CN100524431C - 用于在液晶显示器上显示可视图像的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于计算机系统的显示器，例如LCD，其经配置以与传统设计相比消耗较少的功率。所述显示器包括屏幕及至少一个经配置以对所述屏幕进行照明的背光灯。所述至少一个背光灯的输入是可调的，以产生所需的亮度级。可根据所产生的源图像及规定的约束条件来计算所述输入。可根据所述至少一个背光灯的输入及所述源图像来计算所述显示器的输入。所述显示器的输入修改由所述至少一个背光灯所提供的亮度级，以产生可观察的图像。

Description

用于在液晶显示器上显示可视图像的方法和系统

相关申请案交叉参考

本申请案与2004年8月31日提出申请且名称为“可变亮度LCD背光灯”的第60/606,392号美国临时专利申请案相关并主张基于该申请案的优先权。此相关申请案的标的物特此以引用方式并入本文中。

技术领域

本发明的一个或多个实施例大体而言涉及背光照明显示器，且更具体而言涉及减少背光照明显示器的功率消耗。

背景技术

液晶显示器(LCD)屏幕，例如在笔记本计算机或电子手持式游戏机中所用的液晶显示器(LCD)屏幕，通常采用背光照明以使其更易于读取。图1图解说明实例性背光照明LCD 100，其在玻璃板104与106之间包括由LCD材料102形成的核芯。背光源108产生光以照射LCD材料102。如箭头所示，背光源108所产生的光通常漫射，其中各分量朝不同方向传播。来自背光源108的光通常穿过偏振器110，偏振器110会阻断不与偏振器110的偏振轴线对齐的光。与所述偏振轴线对齐的光则能够穿过偏振器110到达LCD材料102。

LCD材料102具有使穿过LCD材料102的偏振光扭曲的电-光性质。可通过对像素阵列中每一像素的LCD材料102施加电压波形来控制此种扭曲。通常，控制像素阵列的电子电路通过接受像素阵列中每一像素的数字控制值来运行。所述控制电路将根据像素的数字控制值来对像素的LCD材料102施加电压波形。通常，该控制电路经配置以使越小的数字控制值施加使LCD材料102以一种使第二偏振器112阻断越多光的方式来扭曲光的电压波形，从而使像素显得越暗。与此相反，越大的数字控制值施加使LCD材料102以一种使第二偏振器112阻断越少光的方式来扭曲光的电压波形，从而使像素显得更亮。

从功率消耗观点出发，传统的LCD背光照明可能远非有效。通常，背光源108在所有像素中以相对恒定的亮度同时照射LCD 100中的所有像素。如前面所述，为了使LCD的某些部分变暗，对支撑在玻璃衬底104、106上的电极行及列施加会使LCD材料102以一种使背光源108所产生的更多光被阻断的方式扭曲的电压波形。以此方式使LCD的某些部分变暗实质上会“浪费”背光源108所提供的一定的照明量，因为不管电压波形使屏幕上变得如何暗，背光源108均产生相同的亮度级。在许多情形中在屏幕上存在明亮及暗淡图像的组合，且暗淡图像可持续达某一时间周期。在此种情况下，对LCD 100中的像素进行照明的传统方式尤其可造成浪费。事实上，在任何计算机中，背光照明LCD的功率消耗均可占总功率消耗的一大部分。因LCD背光照明所引起的较低效率可导致电池寿命缩短，而例如在时间较长的航班上播放视频游戏或观看DVD电影时，这可能特别成问题。

因此，所属领域中需要一种用于减少背光照明LCD显示器的功率消耗的方法及系统。

发明内容

本发明的各实施例提供一种方法及设备来使对LCD进行照明的背光灯的亮度最佳化，由此减少所消耗的功率。

由处理器提供包括像素数据的“源图像”。根据包括于所述像素数据中的亮度信息，可计算所述背光灯的输入，以使所述背光灯产生至少与所述源图像中最亮像素的亮度一样大、但不明显更大的亮度级。使用所述LCD的输入—“LCD输入图像”—来修改所述背光灯所产生的亮度级。可根据所述背光灯的输入及来自所述源图像的亮度信息来计算所述LCD输入图像。最后，通过将所述LCD屏幕上每一像素位置处的亮度从所述背光灯所提供的亮度级调整到所述LCD输入图像所控制的亮度级，形成在所述LCD屏幕上所产生图像(“观察图像”)的亮度。理想地，所述背光灯亮度及所述LCD输入图像的组合应使观察图像的亮度基本类似于所述源图像的亮度。

在另一实施例中，鉴于显示于LCD屏幕上的图像上可能存在明显的亮度变化的事实，提供多个背光灯区段。可驱动每一背光灯区段以产生一不同的亮度级。通过考虑由每一背光灯所覆盖的所有像素来确定LCD输入图像。此外，每一背光灯区段所产生的亮度级应至少与其所覆盖的最亮像素的亮度一样大，同时将一些像素可由不止一个背光灯区段进行照明的事实考虑在内。

本发明的各实施例在计算一个或多个背光灯的一个或多个输入及LCD输入图像时，也可虑及任何具有已知、不均匀亮度输出分布的背光灯区段。

附图说明

为了能够详细了解上文所述的本发明特征，可参照实施例来阅读下文对上文所概述的发明的更具体说明，其中某些实施例显示于附图中。不过，应注意，附图仅图解说明本发明的典型实施例且因此不应视为对本发明的范围的限制，因为本发明可容许具有其他等效实施例。

图1图解说明一实例性背光照明液晶显示器。

图2图解说明一根据本发明的一个或多个实施例的计算机系统。

图3图解说明一根据本发明的一个或多个实施例的背光灯阵列。

图4图解说明一根据本发明的一个或多个实施例用于产生观察图像的方法的流程图。

具体实施方式

图2图解说明一根据本发明一个或多个实施例的计算机系统200的简化方块图。计算机系统200可为桌上型计算机、服务器、膝上型计算机、掌上型计算机、图形输入板计算机、游戏控制台、蜂窝式电话、基于计算机的模拟器或类似装置。计算机系统200包括通信链接至系统(或主)存储器210的中央处理器(CPU)202。系统存储器210可为一个存储装置或存储装置组合，包括随机存取存储器(RAM)、非易失性或备用存储器(例如可编程或闪速存储器)、只读存储器及类似存储装置。

计算机系统200也可包括输入/输出(I/O)接口220、图形处理单元(GPU)230及背光灯驱动模块(250)。I/O接口220允许CPU 202通过总线208自诸如键盘222及鼠标224等各种输入装置接收用户输入。或者，计算机系统200可包括单个硬接线组件或可编程组件(例如CPU 202、GPU 230、视频处理器(VPU)、应用程序处理器(APU)或类似装置)的任一组合。

GPU 230经配置以通过总线208自CPU 202接收图形信息并将图形信息变换成源图像(其包括像素数据)以发送至基于像素的显示装置240。虽然在本文中有时称作LCD，但所属领域的技术人员将认识到，显示装置240可为任一类型的背光照明显示装置，包括(但不限于)传统的CRT、基于LCD的监视器、基于LCD的投影机或类似装置。此外，在本发明的各替代实施例中，源图像也可由其他类型的专用硬件、CPU、可编程硬件(例如GPU程序或CPU程序)或由计算机系统200外部的装置来产生。

通常，背光灯以一恒定亮度工作来对LCD材料的像素进行照射。不过，背光灯的强度需要不大于为产生与源图像中最亮像素的亮度一样大的亮度级所需的强度。因此，按照本发明，可根据与源图像相关联的亮度位图来连续调整背光灯的亮度。另外，为了产生观察图像(即显示装置240的屏幕上所产生的图像)，计算LCD输入图像(在一实施例中由GPU 230计算)并将其用来修改背光灯所产生的屏幕上的每一像素位置处的亮度级。LCD输入图像包括根据用于控制背光灯强度的输入及来自源图像的亮度信息所产生的亮度位图。LCD输入图像控制显示装置240中的LCD材料(如上文结合图1所述)，以将屏幕上的每一像素位置处的亮度从背光灯所提供的亮度级调整到最终亮度级。观察图像中每一像素的最终亮度基本类似于在源图像中指配给该像素的亮度。

鉴于背光灯可能不具有均匀的亮度分布的事实，可对此过程加以扩展。如果已知亮度分布，则可在计算背光灯的输入以及LCD输入图像时将其与来自源图像的亮度信息相组合，此将在下文中结合图4加以进一步详细阐述。

可使用背光灯驱动模块250来产生信号以驱动用来对显示装置240进行照明的背光灯阵列252。根据本发明的各实施例，也可使用背光灯驱动模块250来根据源图像调整背光灯阵列252的亮度，此将在下面的段落中加以更详细阐述。

接下来参考图3，本发明的一特别有用的实施例包括两个或更多个背光源，每一背光源均对应于背光灯阵列300中的一区段。实际上，图2所示的背光灯阵列252可包括任意数量的单独的背光灯，其经配置以对显示屏幕中具有呈矩形、圆形、蜂巢形或类似的形状的一部分进行照明。因此，可使用可以多个亮度照亮的多个区域来构造背光灯阵列300。此允许将较暗的区域断电，从而使用更少的功率，而不是使用显示装置240内的LCD材料来阻断较暗区域中的光。例如，在典型的游戏显示器中，屏幕上时常存在明显的亮度变化。由于此变化是连贯的，因此有可能使背光灯的全部区域变暗，从而减少功率消耗。如图3所示，区段A具有亮度分布320且区段B具有亮度分布330。此配置会引入在每一区段上存在不均匀强度及背光灯区段之间的平滑过渡的问题。

理想地，背光灯区段平滑地重叠，以使在来自一个区段的光结束而来自另一个区段的光开始之处，观察图像中不存在明显的边界。也可以均匀强度及/或不相重叠的背光灯区段实施本发明，但这并不太可取。在背光灯强度不均匀(因多个重叠区段及/或每一区段上存在不均匀的强度所致)的情况下，LCD输入图像必须虑及背光灯亮度的变化。参照图4阐述一种用于在存在此种背光灯强度不均匀性时显示观察图像的方法。仅出于说明的目的，假定图2所示的背光灯阵列252具有图3中所述的配置。

所述方法始于其中产生源图像的步骤410。在步骤420处，根据来自源图像的亮度信息及每一背光灯的亮度分布来计算背光灯阵列300中的一个或多个背光源的输入。具体而言，当使用两个背光源A及B时，确定背光源A的背光灯输入(IA)及背光源B的背光灯输入(IB)。输入IA及IB分别控制由背光源A及B所提供的照明。通常，将背光灯输入IA及IB计算成使由所述一系列背光灯A及B所产生的亮度级与每一此种背光灯的照明区域中最亮像素的亮度一样大。在一实施例中，根据下列约束方程式来计算背光灯A及背光灯B的输入IA及IB：

I(x，y)＝<IA*亮度A(x，y)+IB*亮度B(x，y)，

其中I(x，y)为表示成像素位置(在显示装置240的屏幕上的位置)的函数的与源图像相关联的亮度位图，亮度A为表示成像素位置的函数的背光灯的亮度分布，且亮度B为表示成像素位置的函数的背光灯B的亮度分布。

在一实施例中，输入IA及IB的值可从0变成1。背光灯输入IA及IB可由CPU202、GPU 230或其他专用硬件或可编程硬件(例如CPU程序或GPU程序)来计算。在其中背光灯阵列包括单个背光源的替代实施例中，上述约束方程式相应得到简化。同样地，在其中背光灯阵列包括多于两个背光源的替代实施例中，上述约束方程式包括对应于每一背光源的项。

如前面所述，与传统背光灯不同，背光灯阵列300不在显示表面上提供均匀照明。由于所述背光灯阵列更复杂(其具有多个可具有不同亮度分布的背光灯)，因而必须相应调整LCD输入图像。在步骤430处，根据来自源图像的亮度信息、背光灯阵列中每一背光源的输入及每一背光源的亮度分布来计算LCD输入图像。在本发明的一实施例中，根据下列方程式来计算LCD输入图像L(x，y)：

L(x，y)＝I(x，y)/(IA*亮度A(x，y)+IB*亮度B(x，y))。

LCD输入图像经配置以用作显示装置240的输入。像背光灯输入一样，LCD输入图像可由CPU 202、GPU 230或其他专用硬件或可编程硬件(例如CPU程序或GPU程序)来计算。

在步骤440处，将背光灯输入IA及IB传输至背光灯驱动模块250，并将LCD输入图像L(x，y)转发至显示装置240。如本文中前面所述，显示装置240将两个输入—由背光灯阵列300所产生的光及LCD输入图像—相组合来产生观察图像。具体而言，LCD输入图像经配置以在显示装置240的屏幕上的每一像素位置处衰减与由背光灯阵列300所产生的光相关联的亮度。此种衰减会产生具有相关联亮度位图的观察图像，所述亮度位图大致等于与源图像相关联的亮度位图。

所揭示系统及方法的一个优点在于，可根据GPU 230所产生的源图像来调整与背光灯所产生的光相关联的亮度。因此，背光灯阵列中的背光灯所消耗的功率因GPU 230所产生的每一源图像而异，此不同于如在传统系统情形中一般对所有源图像均保持恒定不变。因此，采用本文中所述的系统及方法可明显减少计算机系统200的总功率消耗。

在一些像素位置(例如在图3中由背光灯A进行照明的区域的左侧上的那些像素位置及由背光灯B进行照明的区域的右侧上的那些像素位置)处，图4所示的算法必须应付仅一个背光灯亮度分布。然而，在其他像素位置(例如同时由背光灯A及B二者进行照明的区域中的那些像素位置)处，所述算法必须应付两个背光灯亮度分布。与数学有关的一有趣之处在于，不管重叠亮度分布的数量如何，所述算法均适用，因为所述算法涵盖对描述背光灯阵列中每一背光灯的单独亮度分布的各方程式的加权叠加。

可将上文所述的本发明的一个或多个实施例构建成一种与计算机系统(例如(举例而言)图2中所示计算机系统200)一起使用的程序产品。所述程序产品可包括程序，所述程序在由CPU 202执行时实施本文中所述的本发明一个或多个实施例的功能。所述程序产品可包含于各种各样的信号承载媒体上，包括(但不限于)不可写存储媒体(例如只读存储装置，例如CD-ROM磁盘)、存储于可写存储媒体(例如软盘、CD-R/W磁盘)上的可改写信息、或由通信媒体(例如计算机网络、电话网络、或无线网络，包括因特网)传达给计算机的信息。

虽然上文涉及本发明的各实施例，但可设想出本发明的其他及进一步的实施例，此并不背离本发明的范围，且本发明的范围由随附权利要求书规定。

Claims (21)

1、一种用于在液晶显示器LCD上显示观察图像的方法，其包括：

产生源图像；

根据所述源图像来修改所述LCD装置的用于对所述LCD进行照明的背光灯的输入；及

根据所述源图像及所述背光灯的输入来产生所述LCD的LCD输入图像，

其中所述LCD输入图像是基于与所述源图像相关联的第一亮度位图，及

修改所述背光灯的输入的所述步骤包括根据所述源图像与所述背光灯的亮度分布来计算强度增益。

2、如权利要求1所述的方法，其中所述强度增益的范围从0到大约为1。

3、如权利要求1所述的方法，其中所述经修改的背光灯输入使所述背光灯对所述LCD进行照明，以为所述观察图像中的像素提供等于或大于最小亮度的亮度，所述最小亮度为指配给所述源图像中的像素的亮度且也为指配给所述源图像中任一像素的最大亮度。

4、如权利要求1所述的方法，其进一步包括如下步骤：根据所述LCD输入图像及所述背光灯所产生的照明来产生与所述观察图像相关联的亮度位图，其中所述亮度位图实质上类似于与所述源图像相关联的亮度位图。

5、如权利要求4所述的方法，其中所述背光灯包括第一及第二区段，且所述方法包括如下步骤：修改所述背光灯的区段中的每一区段的输入，以使所述区段以一亮度级对所述LCD中的每一像素进行照明，所述亮度级至少与在与所述源图像相关联的亮度位图中指配给所述每一像素的亮度一样大。

6、一种用于显示观察图像的方法，其包括：

产生具有第一亮度位图的源图像；

根据所述第一亮度位图来修改第一背光灯的第一输入及第二背光灯的第二输入，以对显示装置的显示表面进行照明，其中所述第一背光灯及所述第二背光灯为所述显示装置中的背光灯阵列的一部分；及

根据所述第一亮度位图及由所述背光灯阵列所产生的所述照明来产生与所述观察图像相关联的第二亮度位图。

7、如权利要求6所述的方法，其中修改所述第一输入及所述第二输入的所述步骤包括：根据所述第一亮度位图来计算所述第一背光灯的第一强度增益及所述第二背光灯的第二强度增益。

8、如权利要求7所述的方法，其中计算所述第一强度增益及所述第二强度增益进一步基于所述第一背光灯的第一亮度分布及所述第二背光灯的第二亮度分布。

9、如权利要求8所述的方法，其中使用方程式I(x，y)＝<IA*亮度A(x，y)+IB*亮度B(x，y)来计算所述第一强度增益及所述第二强度增益，其中I(x，y)代表所述第一亮度位图，IA代表所述第一强度增益，IB代表所述第二强度增益，亮度A(x，y)代表所述第一亮度分布，且亮度B(x，y)代表所述第二亮度分布。

10、如权利要求8所述的方法，其进一步包括如下步骤：根据所述第一亮度位图、所述第一强度增益及所述第二强度增益来计算与显示装置输入图像(或LCD输入图像)相关联的第三亮度位图。

11、如权利要求10所述的方法，其中使用方程式L(x，y)＝I(x，y)/[IA*亮度A(x，y)+IB*亮度B(x，y)]来计算所述第三亮度位图。

12、如权利要求10所述的方法，其中根据所述第三亮度位图及由所述背光灯阵列所产生的所述照明来产生所述第二亮度位图。

13、一种用于显示观察图像的系统，其包括：

具有背光灯的显示装置；及

一个或多个处理器，其经配置以实施如下步骤：

产生具有第一亮度位图的源图像；及

根据所述第一亮度位图来修改所述背光灯的输入，以对所述显示装置的显示表面进行照明，

其中，修改所述背光灯的输入的所述步骤包括根据所述源图像与所述背光灯的亮度分布来计算强度增益。

14、如权利要求13所述的系统，其中所述一个或多个处理器进一步经配置以根据所述第一亮度位图及所述背光灯的输入来产生第二亮度位图并将所述第二亮度位图传输至所述显示装置。

15、如权利要求14所述的系统，其中根据所述第二亮度位图及由所述背光灯所产生的所述照明来产生与所述观察图像相关联的第三亮度位图。

16、一种用于显示观察图像的方法，其包括如下步骤：

根据与源图像相关联的第一亮度位图来修改显示装置的背光灯的输入，其中所述背光灯用于对所述显示装置的显示表面进行照明；及

根据所述背光灯的输入及所述第一亮度位图来产生第二亮度位图，

其中，修改所述背光灯的输入的所述步骤包括根据所述源图像与所述背光灯的亮度分布来计算强度增益。

17、如权利要求16所述的方法，其进一步包括如下步骤：将所述第二亮度位图传输至所述显示装置，以产生与所述观察图像相关联的第三亮度位图，其中所述第三亮度位图是基于所述第二亮度位图及由所述背光灯所产生的所述照明。

18、一种用于以可控方式对液晶显示器LCD进行照明以显示观察图像的显示系统，其包括：

处理器，

背光灯，及

位于所述LCD上的图像显示表面，其中

所述处理器适于响应于与源图像相关联的亮度位图来控制所述背光灯的强度，以使所述图像显示表面上所述观察图像中像素的亮度近似于指配给所述源图像中所述像素的亮度，

其中，修改所述背光灯的输入包括根据所述源图像与所述背光灯的亮度分布来计算强度增益。

19、如权利要求18所述的显示系统，其中所述处理器进一步适于根据所述受控背光灯强度及所述源图像来界定所述LCD的输入图像。

20、如权利要求19所述的显示系统，其中由所述背光灯所产生的亮度级至少与和所述源图像中最亮像素相关联的亮度一样大。

21、如权利要求19所述的显示器系统，其中所述背光灯包括至少两个区段，且所述处理器控制所述区段以产生至少与和所述源图像中最亮像素相关联的亮度一样大的亮度级。

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