CN104361868B - 用于在液晶显示器上显示图像的方法和液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于在液晶显示器上显示图像的方法和液晶显示器。在用于在液晶显示器上显示图像的方法中，所述液晶显示器包括：可分别单独控制的发光元件的背光阵列，以及与所述可分别单独控制的发光元件相对应的光阀，所述方法包括：(a)接收一图像；(b)修改所述图像以提供数据给所述光阀；(c)修改所述图像以提供数据给所述背光阵列；(d)其中提供给所述背光阵列的所述数据至少部分地基于以下约束：如果一发光元件值低于阈值并且邻近发光元件值中的至少一个邻近发光元件值为足够大的值，则增大低于所述阈值的所述发光元件值；(e)其中提供给与所述可分别单独控制的发光元件相对应的所述光阀的所述数据适合于为所述图像提供期望的照度。

Description

用于在液晶显示器上显示图像的方法和液晶显示器
本案是申请日为2010年2月15日、申请号为201080009100.0、发明名称为使计算量 和晕环伪像减少的区域自适应背光显示器和方法的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及背光显示器和方法，并且更特别地涉及具有提高的性能特性的背光显示器。
背景技术
可以改变液晶显示器(LCD)面板或硅基液晶(LCOS)显示器的局部透光率来调制从背光源穿过面板的一区域的光的强度，以产生能以可变强度显示的像素。来自光源的光是穿过面板到达观看者还是被阻挡，是由光阀中液晶分子的取向确定的。
由于液晶不发光，所以可视显示器需要外部光源。小型且便宜的LCD面板常常依赖于穿过面板之后朝观看者反射回来的光。由于面板不完全透明，所以相当大一部分光在其穿越面板期间被吸收，并且除非在最佳照明条件下，否则在这种类型的面板上显示的图像可能会难以看到。另一方面，用于计算机显示器和电视屏幕的LCD面板典型地采用内置于面板的侧部或背部中的发光二极管(LED)的阵列或荧光管来提供背光。为了提供具有更均匀的光级的显示器，来自这些点光源或线光源的光典型地在照射到控制对于观看者的透光率的光阀上之前，在扩散面板中被弥散开。
光阀的透光率由介于一对起偏器之间的液晶层控制。来自光源的照射在第一起偏器上的光包括在多个平面中振动的电磁波。只有在起偏器的光轴的平面中振动的那部分光能够通过起偏器。在LCD中，第一和第二起偏器的光轴成一定角度布置，使得通过第一起偏器的光通常被阻止通过该系列中的第二起偏器。然而，液晶分子的物理取向层可以被控制，并且穿越以该层为跨度的分子列的光的振动平面可以被旋转成与起偏器的光轴对准或者不对准。应理解的是，同样可以使用常白。
形成具有单元间隙(cell gap)的壁的第一和第二起偏器的表面开有槽，使得与单元间隙壁紧邻的液晶分子与槽对准，并由此与各个起偏器的光轴对准。分子力使相邻液晶分子试图与其邻近者对准，使得跨越单元间隙的列中的分子的取向在该列的长度范围内扭转。同样，穿越分子列的光的振动平面将从第一起偏器的光轴“扭转”到第二起偏器的光轴。利用这样取向的液晶，来自光源的光可以穿过半透明面板组件的系列起偏器，从而产生当从面板的前方观看时显示器表面的明亮区域。应理解的是，在一些配置中可以将槽省略。
为了使像素变暗并生成图像，典型地由薄膜晶体管控制的电压被施加于沉积在单元间隙的一个壁上的电极阵列中的电极。与电极相邻的液晶分子被电压所产生的电场吸引并被旋转成与电场对准。当液晶分子被电场旋转时，晶体列被“解除扭转”，并且与单元壁相邻的晶体的光轴被旋转成不与相应起偏器的光轴对准，从而逐渐减小光阀的局部透光率和相应显示像素的强度。彩色LCD显示是通过改变构成显示像素的多个原色元件(典型地是红、绿和蓝)中的每个元件的透过光的强度来产生的。
LCD可以产生明亮、高分辨率的彩色图像，并且比阴极射线管(CRT)更薄、更轻且汲取更少的功率。结果，LCD被普遍地用于便携式计算机、数字时钟和手表、电器、音频和视频设备以及其它电子装置的显示器。另一方面，LCD在某些“高端市场”(诸如视频和图形技术)中的使用在某种程度上由于该显示器的有限的性能而受挫。
因此，所期望的是一种具有减少的模糊的液晶显示器。
发明内容
公开了一种用于在液晶显示器上显示图像的方法，所述液晶显示器包括：可分别单独控制的发光元件的背光阵列，以及与所述可分别单独控制的发光元件相对应的光阀。所述方法包括：接收一图像；修改所述图像以提供数据给所述光阀；修改所述图像以提供数据给所述背光阵列，其中所述背光阵列具有多个不同的有色发光元件；其中提供给所述背光阵列的所述数据至少部分地基于对第一有色发光元件的值和具有与所述第一有色发光元件不同的颜色的相邻的第二有色发光元件的值中的至少一个值的修改的约束，以减小所述第一和第二有色发光元件之间的串扰；其中提供给与所述可分别单独控制的发光元件相对应的所述光阀的所述数据适合于为所述图像提供期望的照度。
公开了一种用于在液晶显示器上显示图像的方法，所述液晶显示器包括：可分别单独控制的发光元件的背光阵列，以及与所述可分别单独控制的发光元件相对应的光阀。所述方法包括：接收一图像；修改所述图像以提供数据给所述光阀；修改所述图像以提供数据给所述背光阵列；其中提供给所述背光阵列的所述数据至少部分地基于以下约束：如果一发光元件值低于阈值并且邻近发光元件值中的至少一个邻近发光元件值为足够大的值，则增大低于所述阈值的所述发光元件值；其中提供给与所述可分别单独控制的发光元件相对应的所述光阀的所述数据适合于为所述图像提供期望的照度。
公开了一种用于在液晶显示器上显示图像的方法，所述液晶显示器包括：可分别单独控制的发光元件的背光阵列，以及与所述可分别单独控制的发光元件相对应的光阀。所述方法包括：接收一图像；修改所述图像以提供数据给所述光阀；修改所述图像以提供数据给所述背光阵列；其中提供给所述背光阵列的所述数据基于非迭代方法以确定期望的值。
公开了一种用于在液晶显示器上显示图像的方法，所述液晶显示器包括：可分别单独控制的发光元件的背光阵列，以及与所述可分别单独控制的发光元件相对应的光阀。所述方法包括：接收一图像；修改所述图像以提供数据给所述光阀；修改所述图像以提供数据给所述背光阵列；其中提供给所述光阀的所述数据从大致线性数据被修改成大致非线性数据；其中提供给所述背光阵列的所述数据从大致线性数据被修改成大致非线性数据；其中修改步骤(d)的所述数据和步骤(e)的所述数据以提供作为结果的大致非线性数据差值；其中步骤(f)的所述非线性数据差值从所述大致非线性数据被修改成大致线性数据；其中将步骤(g)的所述数据提供给所述背光阵列；其中提供给与所述发光元件相对应的所述光阀的所述数据适合于为所述图像提供期望的照度。
公开了一种包括可分别单独控制的发光元件的背光阵列以及与所述可分别单独控制的发光元件相对应的光阀的液晶显示器。所述显示器包括：接收器，用于接收图像；第一修改器，用于修改所述图像以提供数据给所述光阀；第二修改器，用于修改所述图像以提供数据给所述背光阵列，其中所述背光阵列具有多个不同的有色发光元件；其中提供给所述背光阵列的所述数据至少部分地基于对第一有色元件的值和具有与所述第一有色发光元件不同的颜色的相邻的第二有色发光元件的值中的至少一个值的修改的约束，以减小所述第一和第二有色发光元件之间的串扰；其中提供给与所述可分别单独控制的发光元件相对应的所述光阀的所述数据适合于为所述图像提供期望的照度。
在考虑了结合附图给出的本发明的以下详细说明后，本发明的前述和其它目的、特征和优点将更容易地得到理解。
附图说明
图1A和1B是液晶显示器(LCD)的示意图；
图2是用于调制背光源的多个光源元件的照度的示例性驱动器的示意图；
图3示出示例性LCD系统配置；
图4示出高动态范围图像处理技术；
图5示出LED和LCD驱动值；
图6示出色调映射；
图7示出LED PSF；
图8示出单程LED驱动方案；
图9示出误差扩散；
图10示出晕环伪像；
图11示出色串扰；
图12示出一种减少色串扰的技术；
图13示出LCD反伽马校正；并且
图14示出与本发明的方法一起使用的LCD装置。
具体实施方式
参考图1A，背光显示器20通常包括背光源22、扩散体24和(用括号指示出的)光阀26，该光阀26控制光从背光源22到观看显示在面板28前面的图像的用户的透光率。典型地包括液晶装置的光阀被布置成电子地控制关于图像元素或像素的光的透光率。由于液晶不发光，所以外部光源对于生成可见图像是必需的。用于小型且便宜的LCD的光源(诸如在数字时钟或计算器中使用的那些光源)可以是穿过面板之后从面板的背面反射的光。同样，硅基液晶(LCOS)装置依赖于从光阀的底板反射的光来照亮显示像素。然而，LCD吸收相当大一部分穿过该组件的光，并且诸如包括光源30的阵列或荧光灯管(例如，如图1A中所示的发光二极管(LED)，和如图1B中所示的荧光管)在内的背光源22等人造光源有助于为高度可见图像产生足够强度的像素或者有助于在较差照明条件下照亮显示器。可能不会对于显示器的每个像素都存在一光源30，因此，来自一般点光源(例如LED)或一般线光源(例如荧光管)的光典型地由扩散面板24弥散开，使得面板28的前表面的照明更加均匀。
从背光源22的光源30发出的光包括在随机平面中振动的电磁波。只有那些在起偏器的光轴的平面中振动的光波能够穿过起偏器。光阀26包括具有成一角度排列的光轴的第一起偏器32和第二起偏器34，使得通常情况下光不能穿过这一系列起偏器。图像可用LCD来显示，是因为介于第一起偏器32和第二起偏器34之间的液晶层36的局部区域可以被电控制，以改变光的振动平面相对于起偏器的光轴的对准情况，并从而调制与显示像素阵列中各个单独的像素36相对应的面板局部区域的透光率。
液晶分子36构成的层占据单元间隙，该单元间隙具有由第一起偏器32和第二起偏器34的表面形成的壁。单元间隙的壁被摩擦以生成与对应起偏器的光轴对准的微观槽。这些槽使得与单元间隙的壁相邻的液晶分子层与相关起偏器的光轴对准。由于分子力的作用，跨越单元间隙的分子列中的各相继分子将试图与其邻近者对准。结果是，液晶层包括桥接单元间隙的液晶分子的无数扭转列。当发源于光源元件42并穿过第一起偏器32的光40穿过液晶列的各半透明分子时，其振动平面被扭转使得当光到达单元间隙的远侧时，其振动平面与第二起偏器34的光轴对准。在第二起偏器34的光轴的平面中振动的光44可以穿过第二起偏器以在显示器28的前表面处产生明亮的像素38。
为了使像素28变暗，将电压施加于单元间隙的壁上所沉积的透明电极的矩形阵列中的空间上对应的电极。所产生的电场使得与电极相邻的液晶分子朝着与电场对准的方向旋转。效果是解除分子列的扭转使得光的振动平面随着电场强度的增加而逐渐朝远离起偏器的光轴的方向旋转，并且光阀26的局部透光率被减小。随着光阀26的透光率减小，像素28逐渐变暗，直到获得来自光源42的光40的最大衰减。彩色LCD显示是通过改变构成显示像素的多个原色(典型地是红、绿和蓝)元件中的每个元件的透过光的强度来产生的。同样可以使用其它结构的配置。
LCD使用晶体管作为每个像素的选择开关，并采用把显示的图像保持一个帧周期的显示方法(下文中称作“保持型显示器”)。相反，CRT(下文中称作“脉冲型显示器”)包括在被选择之后立即变暗的被选像素。在类似CRT的脉冲型显示器的情况下，在以60Hz重写的运动图像的各帧之间显示变暗的像素。即，在除图像被显示的时间段以外的时间内显示变暗像素的黑色，并且将运动图像的一个帧作为独立的图像分别呈现给观看者。因此，图像在脉冲型显示器中被观察为清楚的运动图像。因此，在图像显示器中的时间轴保持特性方面，LCD在根本上不同于CRT。因此，当在LCD上显示运动图像时，会引起诸如图像模糊等图像恶化。该模糊效应的主要起因来源于即使图像以例如60Hz的离散步骤被重写，(当观看者的眼球移动是跟随运动时)仍跟随运动图像中的移动对象的观看者。眼球具有即使移动对象以“保持型”方式被离散地呈现，仍试图平稳地跟随该移动对象的特性。
在保持型显示器中，一帧运动图像的显示图像被保持一个帧周期，并且在该对应的周期期间作为静止图像呈现给观看者。因此，即使观看者的眼球平稳地跟随移动对象，显示的图像仍在一个帧周期内静止不动。因此，移位的图像根据移动对象的速度而被呈现在观看者的视网膜上。因此，对观看者而言图像由于眼睛的整合而看起来模糊。另外，由于在观看者的视网膜上呈现的各图像之间的变化随着速度的提高而增大，所以这样的图像会变得更模糊。
在背光显示器20中，背光源22包括可局部控制的光源30的阵列。背光源的各个单独的光源30可以是发光二极管(LED)，荧光体和透镜构成的装置，或其它适合的发光装置。此外，背光源可以包括一组可独立控制的光源，诸如一个或多个冷阴极射线管。发光二极管可以是“白色”发光二极管和/或分立的有色发光二极管，使得背光阵列包括多个不同的有色发光元件。背光阵列22的各个单独的光源30可被独立控制以便以与其它光源输出的光的亮度级相独立的亮度级输出光，使得可以响应于任何适合的信号来调制光源。类似地，可以在背光源上覆盖膜或材料以获得空间和/或时间的光调制。
参考图2，阵列22的光源30(图示为LED)典型地布置成矩形阵列的行(例如(用括号指示出的)行50A和50B)和列(例如(用括号指示出的)列52A和52B)。背光源的光源30的输出由背光驱动器53控制。光源30由发光元件驱动器54驱动，发光元件驱动器54通过启动列选择晶体管55来选择发光元件列52A或52B并把被选列的被选光源30连接至地56，来对发光元件通电。处理关于将要显示的图像的像素的数字值的数据处理单元58提供信号给发光元件驱动器54，以便选择与所显示像素相对应的适当的光源30并用一定功率水平驱动该光源以产生该光源的适当的照度级。
图3示出液晶面板内的典型数据路径的框图。视频源(视频数据)100可以从任何适合的源(诸如电视广播、因特网连接、文件服务器、数字视频盘、计算机、视频点播或广播等)提供。将视频源100提供给扫描和定时发生器102，在扫描和定时发生器102中视频源被转换成用于在显示器上呈现的适合的格式。在许多情况下，每条线的数据都被提供给与帧缓冲器106协同的过驱动装置(overdrive)104，以补偿显示器的迟缓时间响应。过驱动装置可以根据期望而在本质上是模拟的。来自过驱动装置104的信号在数据驱动器108中被优选地转换成电压值，该电压值被输出到显示器的各个单独的数据电极。发生器102也提供时钟信号给门驱动器110，从而每次选择一行，所述门驱动器110将数据电极上的电压数据存储在显示器的每个像素的存储电容器上。发生器102也提供背光控制信号给背光控制器112，以控制来自背光源的亮度级和/或控制在空间不均匀的背光源的情况下提供的光的色彩或色彩平衡(例如，基于图像内容进行控制，和/或在空间方面在显示器的不同区域中进行不同的控制)。
液晶显示器由于起偏器的消光比和液晶材料的缺陷而具有受限的动态范围。为了显示高动态图像，可以使用低分辨率发光二极管(LED)背光系统来调制馈送到液晶材料的光。通过LED和LCD的组合，可以获得非常高动态范围的显示。出于成本原因，LED典型地具有比LCD低的空间分辨率。由于LED的较低分辨率，基于该技术的高动态范围显示器不能显示高空间分辨率的高动态图案。但是它能够同时显示非常明亮的图像(>2000cd/m2)和非常暗的图像(<0.5cd/m2)。不能显示高空间分辨率的高动态范围不是严重的问题，因为人眼在局部区域中具有受限的动态范围，并且由于视觉掩蔽，人眼几乎不能察觉高空间频率内容的受限动态范围。
图4示出一种先前存在的技术，其用于将高空间分辨率高动态范围(HDR)图像转换成较低分辨率发光二极管(LED)图像和高分辨率液晶显示器图像。从HDR图像中提取亮度。所提取的亮度然后被低通滤波，并被子采样到LED阵列的分辨率。可以处理滤波和子采样后的图像以减小串扰效应。串扰校正后的图像可以发送到光栅解码器并显示在HDR显示器的LED层上。
可以通过将向上采样的LED图像与LED的点扩散函数卷积来预测合乎需要的背光图像。通过将原始HDR图像除以预测的背光图像以获得模拟的背光，来导出LCD图像。由于最终显示的图像是LED背光图像和LCD透光率的乘积，所以这种方法再现了原始HDR图像。不幸地，使用这种技术得到的显示图像倾向于具有在空间范围方面受到限制的受限的明亮镜面加亮区。因此，许多HDR图像包含极端明亮、但是在空间范围方面非常小的镜面加亮区，其可能无法充分地在显示器上表现出来。
已确定的是，低通滤波处理抹去了该镜面加亮区，使得对应LED具有较低的值。传统上已经认为，在低通滤波处理中损失的任何空间细节都可以在除法操作中得到恢复。尽管在滤波步骤中损失的任何空间细节在理论上都能够经由除法操作在LCD图像中得到恢复，但结果是LCD由于其受限的范围(其透光率无法超过1)而不能恢复明亮镜面加亮区。因此，尽管HDR能够显示明亮加亮区，但是这些镜面加亮区在最终的显示图像中丢失了。
还确定的是，对于图像中的不极端明亮和不极端黑暗的区域，低通滤波是很适用的。因此，可以使用另一标准来解决低通滤波例外地不有效的那些区域。除了使用低通滤波后的图像来导出LED图像之外，系统还可以使用最大图像(或者与存在重要值的区域相关的某个值)，所述最大图像是HDR图像中的局部最大值除以LCD的最大透光率而得到的。
另外，已确定的是，LED点扩散函数(PSF)中的大范围扩散会导致图像的潜在对比度的降低，并且还不能使显示器的功率消耗最小化。为了提高对比度，可以使用改进的方法来导出LED驱动值，以在背光图像中获得较高对比度。所产生的较高对比度背光图像与高分辨率LCD图像的组合可以产生动态范围高得多的待显示图像，并且还可以减小LED背光源的功率消耗。
根据更进一步的研究，运动图像倾向于比预期中闪烁得更厉害，即显示器输出的波动。在考虑了显示器的特定配置(即，LCD与LED阵列的组合)之后，已确定的是，LCD层的时间响应以可能会导致闪烁的方式不同于LED阵列。一般而言，LED具有比LCD层快得多的时间响应。另外，导致闪烁的这些误差可能是由于点扩散函数近似中的不精确性，这可能会随显示器的不同而变化并随LED的不同而变化。另外，LED阵列的粗糙特性倾向于导致对LED值的粗糙选择，通常是开启或关闭。
图1示出利用LED层作为LCD的背光源的HDR显示器的示意图。来自LED阵列的光穿过扩散层并照射LCD。背光图像由下式给出：
bl(x,y)＝LED(i,j)*psf(x,y) (1)
其中LED(i,j)是每个LED的LED输出水平，并且psf(x,y)是扩散层的点扩散函数。*表示卷积运算。背光图像进一步由LCD调制。
显示的图像是LED背光和LCD的透光率TLCD(x,y)的乘积。
img(x,y)＝bl(x,y)TLCD(x,y)＝(led(i,j)*psf(x,y))TLCD(x,y) (2)
通过将LED和LCD组合，显示的动态范围是LED和LCD的动态范围的乘积。为简单起见，可以使用限制于0和1之间的归一化的LCD和LED输出来表示上述符号的值。
图5示出一种示例性技术，其用于通过提供修改后的数据给背光阵列来将所接收的HDR图像900转换(修改)成低分辨率LED图像902，并且通过提供修改后的数据给光阀来将所接收的HDR图像900转换(修改)成高分辨率LCD图像904。LCD分辨率是m x n像素，其范围是从0至1，0是黑色且1是最大透光率。LED分辨率是M x N，其中M<m且N<n。为简单起见，可以假定HDR图像具有与LCD相同的分辨率。如果HDR图像具有不同的分辨率，那么可以使用缩放(scaling)或裁剪(cropping)步骤来将HDR图像转换成LCD图像分辨率。
可以使用1维查找表901来将(诸如以sRGB色彩空间表示的)HDR图像线性化。线性化的HDR图像通过扩散屏的点扩散函数(或其它函数)被低通滤波，并被子采样(向下采样)到中间分辨率(M1xN1)906。中间分辨率的一个实例是LED分辨率的八倍(8Mx8N)。可以使用子采样的图像的额外分辨率来减少由于一系列视频帧上的移动对象而发生的闪烁，并保持镜面加亮区。LED矩阵中的附加数据点还允许当在视频图像中发生移动时，LED值能够平滑地转变。这便于一个LED(例如，第一有色发光元件)的值随着相邻LED(例如，具有与第一有色发光元件不同的颜色的第二有色发光元件)的值逐渐增大而逐渐减小，这减小了在变化更加突然的情况下将会导致的图像闪烁。通过使用这种形式的“运动约束”，可以减小第一和第二有色发光元件之间的串扰。
为低通滤波子采样后的图像910的每个像素块，选择块最大值912(或其它适合的值)。根据期望，对每个块的处理可以在各块之间有一些重叠的情况下对应于中间分辨率，即，块尺寸是(1+k)*(m/M x n/N)，其中k(即0.25)是重叠因子。对于每个块，使用块最大值(或其它适合的值)来形成LEDmax图像(MxN)914。应理解的是，可以使用任何适合的技术来基于像素位置、区域和/或邻近区域为每个位置定义最大值(或其它适合的值)。
为低通滤波子采样后的图像910的每个像素块，选择块平均值916(或其它适合的值)。根据期望，对每个块的处理可以在各块之间有一些重叠的情况下对应于中间分辨率，即，块尺寸是(1+k)*(m/M x n/N)，其中k(即0.25)是重叠因子。对于每个块，使用平均值(或其它适合的值)来形成LEDmean图像(MxN)918。平均值图像918可以包括处于均匀区域中的范围的黑暗部分的一组值，然后通过组合低背光级，LCD倾向于通常不透光或者通常完全透光。在有噪声输入的情况下，使LCD工作在其极端状态倾向于看起来有噪声。为了增强平均值图像918以降低其最后得到的视觉噪声，可以使用包括暗区域补偿(offset)和跨越其范围的非线性扩展的一维查找表920以提高暗区域中的值，诸如图6中所示。这提供了补偿且色调调整后的平均值图像922。应理解的是，可以使用任何适合的技术来基于位置、区域和/或邻近区域为每个位置定义平均值(或其它适合的值)。
从这两个LED图像914和922中，选择LEDmax914和LEDmean922中的较大者924。该较大值有助于说明以下事实：低通滤波倾向于减小在不进行低通滤波情况下已经表现在显示器上的动态范围。考虑局部最大值有助于保持镜面加亮区。根据期望，对于非镜面加亮区，系统可以增大背光级，这由LCD补偿以确保朝向LCD色调曲线的下端的操作。
最大值924的输出是目标背光级，并且其尺寸可以与主动背光块的数目(MxN)相同。如前所述，强度波动(通常被称为闪烁)可以在对象移动跨越LED边界时观察到。物体移动使LED驱动值突然变化。理论上，背光中的变化可以由LCD补偿。但是由于LED和LCD之间的定时差异以及在补偿计算中使用的点扩散函数和LED的实际点扩散函数的失配，存在着一些小的强度变化。次要的小强度变化常常不是令人不快的。然而，当观看者的眼睛跟踪一对象时，小的背光变化就会变成周期性的令人不快的波动。波动的频率是视频帧速率和用每帧的LED块表示的对象运动速度的乘积。如果对象在8个视频帧中移动跨越一个LED块并且视频帧速率是60Hz，那么闪烁频率是60hz*0.125＝7.5Hz。这大约处于人类视觉对闪烁的敏感度的峰值，并且会产生非常恼人的伪像。为了减少这种运动闪烁，系统可以包括运动自适应技术924，以减小当对象移动越过LED栅格时的突然LED变化。
运动自适应技术924可以使用运动检测926，其可以是将视频图像分类为两类，有充分运动的那些区域和无充分运动的那些区域。在运动区域中，可以减小背光对比度使得LED驱动值中有更少的突然变化。在不充分运动的区域中，可以保持背光对比度以提高对比度并减小功率消耗。
可以在分辨率为M1xN1的子采样后的图像上执行运动检测。可以将当前帧的值与先前帧中的对应块进行比较。如果差值大于阈值，那么将包含该块的背光块归类为运动块。在优选实施例中，每个背光块包含8x8个子块。运动检测处理可以如下所述：
对于每个帧：
(1)计算当前帧的输入图像中的每个子块的平均值。
(2)如果该帧中的平均值与先前帧的子块平均值之间的差值大于阈值(诸如整个范围的5％)，那么包含该子块的背光块是运动块。如此形成了第一运动图(motion map)。
(3)在所述运动图上执行形态学膨胀操作(将与运动块邻近的静止块改变成运动块)，以形成第二扩大运动图。
(4)对于每个背光块，基于运动检测结果更新运动状态图：
(i)如果是运动块，
mMap(i,j)＝min(4,mMap(i,j)+1)；
(ii)否则(静止块)
mMap(i,j)＝max(0,mMap(i,j)-1)。
LED驱动值由下式给出：
LED 2 ( i , j ) = ( 1 - mMap 4 ) LED 1 ( i , j ) + mMap 4 LED max ( i , j ) - - - ( 3 )
其中LEDmax是以当前LED为中心的窗口中的LED的局部最大值。一个实例是3x3的窗口。另一实例是5x5的窗口。
可选实施例使用运动估计。窗口与运动矢量对准。该方法减小了窗口尺寸并且保持了非运动方向上的对比度，但是运动矢量的计算比运动检测更加复杂。
由于LED的PSF大于LED间隔从而提供更均匀的背光图像，所以在位置紧靠在一起的LED元件之间存在相当大的串扰。LED可以具有M1 x N1的尺寸并且具有从0至1的范围。由于扩散屏的PSF典型地大于LED间隔以便提供更均匀的背光图像，所以在位置紧靠在一起的LED元件之间倾向于存在相当大的串扰。图7示出一种典型的LEDPSF，其中PSF延伸超出一特定LED的边界。
由于扩散屏的PSF，任何LED都具有来自其全部邻近LED的贡献。尽管在给出LED驱动信号的情况下可以使用等式2来计算背光，但是导出LED驱动信号以获得目标背光图像是反演问题。该问题导致不适定的反卷积问题。传统上，可以使用卷积核来导出LED驱动信号，如等式3所示。串扰校正核系数(c1和c2)是负数以补偿来自邻近LED的串扰。
crosstalk = c 2 c 1 c 2 c 1 c 0 c 1 c 2 c 1 c 2 - - - ( 4 )
串扰校正矩阵确实减小了来自其直接邻近者的串扰效应，但是所得到的背光图像仍然不准确且具有低对比度。另一问题是，它会产生许多必须被截短的超范围的驱动值，这会导致更多误差。
由于LCD输出不能大于1，所以导出led驱动值使得背光大于目标亮度，即
led(i,j):{led(i,j)*psf(x,y)≥I(x,y)} (5)
上述文法使用“:”来表示用于获得波形括号中函数的期望LED值的约束条件。因为对比度(CR)由于泄漏而有限，所以LCD(x,y)通常不再能达到0。解决方案是，当目标值小于LCD泄漏时，减小led值以再现黑暗亮度。
led ( i , j ) : { led ( i , j ) &CircleTimes; psf ( x , y ) < I ( x , y ) &CenterDot; CR } - - - ( 6 )
另一特征是功率节省，使得总LED输出应该被最小化或减小。
led ( i , j ) : { min &Sigma; i , j led ( i , j ) } - - - ( 7 )
闪烁至少部分地是由于LED的非定常响应与LCD和LED之间的失配的结合。失配可能是空间上的或时间上的。可以通过减小当点对象移动通过LED栅格时的总led输出波动来减少闪烁。
led ( i , j ) : { min ( &Sigma; i , j led ( i , j ) - &Sigma; i , j led ( i - x 0 , j - y 0 ) ) } - - - ( 8 )
其中x0和y0是距LED的中心的距离。闪烁可以通过时间IIR滤波来进一步减少。
一种用于导出满足等式6、7和8的背光值的高效计算技术可能会涉及以下步骤：
(1)用于在led>0的约束条件下导出LED驱动值的单程技术。
(2)后处理：对于具有大于(最大值)的驱动值的那些LED，将那些值的阈值设为1(或其它适合的值)，然后使用误差扩散技术将误差分配给其邻近LED。
尽管可以使用迭代技术，但是用于导出LED驱动值(即，导出提供给背光阵列的数据，参见图5的框926)的优选技术是非迭代的，并且因此在计算方面更高效。图8示出了优选的单程技术。计算新帧的目标背光(BL)和先前帧的背光(BLi-1)之间的差值。先前帧的背光(BLi-1)由BL缓冲器提供。该差值可以通过缩放因子(诸如范围是PSF的总和的倒数(inverse)的0.5到2.0倍的缩放因子)来缩放。新驱动值(LEDi)是先前LED驱动值(LEDi-1)与上述缩放后的差值的总和，其中所述先前LED驱动值(LEDi-1)是先前提供给背光阵列的数据。然后通过新LED驱动值和LED的PSF的卷积来估算提供给背光(BLi)的新数据。
根据优选的单程技术导出的LED值可以小于0且大于1。由于只能在0(最小值)和1(最大值)之间驱动LED，所以应该将这些值截短到0至1的范围。截短至0仍然满足等式4，但是截短至1不满足等式4。这种截短会引起背光的不足。达到1所缺的不足量可以通过增大其邻近LED的驱动值来得到补偿，诸如图9所示。因此，使用与先前背光照度相关的信息来选择下一背光级。
一种后处理技术可以用来扩散该截短误差，诸如下述：
(1)对于>1的这些ledi,j
(2)tmpVal＝ledi,j-1
(3)设置ledi,j＝1
(4)将4个邻近LED排列成升序
(5)如果(max-min<min(diffThd,tmpVal/2)
则将所有邻近LED增大tmpVal/2
(6)否则
将它们增大errWeight*tmpVal*2
ErrWeight是基于排位次序的误差扩散系数的阵列。在优选实施例中，errWeight＝[0.75 0.5 0.5 0.25]，其中最大系数用于具有最低驱动值的邻近LED，且最小系数用于具有最高驱动值的邻近LED。一般而言，额外的光是通过增大具有较少照度的LED的照度，同时降低具有较大照度的LCD的照度而获得的，使得总照度大致不变。
可以使用类似的扩散处理来将误差扩散至角落处的邻近者，以进一步提高小对象的亮度。
由于LED分辨率比LCD的分辨率低得多，所以在LED PSF中存在相当大的扩散。如果在原始图像中存在急剧转变，那么暗区域的背光显著地高于所需，因此LCD层可以进行补偿。对于补偿至少有两个问题：(1)有限的对比度阻止精确补偿，以及(2)即使补偿对于正面观察很适用，但是在倾斜观察角度时由于LCD透光率的角度依赖性而不倾向于适用。LED背光和LCD之间的这种失配可能会导致不希望有的晕环伪像，如图10所示。
为了避免或减少这种晕环伪像(图5的框928)，可以改变LED驱动值以便减小暗区域中的突然背光变化。晕环减少装置928的输出产生可以提供给LED驱动器电路930的LED图像902。
因此，如果像素值(发光元件值)低于阈值，那么系统探测该像素的邻近者。如果在邻近者中存在明亮像素(即，在附近的发光元件值中有至少一个近邻发光元件值具有足够大的值)，那么系统可以基于到该明亮像素的距离来加亮暗斑。越靠近该明亮像素，就加亮得越多。在这种情况下，发光元件值的邻近者包括至少一个相邻发光元件。还可以包括发光元件值附近的至少四个相邻发光元件。
另一种伪像是由于彩色LED和LCD的滤色器之间的串扰而引起的彩色晕环。图11示出其上设有蓝色和绿色LED的蓝色(LCD)通道的测量光谱。在该实例中，蓝色和绿色LED中的一个是第一有色发光元件，且另一个是第二有色发光元件。520nm波长处的第二峰值来自绿色LED。这种串扰会引起与绿色LED和蓝色LCD的乘积成比例的色移。
参考图12，可以使用适合的技术来减小从绿色LED到蓝色LCD的串扰。图12中所示的技术涉及(1)通过绿色LED与点扩散函数(PSF)的卷积来估算绿色背光，(2)增大蓝色权重的值(计算蓝色LED增大权重)，(3)通过与诸如图12中所示的模糊核卷积来使加权图(weighted map)模糊，(4)基于蓝色权重的值来增大蓝色LED，以及(5)减小绿色LCD以补偿蓝色滤波器泄漏。以类似的方式，可以使用适合的技术来减小从绿色LED到红色LED的串扰、从蓝色LED到绿色LCD的串扰、从蓝色LED到红色LCD的串扰、从红色LED到蓝色LCD的串扰、以及从红色LED到绿色LCD的串扰。
在现有的系统中，LCD透光率是通过将输入图像除以背光而导出的，诸如：
TLCD(x,y)＝img(x,y)/bl(x,y) (9)
但是实现除法在计算上是昂贵的，因此如果取等式9的对数，则在计算上更高效，如下：
log(TLCD(x,y))＝log(img(x,y))-log(bl(x,y)) (10)
可以将LED图像902向上采样到背光预测规模940。该向上采样预测图像可以与背光元件点扩展函数942卷积。然后，将该卷积后的数据向上采样到LCD采样944，以产生背光密度。
可以使用一维查找表(1D LUT)来将线性亮度值转换成密度值，诸如框946和954(即，从“大致线性”数据转换成“大致非线性”数据)。LCD密度可以通过从图像密度954中减去背光密度946而导出，从而获得LCD密度956。换言之，结果是大致非线性数据差值。可以使用另一1D LUT 948来将LCD密度956转换到代码值域，如图13所示。可以将彩色晕环校正950应用于1D LUT 948的输出，以获得LCD图像904。将LCD图像904提供给LCD驱动器电路952使得其适合于为图像提供期望的照度。
上述方法可以与诸如图14所示的液晶显示器一起使用。所述液晶显示器包括可分别单独控制的发光元件的背光阵列，以及与可分别单独控制的发光元件相对应的光阀。所述显示器包括：接收器1010，用于接收图像；第一修改器1020，用于修改所述图像以提供数据给光阀；第二修改器1030，用于修改所述图像以提供数据给背光阵列，其中背光阵列具有多个不同的有色发光元件；其中提供给背光阵列的数据至少部分地基于对第一有色发光元件的值和具有与第一有色发光元件不同的颜色的相邻第二有色发光元件的值中的至少一个值的修改的约束，以减小第一和第二有色发光元件之间的串扰；其中提供给与可分别单独控制的发光元件相对应的光阀的数据适合于为图像提供期望的照度。
通过引用将本文中提到的所有参考文献结合在本文中。
前述说明书中已经采用的术语和表述在这里是在说明的意义上、而不是在限制的意义上使用的，并且使用这样的术语和表述并非意在排除所示出和描述的特征或其一部分的等效形式。应认识到的是，本发明的范围仅由随后的权利要求限定。

Claims (6)

1.一种用于在液晶显示器上显示图像的方法，所述液晶显示器包括：可分别单独控制的发光元件的背光阵列，以及与所述可分别单独控制的发光元件相对应的光阀，所述方法包括：
(a)接收一图像；
(b)修改所述图像以提供数据给所述光阀；
(c)修改所述图像以提供数据给所述背光阵列；
(d)其中提供给所述背光阵列的所述数据至少部分地基于以下约束：如果一发光元件值低于阈值并且邻近发光元件值中的至少一个邻近发光元件值为足够大的值，则基于到该具有足够大的值的发光元件的距离来增大低于所述阈值的所述发光元件值；
(e)其中提供给与所述可分别单独控制的发光元件相对应的所述光阀的所述数据适合于为所述图像提供期望的照度。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述邻近发光元件值包括至少一个相邻发光元件值。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述邻近发光元件值包括至少四个相邻发光元件值。
4.一种液晶显示器，所述液晶显示器包括：可分别单独控制的发光元件的背光阵列，以及与所述可分别单独控制的发光元件相对应的光阀，所述液晶显示器包括：
接收器，用于接收图像；
第一修改器，用于修改所述图像以提供数据给所述光阀；
第二修改器，用于修改所述图像以提供数据给所述背光阵列；
其中提供给所述背光阵列的所述数据至少部分地基于以下约束：如果一发光元件值低于阈值并且邻近发光元件值中的至少一个邻近发光元件值为足够大的值，则基于到该具有足够大的值的发光元件的距离来增大低于所述阈值的所述发光元件值；
其中提供给与所述可分别单独控制的发光元件相对应的所述光阀的所述数据适合于为所述图像提供期望的照度。
5.如权利要求4所述的液晶显示器，其中所述邻近发光元件值包括至少一个相邻发光元件值。
6.如权利要求5所述的液晶显示器，其中所述邻近发光元件值包括至少四个相邻发光元件值。
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