CN1902677A - 利用低分辨率调制器和高分辨率调制器产生彩色的方法和*** - Google Patents

利用低分辨率调制器和高分辨率调制器产生彩色的方法和*** Download PDF

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Abstract

一种用于产生图像(116)的方法和***。该图像(116)包括低分辨率像素(151)的阵列，每个低分辨率像素(151)包括多个高分辨率像素(150)。显示***(100)包括具有彩色像素元件的阵列的第一光调制器和具有灰度像素元件的阵列的第二光调制器，其中每个彩色像素元件被配置成独立地调制低分辨率像素(151)之一的光谱分布，每个灰度像素元件被配置成独立地调制高分辨率像素(150)的灰度。该第一和第二光调制器被配置成协作操作，以使每个低分辨率像素(151)包括多组高分辨率像素(150)，每组高分辨率像素(150)具有一个不同的色彩。

Description

利用低分辨率调制器和高分辨率调制器产生彩色的方法和***
背景
诸如显示器、投影仪或其他成像***之类的用于显示图像的常规***或设备经常用来显示静止图像或视频图像。观察者基于诸如图像大小、对比度、色纯度、亮度、像素彩色精确度和分辨率之类的许多标准来评价显示***。在许多显示器市场上，亮度和分辨率是特别重要的量度。
一个典型的显示***包括光源、色轮和空间光调制器。从光源产生的光被引导到色轮上，该色轮随后过滤来自光源的光。色轮一般产生红光、绿光和蓝光。随后将红光、绿光和蓝光发送到空间光调制器，该空间光调制器根据期望的图像来调制彩色光。
然而，色轮和空间光调制器的使用可能影响显示图像的亮度和分辨率。例如，色轮与空间光调制器的结合使用可能导致闪烁和/或其它不期望的视觉伪像。此外，由于色轮一次只给空间光调制器提供一种颜色，所以可能负面地影响显示图像的亮度。
附图简述
附图说明本发明的各种实施例并且是说明书的一部分。所说明的实施例仅是本发明的例子，并且不限定本发明的范围。
图1说明根据一个示例性实施例的示例性显示***。
图2是根据一个示例性实施例的结合了低分辨率空间彩色调制器和高分辨率调制器的示例性显示***的示意图。
图3说明根据一个示例性实施例的可用于上述显示***的示例性高分辨率调制器。
图4说明根据一个示例性实施例的示例性灰度级的谱。
图5示出根据一个示例性实施例的叠加在低分辨率空间彩色调制器的多个低分辨率像素上的高分辨率调制器的多个高分辨率像素。
图6说明根据一个示例性实施例的已被分成多个时间片的示例性视频帧。
图7说明根据一个示例性实施例在一个帧期间对应于彩色调制器或者高分辨率调制器的像素的特定灰度级可能线性地依赖于在该帧期间像素处于“接通”状态的时间片的总数。
图8示出根据一个示例性实施例的叠加在多个低分辨率像素上的多个高分辨率像素，其中一些高分辨率像素是第一颜色，以及其它高分辨率像素是第二颜色。
图9是说明根据一个示例性实施例的利用与高分辨率调制器串联的低分辨率空间彩色调制器来产生彩色图像的示例性方法的示例性流程图。
图10是示出根据一个示例性实施例的在帧的每个时间片期间的低分辨率像素和对应高分辨率像素的接通/断开状态的时序图，其中低分辨率像素和高分辨率像素是同一颜色。
图11是示出根据一个示例性实施例的在帧的每个时间片期间的低分辨率像素和对应高分辨率像素的接通/断开状态的可替换时序图，其中低分辨率像素和高分辨率像素是以相同强度或灰度级的同一颜色。
图12是示出根据一个示例性实施例的在帧的每个时间片期间的低分辨率像素和对应高分辨率像素的接通/断开状态的可替换时序图，其中低分辨率像素和高分辨率像素是以相同强度或灰度级的同一颜色。
图13是示出根据一个示例性实施例的在低分辨率像素、第一颜色的高分辨率像素和第二颜色的高分辨率像素的帧的每个时间片期间的接通/断开状态的时序图。
图14是示出在低分辨率像素、第一颜色的高分辨率像素和第二颜色的高分辨率像素的帧的每个时间片期间的接通/断开状态的时序图，其中高分辨率像素的状态进行改变以实现它们各自的期望彩色强度。
在整个附图中，相同的附图标记表示相似的元件，但未必是相同的元件。
详细说明
本说明书描述一种利用与第二光调制器串联或光耦合的第一光调制器产生彩色图像的方法和***。在本说明书中涉及“帧”周期。如在此和所附权利要求书中使用的“帧”或“帧周期”将是指显示***在观看表面上产生数字帧的表示的时间周期。“数字帧”可以由表示一个帧周期的图像的数据组来定义。在示例性实施例中，帧周期可能具有1/60秒的持续时间，但并不限于此。
第一光调制器可能包括彩色像素元件的第一阵列，每个彩色像素元件彼此独立地调制颜色。术语“调制颜色”指的是改变入射光的光谱分布。例如，第一光调制器的一个像素元件可能接收基本上是白光的入射光，以及输出具有以诸如红色、绿色、蓝色、黄色、青色、品红色、橙色或某一其他颜色之类的特定波长的峰值的颜色分布。
在本说明书中涉及用于第一光调制器的给定像素元件的“彩色子帧”周期。彩色子帧周期是像素元件输出某种色彩(hue)或色调的帧周期的一部分或全部。
在示例性实施例中，第一光调制器采用被称作“脉宽调制”的技术来改变光的色彩和输出能量。脉宽调制指的是在帧周期或“子帧”周期期间产生一连串“接通”和“断开”状态以改变所感觉的调制器的输出强度。它还指结合几个具有变化的光谱峰值和持续时间的不同“接通”状态以限定子帧周期的平均色彩。
第二光调制器可能包括灰度像素元件的第二阵列，每个灰度像素元件被配置成调制光的灰度级。调制灰度级是指在帧周期期间调制通过或反射的能量。这种灰度级调制可通过脉宽调制、模拟操作、或以抖动或棋盘图案来实现。例如，第二光调制器可以包括采用脉宽调制的微镜阵列。另一方面，第二光调制器可以是以模拟方式操作的液晶显示器(LCD)，其中通过向液晶施加变化的电压以影响基于逐个像素的所通过的光的百分比，可以连续地改变灰度级。抖动或棋盘图案指的是处于“接通”状态的像素元件的面密度。
在一个示例性实施例中，第一光调制器是用于在要被显示的图像上产生彩色等级的相对较低分辨率的彩色调制器。在该实施例中，第二光调制器是用于增强图像分辨率和/或对比度的相对较高分辨率灰度调制器。光调制器可以被配置成以互补和/或协作的方式一起工作，以限定比仅由第一光调制器可以提供的彩色过渡更陡峭或更短尺寸的彩色过渡。如在此和所附权利要求书中所用的“低分辨率空间彩色调制器”或“彩色调制器”将用来是指具有比第二光调制器相对更低的空间分辨率的第一光调制器。此外，如在此和所附权利要求书中所用的“高分辨率空间调制器”或“高分辨率调制器”将用来是指具有比彩色调制器相对更高的空间分辨率的第二光调制器。
在一个示例性实施例中，包括第一颜色和第二颜色的两种颜色可能用低分辨率空间彩色调制器的相同像素元件来显示。如果两种颜色将用低分辨率空间彩色调制器的相同像素元件来显示，则将帧周期分成彩色调制器在其期间输出第一颜色的第一彩色子帧周期和彩色调制器在其期间输出第二颜色的第二子帧周期。
光穿过彩色调制器和高分辨率调制器的次序可能是变化的。例如，光调制器可被光耦合在显示***中，以使光首先被传递到高分辨率调制器，然后被传递到彩色调制器。
为了说明的目的，在后面的描述中阐述许多特定的细节，以便提供对本显示***的彻底理解。然而，对于本领域技术人员来说，可以实施本显示***而不用这些特定细节将是显而易见的。在本说明书中，所提及的“一个实施例”或“实施例”指的是结合该实施例所描述的特定特性、结构或特征将被包括在至少一个实施例中。在本说明书的不同地方出现的短语“在一个实施例中”不一定都是指同一实施例。
术语“显示***”在此和所附权利要求书中将被用来指投影仪、投影***、图像显示***、电视***、视频监视器、计算机监视***、或任何其他配置成显示图像的***，除非另有明确指示。图像可以是静止图像、一连串图像、或电影视频。术语“图像”在此和所附权利要求书中将被用来宽泛地指静止图像、一连串图像、电影视频、或由显示***显示的其他东西，除非另有明确指示。
图1说明根据示例性实施例的示例性显示***(100)。图1的部件仅是示例性的，并可被修改、改变、或增加以最佳地适合于特定应用。如图1中所示，图像数据被输入图像处理单元(106)中。图像数据限定了将由显示***(100)显示的图像。虽然只说明和描述了由图像处理单元(106)处理的一个图像，但是本领域技术人员将会理解，由图像处理单元(106)可以处理多个或一连串图像。图像处理单元(106)执行包括控制光源(101)的照度和控制低分辨率空间彩色调制器(102)与高分辨率空间调制器(103)的各种功能。
如图1中所示，可将光源(101)配置成给低分辨率空间彩色调制器(102)提供光束。光源(101)可以是高压汞灯，但并不限于此。通过基于图像处理单元(106)的输入来调制由光源(101)提供的光以形成带有彩色图像的光束，低分辨率空间彩色调制器(102)被配置成使得显示***(100)能够显示彩色图像。通过低分辨率空间彩色调制器(102)可以调制光的相位、强度、偏振、方向、波长、或其固有的任何其他性质。下面将详细说明低分辨率空间彩色调制器(102)。
将由低分辨率空间彩色调制器(102)传输的光通过偏振器、透镜、或通过某一其他设备(未示出)聚焦到高分辨率空间调制器(103)上。高分辨率空间调制器(103)是调制具有对应于电或光输入的空间图案的入射光的设备。通过高分辨率调制器(103)可调制入射光的相位、强度、偏振、方向、波长、颜色、色彩、或其固有的任何其他性质。因此，图1的高分辨率调制器(103)基于图像处理单元(106)的输入来调制由低分辨率空间彩色调制器(102)输出的光以形成带有图像的光束，该带有图像的光束最终由显示光学器件(104)显示或投射在观看表面(未示出)上。显示光学器件(104)可包括任何被配置成显示或投影图像的设备。例如，显示光学器件(104)可以是被配置成投影并聚焦图像到观看表面上的透镜，但并不限于此。观看表面可以是屏幕、电视、墙壁、液晶显示器(LCD)、或计算机监视器，但并不限于此。
根据一个示例性实施例，低分辨率空间彩色调制器(102)和高分辨率调制器(103)被定位在显示***(100)中的次序可以互换。例如，高分辨率调制器(103)可被置于低分辨率空间彩色调制器(102)的前面，并调制由光源(101)产生的光。在这种情况下，可将低分辨率空间彩色调制器(102)配置成调制由高分辨率调制器(103)输出的光。然而，为了说明的目的，将假定在此给出的实例中低分辨率调制器(102)首先出现在显示***(100)中。
图2是根据一个示例性实施例的结合了低分辨率空间彩色调制器(102)和高分辨率调制器(103)的示例性显示***(100)的示意图。如所示，可将显示***(100)配置成在观看表面(115)上产生图像(116)。在一个实施例中，观看表面(115)包括多个协作地相互作用以在观看表面(115)上形成图像的显示像素(114)。
在图2描述的显示***(100)中，光源(101)可以是高压灯，但并不限于此。光源(101)可以产生光(110)，并沿光路(通常由虚线表示)引导该光。如所示，可将光(110)引导穿过诸如透镜(111)或透镜组(未示出)、积分器棒(112)之类的光学器件并到达低分辨率空间彩色调制器(102)。
如图2中所示，可将低分辨率空间彩色调制器(102)配置成既可色分离入射光又可空间分离入射光成多个彩色光束。因此，低分辨率空间彩色调制器(102)可被配置成产生由多个彩色光束构成的低分辨率彩色光阵列。例如，图2的低分辨率空间彩色调制器(102)被配置成将入射光分离成红光(R)、蓝光(B)和绿光(G)。
如所述，低分辨率空间彩色调制器(102)可以是被配置成将入射光空间分离成多个彩色光束的许多不同调制器中的任何一个。例如，低分辨率空间彩色调制器(102)可以是数字滤光器或衍射光设备(DLD)，但并不限于此。数字滤光器可包括多个被配置成使不同的彩色光束有选择地通过的独立滤光器元件(113)。每个独立滤光器元件(113)可以是一个使一些波长(颜色)的光有选择地通过并阻碍或吸收其他波长(颜色)的光的合适滤色器。每个滤光器元件(113)可对应于如由所得到的彩色光束表示的最终显示的图像的一个不同的“低分辨率像素”。在将在下面说明的一个示例性实施例中，一个低分辨率像素可包括多个显示像素(114)。
如所述，低分辨率空间彩色调制器(102)可选择地是在下文称作DLD的干涉设备。DLD具有像素元件或单元的阵列，每个所述像素元件或单元是可独立控制的，以接收白光并输出具有峰值位于诸如红色、绿色、蓝色、青色、品红色、黄色、紫色、橙色或其他颜色之类的特定波长附近的光谱分布的光。当我们说像素元件输出某种颜色时，我们指的是它在输出峰值位于那种颜色附近的光谱分布。
每个单元包括具有垂直于单元的阵列的尺寸的光学腔，该光学腔响应于在有助于限定腔的对置板两端上所施加的电压。该腔可通过控制在对置板两端上的电压或控制注入到对置板之一或二者的电荷来限定。该光学腔的尺寸确定如上所述的输出光谱峰值。此外，该腔在某一尺寸具有黑色状态，其中几乎所有光被吸收。
回到图2的示例性显示***(100)，将所得到的彩色光束(为了简单起见，图2中只示出了其中两束)沿着光路进一步引导到高分辨率调制器(103)上。正如下面将要说明的，将高分辨率调制器(103)配置成进一步改进(refine)由彩色调制器(102)产生的低分辨率图像。可进一步引导所得到的高分辨率图像(再次作为单个光束示出)穿过显示光学器件(104)并到观看表面(115)上以产生图像(116)。
高分辨率调制器(103)可以是诸如硅基液晶(LCOS)阵列或微镜阵列之类的空间光调制器(SLM)，但并不限于此。LCOS和微镜阵列在本领域是已知的，并且在本说明书中将不详细说明。示例性但不唯一的LCOS阵列是PhilipsTM LCOS调制器。示例性但不唯一的微镜阵列是可从Texas InstrumentsTM Inc获得的数字光处理(DLP)芯片。高分辨率调制器(103)可选择地是液晶显示器(LCD)面板或任何其他被配置成具有高分辨率能力的调制器。
图2中所示的高分辨率调制器(103)是仅用于说明目的的反射调制器。然而，该高分辨率调制器(103)可选择地是诸如LCD面板之类的直通式或透射的调制器。同样，图2中所示的低分辨率空间彩色调制器(102)是仅用于说明目的的直通式调制器。然而，低分辨率空间彩色调制器(102)可选择地是反射调制器。
图3说明根据一个示例性实施例的可用于上述显示***(100；图2)的示例性高分辨率调制器(103)。为了说明的目的，图3的示例性的高分辨率调制器(103)是包括微镜阵列(120)的SLM。微镜阵列(120)包括多行微镜(120)。每个微镜(120)对应于将被显示的高分辨率图像中的显示像素。微镜(120)可以数字的或双稳态的方式进行操作。数字的操作将给定微镜完全偏转到第一位置或第二位置。第一位置是“接通”位置，而第二位置是“断开”位置。由彩色调制器(102；图2)产生的光照亮整个微镜阵列。偏转到第一位置的微镜沿着第一路径反射光，而偏转到第二位置的微镜沿着第二路径反射光。显示***的显示光学器件(104)收集来自第一或“接通”位置的镜子的光，并将该光聚焦到图像平面上。防止由第二或“断开”位置的微镜反射的光到达图像平面。在下面将要详细描述的一个示例性实施例中，每个微镜可对应于最终显示的图像中的一个“高分辨率像素”。照亮与处于“接通”位置的微镜相关的高分辨率像素，而不照亮与处于“断开”位置的微镜相关的高分辨率像素。
图3说明控制微镜(120)的操作的控制电路(121-123)。例如，行选择逻辑(121)和列驱动逻辑(122)可将更新的数据发送到微镜阵列(120)中的特定微镜，以指示微镜在给定时刻是在“接通”位置还是在“断开”位置。接口电子器件(123)可被包括在显示***(100；图1)中，以在显示***(100；图1)的其他部件和控制SLM(103)的逻辑(121，122)之间进行连接。控制电路(121-123)是可选的，并且可被包括或不被包括在显示***(100；图1)中。
可将低分辨率空间彩色调制器(102；图2)和高分辨率调制器(103)都配置成产生具有变化的强度或灰度级的图像。在一个实施例中，可将彩色调制器(102；图2)配置成产生具有给定灰度级的低分辨率彩色图像，以及将高分辨率调制器(103)配置成通过添加多个灰度级来精细地解析低分辨率彩色图像。在一个实施例中，低分辨率空间彩色调制器(102；图2)和高分辨率调制器(103)可采用用脉宽调制或空间调制来产生给定的强度或灰度级。换句话说，在给定的帧周期内，可快速地接通和断开与低分辨率空间彩色调制器(102；图2)相关的低分辨率像素或与高分辨率调制器(103)相关的高分辨率像素以产生期望的灰度级。如果像素在给定帧内脉动得足够快速，那么人眼在该帧期间将准确地测量像素的灰度级，但是将不能检测到该脉动。低和高分辨率像素将在下面详细说明。
图4说明根据一个示例性实施例的示例性灰度级的谱。图4的灰度级是说明性的，并且将认识到，可以有或多或少的灰度级以最佳地适合于特定显示***。如图4中所示，第一灰度级(130)是全黑的。全黑灰度级或黑色状态对应于在整个帧或子帧期间处于“断开”状态的像素。该像素可以是与低分辨率空间彩色调制器(102；图2)相关的低分辨率像素或者与高分辨率调制器(103)相关的高分辨率像素。如图4中所示，灰度级在亮度上一直增加到最后的灰度级(131)。最后的灰度级(131)是白色的，并对应于在整个帧期间处于“接通”状态的像素。位于第一和最后的灰度级(130，131)之间的灰度级可通过改变特定帧内像素处于“接通”状态的时间量来产生。基于“接通”或“断开”状态的灰度级的这一变化被称作脉宽调制(PWM)。
在一个可选实施例中，高分辨率调制器(103)可以是模拟LCD面板，该模拟LCD面板被配置成根据施加到每个像素元件上的电压来使连续变化或模拟量的偏振光通过。LCD面板可以以PWM模式或模拟模式进行操作。
图5示出叠加在低分辨率空间彩色调制器(102)的多个低分辨率像素(151)上的高分辨率调制器(103)的多个高分辨率像素(150)。高分辨率像素(150)由虚线表示，而低分辨率像素(151)由实线表示。如图5中所示，高分辨率调制器(103)具有比低分辨率空间彩色调制器(102)高的像素分辨率。换句话说，高分辨率像素(150)在几何尺寸上比低分辨率像素(151)小。在一个示例性实施例中，高分辨率像素(150)的数量与要由显示***(100；图1)显示的图像中的显示像素的数量相同。仅为了说明的目的，图5的示例性高分辨率调制器(103)具有16个高分辨率像素(150)，它们对应于低分辨率空间彩色调制器(102)的每个低分辨率像素(151)。彩色调制器(102)和高分辨率调制器(103)的实际尺寸可进行改变以最佳地适合于特定应用。例如，低分辨率空间彩色调制器(102)可以是400×300像素，而高分辨率调制器(103)可以是1600×1200像素。
为了说明的目的，图5也说明了完全对准的高分辨率像素(150)和低分辨率像素元件(151)。然而，由于实际显示***中的制造公差，所以在它们之间可能有某种程度的未对准。
在给定的时间周期期间，每个低分辨率像素(151)和每个高分辨率像素(150)可能处于“接通”状态或“断开”状态。如将在此和所附权利要求书中所使用的，在数字设备的情况下，处于“接通”状态的低分辨率像素(151)或高分辨率像素(150)在给定时间周期期间是激活的，而处于“断开”状态的低分辨率像素(151)或高分辨率像素(150)在给定时间周期期间是未激活的。而且，在此和所附权利要求书中的术语“接通”和“激活”像素(低或高分辨率像素(151，150))将被可互换地使用来指的是使像素处于“接通”状态。例如，可通过控制像素的对应微镜或位于彩色调制器(102)或高分辨率调制器(103)内的启动设备来接通或激活像素。
如上所述，可将低分辨率空间彩色调制器(102)配置成同时产生多种颜色。这样，图5的低分辨率像素(151)在同一视频帧期间可以是不同的颜色。而且，如下面将要描述的，可将低分辨率像素(151)配置成在一个视频帧的不同部分期间具有不同的颜色，从而使得位于低分辨率像素(151)内的高分辨率像素(150)能够具有不同的颜色。
在可选择的实施例中，低分辨率空间彩色调制器(102)可能不具有“断开”状态，而是对于给定的帧周期在空间上和时间上仅仅在输出颜色之间变化。在空间上指的是不同的低分辨率像素(151)可能具有不同的选择颜色。在时间上指的是在帧周期期间给定的低分辨率像素(151)的颜色可能改变。在这种情况下，灰度级或黑色状态完全由高分辨率调制器(103)确定。
在可选择的实施例中，高分辨率调制器(103)是诸如具有“接通”状态、“断开”状态、以及在“接通”与“断开”状态之间的模拟电平的LCD面板之类的模拟设备。模拟高分辨率调制器(103)可通过改变在“接通”与“断开”状态之间的模拟电平来将灰度级添加到图像上。
图6说明一个已被分成多个时间片的示例性视频帧(140)。如下面将要说明的，将一个视频帧(140)分成多个时间片允许显示***(100；图1)产生具有变化的强度或灰度级的彩色图像。虽然图6的示例性帧(140)被分成15个时间片，但是该帧(140)可以被分成任何数量的时间片以最佳地适合于特定应用。
根据示例性实施例，在已经被分成2m-1个时间片的帧中，对于与彩色调制器(102；图2)相关的每个低分辨率像素(151；图5)，彩色调制器(102；图2)可产生高达2m个可能的灰度级。换句话说，对于每个低分辨率像素(151；图5)，彩色调制器(102；图2)可产生高达2m个不同强度或色调(shade)的特定颜色。就位而言，在已经被分成2m-1个时间片的帧中，对于每个低分辨率像素(151；图5)，彩色调制器(102；图2)可产生高达m位的颜色。如在此和所附权利要求书中所用的变量“m”可以是任何等于或大于零的整数。
同样，对于每个与高分辨率调制器(103；图2)相关的高分辨率像素(150；图5)，可将高分辨率调制器(103；图2)配置成产生高达2m个灰度级。就位而言，对于每个高分辨率像素(150；图5)，高分辨率调制器(103；图2)可产生高达m位的颜色。
例如，如果如图6所示将一个帧分成十五个时间片，那么对于每个低分辨率像素(151；图5)，彩色调制器(102；图2)可产生高达16个灰度级。同样，对于每个高分辨率像素(150；图5)，高分辨率调制器可产生高达16个灰度级。
在一个示例性实施例中，时间片并不都具有相等的宽度，而是具有变化的宽度。因此，可以减少产生各种灰度级所需的时间片的数量。例如，在二进制加权的4位***中，在一个帧周期中可以有4个时间片，它们具有对应于表示最低有效位到最高有效位的时间片的1、2、4和8的相对时间周期加权。在一个实施例中，可以在帧周期上对一些更重要的时间片进行划分以减少视觉伪象，以最佳地适合于特定应用。仅为了说明的目的，这里给出的例子将依照同等加权的时间片来说明。然而，将会理解也可以使用二进制加权的时间片。
灰度分辨率的位数可进行改变以最佳地适合于特定应用。例如，一些显示***可被配置成产生24位彩色，或者对于三原色中的每种产生八位灰度。其他显示***可被配置成产生多于或少于三原色，每种具有多于或少于八位的灰度。因此，m的示例性值可以是24。然而，如前所述，m的值可进行改变以最佳地适合于特定应用。
图7说明在一个帧期间对应于彩色调制器(102；图2)或者高分辨率调制器(103；图2)的像素的特定灰度级可能线性地依赖于在该帧期间像素处于接通状态的时间片的总数。为了说明的目的，假设彩色调制器(102；图2)和高分辨率调制器(103；图2)没有一起工作来为特定高分辨率像素(150；图5)产生附加的灰度级。图7示出了任何一个调制器(102，103；图2)都可在具有2m-1个时间片的帧中产生2m个灰度级。为了说明的目的，在图7的曲线图中的灰度级被标记为1，2，3，…，2m，其中灰度级1是最低(最暗)灰度级，而灰度级2m是最高(最亮)灰度级。因此，参考图7，如果像素没有在帧的任何一个时间片中处于“接通”状态，那么它的灰度级为1。同样，如果像素在总计一个时间片中处于“接通”状态，那么它的灰度级为2。如果像素在总计两个时间片中处于“接通”位置，那么它的灰度级为3。最后，如图7中所示，如果像素在帧的所有2m-1个时间片期间都处于“接通”状态，那么它的灰度级为2m。
重要的是注意到，特定像素的灰度级取决于在帧中像素处于“接通”状态的时间片的总数。因此，根据示例性实施例，像素在帧中的任何组合的时间片期间可以“接通”以实现特定灰度级。例如，利用图7的灰度注释，低分辨率像素(151；图5)在任何两个图4中所示的时间片期间可以“接通”以实现灰度级3。同样，高分辨率像素(150；图5)在任何两个图4中所示的时间片期间可以“接通”以实现灰度级3。参考图6，低分辨率像素(151；图5)或高分辨率像素(150；图5)在时间片1和2、7和8、15和1、或帧(140；图4)内任何其他组合的两个时间片期间可以接通以对于高分辨率像素(150；图5)实现灰度级3。因此，如下面将要说明的，彩色调制器(102；图2)和高分辨率调制器(103；图2)可以以互补的方式工作，以对于特定高分辨率像素(150；图4)实现期望的灰度级数。
现在将结合图8和9说明利用串联的低分辨率空间彩色调制器(102)和高分辨率调制器(103)产生彩色图像的示例性方法。类似于图5，图8示出了叠加在多个低分辨率像素(151)上的多个高分辨率像素(150)。然而，图8也示出了一些高分辨率像素(150)可以是第一颜色(例如：181)，而其他高分辨率像素(150)可以是第二颜色(例如：184)。为了说明的目的，图8中填满灰色的高分辨率像素(150)对应于第一颜色，而没有填满的高分辨率像素(150)对应于第二颜色。在一个示例性实施例中，第一和第二颜色可以是诸如红色、蓝色、绿色、黑色、白色等等之类的任何颜色。
如图8中所示，一个或多个低分辨率像素(151)可包括第一颜色的高分辨率像素(150)和第二颜色的高分辨率像素(150)。例如，这种低分辨率像素(151)可以位于将被显示的图像中两个不同有色物体的边缘。例如，在图8中，低分辨率像素(182)包括第一颜色(例如：183)和第二颜色(例如：184)的高分辨率像素(150)。仅为了说明的目的，图8示出了在一个低分辨率像素(182)中的两个不同颜色的高分辨率像素(183，184)。然而，在一个示例性实施例中，当前描述的产生有色高分辨率像素(150)的方法可被扩展以应用于显示***，在该显示***中，在单个低分辨率像素(151)内存在多于两种的不同颜色。
图9是说明使用与高分辨率调制器(103；图2)串联的低分辨率空间彩色调制器(102；图2)产生彩色图像的示例性方法的示例性流程图。更具体而言，图9说明通过协调高分辨率像素(150；图8)与它们对应的低分辨率像素(151；图5)的接通/断开状态来为高分辨率像素(150；图8)产生颜色的示例性方法。
在一个实施例中，图9的示例性方法的第一步是确定低分辨率像素(151；图8)是否包括不同颜色的高分辨率像素(150；图8)(步骤190)。如在此和所附权利要求书中所用的，“过渡低分辨率像素模式”将被用来指低分辨率像素(151；图8)包括不同颜色的高分辨率像素(150；图8)的情况(是，步骤190)，同样，“非过渡低分辨率像素模式”将被用来指低分辨率像素(151；图8)不包括不同颜色的高分辨率像素(150；图8)的情况(否，步骤190)。仅为了说明的目的，图9的示例性方法中的高分辨率像素(150；图8)可以是两种不同颜色中的一种。然而，可以修改图9的示例性方法以产生具有多于两种不同颜色的高分辨率像素(150；图8)。
如果在低分辨率像素内包括的高分辨率像素是同一颜色(否，步骤190)，则可以通过在整个帧的选择时间片期间激活具有期望颜色的低分辨率像素来产生位于低分辨率像素内的高分辨率像素的颜色(步骤191)。如图9中所示，高分辨率像素也可以在整个帧的选择时间片期间被激活(步骤192)，因此，当添加任何期望的附加灰度级时，允许高分辨率像素与低分辨率像素保持相同颜色。对于低分辨率像素和对应的高分辨率像素产生相同颜色的例子将结合图10的时序图来给出。图10的时序图对应于图8的低分辨率像素(180；图8)和该低分辨率像素(180；图8)内的一个高分辨率像素(181；图8)。
图10是示出在帧(140)的每个时间片期间低分辨率像素(180；图8)和对应高分辨率像素(181；图8)的接通/断开状态的时序图，在所述帧中低分辨率像素(180；图8)和高分辨率像素(181；图8)是同一颜色。低分辨率像素(180；图8)的接通/断开状态由实线表示，而高分辨率像素(181；图8)的接通/断开状态由虚线表示。
仅为了说明的目的，低分辨率像素(180；图8)和高分辨率像素(181；图8)是同一种颜色(红色)，并具有相同的强度或灰度级(大约50％)。然而，可以理解的是，低分辨率像素(180；图8)和高分辨率像素(181；图8)可以是具有任何灰度级的任何颜色。
如图10中所示的，对于在帧(140)期间大约一半的时间片，低分辨率像素(180；图8)处于“接通”状态以实现大约50％的强度。在该例子中，因为高分辨率像素(181；图8)具有与低分辨率像素(180；图8)相同的强度，所以高分辨率像素(181；图8)在帧(140)的每个时间片期间都处于“接通”状态。然而，在可选实施例(未示出)中，高分辨率像素(181；图8)可在帧(140)的任何数量的时间片期间“接通”，以将期望的灰度级数添加到由彩色调制器(102；图2)产生的颜色上。
在可选实施例中，可将帧(140)中的时间片进行加权，以便划分彩色的更重要的位并在整个帧周期(140)上展开。这种加权可以减少闪烁和/或其它与显示的图像相关的视觉伪象。图11是示出在帧(140)的每个时间片期间低分辨率像素(180；图8)和对应高分辨率像素(181；图8)的接通/断开状态的时序图，在所述帧中低分辨率像素(180；图8)和高分辨率像素(181；图8)是以相同强度或灰度级(大约50％)的同一颜色(红色)。
如图11中所示，对于在帧(140)期间大约一半的时间片，低分辨率像素(180；图8)处于“接通”状态。然而，不同于结合图10给出的例子，低分辨率像素(180；图8)在非连续的时间片期间是“接通”的。这样，如图11中所示，低分辨率像素(180；图8)在时间片1-3、7-8和13-15期间处于“接通”状态。根据示例性实施例，低分辨率像素(180；图8)和高分辨率像素(181；图8)可在时间片的任何序列期间处于“接通”状态。
图12是说明又一可选实施例的时序图，其中低分辨率像素(180；图8)和高分辨率像素(181；图8)是以相同强度或灰度级(大约50％)的同一颜色(红色)。如图12中所示，低分辨率像素(180；图8)可在整个帧(140)期间处于“接通”状态，而高分辨率像素(181；图8)可在帧(140)期间大约一半的时间片处于“接通”状态，以对高分辨率像素(181；图8)产生以大约一半强度的红色。
因此，如由图10-12的时序图所示，可控制低分辨率像素(180；图8)或高分辨率像素(181；图8)的状态以对高分辨率像素(181；图8)实现期望彩色强度。而且，尽管没有示出，但是可以认识到，通过同时改变低分辨率像素(180；图8)和高分辨率像素(181；图8)的状态也可以实现相同的彩色强度结果。
回到图9的流程图，如果低分辨率像素包括两种不同颜色的高分辨率像素(是，步骤190)，那么可通过首先将帧分成两个子帧来产生高分辨率像素的颜色(步骤193)。如将在下面描述的每个子帧包括多个时间片。可以理解，如果是比两种不同颜色更多的高分辨率像素，则可以修改图9的示例性方法。在这种情况下，可将帧分成与不同颜色数相等的多个子帧。
在已经将帧分成子帧(步骤193)之后，在第一子帧的选择时间片期间利用第一颜色激活低分辨率像素(步骤194)。然后，在第二子帧期间，在选择时间片期间利用第二颜色可以激活低分辨率像素(步骤195)。在下面将描述的一个实施例中，在第一子帧期间激活第一颜色的高分辨率像素(步骤196)，而在第二子帧期间激活第二颜色的高分辨率像素(步骤197)。
将结合图13的时序图给出在相同的低分辨率像素内产生不同有色高分辨率像素的例子。图13的时序图示出了在图8的低分辨率像素(182；图8)、低分辨率像素(182；图8)内的第一颜色的高分辨率像素(183；图8)、以及低分辨率像素(182；图8)内的第二颜色的高分辨率像素(184；图8)的帧(140)的每个时间片期间的接通/断开状态。如图8中所示，低分辨率像素(182；图8)包括具有第一颜色的高分辨率像素(例如：183；图8)和具有第二颜色的高分辨率像素(例如：184；图8)。
为了说明的目的，在图13中用“颜色1”表示第一颜色，而用“颜色2”表示第二颜色。根据示例性实施例，颜色1和颜色2可以是任何颜色，并可具有任何强度或灰度级。
如图13中所示，低分辨率像素(182；图8)的接通/断开状态被示出在顶部曲线图中，并用实线表示。第一颜色的高分辨率像素(183；图8)的接通/断开状态被示出在最底部曲线图中，并用长虚线表示。最后，第二颜色的高分辨率像素(184；图8)的接通/断开状态被示出在中间曲线图中，并用短虚线表示。
如图13中所示，帧(140)已经被分成30个时间片，以便于通过彩色调制器(102；图2)来产生采用四位的两种颜色。然而，如前所述，可将帧(140)分成任何数量的时间片以便于产生每种颜色的期望位数。
如图13中所示，在第一子帧(185)期间，彩色调制器(102；图2)通过在选择时间片期间打“开”低分辨率像素(182；图8)来在第一子帧(185)期间以期望的强度或灰度产生第一颜色(颜色1)(步骤194；图9)。如图13中所示，第一子帧(185)可包括时间片1-15。然而，在可选实施例(未示出)中，第一子帧(185)可包括整个帧中任何15个时间片。换句话说，第一和第二子帧(185，186)的时间片可以是交错的，并包括非连续的时间片。然而，为了说明的目的，在这里给出的例子中，第一子帧(185)将是指时间片1-15，而第二子帧(186)将是指时间片16-30。
如图13中所示，颜色1具有大约50％的强度。因此，在第一子帧(185)中大约一半的时间片，低分辨率像素(182；图8)处于“接通”状态。
在第二子帧(186)期间，彩色调制器(102；图2)在选择时间片期间打“开”低分辨率像素(182；图8)以期望的强度或灰度产生第二颜色(颜色2)(步骤195；图9)。如图13中所示，颜色2具有大约20％的强度。因此，对于在第二子帧(186)中大约五分之一的时间片，低分辨率像素(182；图8)处于“接通”状态。
因为在帧(140)期间彩色调制器(102；图2)为低分辨率像素(182；图8)产生两种颜色，所以可将具有第一颜色的高分辨率像素(183；图8)配置成在第一子帧(185)期间处于“接通”状态而在第二子帧(186)期间处于“断开”状态(步骤196；图9)，从而只保持第一颜色。同样，可将具有第二颜色的高分辨率像素(184；图8)配置成在第二子帧(186)期间处于“接通”状态而在第一子帧(185)期间处于“断开”状态(步骤197；图9)，从而只保持第二颜色。因此，如图13中所说明的，具有第一颜色的高分辨率像素(183；图8)在时间片1-15期间“接通”而在时间片16-30期间“断开”。同样，具有第二颜色的高分辨率像素(184；图8)在时间片16-30期间“接通”而在时间片1-15期间“断开”。
仅为了说明的目的，高分辨率像素(183，184；图8)具有与低分辨率像素(182；图8)相同的强度或灰度级。然而，在可选实施例(未示出)中，高分辨率像素(183；图8)可在第一子帧(185)的任何数量的时间片期间“接通”，以将期望灰度级的数量添加到颜色1，而高分辨率像素(184；图8)可在第二子帧(186)的任何数量的时间片期间“接通”，以将期望灰度级的数量添加到颜色2。
象结合图10-12给出的例子一样，可控制低分辨率像素(182；图8)或高分辨率像素(183，184；图8)的状态，以实现高分辨率像素(183，184；图8)的期望彩色强度。图14是说明示例性实施例的时序图，其中改变高分辨率像素(183，184；图8)的状态来实现它们各自的期望彩色强度。而且，可以认识到，通过同时改变低分辨率像素(180；图8)和高分辨率像素(183，184；图8)的状态也可以实现相同的彩色强度结果。
可以修改或重新安排结合图9的示例性方法给出的步骤的次序以最佳地适合于特定应用。而且，可以以给出的次序、同时或者以最佳地适合于特定应用的任何其他顺序的或平行的次序来执行所述步骤。
如结合图13和14所描述的通过将帧(140)分成子帧并在不同的子帧期间产生不同的颜色，可以减少高分辨率像素(183，184；图8)的彩色强度。因此，为了补偿这种强度的减少，可以增加邻近的高分辨率像素(例如：181；图8)的彩色强度，以便可以改善高分辨率像素(183，184；图8)附近的彩色的整体感觉。
已经给出前面的描述以仅仅说明和描述本发明的实施例。不打算是穷举的或者将本发明限定到所公开的任何确切形式中。根据上述教导，许多修改和变化是可能的。本发明的范围打算由后面的权利要求书来限定。

Claims (10)

1、一种用于产生图像(116)的显示***(100)，所述图像(116)包括低分辨率像素(151)的阵列，每个低分辨率像素(151)包括多个高分辨率像素(150)，所述显示***(100)包括：
具有彩色像素元件的阵列的第一光调制器，其中所述彩色像素元件中的每个被配置成独立地调制所述低分辨率像素(151)之一的光谱分布；以及
具有灰度像素元件的阵列的第二光调制器，每个灰度像素元件被配置成独立地调制所述高分辨率像素(150)的灰度；
其中所述第一和第二光调制器被配置成协作操作，以使所述低分辨率像素(151)中的每个包括多组高分辨率像素(150)，每组高分辨率像素(150)具有一个不同的色彩。
2、权利要求1所述的***(100)，还包括耦合到所述第一和第二光调制器的图像处理单元(106)，所述图像处理单元(106)被配置成允许所述第一和第二光调制器的所述协作操作。
3、权利要求2所述的***(100)，其中所述多组高分辨率像素(150)包括具有第一色彩的第一组高分辨率像素(150)和具有第二色彩的第二组高分辨率像素(150)。
4、权利要求3所述的***(100)，其中所述图像(116)在一个帧周期期间被产生，在该帧周期期间，所述图像处理单元(106)限定对应于所述第一组高分辨率像素(150)中每个的第一颜色子帧和对应于所述第二组高分辨率像素(150)中每个的第二颜色子帧。
5、权利要求4所述的***(100)，其中所述第一颜色子帧限定在其期间激活所述第一组高分辨率像素的时间周期，以及所述第二颜色子帧限定在其期间激活所述第二组高分辨率像素的时间周期。
6、权利要求4所述的***，其中所述第一颜色子帧限定在其期间激活所述第一组高分辨率像素(150)的第一组时间片，以及所述第二颜色子帧限定在其期间激活所述第二组高分辨率像素(150)的第二组时间片。
7、权利要求4所述的***(100)，其中所述第一颜色子帧限定用于所述第二组高分辨率像素(150)的黑色状态，以及所述第二颜色子帧限定用于所述第一组高分辨率像素(150)的黑色状态。
8、权利要求2所述的***(100)，其中所述图像(116)在一个帧周期期间被产生，以及其中对于每个彩色像素元件，所述图像处理单元(106)在非过渡低分辨率像素模式和过渡低分辨率像素模式之间进行选择。
9、权利要求1所述的***，其中所述第二光调制器是从由下述组成的组中选择的：基于模拟的光调制器、基于脉宽调制的光调制器、液晶显示器(LCD)面板、硅基液晶(LCOS)设备、以及微镜阵列(120)。
10、一种调制光束以产生图像(116)的方法，所述图像(116)包括低分辨率像素(151)的阵列，每个低分辨率像素(151)包括多个高分辨率像素(150)，所述方法包括：
产生所述低分辨率像素(151)中每个的光谱分布；以及
产生所述高分辨率像素(150)中每个的灰度级，以使所述低分辨率像素(151)中的每个包括多组高分辨率像素(150)，每组高分辨率像素(150)具有一个不同的色彩。
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