(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: (13) (1) T3 Int.Cl. G09G 3/34 (06.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 12/22 EP B1 (4) Tytuł wynalazku: Sposób i/lub urządzenie do ulepszania percepcji wzrokowej obrazu wyświetlanego na ekranie (30) Pierwszeństwo: IT TO00090 (43) Zgłoszenie ogłoszono: w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 07/49 (4) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: Wiadomości Urzędu Patentowego 13/01 (73) Uprawniony z patentu: SIM2 Multimedia S.p.A., Pordenone, IT (72) Twórca(y) wynalazku: PL/EP T3 DOMENICO TOFFOLI, Prata di Pordenone, IT MARIO RAFFIN, Pordenone, IT (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Oliwia Gąbka POLSERVICE KANCELARIA RZECZNIKÓW PATENTOWYCH SP. Z O.O. ul. Bluszczańska Warszawa Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).

2 2 Opis [0001] Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu i/lub urządzenia do ulepszania percepcji wzrokowej obrazów wyświetlanych na ekranie, w szczególności na ekranie ciekłokrystalicznym (LCD, Liquid Crystal Display). [0002] W szczególności, niniejszy wynalazek dotyczy sposobu i/lub urządzenia przystosowanego do ulepszania percepcji wzrokowej obrazów ciemnych, tj. obrazów o słabej jasności (low- brightness images), wyświetlanych na ekranie LCD. Jak wiadomo, ekrany LCD są oświetlane z wykorzystaniem lampy podświetlającej od tyłu(rear-lighting lamp), która jest źródłem światła białego. [0003] Podczas wyświetlania obrazów na wyświetlaczu LCD, część światła wytwarzana przez lampę podświetlającą od tyłu przechodzi przez wyświetlacz LCD, również przez piksele, które powinny być nieaktywne. To zjawisko zwane wyciekiem światła (light leakage), ma konsekwencje w redukowaniu współczynnika kontrastu ekranu, tj. współczynnika między ciemnymi i jasnymi tonami obrazu wyświetlanego na ekranie. [0004] Zgodnie ze stanem techniki, znane są sposoby i/lub urządzenia, które umożliwiają ulepszenie percepcji obrazów wyświetlanych na ekranie. [000] Przykładowo, międzynarodowe zgłoszenie PCT nr WO 04/ opisuje sposób ulepszania percepcji obrazów wyświetlanych na ekranie za pomocą pomiaru wartości liczby parametrów, między innymi jasność ramki i jasność pojedynczych pikseli tworzących ją. W związku z tymi wartościami zmierzonych parametrów, układ nastawiania generuje sygnał sterowania jasnością globalną i sygnał sterowania jasnością lokalna. Globalne nastawianie przeprowadza się za pomocą przesłony optycznej. [0006] Przykładowo, zgłoszenie patentowe z USA nr US 01/ opisuje urządzenie wyświetlacza ciekłokrystalicznego (LCD) zawierające panel ciekłokrystaliczny, lampę podświetlającą od tyłu do oświetlania panelu ciekłokrystalicznego, sekcję do wykrywania charakterystyk luminancji ramki (frame) i sekcję do sterowania lampą podświetlającą od tyłu w celu nastawienia

3 światła wytworzonego przez lampę podświetlającą od tyłu zgodnie z charakterystykami luminancji ramki. [0007] Dokument EP opisuje urządzenie wyświetlacza obrazu wyświetlające sygnał wideo, który ma być wprowadzany na bierną część modulacji światła zawierającej źródło światła jako obraz, urządzenie zawiera: część nastawiania amplitudy dynamicznie nastawiającą amplitudę sygnału wideo tak aby miała z góry określoną wartość amplitudy; i część nastawiania jasności źródła światła nastawiająca jasność wspomnianego źródła światła zgodnie z nastawianiem amplitudy przez część nastawiania amplitudy tak, że obraz wyświetlany na biernej części modulacji światła oparty na sygnale wideo po nastawianiu amplitudy nie zmienia się wizualnie ze z góry określonego poziomu, który jest uśrednionym poziomem jasności każdej ramki w sygnale wideo, która ma być wystawiana na wejście. [0008] Jednak, te sposoby nie biorą pod uwagę ewolucji zawartości scenicznej (scenic contents) obrazów do wyświetlania, w tym, że są oparte na analizie pojedynczej ramki obrazu i dostarczają nastawiania obrazu zgodnie z nią. [0009] W ten sposób, gdy pojawią się nagłe zmiany w zawartości scenicznej, np. podczas zmiany sceny ze słonecznego krajobrazu do słabo oświetlonego otoczenia domowego lub sceny nocnej, sposoby zgodnie ze stanem techniki nie uwzględniają znacznej wrażliwości oka ludzkiego przy takich nagłych zmianach. [00] Zatem, celem niniejszego wynalazku, jest dostarczenie sposobu i/lub urządzenia do ulepszania percepcji wzrokowej obrazów wyświetlanych na ekranie, wspomniany sposób i/lub urządzenie są użyteczne i działają zgodnie z zawartością sceniczną takich obrazów. [0011] Te i inne cechy wynalazku osiąga się za pomocą sposobu zastrzeganego w dołączonych zastrzeżeniach. [0012] Zgodnie z pierwszym aspektem niniejszego wynalazku, proponowany jest sposób i/lub urządzenie, które wykorzystuje nastawianie mocy i nastawianie kontrastu lampy podświetlającej od tyłu w celu otrzymania wyższych współczynników kontrastu ilekroć nie ma konieczności wykorzystywania maksymalnej dostępnej mocy lamp.

4 4 1 [0013] Zatem sposób i/lub urządzenie według wynalazku działa w najciemniejszych scenach, tj. gdy histogram obrazu jest niezrównoważony w kierunku najniższych poziomów luminancji. W takim przypadku, w rzeczywistości, możliwe jest zredukowanie mocy lampy podświetlającej od tyłu, a tym samym obniżenie poziomu czerni, a następnie odzyskanie pośrednich poziomów luminancji przez działanie na sygnale, w szczególności poprzez zwiększenie kontrastu. [0014] Ponieważ sposób i/lub urządzenie działają w ciemnych scenach, poziomy bieli, które mogą być nasycone jako konsekwencja wzrostu kontrastu nie wytworzy relewantnych zafałszowań, a obrazy będą korzystnie odbierane przez obserwatora jako bardziej kontrastowe. [001] Sposób i/lub urządzenie według wynalazku dostarcza stopniowej zmiany jasności obrazu odbieranego przez obserwatora, tak, że taka zmiana jasności nie będzie odbierana przez obserwatora jako zakłócające migotanie. [0016] Co więcej, sposób i/lub urządzenie według wynalazku uwzględnia zmiany jasności pojawiające się podczas zmiany scen obrazów, np. gdy istnieje przejście ze słonecznego krajobrazu do słabo oświetlonego otoczenia domowego lub nocnej sceny. Zgodnie z dalszym aspektem wynalazku, poniżej zostanie opisany panel ciekłokrystalicznych implementujący sposób zgodnie z niniejszym wynalazkiem i ekran ciekłokrystaliczny do których wspomniany panel jest zamocowany. [0017] Powyższe cele staną się bardziej widoczne ze szczegółowego opisu sposobu i/lub urządzenia według wynalazku, w szczególności w odniesieniu do załączonych figur, w którym: 2 30 Fig. 1 przedstawia schemat podstawowy architektury implementującej sposób i/lub urządzenie według wynalazku; Fig. 2 przedstawia schemat blokowy bloku analizy i nastawiania wykorzystywanego przez sposób i/lub urządzenie według wynalazku; Fig. 3 przedstawia schemat blokowy, który ilustruje szczegółowe działanie bloku sterowania zawartego w bloku analizy i nastawiania z Fig. 2; Fig. 4 przedstawia wykres wartości, które są przechowywane w tabeli wykorzystanej przez sposób i/lub urządzenie według wynalazku.

5 1 [0018] Fig. 1 ilustruje schemat podstawowy architektury implementującej sposób i/lub urządzenie według wynalazku, w którym ramka H obrazu jest odbierana przez blok 1 analizy i nastawiania, który analizuje wiele ramek H obrazu i wysyła sygnał PE,i+1 przystosowany do nastawiania mocy lampy podświetlającej od tyłu panelu ciekłokrystalicznego (LCD), nie pokazanej, i sygnał CE,i+1 przystosowany do nastawiania kontrastu obrazu wyświetlanego na ekranie, również nie pokazany, do którego wspomniany panel jest zamocowany. [0019] Sygnały PE,i+1 i CE,i+1 są wysyłane odpowiednio do układu 2 nastawiania mocy lampy podświetlającej od tyłu i do układu sterowania kontrastem obrazu 3. [00] Fig. 2 ilustruje szczegółowo blok 1 analizy i nastawiania, który zawiera: blok 4 który oblicza przestrzennie uśrednioną luminancję ramki H; rejestr przesuwny utworzony z 2 N komórek a... n, korzystnie 8 bitów, w którym N jest liczbą całkowitą; moduł do obliczania wartości bezwzględnej różnicy między średnią luminancją ramki bieżącej ramki yi i uśrednienia ze średnich luminancji wcześniejszych ramek, zawierający pierwszy sumator 7, rejestr 9, dzielnik 11, drugi sumator 13 i moduł 1, który oblicza wartość bezwzględną; i ostatecznie blok sterowania 17, którego działania zostanie opisane później. [0021] Blok analizy i nastawiania 1 może być albo implementowany w dedykowanym mikroprocesorze albo dostarczony przez korzystne oprogramowanie dedykowanego mikroprocesora panelu LCD. [0022] Wartość średnia luminancji yi ramki H w danej chwili i jest otrzymywana z wartości barw podstawowych R,G,B jak określono przez standardy NTSC i PAL, które ustalą chromatyczność odniesienia dla barw podstawowych R,G,B i dla białego zgodnie z poniższym wzorem: 2 30 [0023] W praktyce, blok 1 analizy i nastawiania działa następująco. [0024] W każdej ramce H, średnia luminancja yi ramki H jest najpierw obliczana w bloku 4. Wartość yi jest potem wprowadzana do rejestru przesuwnego. [002] Sumator 7 oblicza sumę Si wszystkich komórek rejestr przesuwny. Ta suma Si jest przechowywana w rejestrze 9 i dzielona przez 2 N przez by blok

6 dzielnika 11 tak aby wysyłać wartość Si/2 N. Ta wartość jest odejmowana od wartości średniej luminancji bieżącej ramki yi w sumatorze 13. W bloku 1, wartość bezwzględna wartości na wyjściu bloku 13 jest obliczana, tak, że blok 1 wysyła wartość di = (Si/2 N -yi). [0026] Wartość di reprezentuje odległość między średnią luminancją yi bieżącej ramki i uśrednieniem ze średnich luminancji ramek wcześniejszych. Wartość di jest zatem wskaźnikiem bliskości między luminancją bieżącej ramki i oraz luminancją 2 N wcześniejszych ramek. W praktyce, blok 1 analizy i nastawiania działa jak detektor różnicowej luminancji między ramką i wcześniejszymi ramkami. [0027] Blok sterowania 17 może generować sygnał sterujący RESET, który ustawia na yi wszystkie komórki a... n rejestru przesuwnego. Użyteczność tego ustawiania będzie widoczna na podstawie niniejszego opisu. [0028] Fig. 3 i 4 odpowiednio ilustrują szczegółowo schemat blokowy opisujący działanie bloku sterowania 17 i wykres reprezentujący wartości funkcji, które wykorzystywane są wewnątrz bloku sterowania 17. [0029] Blok sterowania 17 odbiera sygnał di z wyjścia bloku 1 i wystawia na wyjście sygnał nastawiania mocy PE,i+1 lampy podświetlającej od tyłu i sygnał sterowania kontrastem CE,i+1. Wewnątrz bloku sterowania 17 ustala się "docelowe" wartości dla mocy PT lampy i kontrastu CT. [0030] Te "docelowe" wartości dla mocy lampy i kontrast są określone zgodnie z funkcją określoną empirycznie za pomocą analizowania szerokiego zakresu scen kinematograficznych. [0031] Zgodnie z taka analizą, każda scena została empirycznie sklasyfikowana jako "jasna" lub "ciemna", i dla każdej z nich został wykryty średni poziom luminancji. [0032] Stwierdzono, że poziom rozróżniania między ciemnymi i jasnymi scenami znajduje się przy dość niskich średnich poziomach luminancji około IRE (1 IRE = mv). [0033] Wysokie poziomy R,G,B nie są zwykle wykrywane poniżej IRE, tak że możliwe jest znaczne zmniejszenie mocy lampy, podczas zwiększania

7 7 proporcjonalnie kontrastu obrazu, bez generowania dużych zafałszowań z powodu nasycania. [0034] Poniżej wartości uśrednienia 40 IRE, ostatecznie, pojawiają się jasne sceny i nie ma potrzeby redukowania mocy lampy w celu zwiększenia głębi kolorów ciemnych. [003] Na podstawie tych obserwacji, określono nieliniowa funkcję Fx, jak pokazano na Fig. 4, która odwzorowuje poziomy luminancji uśrednione w przestrzeni i czasie, do poziomów światła lampy podświetlającej od tyłu. [0036] Funkcja Fx jest przechowywana w tabeli przeglądowej F[ ]. [0037] Ponieważ w praktyce nie miałoby sensu całkowite wyłączanie lamp (wartość 0 na Fig. 4), wartości na osi X z Fig. 4 są ponownie odwzorowywane liniowo z przedziału [0, 0] do przedziału wartości mocy [Pmin, Pmax] za pomocą poniższego wzoru: w którym Pmin jest liczbą większą niż zero. [0038] Zgodnie z tą konwencją określono PT [0, 0]. Takie wartości są ustalone w taki sposób, że utrata kontrastu spowodowana spadkiem mocy lampy jest odzyskiwana poprzez zwiększenie kontrastu w granicach nasycenia. [0039] Przykładowo, zmniejszając o połowę moc lampy i podwajając kontrast, średnia szarość zawsze ma taką samą jasność, ale wszystkie szarości powyżej średniej szarości będą nasycone i będą miały taką samą jasność jak średnia szarość. [0040] To nastawianie nie powoduje zafałszowania obrazu tylko dlatego, że stosuje się redukcję mocy lampy w scenach w którym histogram skupia się na niskich poziomach szarości. Powracając do schematu blokowego z Fig. 3, w etapie 23 wartość di, która reprezentuje ts odległość między średnią luminancją bieżącej ramki i oraz uśrednieniem średnich luminancji wcześniejszych ramek, jest porównywana ze z góry określoną wartością progową tl. [0041] Jeśli di tl, procedura przechodzi do etapu 2, w którym wartość yi jest wprowadzana do rejestr przesuwny a "docelowa" moc jest obliczana zgodnie ze

8 8 wzorem PT,i = F[round (Si/2 N )]; w przeciwnym przypadku np. gdy di > tl, procedura przechodzi do etapu 21, w którym rejestr przesuwny jest resetowany przez sygnał sterujący RESET, wszystkie komórki a... n rejestru przesuwnego są inicjalizowane do yi, i "docelowa" moc jest obliczana zgodnie ze wzorem PT,i = F [yi]. [0042] Wartość progowa tl jest zatem korzystna ponieważ zapobiega uśrednianiu w czasie ramek mających bardzo różne zawartości sceniczne, takie jak, przykładowo, słoneczny krajobraz po którym następuje scena nocna. W ten sposób, sposób według wynalazku uwzględnia znaczną czułość oka ludzkiego na nagłe zmiany zawartości scenicznej obrazu. [0043] W etapie 27, funkcja kontrolna ponownie wywołuje co każde 0 ms zestawy użytecznych wartości mocy lampy i kontrastu, oznaczone odpowiednio PE,i+1 (PE,i+1 [0, 0]) i CE,i+1. Wartość PE,i+1 jest zwiększana lub zmniejszana w każdym etapie w zależności od "docelowej" wartość PT,i w sposób następujący: 1 jeśli PE,i<PT,i PE,i+1=PE,i+1 jeśli PE,i=PT,i PE,i+1=PT,i jeśli PE,i>PT,i PE,i+1=PE,i-1 [0044] Wartość PE,i+1 jest wykorzystywana w etapie 29 do obliczania zaktualizowanej wartości kontrastu CE,i+1, która ma być dostarczana do układu nastawiania kontrastu zgodnie z poniższym wzorem: 2 w którym stała kc jest określana za pomocą ustawiania tak, że światło emitowane przez panel na danym poziomie szarości (takie, że nigdy nie doprowadza do nasycenia przez zmiany kontrastu) pozostaje stała ponieważ moc lampy podświetlającej od tyłu i kontrast zmieniają się jak opisano. [004] Wartość kontrastu CE,i+1 składa się zatem z dwóch składników sumy: pierwszy stały składnik sumy Cut jest w sposób nastawialny określany przez użytkownika, i zmienny składnik sumy mającej za cel odzyskiwanie utraty jasności

9 9 podczas redukowania mocy a zatem również jasności lampy podświetlającej od tyłu. [0046] Jest oczywiste, że powyższy opis dostarcza nieograniczającego przykładu, a różnice i zmiany są możliwe bez odchodzenia od zakresu wynalazku. SIM2 Multimedia S.p.A. Pełnomocnik:

10 Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób ulepszania percepcji wzrokowej obrazu wyświetlanego na ekranie ciekłokrystalicznym, przy czym wspomniany sposób obejmuje co najmniej etapy: - generowania użytecznego sygnału nastawiania mocy (PE,i+1) lampy podświetlającej od tyłu w zależności od wartości docelowej wartości mocy PT wspomnianej lampy podświetlającej od tyłu; generowania użytecznego sygnał sterowania kontrastem obrazu (CE,i+1) zależnie od wspomnianego użytecznego sygnału nastawiania mocy lampy podświetlającej od tyłu, taka by zwiększyć, odpowiednio zmniejszyć, kontrast obrazu wyświetlanego na wspomnianym ekranie ponieważ wspomniany użyteczny sygnał nastawiania mocy (PE,i+1) lampy podświetlającej od tyłu zmniejsza się, odpowiednio zwiększa, znamienny obliczaniem wspomnianej docelowej wartości mocy (PT) jako funkcji uśrednienia przechowywanych wartości średnich luminancji (Si/2 N ) z góry określonych wielu wcześniejszych ramek obrazu jeśli odległość (di) między średnią luminancją (yi) bieżącej ramki obrazu (H) i uśrednieniem przechowywanych wartości średnich luminancji (Si/2 N ) wspomnianych z góry określonych wielu wcześniejszych ramek obrazu jest mniejsza lub równa wartości progowej (tl), w przeciwnym przypadku obliczenia wspomnianej docelowej wartości mocy (PT) jako funkcji średniej luminancji (yi) wspomnianej bieżącej ramki (H) obrazu i inicjalizowanie przechowywanych wartości średnich luminancji wspomnianych z góry określonych wielu wcześniejszych ramek obrazu do średniej luminancji (yi) bieżącej ramki (H) obrazu. 2. Sposób według zastrzeżenia 1, w którym wspomniana docelowa wartość mocy (PT) otrzymywana jest z poziomów luminancji odwzorowujących tabelę, uśrednionych w czasie i przestrzeni, do poziomów światła lampy podświetlającej

11 11 od tyłu, wspomniana tabela została otrzymana empirycznie za pomocą obserwacji wielu scen mających różną jasność. 3. Sposób według zastrzeżenia 1, w którym wspomniana wartość progowa (tl) umożliwia rozróżnianie zawartości scenicznej wielu ramek (H) obrazu. 4. Sposób według zastrzeżenia 1, w którym wspomniany użyteczne sygnały do nastawiania mocy lampy podświetlającej od tyłu (PE,i+1) i do sterowania kontrastem (CE,i+1) są generowane w z góry określonych przedziałach czasu.. Sposób według zastrzeżenia 4, w którym wspomniane przedziały czasu wynoszą 0 ms Sposób według zastrzeżenia 1, w którym wspomniany użyteczny sygnał kontroli kontrastu (CE,i+1) składa się z pierwszego stałego składnika sumy(cut,i), w sposób nastawialny określany przez użytkownika, i drugi zmienny składnik sumy zależny od wspomnianego użytecznego sygnału nastawiania mocy (PE,i+1) Sposób według zastrzeżenia 6, w którym wspomniany drugi zmienny składnik sumy jest określony wzorem kc [1-PE,i+1/0], w którym stała kc jest określona przez narzucenie tego, że światło emitowane przez wspomniany ekran na określonym poziomie szarości pozostaje stałe jako użyteczny sygnał nastawiania mocy (PE,i+1) lampy podświetlającej od tyłu i zmiany sygnału sterowania kontrastem (CE,i+1), w ten sposób odzyskując utraconą jasność podczas redukcji mocy wspomnianej lampy podświetlającej od tyłu. 8. Urządzenie do ulepszania percepcji wzrokowej obrazu wyświetlanego na ekranie ciekłokrystalicznym, zawierające: 30 - środki (17) układu do generowania użytecznego sygnału nastawiania mocy (PE,i+1) lampy podświetlającej od tyłu w zależności od wartość docelowej wartości mocy (PT) wspomnianej lampy podświetlającej od tyłu;

12 12 - środki (17) układu do generowania użytecznego sygnału sterowania kontrastem obrazu (CE,i+1) zależnie od wspomnianego użytecznego sygnału nastawiania mocy (PE,i+1), tak że zwiększają odpowiednio zmniejszają, kontrast obrazu wyświetlanego na wspomnianym ekranie jako wspomniany użyteczny sygnał nastawiania (PE,i+1) lampy podświetlającej od tyłu zmniejsza się, odpowiednio zwiększa, znamienny tym, że wspomniane urządzenie dodatkowo zawiera: - środki obliczeniowe (,7,9,11) do obliczania uśrednienia z przechowywanych wartości średnich luminancji (Si/2 N ) z góry określonych wielu wcześniejszych ramek obrazu; - środki obliczeniowe (4,13,1) do obliczania odległości (di) między średnia luminancją (yi) bieżącej ramki (H) obrazu i wspomnianym uśrednieniem przechowywanych wartości średnich luminancji (Si/2 N ) wspomnianych z góry określonych wielu wcześniejszych ramek obrazu; środki (17) układu przystosowane do obliczania wspomnianej docelowej wartości mocy (PT) jako funkcji wspomnianego uśrednienia przechowywanych wartości średnich luminancji (Si/2 N ) wspomnianych z góry określonych wielu wcześniejszych ramek obrazu jeśli wspomniana odległość (di) jest mniejsza lub równa wartości progowej (tl), i jeśli wspomniana odległość (di) jest większa niż wspomniana wartość progowa (tl), do obliczania wspomnianej docelowej wartości mocy (PT) jako funkcji średnia luminancja (yi) wspomnianej bieżącej ramki (H) sygnału i do inicjalizacji przechowywanych wartości średnich luminancji wspomnianych z góry określonych wielu wcześniejszych ramek obrazu do średniej luminancji (yi) bieżącej ramki (H) obrazu. 9. Urządzenie zgodnie z zastrzeżeniem 8, w którym wspomniane środki obliczeniowe (4,, 7, 9, 11, 13, 1) i wspomniane środki (17) układu są implementowane w dedykowanym mikroprocesorze wspomnianego urządzenia.

13 13. Panel i/lub ekran ciekłokrystaliczny zawierający urządzenie zgodnie jednym z zastrzeżeń 8 albo 9. SIM2 Multimedia S.p.A. Pełnomocnik:

14 14

15 1

16 16

17 17