CN105590597B - 用于扩大显示装置的动态范围的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

公开一种用于扩大显示装置的动态范围的方法及装置，所述装置在显示器中产生像素数据。接收与图像的目标像素对应的RGB像素数据。确定用于RGB像素数据的局部适配等级，该局部适配等级表示该RGB像素数据的感知亮度。该局部适配等级被调制以产生调制后的局部适配等级。基于调制后的局部适配等级产生传输曲线，并将传输曲线应用至输入的RGB像素数据。基于局部调光区块中的每个像素的RGB像素数据和局部调光区块中的每个像素的RGBW像素数据而产生局部调光值以驱动所述显示器的光源驱动器。

Description

用于扩大显示装置的动态范围的方法及装置
本申请要求享有于2014年11月10日提交的韩国专利申请No.10-2014-0155677的权益，为了所有目的通过引用将该申请的整体内容并入本申请，如同在本申请中被完全描述一样。
技术领域
本发明涉及用于扩大显示装置的动态范围的方法及装置，以便使用RGBW型像素阵列实现高动态范围(High Dynamic Rang；HDR)。
背景技术
有源矩阵型液晶显示(LCD)装置是使用薄膜晶体管(TFT)显示图像的开关装置。LCD装置包括显示面板和在显示面板上照射光的背光单元。
对HDR显示装置有越来越多的需求，HDR显示装置显示再现的图像以使使用者感觉仿佛他在观看真实场景。HDR显示装置需要确保表现数千尼特的亮度的物理能力及将低动态范围(LDR)内容转换成适用于HDR显示装置的技术。虽然已经作出许多努力来研究HDR显示装置，但是没有广泛使用的相关技术。
例如，已作出尝试以实现基于LCD装置的高动态范围(HDR)显示装置，但没有获得任何效果。这些尝试之一是美国专利公开No.2011/0279749 A1(2011年11月17日)，通过将两个LCD面板层叠在背光单元上来寻求高动态范围，其中一个LCD面板用于显示图像，而另一LCD面板用作调光面板以用于控制局部区域中的亮度。然而，此技术使用两个LCD面板，导致厚度厚且需要更高的成本。另外，该技术通过使暗图像更暗而不是使亮图像更亮来增强对比度，以致该技术不能实现真正意义上的HDR显示装置。
仅通过使用局部调光的方法来增强对比度可导致亮度特性的线性增大，从而可能引起中间灰度的亮度增加。因此，如果仅使用局部调光的方法来增大对比度，则观察者会感觉图像刺目。
发明内容
本发明提供用于扩大显示装置的动态范围的方法及装置，以低成本实现高动态范围(HDR)显示装置。
在一个方面，本发明提供一种用于在显示器中产生像素数据的方法，所述方法包括如下步骤：接收与图像的目标像素对应的RGB像素数据；确定用于所述RGB像素数据的局部适配等级，所述局部适配等级表示所述RGB像素数据的感知亮度；调制所述局部适配等级以产生调制后的局部适配等级；产生传输曲线，所述传输曲线将输入值映射成输出值，所述传输曲线对于高于所述调制后的局部适配等级的输入值具有逐渐减小的斜率，且所述传输曲线对于低于所述调制后的局部适配等级的输入值具有逐渐增大的斜率，且所述传输曲线在所述调制后的局部适配等级处提供1:1映射；将所述传输曲线应用于输入的RGB像素数据以将所述输入的RGB像素数据映射为输出的RGB像素数据；将所述输出的RGB像素数据转换成RGBW像素数据以驱动所述目标像素；以及产生用于局部调光区块的局部调光值以驱动所述显示器的光源驱动器，所述局部调光区块包括所述目标像素和多个相邻像素，所述局部调光值是基于所述局部调光区块中的每个像素的RGB像素数据和所述局部调光区块中的每个像素的RGBW像素数据而产生的。
在另一个方面，提供一种用于在显示器中产生像素数据的装置，所述装置包括：局部适配等级计算器电路，所述局部适配等级计算器电路用以接收与图像的目标像素对应的RGB像素数据，以确定用于所述RGB像素数据的表示所述RGB像素数据的感知亮度的局部适配等级，并且调制所述局部适配等级以产生调制后的局部适配等级；传输曲线发生器电路，所述传输曲线发生器电路用以产生将输入值映射成输出值的传输曲线，所述传输曲线对于高于所述调制后的局部适配等级的输入值具有逐渐减小的斜率，且所述传输曲线对于低于所述调制后的局部适配等级的输入值具有逐渐增大的斜率，且所述传输曲线在所述调制后的局部适配等级处提供1:1映射；数据拉伸器电路，所述数据拉伸器电路用以将所述传输曲线应用至输入的RGB像素数据以将所述输入的RGB像素数据映射成输出的RGB像素数据；RGBW转换器电路，所述RGBW转换器电路用以将所述输出的RGB像素数据转换成RGBW像素数据以驱动所述目标像素；以及调光值发生器电路，所述调光值发生器电路用以产生用于局部调光区块的局部调光值以驱动所述显示器的光源驱动器，所述局部调光区块包括所述目标像素和多个相邻像素，所述局部调光区块是基于所述局部调光区块中的每个像素的RGB像素数据和所述局部调光区块中的每个像素的RGBW像素数据而产生的。
在又一个方面，提供一种非瞬时计算机可读存储媒介，所述非瞬时计算机可读存储媒介存储指令以用于在显示器中产生像素数据，所述指令当在被处理器执行时使该处理器执行与上述类似的步骤。
附图说明
附图被包括在内以提供对本发明的进一步的理解，它们被并入并构成本申请的一部分；附图示出本发明的实施方式并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1是示出根据本发明的示例性实施方式的显示装置的框图；
图2是示出像素阵列中的颜色排列的图；
图3是示出用于扩大显示装置的动态范围的装置的框图；
图4是示出每一局部区块的平均亮度的图；
图5是示出每一局部区域的适配等级的图；
图6至图10是示出根据每一局部区域的适配等级而变化的传输曲线的图；
图11是示出数据拉伸之前的图像与数据拉伸之后的图像之间的对比的图；
图12是示出根据本发明的示例性实施方式的局部调光方法的图；以及
图13是示出数据拉伸之前的低动态范围(LDR)输入图像与应用了数据拉伸和局部调光的图像之间的对比的图。
具体实施方式
本发明的显示装置可以是具有照射白光的白色子像素(以下称作“W子像素”)的平面显示装置，例如RGBW型LCD装置。
本发明使用RGBW型LCD装置更加明亮地表现亮图像，由此扩大上动态范围。本发明在局部区域单元的基础上根据输入图像调整传输函数曲线，以便扩大局部区域的对比度，并将与局部调光方法相关联的此方法用于背光。在此，传输函数曲线用于调整像素数据的伽马特性。
提供以下描述以帮助阅读者获得对本文中描述的方法、装置和/或系统的全面理解。因此，将向本领域的普通技术人员提示本文描述的方法、装置和/或系统的各种变化、修改和等同物。此外，为了增加清楚性和简洁性，可能会省去对众所周知的功能和结构的描述。
参照图1，本发明的显示装置包括显示面板10、显示面板驱动器、背光单元200和光源驱动器202。
显示面板10的像素阵列通过使用数据线(DL)、与DL交叉的栅极线(GL)和排列成矩阵形式的像素来显示输入图像。这些像素被分类成红色(R)子像素、绿色(G)子像素、蓝色(B)子像素和白色(W)子像素。白色子像素不具有滤色器。R数据被写入R子像素，G数据被写入G子像素，B数据被写入B子像素，并且W数据被写入W子像素。每个子像素包括液晶单元(Clc)、存储电容器(Cst)和薄膜晶体管(TFT)。液晶单元(Clc)根据数据通过使用液晶延迟光的相位来调整透射率，其中液晶能够被像素电极1与公共电极2之间的电场驱动，数据电压通过TFT施加至像素电极1，公共电压被施加至公共电极2。TFT通过来自GL的栅极脉冲而导通以将来自DL的数据电压供给至像素电极。
显示面板可以是任何已知液晶模式，包括扭曲向列(TN)模式、垂直取向(VA)模式、面内切换(IPS)模式和边缘场切换(FFS)模式。LCD装置可被实施为不同形式，包括透明LCD装置、半透明LCD装置和反射式LCD装置。透明LCD装置和半透明LCD装置中的每个装置包括背光单元200和光驱动器202。
背光单元200可以是边缘型背光单元或直下型背光单元。背光单元200被设置在显示面板10的背表面之下以使光照射至显示面板10。光源驱动器202将电流供给至光源以照射光。光源驱动器202通过根据来自时序控制器300的调光信号(DIM)调整待施加至光源的电流来控制光源的亮度。调光信号基于局部调光区块单元控制单个光源的亮度。光源可以是发光二极管(LED)。
显示面板驱动器将数据写入显示面板10的像素。显示面板驱动器可包括数据驱动器12、栅极驱动器14和时序控制器300。此外，显示面板驱动器通过在数据驱动器12、栅极驱动器14和时序控制器300中的数据拉伸、RGBW转换和伽马校正而产生RGBW数据，并将RGBW数据写入像素，如下面描述的。
数据驱动器12通过将从时序控制接收的图像的数字视频数据转换成伽马校正电压而产生数据电压，并将数据电压供给至显示面板10的DL。在时序控制器130的控制下，栅极驱动器14向GL供给与供给至DL的数据电压同步的栅极脉冲并顺序地移位栅极脉冲。
时序控制器300将从主机系统310接收的图像的数字视频数据传送至数据驱动器12。时序控制器300可使用基于光谱交换的白色增益计算算法来将输入图像的RGB数据转换成RGBW数据。可使用任何熟知的白色增益计算算法。
由W子像素产生的白光包括R波长的光、G波长的光和B波长的光。显示接收的RGB数据的RBG子像素的光应当与显示RGBW数据的RGBW子像素的光完全相同，RGBW数据是转换的RGB数据。通过产生待写入W子像素的W数据并且减去待写入RGB子像素的RGB数据以使得来自RGB子像素的RGB波长的光量可被减少与W子像素中产生的RGB波长的光量相当的量，实现光谱交换。
与数字视频数据同步地，时序控制器300使用时序信号控制数据驱动器12和栅极驱动器14的操作时序，其中时序信号比如垂直同步信号、水平同步信号、数据使能信号、主时钟信号等。时序控制器300包括用于扩大动态范围的装置，如图3中所示。
用于扩大动态范围的装置(或用于在显示器中产生像素数据的装置)将显示面板10的屏幕分成多个局部区域(这些局部区域可重叠)，并分析每个局部区域中的人类视觉系统(HVS)的局部适配等级(ALx,y)，其中x，y表示像素位置，局部区域以该像素位置为中心。此外，在分析结果的基础上，用于扩大动态范围的装置产生传输曲线并使用传输曲线调制数据。此外，时序控制器300产生调光信号(DIM)以控制背光的亮度。
主机系统310可以是TV系统、机顶盒、导航系统、DVD播放器、蓝光播放器、PC、家庭影院系统和电话系统的任意之一。主机系统310通过使用缩放器来将输入图像的分辨率转换成适配于显示面板10的分辨率，且然后将输入图像连同时序信号一起传送至时序控制器300。
RGBW型LCD装置的显示面板的透射率是7％。在能够执行局部调光的背光单元200的亮度具有14,000尼特的情况中，RGB型LCD装置的最大亮度是1,000尼特。相比之下，RGBW型LCD装置的显示面板10的透射率是约10.5％。在能够执行局部调光的背光单元200的亮度是14,000尼特的情况中，RGBW型LCD装置的最大亮度是1,500尼特。因此，本发明通过使用RGBW显示面板而确保HDR显示装置的物理能力，而无需额外的LCD面板或高亮度背光单元。
图3是示出用于扩大显示装置的动态范围的装置的框图。在一实施方式中，图3的装置可被实施为例如时序控制器300的部件。图4是示出每个局部区块的平均亮度的图，每个局部区块可包括多个像素(例如2x2或3x3像素阵列)。图5是示出在像素位置x,y处的像素的适配等级(ALx,y)的图，基于围绕位于像素位置x,y处的像素的局部区域来计算适配等级(ALx,y)。图6至图10是示出传输曲线的图，传输曲线根据给定像素的适配等级而变化。
参照图3，扩大显示装置的动态范围的装置包括双伽马校正器101、适配等级计算器(以下称作“AL计算器”)102、传输曲线发生器103、数据拉伸器104、RGBW转换器107、伽马校正器110、拉伸确定器105、第一调光值发生器106、光照确定器(light irradiationdeterminer)108、第二调光值发生器109和最终调光值发生器111等电路元件。
双伽马校正器101接收输入图像的RGB数据。输入图像的RGB数据是通过摄像机进行伽马校正的数据。双伽马校正器101对输入图像的数据执行去伽马校正，以便于数字信号处理。
AL计算器102虚拟地将像素阵列分成多个局部区块(BL)，如图4中所示，并且AL计算器102计算每个区块BL(Y11～Y56)的平均亮度。每个区块BL可被设定成具有等于或大于2x2像素尺寸的尺寸。
AL计算器102识别围绕每个像素的预定尺寸的局部区域WND，如图5所示，通过设定重叠区域的百分比和相应像素与每个局部区域之间的相似性的权重而产生ALx,y。用于目标像素的局部区域WND包括在围绕给定像素的多个区块内的全部相邻像素。AL计算器102输出用于在像素位置x，y处的目标像素的局部适配等级(ALx,y)，其中局部适配等级(ALx,y)限定RGB像素的感知亮度，例如观察者在观看与位于像素位置x，y处的目标像素相对应的局部区域WND时所观察到的亮度。每个局部区域WND可被设定成具有介于2x2局部区块与3x3局部区块之间的尺寸，但本发明的方案不限于此。AL计算器102可使用双边滤波器容易地计算局部适配等级(ALx,y)。可使用亮度值发生器电路由输入的RGB像素数据产生目标像素的亮度值。双边滤波器可过滤目标像素的亮度值，例如可设定相应像素PXL的周边的亮度分布和像素的亮度之间的相似性的权重，并输出根据像素PXL的周边的亮度和局部区域WND中的像素之间的亮度相似性，例如根据其权重组合，而确定的局部适配等级(ALx,y)。
例如，在一个实施方式中，能通过确定在像素位置x,y处的像素的亮度值并将双边滤波器应用于下面的等式1来计算该像素的局部适配等级(ALx,y)：
【等式1】
其中BLi表示与对应于在像素位置x,y处的像素的局部区域WND至少部分重叠的区块i；重叠(BLi,WND)表示区块BLi与局部区域WND之间的重叠比例，面积(WND)表示局部区域的面积，Yi表示区块BLi中的像素的平均亮度，相似性(PXLx,y,Yi)包括相似性度量，该相似性度量表示在位于像素位置x,y处的像素的亮度PXLx,y与区块BLi的平均亮度Yi之间的相似性(例如差距)。在替代的实施方式中，可使用具有相同大致特性的不同的等式。
定性地，局部适配等级(ALx,y)表示考虑观察者在局部区域中的自适应程度的像素亮度。高局部适配等级(ALx,y)表示观察者在局部区域中在亮环境下看相应像素。低局部适配等级(ALx,y)表示观察者在局部区域中在暗环境下看相应像素。
目标像素的局部适配等级(ALx,y)表示通过反映人的亮度适应能力而根据周边像素的亮度和相似性来感知的每个局部区域WND的平均亮度。局部区域WND中的相应像素的周边的像素越亮，则给出的局部适配等级(ALx,y)越高。或者，局部区域WND中的相应像素的周边中的像素越暗，则给出的局部适配等级(ALx,y)越低。关于这一点，为了防止光晕等现象，对相似性设定权重，以使得使用类似于相应像素的周边像素计算局部区域的适配等级。
传输曲线发生器103基于局部适配等级调整每个像素的数据拉伸强度从而可缩放局部适配等级。可基于传输曲线(示于图6至图10中)调整数据拉伸强度，传输曲线的斜率根据局部适配等级(ALx,y)而变化。在图6至图10中，X轴表示图像的输入灰度，Y轴表示图像的输出灰度。输入图像的数据被调制成输出灰度，输出灰度与传输曲线上的输入灰度对应。传输曲线与斜率为1的参考直线具有交叉点，参考直线(即在交叉点处提供1:1映射的传输曲线)上的输入灰度和输出灰度彼此相等。传输曲线被分成在交叉点之下(即，对于低于调制后的局部适配等级的输入值)的凹曲线(例如具有逐渐增大的斜率)和在交叉点之上(即，对于高于调制后的局部适配等级的输入值)的凸曲线(例如具有逐渐减小的斜率)。拐折点产生在交叉处。拐折点可位于与调制后的局部适配等级对应的输入值处。由调制后的局部适配等级(MALx,y)确定交叉点。为了增加高灰度和较低灰度中的拉伸率，局部适配等级被改变成调制后的局部适配等级(MALx,y)。拉伸率与传输曲线的斜率成比例，所述斜率限定数据的灰度调制量。可通过等式1限定调制后的局部适配等级(MALx,y)。若传输曲线与参考直线之间的交叉点从局部适配等级(ALx,y)转移至调制后的局部适配等级(MALx,y)，则沿能够更好地恢复高灰度和低灰度的方向调制局部适配等级(ALx,y)周边的输入图像的数据。
调制后的局部适配等级(MALx,y)如等式2限定。
【等式2】
MALx.y＝α×(ALx,y-β)+β
若MALx.y＞255，则MALx.y＝255，
另外若MALx.y＜0，则MALx.y＝0。
这里，AL(x,y)表示局部适配等级，MALx.y表示调制后的局部适配等级。此外，α是调整拉伸强度的常数，β表示中间灰度，例如，在8比特深度的情况中为“128”。在一个实施方式中，等式2可通过例如一对加法器电路和缩放器电路(例如移位寄存器)而在硬件中实施。
如图6至图8所示，如果距中间灰度β的距离变得更远，则调制后的局部适配等级(MALx,y)偏移局部适配等级(ALx,y)也变得更远，由此导致高灰度和低灰度的强烈数据拉伸。若调制后的局部适配等级(MALx,y)位于低灰度中，如图6中所示，则传输曲线上升，高灰度被调制成更高且低灰度被调制成更低，强拉伸强度表示大调制量。或者，如果调制后的局部适配等级(MALx,y)位于高灰度，如图7所示，则传输曲线下降，导致低灰度中的强烈数据拉伸。图8示出一实例，在该实例中调制后的局部适配等级(MALx,y)与局部适配等级(ALx,y)之间的距离随着距中间灰度的距离变得更远而增加，即偏移得更远。图9示出MALx,y＝0的情况中的传输曲线。此数据拉伸强度调整方法将LDR图像的上动态范围和下动态范围恢复成压缩之前的动态范围的等级，由此将LDR图像转换成HDR图像。在每个像素的单个局部区域的基础上根据局部适配等级来为每个像素调整传输曲线。
主要有两种获得LDR图像的方式。第一种方式是通过色调映射HDR图像来压缩上动态范围和下动态范围。第二种方式是当从摄影机获得图像时压缩上动态范围和下动态范围。因此，在任何一种情况中，与实际物体的图像的动态范围相比，LDR图像的上动态范围和下动态范围都被压缩。
数据拉伸器104通过在传输曲线的基础上调制输入图像的RGB数据，例如通过施加增益至每个RGB数据值，来进行数据拉伸。AL计算器102、传输曲线发生器104和数据拉伸器104通过考虑人的亮度适应能力而将每个局部区域中的数据拉伸强度调整至高灰度和低灰度中的较高等级。图11中的图(A)是输入的LDR图像，LDR图像的高灰度的动态范围和低灰度的动态范围被压缩。图11中的图(B)是已经通过数据拉伸器104进行了数据拉伸的图像。
RGBW转换器107从数据拉伸器104接收调制后的RGB数据，并基于光谱交换将调制后的RGB数据转换成RGBW数据。显示输入的RGB数据的RGB子像素的光应当与显示RGBW数据的RGBW子像素的光完全相同，其中RGBW数据是转换的RGB数据。通过产生待写入W子像素的W数据并且减去待写入RGB子像素的RGB数据以使得来自RGB子像素的RGB波长的光量可被减去与在W子像素中产生的RGB波长的光量相当的量，实现光谱交换。可使用用于产生RGBW数据的任何熟知方法。例如，可使用韩国专利申请No.10-2005-0039728(2005年5月12日)、No.10-2005-0052906(2005年6月20日)、No.10-2005-0066429(2005年7月21日)或No.10-2006-0011292(2006年2月6日)中公开的白色增益计算算法。
从RGBW转换器107输出的RGBW数据被伽马校正器110伽马校正，然后被传送至数据驱动器12。
由于根据适配等级(APx,y)基于每个像素的局部区域而对每个像素进行数据拉伸，因此在上动态范围和下动态范围中产生强烈的数据拉伸(缩放)。由于数据拉伸，传输曲线的限定高灰度的上部分下降，传输曲线的限定低灰度的下部分上升，从而中间灰区域被改变。拉伸确定器105分析每个局部区域的传输曲线以计算中间灰度范围，中间灰度范围与拉伸的高灰度和拉伸的低灰度重叠。根据本发明，例如可利用限制器电路将偏移缩放后的局部适配等级限制在最小像素值与最大像素值之间的范围以产生调制后的局部适配等级。
类似于现有的背光调光方法，本发明的局部调光方法将屏幕分成多个局部调光区块并控制单个局部调光区块中的背光的白光的亮度。使本发明的局部调光方法区别于现有技术的一个特征在于在高灰度和低灰度中进行强烈的数据拉伸以获得HDR图像，而背光的白光亮度可补偿不期望的中间灰度变化。此外，本发明的局部调光方法基于RGBW转换之后的W数据的分析结果而增加HDR图像的区域中的峰值像素中的白光亮度，其中HDR图像的区域为在HDR图像中光照射集中的区域，峰值像素具有比预定阈值更高的白像素数据值。本发明产生用于局部调光区块的局部调光值以驱动显示装置的光源驱动器，局部调光区块包括目标像素和多个相邻像素，局部调光值是基于局部调光区块中的每个像素的RGB像素数据和局部调光区块中的每个像素的RGBW像素数据而产生的。
例如，使用局部调光，第一调光值发生器106将低灰度的暗区域或高灰度的亮区域中的数据入侵补偿到中间亮度区域中。第一调光值发生器106通过调整每个局部区域的第一调光值来再次调整与中间灰度区域重叠的像素的亮度。第一调光值发生器106产生的第一调光值限定每个局部区域的调光值，如等式2所示。在发生了高灰度的强烈数据拉伸的局部调光区块中第一调光值被产生为高值，由此增加相应局部调光区块中的白光的亮度。另一方面，在发生了低灰度的强烈数据拉伸的局部调光区块中第一调光值被产生为低值，由此降低相应局部调光区块中的白光的亮度。
【等式3】
这里，LDBi,j表示第(i,j)个局部调光区块。局部调光区块是单位区块，在该单位区块中背光的白光亮度根据局部调光值而被独立控制。局部调光区块可被设定成具有与之前提到的像素阵列中的局部区块BL或局部区域WND相同的尺寸，但可被设定成具有不同的尺寸。因此，基于等式3，第一局部调光值LD1被设定成与包括输出亮度值与输入亮度值之比的增益的倒数的平均值成比例。
LD1i,j表示用于动态范围扩大的第(i,j)个局部调光区块的第一局部调光值。Px,y表示位于(x,y)处的像素的亮度。mpx,y表示位于(x,y)处的像素的调制后的亮度。增益x,y表示位于(x,y)处的像素的亮度的拉伸率。比例常数γ控制调光率的调整。
获得HDR图像的下一步骤是恢复光照，其中最大动态范围被压缩在LDR图像中。主要照射白光，并且由于HVS的适配特性，当光照不是集中于整个图像上而是集中于图像的一部分上时，光照的峰值效应能被最大化。
RGB数据被转换成RGBW数据之后，光照确定器108将每个像素的W数据与预定阈值进行比较，并检测具有比阈值高的W数据的峰值像素作为光照射集中的照射像素。照射像素表示在输入图像中具有高百分比的白光的亮像素。
第二调光值发生器109接收照射像素的位置信息和关于白光的亮度的信息，基于接收到的信息计算每个局部调光区块中的光照射像素的平均亮度，并且基于平均亮度产生增加每个局部调光区域中的光照射像素的亮度所需的第二调光值。局部调光区块中具有高W数据的像素越多，产生的第二调光值就越高，以增加局部调光区块中的白光亮度。
通过光照确定器108和第二调光值发生器109获得的第二调光值表示在等式4中。
【等式4】
这里，Wx,y表示W数据值，其中W数据值是RGBW转换之后的位于(x,y)处的像素的W数据值。∣…|表示局部调光区块LDBi,j中的基数，换句话说，表示像素的数目。δ表示由使用者限定的用于调整光照量的峰值等级的常数。表示整个图像中的全部像素。因此，基于等式4，第二调光值LD2被设定成与局部调光区块中的峰值像素的局部平均亮度与图像中的全部像素的整体平均亮度之比成比例。
最终调光值发生器111通过使第一调光值与第二调光值相乘而产生最终调光值。最终调光值被编码成调光信号DIM，然后调光信号DIM被传送至光源驱动器202，如图1所示。光源驱动器202根据调光信号DIM的调光值调整每个局部调光区块中的光源的亮度。
图12示出进行如图11的图(B)中所示的拉伸后的局部调光方法。图12的图(A)是一实例，在该实例中仅使用由第一调光值发生器106产生的第一调光值导通背光的光源。图12的图(B)是一实例，在该实例中仅使用由第二调光值发生器109产生的第二调光值导通背光的光源。图12的图(C)是一实例，在该实例中仅使用通过使第一调光值与第二调光值相乘而获得的最终调光值导通背光的光源。
图13是示出数据拉伸之前的LDR输入图像(A)与应用了本发明的数据拉伸方法和局部调光方法的HDR图像(B)的对比的图。
根据本发明的示例性实施方式的显示装置不限于LCD装置。例如，可通过将本发明的数据拉伸方法和白光量控制方法应用至RGB型有机发光二极管(OLED)显示装置来表现HDR图像。
如以上描述的，本发明通过使用RGBW型显示装置以低成本确保了HDR显示装置的物理能力，并且为HDR图像优化了数据拉伸方法和背光局部调光方法。因此，不仅能够用低成本实现HDR显示装置，而且能够降低功耗。例如，通过增加动态范围内的高灰度和底灰度的数据拉伸率并通过分析RGBW转换之后的W数据以分析输入图像的光照射区域来优化局部调光，从而可将背光的平均功耗降低至IEC 62087标准的约60％。
在各种实施方式中，能使用数字电路、模拟电路、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或其组合实现图3的各元件以及本文描述的属于这些元件的处理和功能。或者，一个或多个元件可实现为一个或多个处理器(例如通用处理器、数字信号处理器或图像处理器)和存储指令的非瞬时计算机可读存储媒介，其中当指令被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行本文描述的功能。在另一实施方式中，可使用硬件和软件元件的结合。
虽然已参照本公开内容的数个说明性实施方式描述了实施方式，但应理解能由本领域技术人员设计出落在本公开内容的原理范围内的许多其他修改和实施方式。更具体而言，本公开内容、附图和所附权利要求书的范围内可以存在主题组合配置的部件部分和/或排列的各种修改和变化。除了部件部分和/或排列的修改和变化之外，替代使用对于本领域技术人员来说将也是显而易见的。

Claims (17)

1.一种用于在显示器中产生像素数据的方法，所述方法包括如下步骤：
接收与图像的目标像素对应的RGB像素数据；
确定用于所述RGB像素数据的局部适配等级，所述局部适配等级表示所述RGB像素数据的感知亮度；
调制所述局部适配等级以产生调制后的局部适配等级；
产生传输曲线，所述传输曲线将输入值映射成输出值，所述传输曲线对于高于所述调制后的局部适配等级的输入值具有逐渐减小的斜率，且所述传输曲线对于低于所述调制后的局部适配等级的输入值具有逐渐增大的斜率，且所述传输曲线在所述调制后的局部适配等级处提供1:1映射；
将所述传输曲线应用于输入的RGB像素数据以将所述输入的RGB像素数据映射为输出的RGB像素数据；
将所述输出的RGB像素数据转换成RGBW像素数据以驱动所述目标像素；以及
产生用于局部调光区块的局部调光值以驱动所述显示器的光源驱动器，所述局部调光区块包括所述目标像素和多个相邻像素，所述局部调光值是基于所述局部调光区块中的每个像素的RGB像素数据和所述局部调光区块中的每个像素的RGBW像素数据而产生的，
其中调制所述局部适配等级的步骤包括：
通过中间灰度值沿第一方向偏移所述局部适配等级，以产生偏移后的局部适配等级；
通过拉伸强度值缩放所述偏移后的局部适配等级，以产生缩放后的局部适配等级；
通过所述中间灰度值沿第二方向偏移所述缩放后的局部适配等级，以产生偏移缩放后的局部适配等级；以及
将所述偏移缩放后的局部适配等级限制在最小像素值与最大像素值之间的范围以产生所述调制后的局部适配等级。
2.如权利要求1所述的方法，其中确定所述局部适配等级的步骤包括：
由所述输入的RGB像素数据产生所述目标像素的亮度值；
将双边滤波器应用于所述目标像素的亮度值，所述双边滤波器将所述局部适配等级产生为围绕局部区域内的目标像素的相邻像素的亮度值以及在所述目标像素的亮度值与所述相邻像素的亮度值之间的相似性度量的权重组合。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述传输曲线包括在与所述调制后的局部适配等级对应的输入值处的拐折点。
4.如权利要求1所述的方法，其中产生所述局部调光值的步骤包括：
对于所述局部调光区块内的每个像素，由所述RGB像素数据产生第一局部调光值；
对于所述局部调光区块内的每个像素，由所述RGBW像素数据产生第二局部调光值；
产生作为所述第一局部调光值与所述第二局部调光值的乘积的局部调光值。
5.如权利要求4所述的方法，其中产生所述第一局部调光值的步骤包括：
确定用于局部调光区块中的每个像素的增益，每个所述增益包括输出亮度值与输入亮度值之比；
设定所述第一局部调光值，所述第一局部调光值与所述增益的倒数的平均值成比例。
6.如权利要求4所述的方法，其中产生所述第二局部调光值的步骤包括：
检测所述图像中的峰值像素，所述峰值像素具有比预定阈值更高的白像素数据值；
确定所述图像中的峰值像素的整体平均亮度；
确定所述局部调光区块中的峰值像素的局部平均亮度；
确定所述局部平均亮度和所述整体平均亮度之比；和
产生所述第二局部调光值，所述第二局部调光值与所述局部平均亮度和所述整体平均亮度之比成比例。
7.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
接收伽马校正后的RGB像素数据；
执行去伽马校正以产生所述输入的RGB像素数据；以及
对所述输出的RGBW像素数据执行伽马校正。
8.一种用于在显示器中产生像素数据的装置，所述装置包括：
局部适配等级计算器电路，所述局部适配等级计算器电路用以接收与图像的目标像素对应的RGB像素数据，以确定用于所述RGB像素数据的表示所述RGB像素数据的感知亮度的局部适配等级，并且调制所述局部适配等级以产生调制后的局部适配等级；
传输曲线发生器电路，所述传输曲线发生器电路用以产生将输入值映射成输出值的传输曲线，所述传输曲线对于高于所述调制后的局部适配等级的输入值具有逐渐减小的斜率，且所述传输曲线对于低于所述调制后的局部适配等级的输入值具有逐渐增大的斜率，且所述传输曲线在所述调制后的局部适配等级处提供1:1映射；
数据拉伸器电路，所述数据拉伸器电路用以将所述传输曲线应用至输入的RGB像素数据以将所述输入的RGB像素数据映射成输出的RGB像素数据；
RGBW转换器电路，所述RGBW转换器电路用以将所述输出的RGB像素数据转换成RGBW像素数据以驱动所述目标像素；以及
调光值发生器电路，所述调光值发生器电路用以产生用于局部调光区块的局部调光值以驱动所述显示器的光源驱动器，所述局部调光区块包括所述目标像素和多个相邻像素，所述局部调光区块是基于所述局部调光区块中的每个像素的RGB像素数据和所述局部调光区块中的每个像素的RGBW像素数据而产生的，
其中所述局部适配等级计算器电路包括：
第一加法器电路，所述第一加法器电路用以通过中间灰度值沿第一方向偏移所述局部适配等级，以产生偏移后的局部适配等级；
缩放器电路，所述缩放器电路用以通过拉伸强度值缩放所述偏移后的局部适配等级，以产生缩放后的局部适配等级；
第二加法器电路，所述第二加法器电路用以通过所述中间灰度值沿第二方向偏移所述缩放后的局部适配等级，以产生偏移缩放后的局部适配等级；以及
限制器电路，所述限制器电路将所述偏移缩放后的局部适配等级限制在最小像素值与最大像素值之间的范围以产生所述调制后的局部适配等级。
9.如权利要求8所述的装置，其中所述局部适配等级计算器电路包括：
亮度值发生器电路，所述亮度值发生器电路用以由所述输入的RGB像素数据产生所述目标像素的亮度值；以及
双边滤波器，所述双边滤波器用以过滤所述目标像素的亮度值以将所述局部适配等级产生为围绕局部区域内的目标像素的相邻像素的亮度值以及在所述目标像素的亮度值与所述相邻像素的亮度值之间的相似性度量的权重组合。
10.如权利要求8所述的装置，其中所述传输曲线包括在与所述调制后的局部适配等级对应的输入值处的拐折点。
11.如权利要求8所述的装置，其中所述调光值发生器电路包括：
第一调光电路，对于所述局部调光区块内的每个像素，所述第一调光电路由所述RGB像素数据产生第一局部调光值；
第二调光电路，对于所述局部调光区块内的每个像素，所述第二调光电路由所述RGBW像素数据产生第二局部调光值；
最终调光值发生器电路，所述最终调光值发生器电路用以产生作为所述第一局部调光值与所述第二局部调光值的乘积的局部调光值。
12.如权利要求11所述的装置，其中所述第一调光电路包括：
拉伸确定器电路，所述拉伸确定器电路用以确定用于局部调光区块中的每个像素的增益，每个所述增益包括输出亮度值与输入亮度值之比；以及
第一调光值发生器电路，所述第一调光值发生器电路用以设定所述第一局部调光值，所述第一局部调光值与所述增益的倒数的平均值成比例。
13.如权利要求11所述的装置，其中所述第二调光电路包括：
光照确定器电路，所述光照确定器电路用以检测所述图像中的峰值像素、确定所述图像中的峰值像素的整体平均亮度、以及确定所述局部调光区块中的峰值像素的局部平均亮度，其中所述峰值像素具有比预定阈值更高的白像素数据值；
第二调光值发生器电路，所述第二调光值发生器电路用以确定所述局部平均亮度和所述整体平均亮度之比，并且产生与所述局部平均亮度和所述整体平均亮度之比成比例的第二调光值。
14.如权利要求8所述的装置，还包括：
双伽马校正器电路，所述双伽马校正器电路用以接收伽马校正后的RGB像素数据，并执行去伽马校正以产生所述输入的RGB像素数据；以及
伽马校正器电路，所述伽马校正器电路用以对所述输出的RGBW像素数据执行伽马校正。
15.一种非瞬时计算机可读存储媒介，所述非瞬时计算机可读存储媒介存储指令以用于在显示器中产生像素数据，所述指令当在被处理器执行时使该处理器执行下列步骤：
接收与图像的目标像素对应的RGB像素数据；
确定用于所述RGB像素数据的局部适配等级，所述局部适配等级表示所述RGB像素数据的感知亮度；
调制所述局部适配等级以产生调制后的局部适配等级；
产生传输曲线，所述传输曲线将输入值映射成输出值，所述传输曲线对于高于所述调制后的局部适配等级的输入值具有逐渐减小的斜率，且所述传输曲线对于低于所述调制后的局部适配等级的输入值具有逐渐增大的斜率，且所述传输曲线在所述调制后的局部适配等级处提供1:1映射；
将所述传输曲线应用于输入的RGB像素数据以将所述输入的RGB像素数据映射为输出的RGB像素数据；
将所述输出的RGB像素数据转换成RGBW像素数据以驱动所述目标像素；以及
产生用于局部调光区块的局部调光值以驱动所述显示器的光源驱动器，所述局部调光区块包括所述目标像素和多个相邻像素，所述局部调光值是基于所述局部调光区块中的每个像素的RGB像素数据和所述局部调光区块中的每个像素的RGBW像素数据而产生的，
其中调制所述局部适配等级的步骤包括：
通过中间灰度值沿第一方向偏移所述局部适配等级，以产生偏移后的局部适配等级；
通过拉伸强度值缩放所述偏移后的局部适配等级，以产生缩放后的局部适配等级；
通过所述中间灰度值沿第二方向偏移所述缩放后的局部适配等级，以产生偏移缩放后的局部适配等级；以及
将所述偏移缩放后的局部适配等级限制在最小像素值与最大像素值之间的范围以产生所述调制后的局部适配等级。
16.如权利要求15所述的非瞬时计算机可读存储媒介，其中确定所述局部适配等级的步骤包括：
由所述输入的RGB像素数据产生所述目标像素的亮度值；
将双边滤波器应用于所述目标像素的亮度值，所述双边滤波器将所述局部适配等级产生为围绕局部区域内的目标像素的相邻像素的亮度值以及在所述目标像素的亮度值与所述相邻像素的亮度值之间的相似性度量的权重组合。
17.如权利要求15所述的非瞬时计算机可读存储媒介，其中所述传输曲线包括在与所述调制后的局部适配等级对应的输入值处的拐折点。
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