CN101114416A - 一种改善平板显示器显示亮度均匀性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改善平板显示器亮度均匀性的方法，其方法是：获取显示屏各像素点发光亮度，形成亮度矩阵；利用图像平滑技术对显示屏各像素的亮度进行均衡处理，得到亮度修正参数矩阵；利用亮度修正参数矩阵，对显示输入图像信号进行修正，然后采用校正后的图像信号驱动平板显示器，使各个像素点在相同的输入图像信号下的显示亮度趋于一致。本发明的特点是利用人眼对相邻像素亮度不均衡敏感而对缓变的亮度不均衡不敏感的生理特征，使显示屏上每个像素的亮度与整屏的亮度之间能平滑过渡，并且在平滑运算过程中采用自适应的方式，根据亮度失衡的状况自动调整平滑窗口的尺寸，在获得较好的均匀性校正效果的同时尽可能降低校正幅度，因而减少像素点的灰度损失，有利于图像保持清晰。

Description

一种改善平板显示器显示亮度均匀性的方法

技术领域

本发明属于平板显示技术领域，具体涉及平板显示器件显示亮度均匀性提高技术。

背景技术

信息显示是信息技术的重要内容。平板显示技术正在成为主流显示技术。目前已经产业化的平板显示技术有液晶显示器(LCD)和等离子体显示器(PDP)，正在研发的新型平板显示技术主要有有机发光显示(OLED)、场发射显示(FED)、电泳显示等。

无论是已经产业化的平板显示技术，还是在研的平板显示技术，显示亮度均匀性是显示器的重要性能指标，尤其是在研的平板显示技术，要达到应用要求，显示屏亮度的均匀性是研究者需要面对的问题。例如，在场发射平板显示技术中，其显示原理是利用场致电子发射现象获得的电子以高能量轰击荧光粉而发光，其发光单元结构通常是由冷阴极电子源阵列与荧光屏荧光粉单元阵列结合形成交叉矩阵像素阵列。由于加工工艺过程存在分散性，冷阴极电子源阵列的电子发射特性存在差异，将导致像素阵列中各点发射源发射电流大小出现不均匀的现象，从而导致显示屏各像素显示亮度不均匀。

发明内容

本发明提供一种改善平板显示器显示亮度均匀性的方法，通过对输入显示信号进行校正，从而改善显示屏亮度的均匀性，提高图像显示质量。

本发明所述的一种改善平板显示器显示亮度均匀性的方法，内容是：首先获取显示屏各像素点发光亮度，形成亮度矩阵；然后利用图像平滑技术对显示屏各像素的亮度进行均衡处理，得到亮度校正参数矩阵；利用亮度校正参数矩阵，对显示输入图像信号进行校正，然后采用校正后的图像信号驱动平板显示器。上述发明的实现步骤和特征如下：

1)对于2ⁿ级灰度的显示屏，使各像素点的输入显示数据为灰度最大值，即2ⁿ-1，获取此时显示屏各像素点发光亮度，形成亮度矩阵f(i，j)，其中i和j分别是像素点在显示屏上所在行和列的位置；

2)利用平滑模板，对亮度矩阵f(i，j)进行邻域平滑处理，得到一个新的亮度矩阵f′(i，j)；

3)根据步骤2)所述的平滑运算结果，把f′(i，j)与原亮度矩阵进行比较，得到一个亮度偏移矩阵Δf(i，j)，其中Δf(i，j)＝f′(i，j)-f(i，j)；

4)根据步骤3)所述的结果计算得到一个校正系数α(i，j)，其中 $\mathrm{\α}(i,j)=\frac{\mathrm{\Δf}(i,j)}{f(i,j)},$ 并存储α(i，j)作为亮度校正参数矩阵；

5)利用步骤4)所得的亮度校正参数矩阵，对显示输入图像信号的进行校正，然后采用校正后的图像信号驱动平板显示器，使各个像素点在相同的输入图像信号下的显示亮度趋于一致。

上述步骤2)所述的平滑模板尺寸根据像素点所在区域亮度失衡的状况调整。对于亮度性均匀性较好的区域选用尺寸较小的平滑模板，而对均匀性较差的区域则选用尺寸较大的平滑模板。所述的平滑模板尺寸的调整方法是：取显示屏亮度矩阵f(i，j)的平均值为

设置一个门限值L；在对显示屏上某个像素点进行模板运算的时候，首先判断该像素点及其相邻点的亮度值f与显示屏亮度平均值

之差的绝对值 $|f-\stackrel{\‾}{f}|\≥L$ 连续出现的个数，然后根据个数确定平滑模板尺寸。

上述步骤2)所述的平滑模板的系数采用归一化系数。

上述步骤5)所述对某像素点的输入图像信号进行校正处理时，以该像素点在显示屏上的位置为地址，查表取得该像素点的修正参数α，计算修正偏移值，添加到输入信号中。即，假设输入显示数据的灰度值为G，对输入显示数据添加上偏移值ΔG，修正后的灰度数据为G′，则：G′＝G+ΔG＝G+G·α，并且G′取整数。

上述步骤5)所述对某像素点的输入图像信号进行校正处理时，为保证校正后的灰度值不超出显示灰度范围，对于实现2ⁿ级的灰度显示，修正后的灰度值G′取值为：当G+ΔG的值大于2ⁿ-1时，以2ⁿ-1作为该像素点的显示驱动图像信号；当G+ΔG的值小于或等于2ⁿ-1时，以G′＝G+ΔG＝G+G·α作为该像素点的显示驱动图像信号。

本发明利用人眼对相邻像素亮度不均衡很敏感，而对缓变的亮度不均衡不敏感的生理特征，使该像素的亮度与整屏的亮度之间能平滑过渡。本发明为动态校正方式，各像素点的修正偏移值不是固定的，而是与该像素点输入图像信号的灰度值成正比。并且在平滑运算过程中采用根据亮度失衡的状况自动调整平滑窗口的尺寸，在获得较好的均匀性校正效果的同时尽可能降低校正幅度，减少像素点的灰度损失，有利于图像保持清晰。

附图说明

图1是一种改善平板显示器显示亮度均匀性的方法的流程图。

图2是3×3模板的邻域平滑运算的示意图。

图3是对输入图像信号进行校正处理的示意图。

图4是获得亮度校正参数矩阵的流程图。

具体实施方式

下面以一个256灰度级、640×480分辨率的平板显示器为例，进一步说明本发明。

如图1和图3所示，首先设置显示屏各像素点的显示输入图像数据为255，使用自动亮度扫描仪，获取显示屏各像素点的发光亮度，测量值存入处理电路的存储器，形成一个480×640的亮度矩阵f(i，j)，其中i和j分别为像素点在显示屏上所在行和列的位置。然后使用平滑模板，对亮度矩阵f(i，j)进行邻域平滑处理。其中模板T(x，y)大小是m×m(m为奇数)，模板中心T[(m-1)/2，(m-1)/2]与f(i，j)对应，且所用模板的系数要归一化，也就是，使模板矩阵的元素之和与其前面的系数相乘为1，所以平滑处理后的亮度矩阵为：

$f(i,j)=T\·f(i,j)=\underset{x=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{y=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}T(x,y)f(i+x-\frac{m-1}{2},j+y-\frac{m-1}{2})$

本实施例中，亮度矩阵平滑处理所引入的平滑模板采用高斯模板，这样既考虑了邻域各点与模板中心都能够获得较好的平滑效果，又可以减少灰度损失，从而获得较清晰的图像。为了获得更好的均匀性校正效果，可以适当调整高斯模板，使中心点像素的权值与相邻四点像素的权值相同，而其它像素点的权值的不变。例如，把3×3的高斯模板改为：

$T_{3\×3}=\frac{1}{14}\left(\begin{array}{ccc}1& 2& 1\\ 2& 2& 2\\ 1& 2& 1\end{array}\right)$

如图2是3×3模板的邻域平滑运算示意图。在模板平滑运算中，把显示屏的像素划分为若干个区域，根据像素点所在区域亮度失衡的状况，自动调整平滑窗口的大小。方法是：设定一个门限值L，从亮度矩阵f(i，j)获得显示屏亮度平均值在对显示屏上某个像素点进行模板运算时，首先判断该像素点及其相邻点的亮度值f与显示屏亮度平均值

之差的绝对值 $|f-\stackrel{\‾}{f}|\≥L$ 连续出现的个数，确定模板尺寸。如果连续出现的个数少于2时，则选用尺寸为3×3的模板；如果等于2时则选用5×5的模板；如果连续出现的个数大于2时，说明该像素点所在区域的亮度失衡很严重，选用7×7的模板。然后对像素点的亮度引入平滑运算。如图2所示，在亮度矩阵f(i，j)中，假设像素P₅(f(5，5))所在的区域亮度均匀性比较好，即绝对值 $|f-\stackrel{\‾}{f}|\≥L$ 连续出现的个数少于2，则对像素P₅进行平滑处理时，选用3×3的高斯模板。所进行模板平滑运算是离散卷积运算，图2中3×3卷积核是3×3的高斯模板，因此对P₅平滑运算后的校正值P′₅为：

P’₅＝H₁·P₁+H₂·P₂+H₃·P₃+H₄·P₄+H₅·P₅+H₆·P₆+H₇·P₇+H₈·P₈+H₉·P₉

其中3×3卷积核为前述3×3的高斯模板T_3×3，即H₁＝1/14，H₂＝2/14，同理可得H₃～H₉的值。对其它区域像素点的平滑处理类似P₅的平滑运算方法相同，不再例举说明。

把经过平滑处理后的亮度矩阵f′(i，j)中各像素点的亮度值与原亮度矩阵f(i，j)中对应像素点的亮度数据相减，得到一个亮度偏移矩阵Δf(i，j)，即Δf(i，j)＝f′(i，j)-f(i，j)。

把Δf(i，j)换算成灰度表达式，对输入信号的进行校正处理。假设输入信号的灰度值为G，添加到灰度数据G的校正偏移值ΔG为： $\mathrm{\ΔG}=G\·\frac{\mathrm{\Δf}(i,j)}{f(i,j)}.$

令 $\mathrm{\α}(i,j)=\frac{\mathrm{\Δf}(i,j)}{f(i,j)},$ 得到一个亮度校正参数矩阵α(i，j)，由于Δf(i，j)小于f(i，j)，α绝对值小于1。使用Flash ROM或EPROM等非易失性存储器，将亮度校正参数存储在一个查找表中。图4是获得亮度校正参数矩阵的流程图。

在获得亮度校正参数时，涉及到大量的计算问题，可以采用C语言编程来实现。整个计算程序由以下几个函数构成：1)main()：为主程序，调用子函数输入亮度分布矩阵，计算亮度校正参数，输出亮度校正参数；2)Input_file()：调用文件，输入显示屏的亮度分布矩阵f(i，j)；3)Tem_operation()：对亮度分布矩阵进行模板运算，得到一个平滑后的亮度矩阵f(i，j)；4)Para_compute()：计算亮度校正参数，得到一个亮度校正参数矩阵α(i，j)；5)Output_file()：输出亮度校正参数到文件中。

在对输入图像信号进行校正处理的步骤中，以该像素点在显示屏上的位置作为地址，查表取得该像素点的亮度校正参数α。假设显示输入图像数据的灰度值为G，对输入显示数据添加上偏移值ΔG，校正后的灰度数据为G′，则：G′＝G+ΔG＝G+G·α。为保证校正后的灰度值不超出显示灰度范围，因此对于实现2ⁿ级的灰度显示，修正后的灰度值G′取值为：当G+ΔG的值大于2ⁿ-1时，以2ⁿ-1作为该像素点的显示驱动图像信号；当G+ΔG的值小于或等于2ⁿ-1时，以G′＝G+ΔG＝G+G·α作为该像素点的显示驱动图像信号。

最后对G′取整数，作为校正该像素点亮度显示的输入图像数据。

Claims (6)

1.一种改善平板显示器显示亮度均匀性的方法，其内容是：首先获取显示屏各像素点发光亮度，形成亮度矩阵；然后利用图像平滑技术对显示屏各像素的亮度进行均衡处理，得到亮度校正参数矩阵；利用亮度校正参数矩阵，对显示输入图像信号电压进行校正；然后采用校正后的图像信号驱动平板显示器，使各个像素点在相同的输入图像信号下的显示亮度趋于一致。其特征包括以下步骤：

1)对于2ⁿ级灰度的显示屏，使各像素点的输入显示数据为灰度最大值，即2ⁿ-1，获取此时显示屏各像素点发光亮度，形成亮度矩阵f(i，j)，其中i和j分别是像素点在显示屏上所在行和列的位置；

2)利用平滑模板，对亮度矩阵f(i，j)进行邻域平滑处理，得到一个新的亮度矩阵f′(i，j)；

3)根据步骤2)所述的平滑运算结果，把f′(i，j)与原亮度矩阵进行比较，得到一个亮度偏移矩阵Δf(i，j)，其中Δf(i，j)＝f′(i，j)-f(i，j)；

4)根据步骤3)所述的结果计算得到一个系数矩阵α(i，j)，其中 $\mathrm{\α}(i,j)=\frac{\mathrm{\Δf}(i,j)}{f(i,j)},$ 并存储α(i，j)作为亮度校正参数矩阵；

5)利用步骤4)所得的亮度校正参数矩阵，对显示输入图像信号的进行校正，然后采用校正后的信号驱动平板显示器，使各个像素点在相同的输入图像数据信号下的显示亮度趋于一致。

2.根据权利要求1所述的一种改善平板显示器显示亮度均匀性的方法，其特征在于：步骤2)所述的平滑模板尺寸根据像素点所在区域亮度失衡的状况调整。对于亮度性均匀性较好的区域选用尺寸较小的平滑模板，而对均匀性较差的区域则选用尺寸较大的平滑模板。

3.根据权利要求1所述的一种改善平板显示器显示亮度均匀性的方法，其特征在于：步骤2)所述平滑模板尺寸的调整方法是：取显示屏亮度矩阵f(i，j)的平均值为

，设置一个门限值L；在对显示屏上某个像素点进行模板运算的时候，首先判断该像素点及其相邻点的亮度值f与显示屏亮度平均值

之差的绝对值 $|f-\stackrel{\‾}{f}|\≥L$ 连续出现的个数，然后根据个数确定平滑模板尺寸。

4.根据权利要求1所述的一种改善平板显示器显示亮度均匀性的方法，其特征在于：步骤2)所述的平滑模板的系数采用归一化系数。

5.根据权利要求1所述的一种改善平板显示器显示亮度均匀性的方法，其特征在于：步骤5)所述对某像素点的输入图像信号进行校正处理时，以该像素点在显示屏上的位置为地址，查表取得该像素点的修正参数α，计算修正偏移值，添加到输入信号中。即，假设输入显示数据的灰度值为G，对输入显示数据添加上偏移值ΔG，修正后的灰度数据为G′，则：G′＝G+ΔG＝G+G·α，并且G′取整数。

6.根据权利要求1所述的一种改善平板显示器显示亮度均匀性的方法，其特征在于：步骤5)所述对某像素点的输入图像信号进行校正处理时，为保证校正后的灰度值不超出显示灰度范围，对于实现2ⁿ级的灰度显示，修正后的灰度值G′取值为：当G+ΔG的值大于2ⁿ-1时，以2ⁿ-1作为该像素点的显示驱动图像信号；当G+ΔG的值小于或等于2ⁿ-1时，以G′＝G+ΔG＝G+G·α作为该像素点的显示驱动图像信号。

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