CN1465040A

CN1465040A - 彩色图像显示方法和装置

Info

Publication number: CN1465040A
Application number: CN02802556A
Authority: CN
Inventors: 佐藤宏明
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2002-04-22
Publication date: 2003-12-31
Also published as: EP1408478A1; WO2003003337A1; US20040027362A1

Abstract

本发明涉及用一个白炽灯作为调制手段进行彩色显示的图像显示装置或投射型图像显示装置，可提供能消除与灰度变化对应的显示亮度变化不连续的彩色图像显示方法和装置。对与灰度变化对应的显示光量变化的不连续，入射到图像显示板且移动各色照射光的光量存在时间上的变动时，或者即使不存在该变动时，求入射光量的规定值和取该规定值的定时，设定各显示灰度位进行PWM驱动的定时，使各显示灰度位n进行PWM驱动的显示亮度为所述规定值与2ⁿ的积，消除显示灰度之间的亮度不连续，以此进行图像显示。

Description

彩色图像显示方法和装置

技术领域

本发明涉及用一个白炽灯作为调制手段进行彩色显示的图像显示装置或投射型图像显示装置。

背景技术

历来，作为进行全色图像的显示方法，有PWM驱动制式，近来还一直广泛用于等离子显示等各种点阵制式显示中。

所谓PWM驱动显示，如图11所示，是指与RGB视像信号振幅成比例的周期接通显示元件的显示的，利用振幅-时间轴变换处理来形成浓淡显示的制式。图12示出RGB视像信号的灰度为8位时的最基本PWM模式。该模式对与RGB各灰度位成比例的时间接通或关断显示。然而，这种方法具有显示接通的部分集中于部分周期的倾向，因而产生闪烁和活动图像时的假轮廓，是个课题。为了解决图12的课题，一般采用图13的PWM模式，图13将各灰度位划分为细段，避免一个特定的灰度集中于部分周期，从而解决上述图12的课题。但是，图12、图13另外还存在共同的课题。该课题是：因为都用时分方式驱动RGB的PWM模式，在进行活动图像显示时产生色分离。为了解决该课题，使用图14的PWM模式。图14的PWM模式将RGB各色的PWM模式划分成多个，并且使划分后的模式形成RGB、RGB--的并行变化。利用增加划分数，超越人眼觉察范围，从而消除色分离。

白炽灯制的显示中，具有将红、绿、蓝各色光入射到图像显示板并且使各色光在该板上连续移动的光学系统，以PWM方式依据光通过的定时驱动图像显示板，进行全色图像显示，这种显示即使采用所谓“积分器”将光源的光聚集成具有均匀光量分布的矩形状光，也在通过色分离光学系统和扫描光学系统的透镜系统时，因余弦4次方法则而在光轴中心部和周边部之间产生亮度差。因此，图像显示板上通过的扫描光在时间、空间上亮度都不稳定。空间亮度差呈现为画面上各位置的亮度差，但利用视频信号亮度调制加以解决的方法较普通，无特殊问题。然而，由于对图像显示板进行作为时间方向的处理的PWM驱动，时间亮度差产生灰度间的亮度差，即对应于灰度变化的显示光量变化不连续。

而且，上述白炽灯制式的显示由于采用PWM驱动方式，因视频量化位数而使灰度展现受到限制。因此，灰度数不够时，形成具有欠缺光滑度的假轮廓的图像。

又，上述白炽灯制的显示中，由于扫描图像显示板的各色扫描光交界处部分的亮度降低，避免各色之间色重叠的情况下，可利用的光量减少，显示亮度降低。

发明内容

本发明考虑这种已有的白炽灯制显示的课题，其目的是提供一种(1)能消除对应于灰度变化的显示亮度变化的不连续，或者(2)能消除视频量化位数不够时诸如图像光滑度欠佳或生产假轮廓，或者(3)能兼顾提高显示亮度和扩充视频量化位数的彩色图像显示方法及装置。

为了解决上述课题，本发明采用以下的方法和手段。

对与灰度变化对应的显示光量变化的不连续，在入射到图像显示板且移动的各色照射光的光量存在时间上的变动时，或者即使不存在该变动时，求入射光量的规定值和取该规定值的定时，设定各显示灰度位n进行PWM驱动的定时，使各显示灰度位n进行PWM驱动的显示亮度为所述规定值与2ⁿ的积，消除显示灰度之间的亮度不连续，进行图像显示。

其次，对显示灰度数不够的课题，采用的方法和手段为：入射到所述图像显示板且移动的各色照射光的光量存在时间上的变动时，或者即使不存在该变动时，在具有PWM驱动的最低端展现位的一半光量的定时追加PWM模式。

又，对于显示辉度的降低，则设置图像显示板入射光的相邻2色的重叠周期，在2色重叠周期一起进行驱动亮度信号分量的处理。

还有，本发明不限于上述手段，还具有以下结构。

第1的本发明(对应于权项1)是一种彩色图像显示装置的显示方法，该彩色图像显示装置具有

由可根据红、绿、蓝各色信号调制入射光的多个像素组成的图像显示板、

对所述图像显示板入射红、绿、蓝各色光并且使各色光在图像显示板上连续移动的光学系统，以及

对应于所述图像显示板任意部分上的入射光的彩色用符合该入射光彩色的信号对该部分的像素进行PWM驱动的图像显示板驱动电路；

所述方法中，

预先求出入射光量的规定值和取该规定值的定时，进而设定对各显示灰度位进行PWM驱动的定时，使对各显示灰度位n进行PWM驱动的显示灰度为所述规定值与2ⁿ的积，并且

利用该设定的定时进行图像显示。

第2的本发明(对应于权项2)为：第1的本发明彩色图像显示方法中，所述入射光量的规定值为扫描光的亮度的平均值×单位时间。

第3的本发明(对应于权项3)是一种彩色图像显示装置，具有

对应于所述图像显示板任意部分上入射光的彩色用符合该入射光彩色的信号对该部分的像素进行PWM驱动的图像显示板驱动电路，

预先求出入射光量的规定值和取该规定值的定时，进而设定对各显示灰度位进行PWM驱动的定时，使对各显示灰度位n进行PWM驱动的显示辉度为所述规定值与2ⁿ的积，并且

利用该设定的定时进行图像显示。

第4的本发明(对应于权项4)是一种彩色图像显示装置的显示方法，该彩色图像显示装置具有

对应于所述图像显示板任意部分上的入射光的彩色用符合该入射光彩色的信号对该部分的像素进行PWM驱动的图像显示板驱动电路；所述方法中，

在具有PWM驱动的最低端展现位的一半光量的定时追加PWM模式，提高显示灰度位的数量。

第5的本发明(对应于权项5)是一种彩色图像显示装置，具有

对应于所述图像显示板任意部分上的入射光的彩色用符合该入射光彩色的信号对该部分的像素进行PWM驱动的图像显示板驱动电路，其中，

第6的本发明(对应于权项6)是一种彩色图像显示装置的显示方法，该彩色图像显示装置具有

对应于所述图像显示板任意部分上的入射光的彩色用符合该入射光彩色的信号对该部分的像素进行PWM驱动的图像显示板驱动电路，

所述光学系统对所述图像显示板的入射光设置相邻的2色的重叠周期，

所述图像显示板驱动电路在所述2色重叠周期驱动亮度信号分量，同时在具有PWM驱动的最低端展现位的一半光量的定时追加PWM模式，提高显示灰度位的数量。

第7的本发明(对应于权项7)是一种彩色图像显示装置，具有

所述图像显示板驱动电路在所述2色的重叠周期驱动亮度信号分量，同时在具有PWM驱动的最低端展现位的一半光量的定时追加PWM模式，提高显示灰度位的数量。

附图说明

图1是本发明实施形态1的结构图。

图2是本发明实施形态1的结构图。

图3是已有课题的说明图。

图4是已有课题的说明图。

图5是已有课题的说明图。

图6是本发明实施形态1的说明图。

图7是本发明实施形态1的PWM模式图。

图8是本发明实施形态1的PWM模式图。

图9是本发明实施形态2的结构图。

图10是本发明实施形态2的结构图。

图11是PWM驱动原理说明图。

图12是PWM驱动模式的形成的说明图。

图13是PWM驱动模式的形成的说明图。

图14是PWM驱动模式的形成的说明图。

图15是聚光手段一具体例的结构图。

图16是扫描手段一具体例的结构图。

图17是PWM驱动处理电路一具体例的结构图。

图18是图像显示板一具体例的结构图。

图19是已有PWN模式的结构图。

图20是已有的PWN模式。

图21是已有的PWN模式。

图22是已有的PWN模式。

符号说明

1是PWM驱动处理电路，2是缓存器，3是PWM输出电路，4是PWM输出控制电路，6是图像显示板，7是扫描透镜，8是扫描手段，9是扫描光学系统，10是色分离光学系统，11是聚光手段，12是光源部，13是划分的位面(8位时)，14是已有PWM模式，15是本发明的PWM模式，16、17、18是扫描光带，30是PWM灰度扩充处理电路，31是缓存器，32是脉冲输出电路，33是定时控制电路，34是复接器，35是常规PWM驱动周期，36是位扩充PWM驱动周期，39、40是数据选择器，50是亮度信号运算输出电路。

具体实施形态

实施形态1

本实施形态1解决上述灰度变化所对应显示光量变化不连续的课题。图1和图2是本实施形态1的结构图，图1示出总体结构，图2示出信号处理内容。图1的组成部分包括光源部12、聚光手段11、色分离光学系统10、由扫描手段8和扫描透镜7的扫描光学系统9构成的光学系统、透射型图像显示板6和对该显示板进行驱动的PWM驱动处理电路1。

首先说明其基本动作，光源部12出射的光由聚光手段聚焦，并输出与对后级图像显示板6的照明光形状相同的光。聚光手段11一般是称为积分器的部件，作为具体例，有图15所示的装置。图15的装置用透镜数相等的2级多透镜阵列组成。其工作为：第1阵列41的各透镜的入射光聚集在第2阵列42对应的透镜上，均匀照射到末级的成像面43，使末级成像部内各位置的光强度相同。

接着，聚光手段11的输出光由色分离光学系统10分成RGB各色的矩形状光。一般用滤色镜进行色分离。然后，色分离光学系统10的输出光接着输入到扫描手段8，将RGB各矩形光作为扫描输出。

扫描手段8能借助使用例如图16所示的多边形镜的方法实现。扫描输出光输入到扫描透镜7。扫描透镜7由具有在与入射角成比例的位置成像的性能的所谓“fθ透镜”构成。其结果是，对图像显示板6入射图3所示那样的矩形的各色扫描光。

另一方面，与上述矩形状的各色扫描光同步地把从RGB信号变换后生成的PWM模式输入到图像显示板6。以此利用图像显示板6的透射光形成图像。

从聚光手段11输出光强度相同的矩形状光，但后级的光学系统存在各种透镜，因而如图3所示，对图像显示板的输入级产生RGB各光在扫描方向的亮度不均19、20、21和与光扫描垂直的方向上的亮度不匀22。

亮度不匀22呈现为画面上水平方向亮度遮蔽。图4示出RGB各色扫描光19、20、21具有亮度不匀的影响。图4的14与已有例的图14中所示的PWM驱动模式相同。无亮度不匀时(23)，PWM各灰度位的亮度均匀，有亮度不均时(24)，各灰度位的亮度产生不均匀。

例如，对扫描光强度最大的定时上驱动的灰度位6而言，用扫描光强度低的部分驱动的灰度位7光量相对下降。据此，如图5所示，在上升到灰度位7的部分产生显示光量不连续，即产生灰度线性不连续25。

下面首先用图2、图6、图7和图8说明消除上述灰度线性不连续的PWM驱动处理方法。再者，聚PWM驱动模式以图4的14为基础加以改变的情况为例进行说明。

首先，图6示出与处理有关的参数的定义。图6(a)表示扫描光的亮度与时间的关系。扫描光端部的光量小，因而不使用，设利用时间t0和t1的范围进行驱动，如图6(b)所示。又设用函数f(t)表示时间t的扫描光的亮度。其次，设可用的光量为S，S以图6(c)的面积表示，见式(1)。式(2)表示亮度平均值Sav。

S = {&Integral;}_{t_{0}}^{t_{1}} f (t) dt . . . . . . (1)

S_{av} = \frac{S}{t_{1} - t_{0}}

：平均值 ……(2)

又，扫描光的亮度变成等于亮度平均值Sav的定时、即式(3)的解记为t2和t3。

S_av＝f(t₂) ……(3)

S_av＝f(t₃)

下面，用图4和图5说明PWM模式的排列方法。取改进图14所示模式的例子进行说明。

PWM模式中的光量最小单位用扫描光的亮度平均值S_av×单位时间表示，该单位光量在以下的位φ是相当于所述规定值的光量。

位0(最低端位)取图7内的定时26，位1取图7内的定时27，配置在对扫描光的亮度取平均值的定时t2、t3附近。当然，位1的周期宽度是位0的2倍。

位2配置成使位面28、29的和与4倍位φ光量值的差为最小。对于位3以上的灰度也用同样的方法决定位面配置。

即，显示灰度n时，决定该配置，使按位面配置决定的亮度与位φ的光量×(2的n次方的差最小。

利用以上的方法，使PWM模式成为图2中的15。图2中的14如上所述，是图4中的14、即图14的PWM模式排列。利用以上的方法，能消除各灰度间的显示光量差，很好地保持灰度线性。

下面用图17和图18说明使以上处理方法具体化用的电路处理的具体例。

图1中，PWM驱动处理电路1由缓存器2、PWM输出电路3和PWM输出控制电路4构成。为了将视频信号线性变换成PWM模式，需要进入以下处理过程，即利用最低端一个帧的缓存器存储视频信号，并从该存储器依次读出视频信号数据，变换成PWM模式，驱动图像显示板6。

图17示出一例缓存器2、PWM输出电路3的部分具体电路结构的例子，图18示出与图17的电路结构对应的图像显示板的结构具体例。图17中，在用存储区1至存储器m的部分表示的第1存储区暂时存储RGB视频信号数据。各存储区在图像显示板上对应于图18中38所示的显示宽度。

接着，从第1存储区读出数据，存储到第2存储区。第2存储区存入图18中37所示X×Y点部分的视频信号数据，用m×n个存储器存储整个画面的视频信号数据。采取这种存储器结构，其原因在于使驱动处理低速化，这是通常已经广泛使用的方法。

第2存储器的读出数据由数据选择器39选择一位，进而用数据选择器40从RGB选择一种色彩的数据，输入到图像显示板6的相应区域。对图像显示板的X×Y点的像素按时间序列以符合PWM驱动模式(图2中的15)的灰度位和定时传送第2级存储器的读出数据，进行驱动，从而实现规定的PWM驱动。

实施形态2

本实施形态2解决上述灰度数不够的课题。

图9、图10是本实施形态2的结构图，图9示出总体结构，图10示出信号处理内容。

图9的组成部分包括光源部12、聚光手段11、色分离光学系统10、由扫描手段8和扫描透镜7的扫描光学系统9构成的光学系统、透射型图像显示板6、对该板进行驱动的PWM驱动处理电路1和PWM灰度扩充处理电路30。

光学系统的结构和原来的PWM驱动处理与实施形态1相同，因而省略，仅说明PWM灰度扩充处理方法。

图10示出扫描光的亮度与时间的关系。图10中，时间t0～t1的周期35是实施形态1中用于PWM驱动的周期。

Sav表示扫描光的亮度平均值。在t0～t1周期的外侧求出扫描光平均亮度值Sav为一半的定时36，在整个该定时驱动1位PWM位面。将该部分的驱动用于达到1位扩充灰度，能使显示分辨率扩充1位。

下面用图9、图10说明使上述处理具体化的电路处理。PWM灰度扩充处理电路30由缓存器31、脉冲输出电路32和定时控制电路33组成。假设视频信号的量化位数为9位，PWM驱动为8位处理，对使显示分辨率为9位的情况进行说明，图中省略RGB视频信号的量化电路手段。

按9位量化的RGB视频信号，其高端8位输入到PWM驱动处理电路1，与实施形态1相同地进行PWM输出。另一方面，量化的最低端位输入到PWM达度扩充电路30，输入到缓存器31。缓存器的考虑方法与实施形态1的情况相同，在将整个图像划分为m×n的存储区暂时存放最低端位的数据。

存储器存储的数据由定时控制电路33依据图10中RGB各扫描光的图10的定时36，作为1位长的脉冲读出(脉冲输出电路32)，用复接器(Mpx)34将其与本路的PWM驱动输出信号时分复接后，输入到图像显示板6进行驱动，从而得到图像显示。

实施形态3

本实施形态3是进一步实施兼顾提高亮度和扩充显示分辨率的实施形态。

图19记载本实施形态3的结构图，图20、图21、图22记载其处理方法的说明。图19的组成部分包括光源部12、聚光手段11、色分离光学系统10、由扫描手段8和扫描透镜7的扫描光学系统9构成的光学系统、透射型图像显示板6、对该板进行驱动的PWM驱动处理电路1、PWM灰度扩充处理电路30和亮度信号运算输出部50。

光学系统的结构、PWM驱动处理和PWM灰度扩充处理与实施形态1和2相同，因而省略，仅说明提高亮度的方法。

图20示出实施形态3中图像显示板6上照射的扫描光。调整光学系统，使RGB各色扫描光19、20、21在边界部分具有重叠。结果，RGB各色扫描光19、20、21的边界部形成混色区52、53、54。

接着，在图21示出实施形态3的PWM模式。图21除图20中所述划分的RGB信号PWM模式的重复部分58、59、60外，其组成部分还包含PWM灰度扩充用的PWM模式55、56、57和经常插入在RGB各PWM模式之间的部分(图21的61、62、63)中的PWM模式。

图22示出RGB各色扫描光和PWM模式的定时。从该图可知，将RGB各色的边界部分(图22的61、62、63)加在一起，则等量包含RGB光，因而使其重叠，就可合成白色。利用这点，该周期的PWM模式驱动亮度信号分量。以此可提高亮度。

下面用图19说明可实现以上处理方法的电路结构。RGB信号数据输入到亮度信号运算输出电路50。一般已熟知能借助运算从RGB信号合成亮度信号。例如，NTSC制的情况下，该合成运算为0.3R+0.59G+0.11B。因此，亮度信号运算输出电路50由进行上述那种运算处理的电路构成，并且输出亮度信号数据51。该数据51输入到PWM驱动处理电路1，进行与RGB信号数据相同的处理后，对图像显示板6进行PWM驱动。

本发明不限于以上实施形态的范围，发明范围不排除按照本发明主旨来考虑的各种变换、变化。例如，图1中分别记载聚光手段11、色分离光学系统10、扫描光学系统9，但本发明也包含将各功能综合为一体的情况。还能用于采用透射型或反射型图像显示板的投射型显示器。图1中示出将每一帧的RGB各色的PWM模式划分为4，重复4次RGB时分驱动的情况，但划分数不是4也可以。图10中说明了使显示灰度增加1位的情况，但用同样的考虑方法也可使显示灰度增加2位以上。

使本发明的PWM驱动处理具体化用的电路结构，例如，存储器的结构、对图像显示板的图像数据输入的总线结构等，不限于本发明所示的具体电路结构，应包含能实现本发明驱动方法的全部电路结构。例如实施形态1阐述了视频信号量化位数为8位的情况，实施形态2阐述了量化位数为9位的情况，但量化位数可任意。

再者，上述实施形态中，作为决定本发明PWM驱动各显示灰度位的定时用的入射光量的规定值，采用扫描光的亮度平均值×单位时间，但本发明不限于此，也可以是小于该平均值×单位时间的规定值。

工业应用性

综上所述，利用本发明，可得以下效果。

对于具有将红、绿、蓝各色光入射到图像显示板并使各色光在该板上连续移动的光学系统，而且依据光通过的定时以PWM方式驱动该显示板，以进行全色图像显示的白炽灯制显示，可提供的处理方法和装置能实现下述效果，即

(1)消除与灰度变化对应的显示亮度变化的不连续；

(2)消除视频量化位数不够时的诸如图像平滑度欠佳或产生假轮廓的情况；

(3)兼顾显示亮度的提高和扩充视频量化位数。

Claims

1.一种彩色图像显示装置的显示方法，该彩色图像显示装置具有

对应于所述图像显示板任意部分上的入射光的色彩，用符合该入射光色彩的信号对该部分的像素进行PWM驱动的图像显示板驱动电路；

所述方法，其特征在于，

预先求出入射光量的规定值和取该规定值的定时，进而预先设定对各显示灰度位进行PWM驱动的定时，使对各显示灰度位n进行PWM驱动的显示灰度为所述规定值与2ⁿ的积，并且

利用该设定的定时进行图像显示。

2.如权利要求1所述的彩色图像显示方法，其特征在于，所述入射光量的规定值为扫描光的亮度的平均值×单位时间。

3.一种彩色图像显示装置，具有

对应于所述图像显示板任意部分上的入射光的色彩，用符合该入射光色彩的信号对该部分的像素进行PWM驱动的图像显示板驱动电路；其特征在于，

利用该设定的定时进行图像显示。

4.一种彩色图像显示装置的显示方法，该彩色图像显示装置具有

所述方法，其特征在于，

5.一种彩色图像显示装置，具有

对应于所述图像显示板任意部分上的入射光的色彩用符合该入射光色彩的信号对该部分的像素进行PWM驱动的图像显示板驱动电路；其特征在于，

6.一种彩色图像显示装置的显示方法，该彩色图像显示装置具有

所述光学系统对所述图像显示板的入射光设置相邻2色重叠的周期，

所述图像显示板驱动电路在所述2色重叠的周期驱动亮度信号分量，同时在具有PWM驱动的最低端展现位的一半光量的定时追加PWM模式，提高显示灰度位的数量。

7.一种彩色图像显示装置，具有