CN105448245A - 背光亮度补偿方法及显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种背光亮度补偿方法及显示装置，为解决现有的技术图像失真大，显示效果差等问题而设计。所述背光亮度补偿方法包括：根据输入图像确定背光亮度；依据补偿因子对所述输入图像的各像素的原始灰阶进行线性补偿得到每一像素的补偿灰阶，并判断每一像素的补偿灰阶是否大于显示装置的最大灰阶，若不大于，则该像素的显示灰阶为所述补偿灰阶；若大于，则判断该像素的原始灰阶对应的像素亮度是否小于所述背光亮度，若是，则该像素的显示灰阶为所述补偿灰阶；若否，则该像素的显示灰阶为通过依据补偿因子对原始灰阶进行非线性补偿得到灰阶，具有图像显示效果好，对比度高，结构简单及制作成本低等优点。

Description

背光亮度补偿方法及显示装置

本申请是2013年06月14日提出的发明名称为“背光亮度补偿方法及显示装置”的中国发明专利申请201310234365.6的分案申请。

技术领域

本发明涉及显示领域，尤其涉及一种背光亮度补偿方法及显示装置。

背景技术

显示装置如液晶显示器，通常包括显示面板以及为显示面板提供光线的背光源。为了配合显示面板显示不同亮度和色彩的图像，背光源分为全局调光背光源以及分区调光背光源。若背光源为全局调光背光，则仅能呈现全亮和全暗两种状态，当显示图像的局部为较低灰阶时，背光源依旧呈现全亮状态，导致显示面板，在呈现较低灰阶局部出现漏光现象，提高了显示图像局部的灰阶，从而降低了显示图像的对比度。

为了解决上述问题，现有的显示装置，根据显示图像的每一像素的亮度给定一个背光源较低的亮度，然后由显示面板按像素补偿图像的亮度，如液晶面板调整对应像素处的液晶分子的驱动电压，从而提高对应像素的透光率，从而实现背光亮度补偿。采用这种方法简便的提高了显示图像的对比度，同时背光补偿成本低、实现简便；且通过降低了背光源的亮度达到了降低背光源功耗的目的，但是存在以下问题：

当显示图像的大部分呈现较低灰阶、局部的少数像素呈现较高灰阶时，背光源的亮度较低，显示面板仍采用上述补偿方法，将导致显示面板的部分像素的所需显示灰阶超过其所能显示的最大灰阶，而此时显示装置该部分像素统一显示为最大灰阶，导致了灰阶合并现象。具体的：如当显示装置可呈现的灰阶数为256时，可能出现补偿后部分像素需要显示的灰阶大于255，则该部分像素统一显示为255，这就导致了图像的失真，出现了灰阶合并的削幅现象。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种图像显示效果，对比度高、节省能源的背光亮度补偿方法及显示装置。

为达上述目的，本发明背光亮度补偿方法包括：

根据输入图像确定背光亮度；

依据补偿因子对所述输入图像的各像素的原始灰阶进行线性补偿得到每一像素的补偿灰阶，并判断每一像素的补偿灰阶是否大于显示装置的最大灰阶，

若大于，则判断该像素的原始灰阶对应的像素亮度是否小于所述背光亮度，

若否，则该像素的显示灰阶为通过依据补偿因子对原始灰阶进行非线性补偿得到灰阶；其中，

所述显示灰阶通过非线性补偿获取时，经过非线性补偿后的显示灰阶小于或等于显示装置的最大灰阶，且不同的原始灰阶对应的显示灰阶不相同。

为达上述目的，本发明显示装置包括背光源以及位于背光源出光侧且包含像素矩阵的显示面板，还包括：

背光亮度确定单元，用以根据输入图像确定背光亮度；

补偿单元，用以依据补偿因子对所述输入图像的各像素的原始灰阶进行线性补偿得到每一像素的补偿灰阶，并判断每一像素的补偿灰阶是否大于显示装置的最大灰阶，

若大于，则判断该像素原始灰阶对应的像素亮度是否小于所述背光亮度，

若否，则该像素的显示灰阶为通过依据补偿因子对原始灰阶进行非线性补偿得到灰阶；

其中，

所述背光源与所述背光亮度确定单元相连，用以根据所述背光亮度向所述显示面板提供光源；

所述显示面板用以根据所显示灰阶输出图像；其中，

所述补偿单元还包括非线性补偿模块；

所述非线性补偿模块，用以在所述显示灰阶通过非线性补偿获取时，使得经过非线性补偿后的显示灰阶小于或等于显示装置的最大灰阶，且不同的原始灰阶对应的显示灰阶不相同。

与现有技术相比，本发明包括以下优点：

第一：本发明背光亮度补偿方法及显示装置，将经线性补偿后的补偿灰阶大于显示装置最大灰阶，且原始灰阶对应的像素亮度大于背光亮度的像素，采用非线性补偿，实现背光亮度补偿。采用非线性补偿后的显示灰阶不会超过显装置的最大灰阶，从而不会产生灰阶合并导致的削幅现象，从而显示图像失真小、显示效果佳、现简易且显示装置结构简单；

第二：在传统采用分区调光背光源的显示装置中，由于采用分区调光的局部背光亮度控制相对于传统的全局调光的背光源组成的显示装置的对比度更高、显示效果更好，但是背光增设了一路或多路驱动电路以及驱动源，导致背光源的成本高。本发明背光亮度补偿方法及显示装置，采用线性补偿以及非线性补偿相结合的亮度补偿，使得图像的显示效果比采用分区调光背光源的显示装置的显示效果更佳的同时，选用仅由一路背光驱动电路和驱动源的背光源即可，从而成本低；

第三：本发明背光亮度补偿方法及显示装置，在进行背光亮度补偿时，对于原始灰阶对应的像素亮度大于背光亮度的像素采用线性补偿或非线性补偿来补偿亮度，由此可知实际的背光亮度没有采用的传统的方法中背光亮度对应最大原始灰阶的像素亮度高，亮度低从而能耗低，从而降低了背光的能耗。

附图说明

图1为本发明实施例一所述背光亮度补偿方法的流程图；

图2为本发明实施例一所述的背光亮度补偿方法与传统背光亮度补偿方法的原始灰阶与显示灰阶映射关系对比图；

图3为本发明实施例二所述的显示装置的结构示意图；

图4为图3所述显示装置的图像显示的流程图。

具体实施方式

实施例一：

如图1所示，本实施例背光亮度补偿方法包括：

接收并根据输入图像确定各像素的原始灰阶；具体的如根据输入图像分别确认每一像素中R\G\B三子像素的原始灰阶以及所对应的像素亮度；

根据输入图像确定背光亮度；本实施例用于0D背光(全局调光背光)的显示装置中，显示装置中包含了像素矩阵，不同像素原始灰阶所对应理想的像素亮度不同，而0D背光仅能提供均匀亮度，故需确定一个背光亮度；背光源根据此背光亮度向外输出光线；

依据补偿因子对原始灰阶进行线性补偿得到每一像素的补偿灰阶，并判断每一像素的补偿灰阶是否大于显示装置的最大灰阶；

若不大于，则该像素的显示灰阶为所述补偿灰阶；

若大于，则判断该像素的原始灰阶对应的像素亮度是否小于所述背光亮度，

若是，则该像素的显示灰阶为所述补偿灰阶；

若否，则该像素的显示灰阶为通过依据补偿因子对原始灰阶进行非线性补偿得到灰阶。

所述线性补偿为现有技术线性补偿方法中的任一一种，但是整个显示装置的所有像素均采用线性补偿可能导致显示灰阶大于显示装置的最大灰阶，导致灰阶合并出现削幅现象，输出图像失真大，显示效果不佳的问题，故在本实施例中，判断补偿灰阶是否大于最大灰阶。通过判断得到补偿灰阶大于显示装置最大灰阶，且原始灰阶对应的理想的像素亮度大于最大背光亮度的像素则需要进行非线性补偿；所述非线性补偿的遵行的原则是，补偿后的显示灰阶小于或等于显示装置的最大灰阶，且不同的原始灰阶对应不同的显示灰阶，从而能有效的克服现有技术当中的灰阶合并导致的削幅现象并完整显示灰阶差，尤其是对于高对比图像的显示效果尤佳。

作为本实施例的进一步的改进，所述背光亮度是依据亮度直方图统计确定的。采用亮度直方图为背光亮度提供确定依据，具有确定过程简单、计算复杂度小，计算量小等多重优点，且亮度直方图是相对成熟的计算，实现简便易行。

进一步的，所述背光亮度等于灰阶所对应的像素亮度；

所述是由亮度直方图通过如下公式统计确定的：

其中，所述为第灰阶像素个数，为最大灰阶，为像素个数累计和；

为统计阈值因子，为统计到灰阶时的像素个数累计和。在具体的实现过程中，通常显示装置采用光混原理进行图像的显示，故每一像素又可分为R\G\B三子像素，三子像素对应的灰阶不同，对应的亮度不同，在本实施例中进行亮度直方图统计时，像素中灰阶为该像素中三子像素的原始灰阶所对应的最大灰阶。在进行统计时，仅采用一个像素中最大亮度的像素进行统计，相对于统计所有的子像素，统计量和计算量都小了，从而实现更加简便和快捷；另一方面在此选用R/G/B三子像素中亮度最大子像素原始灰阶对应的像素亮度为统计量，相对于采用三子像素中原始灰阶对应的像素亮度最低或中间值，最大限度的保留了输入图像的原始图像信息，从而输入图像的信息损失小，图像显示效果佳。

为显示装置的最大灰阶，如8bit通道的显示装置，包含了256个灰阶，其中最大灰阶为255，则为255。如10bit通道的显示装置，包括1024个灰阶，其中最大的灰阶为1023，则为1023。

统计阈值因子为小于1的小数，具体的如0.8、0.9等。通常统计阈值因子越小，则统计的数目越少，且在本实施例中，所述统计从0灰阶开始，即从所需亮度较小的灰阶开始统计，故所述统计阈值因子越小，相对的统计得到的也越小，则根据所述确定的背光亮度也越低，从而能耗也越低，从而所述统计阈值因子也可认为为节能因子。

故由于本实施例所述的背光补偿方法，具有背光能耗低、绿色环保的优点。

进一步地，所述补偿因子通过以步骤获得：

步骤S1：判断背光亮度是否大于背光预设值；所述背光预设值为事先预定设置；

若大于，则补偿因子通过求取，

若不大于，则判断是否有像素的原始灰阶大于第一预设灰阶；

若无，则补偿因子通过求取；

若有，则判断原始灰阶大于第二预设灰阶的像素和占总像素的比值是否大于预设比值，

若是，则补偿因子通过求取，

若否，则补偿因子通过求取；

其中，为校正因子；为输入图像中的最大原始灰阶。可为预先设置值，若所述显示装置为液晶显示装置，则与液晶显示装置中液晶屏的Gama调整系数相等。

在具体的实施过程中，所述输入图像可以分为第一类图像，第二类图像以及第三类图像；第一类图像为背光亮度所对应的灰阶，依据所述亮度直方图统计确定后的背光亮度大于背光预设值，所述第二类图像为背光亮度值不大于背光预设值，且所有像素的原始灰阶均不大于第一预设灰阶，同时原始灰阶大于第二预设值的像素个数占整幅输入图像像素总数的比值小于预设比值；所述第三类图像为除第一类图像以及第二类图像以外的图像，通常为采用背光亮度补偿方法易出现灰阶合并的高对比图像。

具体的如下，所述显示装置为8bit的显示装置，其中显示图像时包含256个灰阶；所述背光预设值取值为60或80；所述第一预设值如240，所述第二预设值为230，通常将所述第一预设值的灰阶值设置的大于第二预设值，所述预设比值为0.0005等。上述取值在具体的过程中可以根据显示装置像素的多少、显示图像效果的要求以及灰阶数等进行设置；具体的如当所述显示装置包括1024个灰阶时，所述第一预设值设置成1004，所述第二预设值为984，所述预设比值设置为0.001等。

本实施例所述的补偿因子，在计算过程中的复杂度小，如统计以及阈值判断等计算，且所述背光预设值，第一预设灰阶、第二预设灰阶可以是预先设置的，生产厂家可以根据客户的需求进行调整，从而控制灵活简便。

进一步的，所述显示灰阶通过线性补偿获取时，通过求取，其中，所述为进行线性补偿像素的原始灰阶；

如图2，曲线AC为采用本方法所述的非线性方法计算出的显示灰阶与原始灰阶的映射，当曲线AC为幂函数曲线时，其方程为，因此所述显示灰阶通过非线性补偿获取时，通过求取；

其中，所述为进行非线性补偿像素的原始灰阶，所述为灰阶，所述灰阶所对应的像素亮度等于所述背光亮度。从图2可以看出，曲线AC向上凸出，则幂函数曲线的因变量小于1并大于0，因此补偿系数k满足0<k<1。在本实施例中，当显示装置包含256个灰阶时，优选，为各像素补偿灰阶的最大值。

在显示装置中，观看者所看到的亮度是背光的亮度与图像显示亮度的乘积，故当所述背光亮度下降了n倍，若需显示亮度保持恒定，则所述图像亮度则需增大n倍，所述补偿因子是根据背光亮度确定的，而所述显示灰阶又根据补偿因子进行调整，从而保证输出图像的亮度等于输入图像所要求的亮度，故采用线性补偿时，通过求取显示灰阶即可，故所述线性补偿也可称为系数补偿；

为了弥补线性补偿造成的灰阶合并形成的图像失真，将采用线性补偿显示灰阶超过显示装置最大灰阶的像素统一采用非线性补偿，从而实现了显示灰阶均控制在显示装置最大灰阶内，且通过非线性补偿使原始灰阶不同的像素依然保持灰阶差，从而避免了灰阶合并，从而提高了显示图像的对比度。

具体的如图2为8bit的显示装置的亮度补偿方法映射关系对比图；图示中虚线AD为原始灰阶大于背光亮度部分采用线性补偿方法计算出的显示灰阶与补偿灰阶的映射，折线ABC为传统方法的显示灰阶与原始灰阶的映射，从图示可知折线BC段为出现灰阶合并的部分，而曲线AC为采用本方法所述的非线性方法计算出的显示灰阶与原始灰阶的映射，从图示可知，所有的显示灰阶均小于或等于最大灰阶255，且不同的原始灰阶对应不同的显示灰阶，故完整的呈现了灰阶差，具有显示效果好，对比度高的优点。

综合上述，本实施例所述的背光亮度补偿方法，具有补偿效果佳、图像对比度高、无灰阶合并的削幅现象等优点。

实施例二：

如图3-图4所示，本实施例显示装置，包括背光源以及位于背光源出光侧且包含像素矩阵的显示面板2，还包括：

视频转换单元6，用以接收输入图像并确定像素原始灰阶；接收输入图像，转换成像素矩阵中各像素对应的像素亮度以及显示的原始灰阶；所述视频转换单元6可以为视频转换电路或已经集成化的视频转换器；

背光亮度确定单元4，用以根据输入图像确定背光亮度；在具体的确定过程中通过调整所述背光亮度控制值的来控制背光的亮度；背光亮度确定单元的具体的物理结构可以是具体的逻辑电路，也可是集成了硬件和软件的集成模块；

补偿单元7，用以依据补偿因子对原始灰阶进行线性补偿得到每一像素的补偿灰阶，并判断每一像素的补偿灰阶是否大于显示装置的最大灰阶，显示装置的最大灰阶为已知的，是显示装置的硬件参数，是生产后直接决定的，具体的如255或1023等；

若不大于，则该像素的显示灰阶为所述补偿灰阶；

若大于，则判断该像素原始灰阶对应的像素亮度是否小于所述背光亮度，

若是，则该像素的显示灰阶为所述补偿灰阶；

若否，则该像素的显示灰阶为通过依据补偿因子对原始灰阶进行非线性补偿得到灰阶；

其中，所述背光源1与所述背光确定单元4相连，用以根据所述背光亮度向所述显示面板提供光源；通常所述背光源包括背光控制电路3以及发光单元2；所述背光控制电路3可以优选PWM控制电路，所述发光单元包括CCFL（冷阴极管）或LED（二极管）等；且所述背光源可以是如图3所示的侧入式也可以是直下式或是侧入式与直下式的混合结构；

所述显示面板，用以根据所显示灰阶输出图像。具体的实施过程中所述显示面板通过驱动电路进行驱动的，故在所述显示面板2与所述补偿单元7之间还设有显示面板驱动8，所述显示面板驱动8根据所述补偿单元7输出的显示灰阶控制显示面板中各像素的灰阶，再通过彩膜的作用通过光混现象实现图像的显示。

本实施例所述的显示装置，具有结构简单、背光能耗低，且无削幅现象，显示效果好，对比度高等优点。

优选地，本实施例所述的显示装置还包括直方图统计单元5，用以进行亮度直方图统计，向所述背光亮度单元输入背光亮度确定依据。所述直方图统计单元为直方图统计电路，以R\G\B三子像素中对应的最大的灰阶值进行统计，为背光亮度确定提供依据。所述直方图统计单元硬件实现简单、成本低。

优选地，所述背光亮度等于灰阶所对应的像素亮度；

所述是由直方图统计单元通过如下公式确定：

其中，所述为第灰阶像素个数，为最大灰阶，为像素个数累计和；

为统计阈值因子，为统计到灰阶时的像素个数累计和。的大小由显示装置的本身的参数决定的，通常所述为1023或255。通过直方图统计单元为背光亮度的确定提供依据，实现简便快捷，硬件成本低。

优选地，所述补偿单元包括补偿因子确定模块；

所述补偿因子确定模块，用以判断背光亮度是否大于背光预设值；

若大于，则补偿因子通过求取，

若不大于，则判断是否有像素的原始灰阶大于第一预设灰阶；

若无，则补偿因子通过求取；

若有，则判断原始灰阶大于第二预设灰阶的像素和占总像素的比值是否大于预设比值，

若是，则补偿因子通过求取，

若否，则补偿因子通过求取，

其中，为校正因子通常是预设的；为输入图像中的最大原始灰阶。通过上述可知，仅有在背光亮度不大于背光预设值且有像素的原始灰阶大于第一预设灰阶，且大于第二预设灰阶的像素占显示装置总像素数的比值大于预设比值时，否则，。

不同输入图像的最大原始灰阶不同，从而求得的补偿因子不同，在具体的实现过程中，一般对比度越大的越大，从而获得的补偿因子也就越大。

优选地，所述补偿单元还包括线性补偿模块以及非线性补偿模块；

所述线性补偿模块，用以进行线性补偿通过求取显示灰阶

所述非线性补偿模块，用以进行非线性补偿，通过求取显示灰阶；

所述为进行非线性补偿像素的原始灰阶，所述为灰阶，所述灰阶所对应的像素亮度等于所述背光亮度；补偿系数k满足0<k<1，经过非线性补偿后的显示灰阶小于或等于显示装置的最大灰阶。

在具体的实现过程中，所述线性补偿模块方法以及非线性补偿模块方法均有多种，本实施了为提供了一种算法复杂度小、计算量小易于实现且显示效果佳的优选模块及方法。线性补偿模块以及非线性补偿模块硬件实现可以是纯硬件的逻辑电路也可以是电子器件与软件的集成化模块，具体的PLC可编程模块或DSP数字信号处理模块或MCU单片机处理模块等。

在具体的实施过程中，所述的背光亮度确定单元4、所述视频转换单元6、所述直方图统计单元5、背光控制电路3、所述补偿单元7，显示面板驱动8均可以是集成在SOC芯片上的功能模块；SOC(SystemOnChip)芯片为系统芯片，具有结构精巧，智能化高的优点。所述显示装置优选为液晶显示装置即组成所述显示装置的显示面板为液晶LCD面板。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种背光亮度补偿方法，其特征在于，包括：

根据输入图像确定背光亮度；

依据补偿因子对所述输入图像的各像素的原始灰阶进行线性补偿得到每一像素的补偿灰阶，并判断每一像素的补偿灰阶是否大于显示装置的最大灰阶，

若大于，则判断该像素的原始灰阶对应的像素亮度是否小于所述背光亮度，

若否，则该像素的显示灰阶为通过依据补偿因子对原始灰阶进行非线性补偿得到灰阶；其中，

所述显示灰阶通过非线性补偿获取时，经过非线性补偿后的显示灰阶小于或等于显示装置的最大灰阶，且不同的原始灰阶对应的显示灰阶不相同。

2.根据权利要求1所述的背光亮度补偿方法，其特征在于，所述背光亮度是依据亮度直方图统计确定的。

3.根据权利要求2所述的背光亮度补偿方法，其特征在于，所述背光亮度等于灰阶所对应的像素亮度；

所述是由亮度直方图通过如下公式统计确定的：

其中，所述为第灰阶像素个数，为最大灰阶，为像素个数累计和；

为统计阈值因子，为统计到灰阶时的像素个数累计和。

4.根据权利要求3所述的背光亮度补偿方法，其特征在于，所述补偿因子通过以步骤获得：

步骤S1：判断背光亮度是否大于背光预设值；

若大于，则补偿因子通过求取，

若不大于，则判断是否有像素的原始灰阶大于第一预设灰阶；

若无，则补偿因子通过求取；

若有，则判断原始灰阶大于第二预设灰阶的像素和占总像素的比值是否大于预设比值，

若是，则补偿因子通过求取，

若否，则补偿因子通过求取；

其中，为校正因子；为输入图像中的最大原始灰阶。

5.根据权利要求1所述的背光亮度补偿方法，其特征在于：所述显示灰阶通过线性补偿获取时，通过求取，其中，所述为进行线性补偿像素的原始灰阶。

6.根据权利要求1所述的背光亮度补偿方法，其特征在于：

所述显示灰阶通过非线性补偿获取时，通过求取；

其中，所述为进行非线性补偿像素的原始灰阶，所述为灰阶，所述灰阶所对应的像素亮度等于所述背光亮度；补偿系数k满足0<k<1。

7.一种显示装置，包括背光源以及位于背光源出光侧且包含像素矩阵的显示面板，其特征在于，还包括：

背光亮度确定单元，用以根据输入图像确定背光亮度；

补偿单元，用以依据补偿因子对所述输入图像的各像素的原始灰阶进行线性补偿得到每一像素的补偿灰阶，并判断每一像素的补偿灰阶是否大于显示装置的最大灰阶，

若大于，则判断该像素原始灰阶对应的像素亮度是否小于所述背光亮度，

若否，则该像素的显示灰阶为通过依据补偿因子对原始灰阶进行非线性补偿得到灰阶；

其中，

所述背光源与所述背光亮度确定单元相连，用以根据所述背光亮度向所述显示面板提供光源；

所述显示面板用以根据所显示灰阶输出图像；其中，

所述补偿单元还包括非线性补偿模块；

所述非线性补偿模块，用以在所述显示灰阶通过非线性补偿获取时，使得经过非线性补偿后的显示灰阶小于或等于显示装置的最大灰阶，且不同的原始灰阶对应的显示灰阶不相同。

8.根据权利要求7所述的显示装置，其特征在于，还包括直方图统计单元，用以进行亮度直方图统计，向所述背光亮度单元输入背光亮度确定依据；

所述背光亮度等于灰阶所对应的像素亮度；

所述是由直方图统计单元通过如下公式确定：

其中，所述为第灰阶像素个数，为最大灰阶，为像素个数累计和；

为统计阈值因子，为统计到灰阶时的像素个数累计和。

9.根据权利要求7所述的显示装置，其特征在于：

所述补偿单元还包括线性补偿模块；

所述线性补偿模块，用于进行线性补偿，通过求取显示灰阶，其中，所述为进行线性补偿像素的原始灰阶。

10.根据权利要求7所述的显示装置，其特征在于：

所述非线性补偿模块还用于在所述显示灰阶通过非线性补偿获取时，通过求取；

其中，所述为进行非线性补偿像素的原始灰阶，所述为灰阶，所述灰阶所对应的像素亮度等于所述背光亮度；补偿系数k满足0<k<1。