CN101325035A

CN101325035A - 一种液晶图像的处理方法及系统

Info

Publication number: CN101325035A
Application number: CNA2007100749689A
Authority: CN
Inventors: 冯万良; 王晖
Original assignee: Shenzhen TCL Industrial Research Institute Co Ltd
Current assignee: Shenzhen TCL Industrial Research Institute Co Ltd
Priority date: 2007-06-15
Filing date: 2007-06-15
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2027-06-15
Also published as: CN101325035B

Abstract

本发明提供了一种液晶图像处理的方法，所述的方法包括如下步骤：对一帧图像所有的像素点的R/G/B分量进行直方图统计，查找所述图像中灰度级分布的关键区域；根据所述的关键区域的位置确定视频信号的补偿曲线，对视频信号进行放大处理；根据所述的视频信号的放大系数，同比例降低背光调节系数，动态控制背光亮度。

Description

一种液晶图像的处理方法及系统

技术领域

本发明涉及液晶显示技术领域，具体来说，涉及到液晶显示视频图像处理的技术。

背景技术

显示技术的快速发展使得液晶显示器件取代CRT(阴极射线管)显示器件已经成为大势所趋，相对CRT显示器件来说，液晶显示器件占用的空间很小，但CRT显示器件具有自发光、色域宽、响应速度快的特点。与CRT显示器件相比，液晶显示器件在显示上有如下缺陷：

背光是一个固定的亮度，和信号没有关系，因为液晶光阀的漏光，导致液晶对比度低；

一般电视信号负载为全白场信号(100％电平)的30％，如果信号按8BIT计算，信号的主要部分在128灰度等级之下，因为背光和信号不能联动，会浪费将近50％的背光发光能量；这些浪费的能量会产生热能和带来显示底色的提高；

因为背光发光固定，平板显示面积较大，所以随着信号变化，使得进入人眼睛的光通量增加，引起视觉疲劳。

人们在赞赏液晶显示器分辨率高，图像精细的同时，也发现了液晶显示器在显示运动图像时会出现拖影和模糊的情形，这是显示视频图像所不能允许的。人们很容易联想到液晶材料响应速度不够高是引起模糊的主要原因。可是在把响应速度提到足够高以后，上述现象有了改善，但仍不能消除。人们才转而向更深入的方向进行研究。原来TFT-LCD工作在保持模式(Hold-Type)是产生运动图像模糊的主要原因。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液晶图像的处理方法及系统，旨在解决液晶显示背光亮度动态调整和视频图像动态处理的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种液晶图像处理的方法，所述的方法包括如下步骤：

对一帧图像所有的像素点的R/G/B分量进行直方图统计，查找所述图像中灰度级分布的关键区域；

根据所述的关键区域的位置确定视频信号的补偿曲线，对视频信号进行放大处理；

根据视频信号的放大系数，同比例降低背光调节系数，动态控制背光亮度。

其中灰度级分布关键区域查找方法如下：

设定系统的阈值，对一帧图像所有的像素点的R/G/B分量相加形成的直方图进行统计，从高灰度级统计区域向低灰度级统计区域的方向进行搜索，确定第一个高于阈值的统计区域Lf1；

接下来以区域Lf1为起点向低灰度级统计区域进行搜索，如果Lf1以下连续大于阈值的统计区域的数量没有满足设定的要求，则第一个不连续大于阈值的统计区域为该帧图像的关键区域，除此之外，统计区域Lf1是关键区域。

其中视频图像补偿曲线的确定方法如下：

如果第一个高于阈值的统计区域Lf1是关键区域，则以关键区域距离最高灰度级的距离确定信号放大系数，放大关键区域信号灰度级到最大灰度级；如果关键区域是Lf1以外的其它区域，则放大关键区域视频信号的目标灰度级是Lf1；

以关键区域的灰度级与目标灰度级为基准建立坐标变换的中间点；

根据坐标变换中间点，拟合一条从零灰度级出发，经过中间点，终止于最高灰度级的单调递增函数曲线或分段曲线；

根据拟合的函数曲线或分段曲线确定的放大系数对相应的灰度级信号进行放大处理。

背光调节系数与关键区域的视频信号放大系数成反比例关系。

其中灰度级分布关键区域查找方法如下：

设定系统的阈值，将256个灰度等级分成均等等份，对一帧图像所有的像素点的R/G/B分量相加形成的直方图进行统计，从高灰度级统计区域向低灰度级统计区域的方向进行搜索，确定第一个高于阈值的统计区域Lf1；

采用分段查找的方法，逐步缩小查找的范围，最终确定最大灰度等级区域的中心Lf2，确定所述图像中灰度级分布的关键区域。

所述的方法具体如下：

设定系统的阈值，将256个灰度等级分成128等份，对一帧图像所有的像素点的R/G/B分量相加形成的直方图进行统计，从高灰度级统计区域向低灰度级统计区域的方向进行搜索，确定第一个高于阈值的统计区域Lf1；

将256个灰度等级划分为8个等份，在所述的8个等份中寻找所述的关键区域，然后再将256个灰度级划分为16个等份，然后在所述的8个等份中确定的关键区域中确定进一步细化的关键区域，依次类推，采用分段查找的方法，逐步缩小查找的范围，一直到将256个灰度等级分成128份，确定最大灰度等级区域的中心Lf2，确定所述图像中灰度级分布的最终关键区域。

其中视频图像补偿曲线的确定方法如下：

以(Lf2，Lf1)点为基准建立坐标变换的中间点；

其中灰度级分布关键区域查找方法如下：

设定系统的阈值，将256个灰度等级分成均等等份，对一帧图像所有的像素点的R/G/B分量分别形成的直方图进行统计，从高灰度级统计区域向低灰度级统计区域的方向进行搜索，分别确定所述的R/G/B各分量形成的直方图中第一个高于阈值的统计区域Lf1_R/Lf1_G/Lf1_B；

采用分段查找的方法，逐步缩小查找的范围，最终确定所述的R/G/B各分量最大灰度等级区域的中心Lf2_R/Lf2_G/Lf2_B，确定所述图像中灰度级分布的关键区域。

所述的方法具体如下：

设定系统的阈值，将256个灰度等级分成128等份，对一帧图像所有的像素点的R/G/B分量分别形成的直方图进行统计，从高灰度级统计区域向低灰度级统计区域的方向进行搜索，确定所述的R/G/B各分量形成的直方图中第一个高于阈值的统计区域Lf1_R/Lf1_G/L11_B；

将256个灰度等级划分为8个等份，在所述的8个等份中寻找所述的关键区域，然后再将256个灰度级划分为16个等份，然后在所述的8个等份中确定的关键区域中确定进一步细化的关键区域，依次类推，采用分段查找的方法，逐步缩小查找的范围，一直到将256个灰度等级分成128份，确定所述的R/G/B各分量形成的直方图中最大灰度等级区域的中心Lf2_R/Lf2_G/Lf2_B，确定所述图像中灰度级分布的最终关键区域。

其中视频图像补偿曲线的确定方法如下：

将所述的Lf2_R/Lf2_G/Lf2_B中最大值确定为Lf2，将所述的Lf1_R/L11_G/Lf1_B中最大值确定为Lf1，以(Lf2，Lf1)点为基准建立坐标变换的中间点；

本发明还提供了一种液晶图像处理系统，所述的系统包括R/G/B直方图统计单元、直方图分析单元、R/G/B图像数据补偿单元、背光控制系数查找单元和背光控制信号产生单元，其中：

所述的R/G/B直方图统计单元用来对一帧图像所有像素点的R/G/B分量进行直方图统计，然后将统计结果输入到直方图分析单元；

所述的直方图分析单元，与所述的R/G/B直方图统计单元相连，用来根据R/G/B直方图统计单元的统计结果查找该帧图像中的关键区域，确定对所述的关键区域的信号补偿系数，将信号补偿系数传输给R/G/B图像数据补偿单元，并用来根据信号补偿曲线确定背光调节系数，传输给所述的背光控制信号产生单元；

所述的R/G/B图像数据补偿单元，与所述的直方图分析单元相连，用来根据信号补偿系数对所述关键区域的图像进行补偿；

所述的背光自动功率控制APC曲线计算单元，用来确定背光控制系数，然后将所述的背光控制系数输入给所述的背光控制信号产生单元；

所述的背光自动功率控制APC曲线计算单元与所述的背光控制系数查找单元和所述的直方图分析单元相连，用来将所述的直方图分析单元传输的背光调节系数和所述的背光自动功率控制APC曲线计算单元传输的背光控制系数进行综合后产生背光控制信号。

所述的R/G/B直方图统计单元用来对对一帧图像所有的像素点的R/G/B分量单独形成的直方图或者所述的R/G/B分量相加形成的直方图进行统计。

所述的对关键区域的图像进行补偿具体为根据所述的信号补偿系数对所述的关键区域的图像进行放大。

所述的确定背光控制系数具体为根据该图像的负载查表确定该图像的背光控制系数，所述的背光控制系数与该帧图像的负载存在反比关系。

本发明克服现有技术的不足，采用对R/G/B相加形成的灰度等级直方图或者R/G/B各个分量形成的灰度等级直方图进行统计，寻找一帧图像中的关键区域，然后根据该关键区域确定视频信号的补偿系数和背光控制系数，对关键区域的视频信号进行补偿，同时结合该帧图像的平均亮度动态控制背光亮度的技术方案，使得电视机能够快速、准确的寻找图像的关键区域，并根据该关键区域对背光亮度进行动态控制，避免了背光能源的浪费，同时结合图像自动亮度控制，提高了观看的舒适度，也可以使低灰度细节变得丰富。

附图说明

图1为本发明视频图像动态处理的原理图；

图2为本发明一帧图像灰度级分布的直方图；

图3为本发明实施例所述的视频补偿曲线图；

图4为本发明实施例所述的用查表法确定背光控制曲线的示意图；

图5是本发明实施例所述的APC控制查表曲线示意图。

具体实施方式

本发明提供的技术方案是：首先对R/G/B相加形成的灰度等级直方图或者R/G/B各个分量形成的灰度等级直方图进行统计，寻找一帧图像中的关键区域，然后根据该关键区域确定视频信号的补偿系数和背光控制系数，对关键区域的视频信号进行补偿，同时结合该帧图像的平均亮度动态控制背光亮度。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

从人的视觉特性可以知道，人眼对图像的感知，主要关心的是对比度，对绝对亮度不关心，正因为这个原因，自然界高亮度的景色，可以在电视低亮度的器件上显示，但是在感知上没有损失。例如一般CRT电视的一般显示亮度为150cd/m2，我们并没有觉得图像暗。

一般一副画面有亮有暗，从人的视觉特性可知，电视观众眼睛的主要焦点在运动、中心、密度大的灰度图像区域(关键区域)。如果找出一帧图像中的关键区域，对本区域做最大的放大，同时降低背光亮度，就可以保持人感知图像亮度不变的情况下，降低功耗，结合图像自动亮度控制，提高观看的舒适度；配合图像放大补偿模块，采用合适的放大曲线，也可以使低灰度细节变得丰富。

对从数字电视处理出来的数字信号，进行直方图统计，本发明方案中，考虑到如果把R/G/B色度空间变成YVU色度空间，对Y进行直方图统计，因为B、R分量在Y中占用的比例较低，随后如果根据Y分量的直方图产生校正系数，将产生不正确的颜色，特别对B颜色。因此，本发明实施例中，将R/G/B分量同等对待，进行统计，形成一个直方图，可以是一个整体的直方图或者分颜色(R/G/B)的直方图。

以下结合附图对本发明进行详细说明，请参阅图1所示的视频图像动态处理的原理图。首先对视频数据进行分析，找出一帧图像中的关键区域，同时根据视频补偿曲线确定背光调节系数，然后结合该帧图像的平均亮度动态控制背光亮度。

本发明实施例所提供的液晶图像背光处理系统的结构图如图2所示，具体包括：

R/G/B直方图统计单元，根据输入视频信号的R/G/B分量进行直方图统计，然后将统计结果输入到直方图分析单元；

直方图分析单元，与R/G/B直方图统计单元相连，该单元的主要作用是根据R/G/B直方图统计单元的统计结果查找该帧图像中的关键区域，确定对关键区域的信号补偿系数，然后将信号补偿系数传输给R/G/B图像数据补偿单元，并根据信号补偿曲线确定背光调节系数，传输给背光控制信号产生单元；

R/G/B图像数据补偿单元，与直方图分析单元相连，该单元的主要作用是根据信号补偿曲线对关键区域的图像进行补偿，具体的补偿过程如下面的描述；

本发明实施例所述的系统还包括背光自动功率控制(APC)曲线计算单元和背光控制信号产生单元，背光自动功率控制(APC)曲线计算单元根据输入视频信号的负载查表确定背光控制系数，然后将该系统输入给背光控制信号产生单元；

背光控制信号产生单元将直方图分析单元传输的背光调节系数和背光控制系数查找单元传输的背光控制系数进行综合，控制背光亮度。

在本实施例中，采用R/G/B相加形成的灰度等级直方图统计方式，把256个灰度级数据划分为32等份(实际应用中也可以分成其它等份，如16、64等份)，统计图像的灰度级分布数据，得出该帧图像灰度级分布的直方图，如图3所示，图3中横坐标是灰度级的分布，共32级(每级代表8个灰度级，总共256级)，纵坐标表示该帧图像中所有像素点对应灰度等级的累加数(数值为归一化值)，通过统计各像素点的灰度级，建立灰度级分布的直方图，可以清楚展示该帧图像灰度等级像素点的分布。

系统接下来的一个重要的任务是查找该帧图像中图像分布的关键区域，也是该帧图像的灰度分布最为主要区域。参阅图3，系统首先设定一个阈值，该阈值在系统设计时确定，由高灰度级向低灰度级为顺序搜索，确定在直方图中第一个高于阈值对应的最高灰度级所对应的灰度点Lf1，在本系统中阈值设定为15，第一个高于阈值对应的最高灰度级所对应的灰度点Lf1应该是横坐标19对应的灰度等级，详如图3所示。

接着以Lf1为起点，向灰度级较低的方向上继续寻找，确定直方图中大于阈值，灰度级小于第一点Lf1的第二点Lf2，有以下几种情况，分别说明如下：

如果第二点和第一点相邻，继续向灰度较低的方向寻找，如果在上述找寻Lf2的过程中，Lf1和Lf2之间有连续的点，且Lf1与Lf2之间的距离大于预设值，也就是说，在Lf1点以下的附近区域将有足够多的像素点，该区域的像素点在该帧图像中将是一个主要的组成部份，则以Lf1点为基准点对该帧像素进行处理，根据Lf1距离直方图横坐标31的距离确定一个非线性放大系数。

如果在上述寻找Lf2的过程中，Lf1和Lf2之间连续大于阈值的点涵盖的距离小于预设值，则取第一个高于阈值的不相邻的灰度点为第二点Lf2，则以Lf2点为基准点对该帧像素进行处理。

如果在低于Lf1点的方向上没有找到高于阈值的不相邻的灰度点，也就说对于该帧图像，绝大部份像素的灰度级集中在Lf1点上或其以下的较近区域，对于该帧图像，则以Lf1点为基准点对该帧像素进行处理。

在本实施例中，设第一点Lf1与第二点Lf2之间的距离的预设值为5，参阅图3，Lf1与Lf2之间连续的大于阈值的点是16至19，其距离为4没有大于预设值5，因此，第二点Lf2取第一个高于阈值的不相邻的灰度点，如图3中横坐标7对应的灰度点，确定横坐标7以下的灰度级将是该帧信号需要放大的主要区域，也就是图像分布的关键区域。

对图像进行处理的一个目的是要突出显示灰度级分布的关键区域，因此，对关键区域的处理，就是在保证图像不失真的情况下，将灰度级分布的关键区域进行最大限度的放大，一般确定放大系数的原则是，放大系数同要放大的点与31的距离成非线性正比，也就是灰度级越高的像素点，其放大的系数越小，灰度级越低的像素点，其放大的系数越大，放大系数可以采用查表的方式实现，事先将灰度级与放大系数的对应关系存储在系统中。

在本实施方式中，最终确定了两个点，第一点Lf1与第二点Lf2，将视频图像中Lf2点对应的像素点亮度拉伸到Lf1点对应的亮度，使Lf2点变换到Lf1点，也就确定信号放大曲线对应的一个中间点的变换坐标点M(7，19)，加上原点O(0，0)与终点N(32，32)，通过O、M、N三点可拟合得一个单调递增函数，所得到的曲线即为该帧图像信号的补偿曲线，如图4曲线a所示；另一个更为粗略的拟合可以通过直接连接O、M、N三点所得的折线c即为该帧图像信号的补偿曲线，此举可实现对Lf2以下像素点提供一个较高的信号放大系数，而对Lf2以上的像素点提供一个相对较低的信号放大系数，实现对视频信号的分段放大，以实现对图像分布的关键区域的突出显示。不同帧的视频信号通常有不同的放大曲线，图4中的曲线b是另一帧图像的放大曲线，该曲线主要将灰度级13放大到灰度级28，而图4中的曲线a则是视频数据的1倍曲线，也就是视频信号放大的初始参考线。

本实施例在视频信号的处理过程中，对灰度级较低的视频信号进行了放大，为了保证视频图像的不失真，因而需要确立一个可对背光进行控制调节的系数K，并根据每一帧视频信号的放大情况，实时的对背光进行调节，以降低背光的亮度。因此，背光调节系数K与信号的放大系数之间成反比例关系，背光调节系数K的选取可以选择信号放大曲线的点(Lf2，Lf1)的放大系数的倒数即可获得。由于对视频信号的处理主要针对一帧图像中图像分布的关键区域，为了更真实的反映视频图像信号的放大与背光调节之间的互补关系，从优选取主要区域的信号放大系数的倒数做为该帧信号的背光调节系数K，在本实施方式中，背光调节系数K的一个较优的选择是Lf2点的放大系数的倒数Lf2/Lf1，即取K＝Lf2/Lf1。

在确定了背光的调节系数后，将一帧图像的R/G/B全部加起来，归一化，确定负载变化，0％表示黑屏幕，100％表示全白场；用查表法确定背光控制曲线，查出的值和负载基本成反比；用查出的值和上述的背光调节系数K共同作用，产生背光控制信号。如图5所示，APC控制查表曲线：横轴代表输入图像负载，最大100％，竖坐标代表背光控制系数百分比。

在确定上述关键区域的过程中，除了采用上述的方式之外，也可以采用如下的方法：

先用0～127划分的灰度等级的直方图，从127向0方向寻找大于阈值的灰度点，定为Lf1；

确定Lf2点时，采用分段查找的方法，逐步缩小查找的范围，最终确定最大灰度等级的关键区域。具体来说，首先将256个灰度等级划分为8个等份，每等份包括32个灰度级，在这8个等份中寻找像素点最多的灰度等级(关键灰度区域)，然后再将256个灰度级划分为16个等份，每等份包括16个灰度级，然后在上述的8个等份中确定的关键灰度区域中确定像素点最多的灰度等级(进一步细化的关键灰度区域)，依次类推，一直到将256个灰度等级分成128份，确定最大灰度等级区域的中心，定为Lf2，该Lf2点即为本发明所述的关键区域。

确定Lf2之后，以(Lf2，Lf1)点为基准建立坐标变换的中间点；然后根据坐标变换中间点，拟合一条从零灰度级出发，经过中间点，终止于最高灰度级的单调递增函数曲线或分段曲线；然后再根据拟合的函数曲线或分段曲线确定的放大系数对相应的灰度级信号进行放大处理。

本发明实施例中，进行直方图统计时，采用的是R/G/B相加形成的直方图，也可以采用R/G/B各个分量分别的直方图，分别确定R/G/B各分量形成的直方图中第一个高于阈值的统计区域Lf1_R/Lf1_G/Lf1_B以及Lf2_R/Lf2_G/Lf2_B；然后将所述的Lf2_R/Lf2_G/Lf2_B中最大值确定为Lf2，将所述的Lf1_R/Lf1_G/Lf1_B中最大值确定为Lf1，完成上述步骤。

本发明技术方案本所提供的算法可以嵌入到视频处理芯片、液晶电视的定时控制器，也可以做成专门的ASIC芯片。支持各种显示分辨率：例如640*480，800*600，1366*768，1920*1080等标准或者非标准分辨率，对分辨率没有限制。

本发明的技术方案一方面通过对视频信号有重点进行放大，另一面通过对背光的调节，实现视频信号放大与背光亮度控制在图像表现的互补，突出一帧视频信号中主要的灰度区域，提高画面的对比度，给人更好的视觉观感，同时降低能耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1、一种液晶图像处理的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：

2、根据权利要求1所述的液晶图像处理方法，其特征在于，其中灰度级分布关键区域查找方法如下：

3、根据权利要求2所述的液晶图像处理方法，其特征在于，其中视频图像补偿曲线的确定方法如下：

4、根据权利要求1所述的液晶图像处理方法，其特征在于，背光调节系数与关键区域的视频信号放大系数成反比例关系。

5、根据权利要求1所述的液晶图像处理方法，其特征在于，其中灰度级分布关键区域查找方法如下：

6、根据权利要求5所述的液晶图像处理方法，其特征在于，所述的方法具体如下：

7、根据权利要求5或者6所述的液晶图像处理方法，其特征在于，其中视频图像补偿曲线的确定方法如下：

以(Lf2，Lf1)点为基准建立坐标变换的中间点；

8、根据权利要求1所述的液晶图像处理方法，其特征在于，其中灰度级分布关键区域查找方法如下：

9、根据权利要求8所述的液晶图像处理方法，其特征在于，所述的方法具体如下：

设定系统的阈值，将256个灰度等级分成128等份，对一帧图像所有的像素点的R/G/B分量分别形成的直方图进行统计，从高灰度级统计区域向低灰度级统计区域的方向进行搜索，确定所述的R/G/B各分量形成的直方图中第一个高于阈值的统计区域Lf1_R/Lf1_G/Lf1_B；

10、根据权利要求8或者9所述的液晶图像处理方法，其特征在于，其中视频图像补偿曲线的确定方法如下：

将所述的Lf2_R/Lf2_G/Lf2_B中最大值确定为Lf2，将所述的Lf1_R/Lf1_G/Lf1_B中最大值确定为Lf1，以(Lf2，Lf1)点为基准建立坐标变换的中间点；

11、一种液晶图像处理系统，其特征在于，所述的系统包括R/G/B直方图统计单元、直方图分析单元、R/G/B图像数据补偿单元、背光控制系数查找单元和背光控制信号产生单元，其中：

12、根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述的R/G/B直方图统计单元用来对对一帧图像所有的像素点的R/G/B分量单独形成的直方图或者所述的R/G/B分量相加形成的直方图进行统计。

13、根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述的对关键区域的图像进行补偿具体为根据所述的信号补偿系数对所述的关键区域的图像进行放大。

14、根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述的确定背光控制系数具体为根据该图像的负载查表确定该图像的背光控制系数，所述的背光控制系数与该帧图像的负载存在反比关系。