CN102132197A - 减小由视角引起的色移的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及针对LED背光阵列产生、修改和应用LED驱动值。提供了一种针对LCD显示器的产生背光图像的方法，所述LCD显示器包括LED层(2)、扩散层(4)和LCD层(6)。首先，针对第一颜色通道和第二颜色通道，接收包括颜色通道的图像。在直视和侧视下针对多个颜色通道确定LCD层(6)的透射率。基于透射率分别在直视和侧视下确定第一比值和第二比值。所述比值是针对第一颜色通道和第二颜色通道的LCD显示器输出。确定第一比值与第二比值之间的差值，调整LED层(2)的背光照明值和像素单元码值，以使所述差值最小化。

Description

减小由视角引起的色移的方法和系统

技术领域

本发明涉及产生、修改和应用LED背光阵列的背光驱动值的方法和系统。

背景技术

诸如LCD显示器之类的一些显示器具有背光阵列，背光阵列具有可以单独被寻址和调制的单独单元。可以通过对背光阵列单元进行系统寻址来改善所显示的图像特性。

发明内容

本发明的一些实施例包括产生、修改和应用LED背光阵列的背光驱动值的方法和系统。一些实施例还包括LCD驱动值的坐标调整(coordinated adjustment)。一些实施例包括调整LED背光值以减小由视角引起的色移。

本发明的实施例可以包括一种针对显示器的方法，所述显示器包括按照阵列布置的发光单元的背光层、扩散层以及显示面板。所述方法用于产生针对所述背光层的背光图像，并且包括以下步骤：

a)针对第一颜色通道值和第二颜色通道值，接收包括像素颜色通道值的输入图像；

b)在直视视角和侧视视角下，针对多个像素颜色通道值，确定显示面板的透射率数据；

c)基于透射率数据，在直视视角下，针对第一颜色通道值和第二颜色通道值，确定显示器输出的第一比值；

d)基于透射率数据，在侧视视角下，针对第一颜色通道值和第二颜色通道值，确定显示器输出的第二比值；

e)确定第一比值与第二比值之间的差值；以及

f)调整背光层的背光照明值和像素单元码值，以使所述差值最小。

另一实施例可以包括一种也针对显示器的方法，所述显示器包括按照阵列布置的发光单元的背光层、扩散层以及显示面板。所述方法用于产生针对所述背光层的背光图像，并且包括以下步骤：

a)接收输入图像，所述输入图像包括以第一分辨率来表示输入图像的像素值阵列；

b)对输入图像进行子采样，以创建中间分辨率图像，其中所述中间分辨率图像具有比所述第一分辨率低的分辨率，并且所述中间分辨率图像包括子块值，每个子块值与输入图像中不同的像素值组相对应；

c)确定当前帧中每个对应子块中的所述像素值组的特性；

d)确定前一帧中每个相应子块中的像素值组的特性；

e)创建运动图，所述运动图具有针对每个发光单元的运动元素，其中，发光单元的分辨率小于中间分辨率，多个所述子块与运动元素之一相对应，所述创建是通过将来自前一帧的特性与来自当前帧的特性相比较来执行的，其中当针对与运动元素之一相对应的具体子块、来自前一帧的特性之一实质上不同于与所述具体子块相对应、来自当前帧的相应特性时，所述运动元素之一指示运动；

f)创建运动状态图，其中所述运动状态图包括与每个运动元素相对应的运动状态元素，其中运动状态元素的值在前一帧的对应运动状态元素指示运动时增大到最大值，并且运动状态元素的值在前一帧的对应运动状态元素不指示运动时减小到最小值；

g)针对背光层，计算在包含当前驱动值的最大值窗口内的局部最大值；

h)计算发光单元的更新后的驱动值，所述更新后的驱动值是当前驱动值与最大值的加权组合；

i)确定与背光层耦接的显示面板的透射率数据，所述透射率数据对应于直视视角和侧视视角下的多个像素通道值；

j)基于透射率数据，在直视视角下，针对第一颜色通道值和第二颜色通道值，确定显示器输出的第一比值；

k)基于透射率数据，在侧视视角下，针对第一颜色通道值和第二颜色通道值，确定显示器输出的第二比值；

l)确定第一比值与第二比值之间的差值；以及

m)调整更新后的驱动值和对应的像素单元码值，以使所述差值最小化。

通过结合附图来考虑本发明的以下详细描述，将更容易理解本发明的上述和其他目的、特征和优点。

附图说明

图1是示出了具有LED背光阵列的典型LCD显示器的图；

图2是示出了运动自适应LED背光驱动的流程图；

图3是示出了示例色调映射的图示；

图4是示出了示例LED点扩展函数的图像；

图5是示出了得到LED驱动值的示例方法的流程图；

图6是示出了示例误差扩散方法的图；

图7是示出了在两个视角下的LCD归一化透射率的曲线；

图8是示出了减小由视角引起的色移的示例过程的流程图；

图9是示出了示例逆伽马校正的图示；

图10是示出了如何将空白信号馈送至LED阵列中的驱动器的图；

图11是示出了背光闪烁的同步时序图；

图12是示出了LED驱动中的脉宽调制脉冲的图；以及

图13是示出了示例LCD逆伽马校正的图示。

具体实施方式

通过参考附图将更好地理解本发明的实施例，附图中相似的部件由相似的数字来表示。以上所列的附图明确并入在此作为详细描述的一部分。

容易理解，本发明的在图中一般性地描述和示出的组件是可以以多种不同配置来布置和设计的。所以以下对本发明方法和系统的实施例的更详细描述不旨在限制本发明的范围，而仅仅代表本发明目前优选的实施例。

本发明实施例的单元可以以硬件、固件和/或软件的形式来体现。尽管本文中记载的示例实施例可以仅描述这些形式当中的一种，然而应理解，在不脱离本发明的范围的前提下，本领域技术人员将能够以这些形式中的任何一种形式来实现这些单元。

在包括使用发光二极管(LED)的液晶显示器(LCD)在内的高动态范围(HDR)显示器中，可以使用一种算法将输入图像转换成低分辨率LED图像(用于调节背光LED)和高分辨率LCD图像。为了实现高对比度并省电，背光应当包含尽可能高的对比度。与使用现有方法的显示器相比，对比度较高的背光图像与高分辨率LCD图像相结合可以产生动态范围高得多的图像。然而，高对比度背光的一个问题是由运动引起的闪烁。当运动对象跨过LED边界时，背光中会发生突然变化：在该过程中，一些LED减小它们的光输出，而一些LED增大它们的光输出；这使得对应的LCD快速改变以补偿背光中的这种突然变化。由于LED驱动与LCD驱动之间的时序差异，或者补偿中的误差，可能会出现显示器输出的波动，从而引起沿着运动对象的显著闪烁。目前的解决方案是使用无限脉冲响应(IIR)滤波来平滑时间过渡，然而这种解决方案并不精确，并且还可能引起高光削波。

由于起偏器的消光比和液晶(LC)材料的不理想性，LCD具有有限的动态范围。为了显示高动态范围的图像，可以使用低分辨率LED背光系统来调节馈送至LCD中的光。通过将调节后的LED背光与LCD相组合，可以实现极高动态范围(HDR)的显示器。出于成本的原因，典型地LED的空间分辨率比LCD低得多。由于LED的分辨率较低，所以基于这种技术的HDR显示器无法显示高空间分辨率的高动态图案。然而，这种HDR显示器可以显示同时具有非常明亮的区域(＞2000cd/m²)和非常暗的区域(＜0.5cd/m²)的图像。由于人眼在局部区域中具有有限的动态范围，所以这在正常使用中并不是显著的问题。并且，通过视觉掩蔽，眼睛很难感知到高空间频率内容的有限动态范围。

调节了LED背光的LCD的另一问题是沿运动轨迹的闪烁，即，显示器输出的波动。这可能是由于LCD与LED时间响应的失配以及LED点扩展函数(PSF)中的误差而引起的。一些实施例可以包括时间低通滤波以减小闪烁伪像，然而这并不精确并且可能还会引起高光削波。在本发明的实施例中，可以使用运动自适应LED驱动算法。可以从运动检测中得到运动图。在一些实施例中，LED驱动值还可以取决于运动状态。在运动区域中，可以得到LED驱动值，使得减小所得到的背光的对比度。对比度的减小还会减小运动轨迹中的感知到的闪烁效果。

可以参考图1来描述本发明的一些实施例，图1示出了具有LED层2的HDR显示器的示意图，LED层2包括按照阵列的单独LED 8，作为LCD层6的背光。来自LED层2中的LED阵列的光穿过扩散层4并照亮LCD层6。

在一些实施例中，背光图像由以下公式给出：

bl(x，y)＝LED(i，j)*psf(x，y)  (1)

其中LED(i，j)是背光阵列中每个单独LED的LED输出电平，psf(x，y)是扩散层的点扩展函数，*表示卷积运算。背光图像还可以由LCD来调制。

显示的图像是LED背光与LCD的透射率T_LCD(x，y)的乘积。

img(x，y)＝bl(x，y)T_LCD(x，y)＝(LED(i，j)*psf(x，y))T_LCD(x，y)  (2)

通过将LED与LCD相结合，显示器的动态范围是LED的动态范围与LCD的动态范围的乘积。为了简单起见，在一些实施例中使用在0和1之间的归一化LCD和LED输出。

可以参考图2来描述本发明的一些示例实施例，图2示出了用于将输入图像转换成低分辨率LED背光图像和高分辨率LCD图像的算法的流程图。LCD分辨率是m×n个在0到1范围内的像素，其中0表示黑色，1表示最大透射率。LED分辨率是M×N，其中M＜m，N＜n。假定输入图像与LCD图像具有相同的分辨率。如果输入图像是不同的分辨率，则可以使用缩放或剪切(cropping)步骤将输入图像转换到LCD图像分辨率。在一些实施例中，可以将输入图像归一化10为在0和1之间的值。

在这些实施例中，可以对图像进行低通滤波并子采样(S12)到中间分辨率。在一些实施例中，中间分辨率是LED阵列尺寸的倍数(aM×aN)。在示例实施例中，中间分辨率可以是LED分辨率的8倍(8M×8N)。可以使用额外的分辨率来检测运动和保持镜面高光(specular highlight)。中间分辨率图像的最大值形成Block Max图像(分辨率为M×N的LEDmax)14。可以通过采用与每个块相对应的中间分辨率图像(aM×aN)中的最大值来形成该Block Max图像，从而形成M×N图像。还可以通过采用用于Block Max图像的每个块的均值来创建Block Mean图像16。

在一些实施例中，然后可以对Block Mean图像16进行色调映射(S20)。在一些实施例中，可以利用1D LUT来完成色调映射，如图3所示。在这些实施例中，色调映射曲线可以包括暗偏移50和扩展非线性52，以使暗区域处的背光略微更强。这可以用于降低暗噪声和压缩伪像的可见性。产生(S18)色调映射后的Block Mean图像和Block Max图像的最大值，并将其用作目标背光值，LED 1。这些实施例考虑局部最大值，从而保持镜面高光。LED1是目标背光电平，LED1的尺寸与主动背光单元的数目(M×N)相同。

当对象移动跨过LED边界时，可以观察到强度波动形式的闪烁。这种对象移动可以引起LED驱动值的突然改变。理论上，可以由LCD来补偿背光的改变。然而由于LED与LCD之间的时序差异以及用于计算补偿的PSF与LED的实际PSF的失配，典型地存在一些小的强度变化。当眼睛没有在跟踪对象运动时，这种强度变化可能并不引人注意，但是当眼睛在跟踪对象运动时，这种小的强度变化可以变成周期性的波动。波动的频率是视频帧速率与对象以LED块每帧为单位的运动速度的乘积。如果对象在8个视频帧中移动跨过LED块，且视频帧速率是60Hz，则闪烁频率是60hz*0.125＝7.5Hz。这大约是人对闪烁的视觉灵敏度的峰值，并且这会引起非常烦人的伪像。

为了减小这种运动闪烁，可以使用运动自适应算法来减小当对象跨过LED栅格运动时的突然LED改变。可以使用运动检测(S22)将视频图像分成两类：运动区域和静止区域。在运动区域中，减小背光对比度，使得不存在LED驱动值的突然改变。在静止区域中，保持背光对比度以提高对比率并降低功耗。

可以对aM×aN分辨率的子采样图像执行运动检测。可以将当前帧处的值与前一帧中的对应块相比较。如果差值大于阈值，则可以将包含该块的背光块(发光单元)分类为运动块(运动元素)。在示例实施例中，每个背光块包含8×8个子元素。中间分辨率的子元素(子块)可以分别与输入图像中不同的像素组相对应。在一些示例实施例中，可以如下执行运动检测过程：

对于每帧，

1.针对当前帧，计算输入图像中每个子元素(子块)的平均像素值(特性)。

2.如果该帧中的平均像素值与前一帧的子元素平均值之间的差值大于阈值(例如，在示例实施例中，阈值是总范围的5％)，则包含该子元素的背光块被分类为运动块。以这种方式，可以形成第一运动图。

3.对第一运动图上执行形态学膨胀运算或其他图像处理技术(将与运动块相邻的静止块变成运动块)，以形成第二扩大运动图。

4.对于每个背光块，基于运动检测结果来更新运动状态图：

如果该背光块是运动块，则

mMap_t(i，j)＝min(4，mMap_t-1(i，j)+1)

否则(是静止块)，

mMap_t(i，j)＝max(0，mMap_t-1(i，j)-1)

LED驱动值由以下公式给出：

${\mathrm{LED}}_2(i,j)=(1-\frac{\mathrm{mMap}}{4}){\mathrm{LED}}_1(i,j)+\frac{\mathrm{mMap}}{4}{\mathrm{LED}}_{\max }(i,j)---\left(3\right)$

其中，LED_max是在以当前LED(LED₁)为中心的窗口中的LED的局部最大值。一个示例是3x3窗口。另一示例是5x5窗口。以这种方式，运动状态元素(mMap_t)在检测到运动时提高到最大值，在没有检测到运动时下降到最小值。

在一些实施例中，可以使用运动估计。在这些实施例中，窗口可以与运动矢量对准。在一些实施例中，窗口可以是一维的并且与运动方向矢量对准。这种方法减小了窗口的尺寸并保持了非运动方向上的对比度，然而运动矢量的计算比简单的运动检测要复杂得多。在一些实施例中，可以使用运动矢量值来创建扩大的运动图。在一些实施例中，可以将运动矢量值归一化为在0和1之间的值。在一些实施例中，可以为0以上的任何运动矢量值分配值1。然后可以如上所述创建运动状态图，并可以根据公式3来计算LED驱动值，然而利用与运动矢量对准的1D窗口来确定LEDmax。

由于LED的PSF大于LED间距以提供更均匀的背光图像，所以在彼此靠近的LED单元之间存在显著的串扰。图4示出了典型的LEDPSF，其中照明中心圆内的黑线55指示LED阵列单元之间的边界。从图4可以看出，PSF延伸出LED单元的边界。

由于LED的PSF，任何LED都会受到该LED的每个相邻LED的影响。尽管公式2可以用于在给定LED驱动信号的情况下计算背光，然而得到该LED驱动信号以实现目标背光图像是逆问题。这是不适定去卷积问题。在一种方法中，使用卷积核来得到如图3所示的LED驱动信号。串扰校正核系数(c₁和c₂)是负的，以补偿来自相邻LED的串扰。

串扰校正矩阵确实减小了来自直接相邻LED的串扰效应，然而产生的背光图像仍然不精确并且对比度过低。另一问题是，串扰校正矩阵产生了许多必须被截取的超范围驱动值，并且会引起更多误差。

由于LCD输出不能大于1，所以必须得到LED驱动值使得背光大于目标亮度I(x，y)，例如，

LED(i，j)：{LED(i，j)*psf(x，y)≥I(x，y)}  (5)

在公式5中，“：”用于表示实现大括号中函数的期望LED值的约束条件。因为有限的对比率(CR)，所以LCD(x，y)由于泄漏而不再能达到0。解决方案是，当目标值小于LCD泄漏时，可以减小LED值以再现暗亮度。

$\mathrm{LED}(i,j):\{\mathrm{LED}(i,j)\&CircleTimes;\mathrm{psf}(x,y)<I(x,y)\&CenterDot;\mathrm{CR}\}---\left(6\right)$

在一些实施例中，另一目的可以是降低功耗，使得总LED输出减小或最小化。

$\mathrm{LED}(i,j):\{\min \underset{i,j}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{LED}(i,j)---\left(7\right)$

闪烁可能是由于LED的非稳态响应与LCD和LED之间的失配相结合而引起的。失配可以是空间上的或时间上的。可以通过减小帧之间的总LED输出波动来减小或最小化闪烁。

$\mathrm{LED}(i,j):\left\{\min \left(\underset{i,j}{\mathrm{\&Sigma;}}\right[{\mathrm{LED}}_t(i,j)-{\mathrm{LED}}_{t-1}(i-v_{x}t,j-v_{t}t)\left]\right)\right\}---\left(8\right)$

其中v_x和v_y是以LED块为单位的运动速度。

本发明的一些实施例解决针对离角观看(off-angle viewing)的图像质量问题。针对离角观看的两个图像质量问题是：(1)减小的对比率和(2)色移。可以用公式6和7来减轻第一个问题，但是也可以通过优化LED驱动值来使色移最小化。可以用CIE坐标(如，CIE XYZ、CIELab、CIELuv)来定义颜色，并且可以用RGB通道(像素颜色通道值)的相对强度(如，R/G或B/G)来近似颜色。为了减小色移，可以在从离角位置观看时保持这两个比值。

在一些实施例中，可以实现公式9中描述的关系。

LED_rgb(i，j)：{min(R₀/G₀-R_θ/G_θ，B₀/G₀-B_θ/G_θ)}  (9)

其中，下标0表示正常观看(与显示器的面垂直)，下标θ表示离角观看(例如，与正常观看成45度)。输出通道R、G和B是背光和LCD透射率的乘积，这些乘积由公式10给出：

R₀＝(LED_r(i，j)*psf(x，y))T_r0(x，y)

G₀＝(LED_g(i，j)*psf(x，y))T_g0(x，y)

B₀＝(LED_b(i，j)*psf(x，y))T_b0(x，y)

R_θ＝(LED_r(i，j)*psf(x，y))T_rθ(x，y)  (10)

G_θ＝(LED_g(i，j)*psf(x，y))T_gθ(x，y)

B_θ＝(LED_b(i，j)*psf(x，y))T_bθ(x，y)

只有LCD透射率具有角度依赖性。在一些实施例中，通过优化LED驱动值，可以使颜色比最小化。具体地，从显示器输出的光源自于从LED穿入LCD的光。LED驱动值(背光照明值)和LCD驱动值(像素单元码值)的组合在理论上可以是无限的。在特定颜色值下，可以使LED驱动值较高，以便减小LCD输出对视角的依赖性。组合公式5和10，得到以下公式11。

${\mathrm{LED}(i,j):\left\{\begin{array}{c}\mathrm{LED}(i,j)*\mathrm{psf}(x,y)\&GreaterEqual;I(x,y)\\ \mathrm{LED}(i,j)*\mathrm{psf}(x,y)<I(x,y)\&CenterDot;\mathrm{CR}\\ \min \underset{i,j}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{LED}(i,j)\\ \min \left(\underset{i,j}{\mathrm{\&Sigma;}}\right[{\mathrm{LED}}_t(i,j)-{\mathrm{LED}}_{t-1}(i-v_{x}t,j-v_{t}t)\left]\right)\\ \min (R_0/G_0-R_{\mathrm{\&theta;}}/G_{\mathrm{\&theta;}},B_0/G_0-B_{\mathrm{\&theta;}}/G_{\mathrm{\&theta;}})\end{array}\right\}}_{}---\left(11\right)$

在一些实施例中，用于得到满足公式11的背光值的算法包括以下步骤：

1.以LED＞0为约束条件来得到LED驱动值的单程例程。

2.后处理：对于驱动值大于1(最大值)的那些LED，将阈值后处理为1，然后使用各向异性误差扩散将误差分布到该LED的相邻LED。

3.约束条件优化，以针对离角观看条件使颜色比最小化。

从目标值中寻找LED驱动值是不适定问题，这需要迭代算法，而在硬件中是难以实现迭代算法的。本发明一些实施例的方法可以被实现为单程方法。可以参考图5来描述这些实施例。在这些实施例中，针对新的帧60来确定LED驱动值。可以使用目标背光(BL)与前一背光(BL_i-1)之间的差值来确定(S62)这些LED驱动值。可以用缩放因子(β)来缩放该差值，在一些实施例中，缩放因子(β)在PSF之和的倒数的0.5到2倍之间。可以从BL缓冲器64中提取先前的背光值。新的驱动值(LED_i)是前一LED驱动值(Led_i-1)与缩放后差值的和。可以通过对新LED_i驱动值和LED的PSF 68进行卷积来估计(S66)新的背光。

在一些实施例中，从单程算法得到的LED驱动值67可以小于0且大于1。由于仅可以在0(最小值)和1(最大值)之间驱动LED，所以必须将这些值截取(削波)成0或1。截取成0仍然满足公式5，但是截取成1不满足公式5。这种截取引起背光照明的不足。在一些实施例中，可以通过增大相邻LED的驱动值来补偿这种不足。在一些实施例中，可以通过误差扩散方法来执行这一操作。图6中示出了示例误差扩散方法。

在一些实施例中，可以使用后处理算法来如下扩散该误差：

1.对于这些led i，j＞1

2.tmpVal＝led i，j-1；

3.设置led i，j＝1；

4.降序排列4个相邻LED

5.如果(max-min＜min(diffThd，tmpVal/2)

则所有相邻LED增大tmpVal/2

否则

所有相邻LED增大errWeight*tmpVal*2。

其中，errWeight是基于等级次序的误差扩散系数的阵列。在示例实施例中，errWeight＝[0.75 0.5 0.5 0.25]，其中最大系数针对具有最低驱动值的相邻LED，最小系数针对具有最高驱动值的相邻LED。

在一些实施例中，可以使用类似的扩散过程将误差扩散到角部邻域，以进一步提高小对象的亮度。

在一些实施例中，为了减小视角效应，可以针对离角观看来保持颜色比(R/G和B/G)。图7示出了在0°和45°视角下的归一化LCD透射率。针对更低的灰度级，在45°提高归一化透射率。对于颜色(150，50，0)，RG比(R/G)从正常的10.6变成45°离角下的3，以实现均匀的背光。由于在高灰度级下LCD透射率的角度依赖性较低，所以优选的是减小背光，使得LCD工作在高灰度级下。如果背光减小到1/3，则针对红色的数字计数变成252，而针对绿色的数字计数变成90。45°下的R/G变成5，这将色移改善了1.67倍。如果绿色背光进一步减小10％，则针对绿色通道的数字计数变成140，40°下的R/G变成8。如果红色背光增大到100％，则45°下的R/G变成10.5，这实质上与正常观看的情况下相同。

上述方法可以用于均匀修补，对于实际图像，由于LED分辨率比LCD的分辨率低得多，所以对于所有像素来说都不可能具有零色移。对色移的感知因颜色的不同而不同。一些颜色可以比其他颜色重要。重要颜色的一个示例是肤色，肤色的轻微色移都会是令人反感的。另一重要颜色是中性色。尽管在白色背光下感知到中性色，然而当使用背光调制时，会发生由视角引起的色移。为此，可以检测并管理这些重要颜色。

可以针对这些重要颜色来计算由视角引起的色移。如图8所示，如果色移是不可接受的，则可以调整背光LED驱动值以使色移最小化。例如，在图8中，当接收到视频数据时110，确定关键颜色检测(S111)和LED背光驱动值的产生(S112)。基于该确定，进行色移估计(S113)，并根据估计结果来确定LED和LCD驱动值114。如图7所示，当LCD工作在较高电平下时色移减小，因此背光LED应当尽可能低。当背光较低时，可以高光区域中的一些被削波。少量的削波典型地是可接受的，但是大量的削波会引起不可接受的细节丢失。在一些实施例中，算法可以根据诸如CIELAB之类的优质函数或基于视觉系统模型的优质函数(如，S-SCIELAB和CVDM)来在色移和削波之间折衷。

如果色移仍然是不可接受的，则可以增大主色的LED驱动值，使得背光具有与重要颜色(如，皮肤)的色温大致相同的色温，这在颜色通道上产生了类似的LCD驱动值。类似的LCD驱动值引起较小的色移。尽管增大LED背光会产生更多的功耗和泄漏，然而可以实现这些矛盾需求之间的折衷，以使色移和功耗都最小化。

在一些情况下，LED输出相对于驱动值可以是非线性的，如果驱动值是整数，则可以执行逆伽马校正和量化，以确定LED驱动值。图9示出了针对LED值的逆伽马校正的示例过程，其中，经由色调级曲线72将归一化LED输出值70转换为驱动值74。

通常利用脉宽调制(PWM)进行LED驱动，其中，LED驱动电流是固定的，并且LED驱动电流的持续时间或“接通”时间确定了光输出。在60Hz帧速率下的这种脉宽驱动会引起闪烁。因此，在现有方法中典型地使用两个PWM脉冲。这使背光刷新速率加倍，从而减小或消除了闪烁。然而，使用两个PWM脉冲可以在较高占空比下引起运动模糊，在较低占空比下引起重影(双边)。为了减小闪烁和运动模糊，可以使用运动自适应LED驱动(S24)。图10示出了针对显示器84中的LED驱动器80和LED背光单元82的布置。

为了补偿从上到下的LCD驱动之间的时间差，使用BLANK信号来使PWM驱动与LCD驱动同步。还可以参考图11来示出这些实施例。在一些实施例中，BLANK信号根据垂直位置向右移。在BLANK信号中有两个“接通”脉冲92和93，用于触发两个PWM脉冲。VBR_n 94和VBR_n+1 95是两个垂直消隐回扫(VBR)信号，这两个VBR信号限定了LCD帧时间96。对于每个LCD帧，存在两个LED PWM脉冲92和93。两个PWM脉冲之间的时间(T_offset2-T_offset1)91刚好是LCD帧时间96的一半。基于BLANK信号来调整T_offset1 90和T_offset2 91以与LCD驱动同步。对于较短的占空比(即，占空比小于100％)，T_offset1 90and T_offset2 91应当向右移，使得PWM“接通”出现在LCD时间响应曲线的平坦部分。

在一个LCD中使用两个PWM脉冲使得可以实现运动自适应背光(BL)闪烁(S26)。如果没有检测到运动，则两个PWM脉冲可以具有相同的宽度，但是可以在时间上偏移LCD帧时间的二分之一。如果LCD帧速率是60Hz，则感知到的图像精确地是120Hz，从而使得感知不到闪烁。如果检测到运动，则可以减小或消除PWM脉冲192，同时增大PWM脉冲293的宽度，以维持总亮度。消除PWM脉冲192可以显著减小时间孔径(time aperture)，从而减小运动模糊。

图12示出了LED驱动中的PWM脉冲。假定LED强度是I{0，1}并且占空比是λ{0，100％}，以占LCD帧时间的比例为单位的PWM“接通”时间由以下公式给出：

ΔT(i，j)＝λI(i，j)

$\mathrm{\&Delta;}{T}_2(i,j)=(1+\frac{\mathrm{mMap}(i,j)}{4})\frac{\mathrm{\&Delta;T}(i,j)}{2}---\left(12\right)$

ΔT₁＝ΔT-ΔT₂

在一些实施例中，可以在从运动自适应背光闪烁产生的输出(S26)在被输出至LED驱动器电路30之前，对该输出进行逆伽马校正(S28)。

在一些实施例中，在逆伽马校正(S28)之后，可以对输出进行伽马校正(S44)，并且下个步骤是预测来自LED的背光图像。可以将LED图像上采样(S42)到LCD分辨率(m×n)，并与LED的PSF卷积(S40)，从而产生LED背光图像(LED_BL)38。

可以使用公式13来确定LCD透射率，其中将HDR输入图像除以LED_BL(S36)。

T_LCD(x，y)＝img(x，y)/bl(x，y)  (13)

在一些实施例中，还可以执行逆伽马校正(S34)，以在输出至LED驱动器电路32之前校正LCD的非线性响应(如图13所示)。在这些实施例中，可以通过灰度级曲线102将归一化LCD透射率值100映射到LCD驱动值104。

总之，提供了一种产生针对显示背光阵列的背光图像的方法。该方法包括：

a)针对第一颜色通道和第二颜色通道，接收包括像素颜色通道码值的输入图像；

b)在直视视角和侧视视角下，针对多个输入码值，确定LCD显示器的透射率数据；

c)基于透射率数据，在直视视角下，针对第一颜色通道值和第二颜色通道值，确定显示器输出的第一比值；

d)基于透射率数据，在侧视视角下，针对第一颜色通道值和第二颜色通道值，确定显示器输出的第二比值；

e)确定第一比值与第二比值之间的差值；以及

f)调整背光照明值和像素单元码值，以使所述差值最小化。

该方法还包括：

a)基于透射率数据，在直视视角下，针对第三颜色通道值和第二颜色通道值，确定显示器输出的第三比值；

b)基于透射率数据，在侧视视角下，针对第三颜色通道值和第二颜色通道值，确定显示器输出的第四比值；

c)确定第三比值与第四比值之间的第二差值；以及

d)其中，调节背光照明值和像素单元码值包括使所述第二差值最小化。

此外，侧视视角是45度，直视视角与显示器的面垂直。

第一颜色通道是红色，第二颜色通道是绿色，第一比值是红色/绿色。

第三颜色通道是蓝色，第二颜色通道是绿色，第三比值是蓝色/绿色。

该方法还包括：针对不同背光照明值来确定削波的度量，并在削波与最小化差值之间进行平衡。

该方法还包括：调节背光颜色值，以与主色的色温相匹配。所述主色是肤色，或者所述主色是中性色。

另一种产生针对显示器背光阵列的背光图像的方法包括以下步骤：

a)接收输入图像，所述输入图像包括以第一分辨率来表示图像的像素值阵列；

b)对输入图像进行子采样，以创建中间分辨率图像，其中所述中间分辨率图像具有比所述第一分辨率低的分辨率，并且所述中间分辨率图像包括子块值，每个子块值与不同的输入图像像素值组相对应；

c)确定针对每个输入图像像素值组的当前帧子块特性；

d)确定前一帧中输入图像像素值组的前一帧子块特性；

e)创建运动图，所述运动图具有针对每个背光单元的运动元素，其中，背光单元的分辨率小于中间分辨率，多个所述子块与运动元素之一相对应，所述创建是通过将前一帧子块特性与当前帧子块特性相比较来执行的，其中当针对与运动元素之一相对应的具体子块的前一帧子块特性之一实质上不同于与所述具体子块相对应当前帧子块的相应特性时，所述运动元素之一指示运动；

f)创建运动状态图，其中，所述运动状态图包括与每个运动元素相对应的运动状态元素，其中运动状态元素的值在前一帧的相应运动状态元素指示运动时增大到最大值，并且运动状态元素的值在前一帧的对应运动状态元素不指示运动时减小到最小值；

g)计算在包含当前LED驱动值的窗口内的局部LED最大值；

h)计算更新后的LED驱动值，所述更新后的LED驱动值是当前LED驱动值与LED最大值的加权组合；

i)确定与显示器背光阵列耦接的LCD阵列的透射率数据，所述透射率数据对应于直视视角和侧视视角下的多个输入码值；

j)基于透射率数据，在直视视角下，针对第一颜色通道值和第二颜色通道值，确定显示器输出的第一比值；

k)基于透射率数据，在侧视视角下，针对第一颜色通道值和第二颜色通道值，确定显示器输出的第二比值；

l)确定第一比值与第二比值之间的差值；以及

m)调整更新后的LED驱动值和对应的像素单元码值，以使所述差值最小化。

此外，该方法还包括：对输入图像进行低通滤波，以创建中间分辨率图像。

前一帧子块特性和当前帧子块特性是与所述子块相对应的像素的平均像素值。

所述最大值是4，所述最小值是0。

创建运动状态图包括：为运动状态元素分配值，当所述运动状态元素与指示运动的运动元素相对应时，所分配的值是4和比前一帧中对应运动状态元素的运动状态元素的值大1的值中的最小值。

此外，创建运动状态映射图包括：为运动状态元素分配值，当所述运动状态元素与不指示运动的运动元素相对应时，所分配的值是0和比前一帧中对应运动状态元素的值小1的值中的最大值。

更新后的LED驱动值是用以下公式计算的：

${\mathrm{LED}}_2(i,j)=(1-\frac{\mathrm{mMap}}{4}){\mathrm{LED}}_1(i,j)+\frac{\mathrm{mMap}}{4}{\mathrm{LED}}_{\max }(i,j)$

其中LED₂是更新后的LED驱动值，mMap是与更新后的LED驱动值相对应的运动状态元素值，LED₁是基于输入图像内容的当前LED驱动值，LEDmax是局部LED最大值。

LED最大值窗口是以当前LED驱动值为中心的方形窗口。

LED最大值窗口是与对应于当前LED驱动值的运动矢量对准的一维窗口。

这里，之前在说明书中采用的术语和表达在此仅起到描述作用而非限制作用，这样的术语和表达绝不旨在排除所示出和描述的特征或其一部分的等价物。

如此描述了本发明，显而易见的是，同样的方式可以以多种方式改变。这种改变不被视为脱离本发明的精神和范围，对于本领域技术人员应来说显而易见的是，所有这样的修改都将包含于所附权利要求的范围之内。

Claims (20)

1.一种针对显示器的方法，所述显示器包括以阵列布置的发光单元的背光层、扩散层以及显示面板，所述方法用于产生针对所述背光层的背光图像，所述方法包括以下步骤：

a)针对第一颜色通道值和第二颜色通道值，接收包括像素颜色通道值的输入图像；

b)在直视视角和侧视视角下，针对多个像素颜色通道值，确定所述显示面板的透射率数据；

c)基于所述透射率数据，在所述直视视角下，针对所述第一颜色通道值和所述第二颜色通道值，确定显示器输出的第一比值；

d)基于所述透射率数据，在所述侧视视角下，针对所述第一颜色通道值和所述第二颜色通道值，确定显示器输出的第二比值；

e)确定所述第一比值与所述第二比值之间的差值；以及

f)调整所述背光层的背光照明值和像素单元码值，以使所述差值最小化。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

a)基于所述透射率数据，在所述直视视角下，针对第三颜色通道值和所述第二颜色通道值，确定显示器输出的第三比值；

b)基于所述透射率数据，在所述侧视视角下，针对所述第三颜色通道值和所述第二颜色通道值，确定显示器输出的第四比值；

c)确定所述第三比值与所述第四比值之间的第二差值；以及

d)其中，所述调节所述背光照明值和所述像素单元码值还包括使所述第二差值最小化。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述侧视视角与垂直于所述显示器的面的视角成45度。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述直视视角与所述显示器的面垂直。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一颜色通道值针对红色，所述第二颜色通道值针对绿色，以及所述第一比值是红色/绿色。

6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第三颜色通道值针对蓝色，所述第二颜色通道值针对绿色，所述第三比值是蓝色/绿色。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括：针对所述背光层的不同背光照明值来确定削波的度量，并在所述削波与所述最小化差值之间进行平衡。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括：调节所述背光层的驱动值，以与所述输入图像中主色的色温相匹配。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述主色是肤色。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述主色是中性色。

11.一种针对显示器的方法，所述显示器包括按照阵列布置的发光单元的背光层、扩散层以及显示面板，所述方法用于产生针对所述背光层的背光图像，所述方法包括以下步骤：

a)接收输入图像，所述输入图像包括以第一分辨率来表示所述输入图像的像素值阵列；

b)对所述输入图像进行子采样，以创建中间分辨率图像，其中所述中间分辨率图像具有比所述第一分辨率低的分辨率，所述中间分辨率图像包括子块值，每个子块值与所述输入图像中不同的像素值组相对应；

c)确定当前帧中每个对应子块中的所述像素值组的特性；

d)确定前一帧中每个对应子块中的像素值组的特性；

e)创建运动图，所述运动图具有针对每个所述发光单元的运动元素，其中，所述发光单元的分辨率小于所述中间分辨率，多个所述子块与所述运动元素之一相对应，所述创建是通过将来自所述前一帧的特性与来自所述当前帧的特性相比较来执行的，其中当针对与所述运动元素之一相对应的具体子块、来自所述前一帧的特性之一实质上不同于与所述具体子块相对应、来自所述当前帧的相应特性时，所述运动元素之一指示运动；

f)创建运动状态图，其中，所述运动状态图包括与每个所述运动元素相对应的运动状态元素，其中所述运动状态元素的值在前一帧的对应运动状态元素指示运动时增大到最大值，并且所述运动状态元素的值在前一帧的对应运动状态元素不指示运动时减小到最小值；

g)针对所述背光层，计算在包含当前驱动值的最大值窗口内的局部最大值；

h)计算针对所述发光单元的更新后的驱动值，所述更新后的驱动值是所述当前驱动值与所述最大值的加权组合；

i)确定与所述背光层耦接的所述显示面板的透射率数据，所述透射率数据对应于直视视角和侧视视角下的多个像素颜色通道值；

j)基于所述透射率数据，在所述直视视角下，针对第一颜色通道值和第二颜色通道值，确定显示器输出的第一比值；

k)基于所述透射率数据，在所述侧视视角下，针对所述第一颜色通道值和所述第二颜色通道值，确定显示器输出的第二比值；

l)确定所述第一比值与所述第二比值之间的差值；以及

m)调整所述更新后的驱动值和对应的像素单元码值，以使所述差值最小化。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：对所述输入图像进行低通滤波，以创建所述中间分辨率图像。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，来自所述前一帧的特性和来自所述当前帧的特性是与所述子块相对应的像素的平均像素值。

14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述最大值是4。

15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述最小值是0。

16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述创建运动状态图包括：为运动状态元素分配值，当所述运动状态元素与指示运动的运动元素相对应时，所分配的值是4和比前一帧中对应运动状态元素的运动状态元素值大1的值中的最小值。

17.根据权利要求11所述的方法，其中，所述创建运动状态图包括：为运动状态元素分配值，当所述运动状态元素与不指示运动的运动元素相对应时，所分配的值是0和比前一帧中对应运动状态元素的值小1的值中的最大值。

18.根据权利要求11所述的方法，其中，所述更新后的驱动值是用以下公式计算的：

${\mathrm{LED}}_2(i,j)=(1-\frac{\mathrm{mMap}}{4}){\mathrm{LED}}_1(i,j)+\frac{\mathrm{mMap}}{4}{\mathrm{LED}}_{\max }(i,j)$

其中LED₂是更新后的驱动值，mMap是与更新后的驱动值相对应的运动状态元素值，LED₁是基于所述输入图像的内容的当前驱动值，以及LED_max是局部最大值。

19.根据权利要求11所述的方法，其中，所述最大值窗口是以所述当前驱动值为中心的方形窗口。

20.根据权利要求11所述的方法，其中，所述最大值窗口是与对应于所述当前驱动值的运动矢量对准的一维窗口。

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