CN110389463B - 用于显示高动态范围图像的方法及*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于显示高动态范围图像的方法及***。显示***包括：第一显示器，用于提供第一值；及第二显示器，用于提供第二值。所显示的图像是由第一显示器提供的第一值与由第二显示器提供的第二值的乘积。第一显示器是透射式显示器，包括：第一玻璃衬底、未图案化氧化铟锡层、液晶层、具有孤立的电极的图案化氧化铟锡层、以及第二玻璃衬底。第二显示器是反射式硅基液晶显示器，包括：玻璃衬底、未图案化氧化铟锡层、液晶层、金属电极层以及硅衬底。

Description

用于显示高动态范围图像的方法及***
技术领域
本发明涉及显示高动态范围(HDR)图像，且更具体来说涉及使用硅基液晶(LCOS)显示器来显示高动态范围图像的方法及***。
背景技术
包括互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)图像传感器在内的图像传感器所具有的固有动态范围是有限的。真实场景可包括暗部分及亮部分。如果针对暗部分对传感器进行调整，则所拍摄的图像可包括具有可辨识细节的暗部分以及曝光过度且因此不可辨识的亮部分。如果针对亮部分对传感器进行调整，则所拍摄的图像可包括具有可辨识细节的亮部分以及曝光不足且因此不可辨识的暗部分。
高动态范围(High Dynamic Range，HDR)图像可示出具有可辨识细节的暗部分及具有可辨识细节的亮部分两者。然而，当前的HDR技术可能不以真实的强度等级忠实地显示包括暗部分及亮部分的真实场景。在HDR图像中，暗部分的强度被增大以包含在固有动态范围的较低一端中，且亮部分的强度被减小以包含在固有动态范围的较高一端中。因此，尽管暗部分及亮部分二者皆具有可辨识的细节，但暗部分及亮部分可能不处于真实的强度等级中。
因此，需要能够以真实的强度等级拍摄并显示示出暗部分及亮部分二者中的可辨识细节的HDR图像的方法及***。本发明的能够拍摄并显示HDR图像的方法及***使用与当前HDR技术中所使用的图像传感器及显示器具有相同的固有动态范围的相同的图像传感器及相同的显示器。
发明内容
本发明的能够拍摄并显示HDR图像的方法及***使用与当前HDR技术中所使用的图像传感器及显示器具有相同的固有动态范围的相同的图像传感器及相同的显示器。
本发明的一个实施例提供一种用于显示高动态范围图像的显示***，包括：第一显示器，用于提供1/G值，其中G是增益；以及第二显示器，用于提供灰阶值；其中所述高动态范围图像是由所述第一显示器提供的所述1/G值与由所述第二显示器提供的所述灰阶值的乘积；其中所述灰阶值是组合图像与集成图像中的一者的灰阶值，所述组合图像是从以两个不同的增益拍摄的两个图像得到，所述集成图像是由所述集成图像中的以分别不同的增益拍摄的至少两个区域形成；且其中所述增益是从所述以两个不同的增益拍摄的两个图像计算得到的有效增益及所述集成图像中的对应区域的增益中的一者。
在本发明的一个实施例中，所述组合图像的所述灰阶值是所述以两个不同的增益拍摄的两个图像的灰阶值的加权平均值。
在本发明的一个实施例中，所述显示***还包括：偏振器；以及偏振分束器；其中非偏振光依序穿过所述偏振器，穿过所述第一显示器，被所述偏振分束器反射，进入所述第二显示器并被所述第二显示器反射，并且透射过所述偏振分束器；其中所述第一显示器是透射式显示器，包括：第一玻璃衬底、未图案化氧化铟锡层、液晶层、具有孤立的电极的图案化氧化铟锡层、以及第二玻璃衬底；其中所述第一显示器的所述液晶层被配置成对于具有最低灰阶值的像素将S偏振光旋转成P偏振光且对于具有最高灰阶值的像素则保持S偏振光不变；其中所述第二显示器是反射式硅基液晶显示器，包括：玻璃衬底、未图案化氧化铟锡层、液晶层、金属电极层、以及硅衬底；其中所述第二显示器的所述液晶层被配置成对于具有最高灰阶值的像素将S偏振光旋转成P偏振光且对于具有最低灰阶值的像素则保持S偏振光不变。
在本发明的一个实施例中，所述第一显示器显示1/G值。
在本发明的一个实施例中，所述显示***还包括：偏振器；以及偏振分束器；其中非偏振光依序被所述偏振分束器反射，沿正向方向穿过所述第一显示器，穿过所述偏振器，进入所述第二显示器并被所述第二显示器反射，第二次穿过所述偏振器，沿反向方向穿过所述第一显示器，并透射过所述偏振分束器；其中所述第一显示器是透射式显示器，包括：第一玻璃衬底、未图案化氧化铟锡层、液晶层、具有孤立的电极的图案化氧化铟锡层、以及第二玻璃衬底；其中所述第一显示器的所述液晶层被配置成在正向方向上对于具有最高灰阶值的像素将S偏振光旋转成45°偏振光且对于具有最低灰阶值的像素则保持S偏振光不变；其中所述第二显示器是反射式硅基液晶显示器，包括：玻璃衬底、未图案化氧化铟锡层、液晶层、金属电极层、以及硅衬底；其中所述第二显示器的所述液晶层被配置成对于具有最低灰阶值的像素将P偏振光旋转成S偏振光且对于具有最高灰阶值的像素则保持P偏振光不变。
在本发明的一个实施例中，所述第一显示器显示
Figure BDA0002035526930000021
值。
在本发明的一个实施例中，所述显示***还包括：第一偏振器及第二偏振器；以及分束器；其中非偏振光依序被所述分束器反射，穿过所述第一偏振器，沿正向方向穿过所述第一显示器，穿过所述第二偏振器，进入所述第二显示器并被所述第二显示器反射，第二次穿过所述第二偏振器，沿反向方向穿过所述第一显示器，第二次穿过所述第一偏振器，并透射过所述分束器；其中所述第一显示器是透射式显示器，包括：第一玻璃衬底、未图案化氧化铟锡层、液晶层、具有孤立的电极的图案化氧化铟锡层、以及第二玻璃衬底；其中所述第一显示器的所述液晶层被配置成在正向方向上对于具有最低灰阶值的像素将P偏振光旋转成S偏振光且对于具有最高灰阶值的像素则保持P偏振光不变；其中所述第二显示器是反射式硅基液晶显示器，包括：玻璃衬底、未图案化氧化铟锡层、液晶层、金属电极层、以及硅衬底；其中所述第二显示器的所述液晶层被配置成对于具有最低灰阶值的像素将P偏振光旋转成S偏振光且对于具有最高灰阶值的像素则保持P偏振光不变。
在本发明的一个实施例中，所述第一显示器显示
Figure BDA0002035526930000031
值。
在本发明的一个实施例中，所述显示***还包括：偏振器；法拉第旋光器；以及偏振分束器；其中非偏振光依序被所述偏振分束器反射，穿过所述法拉第旋光器，沿正向方向穿过所述第一显示器，穿过所述偏振器，进入所述第二显示器并被所述第二显示器反射，第二次穿过所述偏振器，沿反向方向穿过所述第一显示器，第二次穿过所述法拉第旋光器，并透射过所述偏振分束器；其中所述第一显示器是透射式显示器，包括：第一玻璃衬底、未图案化氧化铟锡层、液晶层、具有孤立的电极的图案化氧化铟锡层、以及第二玻璃衬底；其中所述第一显示器的所述液晶层被配置成在正向方向上对于具有最低灰阶值的像素将45°偏振光旋转成-45°偏振光且对于具有最高灰阶值的像素则保持45°偏振光不变；其中所述第二显示器是反射式硅基液晶显示器，包括：玻璃衬底、未图案化氧化铟锡层、液晶层、金属电极层、以及硅衬底；其中所述第二显示器的所述液晶层被配置成对于具有最低灰阶值的像素将45°偏振光旋转成-45°偏振光且对于具有最高灰阶值的像素则保持45°偏振光不变。
在本发明的一个实施例中，所述第一显示器显示
Figure BDA0002035526930000032
值。
本发明的一个实施例提供一种用于显示高动态范围图像的显示***，包括：第一显示器，用于提供第一值；以及第二显示器，用于提供第二值；其中所显示的所述图像是由所述第一显示器提供的所述第一值与由所述第二显示器提供的所述第二值的乘积；其中所述第一显示器是透射式显示器，包括：第一玻璃衬底、未图案化氧化铟锡层、液晶层、具有孤立的电极的图案化氧化铟锡层、以及第二玻璃衬底；其中所述第二显示器是反射式硅基液晶显示器，包括：玻璃衬底、未图案化氧化铟锡层、液晶层、金属电极层、以及硅衬底。
在本发明的一个实施例中，所述显示***还包括：偏振器；以及偏振分束器；其中非偏振光依序穿过所述偏振器，穿过所述第一显示器，被所述偏振分束器反射，进入所述第二显示器且被所述第二显示器反射，并且透射过所述偏振分束器；其中所述第一显示器的所述液晶层被配置成对于具有最低灰阶值的像素将S偏振光旋转成P偏振光且对于具有最高灰阶值的像素则保持S偏振光不变；且其中所述第二显示器的所述液晶层被配置成对于具有最高灰阶值的像素将S偏振光旋转成P偏振光且对于具有最低灰阶值的像素则保持S偏振光不变。
在本发明的一个实施例中，所述第一显示器显示所述第一值。
在本发明的一个实施例中，所述显示***还包括：偏振器；以及偏振分束器；其中非偏振光依序被所述偏振分束器反射，沿正向方向穿过所述第一显示器，穿过所述偏振器，进入所述第二显示器且被所述第二显示器反射，第二次穿过所述偏振器，沿反向方向穿过所述第一显示器，并透射过所述偏振分束器；其中所述第一显示器的所述液晶层被配置成在正向方向上对于具有最高灰阶值的像素将S偏振光旋转成45°偏振光且对于具有最低灰阶值的像素则保持S偏振光不变；且其中所述第二显示器的所述液晶层被配置成对于具有最低灰阶值的像素将P偏振光旋转成S偏振光且对于具有最高灰阶值的像素则保持P偏振光不变。
在本发明的一个实施例中，所述第一显示器显示所述第一值的平方根。
在本发明的一个实施例中，所述显示***还包括：第一偏振器及第二偏振器；以及分束器；其中非偏振光依序被所述分束器反射，穿过所述第一偏振器，沿正向方向穿过所述第一显示器，穿过所述第二偏振器，进入所述第二显示器并被所述第二显示器反射，第二次穿过所述第二偏振器，沿反向方向穿过所述第一显示器，第二次穿过所述第一偏振器，并透射过所述分束器；其中所述第一显示器的所述液晶层被配置成在正向方向上对于具有最低灰阶值的像素将P偏振光旋转成S偏振光且对于具有最高灰阶值的像素则保持P偏振光不变；且其中所述第二显示器的所述液晶层被配置成对于具有最低灰阶值的像素将P偏振光旋转成S偏振光且对于具有最高灰阶值的像素则保持P偏振光不变。
在本发明的一个实施例中，所述第一显示器显示所述第一值的平方根。
在本发明的一个实施例中，所述显示***还包括：偏振器；法拉第旋光器；以及偏振分束器；其中非偏振光依序被所述偏振分束器反射，穿过所述法拉第旋光器，沿正向方向穿过所述第一显示器，穿过所述偏振器，进入所述第二显示器并被所述第二显示器反射，第二次穿过所述偏振器，沿反向方向穿过所述第一显示器，第二次穿过所述法拉第旋光器，并透射过所述偏振分束器；其中所述第一显示器的所述液晶层被配置成在正向方向上对于具有最低灰阶值的像素将45°偏振光旋转成-45°偏振光且对于具有最高灰阶值的像素则保持45°偏振光不变；且其中所述第二显示器的所述液晶层被配置成对于具有最低灰阶值的像素将45°偏振光旋转成-45°偏振光且对于具有最高灰阶值的像素则保持45°偏振光不变。
在本发明的一个实施例中，所述第一显示器显示所述第一值的平方根。
本发明的一个实施例提供一种用于显示高动态范围图像的方法，包括：使用第一显示器提供1/G值，其中G是增益；以及使用第二显示器提供灰阶值；显示所述高动态范围图像，其中所述高动态范围图像是由所述第一显示器提供的所述1/G值与由所述第二显示器提供的所述灰阶值的乘积；其中所述灰阶值是组合图像与集成图像中的一者的灰阶值，所述组合图像是从以两个不同的增益拍摄的两个图像得到，所述集成图像是由所述集成图像中的以分别不同的增益拍摄的至少两个区域形成；其中所述增益是从所述以两个不同的增益拍摄的两个图像计算得到的有效增益及所述集成图像中的对应区域的增益中的一者；且其中所述组合图像的所述灰阶值是所述以两个不同的增益拍摄的两个图像的灰阶值的加权平均值。
附图说明
参考附图阐述本发明的非限制性且非全面性实施例，其中在各个视图中相似的参考编号指代相似的部分，除非另有规定。
图1示意性地示出根据本发明实施例使用图像传感器拍摄HDR图像的方法。
图2示出根据本发明实施例用于拍摄HDR图像的方法的流程图。
图3示意性地示出根据本发明实施例用于显示所拍摄的HDR图像的显示***。
图4示出用于拍摄HDR图像的具有大像素及小像素的图像传感器。
图5示出根据本发明实施例用于拍摄HDR图像的方法的流程图。
图6示出根据本发明的显示***的示例性实施例。
图7示出根据本发明的显示***的另一示例性实施例。
图8示出根据本发明的显示***的又一示例性实施例。
图9示出根据本发明的显示***的又一示例性实施例。
在图式的数个视图中，对应的参考编号指代对应的组件。所属领域的技术人员将了解，图中的元件是为简洁及清晰起见而予以说明，并不一定按比例绘制。举例来说，图中的一些元件的尺寸可相对于其他元件而被扩大以有助于增强对本发明的各种实施例的理解。
具体实施方式
在以下说明中，陈述大量具体细节以使得能透彻地理解本发明。然而，所属领域的技术人员将了解，无需采用具体细节来实践本发明。在其他实例中，未详细地阐述已知的材料或方法以免使本发明模糊。
在此说明书通篇提及“一个实施例”或“实施例”意指结合所述实施例阐述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在此说明书通篇各处中出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”未必皆指代同一个实施例。此外，可在一个或多个实施例中以任何适合的组合及/或子组合形式来组合特定特征、结构或特性。
由图像传感器拍摄的图像所具有的灰阶数目通常是有限的。像素是图像的最小元素。灰阶的数目是由每像素的位元数目决定。举例来说，如果一个像素具有8个位元来表示其值，则灰阶的数目将是28或256。换句话说，图像具有256个不同的灰度。像素的灰阶值与图像在像素处的强度成比例。
为简洁起见，在本发明中，假定图像传感器的固有灰阶数目是256。类似地，假定显示器的固有灰阶数目同样是256。应了解，图像传感器可具有任何数目个灰阶，且显示器也可具有任何数目个灰阶。图像传感器的灰阶数目不必与显示器的灰阶数目相同。256个灰阶的假定与所揭露的操作原理不相关联。
图1示意性地示出根据本发明实施例使用图像传感器拍摄HDR图像的方法。图像传感器可以是CMOS图像传感器、电荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)图像传感器等。图像传感器拍摄第一图像100。举例来说，第一图像100具有256个灰阶。第一图像100包括区域102、区域104及区域106。举例来说，区域102在统计上暗于区域104，且区域104在统计上暗于区域106。区域102可包括强度值高于区域104的平均强度的像素，但区域102的平均强度低于区域104的平均强度。类似地，区域104的平均强度低于区域106的平均强度。可使用图像处理算法来界定区域102、区域104及区域106。举例来说，2018年1月9日提出申请的第15/865,880号美国专利申请中阐述了图像处理算法，所述美国专利申请转让给同一受让人。
尽管第一图像100具有256个灰阶，但区域102中的像素可具有较少的灰阶，举例来说，0到9个灰阶值。因此，无法恰当地捕捉并在稍后显示区域102的细节。如果增大第一图像100的增益以使区域102中的像素可具有0至255个灰阶值，则区域104或区域106中的像素可能会出现曝光过度，而导致无法拍摄并在稍后显示区域104或区域106的细节。
图像传感器连续地拍摄第二图像。在第二图像中，使用不同的增益来拍摄区域102、区域104及区域106。每一增益是基于对应区域的一些统计特征(例如，平均强度)来确定。增益可与积分时间成比例。举例来说，贝克特尔(Bechtel)等公司的美国专利9,041,838中阐述了对每一像素的积分时间的控制。
在第二图像(未示出)中，使用不同的增益(例如，G1、G2及G3)来拍摄区域102、区域104及区域106。区域102可具有256个灰阶而非0到9个灰阶值。类似地，区域104及区域106可分别具有256个灰阶。因此，可恰当地捕捉并在稍后显示所有的区域102、区域104及区域106的细节。可给位于两个区域之间的过渡处的像素指派在两个增益之间逐渐改变的增益。
在拍摄第二图像之后，将每一像素的灰阶值(例如，0至255)及增益(例如，G1、G2及G3)恰当地存储在存储器中。可通过将灰阶值与1/G相乘来表示每一像素的真实等级强度，其中G是像素的增益。如此一来，可拍摄示出真实场景的所具有的实际灰阶数目大于图像传感器的固有灰阶数目(例如，256)的HDR图像并将其存储在存储器中。
应了解，第一图像100可包括两个或更多个具有不同的平均强度的区域。因此，可在图像拍摄过程中使用两个或更多个增益。
图2示出根据本发明实施例的拍摄HDR图像的方法的流程图200。在步骤202中，拍取第一图像。在步骤204中，将第一图像划分为至少两个区域，基于统计特征(例如，平均强度)来界定所划分的区域。在步骤206中，拍取第二图像，其中使用不同的增益(例如，积分时间)来拍摄所述第二图像中的区域。在步骤208中，将第二图像中每一像素的灰阶值及增益值存储在存储器中及/或传送到显示***。如此一来，像素的实际灰阶数目大于所述像素的固有灰阶数目(例如，256)。每一实际灰阶是所拍摄的灰阶与1/G相乘，其中G是增益。
图3示意性地示出根据本发明实施例用于显示所拍摄的HDR图像的显示***300。显示***300包括第一显示器302及第二显示器304。第一显示器302显示1/G值，且第二显示器304显示灰阶值。第一显示器302与第二显示器304的组合产生所显示的强度值，所述所显示的强度值是灰阶值与1/G值相乘。如此一来，像素的所显示的组合灰阶数目大于显示器的固有灰阶数目(例如，256)。所显示的每一灰阶是所拍摄的灰阶与1/G相乘。
图4示出根据本发明实施例的使用图像传感器拍摄高动态范围(HDR)图像的另一方法。图像传感器400具有多个像素对402。每一像素对包括大面积像素404及小面积像素406。大面积像素404具有较高的增益且小面积像素406具有较低的增益。大面积像素404与小面积像素406是彼此孤立的。举例来说，属于杨(Yang)等人的美国专利9,911,773中揭露了具有大小像素的图像传感器的实施例。因此，图像传感器400拍摄两个图像。第一图像A来自大面积像素404且第二图像B来自小面积像素406。直观上，HDR图像将在所述图像的暗部分中示出图像A，且将在所述图像的亮部分中示出图像B。这是因为在HDR图像的暗部分中，具有较低的增益的图像B将曝光不足，且在HDR图像的亮部分中，具有较高的增益的图像A将曝光过度。
或者，一个像素具有由对应的电路提供的两个可选择增益。图像传感器连续地拍摄两个图像。第一图像A来自具有较大的增益的像素且第二图像B来自具有较小的增益的像素。举例来说，2017年4月12日提出申请的第15/485,534号美国专利申请中阐述了包括由对应的电路提供的两个可选择增益的像素的图像传感器的实施例，所述美国专利申请转让给同一受让人。
S.曼(Mann)与R.W.皮卡德(Picard)在标题为“论数字照相机的‘非数字性’：通过组合不同曝光的图片扩大动态范围(On being‘undigital’with digital cameras:Extending dynamic range by combining differently exposed pictures)”的论文中阐述了用于组合具有高增益的第一图像A与具有低增益的第二图像B的方法，所述论文记录在1995年IS&T的会议记录第442页到第448页中。曼与皮卡德揭露了计算第一图像A与第二图像B的加权平均值。举例来说，HDR组合图像C可被表达为：
Figure BDA0002035526930000081
使用算法来确定系数α及系数β。A是具有高增益的像素的灰阶值，且B是具有低增益的像素的灰阶值。举例来说，M.D.格罗斯伯格(Grossberg)及S.K.纳亚尔(Nayar)在标题为“多个图像的高动态范围：组合哪些曝光？(High dynamic range from multipleimages:Which exposures to combine？)”的论文中论述了多个算法，所述论文记录在2003年10月电气与电子工程师协会(Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE)研讨会关于计算机视觉中的色彩及光度方法(Color and Photometric Methods inComputer Vision，CPMCV)的会议记录第1页到第8页中。在极端情形中，对于HDR图像的亮部分的像素，α＝0；且对于HDR图像的暗部分中的像素，β＝0。对于暗部分与亮部分之间的过渡像素，α及β皆不为0。A及B二者皆具有灰阶值0至255，因此组合图像C也具有灰阶值0至255。
A的实际灰阶值与A的所拍摄灰阶成比例，即0至255个灰阶乘以1/GA，且B的实际灰阶值与B的所拍摄灰阶成比例，即0至255个灰阶乘以1/GB，其中GA及GB分别是第一图像A及第二图像B的增益。可使用A的实际灰阶值及B的实际灰阶值以及α的值及β的值来计算组合图像C的实际灰阶值。所得的C的实际灰阶值可通过方程式(1)中所给出的具有0至255个灰阶的C的组合灰阶值乘以1/G来表达，其中G是HDR组合图像C的有效增益。注意，每一像素皆具有其自己的G，所述G可与其他像素的相同或不同。
可计算：
Figure BDA0002035526930000091
其中
Figure BDA0002035526930000092
且
Figure BDA0002035526930000093
且
Figure BDA0002035526930000094
由于C已由方程式(1)给出，因此可获得G。
图5示出根据本发明实施例的拍摄HDR图像的另一方法的流程图500。在步骤502中，同时地或连续地拍取第一图像A及第二图像B。分别使用不同的增益GA及GB来拍摄第一图像A及第二图像B。在步骤504中，将第一图像A与第二图像B组合为组合图像C。灰阶值C是灰阶值A与灰阶值B的加权平均值。在步骤506中，将实际灰阶值C’计算为实际灰阶值A’与实际灰阶值B’的加权平均值，实际灰阶值A’是灰阶值A与1/GA相乘，实际灰阶值B’是灰阶值B与1/GB相乘。在步骤508中，通过将组合图像C的灰阶值C与1/G相乘来表达实际灰阶值C’，其中G是像素的有效增益。在步骤510中，将组合图像中每一像素的灰阶值及有效增益值存储在存储器中及/或传送到显示***。如此一来，像素的实际灰阶数目大于像素的固有灰阶数目(例如，256)。像素的每一实际灰阶值是灰阶值C与1/G相乘，G是有效增益。
概括来说，第一显示器提供1/G值，且第二显示器提供灰阶值。所产生的HDR图像是由第一显示器提供的1/G值与由第二显示器提供的灰阶值的乘积。灰阶值可以是以两个不同的增益拍摄的两个图像的组合图像的灰阶值。灰阶值也可以是由集成图像中的以分别不同的增益捕获的至少两个区域形成的集成图像的灰阶值。所述增益可以是从以两个不同的增益拍摄的两个图像计算得到的有效增益。所述增益也可以是集成图像中的对应区域的增益。组合图像的灰阶值是以两个不同的增益拍摄的两个图像的灰阶值的加权平均值。在实施例中，1/G值可以是例如第一值等任何值，且灰阶值可以是例如第二值等任何值。
图6示出根据本发明的显示***600的示例性实施例。显示***600包括第一显示器602及第二显示器604。第一显示器602与第二显示器604通过偏振分束器(PolarizingBeam Splitter，PBS)606进行光学耦合。第一显示器602可以是透射式液晶显示器(LiquidCrystal Display，LCD)，包括第一玻璃衬底610、未图案化氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)层612、液晶(Liquid Crystal，LC)层614、具有孤立的电极616的图案化ITO层、以及第二玻璃衬底618。第二显示器604可以是反射式硅基液晶(Liquid Crystal On Silicon，LCOS)显示器，包括玻璃衬底620、未图案化ITO层622、LC层624、金属电极层626、以及硅衬底628。
来自光源(未示出)的非偏振光穿过偏振器(例如，S偏振器608)，因此光被S偏振。S偏振光穿过第一显示器602并被第一显示器602调制。由于某一S偏振部分被第一显示器602旋转或部分地旋转，因此经调制光具有S偏振部分及P偏振部分。LC层614被配置成对于0或最低值的像素值将S偏振光旋转成P偏振光，且对于例如255或最高值的像素值则保持S偏振光不变。由第一显示器602调制的光进入PBS 606。S偏振部分被反射到第二显示器604，且P偏振部分透射过PBS 606而不予使用。反射到第二显示器604的S偏振部分是由第一显示器602调制的强度。第一显示器602显示1/G，因此S偏振部分的强度与1/G成比例。
S偏振部分穿过玻璃衬底620、未图案化ITO层622、LC层624并被金属电极层626反射以逆向穿过LC层624、未图案化ITO层622及玻璃衬底620，进而离开第二显示器604。LC层624被配置成对于例如255或最高值的像素值将S偏振光旋转成P偏振光，且对于0或最低值的像素值则保持S偏振光不变。离开第二显示器604的光进入PBS 606。P偏振部分透射过PBS606，且S偏振部分被反射到第一显示器602方向，S偏振部分不予使用。在P偏振部分透射过PBS 606之后产生的显示器图像是由第二显示器604显示的0至255个灰阶值与由第一显示器602显示的1/G相乘。因此，可显示具有多于256个灰阶的HDR图像。
如此一来，非偏振光依序穿过偏振器，穿过第一显示器，被PBS反射，进入第二显示器并被第二显示器反射，并且透射过PBS。
图7示出根据本发明的显示***700的另一示例性实施例。显示***700包括第一显示器702及第二显示器704。第一显示器702可以是透射式LCD，包括第一玻璃衬底710、未图案化ITO层712、LC层714、具有孤立的电极716的图案化ITO层、以及第二玻璃衬底718。第二显示器704可以是反射式LCOS显示器，包括玻璃衬底720、未图案化ITO层722、LC层724、金属电极层726、以及硅衬底728。
来自光源(未示出)的非偏振光进入PBS 706。光的S偏振部分被反射到第一显示器702，且光的P偏振部分透射过PBS 706而不予使用。S偏振光穿过第一显示器702并由第一显示器702调制。由于某一S偏振部分被第一显示器702旋转或部分地旋转，因此经调制光具有S偏振部分及P偏振部分。LC层714被配置成对于例如255或最高值的像素值将S偏振光旋转成45°偏振光，且对于0或最低值的像素值则保持S偏振光不变。由第一显示器702调制的光穿过P偏振器708。第一显示器702显示
Figure BDA0002035526930000111
因此P偏振部分的强度与
Figure BDA0002035526930000112
成比例。
P偏振部分穿过玻璃衬底720、未图案化ITO层722、LC层724并被金属电极层726反射以逆向穿过LC层724、未图案化ITO层722及玻璃衬底720，进而离开第二显示器704。LC层724被配置成对于0或最低值的像素值将P偏振光旋转成S偏振光，且对于例如255或最高值的像素值则保持P偏振光不变。离开第二显示器704的光穿过P偏振器708并进入第一显示器702。
离开第二显示器704的光第二次穿过第一显示器702。P偏振光穿过第一显示器702并由第一显示器702调制。由于某一P偏振部分被第一显示器702旋转或部分地旋转，因此经调制光具有S偏振部分及P偏振部分。由于LC层714被配置成沿正向方向将偏振旋转45°，因此LC层714沿逆向方向将偏振旋转-45°。LC层714对于例如255或最高值的像素值将P偏振光旋转成45°偏振光，且对于0或最低值的像素值则保持P偏振光不变。
由第一显示器702两次调制的光进入PBS 706，PBS 706透射P偏振部分，且反射S偏振部分而不予使用。第一显示器702显示
Figure BDA0002035526930000113
因此P偏振部分在穿过P偏振器708之后的强度与
Figure BDA0002035526930000114
成比例。第一显示器702进行两次调制所得的调制与
Figure BDA0002035526930000115
或与1/G成比例。在P偏振部分透射过PBS 706之后产生的显示器图像是由第二显示器704显示的0至255个灰阶值与由第一显示器702调制的1/G相乘。因此，可显示具有多于256个灰阶的HDR图像。
如此一来，非偏振光依序被PBS反射，沿正向方向穿过第一显示器，穿过偏振器，进入第二显示器并被第二显示器反射，第二次穿过偏振器，沿反向方向穿过第一显示器，并且透射过PBS。
图8示出根据本发明的显示***800的又一示例性实施例。显示***800包括第一显示器802及第二显示器804。第一显示器802可以是透射式LCD，包括第一玻璃衬底810、未图案化ITO层812、LC层814、具有孤立的电极816的图案化ITO层、以及第二玻璃衬底818。第二显示器804可以是反射式LCOS显示器，包括玻璃衬底820、未图案化ITO层822、LC层824、金属电极层826、以及硅衬底828。
来自光源(未示出)的非偏振光进入非偏振分束器(Beam Splitter，BS)806。非偏振光的一半被反射到第一显示器802，且非偏振光的一半透射过BS 806而不予使用。所反射的非偏振光的P偏振部分穿过P偏振器830。P偏振光穿过第一显示器802并被第一显示器802调制。由于某一P偏振部分被第一显示器802旋转或部分地旋转，因此经调制光具有P偏振部分及S偏振部分。LC层814被配置成对于0或最低值的像素值将P偏振光旋转成S偏振光，且对于例如255或最高值的像素值则保持P偏振光不变。由第一显示器802调制的光穿过P偏振器808。第一显示器802显示
Figure BDA0002035526930000121
因此P偏振部分的强度与
Figure BDA0002035526930000122
成比例。
P偏振部分穿过玻璃衬底820、未图案化ITO层822、LC层824并被金属电极层826反射以逆向穿过LC层824、未图案化ITO层822及玻璃衬底820，进而离开第二显示器804。LC层824被配置成对于0或最低值的像素值将P偏振光旋转成S偏振光，且对于例如255或最高值的像素值则保持P偏振光不变。离开第二显示器804的光穿过P偏振器808并进入第一显示器802。
离开第二显示器804的光第二次穿过第一显示器802。P偏振光穿过第一显示器802并由第一显示器802调制。由于某一P偏振部分被第一显示器802旋转或部分地旋转，因此经调制光具有S偏振部分及P偏振部分。由于LC层814被配置成沿正向方向将P偏振光旋转成S偏振光，因此LC层814沿逆向方向将S偏振光旋转成P偏振光，这与将P偏振光旋转成S偏振光相同。对于正向方向及逆向方向，类似地，LC层814对于0或最低值的像素值将P偏振光旋转成S偏振光，且对于例如255或最高值的像素值则保持P偏振光不变。
由第一显示器802两次调制的光第二次穿过P偏振器830。第一显示器802显示
Figure BDA0002035526930000123
因此P偏振部分在穿过P偏振器808之后的强度与
Figure BDA0002035526930000124
成比例。第一显示器802进行两次调制所得的调制是
Figure BDA0002035526930000125
或是1/G。穿过P偏振器830而产生的显示器图像是由第二显示器804显示的0至255个灰阶值与由第一显示器802调制的1/G相乘。所产生的图像的一半透射过BS 806。因此，可显示具有多于256个灰阶的HDR图像。
如此一来，非偏振光依序被BS反射，穿过第一偏振器，沿正向方向穿过第一显示器，穿过第二偏振器，进入第二显示器并被第二显示器反射，第二次穿过第二偏振器，沿反向方向穿过第一显示器，第二次穿过第一偏振器，并且透射过BS。
图9示出根据本发明的显示***900的又一示例性实施例。显示***900包括第一显示器902及第二显示器904。第一显示器902可以是透射式LCD，包括第一玻璃衬底910、未图案化ITO层912、LC层914、具有孤立的电极916的图案化ITO层、以及第二玻璃衬底918。第二显示器904可以是反射式LCOS显示器，包括玻璃衬底920、未图案化ITO层922、LC层924、金属电极层926、以及硅衬底928。
来自光源(未示出)的非偏振光进入PBS 906。光的S偏振部分被反射到法拉第(Faraday)旋光器930，且光的P偏振部分透射过PBS 906而不予使用。具有0°偏振的S偏振光的偏振被法拉第旋光器930旋转45°。P偏振光的偏振是90°偏振。45°偏振光穿过第一显示器902并由第一显示器902调制。由于某一45°偏振部分被第一显示器902旋转或部分地旋转，因此经调制光具有45°偏振部分及-45°偏振部分。LC层914配置成对于0或最低值的像素值将45°偏振光旋转成-45°偏振光，且对于例如255或最高值的像素值则保持45°偏振光不变。被第一显示器902调制的光穿过45°偏振器908。第一显示器902显示
Figure BDA0002035526930000131
因此45°偏振部分在穿过45°偏振器908之后的强度与
Figure BDA0002035526930000132
成比例。
45°偏振部分穿过玻璃衬底920、未图案化ITO层922、LC层924，并被金属电极层926反射以逆向穿过LC层924、未图案化ITO层922及玻璃衬底920，进而离开第二显示器904。LC层924被配置成对于0或最低值的像素值将45°偏振光旋转成-45°偏振光，且对于例如255或最高值的像素值则保持45°偏振光不变。离开第二显示器904的光穿过45°偏振器908并进入第一显示器902。
光在穿过45°偏振器之后又第二次穿过第一显示器902。45°偏振光穿过第一显示器902并由第一显示器902调制。由于某一45°偏振部分被第一显示器902旋转或部分地旋转，因此经调制光具有45°偏振部分及-45°偏振部分。由于LC层914被配置成沿正向方向将45°偏振光旋转成-45°偏振光，因此LC层914沿逆向方向将-45°偏振光旋转成45°偏振光，这与将45°偏振光旋转成-45°偏振光相同。对于正向方向及逆向方向，类似地，LC层914对于0或最低值的像素值将45°偏振光旋转成-45°偏振光，且对于例如255或最高值的像素值则保持45°偏振光不变。
由第一显示器902两次调制的光第二次穿过法拉第旋光器930。与沿正向方向旋转偏振γ且沿逆向方向旋转偏振-γ的LC层不同，法拉第旋光器沿正向方向及逆向方向二者皆旋转偏振γ。因此，45°偏振光在穿过法拉第旋光器930之后变成90°偏振光，所述90°偏振光是P偏振光。P偏振光进入并透射过PBS 906，从而提供显示器图像。PBS 906反射不被使用的S偏振光。
第一显示器902显示
Figure BDA0002035526930000133
因此45°偏振部分在穿过45°偏振器908之后的强度与
Figure BDA0002035526930000134
成比例。第一显示器902进行两次调制所得的调制是
Figure BDA0002035526930000135
或是1/G。在穿过PBS 906之后产生的显示器图像是由第二显示器904显示的0至255个灰阶值与由第一显示器902调制的1/G相乘。因此，可显示具有多于256个灰阶的HDR图像。
如此一来，非偏振光依序被PBS反射，穿过法拉第旋光器，沿正向方向穿过第一显示器，穿过偏振器，进入第二显示器并被第二显示器反射，第二次穿过偏振器，沿反向方向穿过第一显示器，第二次穿过法拉第旋光器，并且透射过PBS。
应了解，灰阶值可由第一值代替，且1/G值可被第二值代替。第一值及第二值可以是任何值。所显示的图像是第一值与第二值的乘积。
虽然本文中已关于示例性实施例及实践本发明的最佳模式阐述了本发明，但所属领域的技术人员应了解，可在不背离本发明的精神及范围的情况下对本发明做出许多润饰、改进及各种实施例的子组合、更动及变化。
以下权利要求书中所使用的用语不应被视为将本发明限制于说明书及权利要求书中所揭露的具体实施例。而是，所述范围将完全由以下权利要求书确定，以下权利要求书将根据权利要求解释所建立的教示加以阐释。因此，本说明书及图被视为说明性的而非局限性的。

Claims (20)

1.一种用于显示高动态范围图像的显示***，包括：
第一显示器，用于提供1/G值，其中G是增益；以及
第二显示器，用于提供灰阶值；
其中所述高动态范围图像是由所述第一显示器提供的所述1/G值与由所述第二显示器提供的所述灰阶值的乘积；
其中所述灰阶值是组合图像与集成图像中的一者的灰阶值，所述组合图像是从以两个不同的增益拍摄的两个图像得到，所述集成图像是由所述集成图像中的以分别不同的增益拍摄的至少两个区域形成；且
其中所述增益是从所述以两个不同的增益拍摄的两个图像计算得到的有效增益及所述集成图像中的对应区域的增益中的一者。
2.根据权利要求1所述的显示***，其中所述组合图像的所述灰阶值是所述以两个不同的增益拍摄的两个图像的灰阶值的加权平均值。
3.根据权利要求1所述的显示***，还包括：
偏振器；以及
偏振分束器；
其中非偏振光依序穿过所述偏振器，穿过所述第一显示器，被所述偏振分束器反射，进入所述第二显示器并被所述第二显示器反射，并且透射过所述偏振分束器；
其中所述第一显示器是透射式显示器，包括：
第一玻璃衬底，
未图案化氧化铟锡层，
液晶层，
图案化氧化铟锡层，具有孤立的电极，以及
第二玻璃衬底；
其中所述第一显示器的所述液晶层被配置成对于具有最低灰阶值的像素将S偏振光旋转成P偏振光且对于具有最高灰阶值的像素则保持S偏振光不变；
其中所述第二显示器是反射式硅基液晶显示器，包括：
玻璃衬底，
未图案化氧化铟锡层，
液晶层，
金属电极层，以及
硅衬底；
其中所述第二显示器的所述液晶层被配置成对于具有最高灰阶值的像素将S偏振光旋转成P偏振光且对于具有最低灰阶值的像素则保持S偏振光不变。
4.根据权利要求3所述的显示***，其中所述第一显示器显示1/G值。
5.根据权利要求1所述的显示***，还包括：
偏振器；以及
偏振分束器；
其中非偏振光依序被所述偏振分束器反射，沿正向方向穿过所述第一显示器，穿过所述偏振器，进入所述第二显示器并被所述第二显示器反射，第二次穿过所述偏振器，沿反向方向穿过所述第一显示器，并透射过所述偏振分束器；
其中所述第一显示器是透射式显示器，包括：
第一玻璃衬底，
未图案化氧化铟锡层，
液晶层，
图案化氧化铟锡层，具有孤立的电极，以及
第二玻璃衬底；
其中所述第一显示器的所述液晶层被配置成在正向方向上对于具有最高灰阶值的像素将S偏振光旋转成45°偏振光且对于具有最低灰阶值的像素则保持S偏振光不变；
其中所述第二显示器是反射式硅基液晶显示器，包括：
玻璃衬底，
未图案化氧化铟锡层，
液晶层，
金属电极层，以及
硅衬底；
其中所述第二显示器的所述液晶层被配置成对于具有最低灰阶值的像素将P偏振光旋转成S偏振光且对于具有最高灰阶值的像素则保持P偏振光不变。
6.根据权利要求5所述的显示***，其中所述第一显示器显示
Figure FDA0002536922510000021
值。
7.根据权利要求1所述的显示***，还包括：
第一偏振器及第二偏振器；以及
分束器；
其中非偏振光依序被所述分束器反射，穿过所述第一偏振器，沿正向方向穿过所述第一显示器，穿过所述第二偏振器，进入所述第二显示器并被所述第二显示器反射，第二次穿过所述第二偏振器，沿反向方向穿过所述第一显示器，第二次穿过所述第一偏振器，并透射过所述分束器；
其中所述第一显示器是透射式显示器，包括：
第一玻璃衬底，
未图案化氧化铟锡层，
液晶层，
图案化氧化铟锡层，具有孤立的电极，以及
第二玻璃衬底；
其中所述第一显示器的所述液晶层被配置成在正向方向上对于具有最低灰阶值的像素将P偏振光旋转成S偏振光且对于具有最高灰阶值的像素则保持P偏振光不变；
其中所述第二显示器是反射式硅基液晶显示器，包括：
玻璃衬底，
未图案化氧化铟锡层，
液晶层，
金属电极层，以及
硅衬底；
其中所述第二显示器的所述液晶层被配置成对于具有最低灰阶值的像素将P偏振光旋转成S偏振光且对于具有最高灰阶值的像素则保持P偏振光不变。
8.根据权利要求7所述的显示***，其中所述第一显示器显示
Figure FDA0002536922510000031
值。
9.根据权利要求1所述的显示***，还包括：
偏振器；
法拉第旋光器；以及
偏振分束器；
其中非偏振光依序被所述偏振分束器反射，穿过所述法拉第旋光器，沿正向方向穿过所述第一显示器，穿过所述偏振器，进入所述第二显示器并被所述第二显示器反射，第二次穿过所述偏振器，沿反向方向穿过所述第一显示器，第二次穿过所述法拉第旋光器，并透射过所述偏振分束器；
其中所述第一显示器是透射式显示器，包括：
第一玻璃衬底，
未图案化氧化铟锡层，
液晶层，
图案化氧化铟锡层，具有孤立的电极，以及
第二玻璃衬底；
其中所述第一显示器的所述液晶层被配置成在正向方向上对于具有最低灰阶值的像素将45°偏振光旋转成-45°偏振光且对于具有最高灰阶值的像素则保持45°偏振光不变；
其中所述第二显示器是反射式硅基液晶显示器，包括：
玻璃衬底，
未图案化氧化铟锡层，
液晶层，
金属电极层，以及
硅衬底；
其中所述第二显示器的所述液晶层被配置成对于具有最低灰阶值的像素将45°偏振光旋转成-45°偏振光且对于具有最高灰阶值的像素则保持45°偏振光不变。
10.根据权利要求9所述的显示***，其中所述第一显示器显示
Figure FDA0002536922510000041
值。
11.一种用于显示高动态范围图像的显示***，包括：
第一显示器，用于提供第一值；以及
第二显示器，用于提供第二值；
其中所显示的所述图像是由所述第一显示器提供的所述第一值与由所述第二显示器提供的所述第二值的乘积；
其中所述第一显示器是透射式显示器，包括：
第一玻璃衬底，
未图案化氧化铟锡层，
液晶层，
图案化氧化铟锡层，具有孤立的电极，以及
第二玻璃衬底；
其中所述第二显示器是反射式硅基液晶显示器，包括：
玻璃衬底，
未图案化氧化铟锡层，
液晶层，
金属电极层，以及
硅衬底。
12.根据权利要求11所述的显示***，还包括：
偏振器；以及
偏振分束器；
其中非偏振光依序穿过所述偏振器，穿过所述第一显示器，被所述偏振分束器反射，进入所述第二显示器且被所述第二显示器反射，并且透射过所述偏振分束器；
其中所述第一显示器的所述液晶层被配置成对于具有最低灰阶值的像素将S偏振光旋转成P偏振光且对于具有最高灰阶值的像素则保持S偏振光不变；且
其中所述第二显示器的所述液晶层被配置成对于具有最高灰阶值的像素将S偏振光旋转成P偏振光且对于具有最低灰阶值的像素则保持S偏振光不变。
13.根据权利要求12所述的显示***，其中所述第一显示器显示所述第一值。
14.根据权利要求11所述的显示***，还包括：
偏振器；以及
偏振分束器；
其中非偏振光依序被所述偏振分束器反射，沿正向方向穿过所述第一显示器，穿过所述偏振器，进入所述第二显示器且被所述第二显示器反射，第二次穿过所述偏振器，沿反向方向穿过所述第一显示器，并透射过所述偏振分束器；
其中所述第一显示器的所述液晶层被配置成在正向方向上对于具有最高灰阶值的像素将S偏振光旋转成45°偏振光且对于具有最低灰阶值的像素则保持S偏振光不变；且
其中所述第二显示器的所述液晶层被配置成对于具有最低灰阶值的像素将P偏振光旋转成S偏振光且对于具有最高灰阶值的像素则保持P偏振光不变。
15.根据权利要求14所述的显示***，其中所述第一显示器显示所述第一值的平方根。
16.根据权利要求11所述的显示***，还包括：
第一偏振器及第二偏振器；以及
分束器；
其中非偏振光依序被所述分束器反射，穿过所述第一偏振器，沿正向方向穿过所述第一显示器，穿过所述第二偏振器，进入所述第二显示器并被所述第二显示器反射，第二次穿过所述第二偏振器，沿反向方向穿过所述第一显示器，第二次穿过所述第一偏振器，并透射过所述分束器；
其中所述第一显示器的所述液晶层被配置成在正向方向上对于具有最低灰阶值的像素将P偏振光旋转成S偏振光且对于具有最高灰阶值的像素则保持P偏振光不变；且
其中所述第二显示器的所述液晶层被配置成对于具有最低灰阶值的像素将P偏振光旋转成S偏振光且对于具有最高灰阶值的像素则保持P偏振光不变。
17.根据权利要求16所述的显示***，其中所述第一显示器显示所述第一值的平方根。
18.根据权利要求11所述的显示***，还包括：
偏振器；
法拉第旋光器；以及
偏振分束器；
其中非偏振光依序被所述偏振分束器反射，穿过所述法拉第旋光器，沿正向方向穿过所述第一显示器，穿过所述偏振器，进入所述第二显示器并被所述第二显示器反射，第二次穿过所述偏振器，沿反向方向穿过所述第一显示器，第二次穿过所述法拉第旋光器，并透射过所述偏振分束器；
其中所述第一显示器的所述液晶层被配置成在正向方向上对于具有最低灰阶值的像素将45°偏振光旋转成-45°偏振光且对于具有最高灰阶值的像素则保持45°偏振光不变；且
其中所述第二显示器的所述液晶层被配置成对于具有最低灰阶值的像素将45°偏振光旋转成-45°偏振光且对于具有最高灰阶值的像素则保持45°偏振光不变。
19.根据权利要求18所述的显示***，其中所述第一显示器显示所述第一值的平方根。
20.一种用于显示高动态范围图像的方法，包括：
使用第一显示器提供1/G值，其中G是增益；以及
使用第二显示器提供灰阶值；
显示所述高动态范围图像，其中所述高动态范围图像是由所述第一显示器提供的所述1/G值与由所述第二显示器提供的所述灰阶值的乘积；
其中所述灰阶值是组合图像与集成图像中的一者的灰阶值，所述组合图像是从以两个不同的增益拍摄的两个图像得到，所述集成图像是由所述集成图像中的以分别不同的增益拍摄的至少两个区域形成；
其中所述增益是从所述以两个不同的增益拍摄的两个图像计算得到的有效增益及所述集成图像中的对应区域的增益中的一者；且
其中所述组合图像的所述灰阶值是所述以两个不同的增益拍摄的两个图像的灰阶值的加权平均值。
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