CN103871373A

CN103871373A - 用于侧入式led背光液晶显示的区域动态调光方法

Info

Publication number: CN103871373A
Application number: CN201410128413.8A
Authority: CN
Inventors: 吕国强; 刘芬; 冯奇斌; 张磊
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Anhui Beike Technology Co., Ltd
Priority date: 2014-04-01
Filing date: 2014-04-01
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2034-04-01
Also published as: CN103871373B

Abstract

针对侧入式LED背光液晶发光能耗大的弊端，本发明提供用于侧入式LED背光液晶显示的区域动态调光方法：获得输入图像中每个像素点的像素亮度值L_pixel；获取输入图像的背光亮度矩阵L_B并建立液晶显示器的系数矩阵C(i,j)；求取修正后的图像背光亮度的行矩阵D、液晶显示器内全部子灯组的最大亮度矩阵W和四个侧边的灯组的亮度；根据四个侧边的LED灯组亮度转化得到背光亮度BL(m,n)；经过线性调节公式得到调整后的三色子像素值；将背光亮度BL和调整后的三色像素值整合成一幅图像并由液晶显示器显示出来。本方法充分考虑实际LED亮度向显示区域传播时存在方向性以及衰减性，使光线损耗途径最短，达到较好的节能效果。

Description

用于侧入式LED背光液晶显示的区域动态调光方法

技术领域

本发明涉及液晶显示技术领域，尤其涉及用于侧入式LED背光液晶显示的区域动态调光方法。

背景技术

动态调光技术有助于改善液晶显示功效和对比度不高的两大固有缺陷——。但传统的侧入式LED背光液晶显示器只能实现全局动态调光技术，虽然能适当地降低功耗，但对同一幅内容相差甚大的图片进行同等调节，势必会损失部分细节以致降低对比度。因此，越来越多的研究学者在研究如何将直下式LED区域调光技术应用到侧入式背光中。

中国专利“侧光式LED背光动态分区控制方法”（CN201010510536.X）提出了一种侧光式LED背光动态分区控制方法。该发明对四边入光的液晶显示进行区域调光的方法是对需要LED亮度控制区域所对应LED的亮度和区域全部进行求解。该方法一则没有考虑实际光线传播的扩散效果（由于背光模块对光的传递扩散作用，距离LED越远的区域实际得到的光越弱），按该方法控制的得到的LED亮度偏暗，无法确保距离LED较远处的显示区域的实际亮度达到清晰可变的要求；其二，该方法需要根据求得结果重复迭代计算每个LED的亮度，计算的数据量大、耗时长、功耗大且成本高。

美国专利“Local dimming method and display apparatus using the same”(US20100309109)是另一种四边入光的区域调光方法。该方法在进行调光之前预设两个亮度：第一亮度和第二亮度，当某区域的亮度高于第一亮度时，将其邻近的行、列LED都打开，若低于第二亮度则不打开。此方法的调光效果严重依赖预设的两个亮度值，与实际效果存在很大的偏差。此外，该方法同CN201010510536.X所述的方法一样，没有考虑实际光线传播的扩散效果，对于距离LED灯条较远的区域难以达到要求的亮度。

美国专利“Local dimming control method and apparatus of edge-type backlight module”（US20110181202)提出的侧入式区域背光通过权重来表示不同LED灯组对不同控制区域提供的亮度。该方法是采用列方程的方式来求解背光模块的四侧边的LED的亮度，但在该方法中需要预先设定权重系数，此外还对背光模块的规格有严格要求，在实际使用中存在两个突出问题：该方法的权重系数是预先设定好的，不能针对背光模块的实际情况进行合理的优化调整；该方法使用的前提条件是：液晶显示器中所显示的图像所划分的块数必须小于或等于背光模块所包含的子灯组的总数，即当背光模块上下两边各含K个子灯组、左右两边各含L个子灯组时，背光模块显示的图像可以划分的块数L×K必须小于等于四侧边等组数(L+K)×2，极大地限制了图像分区数目和该方法的使用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于侧入式LED背光液晶显示的区域动态调光方法，该方法针对现有的侧边LED亮度求解问题，提出了一种在充分考虑实际光扩散效果情况下，既能保证达到控制区域亮度的、又可对四边LED亮度进行最优分配得到最高的节能效果的动态调光方法，并且能提高侧入式LED背光液晶显示的显示对比度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

用于侧入式LED背光液晶显示的区域动态调光方法，适用于四个侧边均发光的液晶显示器，背光模块的四个侧边依次为左侧边LED灯组、右侧边LED灯组、上侧边LED灯组和下侧边LED灯组，其中，左侧边LED灯组和右侧边LED灯组分别包含L个单独控制的子灯组，上侧边LED灯组和下侧边LED灯组分别包含K个单独控制的子灯组，具体按如下步骤进行：

步骤1：向侧入式LED背光液晶显示器输入一幅图像，获取该输入图像上每个像素点的像素亮度值L _pixel：

所输入的图像有N×M个像素点，每个像素点的红色子像素值R、绿色子像素值G和蓝色子像素值B的范围均为0至255灰阶，将每个像素点的红色子像素值R、绿色子像素值G和蓝色子像素值B的数值进行比较，将像素点中数值最大的子像素值作为该像素点的亮度值，记为像素亮度值L _pixel；

步骤2：获取输入图像的背光亮度矩阵L _B：将步骤1中输入的图像分为L行K列个图像分区；根据步骤1得到的像素点亮度值L _pixel计算图像每个图像分区的背光亮度L _block：

2.1：由于背光模块的左侧边LED灯组和右侧边LED灯组均包含L个单独控制的子灯组，背光模块的上侧边LED灯组和下侧边LED灯组分别包含K个单独控制的子灯组，故将输入的图像同样均分为L行K列，即将输入的图像被分成L×K块图像分区，每个图像分区均与左侧边LED灯组、右侧边LED灯组、上侧边LED灯组和下侧边LED灯组内的一个子灯组相对应。在每个图像分区中有S×T个像素值，其中，

，；将每个图像分区中的S×T个像素点的像素亮度值L _pixel按从小到大的顺序排列，将处于99%处的像素亮度值L _pixel记为该图像分区的高亮值L ₉₉；同时，计算该图像分区内S×T个像素点的平均亮度值L _avg；

2.2：将输入图像中每一个图像分区的高亮值L ₉₉与该图像分区的平均值L _avg做差，获得该图像分区的差值L _dif；

2.3：由公式

求得每个图像分区的背光亮度值L _block；其中，当差值L _dif在0～20之间，k=0；当差值L _dif在20～60之间，k=0.1；当差值L _dif在60～120之间，k=0.3；当差值L _dif在120～255之间，k=0.45；

将上述计算得到的每个图像分区的背光亮度值L _block组成一个L行K列的行列式，该行列式即为输入图像的背光亮度矩阵L _B；

步骤3：测量背光模块四个侧边的灯组对屏幕分区的亮度影响，并由此构建灯组对屏幕分区亮度影响系数矩阵C(i,j) ，背光模块四个侧边的灯组亮度系数分别记为左侧亮度系数IC _left (i)、右侧亮度系数IC _right (i)、上侧亮度系数IC _upper (i)和下侧亮度系数IC _down (i)；

3.1将背光模块左侧边LED灯组内的L个子灯组自上向下地单个点亮，用亮度计测量单个子灯组被点亮的情况下，液晶显示的L×K个屏幕分区中心点的亮度，由下式表示：

（Ⅰ）

i取1至L；{1,1}、{1,2}、……、{L,K-1}、{L,K}分别对应液晶显示器中的L×K个屏幕分区的位置；l _left (i){1,1}为点亮背光模块左侧边LED灯组内第i个子灯组时，液晶显示器上第1行第1列的屏幕分区中心点的测量亮度，以此类推，l _left (i){L,K}为点亮背光模块左侧边LED灯组内第i个子灯组时，液晶显示器上测量第L行第K列的屏幕分区中心点的亮度；B _left(i)为背光模块左侧边LED灯组内的第i个子灯组对液晶显示屏上的L×K个分区的亮度矩阵，简称为左对分区亮度B _left(i)；

3.2参照步骤3.1，将背光模块右侧边LED灯组内的L个子灯组自上向下地单个点亮，用亮度计测量单个子灯组被点亮的情况下，液晶显示器的L×K个屏幕分区中心点的亮度，得到背光模块右侧边LED灯组内的第i个子灯组对液晶显示屏上的L×K个分区的亮度矩阵，简称为右对分区亮度B _right(i)；由下式表示：

（Ⅱ）

i取1至L；

3.3参照步骤3.1，将背光模块上侧边LED灯组内的K个子灯组自左向右地单个点亮，用亮度计测量单个子灯组被点亮的情况下，液晶显示器的L×K个屏幕分区中心点的亮度，得到背光模块上侧边LED灯组内的第i个子灯组对液晶显示屏上的L×K个分区的亮度矩阵，简称为上对分区亮度B _upper(i)；由下式表示：

（Ⅲ）

i取1至K；

3.4参照步骤3.1，将背光模块下侧边LED灯组内的K个子灯组自左向右地单个点亮，用亮度计测量单个子灯组被点亮的情况下，液晶显示器的L×K个屏幕分区中心点的亮度，得到背光模块下侧边LED灯组内的第i个子灯组对液晶显示屏上的L×K个分区的亮度矩阵，简称为下对分区亮度B _down(i)；由下式表示：

（Ⅳ）

i取1至K；

3.5再将背光模块四个侧边的全部（L+K）×2个子灯组全部点亮，用亮度计测量所有子灯组同时打开的情况下，液晶显示器的L×K个屏幕分区的总亮度值B _full；用液晶显示器的分区总亮度值B _full作为归一化的参考值，对测量得到的左对分区亮度B _left 、右对分区亮度B _right 、上对分区亮度B _upper 、下对分区亮度B _down分别进行归一化，归一化的结果即为背光模块的四个侧边的LED灯组的亮度影响系数矩阵：依次记为左侧边亮度系数IC _left (i)、右侧边亮度系数IC _right (i)、上侧边亮度系数IC _upper (i)和下侧边亮度系数IC _down (i)，具体如下：

，i取1至L（Ⅴ）

，i取1至L（Ⅵ）

，i取1至K（Ⅶ）

，i取1至K（Ⅷ）

3.6由左侧边亮度系数IC _left (i)、右侧边亮度系数IC _right (i)、上侧边亮度系数IC _upper (i)和下侧边亮度系数IC _down (i)构建灯组对屏幕分区亮度影响系数矩阵C(i,j)；

3.6.1将左侧边亮度系数IC _left (i)中L×K个元素的每一个按先上后下、先左后右的顺序进行排列，得到灯组对屏幕分区亮度影响系数矩阵C(i,j)的第1至L行，如图7所示；

3.6.2将右侧边亮度系数IC _right (i)中L×K个元素的每一个按先上后下、先左后右的顺序进行排列，得到灯组对屏幕分区亮度影响系数矩阵C(i,j)的第L+1至2×L行，如图8所示；

3.6.3将上侧边亮度系数IC _upper (i)中L×K个元素的每一个按先上后下、先左后右的顺序进行排列，得到灯组对屏幕分区亮度影响系数矩阵C(i,j)的第2×L+1至2×L+K行，如图9所示；

3.6.4将下侧边亮度系数IC _down (i)中L×K个元素的每一个按先上后下、先左后右的顺序进行排列，得到灯组对屏幕分区亮度影响系数矩阵C(i,j)的第2×L+K +1至2×（L+K）行，如图10所示；

将上述四部分组合起来，即构成（L+K）×2行L×K列的灯组对屏幕分区亮度影响系数矩阵C(i,j)；

步骤4：计算获得背光模块四个侧边的LED灯组亮度：左侧边LED亮度L _left (i)、右侧边LED亮度L _right (i)、上侧边LED亮度L _upper (i)和下侧边LED亮度L _down (i)；

4.1根据图像的背光亮度矩阵L _B和背光模块分区数，求取修正后的图像背光亮度的行矩阵D(j) 以及背光模块内子灯组可开最大亮度矩阵W(i)；

当液晶显示器显示一幅全白画面时，背光模块四侧边的子灯组需要开到最大亮度来提供背光，设定四侧边LED灯组的最大亮度为255灰阶，即W(i)中所有子灯组的亮度值均为255；

4.1.1当背光模块四个侧边的总子灯组数（(L+K)×2）不小于图像分区数（L×K）时，图像的背光亮度矩阵L _B保持不变；将背光模块四个侧边的每一个子灯组发光亮度按

进行线性调低，得到背光模块内子灯组可开最大亮度矩阵W(i)；

4.1.2当背光模块四个侧边的子灯组数（(L+K)×2）小于图像分区数（L×K）时，背光模块四个侧边的每一个子灯组发光亮度保持不变；将图像的背光亮度矩阵L _B按

进行调节，得到修正后的输入图像的背光亮度矩阵

；再将修正后的输入图像的背光亮度矩阵

内的元素按照图像分区位置（1,1），（1,2），……，(1,K-1)，(1,K)，(2,1)，(2,2)，……，(2,K-1) ，(2,K)， (3,1)，(3,2)，……，(L,K-1)，(L,K)的顺序依次排列，得到1行L×K列的修正后的图像背光亮度的行矩阵D(j)，j取1到L×K；

4.2、联立求解下面方程组，得到 (L+K)×2个子灯组对L×K分区的亮度矩阵X(i,j)；

（Ⅵ）

通过分区亮度矩阵X(i,j)保证对同一个屏幕分区提供亮度时，由与之对应的四个子灯组的所要传输的距离和光强确定：当单个子灯组能够满足该屏幕分区的的亮度要求时，由距离最短的子灯组负责提供亮度；当单个子灯组不能够满足该屏幕分区的的亮度要求时，由距离最短的两个或三个子灯组共同提供亮度，参见图11；即确保每个子灯组优先将亮度分配给接近的屏幕区域，再将亮度传送到较远的屏幕区域，与实际的背光扩散情况相符，从而实现每个子灯组在亮度较低的情况下通过组合达到L×K区域的亮度要求，有效提高灯的工作效率并起到节能的效果；如图11所示，按本公式，优先选择上侧边的子灯组提供亮度，此时因光传播路程而导致的亮度损耗最少；反之，换由其它三个方向的子灯组提供亮度，都会因路程损耗而亮度偏暗；

4.3、由分区亮度矩阵X(i,j)获得背光模块四个侧边LED灯组的亮度，其中：左侧边LED灯组亮度为

、右侧边LED灯组亮度为,其中i取值1至L之间，上侧边LED灯组亮度为

、下侧边LED灯组亮度为

，其中i取值在1至K之间：

将左侧边LED亮度L _left (i)、右侧边LED亮度L _right (i)、上侧边LED亮度L _upper (i)和下侧边LED亮度L _down (i)求解后并组成矩阵，即为背光模块的总灯组亮度L _LED：

（Ⅶ）

步骤5：根据得到的背光模块的总灯组亮度L _LED，通过低通滤波模板，将步骤4中得到的四个侧边LED灯组亮度进行混光模拟，得到修正后的液晶显示背光亮度BL(m,n)；

步骤6：采用下式进行线性调节，得到调整后的红色子像素值

、调整后的绿色子像素值

和调整后的蓝色子像素值

的亮度信号，依次为：

（Ⅷ）

步骤7：将修正后的液晶显示的背光亮度BL(m,n)、调整后的红色子像素值

、调整后的绿色子像素值

和调整后的蓝色子像素值

整合成修正后的图像并由液晶显示器显示出来。将各子灯组背光亮度送入各LED子灯组，将调整后的子像素送入液晶驱动板。

此外，由公式Ⅸ可以得到液晶显示的背光功耗值PC，具体为：

（Ⅸ）

由背光功耗值PC可判断和比较不同控制方法下液晶显示器的实际功耗的优劣。

有益的技术效果

本发明提供了一种侧入式背光LED区域动态调光方法，其可产生的有益技术效果在于：

（1）算法充分考虑实际LED亮度向显示区域传播时存在方向性以及衰减性，采用本发明中的最优化分配方法计算得到各侧边上子灯组的亮度，使光线损耗途径最短，可获得较好的节能——节能效率在30%至50%之间；

（2）同对比文件1相比，本发明算法充分考虑实际光线传播的扩散效果，建立不同灯组对不同分区的亮度影响系数矩阵，能充分保证与灯组距离较远的区域达到背光亮度要求，如图11所示；

（3）与对比文件3同样使用了亮度系数也即权重系数来进行计算四侧边灯组亮度，但对比文件3对背光装置要求较高，需满足背光区域分区数小于等于四侧边灯组数目，并且根据权重系数建立的方程组由于系数问题导致难以计算得到正确结果。而本发明算法对背光装置也即分区数目多少没有限制要求，采用最优化理论进行四侧边灯组亮度的分配计算可以得到节能效果最好的灯组亮度：例如本发明实施实例1中的分区数为6×8，其背光区域数为48（=6×8）>四个侧边的总子灯组数28（=(6+8)×2）；本发明实施实例1中的分区数为8×12，其背光区域数为96（=8×12）>四个侧边的总子灯组数40（=(8+12)×2），对比文件3在这种分区情况下无法进行LED灯组亮度分配；

（4）本发明不限制四侧边灯组和分区的数目，对于L型双边发光背光同样适用。

附图说明

图1是本发明所述的侧入式背光区域调光算法流程图。

图2是本发明实施实例1中所用的标清图像。

图3是实施实例1中根据本发明算法对图像进行计算得到的四侧边背光亮度图。

图4是本发明实施实例2中所用的高清图像。

图5是实施实例2中根据本发明算法对图像进行计算得到的四侧边背光亮度图。

图6是实施实例3中根据本发明算法对图像进行计算得到的四侧边背光亮度图（使用的测试图像为本发明实施实例1中的标清图像）。

图7是将左侧边LED灯组对屏幕分区亮度影响系数构成灯组对屏幕分区亮度影响系数矩阵C第1至L行的示意图。

图8是将右侧边LED灯组对屏幕分区亮度影响系数，构成灯组对屏幕分区亮度影响系数矩阵C的第L+1至2×L行的示意图。

图9是将上侧边LED灯组对屏幕分区亮度影响系数，构成灯组对屏幕分区亮度影响系数矩阵C的第2×L +1至2×L +K行的示意图。

图10是将下侧边LED灯组对屏幕分区亮度影响系数，构成灯组对屏幕分区亮度影响系数矩阵C的第2×L +K +1至2×(L+K)行的示意图。

图11是根据图像的背光亮度矩阵和灯组对液晶屏幕亮度影响系数矩阵来计算四侧边LED灯组亮度的示意图。

图12是将本发明方法应用于双侧边L型液晶显示屏的亮度-路径关系简示图。

具体实施方式

现结合附图详细说明本发明的具体内容。

实施例1

为解释并验证本发明方法实用性与创造性，采购市场上标准器件组建了四侧边分区调光功能的背光模块的液晶显示器样机，包括电源板，视频信号接收板、调光控制板、背光模块和液晶模组。其中，背光模块主要包括LED信号驱动板、LED灯条板、导光板、光学膜系。液晶模组包含液晶驱动模块和液晶屏。在调光实现过程中，由电源板向视频信号接收板、调光电路板、背光模块和液晶模组供电，视频信号接收板采集的视频信号输入调光控制板后进行统计分析，根据本发明所述方法得到各子灯组亮度被送入LED信号驱动板以驱动LED灯条板工作，当LED灯条板发出的亮度经导光板和光学膜系得到整个背光亮度，此背光亮度经调光控制板中的算法运算可获得；根据背光亮度对原始视频信号的像素值进行调节后送入液晶驱动板，最终综合背光模块和液晶模组即得到目的显示图像。

本液晶显示器样机中的背光模块包括左侧边LED灯条板、右侧边LED灯条板、上侧边LED灯条板、下侧边LED灯条板、导光板、扩散膜和增亮膜。左侧边LED灯条板和右侧边LED灯条板的LED分成L组，每组（即本发明中的子灯组）单独引线控制亮度大小；上侧边LED灯条板和下侧边LED灯条板的LED分成K组，每组（即本发明中的子灯组）单独引线控制亮度大小。可单独控制不同分组开关状态的LED灯条板是实现区域调光的首要条件。

调光控制板主要作算法运算作用，其工作原理是：首先，调光控制板对输入的图像信号进行统计分析，分别得到每个像素的R、G、B亮度值并进行存储，为防止后续计算过程导致的颜色信息丢失，各个像素值的亮度值L _pixel以R、G、B中最大表示。随后将像素亮度值L _pixel分区，统计各区的平均亮度值和99%高亮度处的亮度值，最终求得各区背光亮度

，式中k的取值根据各分区99%高亮值L ₉₉与平均亮度值L _avg的差值决定。

获得L _block后，调光控制板进行求解四侧的LED灯组亮度。由于本发明方法充分考虑了实际LED亮度向显示区域传播时存在方向性以及衰减性的情况，因此，当图像分区为L×K时，本发明中所述的亮度影响因子有(L+K)×2个，每个需测试点的个数为L×K，且还需要测量全屏的满量程亮度以进行亮度影响因子的归一化处理，共需（L×K）×（（L+K)×2+1）次测量，最终得到(L+K)×2个亮度系数矩阵。

使用本发明所述的最优化求解LED亮度的方法，具体思想表现为：各个子灯组亮度影响系数的大小确保了各组LED优先分配亮度给最邻近分区，随后亮度传递到前进方向上的其他区域。据此原则，通过计算可得到背光模块的总灯组亮度L _LED如下所示：

；

得到四侧边的LED亮度后，调光控制板对L _LED进行计算，得到与图像分辨率N×M相同的修正后的液晶显示器的背光亮度BL(m,n)。

参见图1至图3。用于侧入式LED背光液晶显示的区域动态调光方法，所述背光模块的四个侧边依次为左侧边LED灯组、右侧边LED灯组、上侧边LED灯组和下侧边LED灯组，其中，左侧边LED灯组和右侧边LED灯组分别包含6个单独控制的子灯组，背光模块上侧边LED灯组和下侧边LED灯组分别包含8个单独控制的子灯组，对图2所示的分辨率为768×1024标清图像（即N×M=768×1024）按本方法进行：

1、向液晶显示器输入一幅图像，获取该输入图像上每个像素点的像素亮度值L _pixel：输入图像有768×1024个像素点，每个像素点的红色子像素值R、绿色子像素值G和蓝色子像素值B的范围均为0至255，将每个像素点的红色子像素值R、绿色子像素值G和蓝色子像素值B的数值进行比较，将其中数值最大的子像素值作记为像素亮度值L _pixel。针对图2，其第（24,25）像素点的红色子像素值R、绿色子像素值G和蓝色子像素值B分别是177、138、109，故该像素点的素亮度值L _pixel（24,25）=177。

2、根据步骤1得到的像素点亮度值L _pixel获取输入图像的背光亮度矩阵L _B：

2.1、将图像均分为6行8列，即L=6，K=8，即与背光模块的左侧边LED灯组和右侧边LED灯组均包含6个单独控制的子灯组，背光模块的上侧边LED灯组和下侧边LED灯组分别包含8个单独控制的子灯组相对应，输入的图像被分成48块（6×8=48），每个图像分区均与左侧边LED灯组、右侧边LED灯组、上侧边LED灯组和下侧边LED灯组内的一个子灯组相对应。以位于图像中第3行第4列的图像分区为例，该图像分区分别与左侧边LED灯组的第3个子灯组、右侧边LED灯组的第3个子灯组、上侧边LED灯组的第4个子灯组和下侧边LED灯组内的的第4个子灯组相对应。输入图像的每个分区中有128×128个像素值(S=768/6=128，T=1024/8=128)。将每个分区中的128×128个像素点亮度按照从小到大顺序排列，统计处于99%处的亮度值，记为高亮值L ₉₉，并计算每个分区的16384个像素点（16384=S×T=

=

）的平均亮度值L _avg；

2.2、由步骤2.1可计算得到99%高亮值L ₉₉、平均亮度值L _avg以及差值L _dif，分别如表1、表2和表3所示：

表1 针对图2所示的图像按48分区得到的99%高亮值L ₉₉列表

225	210	192	146	107	79	67	62
								255	255	241	198	182	158	104	84
255	255	255	254	229	211	194	182
								187	190	203	226	239	207	164	181
140	165	188	187	182	174	135	97
								124	145	157	135	116	116	89	85

表2针对图2所示的图像按48分区得到平均亮度值L _avg

186	179	157	119	89	70	62	57
								248	235	200	155	106	95	74	70
205	217	184	136	104	108	108	116
								81	92	99	96	101	70	73	93
87	105	110	112	97	89	69	51
								82	96	99	89	73	62	52	45

表3针对图2所示的图像按48分区得到的图像分区差值L _dif

39	31	35	27	18	9	5	5
								7	20	41	43	76	63	30	14
50	38	71	118	125	103	86	66
								106	98	104	130	138	137	91	88
53	60	78	75	85	85	66	46
								42	49	58	46	43	54	37	40

2.3、根据公式

求得每个图像分区的背光亮度值L _block，参数k根据差值L _dif 确定：其中，当L _dif<=20时，a=0；当L _dif>20且<=60时，a=0.1；当L _dif>60且<=120时，a=0.3；当L _dif>120时，a=0.45，得到图2的6行8列背光亮度矩阵L _B，如式1所示：

（式1）

3、测量背光模块四个侧边的灯组对屏幕分区的亮度影响，分别为左侧亮度系数IC _left (i)、右侧亮度系数IC _right (i)、上侧亮度系数IC _upper (i)和下侧亮度系数IC _down (i)，并由此构建灯组对屏幕分区亮度影响系数矩阵C(i,j) ；

由于背光模块的四个侧边LED发出的光线实际传递到显示区域具有一定的方向性和衰减性，用28个系数矩阵IC来分别表示背光模块左、右、上、下四侧边LED灯组对48分区的亮度影响，记为左侧边亮度系数IC _left (i)、右侧边亮度系数IC _right (i), 其中i=1～6，上侧边亮度系数IC _upper (i)、下侧边亮度系数IC _down (i)，其中i=1～8；

3.1 将背光模块左侧边LED灯组内的6个子灯组自上向下地单个点亮，用亮度计测量单个子灯组被点亮的情况下，液晶显示器的48个屏幕分区中心点的亮度矩阵，简称为左对分区亮度B _left；

3.2 将背光模块右侧边LED灯组内的6个子灯组自上向下地单个点亮，用亮度计测量单个子灯组被点亮的情况下，液晶显示器的48个屏幕分区中心点的亮度矩阵，简称为右对分区亮度B _right；

3.3 将背光模块上侧边LED灯组内的8个子灯组自左向右地单个点亮，用亮度计测量单个子灯组被点亮的情况下，液晶显示器的48个屏幕分区中心点的亮度矩阵，简称为上对分区亮度B _upper；

3.4 将背光模块下侧边LED灯组内的8个子灯组自左向右地单个点亮，用亮度计测量单个子灯组被点亮的情况下，液晶显示器的48个屏幕分区中心点的亮度矩阵，简称为下对分区亮度B _down；

3.5 再将背光模块四个侧边的全部28个子灯组全部点亮，用亮度计测量所有子灯组同时打开的情况下，液晶显示器的48个屏幕分区的总亮度值B _full；用液晶显示器的总亮度值B _full作为归一化的参考值，对测量得到的左对分区亮度B _left 、右对分区亮度B _right 、上对分区亮度B _upper 、下对分区亮度B _down分别进行归一化，归一化的结果即为背光模块的四个LED灯组的亮度影响系数矩阵：即为左侧边亮度系数IC _left (i)、右侧边亮度系数IC _right (i)、上侧边亮度系数IC _upper (i)和下侧边亮度系数IC _down (i)；

式2、式3、式4和式5分别为计算后的左侧边第1组、右侧边第1组、上侧边第1组和下侧边第1组LED对各屏幕分区的亮度影响系数：

（式2）

（式3）

（式4）

（式5）

依次类推，将左侧边亮度系数IC _left (i)、右侧边亮度系数IC _right (i)、上侧边亮度系数IC _upper (i)和下侧边亮度系数IC _down (i) 余下的值测量并计算得到；

3.6由左侧边亮度系数IC _left (i)、右侧边亮度系数IC _right (i)、上侧边亮度系数IC _upper (i)和下侧边亮度系数IC _down (i)构建灯组对屏幕分区亮度影响系数矩阵C(i,j)：将上述左侧边亮度系数IC _left (i)中的48个元素的每一个按先上后下、先左后右的顺序进行排列，得到灯组对屏幕分区亮度影响系数矩阵C(i,j)的第1至L行，参见图7所示的矩阵转换排列的示意图；将上述右侧边亮度系数IC _right (i)中的48个元素的每一个按先上后下、先左后右的顺序进行排列，得到灯组对屏幕分区亮度影响系数矩阵C(i,j)的第L+1至2L行，参见图8所示的矩阵转换排列的示意图；将上述上侧边亮度系数IC _left (i)中的48个元素的每一个按先上后下、先左后右的顺序进行排列，得到灯组对屏幕分区亮度影响系数矩阵C(i,j)的第2L+1至2L+K行，参见图9所示的矩阵转换排列的示意图；将上述下侧边亮度系数IC _left (i)中的48个元素的每一个按先上后下、先左后右的顺序进行排列，得到灯组对屏幕分区亮度影响系数矩阵C的第2L+K +1至2（L+K）行，参见图10所示的矩阵转换排列的示意图；将上述四部分组合起来，即构成（L+K）×2行L×K列的灯组对屏幕分区亮度影响系数矩阵C(i,j)；

4、计算获得背光模块四个侧边的灯组亮度：左侧边LED亮度L _left (i)、右侧边LED亮度L _right (i)、上侧边LED亮度L _upper (i)、下侧边LED亮度L _down (i)；

4.1、由于背光模块的四个侧边的子灯组为(6+8)×2=28个，图像分区为6×8=48个，即背光模块的四个侧边的子灯组总数小于图像分区的总数（28<48），故令背光模块的四个侧边的子灯组中所达到的最大亮度定为最大灰阶255，相应地调节该图像背光亮度为

，由此得到修正后的灰色图像背光亮度值，如式6表示：

（式6）

将式6所示的6行8列的修正后背光亮度值

按照位置（1,1），（1,2）……（1,7），(1,8)，(2,1)，(2,2)，……，(2,7)，(2,8)，(3,1)，(3,2)，……，(6,7)，(6,8)依次排列得到针对图2的6×8的灰色图像亮度的行矩阵D(j)，如式7表示：

D=[111 107 ……36 33 145 138……45 41 ……51 59 …… 33 29] （式7）

且此时背光模块内LED可开最大亮度矩阵W(i)内所有数值均为255：

（式8）

4.2、将步骤3和步骤4.1中测量和计算得到的数值代入下式，联立方程对液晶显示的分区亮度矩阵X(i,j)进行求解：

（式9）

求得的解是在满足第i组LED灯组对48区域分配的亮度的总和低于其可达到的最大亮度，并且28个LED灯组对第j区域分配的亮度达到该区域所要求的亮度的情况下，采用最优化理论使LED灯组优先分配亮度给邻近区域，这也满足实际情况。最终得到总体的LED灯组的亮度最低，以此有效提高节能；

4.3、根据上式9求得的分区亮度矩阵X(i,j)，其中i=1～28，j=1～48，可以得到左侧边LED亮度

、右侧边LED亮度

、上侧边LED亮度

和下侧边LED亮度

；

将以上四个式子的解组成矩阵，即得背光模块的总灯组亮度L _LED，见式10，四侧边背光亮度见图3：

（式10）

5、根据步骤4的计算结果，用低通滤波模板进行混光模拟，得到768×1024分辨率的背光亮度BL(m,n)，其中m取1至768，n取1至1024；

6、通过下式进行线性调节，得到调整后的红色子像素值

、调整后的绿色子像素值

和调整后的蓝色子像素值

的亮度信号；

（式11)

7、将修正后的液晶显示器的背光亮度BL(m,n)、调整后的红色子像素值

、调整后的绿色子像素值和调整后的蓝色子像素值

整合成修正后的图像并由液晶显示器显示出来。将各子灯组背光亮度送入各LED子灯条，将调整后的子像素送入液晶驱动板。

此外，由下式计算背光功耗值PC：

（式12）

相比较于背景技术里的三种技术方案，本发明在确保图像分辨率的前提下，背光功耗值PC显著下降：使用对比文件一可计算得到背光功耗值PC为64.47%，而此处为58.68%，背光功耗降低5.79%；且优于对比文件三：算法不限制四侧边LED灯组和分区的数目（分区数6×8不等于四侧边LED灯组数(6+8)×2），适用于各种背光结构，应用范围广泛。

实施例2

参见图1、图4和图5。用于侧入式LED背光液晶显示的区域动态调光方法，其中，背光模块的左侧边LED灯组和右侧边LED灯组分别包含8个单独控制的子灯组，背光模块的上侧LED灯组和下侧边LED灯组分别包含12个单独控制的子灯组，对图4所示的分辨率为1080×1920的高清图像（即N×M=1080×1920）按图1所示的步骤进行本方法实例计算，具体步骤为：

1、读取输入图像信息：输入图像有1080×1920个像素点，将每个像素点中数值最大的子像素值作记为像素亮度值L _pixel。针对图4，其第（24,25）像素点的红色子像素值R、绿色子像素值G和蓝色子像素值B分别是86、77、120，故该像素点的素亮度值L _pixel（24,25）=120；

2、根据步骤1得到的像素点亮度值L _pixel计算图像的背光亮度L _block：

2.1、令L=8，K=12，将输入的图像分为8行12列的分区：这样输入的图像被分成96块，输入图像的每个分区中有135×160个像素值(S=1080/8=135，T=1920/12=160)。将每个分区中的135×160个像素点亮度按照从小到大顺序排列，统计处于99%处的亮度值，记为高亮值L ₉₉，并计算每个分区的21600个像素点（21600=S×T=

=）的平均亮度值L _avg；

2.2、由步骤2.1可计算得到99%高亮值L ₉₉、平均亮度值L _avg以及差值L _dif，分别如下表4、表5和表6所示：

表4针对图4所示的图像按96分区得到的99%高亮值L ₉₉列表

137	133	135	133	136	134	143	128	140	152	142	143
												160	158	166	154	150	147	148	155	161	159	152	160
252	188	217	219	210	197	208	178	164	134	112	167
												255	255	255	255	251	222	221	215	211	202	186	177
255	255	255	255	255	227	207	161	173	135	122	113
												160	145	108	108	114	94	107	116	117	94	139	160
89	77	66	65	83	82	76	69	73	79	95	112
												55	57	61	62	72	105	78	76	69	72	56	65

表5针对图4所示的图像按96分区得到平均亮度值L _avg

121	119	119	120	119	119	121	118	127	132	135	127
												141	139	140	143	137	133	137	140	146	135	94	106
187	173	187	185	176	172	168	140	100	64	18	61
												251	232	226	222	213	195	134	96	80	87	90	55
179	179	157	153	151	131	103	78	69	49	36	34
												80	66	48	49	52	49	57	54	61	58	66	69
34	30	30	32	37	42	40	36	38	41	44	41
												19	25	23	26	32	30	40	41	31	29	20	20

表6针对图4所示的图像按96分区得到的图像分区差值L _dif

16	14	16	13	17	15	22	10	13	20	7	16
												19	19	26	11	13	14	11	15	15	24	58	54
65	15	30	34	34	25	40	38	64	70	94	106
												4	23	29	33	38	27	87	119	131	115	96	122
76	76	98	102	104	96	104	83	104	86	86	79
												80	79	60	62	45	50	62	62	56	36	73	91
55	47	36	33	46	40	36	33	35	38	51	71
												36	32	38	36	40	75	38	35	38	43	36	45

2.3、根据误差修正法公式

求得每个图像分区的背光亮度值L _block，参数k根据差值L _dif确定；得到图4的8行12列背光亮度矩阵L _B，如式13所示：

（式13）

由于背光模块的四个侧边LED发出的光线实际传递到显示区域具有一定的方向性和衰减性，用40个系数矩阵IC来分别表示背光模块左、右、上、下四侧边的子灯组对96分区的亮度影响，记为左侧边亮度系数IC _left (i)、右侧边亮度系数IC _right (i), 其中i=1～8，上侧边亮度系数IC _upper (i)、下侧边亮度系数IC _down (i)，其中i=1～12。式14、式15、式16和式17分别为计算后的左侧第1组、右侧第1组、上侧第1组和下侧第1组LED对各分区的亮度影响系数：

（式14)

（式15)

（式16)

（式17)

依次类推，将左侧边亮度系数IC _left (i)、右侧边亮度系数IC _right (i)、上侧边亮度系数IC _upper (i)和下侧边亮度系数IC _down (i) 余下的值测量并计算得到；再将上述左侧边亮度系数IC _left (i)、右侧边亮度系数IC _right (i)、上侧边亮度系数IC _upper (i)和下侧边亮度系数IC _down (i) 分别按照分区位置(1,1)，(1,2)，……，(1,11)，(1,12)，(2,1)， (2,2)，……，(2,11)，(2,12)，(3,1)， (3,2)， ……，(8,11)，(8,12)依次排列得到40组1行96列的单行行矩阵后，再将左侧灯组按从上到下、右侧灯组按从上到下、上侧灯组按从左到右、下侧灯组按从左到右的顺序排列构成40行96列的系数C(i,j)，具体参见图7、图8、图9和图10所示的矩阵转换排列的示意图；

4.1、由步骤2.1可知，背光模块的四个侧边的子灯组总数小于图像分区的总数（40<96），故令各个子灯组所达到的最大亮度定为最大灰阶255，相应地调节该图像背光亮度为

，由此得到修正后的灰色图像背光亮度值

，如式18表示：

（式18）

将式18所示的8行12列的修正后背光亮度值

按照位置(1,1),(1,2),……(1,11),(1,12),(2,1), (2,2),……,(2,11),(2,12),(3,1), (3,2), ……, (8,11),(8,12)依次排列得到针对图4的8行×12列的灰色图像亮度的行矩阵D(j)，如式19表示：

D=[50 50 …… 56 53 59 58 …… 42 47 88 72 …… 10 12 …… 10 10]（式19）

且此时背光模块内LED可开最大亮度矩阵W内所有数值均为255：

（式20)

4.2、将步骤3和步骤4.1中测量和计算得到的数值代入下式，联立方程对液晶显示器的分区亮度矩阵X(i,j)进行求解：

（式21)

4.3、根据上式21求得的分区亮度矩阵X(i,j)，其中i=1～40，j=1～96。可以得到各组LED的亮度：四边的子灯组总数为40，亮度分别记为左侧边LED亮度

（i=1～8) 、右侧边LED亮度（i=1～8) ，上侧边LED亮度

（i=1～12)和下侧边LED亮度

（i=1～12)；将以上四个式子的解组成矩阵，即得背光模块的总灯组亮度L _LED，见式22，四侧边背光亮度见图5：

（式22)

5、根据得到的子灯组亮度，经过低通滤波模板进行混光模拟，得到1080×1920分辨率的背光亮度BL(m,n)，其中m取1至1080，n取1至1920；

6、经过式23线性调节得到调整后的3个子像素值亮度信号：

（式23)

、调整后的绿色子像素值

和调整后的蓝色子像素值整合成修正后的图像并由液晶显示器显示出来。将各子灯组背光亮度送入各LED子灯条，将调整后的子像素送入液晶驱动板。背光功耗值PC，如下式24：

（式24)

本算法的背光功耗值为59.7%，即节能40.3%。

实施实3

参见图1、图2和图6。用于侧入式LED背光液晶显示的区域动态调光方法，其中，背光模块左侧边LED灯组和右侧边LED灯组分别包含3个单独控制的子灯组，背光模块上侧边LED灯组和下侧边LED灯组分别包含4个单独控制的子灯组，对图2所示的分辨率为768×1024标清图像（即N×M=768×1024)按图1所示的步骤进行本方法实例计算，具体步骤为：

1、同实施实例1中所述步骤，向液晶显示器输入一幅图像，获取该输入图像上每个像素点的像素亮度值L _pixel；

2.1、将图像分为3行4列，即分成12块，输入图像的每个分区中有256×256个像素值。将每个分区中的像素点亮度按照从小到大顺序排列，统计处于99%处的亮度值，记为高亮值L ₉₉，并计算每个分区的65536个像素点的平均亮度值L _avg；

2.2、由步骤2.1可计算得到99%高亮值L ₉₉、平均亮度值L _avg以及差值L _dif，分别如下表7、表8和表9:

表7 针对图2所示的图像按3×4分区得到的99%高亮值L ₉₉列表

255	234	164	93
				255	253	228	183
153	182	171	120

表8针对图2所示的图像按3×4分区得到平均亮度值L _avg

212	158	90	66
				149	128	96	98
92	102	80	54

表9针对图2所示的图像按3×4分区得到的图像分区差值L _dif

43	76	74	27
				106	125	132	85
61	80	91	66

2.3、根据公式

求得每个图像分区的背光亮度值L _block，得到图6的3行4列背光亮度值L _B，如式25所示：

（式25)

3、测量背光模块四个侧边的灯组对屏幕分区的亮度影响，分别为左侧亮度系数IC _left (i)、右侧亮度系数IC _right (i)、上侧亮度系数IC _upper (i)和下侧亮度系数IC _down (i)，并由此构建灯组对屏幕分区亮度影响系数矩阵C(i,j) ，具体参见图7、图8、图9和图10所示的矩阵转换排列的示意图；

4、计算获得背光模块四个侧边的灯组亮度；

4.1、由步骤2.1可知，背光模块的四个侧边的子灯组总数大于图像分区的总数（14＞12），为满足调光后显示图像的像素亮度值不高于255，需将LED各个子灯组所达到的最大亮度相应地降低为

，图像的背光亮度值不变，也即修正后的灰色图像背光亮度值

等于原3行4列的背光亮度值L _B；

将式25所示的3行4列的修正后背光亮度值

按照位置（1,1)，……，(1,4)，(2,1)，……，(3,4)依次排列得到针对图2的3×4的灰色图像亮度的行矩阵D(j)，如式26表示：

（式26)

但此时背光模块内LED可开最大亮度矩阵W内所有数值均为：

（式27)

4.2、将步骤3和步骤4.1中测量和计算得到的数值代入下式，联立方程对背光模块的分区亮度矩阵X(i,j)进行求解：

（式28)

4.3、根据式28求得的分区亮度矩阵X(i,j)，其中i=1～14，j=1～12。可以得到各组LED的亮度：四边的子灯组数总为14，亮度分别记为左侧边LED亮度L _left (i)、右侧边LED亮度L _right (i)，其中i=1～3，上侧边LED亮度L _upper (i)、下侧边LED亮度L _down (i)，其中i=1～4；

将左侧边LED亮度L _left (i)、右侧边LED亮度L _right (i)、上侧边LED亮度L _upper (i)、下侧边LED亮度L _down (i)组成矩阵，即得背光模块的总灯组亮度L _LED，见式29，四侧边背光亮度见图6：

（式29)

6、进行线性调节，得到调整后的红色子像素值

、调整后的绿色子像素值和调整后的蓝色子像素值

的亮度信号；

7、将修正后的液晶显示器的背光亮度BL(m,n)、调整后的红色子像素值、调整后的绿色子像素值

和调整后的蓝色子像素值整合成修正后的图像并由液晶显示器显示出来。将各子灯组背光亮度送入各LED子灯条，将调整后的子像素送入液晶驱动板。此外，由下式计算背光功耗值PC：

（式30)

即本算法可使背光功耗降低38.94%。

参见图12，是采用本发明方法的双侧边发光（双侧L型）的例子。通过本方法，在单侧光源能够满足亮度要求时，选取路径最短的一侧发光；在单侧光源不能满足亮度要求时，才由两侧共同发光。由此避免了由路径较远子灯组提供亮度，而导致的光损耗、实际亮度与预期亮度的不一致，还避免了单侧能够满足亮度需要时，仍由两侧灯组同时发光而导致的损耗。

Claims

1.用于侧入式LED背光液晶显示的区域动态调光方法，适用于四个侧边均发光的背光模块，背光模块的四个侧边依次为左侧边LED灯组、右侧边LED灯组、上侧边LED灯组和下侧边LED灯组，其中，背光模块左侧边LED灯组和右侧边LED灯组分别包含L个单独控制的子灯组，背光模块上侧边LED灯组和下侧边LED灯组分别包含K个单独控制的子灯组；其特征在于，按如下步骤进行：

步骤1：向液晶显示器输入一幅图像，获取该输入图像上每个像素点的像素亮度值L _pixel；

步骤2：获取输入图像的背光亮度矩阵L _B：

2.1：将图像分为L行K列个图像分区，获取每个图像分区的高亮值L ₉₉和平均亮度值L _avg；

2.2：将每一图像分区的高亮值L ₉₉与该图像分区的平均亮度值L _avg做差，获得该图像分区的差值L _dif；

2.3：求解得每个图像分区的背光亮度值L _block；由背光亮度值L _block构成一个输入图像的背光亮度矩阵L _B；

步骤3：测量背光模块四个侧边的灯组对屏幕分区的亮度影响，建立灯组对屏幕分区亮度影响系数矩阵C(i,j)；

3.1将背光模块左侧边LED灯组内的L个子灯组自上向下地单个点亮，获取左对分区亮度B _left(i)；

3.2将背光模块右侧边LED灯组内的L个子灯组自上向下地单个点亮，获取右对分区亮度B _right(i)；

3.3将背光模块上侧边LED灯组内的K个子灯组自左向右地单个点亮，获取上对分区亮度B _upper(i)；

3.4将背光模块下侧边LED灯组内的K个子灯组自左向右地单个点亮，获取下对分区亮度B _down(i)；

3.5将背光模块四个侧边的全部（L+K）×2个子灯组全部点亮，获取液晶显示器的总亮度值B _full；用液晶显示器的总亮度值B _full作为归一化的参考值，对左对分区亮度B _left 、右对分区亮度B _right 、上对分区亮度B _upper 、下对分区亮度B _down分别进行归一化并依次获得：左侧边亮度系数IC _left (i)、右侧边亮度系数IC _right (i)、上侧边亮度系数IC _upper (i)和下侧边亮度系数IC _down (i)：

步骤4：计算背光模块四个侧边的灯组亮度：左侧边LED亮度L _left、右侧边LED亮度L _right、上侧边LED亮度L _upper和下侧边LED亮度L _down；

4.1：根据图像的背光亮度矩阵L _B和背光模块分区数，求取修正后的图像背光亮度的行矩阵D，以及背光模块内全部子灯组的最大亮度矩阵W；

4.2：将修正后的图像背光亮度行矩阵D和子灯组的最大亮度矩阵W代入下式，获得（L+K）×2个子灯组对液晶显示器的L×K个分区的亮度矩阵X：

Figure 2014101284138100001DEST_PATH_IMAGE001

4.3：计算四个侧边LED子灯组的亮度，由分区亮度矩阵X(i,j)获得背光模块四个侧边LED灯组的亮度，其中：左侧边LED灯组亮度为、右侧边LED灯组亮度为

Figure 2014101284138100001DEST_PATH_IMAGE003

、其中i取值1至L之间，上侧边LED灯组亮度为

、下侧边LED灯组亮度为

Figure 2014101284138100001DEST_PATH_IMAGE005

；其中i取值在1至K之间；

步骤5：通过低通滤波模板，将步骤4中得到的四个侧边LED灯组亮度进行混光模拟，得到修正后的液晶显示器背光亮度BL(m,n)；

步骤6：采用下式进行线性调节，得到调整后的红色子像素值、调整后的绿色子像素值和调整后的蓝色子像素值

的亮度信号：

Figure 2014101284138100001DEST_PATH_IMAGE009

步骤7：将四个侧边LED子灯组的亮度：左侧边LED亮度L _left、右侧边LED亮度L _right、上侧边LED亮度L _upper和下侧边LED亮度L _down送入对应的背光模块左侧边LED灯组、背光模块右侧边LED灯组、背光模块上侧边LED灯组和背光模块下侧边LED灯组；将调整后的红色子像素值

、调整后的绿色子像素值

和调整后的蓝色子像素值

整合成修正后的图像并送入液晶驱动板，由液晶显示器显示出来。