CN105118433B - 显示屏显示优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种显示屏显示优化方法，包括步骤：(a)实时获取显示屏的当前环境光色温和当前环境光亮度；(b)基于所述当前环境光色温利用二元一次方程式计算所述显示屏的色温调节目标值；(c)基于所述当前环境光亮度利用分段函数计算所述显示屏的亮度调节目标值；以及(d)根据所述色温调节目标值和所述亮度调节目标值控制调节所述显示屏的色温和亮度。本发明在调节显示屏亮度的同时对显示屏的色温和/或对比度等参数进行控制，从而可以更好地适应显示屏周围环境的变化，提升画面显示质量。
Description
技术领域
本发明涉及显示控制技术领域，特别涉及一种显示屏显示优化方法。
背景技术
由LED点阵组成的显示屏具有较高的发光效率、使用寿命长、大视角范围等一些突出的优点，适合于户外显示的应用。然而，户外LED显示屏所处的环境光的变化对显示屏画面的显示效果产生了不同程度的影响，这一问题在一定程度上限制了户外LED显示屏的深入推广与应用。
众所周知，从白天到夜晚，不同时间的环境亮度变化极大。在光照度较弱的夜晚，如果LED显示屏的播放亮度过高，就会明显感觉眼睛的不适应，造成光污染；而在光照度较强的中午，如果LED显示屏的播放亮度低于环境光亮度，就会明显感觉显示屏画面暗淡，造成显示信息模糊不清，显示屏显示画面对比度下降。
另外，一天之内，不同时间的光照色温同样在变化：日出后40分钟光色较黄，色温约3000K；正午阳光亮白，色温上升至4800K-5800K；日落前光色偏红，色温又降至约2200K。色温的变化会影响人的视觉对颜色的判断，就如在早晨日出或傍晚日落时刻，会看到天空和大地被染上一层金黄色，这使人眼无法获知事物精确的颜色。并且，白天光线较强，环境光色温较高，如果LED显示屏的色温较低，就会感觉太暗，将眼睛与LED显示屏的距离拉近才能看清楚；而夜晚色温下降，如果LED显示屏的色温调得过高，就会太刺眼。长时间观察未正确调校色温的LED显示屏，会对人的眼睛造成危害。
现有技术通常通过调节LED显示屏的亮度来适应周围环境的变化，使用较多的亮度控制方式为时间程控法和自动亮度法。
a)时间程控法：读取当前时间点，通过判断其所处的时间段来自动控制LED显示屏亮度使其适应当前环境光照度的变化，此方法完全是基于软件实现的。基本原理是：按照时间的推移，二十四小时内的天空亮度常规变化，将二十四个小时划分为多个时间段，依据常规的环境光照度变化规律：早晨，傍晚光照度较弱；中午和下午的光照度相对较强，夜晚环境光照度最暗。按照以上的分类方式对时间进行划分，根据这些时间段所对应的环境光照度选取相应的LED显示屏亮度控制参数。具体实现过程为：PC机控制软件首先读取当前的时间，并判断其所处的时间段，进而得到相应时间段所应选取的LED显示屏亮度控制参数，进而发送给硬件控制器控制LED显示屏的亮度的强弱，最终实现亮度自适应环境光照度的变化。用户可以根据需要在控制软件上对时间段进行手动设置，以满足不同的控制需求；也可以通过增加时间段的数量，细化二十四小时亮度的变化区间，以期达到较好的控制效果。
b)自动亮度法：此种控制方式主要由光探头和串口软件模块组成。光探头安装在LED显示屏屏体之上，用于探测显示屏周围环境光照度，如果使用场合亮度不均匀，可在LED显示屏四个顶角处各安装一个光探头，选取四个光探头光照度的平均值作为当前环境的光照度。光探头通过串口将探测到的环境光照度传送给PC机控制软件，PC机控制软件获取到环境光照度之后，按照一定的约束规则得到某一合适的控制亮度值，并传送给控制系统，进而控制LED显示屏的亮度调节以适应外界的环境亮度的变化。
虽然上述方案均可有效地提高LED显示屏显示质量，但是这些方法，
1)对显示屏亮度的调节依据是工程经验数据，这些经验数据会因测试者的主观判断而异，没有统一的标准；
2)仅对LED显示屏的亮度进行调节，不仅会带来功耗的问题，降低LED显示屏的使用年限，而且在阳光直射的场景下，LED显示屏显示效果无法显著提高；
3)没有考虑光照色温的变化对LED显示屏显示效果的影响。
综上所述，针对外界环境的变化，为了保证人眼观看显示屏时的舒适度和观看效果，有必要对显示屏的亮度和其它参数例如对比度和/或色温进行有效的控制。
发明内容
因此，本发明提出一种显示屏显示优化方法，以在调节显示屏亮度的同时对显示屏的色温和/或对比度等参数进行控制，以更好地适应显示屏周围环境的变化。
具体地，本发明实施例提出的一种显示屏显示优化方法，包括步骤：(a)实时获取显示屏的当前环境光色温和当前环境光亮度；(b)基于所述当前环境光色温利用二元一次方程式计算所述显示屏的色温调节目标值；(c)基于所述当前环境光亮度利用分段函数计算所述显示屏的亮度调节目标值；以及(d)根据所述色温调节目标值和所述亮度调节目标值控制调节所述显示屏的色温和亮度。
在本发明的一个实施例中，上述显示屏显示优化方法还包括步骤：对输入图像进行灰度变换以用于调节对比度并在灰度变换后进行gamma调节以得到输出图像，其中所述灰度变换使得所述输入图像的低灰部分的灰度值减小且高灰部分的灰度值增大；以及控制所述显示屏显示所述输出图像。
在本发明的一个实施例中，上述在对所述输入图像进行灰度变换过程中，当所述当前环境光亮度小于阈值时不对所述输入图像做对比度增强、而当所述当前环境光亮度大于所述阈值时对所述输入图像做对比度增强。
在本发明的一个实施例中，上述灰度变换和gamma调节满足以下公式：
I′＝Yγ
其中，I′∈[0,1]且表示输出图像的灰度归一化值，γ为gamma值，Y∈[0,1]且表示输入图像进行所述灰度变换后的输出，I∈[0,1]且表示输入图像的灰度归一化值，C(t)为对比度增强因子，L(t)表示当前环境光亮度，Lmax表示显示屏的最大可调节亮度，β为亮度调节因子且0.1<β<10，Lmax/β表示所述阈值。
在本发明的一个实施例中，上述二元一次方程式为：
T′c(t)＝α·Tc(t)+ΔTc
其中，T′c(t)表示色温调节目标值，Tc(t)表示当前环境光亮度，α∈[0.5,1.2]且为色温调节因子，ΔTc用于对色温进行微调且为零或者非零的常数。
在本发明的一个实施例中，上述分段函数为：
其中，Ladj(t)表示亮度调节目标值，L(t)表示当前环境光亮度，Lmax表示显示屏的最大可调节亮度，β为亮度调节因子且0.1<β<10。
在本发明的一个实施例中，上述显示屏为LED显示屏。
此外，本发明另一实施例提出的一种显示屏显示优化方法，包括步骤：(i)实时获取显示屏的当前环境光亮度；(ii)基于所述当前环境光亮度计算所述显示屏的亮度调节目标值，其中，当所述当前环境光亮度小于阈值时所述亮度调节目标值与所述当前环境光亮度呈正比例关系、而当所述当前环境光亮度大于或等于所述阈值时所述亮度调节目标值设为所述显示屏的最大可调节亮度；(iii)根据所述亮度调节目标值控制调节所述显示屏的亮度；(iv)对输入图像进行灰度变换并在灰度变换后进行gamma调节以得到输出图像，其中在对所述输入图像进行灰度变换过程中，当所述当前环境光亮度小于所述阈值时不对所述输入图像做对比度增强、而当所述当前环境光亮度大于所述阈值时对所述输入图像做对比度增强；以及(v)控制所述显示屏显示所述输出图像。
在本发明的一个实施例中，上述步骤(ii)具体为利用以下分段函数计算所述显示屏的亮度调节目标值，
其中，Ladj(t)表示亮度调节目标值，L(t)表示当前环境光亮度，Lmax表示显示屏的最大可调节亮度，β为亮度调节因子且0.1<β<10，Lmax/β表示所述阈值。
在本发明的一个实施例中，上述步骤(iv)中的所述灰度变换和gamma调节满足以下公式：
I′＝Yγ
其中，I′∈[0,1]且表示输出图像的灰度归一化值，γ为gamma值，Y∈[0,1]且表示输入图像进行所述灰度变换后的输出，I∈[0,1]且表示输入图像的灰度归一化值，C(t)为对比度增强因子，L(t)表示当前环境光亮度，Lmax表示显示屏的最大可调节亮度，β为亮度调节因子且0.1<β<10，Lmax/β表示所述阈值。
由上可知，本发明实施例可以达成以下一个或多个有益效果：1)本发明实施例提出的显示屏显示优化方法考虑了显示屏周围实际的亮度及色温信息，具有较好的环境适应能力；2)根据实时的色温信息对显示屏的色温进行自动调节，使得任意时刻显示屏的显示画面都可与周围景物的色温更匹配，给人以舒服的视觉感受；以及3)根据实时测量得到的亮度信息对显示屏的亮度和对比度进行调节，可使显示图像的细节更加清晰，但也不会产生过增强的情况。
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为本发明实施例的一种图像灰度变换S曲线示意图。
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。
本发明下述实施例提出的一种显示屏显示优化方法针对外界环境光的变化，基于实时获取的当前环境光亮度及色温信息，对亮度和色温等显示屏参数进行自动调节以实现显示优化，具体步骤如下：
首先，实时获取显示屏周围当前环境光的色温及亮度。具体实现方法可为：在显示屏屏体上安装可测量亮度和色坐标的光探头，以实时获取显示屏周围当前环境光的亮度及色温；在此，获取的方式可以是周期性获取、按预设时间点获取等等；光探头的数量不做限制，其可以是安装在显示屏屏体上或邻近显示屏屏体安装的一个，也可以是分别安装在显示屏屏体四个顶角上的四个；此外，通过色坐标计算色温为现有技术，故在此不再赘述。
之后，基于所获取的当前环境光色温Tc(t)计算显示屏的色温调节目标值T′c(t)。具体的计算公式例如采用公式(1)：
T′c(t)＝α·Tc(t)+ΔTc......(1)
其中，Tc(t)为在当前时间t实时测量得到的环境光色温，T′c(t)为显示屏的当前色温调节目标值，α和ΔTc均为色温调节因子，α∈[0.5,1.2]，一般取值为1.0，可在接近1.0的范围内上下浮动，ΔTc用于对色温进行微调，可依据用户喜好进行调节，其可以为0、也可以是其它非零的常数。
此外，基于所获取的当前环境光亮度L(t)计算显示屏的亮度调节目标值Ladj(t)。具体的计算公式例如采用公式(2)：
其中，L(t)为在当前时间t实时测量得到的环境光亮度，Ladj(t)为显示屏的当前亮度调节目标值，β为亮度调节因子，其取值范围为0.1<β<10，这是因为当人眼适应了环境光亮度L(t)后，能看清的亮度范围为0.1L(t)～10L(t)，超过此亮度范围的亮度，人眼需要重新适应，另外，夜晚显示屏的最大亮度不能超过10倍的环境亮度，否则会造成光污染；Lmax为显示屏的最大可调节亮度。概括来讲，从公式(2)可以得知：在当前环境光亮度L(t)小于阈值(Lmax/β)时，Ladj(t)值为β·L(t)，也即当前亮度调节目标值Ladj(t)与当前环境光L(t)呈正比例关系；在当前环境光亮度L(t)大于或等于阈值(Lmax/β)时，Ladj(t)值为Lmax，也即为固定值。
在根据上述步骤计算出显示屏的当前色温调节目标值T′c(t)和当前亮度调节目标值Ladj(t)后，利用计算出的T′c(t)和Ladj(t)即可对显示屏进行控制，以调节显示屏的色温和亮度来实现显示屏的显示优化。
在其他实施例中，由于显示屏自身条件的限制，其亮度无法无限制地提高；而且显示屏的亮度越大，耗能越多，这会降低显示屏的使用年限。因此，优选地，对显示屏的对比度进行调节，以弥补在对亮度进行调节时的不足。本发明对显示屏的对比度进行调节的实现方法例如采用以下步骤：
基于所获取的当前环境光亮度L(t)进行对比度调节。通常来讲，显示屏的对比度实质体现在图像本身细节灰度的差异上，所以对显示屏对比度的调节实际上表现为对图像灰度的重新分布。本实施例在对图像进行gamma(伽玛)调节之前先对图像进行灰度变换，以提高图像的对比度，此处的灰度变换方法可以是类似S型曲线的变换、基于直方图的灰度调节、分段线性变换等，只要能够达到将输入图像的低灰部分的灰度值变小而高灰部分的灰度值变大的效果均可。以对图像进行S型曲线灰度变换为例，设输入图像为I、进行gamma调节(一种非线性变换)后的输出图像为I′，则满足如下公式(3)和公式(4)：
I′＝Yγ......(3)
其中，γ∈[2.2,2.8]，I∈[0,1]表示输入图像的灰度归一化值，I′∈[0,1]表示输出图像的灰度归一化值，将输入图像I进行灰度变换后输出为Y∈[0,1]；C(t)为对比度增强因子，例如C(t)∈[0,4]；取不同C(t)值时的灰度变换曲线如图1所示，可以看出，经过灰度变换后，输入图像I低灰部分的灰度值变得更小，高灰部分的灰度值变得更大，这样会使图像显示时暗的地方更暗，亮的地方更亮，从而提高了图像的对比度；此处，低灰部分例如是灰度值大于0且小于0.5，高灰部分例如是灰度值大于0.5且小于1。
并且，针对不同的当前环境光亮度L(t)，取不同的C(t)值对图像对比度做不同程度的增强，C(t)值的选取符合下面的约束公式(5)：
从公式(5)可以得知：在当前环境光亮度L(t)小于阈值(Lmax/β)时，此时显示屏的亮度调节目标值Ladj(t)与当前环境光L(t)呈正比例关系(参见公式(2))并且小于显示屏的最大可调节亮度Lmax，因此C(t)取值为0，也即不对图像做对比度增强；在当前环境光亮度L(t)大于阈值(Lmax/β)时，此时显示屏的亮度调节目标值Ladj(t)为固定值(参见公式(2))，因此C(t)取值为非零值(β·L(t)-Lmax)/Lmax，其对应的灰度变换曲线例如图1中的实线所示，也即显示屏无法提供足够高的亮度时，对图像做对比度增强，对比度增强因子C(t)＝(β·L(t)-Lmax)/Lmax。
甚至，在本发明的另一实施例中，仅仅根据实时获取的当前环境光亮度对显示屏的亮度和对比度进行调节而不做色温调节；具体地亮度调节和对比度调节可参见前述步骤，在此不再赘述。
另外，值得一提的是，本发明实施例提出的显示屏显示优化方法可以应用于LED显示屏，也可以应用于其他显示屏例如LCD显示屏；并且，在应用于LED显示屏的情形下，上述亮度调节目标值计算、色温调节目标值计算、灰度变换和gamma调节均执行在LED显示屏的控制系统中，例如同步控制系统中的发送卡或异步控制系统中的异步控制卡。
综上所述，本发明实施例可以达成以下一个或多个有益效果：1)本发明实施例提出的显示屏显示优化方法考虑了显示屏周围实际的亮度及色温信息，具有较好的环境适应能力；2)根据实时的色温信息对显示屏的色温进行自动调节，使得任意时刻显示屏的显示画面都可与周围景物的色温更匹配，给人以舒服的视觉感受；3)根据实时测量得到的亮度信息对显示屏的亮度和对比度进行调节，可使显示图像的细节更加清晰，但也不会产生过增强的情况。
至此，本文中应用了具体个例对本发明的显示屏显示优化方法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 (8)
1.一种显示屏显示优化方法，包括步骤：
(a)实时获取显示屏的当前环境光色温和当前环境光亮度；
(b)基于所述当前环境光色温利用二元一次方程式计算所述显示屏的色温调节目标值；
(c)基于所述当前环境光亮度利用分段函数计算所述显示屏的亮度调节目标值；以及
(d)根据所述色温调节目标值和所述亮度调节目标值控制调节所述显示屏的色温和亮度；
所述分段函数为：
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其中，Ladj(t)表示亮度调节目标值，L(t)表示当前环境光亮度，Lmax表示显示屏的最大可调节亮度，β为亮度调节因子且0.1<β<10。
2.如权利要求1所述的显示屏显示优化方法，其特征在于，还包括步骤：
对输入图像进行灰度变换以用于调节对比度并在灰度变换后进行gamma调节以得到输出图像，其中所述灰度变换使得所述输入图像的低灰部分的灰度值减小且高灰部分的灰度值增大；以及
控制所述显示屏显示所述输出图像。
3.如权利要求2所述的显示屏显示优化方法，其特征在于，在对所述输入图像进行灰度变换过程中，当所述当前环境光亮度小于阈值时不对所述输入图像做对比度增强、而当所述当前环境光亮度大于所述阈值时对所述输入图像做对比度增强。
4.如权利要求3所述的显示屏显示优化方法，其特征在于，所述灰度变换和gamma调节满足以下公式：
I′＝Yγ
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其中，I′∈[0,1]且表示输出图像的灰度归一化值，γ为gamma值，Y∈[0,1]且表示输入图像进行所述灰度变换后的输出，I∈[0,1]且表示输入图像的灰度归一化值，C(t)为对比度增强因子，L(t)表示当前环境光亮度，Lmax表示显示屏的最大可调节亮度，β为亮度调节因子且0.1<β<10，Lmax/β表示所述阈值。
5.如权利要求1所述的显示屏显示优化方法，其特征在于，所述二元一次方程式为：
T′c(t)＝α·Tc(t)+△Tc
其中，T′c(t)表示色温调节目标值，Tc(t)表示当前环境光色温，α∈[0.5,1.2]且为色温调节因子，△Tc用于对色温进行微调且为零或者非零的常数。
6.如权利要求1所述的显示屏显示优化方法，其特征在于，所述显示屏为LED显示屏。
7.一种显示屏显示优化方法，包括步骤：
(i)实时获取显示屏的当前环境光亮度；
(ii)基于所述当前环境光亮度计算所述显示屏的亮度调节目标值，其中，当所述当前环境光亮度小于阈值时所述亮度调节目标值与所述当前环境光亮度呈正比例关系、而当所述当前环境光亮度大于或等于所述阈值时所述亮度调节目标值设为所述显示屏的最大可调节亮度；
(iii)根据所述亮度调节目标值控制调节所述显示屏的亮度；
(iv)对输入图像进行灰度变换并在灰度变换后进行gamma调节以得到输出图像，其中在对所述输入图像进行灰度变换过程中，当所述当前环境光亮度小于所述阈值时不对所述输入图像做对比度增强、而当所述当前环境光亮度大于所述阈值时对所述输入图像做对比度增强；以及
(v)控制所述显示屏显示所述输出图像；
在步骤(iv)中，所述灰度变换和gamma调节满足以下公式：
I′＝Yγ
<mrow>
<mi>Y</mi>
<mo>=</mo>
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其中，I′∈[0,1]且表示输出图像的灰度归一化值，γ为gamma值，Y∈[0,1]且表示输入图像进行所述灰度变换后的输出，I∈[0,1]且表示输入图像的灰度归一化值，C(t)为对比度增强因子，L(t)表示当前环境光亮度，Lmax表示显示屏的最大可调节亮度，β为亮度调节因子且0.1<β<10，Lmax/β表示所述阈值。
8.如权利要求7所述的显示屏显示优化方法，其特征在于，步骤(ii)具体为利用以下分段函数计算所述显示屏的亮度调节目标值，
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其中，Ladj(t)表示亮度调节目标值，L(t)表示当前环境光亮度，Lmax表示显示屏的最大可调节亮度，β为亮度调节因子且0.1<β<10，Lmax/β表示所述阈值。
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