CN105825805B - 一种led节能显示方法、led显示屏系统及lcd显示设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种LED节能显示方法、LED显示屏系统及LCD显示设备，该方法包括：根据显示设备的动态范围，获取原图的亮度变化梯度大于某一阈值的多个边界；对多个边界进行不重叠分割，形成多个图像亮度区间；保持多个图像亮度区间中的边缘亮度梯度不变，对图像亮度区间中的亮度高的部分进行衰减处理形成修正后的图像；将修正后的图像发送至显示设备进行显示。本发明利用人眼关注锐利边缘这一错视效应，利用Countershading方法来实现在保持全局感知对比度不变的情况下，达到LED节能的目的。

Description

一种LED节能显示方法、LED显示屏系统及LCD显示设备
技术领域
本发明涉及图像处理技术，尤其涉及一种LED节能显示技术、LED显示屏系统及LCD显示设备。
背景技术
大型LED全彩显示屏在户外或室内的应用越来越广泛，例如商场、道路交通、公告板等都广泛使用LED。随着现代化发展，能源不断的消耗，资源不断的缺乏，生产规模不断扩大，LED显示屏的进一步节能是当下LED全彩显示屏行业关注的热点。目前LED行业提出的节能方案有：
1)从供电电源上着手。在现有的LED显示屏上直接采用半桥或全桥高效率开关电源，再加上同步整流节能效果显著。给驱动IC恒流的状态下尽量的减小电源电压，通过红绿蓝各管芯分开供电来达到更好的节能效果。当然这种非标准电压电源和新技术的应用成本必然有所上升。从屏幕驱动IC上看，节能并不明显，减小驱动恒流压差还会带来包括成本在内的新的问题。部分IC企业宣传驱动节能设计，无非是出于销售策略而已。
2)降低显示屏亮度。根据P＝UI，显示屏的能耗是直接和图像像素的亮度成正比的，在电压不变的情况下，亮度越低，电流I越小，能耗越小。但降低显示屏亮度会导致显示屏最大对比度下降。最大对比度是能客观评价LED显示屏视频显示效果的重要指标，对显示效果有很大影响。最大对比度越大意味着显示设备显示的图像可以具备更好的全局对比度，图像的前景和后景区分度更高，图像层次感更好。最大对比度越小，图像就会显得灰蒙蒙的，缺乏足够的层次感和对比度，这直接影响了人眼的感知效果。调整显示屏的亮度应该是基于人类视觉系统的，应该做到对人眼的感知损失最小，因此，降低显示屏亮度并不是一个很好的解决方案。
对于上述两种方案，前者增加了运营成本，而且从屏幕驱动IC上看，节能效果并不明显；后者在降低亮度的同时，图像对比度下降，显示质量变差。因此，如何很好地实现LED节能显示的效果就变得及其重要。
发明内容
因此，为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本发明提出一种LED节能显示方法、LED显示屏系统及LCD显示设备。
本发明提供了一种LED节能显示方法，包括：
步骤一、根据显示设备的动态范围，获取原图的亮度变化梯度大于某一阈值的多个边界；
步骤二、对所述多个边界进行不重叠分割，形成多个图像亮度区间；
步骤三、保持所述多个图像亮度区间中的边缘亮度梯度不变，对所述图像亮度区间中的亮度高的部分进行衰减处理形成修正后的图像；
步骤四、将所述修正后的图像发送至所述显示设备进行显示。
在本发明的一个实施例中，所述多个图像亮度区间包括从整体上呈现交替出现的亮区间和暗区间。
在本发明的一个实施例中，步骤三包括：
对所述图像亮度区间中的暗区间不进行衰减处理，对所述图像亮度区间中的亮区间进行衰减处理。
在本发明的一个实施例中，步骤三中的衰减处理的公式为：
其中，a代表亮度衰减的斜率，d代表图像中的(i,j)点距离大尺度边缘的最小距离，δ为从指定边缘处亮度衰减的梯度，A表示亮区间，B表示暗区间。
在本发明的一个实施例中，所述显示设备为LED显示屏系统或者LCD显示设备。
本发明又一实施例提供了一种LED显示屏系统，包括LED显示屏和LED显示屏控制器，所述LED显示屏控制器根据上述实施例的方法进行节能显示。
在本发明的一个实施例中，所述LED显示屏控制器为同步控制器或者异步控制器。
本发明再一实施例提供了一种LCD显示设备，包括LED背光源和控制器，所述控制器根据上述实施例提供的方法对所述LED背光源进行控制以实现节能显示。
本发明利用人眼关注锐利边缘这一错视效应，利用Countershading方法来实现在保持全局感知对比度不变的情况下，达到LED节能的目的。Countershading技术是在相邻亮度梯度处，创造一个逐步衰减的亮度变化，这样人眼感知到的物体轮廓和图像景深不会改变，而显示屏的整体显示亮度会有所下降，整体耗能也会变少，实现节能。
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
为了更清晰地说明本发明或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。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1a-图1b为视觉错视现象的对比图；
图2为本发明实施例提供的一种LED节能显示方法；
图3a为本发明实施例提供的一种LED节能显示方法使用前的部分原始图像的亮度变化图；
图3b为本发明实施例提供的一种LED节能显示方法使用前的人眼感知到的亮度对比度范围；
图4a为本发明实施例提供的一种LED节能显示方法使用后的同一部分原图亮度变化图；
图4b为本发明实施例提供的一种LED节能显示方法使用后的人眼感知到的亮度对比度范围。
图5为本发明实施例提供的一种LED节能显示方法使用前和使用后的实际效果对比图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
请参见图1a和图1b，图1a-图1b为视觉错视现象的对比图。视觉错视的研究发现，人类视觉对于对比度的感知主要依靠两个物体的边缘梯度，如果边缘梯度能够被保留，图像就拥有足够的层次感和对比度。以图中的错视现象为例，图1a可以看到由中心向外圆环的亮度越来越大，感知到的亮度变化近似为1:2:4(由内及外)形成了一种强烈的对比度变化的感觉，人眼可以感受到很强的层次感。而实际上，图1a和图1b的亮度是一样的。用黑色的圆圈覆盖上等亮度圆环的邻近的边缘如图1b会看到所有的圆环都是等亮度的，感知亮度变化为1:1:1。
本发明利用视觉错觉的现象，通过Countershading方法来实现在保持全局感知对比度不变的情况下，即通过寻找图像的大尺度边缘，在图像亮度出现较大差异，即大尺度边缘梯度处开始，对亮度大的区域做一个逐渐衰减的亮度变化，得到部分显示亮度降低，全局感知对比度不变的图像，从而达到LED节能的目的。请参见图2，图2为本发明实施例提供的一种LED节能显示方法，具体做法如下：
步骤一、根据显示设备的动态范围，获取原图的亮度变化梯度大于某一阈值的多个边界；
步骤二、对所述多个边界进行不重叠分割，形成多个图像亮度区间；其中，所述多个图像亮度区间包括从整体上呈现交替出现的亮区间和暗区间。
步骤三、保持所述多个图像亮度区间中的边缘亮度梯度不变，对所述图像亮度区间中的亮度高的部分进行衰减处理形成修正后的图像；其中，对所述图像亮度区间中的暗区间不进行衰减处理，对所述图像亮度区间中的亮区间进行衰减处理。
其中，衰减处理的公式为：
其中，a代表亮度衰减的斜率，d代表图像中的(i,j)点距离大尺度边缘的最小距离，δ为从指定边缘处亮度衰减的梯度，A表示亮区间，B表示暗区间。
步骤四、将所述修正后的图像发送至所述显示设备进行显示。其中，该显示设备可以是LED显示屏系统，也可以是包括LED背光源的LCD显示设备，此处不做任何限制，只要是显示设备中包括LED即可。
本发明利用人眼关注锐利边缘这一错视效应，利用Countershading方法来实现在保持全局感知对比度不变的情况下，达到LED节能的目的。Countershading技术是在相邻亮度梯度处，创造一个逐步衰减的亮度变化，这样人眼感知到的物体轮廓和图像景深不会改变，而显示屏的整体显示亮度会有所下降，整体耗能也会变少，实现节能。
实施例二
为了更进一步地对本发明的技术方案进行详细描述，请参见图3a-图3b、图4a-图4b和图5，图3a为本发明实施例提供的一种LED节能显示方法使用前的部分原始图像的亮度变化图；图3b为本发明实施例提供的一种LED节能显示方法使用前的人眼感知到的亮度对比度范围；图4a为本发明实施例提供的一种LED节能显示方法使用后的同一部分原图亮度变化图；图4b为本发明实施例提供的一种LED节能显示方法使用后的人眼感知到的亮度对比度范围。图5为本发明实施例提供的一种LED节能显示方法使用前和使用后的实际效果对比图。该方法包括如下步骤：
第一步、输入原图，得到和显示设备动态范围一致的图像，并获取图像大尺度的边缘。
第二步、根据获取的大尺度边缘对图像进行不重叠的分块，然后对分块的图像进行处理，使得从大尺度边缘处开始，对较亮的部分亮度做衰减变化，亮度暗的部分基本保持不变，这样边缘台阶也是保持不变的。
实现这样处理的方法可以有多种，其中一种处理方法为：
其中，a代表亮度衰减的斜率，d代表图像中的(i,j)点距离大尺度边缘的最小距离，δ为从指定边缘处亮度衰减的梯度，A表示亮区间，B表示暗区间。
图3a表示原始图像某一部分亮度变化曲线图，图3b表示人眼感知到亮度对比度范围，图4a是该部分经过上述步骤处理之后的亮度变化曲线图，图4b是该部分经过上述步骤处理之后的人眼对该部分感知到的亮度对比度范围。可以看到，处理之后边缘梯度保持不变，在亮度高的部分做亮度衰减的同时，人眼感知到的对比度并没有发生变化。
第三步：得到感知对比度不变，显示亮度下降的图像。
图5是应用本方法的原图和效果图的对比。左边的视图为原图，右边的视图是应用本方法对原图处理之后的效果图。处理后的图较原图节省耗能6.7％，且经过比较可知，人眼对两幅图像的感知并无差异，本方法实现了在节能的同时，又不降低图像的显示质量。
本发明要利用人眼关注锐利边缘，对图像亮度做逐步衰减，并不影响人眼感知到的全局对比度这一视觉错觉，在保持图像全局感知对比度不变的情况下，达到节能减排的目的。同时，降低了应用成本和硬件难度。
另外，本发明还提供了实施该方法的显示设备。具体地，该显示设备可以是LED显示屏系统或者LCD显示设备。对于LED显示屏系统，包括LED显示屏和LED显示屏控制器，该LED显示屏控制器例如是同步控制器或者异步控制器。
综上所述，本文中应用了具体个例对本发明LED节能显示技术、LED显示屏系统及LCD显示设备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 (5)

1.一种LED节能显示方法，其特征在于，包括：
步骤一、根据显示设备的动态范围，获取原图的亮度变化梯度大于某一阈值的多个边界；
步骤二、对所述多个边界进行不重叠分割，形成多个图像亮度区间；
步骤三、保持所述多个图像亮度区间中的边缘亮度梯度不变，对所述图像亮度区间中的亮度高的部分进行衰减处理形成修正后的图像；
步骤四、将所述修正后的图像发送至所述显示设备进行显示；
所述多个图像亮度区间包括从整体上呈现交替出现的亮区间和暗区间；
所述对所述图像亮度区间中的亮度高的部分进行衰减处理形成修正后的图像的步骤包括：所述衰减处理的公式为：
其中，a代表亮度衰减的斜率，d代表图像中的(i,j)点距离大尺度边缘的最小距离，δ为从指定边缘处亮度衰减的梯度，A表示亮区间，B表示暗区间。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述显示设备为LED显示屏系统或者LCD显示设备。
3.一种LED显示屏系统，包括LED显示屏和LED显示屏控制器，其特征在于，所述LED显示屏控制器根据权利要求1或2任一项所述的方法进行节能显示。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述LED显示屏控制器为同步控制器或者异步控制器。
5.一种LCD显示设备，包括LED背光源和控制器，其特征在于，所述控制器根据权利要求1或2任一项所述的方法对所述LED背光源进行控制以实现节能显示。
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