CN102708810B - 一种自适应led动态背光方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于液晶显示器背光技术研究领域，涉及一种自适应LED（LightEmittingDiode）动态背光方法，包括以下步骤：A.获取待显示图像信号，根据图像各个像素点R,G,B分量，获取各点的亮度值矩阵；B.将亮度值矩阵经过逆映射函数（IMF）映射，获取新的亮度矩阵；C.根据分段相加优化算法，将新的亮度矩阵分解为行列时序矩阵；D.根据行列分解控制法，将行列矩阵转换成行列时序控制信号，驱动LED背光源模组。本发明由于采用行列分解法控制LED模组，很大程度上减少驱动电路数量，同时获得很高的图像显示对比度。

Description

一种自适应LED动态背光方法

技术领域

本发明属于液晶显示器背光技术研究领域，涉及一种自适应LED（Light Emitting Diode）动态背光方法。

背景技术

液晶显示器作为一种被动性显示器件，本身不会发光，它依靠背光源将光线穿过显示板，显示图像，结构如图1所示。传统液晶显示器使用冷阴极灯管CCFL（Cold Cathode FluorescentLamp）作为背光光源，经液晶信号调变后，可显示图像，但是由于背光光源一直处于全亮状态，因而会造成两大主要的缺失。1、液晶对于暗色图像漏光的问题。因为液晶材料在暗色图像表现时，无法百分之百的阻挡背光光源，所以往往在暗画面的表现上会有暗色漏光的现象，严重造成影像对比度下降（大概1000:1）。2、持续的高功率消耗。由于CCFL背光源无论在亮暗画面都保持全亮的状态，故功率消耗量大，所以，如何有效改善对比度和功率消耗成为主要的研究课题。

LED由于低功耗，节能环保，无污染等优势逐渐被用作LCD的背光源。LED动态背光技术，主要是根据待显示的图像的亮度值，去控制对应背光区域的LED的亮度值，使得暗的区域的背光更暗，亮的区域的背光更亮，显示对比度有很大的增强。LED动态背光主要有两个方面的技术难点，一个是LED背光的取值的导出，一般是取局部最大值，还有逆映射函数IMF（Inverse of amapping Function）的方法，实验验证具有更高的对比度；另一个是驱动控制电路的设计，对于大尺寸的液晶电视来说，LED背光点阵数量比较庞大，在几千量级，逐个驱动，硬件上不易实现。现在比较普遍的解决方法是，分块区域动态控制背光。这样可以减少驱动电路，同时得到增强对比度的效果。

中国专利200610170237.X公开了一种LED动态背光源控制算法。该算法先对LED背光源进行白平衡校正，然后将LED点阵分块，每个块取该区域图像亮度最大值对其进行赋值，块与块之间采用渐变控制，使得其之间实现平滑过渡。最终输出的控制信号是块控制信号与白平衡信号的叠加。中国专利200810150978.0公开了一种液晶用LED背光驱动方法，该方法将整个液晶屏分区，首先对每个分区进行亮度统计，然后依次将统计得到的分区输入信号的原始亮度值，扩散到相邻分区上，再对亮度进行归一化处理通过驱动IC芯片对LED灯的亮度控制，实现控制相应LED背光的亮度。中国专利200810216651.9公开了一种LED动态背光源控制算法。该算法先根据像素R,G,B分量计算像素的亮度值，然后根据该像素亮度状态进行明暗等级划分，最后根据该明暗等级调整背光源的亮度值。

目前已有的关于LED动态显示控制的专利，在减少驱动电路方法方面，都是将LED点阵分区域进行处理，但是这样带来的问题就是可能造成块与块之间亮度过渡不均匀，所以很多专利都是针对这个问题提出了解决方案。

发明内容

针对现有技术的存在的问题，本发明公开了一种自适应LED动态背光方法，目的在于整体或部分解决以上现有专利方法的缺陷。

本发明避开现有专利的分区域的方案，对每个LED点阵亮度使用行列序列控制方法，行列序列很大程度上减少驱动电路数量，并且解决亮度不均匀现象。本发明公开的行列序列控制法，是将行和列的控制信号抽象为0和1的行列序列信号，相乘的结果为待显示图像的亮度值矩阵。

本发明的一种自适应LED动态背光方法，运用行列时序信号控制液晶显示器LED背光模组，目的在于减少LED背光源的驱动电路。利用矩阵分解思想，提出一种分段相加优化的方法，求解最优的行列时序信号。本发明实现行列序列控制方法的实施步骤：A.获取待显示图像信号，根据图像各个像素点R,G,B分量，获取各点的亮度值矩阵；B.将亮度值矩阵经过逆映射函数（IMF）映射，获取新的亮度矩阵；C.根据分段相加优化算法，将新的亮度矩阵分解为行列时序矩阵；D.根据行列分解控制法，将行列矩阵转换成行列时序控制信号，驱动LED背光源模组。

上述的自适应LED动态背光方法，其进一步特征在于：在步骤B中，将亮度值矩阵进行亮度转换，可以是逆映射函数（IMF）或其他映射方法；在步骤C中，运用矩阵分解的思想将图像亮度值分解为行列时序矩阵，时序矩阵是由0和1组成，分解矩阵方法可以是分段相加优化或者是其他矩阵分解方法；在步骤D中，实行行列时序信号控制LED背光模组，可以是对每个LED控制或者是对每一个区域块的LED点阵控制。

为了实现行列序列控制方法，需要将待显示图像的亮度矩阵转换为行列时序矩阵，该矩阵分解是一个NP问题，所以本发明提出一种分段相加优化的矩阵分解方法，将亮度矩阵分解为最优的行列时序矩阵。

附图说明

结合附图说明详细阅读下列实施方式，可容易地理解本发明的宗旨和算法步骤，附图中有：

图1是LED背光源的液晶显示器结构示意图。

图2是自适应LED动态背光方法的流程图。

图3是行列时序控制方法驱动电路结构示意图。

图4是一个周期T时间内，行列信号“与”的过程示意图。

具体实施方式

本发明主要研究一种自适应LED动态背光方法，用于控制液晶显示器LED背光模组，目的在于减少背光源的驱动电路，显示图像对比度更强。

说明书附图1是LED背光源的液晶显示器结构示意图。液晶本身不会发光，它依靠背光源将光线穿过LCD，显示图像。单元1是LCD液晶面板；单元2是扩散板，将背光源发射过来的光进行多次折射扩散，使得背光更加均匀；单元3是棱镜片，是聚光装置，利用全反射和折射定律，将分散的光集中于一定的角度范围内出射从而提高该出射范围内的亮度；单元4是导光板，利用光学级压克力板材吸取从背光源发出来的光在光学级压克力板材表面的停留，当光线射到各个导光点时，反射光会往各个角度扩散，然后破坏反射条件，由导光板正面射出。通过各种疏密、大小不一的导光点，可使导光板均匀发光，它的主要用途在于增强光亮，提高光的使用效率；单元5是底面反射板，其作用是将背光源的光反射向上，达到增强背光亮度的作用；单元6是LED背光源点阵，点阵个数依据显示器尺寸大小决定。

说明书附图2是本发明方法的流程图。主要包括以下实现步骤：

A.获取待显示图像信号，根据图像各个像素点R,G,B分量，获取各点的亮度值矩阵；

B.将亮度值矩阵经过逆映射函数（IMF）映射，获取新的亮度矩阵；

C.根据分段相加优化算法，将新的亮度矩阵分解为行列时序矩阵；将每个LED背光源点阵的亮度值矩阵分解为两个矩阵的乘积，分解的两个矩阵满足由0和1构成，作为行和列LED的脉冲控制信号；

D.根据行列序列控制法，将行列矩阵转换成行列时序控制信号，驱动LED背光源模组。

在步骤A中，控制系统接收到待显示图像的信号，将其各个像素点的R,G,B分量，经过公式Image(亮度)=(0.299*R)+(0.587*G)+(0.114*B)计算，得到图像的亮度值矩阵Image。

在步骤B中，将亮度值矩阵经过逆映射函数（IMF）映射得到新的亮度值矩阵，使得背光效果更好。映射的步骤是：先计算该矩阵Image的概率密度函数PDF，然后计算PDF的累积分布函数CDF，将得到的CDF曲线沿y=x直线对称翻转，得到的曲线即是逆映射函数IMF，可以将原亮度值矩阵映射为新的亮度矩阵。

在步骤C中，运用矩阵分解的方法将图像亮度值矩阵分解为行列时序矩阵，时序矩阵是由0和1组成。矩阵分解是一个NP问题，所以本发明提出一种分段相加优化的矩阵分解方法，将亮度矩阵分解为最优的行列时序矩阵。步骤如下：（假设M行和N列控制信号）

步骤一：根据待显示的图像，获取LED点阵的亮度矩阵I（步骤B中获得）；

步骤二：固定第1行I_row，1数值，第i行数值I_row，i与其做差，取差值的最大值d_i，作为公差，再用第1行数值加上d_i，得到新的第i行这样得到新的矩阵I'₁，I'₁一定可以分解成A’和B’的相加，计算绝对差值ΔI₁＝|I-I′₁|；

步骤三：依次固定第2,3…M行，1,2…N列，重复步骤2，计算对应的

步骤四：取ΔI_i的最小值取ΔI_i对应的I′_i，将I′_i归一化处理，使得其最大值为Level， $I^{\′}=\left\{\begin{array}{cc}{I^{\′}}_i;& {I^{\′}}_i\≤\mathrm{Level}\\ \mathrm{Level}& {I^{\′}}_i>\mathrm{Level}\end{array}\right.,$ 得到的归一化矩阵I'作为优化后的LED点阵亮度值矩阵；

步骤五：a_i取I'第i行的最小值，分解到行矩阵A’，列矩阵B’=I-A’。

A’和B’即是行列时序矩阵。

在步骤D中，将步骤C中获得的行列控制矩阵A’和B’，输出控制LED背光源的驱动电路。该过程即为行列分解控制方法，其特征在于将每个LED背光源点阵的亮度值分解为01码信号的乘积，这样每行和每列的LED点阵可以共用一个行列信号，而不是针对每个LED点阵一个控制信号，很大程度的减少驱动电路数量。

说明书附图3是行列分解控制方法驱动电路结构示意图，假设有M行N列LED点阵，行列控制方法是让每一行共用一个行控制01脉冲信号A_i（i从1到M），每一列共用一个列控制01脉冲信号B_j（j从1到N）。这样驱动信号的总数是M+N个，相比于传统的逐点LED控制M*N个驱动信号，驱动电路减少M*N-(M+N)个。

说明书附图4是一个周期T时间内，行列信号“与”的过程示意图。根据行列分解控制算法，任意一个LED点阵（m，n）的亮度值I_m，n是第m行控制信号A_m和第n列控制信号B_n的“与”的结果。当行列控制信号均为“1”时，该LED点阵亮。

以上结合实例的说明对本发明而言只是说明性而非限制性的，在不超出本发明所列的权利要求范围，可以对本发明做出许多变更和修改。

Claims (2)

1.一种自适应LED动态背光方法，运用行列时序信号控制液晶显示器LED背光模组，其特征在于，包括以下实现步骤：

A. 根据待显示图像各个像素点R,G,B分量，获取各点的亮度值矩阵； 

B. 将亮度值矩阵经过逆映射函数（IMF）映射，获取新的亮度矩阵；

C. 根据分段相加优化算法，将新的亮度矩阵分解为行列时序矩阵；将每个LED背光源点阵的亮度值矩阵分解为两个矩阵的乘积，分解的两个矩阵满足由0和1构成，作为行和列LED的脉冲控制信号；

D．根据行列序列控制法，将行列时序矩阵转换成行列时序控制信号，驱动LED背光源模组；

在步骤B中，将亮度值矩阵经过逆映射函数（IMF）映射得到新的亮度值矩阵，映射的步骤是：先计算该矩阵Image的概率密度函数PDF，然后计算PDF的累积分布函数CDF，将得到的CDF曲线沿y=x直线对称翻转，得到的曲线即是逆映射函数IMF，将原亮度值矩阵映射为新的亮度矩阵；

在步骤C中，运用分段相加优化的矩阵分解方法将图像亮度值矩阵分解为行列时序矩阵，时序矩阵是由0和1组成，步骤如下： 

步骤一、根据待显示的图像，获取LED点阵的亮度矩阵I（步骤B中获得）；

步骤二、固定第1行                                                数值，第i行数值与其做差，取差值的最大值，作为公差，，再用第1行数值加上，得到新的第i行；这样得到新的矩阵，分解成A’和B’的相加，计算绝对差值；

步骤三、依次固定第2,3…M行，1,2…N列，重复步骤2，计算对应的；

步骤四、取的最小值，取对应的，将归一化处理，使得其最大值为Level，，得到的归一化矩阵作为优化后的LED点阵亮度值矩阵；

步骤五、取第i行的最小值，，分解到行矩阵A’，列矩阵B’=I-A’； A’和B’即是行列时序矩阵。

2.根据权利要求1所述的自适应LED动态背光方法，其特征在于：在步骤D中，实行行列时序信号控制LED背光模组，是对每个LED控制或者是对每一个区域块的LED点阵控制。