты изображения выглядят как одно изображение. Для наблюдателя интенсивность в любом пикселе равна осредненной интенсивности всех отображенных вариантов. Соответственно, наблюдатель воспринимает величины уровней серого, расположенные между величинами фактически отображенных уровней серого.

[0046] Например, монохромный дисплей может иметь пиксели, каждый из которых является включенным или выключенным, причем данные для каждого пикселя составляют один бит. На основе двух различных шаблонов могут быть созданы два варианта изображения. Каждый из вариантов может быть отображен в быстрой последовательности так, что эти два изображения воспринимаются как одно изображение. Пиксели, которые выключены в обоих изображениях, будут казаться наблюдателю темными, а те пиксели, которые включены в обоих изображениях, для наблюдателя появятся как максимально яркие. Однако те пиксели, которые включены в одном варианте и выключены в другом варианте, появятся с примерно половинной от максимума яркостью. Соответственно, наблюдатель воспримет более сглаженные уровни серого по всему изображению.

[0047] Указанное множество вариантов изображения может быть создано с использованием шаблонов, представляющих математические операции, которые должны быть выполнены над каждым пикселем исходного изображения. Различные типы шаблонов оказывают различное действие на пространственный шум отображаемого изображения, а также на временной шум последовательности отображаемых изображений в случае видео. Таким образом, воздействие на шум может быть рассмотрено при определении шаблонов для использования.

[0048] В некоторых вариантах реализации используются многоуровневые стохастические шаблоны псевдосмешения, которые уменьшают остаточную шумовую картину путем временного осреднения последовательности прошедших псевдосмешение вариантов изображения. Показанная на фиг.4 структурная схема одного варианта реализации иллюстрирует методику многоуровневого пространственного псевдосмешения, в которой создается последовательность прошедших смещение вариантов изображения с использованием различных шаблонов псевдосмешения. Поскольку каждый из шаблонов псевдосмешения приводит к различным шумовым картинам или картинам зернистости при временном осреднении указанных вариантов, результатом будет уменьшение шумовой картины или увеличение соотношения сигнал/шум.

[0049] Как показано для каждого варианта изображения, входное изображение ОL [х, у] обрабатывается согласно нормализованному шаблону псевдосмешения D [x',y'] с созданием прошедшего псевдосмешение варианта изображения S [x, y]. В этом варианте реализации прошедший псевдосмешение вариант изображения S [x, y] квантуют для создания выходного изображения OL [х, у]. Результатом является последовательность N вариантов входного изображения IL [х, у], в которой каждый вариант создан с использованием различных шаблонов. Окончательное выходное изображение отображается как последовательность N вариантов, отображаемых в быстрой последовательности так, что варианты осредняются по времени. В некоторых вариантах реализации последовательность вариантов изображения может быть отображена многократно. В некоторых вариантах реализации порядок последовательности может быть изменен между повторно отображаемыми последовательностями.

[0050] Если на последовательных кадрах используются некоррелированные стохастические шаблоны, то отношение сигнал-шум увеличивается пропорционально квадратному корню от количества осредненных прошедших псевдосмешение изображений. В соответствии с применением и требованиями к качеству изображения может быть использовано изменяемое от 2 до N количество шаблонов. Также может быть использовано предварительно вычисленные коррелированные шаблоны, которые связаны между собой математической зависимостью. Такие шаблоны способствуют увеличению соотношения сигнал-шум изображения при меньшем количестве осредненных по времени кадров. Одним примером такого набора шаблонов является использование пар стохастических шаблонов, в которых пороговые значения в месте расположения каждого пикселя являются инверсными по отношению друг к другу.

[0051] Этот способ может быть легко применен в различных технологиях отображения, например, для использования в отображающих устройствах прямого наблюдения, так и в проекционных применениях. Результатом является высокоэффективное решение для синтеза уровня серого, в котором количество эффективных уровней интенсивности по существу увеличено при большом соотношении сигнал-шум в изображении.

[0052] На фиг.5 показана блок-схема, иллюстрирующая способ 100 отображения изображения согласно одному из вариантов реализации. Предложенный способ содержит этапы приема данных, создания первого и второго вариантов изображения на основе принятых данных и отображения изображения путем последовательного отображения первого и второго варианта.

[0053] На этапе 110 принимают данные, представляющие изображение. Указанные данные имеют связанное с ними некоторое квантование. Например, данные могут иметь 24 бита, по 8 битов для каждого из трех цветов одиночного пикселя. Также могут быть использованы другие форматы данных. В случае необходимости данные преобразуют в формат, обеспечивающий их дополнительную обработку, как описано далее.

[0054] На этапах 120 и 130 создают первый и второй варианты изображения на основе данных, принятых на этапе 110. Данные, принятые на этапе 110 для каждого пикселя, могут быть изменены согласно шаблону пространственного псевдосмешения. Первый и второй варианты создают на основе первого и второго шаблонов, соответственно, причем указанные первый и второй шаблоны различны. В некоторых вариантах реализации первый и второй шаблоны связаны алгоритмически.

[0055] В некоторых вариантах реализации для каждого компонента пикселей используют отдельный шаблон. Например, к набору данных для каждого из цветных компонентов пикселя может быть добавлено некоторое значение, основанное на шаблоне, использованном для этого компонента.

[0056] На этапе 140 отображают изображение путем последовательного отображения первого и второго варианта изображения таким образом, чтобы осреднить по времени первой и второй варианты. В некоторых вариантах реализации изображение представляет собой неподвижное изображение, а первый и второй варианты изображения могут быть многократно отображены в течение всего времени показа изображения на дисплее. Первый и второй варианты могут быть многократно показаны в том же порядке, или порядок может быть изменен. В некоторых вариантах реализации создают и отображают более двух вариантов изображения. В некоторых вариантах реализации следующий вариант для отображения выбирают по случайному или псевдослучайному закону. В некоторых вариантах реализации определяют и многократно отображают последовательность всех или некоторых вариантов, причем указанная последовательность иногда может быть изменена.

[0057] В некоторых вариантах реализации изображение представляет собой часть последовательности изображений, которые, например, вместе формируют видео поток. В таких вариантах реализации, если частота кадров дисплея равна 30 кадров в секунду, каждое изображение кадра может быть отображено в течение примерно 1/30 секунды. Соответственно, во время периода, равного 1/30 секунды отображения изображения, первый и второй варианты изображения каждый может быть отображен в течение примерно половины периода, равного 1/30 секунды. В некоторых вариантах реализации частота кадров различна, а в некоторых вариантах реализации во время периода кадра отображают больше двух вариантов.

[0058] В некоторых вариантах реализации для всех кадров используют одни и те же шаблоны псевдосмешения для создания множества вариантов изображения кадра. В другом варианте реализации изобретения для последовательных изображений кадра могут быть использованы различные шаблоны. Например, для первого кадра могут быть использованы шаблоны 1 и 2 псевдосмешения для создания первого и второго вариантов изображения кадра, и для следующего кадра могут быть использованы любой или оба из шаблонов 1 и 2, или могут быть использованы любой или оба из дополнительных шаблонов 3 и 4.

[0059] В некоторых вариантах реализации отображают каждую из последовательностей изображений путем отображения лишь одного варианта каждого изображения. Для создания одного варианта каждого изображения один из ряда шаблонов может быть использован так, что варианты изображений, расположенных рядом во времени, создают с использованием различных шаблонов. Поскольку изображения, расположенные рядом во времени, часто бывают подобны друг другу, использование различных шаблонов для создания прошедшего псевдосмешение варианта каждого из указанных изображений обеспечивает улучшение восприятия, подобное рассмотренному выше, при котором каждое изображение отображают как множество прошедших псевдосмешение вариантов.

[0060] Хотя в вышеприведенном подробном описании показаны, объяснены и указаны новые отличительные особенности в применении к различным вариантам реализации, следует понимать, что специалистами могут быть сделаны различные изъятия, замены и изменения в форме и деталях устройства или проиллюстрированного процесса без отступления от сущности настоящего изобретения. Следует понимать, что настоящее изобретение может быть осуществлено в форме, которая не содержит всех отличительных особенностей и преимуществ, сформулированных в настоящем описании, поскольку некоторые отличительные особенности могут быть использованы или осуществлены на практике отдельно от других.

Изобретение относится к вычислительной технике, и более конкретно к дисплеям, которые имеют квантованные характеристики отображения для каждого пикселя. Техническим результатом является улучшение качества изображения для бистабильных дисплеев. Способ отображения первого изображения на дисплее включает в себя этап создания первого варианта первого изображения в соответствии с первым шаблоном пространственного псевдосмешения. Далее создают второй вариант первого изображения в соответствии со вторым шаблоном пространственного псевдосмешения, отличающимся от указанного первого шаблона. А также отображают первое изображение путем последовательного отображения первого и второго вариантов первого изображения на дисплее посредством осреднения по времени последовательности первого и второго вариантов изображения. 5 н. и 32 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ отображения первого изображения на дисплее, согласно которому
создают первый вариант первого изображения в соответствии с первым шаблоном пространственного псевдосмешения,
создают второй вариант первого изображения в соответствии со вторым шаблоном пространственного псевдосмешения, отличающимся от указанного первого шаблона, и
отображают первое изображение путем последовательного отображения первого и второго вариантов первого изображения на дисплее посредством осреднения по времени последовательности первого и второго вариантов изображения,
причем первое изображение содержит, по меньшей мере, два цветных компонента, при этом первый и второй варианты первого изображения создают для каждого из цветных компонентов.

2. Способ по п.1, в котором дисплей имеет собственное разрешение по интенсивности, а первое изображение отображают с эффективным разрешением по интенсивности, которое выше собственного разрешения дисплея по интенсивности.

3. Способ по п.1, согласно которому дополнительно
создают, по меньшей мере, один дополнительный вариант первого изображения в соответствии с, по меньшей мере, одним дополнительным шаблоном пространственного псевдосмешения, и
последовательно отображают на дисплее указанные первый, второй и дополнительный варианты.

4. Способ по п.3, в котором дисплей имеет собственное разрешение по интенсивности, а первое изображение отображают с эффективным разрешением по интенсивности, основанным, по меньшей мере, частично на количестве отображаемых вариантов первого изображения.

5. Способ по п.3, в котором, по меньшей мере, один из дополнительных шаблонов идентичен первому или второму шаблону.

6. Способ по п.1 в котором первое изображение представлено последовательностью наборов данных, каждый из которых представляет пиксель первого изображения, причем при создании первого и второго вариантов первого изображения изменяют, по меньшей мере, один набор данных в соответствии с первым и вторым шаблонами, соответственно.

7. Способ по п.6, в котором при создании первого и второго вариантов первого изображения дополнительно выполняют пороговую обработку, по меньшей мере, одного набора данных.

8. Способ по п.1, в котором первое изображение является по существу монохромным.

9. Способ по п.1, согласно которому дополнительно
создают первый вариант второго изображения в соответствии с третьим шаблоном,
создают второй вариант второго изображения в соответствии с четвертым шаблоном и
отображают первый и второй варианты второго изображения после отображения первого и второго вариантов первого изображения.

10. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, один из первого и второго шаблонов пространственного псевдосмешения содержит мозаично расположенные стохастические шаблоны.

11. Способ по п.1, в котором первый и второй шаблоны пространственного псевдосмешения созданы так, что они связаны между собой математической зависимостью.

12. Способ по п.11, в котором первый и второй шаблоны пространственного псевдосмешения выполнены с возможностью уменьшения шума изображения благодаря указанной математической зависимости.

13. Способ по п.11, в котором первый и второй шаблоны пространственного псевдосмешения содержат пороговые значения для каждого пикселя, причем каждый из пикселей первого шаблона соответствует одному из пикселей второго шаблона, а пороговые значения по меньшей мере для некоторых пикселей первого шаблона являются инверсными в отношении пороговых значений соответствующих пикселей второго шаблона.

14. Способ отображения первого изображения на дисплее, имеющем собственное разрешение по интенсивности, согласно которому
создают первый вариант первого изображения в соответствии с первым шаблоном,
создают второй вариант первого изображения в соответствии со вторым шаблоном, отличающимся от первого шаблона, и
отображают первый и второй варианты первого изображения так, что эффективное разрешение первого изображения выше собственного разрешения дисплея по интенсивности,
отображают первое изображение путем последовательного отображения первого и второго вариантов первого изображения посредством осреднения по времени последовательности первого и второго вариантов первого изображения,
причем первое изображение содержит, по меньшей мере, два цветных компонента, при этом первый и второй варианты первого изображения создают для каждого из цветных компонентов.

15. Способ по п.14, согласно которому дополнительно
создают, по меньшей мере, один дополнительный вариант первого изображения в соответствии с, по меньшей мере, одним дополнительным шаблоном, и
отображают указанные дополнительные варианты для обеспечения дополнительного улучшения эффективного разрешения.

16. Способ по п.15, в котором по меньшей мере один из дополнительных шаблонов по существу совпадает с первым или вторым шаблоном.

17. Способ по п.14, в котором первое изображение представлено последовательностью наборов данных, каждый из которых представляет пиксель первого изображения, причем при создании первого и второго вариантов первого изображения изменяют по меньшей мере один набор данных в соответствии с первым и вторым шаблонами соответственно.

18. Способ по п.14, в котором при создании первого и второго вариантов первого изображения дополнительно выполняют пороговую обработку по меньшей мере одного наборов данных.

19. Способ по п.14, в котором первый и второй варианты отображают последовательно.

20. Способ по п.14, в котором первое изображение является по существу монохромным.

21. Способ по п.14, согласно которому дополнительно
создают первый вариант второго изображения в соответствии с первым шаблоном,
создают второй вариант второго изображения в соответствии со вторым шаблоном и
отображают первый и второй варианты второго изображения после отображения первого и второго вариантов первого изображения.

22. Способ по п.14, в котором по меньшей мере один из первого и второго шаблонов содержит мозаично расположенные стохастические шаблоны.

23. Способ подавления шумовой картины в изображениях, отображенных на дисплее, согласно которому создают первое изображение с помощью первого и второго вариантов первого изображения, посредством использования первого и второго шаблонов пространственного псевдосмешения соответственно, и согласно которому осредняют по времени прошедшие пространственное псевдосмешение изображения, созданные с использованием различных шаблонов пространственного псевдосмешения, причем каждое из прошедших пространственное псевдосмешение изображение содержит, по меньшей мере, два цветных компонента, каждый из которых подвергнут пространственному псевдосмешению.

24. Способ по п.23, согласно которому при осреднении по времени изображений последовательно создают и отображают на дисплее первый и второй варианты изображения.

25. Способ по п.24, в котором изображение представлено последовательностью наборов данных, каждый из которых представляет пиксель первого изображения, причем при создании первого и второго варианта первого изображения изменяют, по меньшей мере, один набор данных в соответствии с первым и вторым шаблонами соответственно.

26. Способ по п.25, согласно которому при создании первого и второго варианта первого изображения дополнительно выполняют пороговую обработку по меньшей мере одного набора данных.

27. Способ по п.23, в котором дисплей имеет собственное разрешение по интенсивности, а изображение отображают с эффективным разрешением, которое выше собственного разрешения дисплея по интенсивности.

28. Способ по п.23, в котором по меньшей мере один из шаблонов пространственного псевдосмешения содержит мозаично расположенные стохастические шаблоны.

29. Схема матричного формирователя и контроллера дисплея, выполненная с возможностью осреднения по времени прошедших пространственное псевдосмешение изображений, созданных с использованием различных шаблонов пространственного псевдосмешения, причем каждое из прошедших пространственное псевдосмешение изображений содержит, по меньшей мере, два цветных компонента, каждый из которых подвергнут пространственному псевдосмешению, причем первое изображение создано с помощью первого и второго вариантов первого изображения, посредством использования первого и второго шаблонов пространственного псевдосмешения соответственно.

30. Схема по п.29, выполненная с возможностью последовательного вывода различных вариантов одного и того же изображения, создаваемых с использованием различных шаблонов пространственного псевдосмешения.

31. Схема по п.30, выполненная с возможностью
создания первого варианта первого изображения в соответствии с первым шаблоном пространственного псевдосмешения и
создания второго варианта первого изображения в соответствии со вторым шаблоном пространственного псевдосмешения, отличающимся от указанного первого шаблона.

32. Схема по п.31, выполненная с возможностью создания по меньшей мере одного дополнительного варианта первого изображения в соответствии по меньшей мере с одним дополнительным шаблоном пространственного псевдосмешения.

33. Устройство для подавления шумовой картины в изображениях, отображенных на дисплее, причем первое изображение создано с помощью первого и второго вариантов первого изображения, посредством использования первого и второго шаблонов пространственного псевдосмешения соответственно, содержащее средства осреднения по времени прошедших пространственное псевдосмешение изображений, созданных с использованием различных шаблонов пространственного псевдосмешения.

34. Устройство по п.33, в котором указанные средства осреднения по времени содержат схему матричного формирователя и контроллера дисплея.

35. Устройство по п.33, в котором указанные средства осреднения по времени выполнены с возможностью последовательного вывода различных вариантов одного и того же изображения, созданных с использованием различных шаблонов пространственного псевдосмешения.

36. Устройство по п.35, в котором указанные средства осреднения по времени выполнены с возможностью
создания первого варианта первого изображения в соответствии с первым шаблоном пространственного псевдосмешения и
создания второго варианта первого изображения в соответствии со вторым шаблоном пространственного псевдосмешения, отличающимся от указанного первого шаблона.

37. Схема матричного формирователя и контроллера дисплея по п.29, в которой указанные средства осреднения по времени выполнены с возможностью создания по меньшей мере одного дополнительного варианта первого изображения в соответствии по меньшей мере с одним дополнительным шаблоном пространственного псевдосмешения.