CN106205451A - 图像处理电路、图像处理方法和使用其的显示装置 - Google Patents

Abstract

图像处理电路、图像处理方法和使用其的显示装置。本公开涉及一种能够增强灰度级呈现的图像处理电路和图像处理方法，以及使用该图像处理电路的显示装置。所述图像处理电路和图像处理方法针对感知亮度画面等级(PBPL)执行的每个灰度级到高灰度级的差分扩展，并且之后对高灰度级的区域中的发光装置进行过驱动，所述感知亮度画面等级反映了输入图像的高灰度级的分布，所述高灰度级高于或等于阈值灰度级。

Description

图像处理电路、图像处理方法和使用其的显示装置

技术领域

本公开涉及一种能够增强灰度级呈现的图像处理电路和图像处理方法，以及使用该图像处理电路的显示装置。

背景技术

图像的动态范围中的输入指在输入图像中从暗部到亮部呈现亮度的范围。最近已开始进入人们的视野的高动态范围(HDR)显示器，能够以非常高的对比度、深黑非常明亮的白色显示图像。

在常规的情况下，要实现这样的HDR显示器，平均画面等级(APL)(是输入图像的所有灰度级的平均的或通过离散余弦变换而得到的图像的亮度增强权重)用于切换服务器扩大输入图像的动态范围。

然而，利用平均灰度值或单独到频域的变换，根据灰度级分布的感知亮度特性可不被反射，并因此可得到比人的视线的高动态范围窄的围。

此外，如果柱状图通过施加APL到所有灰度级(针对具有高灰度级和/或低灰度级的高分布的图像拉伸，则中灰度级不拉伸并由此拐点可在中灰度级和低灰度级之间以及中间灰度级和高灰度级之间发生。这些拐点，可能会导致在图像中的伪影。

发明内容

因此，本发明致力于提供一种图像处理电路、图像处理方法以及使用该图像处理电路的显示装置，其基本消除了由于现有技术的限制和缺点造成的一个或更多个问题。

本发明的目的在于提供一种能够增强灰度级呈现的图像处理电路和图像处理方法、以及使用该图像处理电路的显示装置。

其它优点和特征部分地将在下面的说明中阐述，部分在本领域技术人员阅读了下文之后变得更明显，或可以通过实施公开的主题而习得。可以通过在书面说明及其权利要求记忆附图中具体指出的结构来实现和获得该目的和其它优点。

为了实现这些和其它优点并且根据本发明的目的，如本文具体实施和广泛描述的，一种图像处理电路和图像处理方法，其针对反映输入图像的低灰度级的分布的感知黑暗画面等级(PDPL)执行从每个灰度级到低灰度级的差分移位，并且之后针对反映输入图像的高灰度级的分布的感知亮度画面等级(PBPL)执行每个灰度级到高灰度级的差分扩展。

要理解的是，上面的一般描述和下面的具体描述仅是示例性和说明性的，并且意在提供对要求保护的发明的进一步解释。

附图说明

附图被包括进来以提供对本发明的进一步理解并被并入且构成本申请的一部分，附图示出了本发明的(多个)实施方式，并且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一个实施方式的图像处理电路的框图；

图2是示出使用图1所示的图像处理电路的图像处理方法的流程图；

图3示出了根据本发明的图像处理方法的一个实施方式的输入图像的输入数据与校正数据以及图像的改变的柱状图；

图4A和图4B示出了根据本发明的图像处理方法的一个实施方式的、输出灰度级对输入灰度级；

图5A、图5B和图5C示出了根据本发明的一个实施方式的、输入图像按照图像的灰度级的分布的柱状图和改变；

图6示出了根据本发明的一个实施方式的、用于测量应用了图像处理电路的显示装置的伽马特性的图案；

图7是示出根据本发明的另一实施方式的图像处理电路的框图；

图8是示出通过图7中所示的局部过驱动装置局部地过驱动的液晶显示装置的截面图；

图9是示出通过图7中所示的局部过驱动装置局部地过驱动的有机发光显示装置的截面图；

图10是示出使用图7所示的图像处理电路的图像处理方法的流程图；

图11是示出根据本发明的又一实施方式的图像处理电路的框图；

图12是示出通过图11中所示的全局过驱动装置全局过驱动的液晶显示装置的截面图；

图13是示出通过图11中所示的全局过驱动装置全局过驱动的有机发光显示装置的截面图；

图14示出了在图11所示的全局过驱动装置中使用的伽马曲线；

图15是示出使用图11所示的图像处理电路的图像处理方法的流程图；以及

图16是示出应用了根据本公开的实施方式的图像处理电路的显示装置的框图。

具体实施方式

现在将详细地参考本发明的优选实施方式，这些优选实施方式的示例在附图中示出。只要可能，相同的附图标记将在整个附图中被用来指代相同或相似的部分。

图1是示出根据本发明的一个实施方式的图像处理电路的框图。

图1中所示的图像处理电路120包括：照度分量提取器122、柱状图分析器124、感知亮度计算器126、差分移位器128、差分扩展单元132和查找表134。

照度分量提取器122基于颜色格式转换算法或转换函数，将当前输入帧的图像数据RGB分离为照度分量Y和色度分量。例如，基于公式1中所示的转换函数，照度分量提取器122对照度分量Y进行提取。

公式1

Y＝0.229×R(灰度值)+0.587×G(灰度值)+0.114×B(灰度值)

柱状图分析器124通过分析由照度分量提取器122所提取的照度分量Y，生成每帧的柱状图。例如，当显示面板包括M×N个像素时，柱状图分析器124将M×N个照度分量Y分类成相应的灰度级，柱状图分析器124进行分类M×N个照度分量Y考虑各灰度级，对与每个灰度级对应的照度分量Y的频率进行计数，然后生成由针对相应灰度级的频率(或比例)构成的柱状图。

然后，柱状图分析器124从所生成的柱状图计算最大照度分量Ymax和最小照度分量Ymin。即，柱状图分析器124计算对应于频率为n％(其中，n为小于10的正整数)的最低灰度级的最小照度分量Ymin和对应于频率为n％(其中，n为小于10的正整数)的最高灰度级的最大照度分量Ymax。

感知亮度计算器126计算感知到的黑暗画面电平(PBPL)和感知到的亮度画面电平(PBPL)，PBPL表示基于人类的亮度感知属性输入图像的低灰度级的分布的程度，PBPL表示基于人类的亮度感知属性输入图像的高灰度级的分布程度。这里，低灰度级和高灰度级依赖于显示装置的属性(例如，尺寸、驱动功率、使用寿命等)和使用它们的目的。

如下面的公式2所示，使用输入图像的每个输入灰度级Grayij和由柱状图分析器124生成的最大照度分量Ymax来计算PDPL。

公式2

$PDPL=\frac{{\Σ}_{i=1}^M{\Σ}_j^N{\mathrm{Gray}}_{ij}\×(Y_{\max }-{\mathrm{Gray}}_{ij})}{{\Σ}_{i=1}^M{\Σ}_j^N(Y_{\max }-{\mathrm{Gray}}_{ij})}$

在公式2中，当输入灰度值Grayij减小(到较低灰度级)时，权重Ymax-Grayij增加。然而，由于公式2中的分母的值也增加，因此PDPL降低。当输入灰度值Grayij增加(到较高灰度级)时，权重Ymax-Grayij减小。然而，由于公式2的分母的值也减小了，因此PDPL上升了。

相应地，降低指示感知亮度的程度的PDPL可能意味着一帧的输入图像中低灰度值的比例较高，而提高PDPL可能意味着一帧的输入图像中低灰度值的比例较低。

如下面的公式3所述，基于各输入灰度值Grayij计算PBPL。

公式3

$PBPL=\frac{{\Σ}_{i=1}^M{\Σ}_j^N{\mathrm{Gray}}_{ij}\×{\mathrm{Gray}}_{ij}}{{\Σ}_{i=1}^M{\Σ}_j^N{\mathrm{Gray}}_{ij}}$

在公式3中，PBPL正比于输入灰度值的平方。因此，降低PBPL可能意味着一帧的输入图像中高灰度值的比例较低，提高PBPL可能意味着一帧的输入图像中高灰度值的比例较高。

此外，在公式3中，PBPL的分子的值正比于输入灰度值的平方，并且因此对应于每个输入灰度级的PBPL与输入灰度级相比是上升的。因此，当相邻灰度值之间的PBPL的差增加时，相邻的输入灰度值的亮度分量被突出显示。

差分移位器128通过公式4中计算出的移位常数C(shift)使各个输入灰度Grayin向负方向移位。

即，如果输入灰度值Grayin大于最小照度分量Ymin和小于照度分量Ymax，在从每个输入灰度值中减去在公式4中计算的移位常数C(shift)的情况下则对输入图像进行每个输入灰度值到较低灰度值的差分移位。

公式4

$C\left(shift\right)=\mathrm{\α}\×PDPL\×(1-\frac{Grayin-Ymin}{(Y\max -Y\min )})$

在公式4中，α表示实验常数，并且具有大于0且小于2的值。

如果输入灰度Grayin小于最小照度分量Ymin，则等于最小照度分量Ymin的值输入到输入灰度级Grayin，因此移位常数C(shift)具有α×PDPL的最大值。因此，如果输入灰度Grayin小于最小照度分量Ymin，则输入灰度值被移位到最小值(0灰度值)。

如果输入灰度Grayin大于最大照度分量Ymax，则等于最大照度分量Ymax的值输入到输入灰度级Grayin，因此移位常数C(shift)具有0的值。因此，如果输入灰度Grayin大于最大照度分量Ymax，则输入灰度值可以被保持而不是被移位到较低的灰度级，并且因此可以防止最大灰度级降低。

如公式4中所示，移位常数C(shift)是与PDPL与成正比。因此，当用于图像的PDPL的值减小时，用于移位到较低灰度级的C(shift)的值降低，因此低灰度的饱和程度可能会降低。另一方面，对于具有高PDPL的图像，移位考虑图像的亮度特性适当地进行，因此，可以保持图像的柱状图的分布特性。

差分扩展单元132基于差分增益PXLgain，将被移位到较低灰度级的输入图像的灰度值扩展到较高灰度级。即，如公式5所示，通过将PBPL的函数f(PBPL)、针对每个灰度级的输入增益(增益LUT)和增益常数β相乘来计算针对每个输入灰度级的差分增益PXLgain。这里，β是用于调节差分增益PXLgain的比例的增益常数，f(PBPL)是将PBPL作为变量的函数。LUTgain是映射到每个输入灰度级的归一化增益值。LUTgain被存储在查找表134中。

公式5

对于具有低于阈值的PBPL的黑暗图像，通过公式5计算出PXLgain的高值，以增强图像的整体亮度和图像呈现。对于具有比阈值高的PBPL的明亮图像，计算不引起高灰度级饱和的PXLgain的低值。特别地，对于具有高于阈值的PBPL的输入图像，当灰度值增加时，PXLgain的确定的值(其是针对每个输入灰度级的差分增益)减小。对于具有低于阈值的PBPL的输入图像，当灰度值减小时，PXLgain的确定的值增加。这里，阈值取决于显示装置的属性(例如，尺寸、驱动电源、使用寿命等)和其使用目的。通过向被移位到较低灰度的输入灰度施加所计算的差分增益PXLgain，输出数据RGB的输出灰度被确定。例如，如果输入灰度级为低，则相对高的差分增益PXLgain被施加到输入灰度级，因此确定输出灰度级被显著扩展到高灰度级。从而，与输入图像的低灰度值的频率相比，输出图像的低灰度值的频率下降，因而图像的整体亮度和可见度提高。如果输入灰度级为高，相对低的差分增益PXLgain被施加到输入灰度级，因此驱动输出灰度略微扩展到较高灰度级。从而，与输入图像的情况相比，输出图像的高灰度值的频率的变化降低，因此，高灰度值的集群(clustering)可以被最小化，同时保持高的灰度值的呈现。

图2是示出根据本发明的实施方式的图像处理方法的流程图。图2将结合图1所示的图像处理电路来描述。

当当前帧的图像数据被输入到图1所示的照度分量提取器122时，从图像数据中提取照度分量Y(步骤S11)。

通过分析由照度分量提取器122提取的每个帧的照度分量Y，柱状图分析器124生长针对每个帧的柱状图。柱状图分析器124根据所生成的柱状来计算最大照度分量Ymax和最小大照度分量Ymin(步骤S12)。

然后，在公式2中利用输入图像的输入灰度级Grayij和由柱状图分析器生成的最大照度分量Ymax来计算PDPL，并且在公式3中利用输入图像的每个输入灰度级Grayij来计算PBPL(步骤S13)。

然后，通过公式4中计算的移位常数C(shift)将每个输入灰度值Grayin移位到较低灰度级(步骤S14)。

然后，在公式5中，通过将f(PBPL)、针对反映感知属性的每个灰度级的增益和增益常数相乘计算针对每个输入灰度级的差分增益，然后针对所计算出的差分增益值和输入图像数据的灰度值进行操作。从而，扩展到较高灰度级的具有柱状图输出数据RGB'是根据输入灰度值使用该差分增益值生成的(步骤S15和S16)。

图3示出了根据本发明的图像处理方法的一个实施方式的输入图像的输入数据与校正数据以及图像的改变的柱状图。

如图3所示，通过进行输入图像的输入灰度级到较低灰度级的柱状图分布的差分移位，图像变暗。即，对于具有低PDPL的图像，移位被以很小的程度执行，以降低低灰度级的饱和度。对于具有高PDPL的图像，移位被以适当的程度执行，以保持图像的柱状图的分布特性。由此，当输出灰度级被移位到较低灰度级时，如图4A所示，获得输出灰度级相对输入灰度级的曲线图。

通过执行被移位到较低灰度级的输入图像向较高灰度级的差分扩展，图像的整体亮度可以得到增强。由此，当输出灰度级扩展至较高灰度级时，获得图4B所示的输出灰度级相对所述输入灰度级的曲线图。由于每个输入灰度级设置有与PBPL成正比的差分增益，因此柱状图被扩展到较高灰度级，图像的整体亮度可以增强，同时保持了灰度级呈现。

以此方式，每个灰度级到较低灰度级的差分移位是根据反映输入图像的低灰度级分布的PDPL执行的，然后每个灰度级到较高灰度级差分扩展基于反映图像的高灰度级分布的PBPL执行的。当到低灰度级的差分移位被执行时，低灰度级的扭曲(birdcaging)可以被最小化且低灰度级的呈现根据图像的亮度特征可以得到增强。此外，当高灰度级的柱状图扩展时，高灰度级的集群类可以被最小化，并且图像的整体亮度可以得到增强。此外，根据一个实施方式，输出数据通过每个输入图像的输入数据值的调节而非通过除伽马调节被校正。

图5A、图5B和图5C示出了根据本公开的一个实施方式的、输入图像按照图像的灰度级的分布的柱状图和改变。

如果低灰度级在输入图像中密集分布(如图5A)，针对每个输入灰度级进行差分移位，然后针对灰度级进行差分扩展。从而，相比于输入图像，对应的输出图像具有低灰度级的宽泛分布，从而低灰度级的呈现可以得到改善。

如果所有灰度级均匀地分布在输入图像中(如图5B所示)，则针对每个输入灰度级进行差分移位，然后针对所述灰度级进行差分扩展。从而，对应的输出图像具有低灰度级和高灰度级的宽泛分布，从而色彩再现可以增强。

如果高灰度级在输入图像中过度分布(如图5C所述)，则针对每个输入灰度级进行差分移位，然后针对所述灰度级进行差分扩展。从而，输出图像的整体亮度可以提高，而高灰度级的呈现被保持。

图6示出了根据本发明的一个实施方式的、用于测量应用了图像处理电路的显示装置的伽马特性的图案。

当使用图6中所示的蜿蜒恒定像素级(SCPL)图案进行伽马测量时，根据亮度水平设置不同的伽马特性，因为图像是基于人类的亮度感知特性来确定的。特别是，当在图6中所示的SCPL图案改变时，其中APL利用固定的PBPL和PDPL改变的图案或者其中APL利用改变PBPL和PDPL固定的图案可以形成。

根据本实施方式，在APL利用固定的PBPL和PDPL改变的图案中，所测量的输入灰度级和输出灰度级之间的关系保持不变。在其中APL利用改变PBPL和PDPL固定的图案中，所测量的输入灰度级和输出灰度级之间的关系不断变化。

图7是示出根据本发明的另一实施方式的图像处理电路的框图。

图7所示的图像处理电路包括照度分量提取器122、柱状图分析器124、感知亮度计算器126、差分扩展单元132、查找表134和局部过驱动装置136。在图7中，照度分量提取器122、柱状图分析器124、感知亮度计算器126、差分扩展单元132和查找表134对应于图1中所示的照度分量提取器122、柱状图分析器124、感知亮度计算器126、差分扩展单元132和查找表134，并且因此其详细描述将被省略。

利用差分扩展单元132，在基于PBPL将差分增益施加至各个灰度级单个帧的输入图像中，局部过驱动装置136有选择地增大高于阈值灰度级的高灰度级的照度，并保持高于阈值灰度级的低/中灰度级的照度。

为此，当局部过驱动装置136被施加至液晶显示装置时，局部过驱动装置136生成照度控制信号HCS并且将其提供给背光驱动器140，使得向实现高灰度级的子像素提供光的光源块LB具有比向实现低/中灰度级的子像素提供光的光源块LB更高的照度，如图8所示。背光驱动器140响应于照度控制信号HCS驱动多个光源块LB，使得在实现高灰度级的区域中被开启的光源的数量大于在实现低/中灰度级的区域中被开启的光源的数量。这里，多个LB中的每一个设置有第一光源L1和第二光源L2。通过有选择地开启第一光源L1，可以实现第一峰值照度。通过打开所有第一光源L1和第二光源L2，液晶显示装置可实现比第一峰值照度高的第二峰值照度。这里，第一峰值照度是考虑显示装置的功率消耗和使用寿命的设置典型的最大亮度，并且第二峰值照度为能够由显示装置实现的最大亮度。

由此，响应于逻辑值为“低”的照度控制信号HCS，背光驱动器140关断向用于实现低/中灰度级的子像素SP提供光的光源块LB的第二光源L2，并有选择地开启第一光源L1。使用从开启的第一光源L1中生成的光，用于实现低/中灰度级的子像素SP可实施对应于灰度级的亮度，即比第一峰值照度低的亮度。此外，背光驱动器136开启向用于实现该灰度级的子像素SP提供光的光源块LB的第一光源L1和第二光源L2，并有选择地开启第一光源L1。使用从开启的第一光源L1和第二光源L2中生成的光，用于实现高灰度级的子像素SP可在比第一峰值照度高的第二峰值照度内实现照度，从而扩展高灰度级的分布。

此外，当局部过驱动装置136被施加到液晶显示装置中时，局部过驱动装置136可以调节用于向实现高灰度级的子像素提供光的光源块LB的和用于向实现低/中灰度级的子像素提供光的光源块LB的脉冲宽度调制(PWM)信号。即，局部过驱动装置136生成对应于调光值的PWM信号，调光值用于设置向实现高灰度级的子像素提供光的光源块LB的持续时间开启为比向实现低/中灰度级的子像素提供光的光源块LB的持续时间更长。然后，局部过驱动装置136将PWM信号提供给背光驱动器140。背光驱动器140响应于各光源块LB的局部调光值驱动多个光源块LB，使得被布置在用于实现所述高灰度级的区域中的光源被开启得比被布置在用于实现所述低灰度级/中灰度级的区域中的光源更长时间。从而，使用从开启相对较短时间的光源块LB中生成的光，用于实现低/中灰度级的子像素SP可以实现对应于所确定的灰度级的典型亮度。此外，使用从开启相对较长时间的光源块LB中生成的光，用于实现低/中灰度级的子像素SP可以在第二峰值照度内实现照度，从而扩展高灰度级的分布。

当局部过驱动装置136被施加到有机发光显示装置中时，局部过驱动装置136通过有选择地施加差分增益到图像数据，来调制灰度级高于或等于阈值灰度级的的图像数据。相对过电流被施加至子提供有调制后的图像数据的像素SPB，因此，子像素被过驱动，使得第二峰值照度范围内的任何亮度都是可实现的。另一方面，对应于典型亮度的基准电流施加到对应于低/中间灰度级区域中的子像素的SPA，使得子像素以典型的方式被驱动。

图10是示出使用图7所示的图像处理电路的图像处理方法的流程图。在下文中，将结合图7所示的图像处理电路来描述图10。

当单个帧的图像数据被输入到图10中所示的照度分量提取器122时，照度分量Y被从图像数据中提取。通过分析提取的一帧的照度分量Y，柱状图分析器124生成帧的柱状图。此外，柱状图分析器计算从生成柱状图的最高照度分量Ymax和最小照度分量Ymin。然后，柱状图分析器计算使用方程3中的输入图像的各个输入灰度Grayij计算PBPL(步骤S13)。然后，在公式5所示，通过将f(PBPL)、针对反映感知属性的每个灰度级的增益和增益常数相乘计算针对每个输入灰度级的差分增益，然后针对所计算出的差分增益值和输入图像数据的灰度值进行操作。从而，基于PBPL，通过施加差分增益到各个灰度级生成具有扩展到较高灰度级的柱状图的图像数据(步骤S21)。如果柱状图已经扩展到较高灰度级的单个帧的图像的输入灰度级高于或等于阈值灰度级(步骤S22)，则对应于输入灰度级的驱动装置(例如，液晶单元或发光单元)或背光单元被局部过驱动(步骤S23)。此外，如果柱状图已经扩展到较高灰度级的单个帧的图像的输入灰度级低于于阈值灰度级，则对应于输入灰度级的驱动装置(例如，液晶单元或发光单元)或背光单元以典型方式被驱动(步骤S24)。从而，对应于输入灰度级等级的照度根据典型亮度的伽马曲线在低/中间灰度级中被保持，而高于或等于所述第一峰值照度的第二峰值照度(其是典型亮度)可以通过过驱动发光装置(液晶显示装置的背光单元或有机发光显示装置的发光单元)在高灰度级中实现。从而，实现了具有高灰度级的增强呈现的图像(步骤S25)。

根据本实施方式，亮度可以只针对输入图像中的局部明亮的区域根据灰度级线性增加，并相应地，当高灰度级区域中的灰度级的分布扩展时，灰度级的呈现可以增强。另外，相比于整个区域被过驱动的情况，由于只输入图像中的局部明亮区域被过驱动，因此功耗可减少，并且可以可防止使用寿命减少。图11是示出根据本发明的又一实施方式的图像处理电路的框图。

图11中所示的图像处理电路包括照度分量提取器122、柱状图分析器124、感知亮度计算器126、差分扩展单元132、查找表134和全局过驱动装置138。图11所示的照度分量提取器122、柱状图分析器124、感知亮度计算器126、差分扩展单元132和查找表134与图1所述的照度分量提取器122、柱状图分析器124、感知亮度计算器126、差分扩展单元132和查找表134相同，因此其详细描述将被省略。

通过差分扩展单元132，在基于PBPL向个输入灰度级施加差分增益的单个帧的输入图像中，全局过驱动装置138有选择地增加灰度级高于阈值灰度级的照度，并且保持低于阈值灰度级的低/中亮度灰度级的照度。

为此，当全局过驱动装置138被施加至液晶显示装置时，如果单个帧的输入图像包括高于或等于图12所示的阈值灰度级的灰度级时，全局过驱动装置138生成照度控制信号HCS和将其提供给背光驱动器140，使得产生高于在输入图像不包含高于或等于阈值灰度级的任何灰度级的情况下的亮度。背光驱动器140响应于照度控制信号HCS驱动多个光源块LB，使得与图像不包含高于或等于阈值灰度级的任何灰度级的情况相比，针对包含高于或等于阈值灰度级的灰度级，更多的光源被开启。即，如果单个帧的输入图像由低于阈值灰度级的低/中灰度级组成，则响应于逻辑值为“低”的照度控制信号HCS，背光驱动器140关断光源块LB的第二光源L2，并有选择地开启第一光源L1。使用从开启的第一光源L1中生成的光，可实现对应于由低/中灰度级组成的单个帧的输入图像的照度。此外，如果单个帧的输入图像由高于或等于阈值灰度级的灰度级组成，则响应于逻辑值为“高”的照度控制信号HCS，背光驱动器136开启光源块的第一光源L1和第二光源L2。从使用从被开启的第一和第二光源L1和L2生成的光时，液晶显示装置的总亮度在使用从第一光源生成的光L1生成的光的情况下获得的亮度增加i倍(其中，i是大于1的正整数)。

此外，当全局过驱动装置138被施加到液晶显示装置时，如果单个帧的输入图像包括高于或等于阈值灰度级的灰度级，则全局过驱动装置138生成对应于增加开启持续时间的调光值的PWM信号，并且将其提供到背光驱动器140。如果单个帧的输入图像包括高于或等于阈值灰度级的灰度级，则响应于所述PWM信号，背光驱动器140增加光源被开启的持续时间。如果单个帧的输入图像不包括高于或等于阈值灰度级的任何灰度级，则与图像包括高于或等于阈值灰度级的灰度级的情况相比，背光驱动器140降低光源被开启的持续时间。从而，当图像包括高于或等于阈值灰度级的灰度级时，液晶显示装置的总亮度增加i倍(其中，i是大于1的正整数)，如图13所示。

当全局过驱动装置138被施加到有机发光显示装置，全局过驱动装置138通过施加相同的帧增益值到单个帧的整个图像数据来调制单个帧的图像数据。相对过电流被施加到提供调制后的图像数据的所有子像素SP，因此，子像素被过驱动，使得第二峰值照度范围内的任何亮度是可实现的。由此，液晶显示装置的总亮度增加i倍(其中，i是大于1的正整数)，如图13所示。

此外，全局过驱动装置138选择存储在第二查询表148中针对高于或等于阈值灰度级的低/中灰度级的第一伽玛曲线C1和选择存储在第二查找表148针对高于或等于阈值灰度级的高灰度级的第二伽马曲线C2。这里，第一伽马曲线C1(其与表示过驱动的第三伽马曲线C3相比向上弯曲得更慢)能够在第一峰值照度P1内实现亮度的典型伽马曲线，如图14所示。第二伽玛曲线C2是从阈值灰度级Gc到第二峰值照度P 2(其过驱动的峰值照度)的亮度线性增加的曲线，如图14所示。如果全局过驱动装置138选择第三伽马曲线C3以过驱动高于或等于阈值灰度级的高灰度级，则第一伽玛曲线C1与第三伽马曲线C3之间的亮度差很大并且因此可以别用户注意到。

基于所选择的第一和第二伽马曲线C1和C2全局过驱动装置138校正并输出图像数据。从而，在本实施方式中，第一伽马曲线C1(典型的伽玛曲线)被施加到低于阈值灰度级的低/中灰度级以保持针对低/中间灰度级的典型亮度，并且线性增加的第二伽马曲线C2施加到高于或等于阈值灰度级的高灰度级，以在第二峰值照度内针对高灰度级中实现亮度。

图15是示出根据本发明的再一个实施方式的图像处理方法的流程图。在下文中，将结合图11所示的图像处理电路来描述图15。图15所示的步骤31与图10所述的步骤21相同，并且因此其详细描述将被省略。

如图15所示，如果具有扩展到较高的灰度级的柱状图的单个帧的图像的输入灰度级高于或等于阈灰度级(步骤S32)，则对应于输入灰度级的驱动装置(例如，液晶单元或发光单元)或者背光单元被全局过驱动(步骤S33)。即，对于高于或等于阈值灰度级的高灰度级，液晶显示装置或有机发光显示装置的发光单元的背光单元的总亮度增加，然后第二伽马曲线调制图像数据，该第二伽马曲线可高于第一峰值照度(典型照度)的第二峰值照度内实现照度。

如果具有扩展到较高的灰度级的柱状图的单个帧的图像的输入灰度级低于所述阈值灰度级，则对应于输入灰度级的驱动装置(例如，液晶单元或发光单元)或背光单元是被全局驱动(步骤S34)。即，对于低于阈值灰度级的低/中灰度级，液晶显示装置或有机发光显示装置的发光单元的背光单元的总亮度增加，然后对应于输入灰度级的亮度沿着第一伽玛曲线(其针对低/中灰度级能够实现典型的亮度)被保持。当对应于输入灰度级的亮度沿着针对低/中灰度级的典型的亮度的伽玛曲线被保持时，达到第二峰值照度的照度能够沿着针对高灰度级的第二伽玛曲线实现，实现了具有增强的高灰度级的呈现的图像(步骤S35)。

图16是示出应用了根据本公开的实施方式的图像处理电路的显示装置的框图。

如图16所示，根据实施方式的显示装置包括：显示面板100，用于驱动显示面板100的面板驱动单元，所述面板驱动单元包括数据驱动器108和选通驱动器106面板驱动单元，以及用于控制面板驱动单元的定时控制器130。

所述显示面板100包括多个像素的像素阵列。像素阵列包括：数据线，DL提供有数据电压；选通线(扫描线)GL，与数据线DL交叉并提供有选通脉冲(或扫描脉冲)；以及像素，通过数据线DL和选通线GL之间的交叉点以矩阵形式布置。每个像素可以包括一个或更多TFT和电容器。液晶显示面板或有机电致发光显示面板可以用作显示面板100。

数据驱动器108响应于来自时序控制器130的数据控制信号转换来自定时控制器130的过驱动数据到元素数据电压，并且每次各选通线GL被驱动将其提供给数据线DL。

响应于从定时控制器130的选通控制信号，选通驱动器106顺序地驱动显示面板100的选通线。选通驱动器106在对应于选通线GL的扫描时段期间提供选通导通电压的扫描脉冲，并且在其它选通线GL的驱动的其他时间段提供选通截止电压。

定时控制器130从主机计算机50生成多个同步信号，即垂直同步信号Vsync，水平同步信号Hsync，数据使能信号，用于使用点时钟控制数据驱动器108的驱动定时的数据控制信号DCS以及用于控制选通驱动器106的驱动定时的选通控制信号GCS。定时控制器130向数据驱动器108和选通驱动器106分别输出数据控制信号DCS和选通控制信号GCS。数据控制信号DCS包括源起始脉冲和用于控制数据信号的锁存和源取样时钟，用于控制数据信号的极性的极性控制信号和用于控制所述数据信号的输出时段的源输出使能信号。选通控制信号GCS包括选通起始脉冲用于控制选通信号的扫描的选通移位时钟用于控制选通信号的输出时段的选通输出使能信号。

定时控制器130执行从主机系统的图像数据输入的信号处理和将处理的图像数据提供到数据驱动器108。也就是，根据一个实施方式的安装在定时控制器130中的图像处理电路120基于反映输入图像的低灰度级分布的PDPL执行输入图像的各灰度级到低灰度级的差分移位，然后基于反映输入图像的高灰度级分布的PBPL执行各灰度级到更高灰度级的差分移位。从而，低灰度级的呈现可以得到改善，并且图像的亮度的改进可以最大化。此外，根据另一实施方式和再一个实施方式，图像处理电路120基于反映输入图像的高灰度级分布的PBPL向输入图像的各输入灰度级施加差分增益，然后对用于实现高于或等于阈值灰度级的高灰度级的区域的发光装置进行过驱动。从而，高灰度级的呈现可以被增强。虽然图像处理电路120被示出为安装在定时控制器130，但是图像处理电路120还可被定位在定时控制器130和数据驱动器108之间，或者定位在定时控制器130的输入端。

如从以上描述中可明显看出，本发明具有如下的效果。

根据本发明的实施方式，由于进行到低灰度级的差分移位，因此低灰度级的扭曲(birdcaging)可以被最小化且低灰度级的呈现根据图像的亮度特征可以得到增强。此外，由于高灰度级的柱状图扩展，高灰度级的集群可以被最小化和图像的整体亮度可以增强。特别是，作为针对标准IEC62087中引入标准运动图像的的每一帧的亮度实验结果，亮度平均增强了31％和高达67％。

此外，根据本发明的实施方式，由于图像是基于感知黑暗画面电平(PDPL)和感知亮度画面电平(PBPL)而不是基于APL处理的，因此可能由于APL发生的假象可以被最小化。

此外，根据本发明的实施方案中，灰度级特定差分增益被施加到输入图像的低/中灰度级区域，发光装置过驱动对于图像中存在的局部高灰度级区域被过驱动。从而，高灰度级的呈现可以被增强，并且因此可以得到高的动态范围(HDR)。

对本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离公开主题的精神或范围的情况下，可以在公开主题中进行各种修改和改变。因此，本发明旨在涵盖落在随附权利要求及其等同物的范围内的针对本发明的修改和改变。

本申请要求在2015年5月28日提交的韩国专利申请第P2015-0074915号和2016年4月14日提交的韩国专利申请第P2016-0045430号的优先权，通过引用将该韩国专利申请合并到本文中，如同在本文中全面阐述一样。

Claims (16)

1.一种图像处理电路，所述图像处理电路包括：

感知亮度计算器，所述感知亮度计算器用于计算表示输入图像的亮度等级的感知黑暗画面等级和感知亮度画面等级；

差分移位器，所述差分移位器基于所述感知黑暗画面等级将所述输入图像移位到较低灰度级；以及

差分扩展单元，所述差分扩展单元用于基于所述感知亮度画面等级通过向所述输入图像的每个灰度级施加差分增益来将移位到所述较低灰度级的所述输入图像扩展到较高灰度级。

2.根据权利要求1所述的图像处理电路，所述图像处理电路还包括：

照度分量提取器，所述照度分量提取器用于从所述输入图像中提取照度分量；以及

柱状图发生器，所述柱状图发生器用于通过对照度分量进行的分析生成柱状图并且从所生成的柱状图中提取最大照度分量和最小照度分量，

其中，所述感知亮度计算器基于输入灰度级和所述最大照度分量来计算所述感知黑暗画面等级，并且基于所述输入灰度级来计算所述感知亮度画面等级。

3.根据权利要求2所述的图像处理电路，其中，所述感知黑暗画面等级随着所述输入图像的低灰度级的比例增大而降低，并且随着所述输入图像的低灰度级的比例减小而升高，并且

其中，所述感知亮度画面等级随着所述输入图像的高灰度级的比例增大而升高，并随着所述输入图像的所述高灰度级的比例减小而降低。

4.根据权利要求2所述的图像处理电路，其中，当所述输入灰度级大于所述最小照度分量并且小于所述最大照度分量时，所述差分移位器通过从所述输入灰度级中减去针对该输入灰度级具有不同值的移位常数来执行所述输入灰度级到较低灰度级的差分移位，

其中，当所述输入灰度级小于所述最小照度分量时，所述移位常数具有最大值，

其中，当所述输入灰度级大于所述最大照度分量时，所述移位常数为0，

其中，所述移位常数与所述感知黑暗画面等级成比例。

5.根据权利要求2所述的图像处理电路，其中，所述差分扩展单元基于所述差分增益将被移位到所述较低灰度级的所述输入图像扩展到所述较高灰度级，所述差分增益与根据所述输入灰度级具有不同值的输入增益和所述感知亮度画面等级的乘积成比例，

其中，所述差分增益被设置为随着所述输入灰度级在所计算出的感知亮度画面等级高于阈值的情况下被移位到较高灰度级而降低，并且所述差分增益被设置为随着所述输入灰度级在所计算出的感知亮度画面等级低于所述阈值的情况下被移位到较低灰度级而增加。

6.一种显示装置，所述显示装置包括：

显示面板，所述显示面板用于显示图像；以及

图像处理电路，所述图像处理电路用于处理要被显示在所述显示面板上的图像数据，

其中，所述图像处理电路包括：

感知亮度计算器，所述感知亮度计算器用于计算表示输入图像的亮度等级的感知黑暗画面等级和感知亮度画面等级；

差分移位器，所述差分移位器基于所述感知黑暗画面等级将所述输入图像移位到较低灰度级；以及

差分扩展单元，所述差分扩展单元用于基于所述感知亮度画面等级通过向所述输入图像的每个灰度级施加差分增益来将移位到所述较低灰度级的所述输入图像扩展到较高灰度级。

7.一种图像处理方法，所述图像处理方法包括以下步骤：

计算表示输入图像的亮度等级的感知黑暗画面等级和感知亮度画面等级；

基于所述感知黑暗画面等级将所述输入图像移位到较低灰度级；以及

基于所述感知亮度画面等级通过向所述输入图像的每个灰度级施加差分增益来将移位到所述较低灰度级的所述输入图像扩展到较高灰度级。

8.根据权利要求7所述的图像处理方法，所述图像处理方法还包括以下步骤：

从所述输入图像中提取照度分量；以及

通过对照度分量进行的分析生成柱状图并且从所生成的柱状图中提取最大照度分量和最小照度分量，

其中，所述感知黑暗画面等级基于输入灰度级和所述最大照度分量来调节，并且所述感知亮度画面等级基于所述输入灰度级来计算。

9.根据权利要求8所述的图像处理方法，其中，对所述输入图像进行移位的步骤包括：

当所述输入灰度级大于所述最小照度分量并且小于所述最大照度分量时，通过从所述输入灰度级中减去针对该输入灰度级具有不同值的移位常数来执行所述输入灰度级到较低灰度级的差分移位，

其中，当所述输入灰度级小于所述最小照度分量时，所述移位常数具有最大值，

其中，当所述输入灰度级大于所述最大照度分量时，所述移位常数为0，

其中，所述移位常数与所述感知黑暗画面等级成比例。

10.根据权利要求8所述的图像处理方法，其中，对所述输入图像进行扩展的步骤包括：

基于所述差分增益将移位到所述较低灰度级的所述输入图像扩展到较高灰度级，所述差分增益与根据所述输入灰度级具有不同值的输入增益和所述感知亮度画面等级的乘积成比例，

其中，所述差分增益被设置为随着所述输入灰度级在所计算出的感知亮度画面等级高于阈值的情况下被移位到较高灰度级而降低，并且所述差分增益被设置为随着所述输入灰度级在所计算出的感知亮度画面等级低于所述阈值的情况下被移位到较低灰度级而增加。

11.一种显示装置，所述显示装置包括：

显示面板，所述显示面板用于使用从发光装置中生成的光来显示图像；以及

图像处理电路，所述图像处理电路用于处理要被显示在所述显示面板上的图像数据，

其中，所述图像处理电路包括：

感知亮度计算器，所述感知亮度计算器用于计算表示单个帧的输入图像的感知亮度的等级的感知亮度画面等级；

差分扩展单元，所述差分扩展单元用于基于所述感知亮度画面等级通过向所述输入图像的每个灰度级施加差分增益来将所述输入图像扩展到较高灰度级；以及

过驱动装置，所述过驱动装置用于在扩展到所述较高灰度级的所述输入图像中对被布置在用于实现高于或等于阈值灰度级的高灰度级的区域中的所述发光装置进行过驱动。

12.根据权利要求11所述的显示装置，其中，所述发光装置包括包含在多个光源块中的多个光源，所述多个光源块被布置在用作所述显示面板的液晶显示面板的后表面上，

其中，所述过驱动装置生成用于开启光源的控制信号，使得在用于实现高于或等于所述阈值灰度级的所述高灰度级的区域中所开启的光源的数量比在用于实现低于所述阈值灰度级的低灰度级/中灰度级的区域中所开启的光源的数量更多，或者被布置在用于实现所述高灰度级的区域中的光源被开启得比被布置在用于实现所述低灰度级/中灰度级的区域中的光源更长。

13.根据权利要求11所述的显示装置，其中，所述发光装置包括包含在多个光源块中的多个光源，所述多个光源块被布置在用作所述显示面板的液晶显示面板的后表面上，

其中，当所述单个帧的所述输入图像包含高于或等于所述阈值灰度级的所述高灰度级的图像数据时，与在所述输入图像不包含所述图像数据的情况相比，所述过驱动装置生成用于开启更大量的光源或开启具有更长持续时间的光源的控制信号，

其中，所述过驱动装置在扩展到所述较高灰度级的所述输入图像中向高于或等于阈值灰度级的低灰度级/中灰度级施加用于实现第一峰值照度的典型伽马曲线，并且该过驱动装置向所述高灰度级施加从所述阈值灰度级的照度到高于所述第一峰值照度的第二峰值照度线性地增加的伽马曲线，以调制数据。

14.根据权利要求11所述的显示装置，其中，所述发光装置是用作所述显示面板的有机发光显示面板的发光单元，

其中，所述过驱动装置向被布置在用于实现高于或等于所述阈值灰度级的所述高灰度级的所述区域中的所述发光单元施加过电流。

15.根据权利要求11所述的显示装置，其中，所述发光装置是用作所述显示面板的有机发光显示面板的发光单元，

其中，所述过驱动装置向被布置在用于实现高于或等于所述阈值灰度级的所述高灰度级的所述区域中的所述发光单元施加过电流，

其中，所述过驱动装置在扩展到所述较高灰度级的所述输入图像中向高于或等于的阈值灰度级的低灰度级/中灰度级施加用于实现第一峰值照度的典型伽马曲线，并且该过驱动装置向所述高灰度级施加从所述阈值灰度级的照度到高于所述第一峰值照度的第二峰值照度线性地增加的伽马曲线，以调制数据。

16.根据权利要求11所述的显示装置，其中，所述差分增益被设置为随着输入灰度级在所计算出的感知亮度画面等级高于阈值的情况下被移位到较高灰度级而降低；并且所述差分增益被设置为随着所述输入灰度级在所计算出的感知亮度画面等级低于阈值的情况下被移位到较低灰度级而增加。