CN104700775A - 图像显示方法以及图像显示亮度调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于环境光的图像显示方法和一种图像显示亮度调节装置，适于应用于具有光学传感器的显示装置。所述图像显示方法包括步骤：感测所述显示装置的环境光亮度；根据感测到的环境光亮度以非线性方式改变所述显示装置的欲显示图像的显示亮度，其中，低显示亮度区间(低灰度区间)的亮度改变率大于高显示亮度区间(高灰度区间)的亮度改变率；以及按照改变后的显示亮度显示所述欲显示图像。由于本发明可以根据环境光的变化或所处时间段来调节显示图像的显示亮度，因此可以提升不同环境光下显示图像的质量、降低成本和功耗。

Description

图像显示方法以及图像显示亮度调节装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别涉及一种图像显示方法以及一种图像显示亮度调节装置。

背景技术

LED(Light Emitting Diode，发光二极管)全彩显示屏越来越广泛的应用于户外场景，如商场、娱乐场所、工厂、学校等大型场所，由于户外强光的作用，导致白天显示屏对比度下降，图像变暗。为了使显示图像在环境光下依然有良好的视觉效果，LED全彩显示屏行业也越来越关注环境光下LED显示质量提升技术。

最高对比度是能客观评价LED显示屏视频显示效果的重要指标，决定了显示屏的清晰程度，对显示效果有很大影响。如果存在环境光线，显示器的图像就不可避免会受到干扰，因为还没有不反光的面板材料出现。面板反光是要叠加在显示器发出的光线之上的，因此即便是一台100000∶1的显示器在太阳底下也很难看清东西。举例说明，一台显示器的全白亮度为250cd/m²，全黑亮度为0.1cd/m²，那么在不存在环境光线的情况下的最大对比度为2500∶1，当面板反射光在特定角度下带来的亮度为0.5cd/m²时，它的对比度就变为(250+0.5)/(0.1+0.5)＝417∶1，一点点环境光线就会明显影响显示器的对比度，更要注意的是环境光线基本是有色光线，叠加在显示器上还会影响色彩表现，因此行业内显示屏制造商会尽可能提高显示屏最大亮度，降低屏幕反射率，例如用黑面罩、黑灯等。目前LED行业解决此问题的主要方法有：

1)降低LED显示屏表面反射率。根据LED显示屏测量方法得知，对比度指标的表达式为C＝(Lmax-LD)/LD，其中，Lmax为显示屏的最大亮度，LD为背景亮度。背景亮度是由LED显示屏的面板和LED发光管反射外界光照产生的，即测得的背景亮度LD数值是由面板的反射系数和发光管的反射系数决定。面板的反射系数越大，测得的背景亮度的数值也越大，得到的对比度的数值会越小。故目前主要是在LED面板及LED发光管进行特殊工艺处理，降低LED面板反射率，从而提高LED显示屏对比度。目前市面上使用较多的是LED发光管表面刷墨和LED发光管使用黑色PPA材质。虽然这种方法可以有效提升显示图像的对比度、改善图像质量，但是在制作工艺上存在一定的难度，硬件实施起来比较困难，同时也会大大增加生产商的成本。

2)提高显示屏的最大亮度。当外界环境光的作用导致显示屏背景亮度变大时，提高显示屏最大亮度，增大最大亮度与背景亮度的差值，可有效提高户外显示屏的对比度效果；但这种方法也直接带来了功耗的问题，亮度越大，耗能越多，这也会降低LED显示屏的寿命。又由于设备自身条件的限制，显示屏的亮度范围是有限的，在技术上实现也是一个难点。另外，显示亮度在某些场合并不是越大越好，如暗环境下，如果亮度过高，会形成光污染，对观察者的视力造成伤害。

因此，如何以较低生产成本和较低技术难度来提升LED显示屏的对比度以实现显示效果的优化是目前亟待解决的问题之一。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供一种基于环境光的图像显示方法以及一种图像显示亮度调节装置。

具体地，本发明实施例提供的一种基于环境光的图像显示方法，适于应用于具有光学传感器的显示装置。所述图像显示方法包括步骤：感测所述显示装置的环境光亮度；根据感测到的环境光亮度以非线性方式改变所述显示装置的欲显示图像的显示亮度，其中，低显示亮度区间的亮度改变率大于高显示亮度区间的亮度改变率；以及按照改变后的显示亮度显示所述欲显示图像。

在本发明的一个实施例中，上述根据感测到的环境光亮度以非线性方式改变所述显示装置的欲显示图像的显示亮度包括：根据感测到的环境光亮度获取相对应的亮度调节曲线，其中，所述亮度调节曲线对应所述低显示亮度区间的部分的斜率大于对应所述高显示亮度区间的部分的斜率；以及按照所述亮度调节曲线调节所述欲显示图像的显示亮度。

在本发明的一个实施例中，上述亮度调节曲线为显示图像的改变前显示亮度(对应所有灰度的改变前显示亮度)和改变后显示亮度之间的关系曲线、或者为显示图像的所有灰度和改变后显示亮度之间的关系曲线。

在本发明的一个实施例中，上述环境光亮度的越高，则所述低显示亮度区间的亮度改变率越大

在本发明的一个实施例中，当定义所述显示装置显示图像的最高灰度为M且最低灰度为0，则低灰度范围为[0，M/5]，高灰度范围为[3M/5，M]；所述低显示亮度区间为所述显示装置显示位于所述低灰度范围内的灰度所对应的亮度区间，所述高显示亮度区间为所述显示装置显示位于所述高灰度范围内的灰度所对应的亮度区间。

此外，本发明实施例提供的一种图像显示亮度调节装置，适于应用于显示装置。所述图像显示亮度调节装置包括：参数获取模块，用于获取显示亮度的调节触发参数；显示亮度调节模块，用于在所述调节触发参数的触发下以非线性方式改变所述显示装置的欲显示图像的显示亮度，其中，所述欲显示图像的低灰度区间的亮度改变率大于高灰度区间的亮度改变率。

在本发明的一个实施例中，上述调节触发参数为感测到的所述显示装置的环境光亮度。

在本发明的一个实施例中，上述显示亮度调节模块具体用于根据感测到的环境光亮度得到相对应的亮度调节曲线并按照所述亮度调节曲线调节所述欲显示图像的显示亮度，且所述亮度调节曲线对应所述低灰度区间的部分的斜率大于对应所述高灰度区间的部分的斜率。

在本发明的一个实施例中，上述欲显示图像的改变前显示亮度和改变后显示亮度满足关系式：

g_output(x，y)＝[f_input(x，y)]^γ

$\mathrm{\γ}=\frac{\left(\log \left(L_{\mathrm{light}}\right)\right)}{\log (L_{\mathrm{light}}+L_{\mathrm{range}})}/\frac{\left(\log \left(L_{\mathrm{dark}}\right)\right)}{\log (L_{\mathrm{dark}}+L_{\mathrm{range}})}$

其中，g_output(x，y)为所述欲显示图像的像素的改变后显示亮度，f_input(x，y)为所述欲显示图像的像素的改变前显示亮度，(x，y)为所述欲显示图像的像素的坐标，γ为亮度调节参数，L_light为所述环境光亮度，L_dark为环境光参考亮度，L_range为所述显示装置的屏幕亮度范围值且等于所述显示装置的全白画面亮度和全黑画面亮度的差值。

在本发明的一个实施例中，上述调节触发参数为所述显示装置当前所处时间段，所述亮度调节模块具体用于在不同的时间段按照不同的亮度调节曲线改变所述显示装置的欲显示图像的显示亮度。

在本发明的一个实施例中，当定义所述显示装置显示图像的最高灰度为M且最低灰度为0，则所述低灰度区间位于灰度范围[0，M/5]，所述高灰度区间位于灰度范围[3M/5，M]。

因此，本发明上述实施例可以根据环境光的变化或不同时段(对应不同的环境光亮度)调节显示图像的显示亮度，从而可以提升不同环境光下显示图像的质量、降低成本和功耗。

通过以下参考附图的详细说明，本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。

附图说明

下面将结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细的说明。

图1为本发明实施例的显示图像的灰度和改变后显示亮度之间的关系曲线图。

图2a及图2b为本发明实施例的类伽玛映射前后的效果图。

图3为本发明实施例提出的亮度调节方法与传统亮度调节方法的对比图。

图4为本发明实施例的一种图像显示亮度调节装置的主要功能模块图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

全局映射方法是对空间中的每个像素点使用相同的变换算法，其针对单个像素进行、不考虑空间邻域关系，因而实现简单、能有效保持像素亮度值序列关系。而本发明下述实施例提出的技术方案是根据不同环境光或者时间段(对应不同环境光)得到全局映射曲线，应用到欲显示图像中。

首先在环境光为零或者很弱时得到显示装置的显示图像的各个像素的显示亮度f_input(x，y)，此处的显示亮度优选为包括所有灰度级分别对应的显示亮度；然后根据不同的环境光或者时间段得到具有不同亮度调节参数值的全局映射曲线(亮度调节曲线)。此处的全局映射曲线例如是反映显示图像的不同显示亮度改变前和改变后之间的关系、又或者是反映显示图像的不同灰度和改变后显示亮度之间的关系，其可以用非线性函数来表征。

在获得不同环境光或者时间段下的全局映射曲线后，将其应用于显示装置以进行本发明提出的图像显示方法，也即使显示装置根据其当前的环境光亮度或当前所处时间段使用相对应的全局映射曲线对显示图像的各个像素的显示亮度进行非线性变换而得到各个像素的改变后显示亮度g_output(x，y)＝F(f_input(x，y))，其中F是全局映射函数。

能实现全局映射的方法有很多，这里以类伽玛全局映射为例，设显示装置的显示图像各个像素的改变前显示亮度为f_input(x，y)，(x，y)为显示图像的各个像素的坐标，经过类伽玛变换(也即一种非线性变换)后显示图像各个像素的改变后显示亮度为：

g_output(x，y)＝[f_input(x，y)]^γ

假设环境光的亮度为L_light，显示装置的屏幕亮度范围(也即显示装置的全白画面亮度和全黑画面亮度的差值)为L_range，暗环境下的亮度(也即环境光参考亮度)为L_dark，则γ值(也即亮度调节参数值)可以通过以下公式获得：

$\mathrm{\γ}=\frac{\left(\log \left(L_{\mathrm{light}}\right)\right)}{\log (L_{\mathrm{light}}+L_{\mathrm{range}})}/\frac{\left(\log \left(L_{\mathrm{dark}}\right)\right)}{\log (L_{\mathrm{dark}}+L_{\mathrm{range}})}$

图1为L_light＝100cd/m²，L_range＝1000cd/m²以及L_dark＝2cd/m²时的全局映射曲线图，由曲线图可知，图像低灰度区间(对应低显示亮度区间)的对比度有显著提升，暗调的细节被平滑的扩展。当受到环境光影响时，低灰度区间的细节可见性也会增强。本实施例中，当定义显示装置显示图像的最高灰度为M且最低灰度为0，则优选地低灰度范围为[0，M/5]，高灰度范围为[3M/5，M]；相应地，低显示亮度区间为显示装置显示位于低灰度范围[0，M/5]内的灰度所对应的亮度区间，高显示亮度区间为显示装置显示位于高灰度范围[3M/5，M]内的灰度所对应的亮度区间。并且，从图1中还可以发现，其最高灰度为255(也即M＝255)，映射曲线在低灰度区间的斜率大于在高灰度区间的斜率；尤其是在低灰度0～51区间，映射曲线的斜率比较陡；而且灰度越大，映射曲线的斜率显得越平缓。

图2a及图2b分别是类伽玛映射前后的效果图，其中图2a为受环境光影响的降质图，该图模拟叠加了一个反射底色，在亮环境下将显得偏暗，而且大量中低亮度区域(如树叶、花朵)细节难以辨认；图2b为类伽玛映射后的效果图，该图也模拟叠加了和图2a相同的反射底色，但亮环境下的偏暗问题得到缓解，同时图中各个区域的对比度都显著提升。

为便于更清楚地理解本发明，以下对本发明实施例的图像显示方法进行分析说明：

a)由于环境光的作用，会在显示装置的屏幕上形成一个底色，导致显示图像的动态范围降低，图像较暗的部分对比度下降，模糊不清；通过对图像的显示亮度做全局映射处理，可以使由于环境光作用损失的对比度得到补偿，提高显示效果；

b)由于本实施例的图像显示方法是利用通过不同的环境光或者不同的时间段而得到的具有不同亮度调节参数值的全局映射曲线进行亮度调节，在环境光很弱或者为0时不进行亮度调节，当环境光变强时全局映射曲线对于显示图像的低灰度区间有显著的亮度提升(相对于环境光弱或者为0而言)；

c)本实施例的图像显示方法主要是通过对欲显示图像做全局映射处理，无须增加额外的硬件资源；对于显示装置例如LED显示屏而言，供应商希望通过最小的成本、最低的功耗达到最佳的主观质量增强目的，而本图像显示方法就是在不增加额外的硬件资源和开销的条件下，能够有效地解决环境光下的图像降质问题。

d)由于环境光较强时，对比暗环境，图像的降质主要发生在低灰度区间(对应低显示亮度区间)，因此本实施例的图像显示方法主要是对低灰度区间的灰度分布进行拉伸，也即使欲显示图像的低灰度区间(对应低显示亮度区间)的亮度改变率大于高灰度区间(对应高显示亮度区间)的亮度改变率。在此，亮度改变率可具体定义为整个区间的斜率，例如区间内亮度最大值到最小值连接线的斜率。此外，随着环境光亮度越高，则相应地可设置为低灰度区间的亮度改变率越大，以有效提升显示装置在低灰部分的图像显示质量。

承上述，假设显示装置例如LED显示屏在亮环境照度下，传统做法是将LED显示屏的最大亮度由原先暗环境的1000cd/m²上升到6000cd/m²，这时图像每个灰度对应的亮度会等比(如图3中的直线)变大6倍。而本发明实施例除最大亮度提升外，还对每个灰度对应的亮度进行调节(如图3中的曲线)，而不是简单的提升6倍。例如，图3为本发明实施例提出的亮度调节方法与传统亮度调节方法的对比，应用本发明实施例的亮度调节方法将1000cd/m²上升到6000cd/m²时，处理之后将0-200cd/m²的亮度范围映射到0-2400cd/m²左右，而传统做法只能映射到0～1200cd/m²左右，显然本发明实施例的亮度调节方法在亮环境下显示效果更好。

此外，以下还提出一种采用本发明实施例的亮度调节方案的简单鉴别方法，也即：暗环境下，显示中低灰度任意值，比如依序显示灰度级为50的灰度画面、全白画面(对应灰度255)，测量出灰度为50的灰度画面的亮度和灰度255全白画面的亮度比值，记为a1；亮环境下，依序显示灰度级为50的灰度画面、全白画面，测量出此时灰度为50的灰度画面的亮度和灰度255全白画面的亮度比值，记为a2。若采用了本发明实施例的亮度调节方法，则a2大于a1。

值得一提的是，一般而言，显示装置需要具备光学传感器来对其环境光亮度进行感测，但也不排除通过时间段来区分环境光亮度(也即通过时间段间接获取环境光亮度)，这是因为室外显示装置在不同时间段的环境光亮度是不同的。

请参见图4，其为本发明实施例的一种图像显示亮度调节装置的主要功能模块图。如图4所示，本实施例的图像显示亮度调节装置40可由安装在硬件系统上的软件来实现，其可以应用于显示装置且包括参数获取模块41和显示亮度调节模块43。

具体的，参数获取模块41用于获取显示亮度的调节触发参数。此处，调节触发参数可以是由显示装置例如LED显示屏配备的光学传感器感测到的环境光亮度，也可以是显示装置当前所处的时间段。

显示亮度调节模块43用于在所述调节触发参数的触发下以非线性方式改变所述显示装置的欲显示图像的显示亮度，其中，所述欲显示图像的低灰度区间的亮度改变率大于高灰度区间的亮度改变率。具体地，当调节触发参数为感测到的环境光亮度时，显示亮度调节模块43可以根据感测到的环境光亮度获取相对应的亮度调节曲线并按照所述亮度调节曲线调节所述欲显示图像的显示亮度，且所述亮度调节曲线对应所述低灰度区间(对应于低显示亮度区间)的部分的斜率大于对应所述高灰度区间(对应于高显示亮度区间)的部分的斜率(可参见图1或图3)；在此情形下，环境光亮度与亮度调节曲线(全局映射曲线)之间的对应关系可以是一个环境光亮度区间对应一个亮度调节曲线。当调节触发参数为显示装置当前所处的时间段，则显示亮度调节模块43可以在不同的时间段按照不同的亮度调节曲线改变显示装置的欲显示图像的显示亮度。可以理解的是，无论调节触发参数为何种，所采用的亮度调节的基本原理是相同的，也即使低灰度区间(对应于低显示亮度区间)的亮度改变率大于高灰度区间(对应于高显示亮度区间)，以实现对低灰度区间的灰度分布进行拉伸。

进一步地，在本实施例的图像显示亮度调节装置40中，亮度调节曲线可以是前述类伽玛映射曲线，具体函数表达式可参见前文，在此不再赘述。

综上所述，本发明上述实施例根据环境光的变化或不同时段(对应不同的环境光亮度)调节显示图像的显示亮度，从而可以提升不同环境光下显示图像的质量、降低成本和功耗。

本文中应用了具体个例对本发明基于环境光的图像显示方法和图像显示亮度调节装置的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，本发明的保护范围应以所附的权利要求为准。

Claims (11)

1.一种基于环境光的图像显示方法，适于应用于具有光学传感器的显示装置；其特征在于，所述图像显示方法包括步骤：

感测所述显示装置的环境光亮度；

根据感测到的环境光亮度以非线性方式改变所述显示装置的欲显示图像的显示亮度，其中，低显示亮度区间的亮度改变率大于高显示亮度区间的亮度改变率；以及

按照改变后的显示亮度显示所述欲显示图像。

2.如权利要求1所述的图像显示方法，其特征在于，根据感测到的环境光亮度以非线性方式改变所述显示装置的欲显示图像的显示亮度包括：

根据感测到的环境光亮度获取相对应的亮度调节曲线，其中，所述亮度调节曲线对应所述低显示亮度区间的部分的斜率大于对应所述高显示亮度区间的部分的斜率；以及

按照所述亮度调节曲线调节所述欲显示图像的显示亮度。

3.如权利要求2所述的图像显示方法，其特征在于，所述亮度调节曲线为显示图像的改变前显示亮度和改变后显示亮度之间的关系曲线、或者为显示图像的灰度和改变后显示亮度之间的关系曲线。

4.如权利要求1所述的图像显示方法，其特征在于，所述环境光亮度越高，所述低显示亮度区间的亮度改变率越大。

5.如权利要求1至4任意一项所述的图像显示方法，其特征在于，当定义所述显示装置显示图像的最高灰度为M且最低灰度为0，则低灰度范围为[0，M/5]，高灰度范围为[3M/5，M]；所述低显示亮度区间为所述显示装置显示位于所述低灰度范围内的灰度所对应的亮度区间，所述高显示亮度区间为所述显示装置显示位于所述高灰度范围内的灰度所对应的亮度区间。

6.一种图像显示亮度调节装置，适于应用于显示装置；其特征在于，所述图像显示亮度调节装置包括：

参数获取模块，用于获取显示亮度的调节触发参数；

显示亮度调节模块，用于在所述调节触发参数的触发下以非线性方式改变所述显示装置的欲显示图像的显示亮度，其中，所述欲显示图像的低灰度区间的亮度改变率大于高灰度区间的亮度改变率。

7.如权利要求6所述的图像显示亮度调节装置，其特征在于，所述调节触发参数为感测到的所述显示装置的环境光亮度。

8.如权利要求7所述的图像显示亮度调节装置，其特征在于，所述显示亮度调节模块具体用于根据感测到的环境光亮度获取相对应的亮度调节曲线并按照所述亮度调节曲线调节所述欲显示图像的显示亮度，且所述亮度调节曲线对应所述低灰度区间的部分的斜率大于对应所述高灰度区间的部分的斜率。

9.如权利要求8所述的图像显示亮度调节装置，其特征在于，所述欲显示图像的改变前显示亮度和改变后显示亮度满足关系式：

g_output(x，y)＝[f_input(x，y)]^γ

$\mathrm{\γ}=\frac{\left(\log \left(L_{\mathrm{light}}\right)\right)}{\log (L_{\mathrm{light}}+L_{\mathrm{range}})}/\frac{\left(\log \left(L_{\mathrm{dark}}\right)\right)}{\log (L_{\mathrm{dark}}+L_{\mathrm{range}})}$

其中，g_output(x，y)为所述欲显示图像的像素的改变后显示亮度，f_input(x，y)为所述欲显示图像的像素的改变前显示亮度，(x，y)为显示图像的像素的坐标，γ为亮度调节参数，L_light为所述环境光亮度，L_dark为环境光参考亮度，L_range为所述显示装置的屏幕亮度范围值且等于所述显示装置的全白画面亮度和全黑画面亮度的差值。

10.如权利要求6所述的图像显示亮度调节装置，其特征在于，所述调节触发参数为所述显示装置当前所处时间段，所述显示亮度调节模块具体用于在不同的时间段按照不同的亮度调节曲线改变所述显示装置的欲显示图像的显示亮度。

11.如权利要求6所述的图像显示亮度调节装置，其特征在于，当定义所述显示装置显示图像的最高灰度为M且最低灰度为0，则所述低灰度区间位于灰度范围[0，M/5]，所述高灰度区间位于灰度范围[3M/5，M]。