CN106531088B - 一种优化液晶显示设备局部区域动态背光的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种优化液晶显示设备局部区域动态背光的控制方法，利用动态背光调制和图像内容修正实现液晶显示的效果优化。该控制方法包括：(1)固定分区下检测各分区下图像灰度分布，并根据检测结果得到各分区亮度的估计；(2)检测帧间直方图差异并加权求和得到图像变化的估计，并根据估计结果得到背光的修正参数；(3)通过背光修正参数动态修正初始背光，控制背光改变；(4)根据所得背光动态修正图像内容。通过对背光的动态修正，能在保证图像信噪比的同时，降低显示设备能耗，增大图像的动态对比度，并实现动态背光的均匀性优化，从而实现优化主观显示效果的目的。

Description

一种优化液晶显示设备局部区域动态背光的控制方法

技术领域

本发明涉及一种基于概率统计的优化液晶显示设备局部区域动态背光的控制方法，属于显示器件算法领域。

背景技术

随着显示技术的高速发展，人们对于显示设备的要求也不断提高。高色域，高对比度，低功耗，大尺寸的显示设备逐渐受到越来越多人的青睐。此外，移动设备的发展也对于显示功能提出了更多新的需求。

传统的液晶显示在暗场下并不能完全重现图像内容，由于液晶分子的不完全关闭缺陷，局部动态背光技术用于克服液晶材料本身的缺陷。然而对于现有的动态背光液晶显示设备，传统的局部动态背光算法存在以下缺陷：(1)对于图像对比度较高的情况，由于液晶的不完全关闭，较亮分区的背光导致出射光过高，从而导致运动图像的背光突变；(2)由于过于保守的背光估计，导致对于大多数图像背光降低不足，节约能耗有限。

目前国内外有一些机构进行液晶动态背光的研究，然而主要研究方向集中在动态对比度的提升，能耗的优化，驱动模块的设计，背光模组的研发等。公开号为CN101777311A名称为“一种动态背光控制方法”的中国专利发明了一种背光亮度检测与控制方法，公开号为CN105679256A名称为“动态背光调整方法与装置”的中国专利发明了一种背光亮度调整方法与动态背光调整装置等。对于液晶显示均匀性优化，国内外很少有机构研究，对于节能的实现，现有算法效果仍然有限。对于移动设备的液晶显示，由于成本，驱动电路面积等条件的限制，只能使用分区较少的动态背光，从而导致更严重的背光突变从而严重影响显示效果。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明设计了一种优化液晶显示设备局部区域动态背光的控制方法，能够自适应的检测图像变化，并根据图像内容实时修正背光，从而达到保证图像信噪比的前提下，优化显示效果，提高显示质量的目的。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种优化液晶显示设备局部区域动态背光的控制方法，该控制方法包括：

(1)固定分区下检测各分区下图像灰度分布，得到各个分区下的图像灰度直方图，并根据直方图分布得到各分区亮度的估计；

(2)检测帧间直方图差异并加权求和得到图像变化的估计，并根据估计结果得到背光的修正参数；

(3)判断各分区亮暗情况，通过背光修正参数动态修正初始背光，控制背光改变；

(4)根据所得背光动态修正图像内容。

进一步的，所述图像灰度直方图由各个分区内的图像内容每一像素的RGB三通道灰度的最大值分布得到。数据范围为0～2^x-1，x为灰度级数由具体的显示系统决定，通常为8。当前帧像素个数由图像分辨率决定，不同分区的直方图相互独立。

进一步的，所述各分区的亮度估计由灰度直方图的极值与分布范围得出。所述极值取99％的灰度点，所述分布范围取95％灰度值到最低值的灰度之差与整个灰度分布范围值的比值；。根据预定义的系数算出初步的背光降低比例。

进一步的，所述帧间直方图差异，首先对相邻帧的直方图求差值，计算结果进行加权求和，最终结果做归一化处理与幂律变换，然后得到修正参数。

进一步的，所述亮暗分区判别通过比较每个分区与相邻分区的直方图极值，若大于周围所有分区则为亮分区，若小于周围任意分区则为暗分区。

进一步的，所述背光计算方式通过当前分区的亮暗判断，如为亮分区，则通过计算所得极值与分布范围计算背光降低参数，如为暗分区，则根据周围亮分区的参数与修正参数计算修正的结果。

进一步的，所述修正图像内容通过所得背光降低系数与伽马公式反推得到像素修正参数。

有益效果：该方法的背光修正根据图像内容分布设置背光，根据图像的变化来动态修正背光关系。根据图像的极值修正背光，保证了背光降低的基础，根据图像的分布修正背光，发掘了背光降低的潜力。通过对于图像帧间直方图差异的检测，得出对图像内容运动速度的估计，通过对不同灰度赋予不同的权重，使亮像素的主导作用更加突出。然后通过运动快慢来修正不同分区间背光的关系，使运动缓慢时图像背光受各自图像内容主导，较快时受亮分区主导，从而实现低速运动下保证节能，高速运动下保证背光的平稳变化的效果。最终实现了保证高对比度的同时，优化了运动图像下的显示均匀性。

附图说明

附图1为本发明所述方法的实施流程图；

附图2为本发明中直方图分布与参数选取示意图；

附图3为本发明中帧间直方图差异计算示意图；

附图4为本发明中幂指数变换示意图；

附图5为本发明中亮暗分区判别示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，本发明具体实施流程图如下，其中具体显示了动态背光控制的方法：

S11、通过统计得出每个分区下所有像素的灰度值，然后分区域进行直方图统计。在本发明方法中，图像灰度以RGB为例，显示图像系统取8bit系统，即灰度范围为0-255。取每个像素RGB三通道的最大值作为最终该点的灰度值。然后对各个分区内部进行直方图统计，统计得到不同灰度处的像素数列表。

如图2所示，一直方图分布实例，横坐标为灰度，所述分布范围为0-255，纵坐标为各个灰度点处所包含的像素个数。S21、由所得直方图计算累计直方图分布，依次对各个灰度点数值进行累加，当遇到第一个灰度不为0的点时，所在灰度值记做minw，即图上标记2.1处；当所占比例为全部像素的95％点时，所在灰度记做grayw，即图上标记2.2处；当所占比例为全部像素的99％点时，所在灰度记做maxw，即图上标记2.3处。这里选取99％灰度所在位置是为了避免个别过亮像素引起的背光过度提升。通过公式：1-maxw/255 (1)

计算得出图像的极值变量f。通过如下公式计算图像对比度变量w。

其中w0为预定义参数，设为0.032。由于图像亮的部分对比度对于图像质量影响较大，因此在图像较亮部分对比度较大时，grayw所占比例较小，w值较小，最终得到背光较亮，保证图像质量。反之，图像较亮部分对比度较小时，grayw所占比例较大，w较大，最终背光较暗，减小能耗为主。

如图3所示，S22、所述相邻帧间直方图差值计算，直方图b与直方图a差值结果即为直方图c。较亮像素的运动对图像的均匀性影响起主导作用，对亮像素的变化赋予更高的权重。因此对灰度0赋予权重0,灰度1赋予权重1，以此类推，灰度255权重即为255。然后对于每个灰度的值进行加权求和。公式如下

其中，h(i)为灰度为i处的差值直方图数据，we(i)为灰度为i处的权重。

如图4所示，S33、所述修正系数c通过对差异估计imdiff进行幂指数变换得到。

其中ε为收敛系数。ε越大，c收敛越快，最终效果是显示均匀性更高，但带来的代价为能耗节约不足，反之，ε越小，c收敛越慢，最终能耗节约更明显，但显示均匀性不足。这里ε定义为20，根据具体情况可适当增大或减小，以实现最优显示。

如图5所示，S32、所述亮暗判别过程如下。图中所示为任意分区与周围八个分区的一个例子，依次查找每个分区周围所有分区(不包括当前分区)的f，求出其中的最小值fmin，令fmin＝min(f(m,n))，其中，(m,n)为周围分区的相对坐标，f(m,n)≠f(2,2)。若当前分区为边界或者角落区域，则仅查找图像内部区域。为避免多个暗分区相邻的情况下一个暗分区因靠近明分区而使背光亮度降低较小从而影响不相邻的暗分区，最终导致背光差距过大，设置min(fmin)＝0.4。即假设每个暗分区旁边至少有一个f为0.4的明分区，虽然会牺牲一点能耗，但可以保证背光最终的均匀。比较当前分区f与fmin的大小，如果f>fmin，则说明周围至少存在一个更高亮度的分区，即当前分区为暗分区。反之，则说明周围不存在一个更高亮度的分区，即当前分区为明分区。

S41、通过如下公式计算各个分区的背光系数k，可根据情况选择能耗优先或均匀性优先的方式，公式前半部分为一般背光计算，后半部分为修正背光计算：

能耗优先：

均匀性优先：

其中：w为图像对比度变量，

γ为灰度换算系数。

S51、计算得到最终的各个分区的背光系数，通过驱动背光模块，可以使背光降低到对应的亮度。由背光与出射光关系的伽马公式

反向推导，背光BL乘以系数k，对灰度g除以即可对像素数据的修正以保持出射光大小不变。

通过上述方案，本发明通过对背光的动态修正，能在保证图像信噪比的同时，增大图像的动态对比度，并实现动态背光下的均匀性优化，从而实现优化主观显示效果的目的。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种优化液晶显示设备局部区域动态背光的控制方法，其特征在于：该控制方法包括：

(1)图像分区域直方图统计：固定分区下检测各分区下图像灰度分布，得到各个分区下的图像灰度直方图；

(2)根据步骤(1)中的灰度直方图的极值与分布范围得到各分区亮度的估计；

(3)检测帧间直方图差异并加权求和得到图像变化的估计；

(4)根据步骤(3)的估计结果得到背光修正参数；

(5)判断各分区亮暗情况，通过背光修正参数动态修正初始背光，控制背光改变；

(6)根据所得背光动态修正图像内容；

其中，步骤(1)中所述的图像灰度直方图由各个分区内的图像内容每一像素的RGB三通道灰度的最大值分布得到，数据范围为0～2^x-1，x为灰度级数，当前帧像素个数由图像分辨率决定，不同分区的直方图相互独立；

其中，步骤(2)中所述的灰度直方图的极值取99％的灰度点，所述分布范围取95％灰度值到最低值的灰度之差与整个灰度分布范围值的比值；

其中，步骤(3)中所述的图像变化的估计，首先对相邻帧的直方图求差值，计算结果进行加权求和，步骤(4)中的背光修正参数由步骤(3)的估计结果做归一化处理与幂律变换得到；

其中，步骤(5)中所述的亮暗分区判别通过比较每个分区与相邻分区的直方图极值，若大于周围所有分区则为亮分区，若小于周围任意分区则为暗分区；

其中，背光计算方式通过当前分区的亮暗判断，如为亮分区，则通过计算所得极值与分布范围计算背光降低参数；如为暗分区，则根据周围亮分区的参数与修正参数计算修正的结果；

其中，步骤(6)中所述的修正图像内容通过所得背光降低系数与伽马公式反推得到像素修正参数。

2.根据权利要求1所述的一种优化液晶显示设备局部区域动态背光的控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中各分区的亮度估计由灰度直方图的极值与分布范围得出，包括以下步骤：由所得直方图计算累计直方图分布，依次对各个灰度点数值进行累加，当遇到第一个灰度不为0的点时，所在灰度值记做minw；当所占比例为全部像素的95％点时，所在灰度记做grayw；当所占比例为全部像素的99％点时，所在灰度记做maxw，根据公式：f＝1-maxw/255 (1)计算得出图像的极值变量f，根据如下公式计算图像对比度变量w；

其中w₀为预定义参数；

根据预定义参数算出初步的背光降低比例。

3.根据权利要求2所述的一种优化液晶显示设备局部区域动态背光的控制方法，其特征在于：所述步骤(3)中的图像变化的估计，包括以下步骤：首先对相邻帧的直方图求差值，计算结果进行加权求和，公式如下：

其中，h(i)为灰度为i处的差值直方图数据，we(i)为灰度为i处的权重，灰度0赋予权重0，灰度1赋予权重1，以此类推。

4.根据权利要求3所述的一种优化液晶显示设备局部区域动态背光的控制方法，其特征在于：所述步骤(4)的修正参数通过对步骤(3)中的图像变化的估计进行做归一化处理与幂指数变换得到，公式如下：其中：c为修正参数，imdiff为图像变化的估计，ε为收敛系数。

5.根据权利要求4所述的一种优化液晶显示设备局部区域动态背光的控制方法，其特征在于：所述步骤(5)中的各分区亮暗判断方法，包括以下步骤：依次查找每个分区周围不包括当前分区的所有分区的极值变量f，求出其中的最小值fmin，令fmin＝min(f(m,n))，其中，(m,n)为周围分区的相对坐标，若当前分区为边界或者角落区域，则仅查找图像内部区域，比较当前分区f与fmin的大小，如果f>fmin，则说明周围至少存在一个更高亮度的分区，即当前分区为暗分区，反之，则说明周围不存在一个更高亮度的分区，即当前分区为明分区。

6.根据权利要求5所述的一种优化液晶显示设备局部区域动态背光的控制方法，其特征在于：步骤(5)中所述的背光计算方式，包括以下步骤：

通过如下公式计算最终各个分区的背光降低系数k，根据情况选择能耗优先或均匀性优先的方式：

能耗优先：

均匀性优先：

其中：w为图像对比度变量，c为修正参数，γ为灰度换算系数。

7.根据权利要求6所述的一种优化液晶显示设备局部区域动态背光的控制方法，其特征在于：步骤(6)中所述的修正图像内容，包括以下步骤：计算得到最终的各个分区的背光降低系数，通过驱动背光模块，可以使背光降低到对应的亮度，其中由背光与出射光关系的伽马公式为：

反向推导，背光BL乘以系数k，对灰度g除以即可对像素数据的修正以保持出射光大小不变。