CN101685612B - 背光源亮度控制装置和视频显示装置 - Google Patents

Abstract

在视频显示装置(100)中，用于对液晶面板(11)进行照明的背光源(12)被分割成多个区域。频率分布处理单元(14)根据视频图像中像素的灰度等级值的频率分布来计算暗像素量。背光源控制单元(13)计算背光源(12)中所包括的每个区域里的亮度下限，使得该亮度下限随暗像素量变少而增大。背光源控制单元(13)根据视频图像中每部分的灰度等级值来分别地调节每个区域里的亮度，且将亮度小于下限的区域里的亮度调节至下限。对视频图像的暗部分进行照明的区域之间的亮度差被减小，且由区域之间的亮度差所引起的亮度模糊的发生被减少。

Description

背光源亮度控制装置和视频显示装置

技术领域

本发明涉及一种利用液晶面板和背光源构成的视频显示装置，尤其是涉及通过控制背光源的亮度分布来调节视频图像质量的背光源亮度控制装置和视频显示装置。

背景技术

通常，液晶显示器被广泛地用作诸如计算机监视器装置和电视接收机之类的视频显示装置。液晶显示器使用液晶面板和用于从后面对液晶面板进行照明的背光源来构成，且通过控制来自背光源的光在液晶面板上的各部分透过或阻断来显示视频图像。虽然许多背光源使用荧光管作为其光源，但是也已经开发出使用发光二极管(LED)作为光源的背光源。公开号为2007-219234的日本专利申请公开了使用LED作为背光源的光源的视频显示装置。

使用LED的背光源通过将大量的LED排列在平面上来构成，且被安置在液晶面板的背面。背光源被分割为对液晶面板上的不同位置进行照明的多个区域，且视频显示装置能够分别地控制背光源的每个区域里的亮度。背光源的每个区域包括多个LED，且对液晶面板的一部分进行照明。视频显示装置所显示的视频图像通常包括较亮部分和较暗部分。液晶面板中显示视频图像的亮部分的部分需要由背光源以高亮度进行照明，而对于液晶面板中显示视频图像的暗部分的部分，背光源可以具有较低亮度。因此，通过分别地调节背光源的每个区域里的亮度来提高对液晶面板中显示视频图像的明亮部分的部分进行照明的区域里的亮度和降低对显示暗部分的部分进行照明的区域里的亮度，有可能在确保必要亮度的同时降低视频显示装置的功耗。

发明内容

如上所述，在分别地控制背光源所包括的每个区域里的亮度的视频显示装置中，对液晶面板中显示视频图像暗部分的部分进行照明的区域具有低亮度，而对液晶面板中显示视频图像亮部分的部分进行照明的区域具有高亮度。顺便提及，由于背光源的一个区域所照明的部分具有一定的幅度，所以存在背光源的单个区域对既包含亮部分也包含暗部分的视频图像部分进行照明的情况。这样的区域需要以高亮度对液晶面板进行照明，以便显示视频图像的亮部分。因此，与视频图像的亮部分相邻的暗部分被背光源以高亮度进行照明。换言之，在单个视频图像中有多种类型的暗部分：一个是由背光源以高亮度进行照明的暗部分，而另一个是以低亮度进行照明的暗部分，而且以高亮度进行照明的暗部分比以低亮度进行照明的暗部分亮。从而，在视频图像上会发生比亮部分暗但比暗部分亮的部分出现在亮部分的外围的现象。在此现象中，由于看起来好像亮部分的亮度向外围扩散，所以下文中将此现象称为“亮度模糊”。

当观众从倾斜方向看视频显示装置上所显示的半色调视频图像时，亮度模糊显著地出现。这种现象由液晶的观看角度特性引起。在低亮度的视频图像中，由于液晶的观看角度依存性小，所以视频图像较不易受到亮度模糊影响。在半色调视频图像中，由于观看角度的影响较大，半色调视频图像易受到亮度模糊影响。由于亮度模糊降低了视频图像的质量，为了提高视频显示装置所显示的视频图像的质量，特别是当显示半色调图像时，需要减少亮度模糊的发生。然而，公开号为2007-219234的日本专利申请未提及用于减少亮度模糊发生的方法。

本发明被提出，其目的在于解决上述问题，且本发明的一个目的是提供能够通过降低背光源中所包括的多个区域中对视频图像暗部分进行照明的区域之间的亮度差异来减少亮度模糊的发生的背光源亮度控制装置和视频显示装置。

根据本发明的亮度控制装置，是一种用于将对显示基于视频信号的视频图像的视频显示面板进行照明的平面背光源中多个分割的区域中每个的亮度分别地控制为按照每个区域所照明的视频显示面板的区域里所显示的视频图像的灰度等级值的亮度的亮度控制装置，其特征在于包括：用于获得基于视频信号的视频图像中所包括的像素的灰度等级值的频率分布的装置；用于根据用此装置所获得的频率分布来计算暗像素量的装置，所述暗像素量表示灰度等级值小于等于预定的第一基准值的像素的量；用于将区域里的亮度下限计算为按照暗像素量单调递减的值的装置；用于将背光源的多个区域中按照视频图像的灰度等级值的亮度小于下限的区域里的亮度调节至下限的装置。

依照本发明的视频显示装置是一种视频显示装置，包括基于视频信号显示视频图像的视频显示板、用于通过以平面方式发光来对视频显示面板进行照明的背光源以及用于将背光源的多个分割的区域中每个的亮度分别地控制为按照每个区域所照明的视频显示板的区域里所显示的视频图像的灰度等级值的亮度的装置，其特征在于包括：用于获得基于视频信号的视频图像中所包括的像素的灰度等级值的频率分布的装置；用于根据用此装置所获得的频率分布来计算暗像素量的方法，所述暗像素量表示灰度等级值小于等于预定的第一基准值的像素的量；用于将区域里的亮度下限计算为按照暗像素量而单调减小的值的装置；以及用于将背光源的多个区域中按照视频图像灰度等级值的亮度小于下限的区域里的亮度调节至下限的装置。

根据本发明，在对视频显示板进行照明的背光源被分割为多个区域的视频显示装置中，暗像素量根据基于视频信号的视频图像中像素的灰度等级值的频率分布来计算。背光源中所包括的多个区域里的亮度下限被计算为暗像素量越少下限越高。背光源的每个区域里的亮度根据视频图像每部分里的灰度等级值被分别地调节，且按照灰度等级值的亮度小于下限的区域里的亮度被调节至下限。因此，背光源中所包括的多个区域里的最小亮度提高，从而减小只对暗部分照明的区域与既对视频图像亮部分又对暗部分进行照明的区域之间的亮度差异。

根据本发明的视频显示装置，特征在于还包括：根据频率分布计算灰度等级值的平均值的装置；以及通过将所计算的下限乘以按照用此装置所计算的平均值单调递增的系数来校正下限的装置。

根据本发明，视频显示装置根据视频图像的频率分布来计算灰度等级值的平均值，并且通过将下限乘以随灰度等级值的平均值变小而减小的系数来校正下限。在大体上为暗、灰度等级值的平均值小的视频图像中，背光源中所包括的多个区域里的亮度下限较低，且对视频图像的暗部分进行照明的区域里的亮度变得较低，从而减少黑色浮动的发生。

根据本发明的视频显示装置，其特征在于还包括：用于根据频率分布来计算亮像素量的装置，所述亮像素量表示灰度等级值大于等于预定的第二基准值的像素的量，第二基准值大于第一基准值；以及用于通过将所计算的下限乘以按照用此装置所计算的亮像素量单调递增的系数来校正下限的装置。

根据本发明，亮像素量根据视频图像的频率分布来计算，且背光源中所包括的多个区域里的亮度下限通过将下限乘以随亮像素量增大而变大的系数来校正。系数随亮像素率增大而变大，且因此当显示具有高亮像素率和大量亮像素的视频图像时，区域里的最小亮度变高，从而有效地减少了亮度模糊的发生。

根据本发明的视频显示装置，其特征在于还包括：用于测量周围亮度的装置；以及用于通过将所计算的下限乘以按照根据此装置所测量的周围亮度而单调递增的系数来校正下限的装置。

根据本发明，视频显示装置测量周围亮度，且通过将下限乘以随所测量的亮度变高而增大的系数来校正背光源中所包括的多个区域里的亮度下限。该系数随周围亮度变高而增大，且因此当视频图像在具有亮的外界光的环境下被显示时，背光源的最小亮度变高，从而在未显著降低对比度的同时有效地减少亮度模糊的发生。

根据本发明的视频显示装置，其特征在于还包括：用于从背光源的多个区域中指定按照视频图像的灰度等级值的亮度大于等于下限的区域的指定装置；以及用于将按照视频图像的灰度等级值的亮度小于下限的区域中亮度将被调节至下限的区域限制为位于距根据该指定装置所指定的区域预定距离之内的区域的方法。

根据本发明，视频显示装置将背光源所包括的多个区域中亮度小于下限且将被调节至下限的区域限制为位于距按照视频图像的亮度大于等于下限的区域预定距离之内的区域。由于亮度变高的区域数量被限制，所以功耗的增大被减少。

根据本发明，背光源中所包括的多个区域里，既对视频图像的亮部分也对暗部分进行照明的区域与只对暗部分照明的区域之间的亮度差异被减少。因此，由对视频图像的暗部分进行照明的区域之间的亮度差异所造成的亮度模糊的发生被减少，从而提高了视频显示装置所显示的视频图像的质量。而且，通过确定亮度的下限使得下限随着视频图像中暗像素量减少而变大，随着视频图像的亮度变高，更强有力地防止亮度模糊的发生，且从而有可能有效地减少亮度模糊的发生。此外，由于具有高暗像素率的暗视频图像较不易受到亮度模糊影响，本发明能够提供诸如通过减小下限来在不劣化视频图像质量的范围内降低视频显示装置的功耗的有益效果。

附图说明

图1是示出根据实施方式1的视频显示装置的内部结构的框图。

图2是示出背光源的结构的示意图。

图3是示出实施方式1的视频显示装置所执行的处理步骤的流程图。

图4是示出用图表表示频率分布的直方图示例的特性图。

图5是示出暗像素率与亮度下限之间的关系的特性图。

图6是示出实施方式1的视频显示装置中屏幕的一部分和屏幕上的亮度分布的示意图。

图7是示出实施方式2的视频显示装置所执行的处理步骤的流程图。

图8是示出视频图像里灰度等级值的平均值与校正系数之间的关系的特性图。

图9是示出实施方式3的视频显示装置所执行的处理步骤的流程图。

图10是示出添加有亮基准值的直方图的特性图。

图11是示出亮像素率与校正系数之间的关系的特性图。

图12是示出实施方式4的视频显示装置所执行的处理步骤的流程图。

图13是示出虽然灰度等级值的平均值小但仍包括大量亮像素的视频图像的直方图的特性图。

图14是示出实施方式5的视频显示装置的内部结构的框图。

图15是示出实施方式5的视频显示装置所执行的处理步骤的流程图。

图16是示出照度与校正系数之间的关系的特性图。

图17是示出实施方式6的视频显示装置所执行的处理步骤的流程图；以及

图18是示出实施方式6的视频显示装置的屏幕示例的示意图。

具体实施方式

以下描述将基于的示出本发明的某些实施方式的附图来详细说明本发明。

(实施方式1)

图1是示出实施方式1的视频显示装置的内部结构的框图。实施方式1的视频显示装置100包括调谐器21、输入单元22、选择器23、分离器单元24、解码器25、音频处理单元26、视频处理单元15、液晶面板11、背光源12以及亮度控制装置1。

调谐器21用天线(未示出)来接收广播波，且将所接收的广播波解码成输入数据。输入单元22获得从诸如记录器装置或调谐器装置的外部装置(未示出)输入的输入数据。输入数据包括视频数据、音频数据以及电子节目指南(EPG)的数据，且实施方式1的视频显示装置100基于视频数据来显示视频图像。视频显示装置100可被配置成处理作为输入数据的数字数据或模拟数据。

调谐器21和输入单元22被连接至选择器23，它选择调谐器21或输入单元22来输入该输入数据。选择器23依需要选择调谐器21或输入单元22作为输入数据的输入源，且从所选调谐器21或输入单元22获得输入数据。分离器单元24被连接至选择器23。分离器单元24将从选择器23输入的输入数据分离成多个类型的数据，例如视频数据、音频数据以及EPG数据。分离器单元24被连接至解码器25，且解码器25对由分离器单元24从输入数据所分离出的各种类型的数据进行解码。解码器25被连接至音频处理单元26且在音频数据被解码之后将其输入到音频处理单元26。音频处理单元26执行根据音频数据通过扬声器输出声音的过程。

解码器25也被连接至视频处理单元15且在视频数据被解码之后将其输入到视频处理单元15。视频处理单元15执行用从解码器25获得的视频数据来生成用于显示一帧视频图像的视频信号的过程。例如，视频处理单元15通过依需要执行诸如用于计算每个颜色的灰度等级值的矩阵过程、用于增强视频图像的增强过程、颜色调节、色调调节以及白平衡调节的视频处理来生成视频信号。液晶面板11被连接至视频处理单元15，且视频处理单元15将视频信号输出到液晶面板11。液晶面板11是根据本发明的视频显示板，且基于视频信号显示视频图像。

另外，频率分布处理单元14被连接至视频处理单元15，且背光源控制单元13被连接至频率分布处理单元14。频率分布处理单元14和背光源控制单元13是本发明的亮度控制装置1。视频处理单元15将视频信号输出到频率分布处理单元14。频率分布处理单元14获得视频图像中所包含的像素的灰度等级值的频率分布，且执行根据所获得的频率分布来计算暗像素率的稍后描述的过程。背光源12被连接至背光源控制单元13。频率分布处理单元14将视频信号和暗像素率输出到背光源控制单元13，之后背光源控制单元13基于视频信号和暗像素率执行控制背光源12的工作的过程。

图2是示出背光源12的结构的示意图。背光源12使用LED作为光源，且通过二维排列多个LED来配置为整体上呈一个平面。在图2中，LED用圆圈表示。背光源12通过使多个二维排列的LED发光来以平面方式发光。背光源12被分割成对液晶面板11上的不同部分(区域)进行照明的多个区域。在图2中，背光源12里的区域之间的界线用虚线表示。如图2中所示，每个区域包括多个LED。背光源控制单元13基于由视频信号所表示的各个像素的灰度等级值来将背光源12的每个区域里的亮度分别地控制为按照液晶面板11的每个区域里所显示的视频图像的灰度等级值的亮度。换言之，背光源12包括能够分别地控制亮度的安排成平面的多个区域。视频处理单元15、频率分布处理单元14以及背光源控制单元13被合并成单个视频处理器。

接着，以下说明实施方式1的视频显示装置100所执行的过程的细节。图3是示出由实施方式1的视频显示装置100所执行的处理步骤的流程图。当输入数据被输入到实施方式1的视频显示装置100时，视频处理单元15生成视频信号且将视频信号输出到频率分布处理单元14。频率分布处理单元14从视频信号获得基于视频信号的一帧视频图像中所包括的各个像素的灰度等级值的频率分布(S11)。视频信号包括用数值表示的视频图像里所包括的各个像素的灰度等级值的信息。基于视频信号的一帧视频图像对应于一屏视频图像。在步骤S11中，频率分布处理单元14通过对具有每个灰度等级值的像素计数来获得频率分布。例如，在一帧视频图像由1000×2000个像素组成且每个像素的灰度等级值由0至255之间的任何数值来表示的情况下，频率分布就表示在此1000×2000像素中具有0至255之间的每个灰度等级值的像素有多少。

图4是示出用图表表示频率分布的直方图示例的特性图。图4中的横轴表示用0至255范围中的数值来表示视频图像中所包括的像素的灰度等级值。图4中的纵轴表示与具有每个灰度等级值的像素数量相对应的频率。频率分布处理单元114可从一整帧视频图像获得频率分布，或者可按照预定规则从一帧视频图像采样像素并获得所采样的像素的灰度等级值的频率分布。频率分布处理单元14可以从一帧视频信号直接地获得频率分布，或者可从视频信号的每个场获得频率分布并将两个场的频率分布相加来获得一帧视频图像的亮度的频率分布。

接着，频率分布处理单元14根据所获得的频率分布来计算表示灰度等级值小于等于预定的暗基准值的像素数量的暗像素的数量(S12)。暗基准值是为了确定暗像素——即具有相对较小灰度等级值且在视频图像里显得暗的像素——而预先确定的基准值，且被预先存储在频率分布处理单元14中。暗基准值对应于本发明中的第一基准值。大于灰度等级值的最小值且在屏幕上显得暗的值被用作暗基准值。图4示出了暗基准值。灰度等级值小于等于暗基准值的像素为暗像素，且灰度等级值小于等于图4所示直方图中的暗基准值的部分的面积表示暗像素的量。在步骤S12中，频率分布处理单元14通过对灰度等级值小于等于直方图中的暗基准值的部分求积分，或对灰度等级值小于等于暗基准值的像素的数量计数，来计算暗像素的量。

接着，频率分布处理单元14将所计算的暗像素数量除以视频图像里的像素总量，以便计算出表示视频图像中所包括的暗像素的比率的暗像素率(S13)。对于视频图像中的像素总量，可以每次对一帧视频图像中所包括的像素的总量计数或对直方图求积分，或者可以使用预先存储在频率分布处理单元14中的预定值。暗像素率对应于本发明中的暗像素量。频率分布处理单元14将从视频处理单元15输入的视频信号和所计算的暗像素率输出到背光源控制单元13。

背光源控制单元13根据所输入的暗像素率来执行计算背光源12中所包括的多个区域里的亮度下限的过程(S14)。步骤S14中所计算的亮度下限是大于等于通过背光源12可实现的最小亮度值的值，且是限定实际上由背后控制单元13所控制的背光源12的每个区域里的亮度下限的值。背光源控制单元13以函数或数表的形式存储暗像素率与亮度下限之间的关系，且在步骤S 14中根据所存储的内容来计算与暗像素率对应的亮度下限。

图5是示出暗像素率与亮度下限之间的关系的特性图。图5中的横轴表示最小值为0、最大值为1的暗像素率。图5中的纵轴示出与每个暗像素率对应的亮度下限。在暗像素率取最大值1的状态下，亮度的下限是由背光源12可实现的最小值。例如，此值为背光源12的区域中所包括的LED都被关掉时的0亮度。在暗像素率从1减小到预定阈值b之前，亮度下限一致保持在最小值。在暗像素率从阈值b减小并达到预定的阈值a之前亮度下限线性变化，使得暗像素率越小亮度下限越大。在暗像素率处于阈值a的状态下，亮度下限变为预定的最大值，且在暗像素率从阈值a减小并达到0之前亮度下限保持在最大值。整体而言，暗像素率与亮度下限之间的关系为，亮度下限根据暗像素率单调递减，且亮度下限随暗像素率的减小而增大。作为亮度下限的最大值，例如，可以用视角被改变时液晶面板11的亮度变化量。

注意，图5中所示的暗像素率与亮度下限之间的关系仅是一个示例，其关系可以与图5中所示的关系不同，只要亮度下限相对于暗像素率单调递减即可。例如，暗像素率与亮度下限之间的关系可以用光滑函数来表示。另外，例如，亮度下限可以采用以暗像素率的预定值为基础的离散值。

接着，背光源控制单元13执行按照由输入的视频信号所表示的视频图像中各个像素的灰度等级值来调节背光源12的每个区域里的亮度，以便将亮度小于下限的区域里的亮度调节为下限的过程(S15)。背光源控制单元13存储视频图像的每部分中所包括的像素的灰度等级值与对液晶面板11中显示相应部分的部分(区域)进行照明的区域里的亮度之间的关系。例如，对于视频图像中由一个区域所照明的一部分中所包括的像素的最大值，此区域里的亮度是确定的。在步骤S15中，背光源控制单元13根据所存储的内容计算每个区域根据由视频信号表示的视频图像中所包括的各个像素的灰度等级值的亮度。如果所计算的区域亮度值大于等于下限，则背光源控制单元13将区域里的亮度调节至所计算的亮度，而如果所计算的区域亮度值小于下限，则它将区域的亮度调节至下限。

背光源12的每个区域以受背光源控制单元13控制的亮度来发光，且液晶面板11根据视频信号来调节与视频图像中每个像素相对应的部分里的光透射量，由此视频显示装置100显示视频图像。由此，视频显示装置100完成显示一帧视频图像的过程。视频显示装置100每显示一帧视频图像，就执行一次步骤S11至S15的过程。

图6是示出实施方式1的视频显示装置100中屏幕的一部分和屏幕上的亮度分布的示意图。图6的上部示出了显示视频图像的屏幕的一部分，且对液晶面板11上显示视频图像的各个部分进行照明的背光源12的区域之间的界线用虚线表示。图6中的121、122和123表示特定区域。在图6中，示出作为视频图像中相对较亮部分的亮部分，且除亮部分之外的部分是比亮部分暗的暗部分。图6的下部示出了屏幕的各个部分处的亮度分布。在由区域121所照明的位置处，由于视频图像的亮部分被显示，而亮度高。在由区域122所照明的位置处，由于屏幕的一部分示出了视频图像的亮部分，所以区域122的亮度具有大于通过背光源12可实现的最小值的值。在由区域123所照明的位置处，由于视频图像的暗部分被显示，根据现有技术区域123的亮度变为最小值，且小于本发明所计算的亮度下限。

换言之，用现有技术，由区域123照明的视频图像的暗部分具有与背光源12的最小亮度值相对应的亮度。然而，在本发明中，区域123的亮度从现有技术的亮度提高，且被调节至下限。图6示出了其中下限被调节至与区域122的亮度值相同的值的示例。因此，区域123所照明的视频图像中的暗部分具有高于暗部分的现有技术亮度的亮度，且从而具有与表示区域123的亮度的下限相对应的亮度。在图6所示的示例中，由于对视频图像的暗部分进行照明的区域123与对既包括亮部分又包括暗部分的部分进行照明的区域122具有相同的亮度，所以视频图像中的暗部分具有相同的亮度，且不发生亮度模糊。

如上详细描述的，在实施方式1的视频显示装置100中，限定背光源12每个区域里的亮度下限的下限是确定的，且根据现有技术亮度小于下限的区域中的亮度被调节至下限。因此，与现有技术相比，视频显示装置100减少了既对视频图像的亮部分又对暗部分进行照明的区域与只对暗部分照明的区域之间的亮度差异。从而，由于有可能减少对视频图像的暗部分进行照明的各个区域之间的亮度差所引起的靠近亮部分的暗部分比其它暗部分亮的亮度模糊的发生，由视频显示装置100显示的视频图像质量被提高。

另外，在实施方式1中，视频显示装置100确定下限，使得表示视频图像中所包括的暗像素的比率的暗像素率越小，区域里的亮度下限越高。暗视频图像不易受到亮度模糊的影响，但半色调视频图像易受到亮度模糊的影响。因此，通过随着暗像素率变小而提高亮度下限，有可能更强有力地减少在视频图像变亮时亮度模糊的发生，且有可能有效地减少亮度模糊的发生。在具有高暗像素率的暗视频图像中，由于亮度模糊几乎不发生，所以有可能通过降低亮度下限来在不劣化视频图像质量的范围内减少视频显示装置100的功耗。

(实施方式2)

在实施方式1中，根据视频图像中的暗像素率来计算亮度下限。然而，如果为整体上具有低亮度的视频图像设置高的亮度下限，那么在视频图像中发生黑色浮动，且视频图像的质量被降低。实施方式2示出了根据整个视频图像的亮度来计算背光源12的亮度下限的方式。由于根据实施方式2的视频显示装置100的内部结构与实施方式1中的相同，所以将省略其相关说明。

图7是示出由实施方式2的视频显示装置100所执行的处理步骤的流程图。视频处理单元15生成视频信号并将其输出到频率分布处理单元14。频率分布处理单元14基于视频信号获得一帧视频图像中所包括的各个像素的灰度等级值的频率分布(S21)。接着，频率分布处理单元14根据所获得的频率分布来计算由视频信号所表示的一帧视频图像中灰度等级值的平均值(S22)。例如，基于频率分布，频率分布处理单元14通过对由灰度等级值与像素数量相乘所得到的值对所有灰度等级值求积分，然后将积分值除以像素的总数来计算视频图像中像素灰度等级值的平均值。接着，频率分布处理单元14根据所获得的频率分布来计算视频图像中所包括的暗像素数量(S23)，并计算表示视频图像中暗像素的比率的暗像素率(S24)。在完成步骤S24之后，频率分布处理单元14将视频信号、所计算的灰度等级值的平均值以及所计算的暗像素率输出到背光源控制单元13。

背光源控制单元13根据输入的暗像素率执行计算背光源12中所包括的多个区域里的亮度下限的过程(S25)。接着，背光源控制单元13根据从频率分布处理单元14输入的灰度等级值的平均值来计算用于校正下限的校正系数(S26)。背光源控制单元13以函数或数表的形式存储灰度等级值的平均值与校正系数之间的关系，并根据步骤S26中所存储的内容来计算与灰度等级值的平均值相对应的校正系数。

图8是示出视频图像中灰度等级值的平均值与校正系数之间的关系的特性图。图8的横轴表示灰度等级值的平均值，而纵轴表示与灰度等级值的平均值相对应的校正系数。在视频图像整体上明亮且灰度等级值的平均值高的状态下，校正系数取最大值1。在灰度等级值的平均值减小到预定阈值d之前，校正系数保持在最大值1。在灰度等级值的平均值从阈值d减小至预定阈值c之前，校正系数线性变化，以便灰度等级值的平均值越低校正系数越小。在灰度等级值的平均值处于阈值c的状态下，校正系数变为预定的最小值，且在灰度等级值的平均值小于等于阈值c状态下，校正系数保持在最小值。整体上，灰度等级值的平均值与校正系数之间的关系为，校正系数依照灰度等级值的平均值而单调递增，且校正系数随灰度等级值的平均值减小而变小。

图8中所示的灰度等级值的平均值与校正系数之间的关系仅是一个示例，且其关系可以不同于图8中所示的关系，只要校正系数关于灰度等级值的平均值单调递增即可。例如，灰度等级值与校正系数之间的关系可以用光滑函数来表示。另外，例如，校正系数可以采用以灰度等级值的预定的平均值为基础的离散值。

接着，背光源控制单元13使用所计算的校正系数来执行校正步骤S25中所计算的亮度下限的过程(S27)。更具体地，背光源控制单元13将校正前的下限乘以校正系数，以便计算校正后的下限，如下式所示。

(校正后的下限)

＝(校正前的下限)×校正系数

接着，背光源控制单元13按照由输入的视频信号所表示的视频图像中各个像素的灰度等级值来执行调节背光源12的每个区域里的亮度的过程，以便将亮度小于下限的区域里的亮度调节为下限(S28)。背光源12的每个区域以受背光源控制单元13控制的亮度来发光，且液晶面板11根据视频信号来调节与视频图像中每个像素相对应的部分里的光透射量。从而，视频显示装置100显示视频图像。由此，视频显示装置100完成显示一帧视频图像的过程。视频显示装置100每显示一帧视频图像，就执行一次步骤S21至S28的过程。

如上所详细说明的，在实施方式2中，背光源12的多个区域里的亮度下限通过将亮度下限乘以随像素的灰度等级值的平均值减小而变小的校正系数来被校正。由于校正系数随灰度等级值的平均值减小而变小，如果视频图像的灰度等级值的平均值小且整体上暗，那么亮度下限较小，且对视频图像的暗部分进行照明的区域里的亮度较低。结果，由于视频图像的暗部分里的亮度变低，所以有可能防止黑色浮动的发生。在视频图像的灰度等级值的平均值大且整体上亮的情况下，由于区域里的亮度下限较高，亮度模糊的发生被有效地减少。在视频图像整体上亮的情况下，即使发生黑色浮动，也将相当地不明显。因此，在实施方式2中，对于黑色浮动不明显的亮视频图像，亮度模糊的发生被减少，而且对于整体上暗的视频图像，黑色浮动的发生被减少，从而提高了由视频显示装置100所显示的视频图像的质量。

(实施方式3)

在实施方式1中，随着视频图像的暗像素率增高，背光源12的多个区域里的亮度下限被设置得更小。顺便提及，在视频图像中，有既包含大量暗像素又包含大量亮像素的视频图像，但没有很多具有中间灰度等级值的像素。在实施方式1中，当视频图像的暗像素率高时，亮度模糊易于发生，且此外当视频图像中有大量的亮像素时，亮度模糊显著且视频图像的质量被降低。实施方式3示出了根据暗像素的量和亮像素的量来计算背光源12的亮度下限的方式。由于根据实施方式3的视频显示装置100的内部结构与实施方式1中的相同，将省略其相关说明。

图9是示出实施方式3的视频显示装置100所执行的处理步骤的流程图。视频处理单元15生成视频信号并将该视频信号输出到频率分布处理单元14。频率分布处理单元14从视频信号获得基于该视频信号的一帧视频图像中所包括的各个像素的灰度等级值的频率分布(S31)。接着，频率分布处理单元14根据所获得的频率分布来计算视频图像中所包括的暗像素的数量(S32)，并计算表示视频图像中所包括的暗像素的比率的暗像素率(S33)。

接着，频率分布处理单元14根据所获得的频率分布来计算表示灰度等级值大于等于预定的亮基准值的像素的数量的亮像素数量(S34)。亮基准值是为了确定具有相对较大灰度等级值且在视频图像里显得亮的亮像素而预先确定的基准值，且被预先存储在频率分布处理单元14中。亮基准值大于暗基准值，且对应于本发明的第二基准值。大于暗基准值但小于灰度等级上限且在屏幕上显得亮的值被用作亮基准值。图10是示出添加有亮度基准值的直方图的特性图。灰度等级值大于等于亮基准值的像素为亮像素，且灰度等级值大于等于图10所示直方图中的亮基准值的部分的面积表示亮像素的数量。在步骤S34中，频率分布处理单元14通过对灰度等级值大于等于直方图中的亮基准值的部分求积分，或对灰度等级值大于等于亮基准值的像素的数量计数，来计算亮像素的数量。

接着，频率分布处理单元14将所计算的亮像素数量除以视频图像里的像素总量，以便计算表示视频图像中所包括的亮像素的比率的亮像素率，(S35)。亮像素率对应于本发明中的亮像素量。在完成步骤S35之后，频率分布处理单元14将视频信号、所计算的暗像素率以及亮像素率输出到背光源控制单元13。

背光源控制单元13根据输入的暗像素率执行计算背光源12中所包括的多个区域里的亮度下限的过程(S36)。接着，背光源控制单元13根据从频率分布处理单元14输入的亮像素率来计算用于校正下限的校正系数(S37)。背光源控制单元13以函数或数表的形式存储亮像素率与校正系数之间的关系，并根据所存储的内容来计算与步骤S37中的亮像素率相对应的校正系数。

图11是示出亮像素率与校正系数之间的关系的特性图。图11中的横轴表示亮像素率，而纵轴示出了与亮像素率相对应的校正系数。在亮像素率小的状态下，校正系数取最小值。在亮像素率增大到预定的阈值e之前，校正系数保持在最小值。在亮像素率从阈值e增大并到达预定的阈值f之前校正系数线性变化，以便亮像素率越高校正系数越高。在亮像素率处于阈值f的状态下，校正系数取最大值1，且在亮像素率从阈值f增大到最大值1之前校正系数保持在最大值1。整体上，亮像素率与校正系数之间的关系为，校正系数依照亮像素率而单调递增，且亮像素率越高校正系数越高。

注意，图11中所示的亮像素率与校正系数之间的关系仅是一个示例，其关系可以与图11中所示的关系不同，只要校正系数相对于亮像素率单调递增。例如，亮像素率与校正系数之间的关系可以用光滑函数来表示。另外，例如，校正系数可以采用以亮像素率的预定值为基础的离散值。

接着，背光源控制单元13使用所计算的校正系数来执行校正步骤S36中所计算的亮度下限的过程(S38)。更具体地，背光源控制单元13将校正前的下限乘以校正系数，以便计算校正后的下限，如下式所示。

(校正后的下限)

＝(校正前的下限)×校正系数

接着，背光源控制单元13按照由输入的视频信号所表示的视频图像中各个像素的灰度等级值来执行调节背光源12的每个区域里的亮度的过程，以便将亮度小于下限的区域里的亮度调节为下限(S39)。背光源12的每个区域以受背光源控制单元13控制的亮度来发光，且液晶面板11根据视频信号来调节与视频图像中每个像素相对应的部分里的光透射量。从而，视频显示装置100显示视频图像。由此，视频显示装置100完成显示一帧视频图像的过程。视频显示装置100每显示一帧视频图像，就执行一次步骤S31至S39的过程。

如上详细描述的，在实施方式3中，背光源12的多个区域里的亮度下限通过将亮度下限乘以随亮像素率变高而增大的校正系数来被校正。由于校正系数随亮像素率增大而变大，当具有高亮像素率和大量亮像素的视频图像被显示时，背光源12的区域里的最小亮度增大，从而有效地减少亮度模糊的发生。由于在具有高亮像素率和大量亮像素的视频图像中亮度模糊明显，如果包括大量亮像素的视频图像中的亮度模糊被有效地减少，那么视频显示装置100所显示的视频图像的质量将被提高。

(实施方式4)

实施方式4示出了根据整个图像里的亮度和亮像素率来校正根据暗像素率所确定的背光源12的亮度下限的方式。由于根据实施方式4的视频显示装置100的内部结构与实施方式1中的相同，将省略其相关说明。

图12是示出实施方式4的视频显示装置100所执行的处理步骤的流程图。视频处理单元15生成视频信号并将该视频信号输出到频率分布处理单元14。频率分布处理单元14从视频信号获得基于视频信号的一帧视频图像中所包括的各个像素的灰度等级值的频率分布(S401)。接着，频率分布处理单元14根据所获得的频率分布来计算由视频信号表示的一帧视频图像中灰度等级值的平均值(S402)。接着，频率分布处理单元14根据所获得的频率分布来计算视频图像中所包括的暗像素数量(S403)，并计算表示视频图像中包括的暗像素的比率的暗像素率(S404)。接着，频率分布处理单元14根据所获得的频率分布来计算视频图像中所包括的亮像素数量(S405)，并计算表示视频图像中所包括的亮像素的比率的亮像素率(S406)。在完成步骤S406之后，频率分布处理单元14将视频信号、所计算的灰度等级值的平均值、暗像素率以及亮像素率输出到背光源控制单元13。

背光源控制单元13根据输入的暗像素率来执行计算背光源12中所包括的多个区域里的亮度下限的过程(S407)。接着，背光源控制单元13用与实施方式2相似的方法根据从频率分布处理单元14输入的灰度等级值的平均值来计算用于校正下限的第一校正系数(S408)。接着，背光源控制单元13用与实施方式3相似的方法根据从频率分布处理单元14输入的亮像素率来计算用于校正下限的第二校正系数(S409)。

接着，背光源控制单元13使用所计算的第一和第二校正系数来执行校正步骤S407中所计算的下限的过程(S410)。更具体地，背光源控制单元13将校正前的下限乘以第一校正系数和第二校正系数，以便计算校正后的下限，如下式所示。

(校正后的下限)＝(校正前的下限)×

(第一校正系数)×(第二校正系数)

接着，背光源控制单元13根据由输入的视频信号所表示的视频图像中各个像素的灰度等级值来执行调节背光源12的每个区域里的亮度的过程，以便将亮度小于下限的区域里的亮度调节为下限(S411)。背光源12的每个区域以受背光源控制单元13所控制的亮度来发光，且液晶面板11根据视频信号来调节与视频图像中每个像素相对应的部分里的光透射量。从而，视频显示装置100显示视频图像。由此，视频显示装置100完成显示一帧视频图像的过程。视频显示装置100每显示一帧视频图像，就执行一次步骤S401至S411的过程。

如上详细描述的，在实施方式4中，背光源12的多个区域里的亮度下限通过将亮度下限乘以随像素的灰度等级值的平均值减小而变小的第一校正系数和随亮像素率增大而变大的第二校正系数来被校正。图13是示出虽然灰度等级值的平均值小但仍包括大量亮像素的视频图像的直方图的特性图。通过根据视频图像中的灰度等级值的平均值和亮像素率来校正下限，在整体上暗的视频图像中减少了黑色浮动的发生。另外，对于如图13中所示的那样虽然灰度等级值的平均值小但包括相当大量的亮像素且容易收到亮度模糊的影响的视频图像，有可能通过增大背光源12的最小亮度来有效地减少亮度模糊的发生。从而，提高视频显示装置100所显示的视频图像的质量。

(实施方式5)

在背光源12的最小亮度被提高来减少亮度模糊的发生的情况下，视频图像的对比度降低。另一方面，由于视频显示装置100所显示的视频图像的显现受环境光的影响，当观众在某种程度明亮的环境中看视频图像时，观众几乎觉察不到黑色的亮度变化。因此，即使当对比度下降时，观众也几乎觉察不到下降。从而，在某种程度明亮的环境中，即使当背光源12的最小亮度被提高，对比度的降低也几乎被觉察不到。实施方式5示出了根据环境光来校正根据暗像素率所确定的亮度下限的方式。

图14是示出实施方式5的视频显示装置100的内部结构的框图。视频显示装置100包括用于测量视频显示装置100的周围亮度的照度传感器16，且照度传感器16被连接至背光源控制单元13。照度传感器16被放置在液晶面板11的附近，且测量外部光的照度并将测量结果输出到背光源控制单元13。由于依照实施方式5的视频显示装置100的其它内部结构与实施方式1中的相同，所以通过用相同的代号标明相应部分而省略其说明。

图15是示出实施方式5的视频显示装置100所执行的处理步骤的流程图。视频处理单元15生成视频信号并将该视频信号输出到频率分布处理单元14。频率分布处理单元14从视频信号获得基于视频信号的一帧视频图像中所包括的各个像素的灰度等级值的频率分布(S51)。接着，频率分布处理单元14根据所获得的频率分布来计算视频图像中所包括的暗像素数量(S52)，并计算表示视频图像中所包括的暗像素的比率的暗像素率(S53)。在完成步骤S53之后，频率分布处理单元14将视频信号以及所计算的暗像素率输出到背光源控制单元13。照度传感器16将所测得的照度输出到背光源控制单元13。

背光源控制单元13根据从频率分布处理单元14输入的暗像素率来执行计算背光源12中所包括的多个区域里的亮度下限的过程(S54)。接着，背光源控制单元13根据从照度传感器16输入的照度来计算用于校正下限的校正系数(S55)。背光源控制单元13以函数或数表的形式存储照度与校正系数之间的关系，并根据步骤S55中所存储的内容来计算与照度相对应的校正系数。

图16是示出照度与校正系数之间的关系的特性图。图16中的横轴表示照度，而纵轴示出与照度相对应的校正系数。在照度低的状态下，校正系数取最小值1。在照度增高到预定的阈值g之前，校正系数保持在最小值1。在照度从阈值g增高并到达预定的阈值h之前校正系数线性变化，以便照度越高校正系数越高。在照度处于门限h的状态下，校正系数变为最大值，且在照度大于等于阈值h的状态下，校正系数保持在最大值。整体上，照度与校正系数之间的关系为，校正系数依照照度而单调递增，且校正系数随照度变低而减小。

注意，图16中所示的照度与校正系数之间的关系仅是一个示例，其关系可以与图16中所示的关系不同，只要校正系数相对于照度单调递增即可。例如，照度与校正系数之间的关系可以用光滑函数来表示。另外，例如，校正系数可以采用以预定的照度为基础的离散值。

接着，背光源控制单元13使用所计算的校正系数来执行校正步骤S54中所计算的下限的过程(S56)。更具体地，背光源控制单元13将校正前的下限乘以步骤S55中所计算的校正系数，以便计算校正后的下限，如下式所示。

(校正后的下限)

＝(校正前的下限)×校正系数

接着，背光源控制单元13根据由输入的视频信号所表示的视频图像中各个像素的灰度等级值来执行调节背光源12的每个区域里的亮度的过程，以便将亮度小于下限的区域里的亮度调节为下限(S57)。背光源12的每个区域以受背光源控制单元13所控制的亮度来发光，且液晶面板11根据视频信号来调节与视频图像中每个像素相对应的部分里的光透射量。从而，视频显示装置100显示视频图像。由此，视频显示装置100完成显示一帧视频图像的过程。视频显示装置100每显示一帧视频图像，就执行一次步骤S51至S57的过程。

如上详细描述的，在实施方式5中，背光源12的多个区域里的亮度下限通过将亮度下限乘以随表示周围亮度的照度变高而增大的校正系数来被校正。由于校正系数随照度的增高而变大，当视频图像在具有亮的外部光的环境下被显示时，下限增大，且背光源12的最小亮度增高，从而减少亮度模糊的发生。在背光源12的最小亮度增高的状态下，视频图像中的对比度降低，但对比度的降低在明亮的周围环境下几乎不被察觉。因此，在实施方式5中，有可能在不明显地降低对比度的同时有效地减少亮度模糊的发生。从而，由视频显示装置100所显示的视频图像的质量被提高。

(实施方式6)

实施方式6示出了根据视频图像来限制背光源12的多个区域里最小亮度增大的范围的方式。由于依照实施方式6的视频显示装置100的内部结构与实施方式1中的相同，所以将省略其相关说明。

图17是示出实施方式6的视频显示装置100所执行的处理步骤的流程图。视频处理单元15生成视频信号并将其输出到频率分布处理单元14。频率分布处理单元14从视频信号获得基于视频信号的一帧视频图像中所包括的各个像素的灰度等级值的频率分布(S61)。接着，频率分布处理单元14根据所获得的频率分布来计算视频图像中所包括的暗像素数量(S62)，并计算表示视频图像中所包括的暗像素的比率的暗像素率(S63)。在完成步骤S63之后，频率分布处理单元14将视频信号以及所计算的暗像素率输出到背光源控制单元13。

背光源控制单元13根据从频率分布处理单元14输入的暗像素率来执行计算背光源12中所包括的多个区域里的亮度下限的过程(S64)。接着，背光源控制单元13根据由视频信号所表示的视频图像中各个像素的灰度等级值来计算每个区域里的亮度，并从背光源12中所包括的多个区域中指定所计算的亮度值大于等于下限的区域(S65)。接着，背光源控制单元13执行限定其中小于下限的亮度被调节至下限的区域的范围的过程(S66)。更具体地，背光源控制单元13将与步骤S65中所指定的区域相邻的区域范围设定为作为小于下限的亮度被调节至下限的区域范围的限定范围。注意，限定范围内所包括的区域不受限于与步骤S65中所指定的区域相邻的区域，且位于从步骤S65中所指定的区域算起预定范围内的区域可以被包括在此限定范围内。

接着，背光源控制单元13根据由输入的视频信号所表示的视频图像中各个像素的灰度等级值来执行调节背光源12的每个区域里的亮度的过程，以便将亮度小于下限的限定范围内的区域里的亮度调节为下限(S67)。在步骤S67中，对于步骤S65中所计算的亮度值大于等于下限的区域，背光源控制单元13将区域里的亮度调节至所计算的亮度。而且，对于被包括在步骤S65所计算的亮度值小于下限的区域中由步骤S66所设定的限定范围内的区域，背光源单元13将区域里的亮度调节至下限，而对于未被包括在限定范围内的区域，背光源控制单元13将区域里的亮度调节至所计算的亮度。

背光源12的每个区域以受背光源控制单元13所控制的亮度来发光，且液晶面板11根据视频信号来调节与视频图像中每个像素相对应的部分里的光透射量。从而，视频显示装置100显示视频图像。由此，视频显示装置100完成显示一帧视频图像的过程。视频显示装置100每显示一帧视频图像，就执行一次步骤S61至S67的过程。

图18是示出实施方式6的视频显示装置100的屏幕示例的示意图。在图18中，背光源12里的区域之间的界线用虚线表示。背光源12的区域中，与对视频图像的亮部分进行照明的区域相邻的区域被包括在限定范围内。在限定范围内，根据视频图像的亮度小于下限的区域里的亮度被调节至下限。在限定范围外，即使当根据视频图像的亮度变得小于下限时，每个区域里的亮度也保持在小于下限。由于限定范围内背光源12的每个区域里的亮度大于等于下限，所以既对视频图像的亮部分又对暗部分进行照明的区域与此区域的相邻区域之间的亮度差被减小，从而减少了亮度模糊的发生。而且，在限定范围外，对视频图像的暗部分进行照明的区域里的亮度小于下限，从而有可能防止功耗的增加。

如上所述的实施方式1至6示出了依照本发明将暗像素率和亮像素率用作暗像素量和亮像素量的方式，但本发明不受限于这些方式。例如，本发明可实现为将暗像素数量用作暗像素量的方式，或者将亮像素数量用作亮像素量的方式。另外，尽管实施方式1至6示出了由硬件装置执行视频显示装置100所执行的过程的方式，但本发明的视频限制装置100也可以用软件来执行这些处理的部分或全部。

尽管实施方式1至6示出了使用包括多个LED作为光源的背光源的方式，但本发明中的背光源不限于此。本发明中的背光源可以是使用诸如EL(电致发光)元件的其它发光元件作为光源的背光源，只要其能够分别地调节每个区域里的亮度即可。另外，尽管实施方式1至6示出了依照本发明使用液晶面板11作为视频显示面板的方式，但本发明的液晶显示面板不限于此。本发明的液晶显示面板可以是其它视频显示面板，只要它是通过使用来自背光源的光来显示视频图像的透射型视频显示面板即可。

Claims (8)

1.一种用于对组成平面背光源的多个区域中每个区域里的亮度分别地进行控制的背光源亮度控制装置，所述平面背光源对基于视频信号显示视频图像的视频显示面板进行照明，所述装置根据由每个区域所照明的所述视频显示面板的区域里显示的视频图像的灰度等级值来进行控制，所述装置的特征在于包括：

用于基于视频信号来获得组成视频图像的像素的灰度等级值的频率分布的频率分布获得单元；

用于根据由所述频率分布获得单元所获得的频率分布来计算暗像素量的暗像素量计算单元，所述暗像素量表示灰度等级值小于等于预定的第一基准值的像素的量；

用于计算所述区域里的亮度下限的下限计算单元，所计算出的值按照所述暗像素量单调递减；以及

用于将所述背光源的多个区域中按照视频图像的灰度等级值的亮度小于下限的区域里的亮度调节至下限的调节单元。

2.一种视频显示装置，包括基于视频信号显示视频图像的视频显示面板、用于通过以平面方式发光来对所述视频显示面板进行照明的背光源以及用于根据由背光源的多个区域中每个区域所照明的所述视频显示板的区域里显示的视频图像灰度等级值来控制组成所述背光源的多个区域中每个区域里的亮度的亮度控制装置，所述视频显示装置的特征在于包括：

用于基于视频信号来获得组成视频图像的像素的灰度等级值的频率分布的频率分布获得单元；

用于根据由所述频率分布获得单元所获得的频率分布来计算暗像素量的暗像素量计算单元，所述暗像素量表示灰度等级值小于等于预定的第一基准值的像素的量；

用于计算所述区域里的亮度下限的下限计算单元，所计算出的值按照所述暗像素量单调递减；以及

用于将所述背光源的多个区域中按照视频图像的灰度等级值的亮度小于下限的区域里的亮度调节至下限的调节单元。

3.如权利要求2所述的视频显示装置，其特征在于，还包括：

用于根据所述频率分布来计算灰度等级值的平均值的平均值计算单元；以及

用于通过将所述下限计算单元所计算的下限乘以按照所述平均值计算单元所计算的平均值而单调递增的系数来校正下限的单元。

4.如权利要求2或3所述的视频显示装置，其特征在于，还包括：

用于根据所述频率分布来计算亮像素量的亮像素量计算单元，所述亮像素量表示灰度等级值大于等于预定的第二基准值的像素的量，所述第二基准值大于所述第一基准值；以及

用于通过将所述下限计算单元所计算的下限乘以按照所述亮像素量计算单元所计算的亮像素量而单调递增的系数来校正下限的单元。

5.如权利要求2所述的视频显示装置，其特征在于，还包括：

用于测量周围亮度的测量单元；以及

用于通过将所述下限计算单元所计算的下限乘以按照所述测量单元所测量的周围亮度而单调递增的系数来校正下限的单元。

6.如权利要求2或3所述的视频显示装置，其特征在于，还包括：

用于从所述背光源的多个区域中指定按照所述视频图像的灰度等级值的亮度大于等于下限的区域的指定单元；以及

将按照所述视频图像的灰度等级值的亮度小于下限的区域中亮度将被调节至下限的区域限定为位于距所述指定单元所指定的区域预定距离之内的区域的限定单元。

7.如权利要求4所述的视频显示装置，其特征在于，还包括：

用于从所述背光源的多个区域中指定按照视频图像的灰度等级值的亮度大于等于下限的区域的指定单元；以及

将按照所述视频图像的灰度等级值的亮度小于下限的区域中亮度将被调节至下限的区域限定为位于距所述指定单元所指定的区域预定距离之内的区域的限定单元。

8.如权利要求5所述的视频显示装置，其特征在于，还包括：

用于从所述背光源的多个区域中指定按照所述视频图像的灰度等级值的亮度大于等于下限的区域的指定单元；以及

将按照所述视频图像的灰度等级值的亮度小于下限的区域中亮度将被调节至下限的区域限定为位于距所述指定单元所指定的区域预定距离之内的区域的限定单元。

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