CN102117600A - 一种led背光源的分区光晕改善方法及其控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED背光源的分区光晕改善方法及其控制装置，该方法包括以下步骤：根据RGB图像数据进行分区统计，提取分区背光亮度的计算值；对各分区的背光计算值进行邻域平滑处理生成背光亮度的输出值；将背光亮度的输出值传送到背光光源驱动模块，驱动LED点亮。所述装置包括依次通讯连接的分区背光值提取模块、背光值处理模块和背光光源驱动模块，以用于实现上述方法。本发明通过对背光分区进行平滑处理，防止了相邻的背光区域之间亮度差过大，使背光区域的亮度过渡更柔和，从而能有效的改善LED背光液晶电视的分区光晕问题。同时，本发明的方案对亮度下降的影响不大，不会影响显示效果。

Description

一种LED背光源的分区光晕改善方法及其控制装置

技术领域

本发明涉及电子显示装置，特别是涉及到使用LED作为背光光源的液晶显示装置(特别是液晶电视)中，对于由于各个背光分区亮度不同而造成的光晕进行改善的亮度控制方法及其控制装置。

背景技术

LED(发光二极管)作为液晶显示装置的背光源最初应用于液晶显示器之中，随之又在液晶电视中得到广泛的应用。不同于之前的冷阴极荧光管(CCFL)背光，LED以点光源为发光单位，以直下式背光为主。在背光模块中，由多个LED组成发光点阵，例如目前的42寸的LED背光液晶电视中，大约要用到1到2千个LED。在对背光进行控制时，一般是通过对LED的电流进行控制而达到控制其亮度的目的。

对于液晶显示装置而言，理论上控制液晶的透射率就可以改变像素的灰阶，可以将背光的亮度设为统一的最大值。但是这样的方式显然既耗电又不能达到好的显示效果。因此，现有技术中，越来越多的动态背光控制方法被提出。

例如，申请人为“株式会社日立显示器”，申请号为CN200910126110.1，名为“显示装置”的中国专利申请(以下简称日立发明)提到了一种进行局部背光控制的方法。其中涉及的液晶显示装置如图1所示，包括显示板1、LED背光源2、数据驱动器3、扫描驱动器4、LED控制装置5、定时控制器6、以及照度传感器7。其中除照度传感器7外，图1所示即为一般液晶显示装置的典型结构。

液晶显示板1是透射型或半透射型液晶显示板，例如具有多条扫描信号线GL和多条视频信号线DL。LED背光源2是能进行局部调光控制的背光源，在与显示区域DA重叠的区域上，呈矩阵状配置有多个LED光源201。此时，各LED光源201能独立进行亮度(辉度)的控制。一个LED光源201可以是一个LED光源，也可以是多个LED光源串联或并联连接的LED光源组。数据驱动器3是生成施加到液晶显示板1的视频图像信号线DL上的视频信号(灰阶信号)的驱动电路。扫描驱动器4是生成施加到液晶显示板1的扫描信号线GL上的扫描信号的驱动电路。LED控制装置5是控制各LED光源201的亮度、即控制施加到各LED光源201上的电流大小的控制电路。定时控制器6例如是控制数据驱动器3、扫描驱动器4、以及LED控制装置5的工作定时的控制电路。发光强度传感器7例如是发光二极管那样的部件，被配置在能检测显示装置周边的照度的位置上。

根据日立发明的一个实施例，其提出了一种根据照度传感器的测量结果来控制LED光源的亮度的方法。当测得的照度大于预定值时，将所有LED光源决定为相同亮度；否则，根据各个像素的灰阶来确定LED光源各自的亮度。考虑到LED光源数量众多，日立发明中还提出了对将背光源分割成多个块，每个块包括一个以上的LED光源，按块来决定LED亮度的方法。

这种按块(分区)来控制LED亮度的方法因为能使背光控制随像素区域的灰度统计特性而调整，从而能达到更为理想的明暗对比效果和更为节能，作为只有LED背光光源才能实现的独特的控制特点，是LED背光控制中的一大进步。而各种按照分块(分区)进行LED背光控制的控制方法也成为当前的研究热点。

但是分块的背光控制中，由于分区间的亮度不同，所以在显示某些画面时会出现分区光晕问题。理论上讲，除非LED背光分区的照明尺寸小于或等于LCD像素尺寸，否则分区光晕必然会出现。而对于当前越来越高的LCD显示分辨率来说，设置如此之多和如此之小的LED光源其难度之大和成本之高均不符合现有技术水平的制造需求。因此LED分区光晕成为了本领域技术人员亟待解决而又苦无良策的问题之一。

发明内容

本发明的主要目的就是为了解决上述的分区光晕的问题。根据LED背光液晶显示装置的分区光晕问题，按照光线的产生和传播过程，可以从以下三个方面着手解决：第一，通过光学元件进行光线的均匀化，在背光模块的设计中，针对背光分区的特点在光路上进行补偿；第二，通过对显示图像进行处理而实现图像补偿；第三，在LED背光控制中，通过特殊手段对已计算出的背光分区的亮度进行二次调整，从而消除光晕。本发明将着重于所述第三方面的方法。

根据本发明的一个实施例，提出了一种LED背光源的分区光晕改善方法，其包括以下步骤：S110：根据RGB图像数据提取分区背光亮度的计算值；S120：对各分区的背光亮度计算值进行邻域平滑处理生成背光亮度的输出值；S130：将背光亮度的输出值传送到背光光源驱动模块，驱动LED点亮。

其中较佳地，所述步骤S120中，首先求出显示区域内亮度计算值的平均值；之后，令所有亮度计算值大于该平均值的区域中的亮度输出值都等于该平均值，而对所有小于或等于该平均值的区域进行邻域平滑处理。

其中，所述步骤S120的所述邻域平滑处理包括：令每一特定分区的背光亮输出度值等于以其为中心的n×m分区邻域内的背光亮度值按照权矩阵H的加权平均，其中n，m称为平滑阶数，为大于1的整数，H为n×m的矩阵。

较佳地，所述平滑阶数n、m为奇数。

较佳地，所述平滑阶数n等于m。

其中，所述邻域平滑可为简单平滑，即权矩阵H为：

其中，E_n为n阶的全1方阵。或者所述邻域平滑为使用高斯平滑方法或中值滤波方法。

较佳地，所述平滑阶数n＝m＝3；1所述权矩阵H为：

$H=\frac{1}{9}\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 1\\ 1& 1& 1\\ 1& 1& 1\end{array}\right];$ 或 $H=\frac{1}{12}\left[\begin{array}{ccc}1& 2& 1\\ 2& 0& 2\\ 1& 2& 1\end{array}\right];$ 或 $H=\frac{1}{16}\left[\begin{array}{ccc}1& 2& 1\\ 2& 4& 2\\ 1& 2& 1\end{array}\right].$

根据本发明的另一方面，还提出了一种改善分区光晕的LED背光源控制装置，所述装置包括依次通讯连接的分区背光值提取模块、背光值处理模块和背光光源驱动模块，其中，所述背光值提取模块用于根据输入的RGB图像数据生成各个分区的背光亮度的计算值；所述背光值处理模块对所述背光亮度的计算值进行平滑处理，得到背光输出值；所述背光光源驱动模块接收经过背光值处理模块的背光输出值，并据此驱动LED光源点亮。

本发明的有益效果在于，通过对背光分区进行平滑处理，防止了相邻的背光区域之间亮度差过大，使背光区域的亮度过渡更柔和，从而能有效的改善LED背光液晶电视的分区光晕问题。同时，本发明的方案对亮度下降的影响不大，不会影响显示效果。

进一步地，如果先求出显示区域内亮度计算值的平均值，令所有亮度计算值大于该平均值的区域中的亮度输出值都等于该平均值，而对所有小于或等于该平均值的区域进行邻域平滑处理。则可以获得更为平滑的结果，在整个背光区域内进一步减小相邻区域的亮度差。

而令每一特定分区的背光亮输出度值等于以其为中心的n×m分区邻域内的背光亮度值按照权矩阵H的加权平均，则可使平滑处理的过程仅涉及线性计算，能够简化计算和提高处理速度。将平滑阶数n、m选为奇数，可使被平滑分区恰位于邻域的正中；而令m＝n，在一正方形区域内进行邻域平滑，这样的邻域选择能够进一步提高平滑质量，且有利于各种滤波方法的实现。

本发明提供的简单平滑、高斯平滑方法和中值滤波方法等各种不同邻域平滑方法更可以进一步根据图像特点和控制目的的不同而提供更为灵活的背光控制策略。

将平滑阶数取为n＝m＝3，则可以更接近LED背光源分区间的光线分布特点的方式进行平滑从而取得更好的效果，并且此时的算子计算简单，也更易于工程化。

而对于位于图像显示区域边缘的分区，根据邻近液晶显示装置的图像区域的边框的颜色和材质对缺失的邻域元素进行替代则可以使背光区域的亮度与显示区域的边缘更好的协调，从而带给观察者更柔和的视觉体验。

附图说明

图1是现有LCD显示装置的结构示意图；

图2是本发明中LED背光控制装置的结构示意图；

图3是本发明LED背光源的分区光晕改善方法的一实施例的流程图。

具体实施方式

邻域平滑是图像处理领域常用的一种手段，例如，令任一点的灰度值为该点邻域中若干像素的加权平均值。领域平滑常用于噪点去除、边缘钝化等图像处理过程。本发明创造性地将这一思路引入到对背光进行处理的过程之中，通过对背光亮度的“平滑”来提高LCD的显示效果。本发明的应用基础在于人眼对相邻像素亮度不均衡很敏感，要求≤2％，而对大面积缓变的亮度不均衡不敏感。因此，本发明的方法将对背光分区的邻域平滑引入LED背光分区背光亮度值处理过程，通过对提取到的分区背光的亮度值进行邻域平均可以改善分区光晕问题。

用于本发明的LED背光控制装置如图2所示，其包含依次通讯连接的分区背光值提取模块10、背光值处理模块20和背光光源驱动模块30。其中，背光值提取模块用于根据输入的RGB图像数据生成各个分区的背光亮度的计算值，这一功能中，对于分区背光的计算可以使用现有技术中的各种计算方法，一般来说，分区背光的计算是根据RGB图像数据的统计计算而获得的，例如根据灰阶均值、直方图统计等。背光值处理模块20是用于实现本发明方法的主要部分，在此模块中，对于背光值提取模块10初次计算的亮度值进行二次处理，通过对各分区的亮度值进行平滑处理而达到消除光晕的目的。背光光源驱动模块30接收经过背光值处理模块20二次处理的背光输出值，并据此驱动LED光源点亮。

本发明的分区光晕改善主要是通过对各个分区的背光亮度值进行平滑处理来实现。参见图2，整个背光控制过程包括以下步骤：

步骤S110，根据RGB图像数据提取分区背光的亮度计算值。这一步骤可以使用各种现有技术的方法，可以根据每个分区内的像素的统计信息确定该分区的背光亮度，也可以根据分区内的像素数据和整个图像画面的数据共同计算该分区的背光亮度。例如在本文所引用的日立发明以及其它现有的公开出版物中揭露的各种分区背光控制方法均可应用在这一步骤。

步骤S120，对各分区的背光计算值进行邻域平滑处理生成背光亮度的输出值。这是本发明思想的核心所在，在图像处理过程中进行邻域平滑的各种滤波算法中的大部分可以用于本发明。但考虑到图像显示的实时性和电视机的显示特性，使用线性算子的滤波算法将作为优选的实施方式。后文将对各种线性滤波的实施例进行详述。

步骤S130，将背光输出值传送到背光光源驱动模块，驱动LED点亮。

在所述步骤S120中，还可以首先求出显示区域内亮度计算值的平均值；之后，令所有亮度计算值大于该平均值的区域中的亮度输出值都等于该平均值，而对所有小于或等于该平均值的区域进行邻域平滑处理。这样做能够在整个背光区域内进一步减小相邻区域的亮度差，但是同时也会使整体画面的平均亮度降低。因此可视实际情况选择是否先进行这一操作。

所述步骤S120中的所述邻域平滑处理优选为使用线性方式，包括：令每一特定分区的背光亮输出度值等于以其为中心的n×m分区邻域内的背光亮度计算值按照权矩阵H的加权平均，其中n，m称为平滑阶数，为大于1的整数，H为n×m的矩阵，为了获得更好的对称性，一般将m、n取为奇数，以使被平滑分区恰位于邻域的正中。而更常用的是，令m＝n，在一正方形区域内进行邻域平滑。例如，当n＝m＝2k+1，k为正整数时，对一背光分区Pij，其权矩阵H为2k+1阶方阵，设其邻域内各个分区的亮度计算值构成如下矩阵：

则分区Pij的背光亮度的输出值Lij可由公式

计算。

发明人经研究发现，对于液晶电视来说，将所述平滑阶数选为n＝m＝3是一种较佳的方式，因为其更接近LED背光源分区间的光线分布，并且此时的算子计算简单，也更易于工程化。当然，本领域技术人员也可选用n＝m＝5或更高阶的邻域进行平滑。

而对于权矩阵H的选择，则可根据不同的平滑需求或图像特点而分别加以设定。一种最为简单的方式是，将邻域内各分区的权值设为相等。这种方式本文称之为简单平滑，权矩阵H为1/(n ×n)En，其中En为n阶的全1方阵。或者也可使用稍为复杂的平滑方式，例如中值滤波和高斯平滑等各种方式。以n＝m＝3为例，权矩阵H可以分别取为：H为或

或 $H=\frac{1}{16}\left[\begin{array}{ccc}1& 2& 1\\ 2& 4& 2\\ 1& 2& 1\end{array}\right].$

在对各个分区的背光亮度计算值进行二次处理时，一般是按照与图像扫描相同的顺序进行，对每一帧图像背光都要重新调整。例如现有技术中电视信号的每一帧都是从左上角到右下角，因此对于分区背光也是按照从左上角到右下角的顺序进行。而对于位于边缘的分区，本领域技术人员当可选择不进行平滑，或者用根据电视机图像区域的边框颜色和材质对缺失的邻域元素进行替代补足。对于较浅色且反光度好的材质的边框，用较大的背光亮度值补足；较暗的则用较小的亮度值补足。或者考虑到看电视时周边环境一般设为较暗，而在对于液晶电视机的情况下，将缺失的邻域一律用较小的亮度值补足。

以上对本发明的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种LED背光源的分区光晕改善方法，其特征在于，包括以下步骤：

S110：根据RGB图像数据提取分区背光亮度的计算值；

S120：对各分区的背光亮度的计算值进行邻域平滑处理生成背光亮度的输出值；

S130：将背光亮度的输出值传送到背光光源驱动模块，驱动LED点亮。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S120中，首先求出显示区域内亮度计算值的平均值；之后，令所有亮度计算值大于该平均值的区域中的亮度输出值都等于该平均值，而对所有小于或等于该平均值的区域进行邻域平滑处理。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤S120的所述邻域平滑处理包括：令每一特定分区的背光亮输出度值等于以其为中心的n×m分区邻域内的背光亮度值按照权矩阵H的加权平均，其中n，m称为平滑阶数，为大于1的整数，H为n×m的矩阵。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述平滑阶数n、m为奇数。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述平滑阶数n等于m。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述邻域平滑为简单平滑，即权矩阵H为：其中，E_n为n阶的全1方阵。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述邻域平滑为使用高斯平滑方法或中值滤波方法。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述平滑阶数n＝m＝3。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述权矩阵H为：

$H=\frac{1}{9}\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 1\\ 1& 1& 1\\ 1& 1& 1\end{array}\right];$ 或 $H=\frac{1}{12}\left[\begin{array}{ccc}1& 2& 1\\ 2& 0& 2\\ 1& 2& 1\end{array}\right];$ 或 $H=\frac{1}{16}\left[\begin{array}{ccc}1& 2& 1\\ 2& 4& 2\\ 1& 2& 1\end{array}\right].$

10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对于位于图像显示区域边缘的分区，根据邻近液晶显示装置的图像区域的边框的颜色和材质对缺失的邻域元素进行替代。

11.一种改善分区光晕的LED背光源控制装置，其特征在于，所述装置包括依次通讯连接的分区背光值提取模块、背光值处理模块和背光光源驱动模块，其中，

所述背光值提取模块用于根据输入的RGB图像数据生成各个分区的背光亮度的计算值；

所述背光值处理模块对所述背光亮度的计算值进行平滑处理，得到背光输出值；

所述背光光源驱动模块接收经过背光值处理模块的背光输出值，并据此驱动LED光源点亮。

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