CN107169938A - 亮度调节系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种亮度调节系统，包括区块划分模块(1)、亮度代表值计算模块(2)、边缘信息提取模块(3)、调节增益计算模块(4)、增益平滑处理模块(5)、及数据调制模块(6)。该亮度调节系统通过将图像划分区块，结合每个区块的亮度代表值及表征图像复杂度的边缘信息量，对每个区块进行单独的亮度调节，能够实现更精准地亮度调节，实现在降低亮部图像亮度的同时保持暗部图像的细节，且能够更大程度地调节复杂图像区块的亮度。

Description

亮度调节系统
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种亮度调节系统。
背景技术
平板显示器件具有机身薄、省电、无辐射等众多优点，得到了广泛的应用。现有的平板显示器件主要包括液晶显示器件(Liquid Crystal Display，LCD)及有机发光二极管显示器件(Organic Light Emitting Display，OLED)。
OLED显示器件具有自发光、驱动电压低、发光效率高、响应时间短、清晰度与对比度高、近180°视角、使用温度范围宽，可实现柔性显示与大面积全色显示等诸多优点，被业界公认为是最有发展潜力的显示装置。
OLED显示器件具有多个呈矩阵式排列的像素，每一像素又包括红色子像素(Red，R)、绿色子像素(Green，G)、及蓝色子像素(Blue，B)。每一子像素内对应设置一OLED，OLED通常包括：阳极、设于阳极上的空穴注入层、设于空穴注入层上的空穴传输层、设于空穴传输层上的有机发光层、设于有机发光层上的电子传输层、设于电子传输层上的电子注入层、及设于电子注入层上的阴极。OLED显示器件的发光原理为半导体材料和有机发光材料在电场驱动下，通过载流子注入和复合导致发光。
目前，OLED显示器件老化及功耗问题比较突出。在现有技术中，常见的解决OLED显示器件老化及功耗问题的方法之一为：
运用“平均图像电平(Average Picture Level，APL)”算法计算出显示画面的明亮程度，若画面亮度太高，则通过调节数据信号、伽马电压、或OLED电压的方法来调节并降低整体亮度，从而达到减小OLED的功耗，同时减缓OLED老化的目的。
然而，该现有的亮度调节方法存在一个弊端：对于明暗反差很大的亮态图像，画面整体亮度的降低会导致对比度的降低，还会丧失图像暗部的细节，影响显示效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种亮度调节系统，能够保持图像暗部的细节，对于图像中明亮且复杂的部分，更大程度地调节亮度。
为实现上述目的，本发明提供一种亮度调节系统，包括：
区块划分模块，用于接收原始图像数据，并将输入的图像沿X向与Y向划分成M×N个区块，其中M为正整数，N为正整数；每一区块包括数个呈矩阵式排列的像素，每一像素的原始图像数据包括红色原始图像数据、绿色原始图像数据、及蓝色原始图像数据；
电性连接区块划分模块的亮度代表值计算模块，用于获取每个区块的亮度代表值；
电性连接区块划分模块的边缘信息提取模块，用于分析每个区块的原始图像数据，获取每个区块的边缘信息量；
电性连接亮度代表值计算模块与边缘信息提取模块的调节增益计算模块，用于根据每个区块的亮度代表值与边缘信息量来计算每个区块的亮度调节系数；
电性连接调节增益计算模块的增益平滑处理模块，用于对每个区块的亮度调节系数进行修正获得每个区块的亮度调节系数修正值，从而对每个区块内的各个像素做平滑处理，防止各区块交界处的亮度发生突变；
及电性连接增益平滑处理模块的数据调制模块，用于根据每个区块的亮度调节系数修正值来对原始图像数据进行调制，获取每个区块的调制后的图像数据，从而对每个区块进行单独的亮度调节。
所述亮度代表值计算模块获取每个区块的亮度代表值的方式为：
首先获取一区块内每个像素的亮度特征值TBP；
再计算出该区块内所有像素的亮度特征值TBP的平均值作为该区块的亮度代表值APL。
可选的，所述亮度代表值计算模块获取一区块内每个像素的亮度特征值TBP的方式为：
提取一像素内的红色原始图像数据、绿色原始图像数据、及蓝色原始图像数据所对应的最大亮度值作为该像素的亮度特征值TBP，即：
TBP＝Max(R、G、B)。
可选的，所述亮度代表值计算模块获取一区块内每个像素的亮度特征值TBP的方式为：
先将一像素内的红色原始图像数据、绿色原始图像数据、及蓝色原始图像数据转换至YCbCr色彩空间，再计算该像素的亮度特征值TBP：
TBP＝0.299R+0.587G+0.114B。
所述边缘信息提取模块利用Sobel算子来作边缘检测，获取每个区块的边缘信息量。
所述边缘信息提取模块获取每个区块的边缘信息量的过程为：
首先计算一区块内各个像素的X向灰阶值GX、与Y向灰阶值GY：
GX＝SobelX×f(a，b)
GY＝SobelY×f(a，b)
其中，f(a，b)表示该区块(D)内X向坐标为a、Y向坐标为b的像素(P)对应于原始图像数据的亮度值，SobelX表示X向Sobel算子，SobelY表示Y向Sobel算子；
然后计算该区块内各个像素的梯度G：
接着将该区块内各个像素的梯度G与预设的阈值进行比较，若检测到某一像素的梯度G大于预设的阈值，则判定该像素为边缘点；
最后合计出该区块内属于边缘点的像素的数目作为该区块的边缘信息量。
每一区块包括3×3个像素，X向Sobel算子SobelX、Y向Sobel算子SobelY分别为：
所述调节增益计算模块计算每个区块的亮度调节系数的过程为：
首先预设255灰阶在不同亮度代表值APL下拟调节至的亮度，使得拟调节至的亮度随亮度代表值APL所对应灰阶的增加而减小，计算每个区块的常规亮度调节系数KAPL:
KAPL＝拟调节至的亮度/调节前亮度；
预设边缘信息量与边缘亮度调节系数Kedge的关系，使得边缘亮度调节系数Kedge随着边缘信息量的增加而减小，根据每个区块的边缘信息量查找对应的边缘亮度调节系数Kedge；
然后计算每个区块的亮度调节系数K：
K＝KAPL×Kedge。
所述增益平滑处理模块对每个区块的亮度调节系数进行修正的过程为：
首先选取一区块，计算该区块与其X向相邻区块的水平增益KH、及该区块与其Y向相邻区块的垂直增益KV：
KH＝K1+(K2-K1)×x/X
KV＝K1+(K3-K1)×y/Y
其中，K1表示所选取区块的亮度调节系数，K2表示与该区块X向相邻区块的亮度调节系数，K3表示与该区块Y向相邻区块的亮度调节系数，x与y分别表示所选取区块内的各像素相对该区块中心像素的X向坐标及Y向坐标，X表示所选取区块的中心像素距与该区块X向相邻区块的中心像素的水平距离，Y表示所选取区块的中心像素距与该区块Y向相邻区块的中心像素的垂直距离；
接着，计算该区块内各像素的亮度调节系数修正值K’:
K’＝(KH+KV)/2。
所述数据调制模块获取每个区块的调制后的图像数据所使用的公式为：
一区块的调制后的图像数据＝该区块内各像素的亮度调节系数修正值K’×该区块内对应像素的原始图像数据，即：
R’＝K’×R
G’＝K’×G
B’＝K’×B；
其中，R’、G’、B’分别为调制后的红色图像数据、调制后的绿色图像数据、及调制后的蓝色图像数据。
本发明的有益效果：本发明提供的一种亮度调节系统，通过将图像划分区块，结合每个区块的亮度代表值及表征图像复杂度的边缘信息量，对每个区块进行单独的亮度调节，能够实现更精准地亮度调节，实现在降低亮部图像亮度的同时保持暗部图像的细节，且能够更大程度地调节复杂图像区块的亮度。
附图说明
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图中，
图1为本发明的亮度调节系统的结构框图；
图2为本发明的亮度调节系统中的区块划分模块进行区块划分的示意图；
图3为本发明的亮度调节系统中的调节增益计算模块预设的255灰阶在不同亮度代表值APL下拟调节至的亮度图线示意图；
图4为本发明的亮度调节系统中的调节增益计算模块预设的边缘信息量与边缘亮度调节系数Kedge的关系的图线示意图；
图5为本发明的亮度调节系统中的增益平滑处理模块对每个区块的亮度调节系数进行修正的示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
请参阅图1，本发明提供一种亮度调节系统，包括区块划分模块1、电性连接区块划分模块1的亮度代表值计算模块2、电性连接区块划分模块1的边缘信息提取模块3、电性连接亮度代表值计算模块2与边缘信息提取模块3的调节增益计算模块4、电性连接调节增益计算模块4的增益平滑处理模块5、及电性连接增益平滑处理模块5的数据调制模块6。
结合图1与图2，所述区块划分模块1用于接收原始图像数据，并将输入的图像沿X向即横向与Y向即纵向划分成M×N个区块D，其中M为正整数，N为正整数。每一区块D包括数个呈矩阵式排列的像素P，每一像素P的原始图像数据包括红色原始图像数据R、绿色原始图像数据G、及蓝色原始图像数据B。
所述亮度代表值计算模块2用于获取每个区块D的亮度代表值。
具体地，所述亮度代表值计算模块2获取每个区块D的亮度代表值的方式为：
第一步、获取一区块D内每个像素P的亮度特征值TBP。
进一步地，可以通过以下两种方式来获取一区块D内每个像素P的亮度特征值TBP：
一、提取一像素P内的红色原始图像数据R、绿色原始图像数据G、及蓝色原始图像数据B所对应的最大亮度值作为该像素P的亮度特征值TBP，即：
TBP＝Max(R、G、B)；
二、先将一像素P内的红色原始图像数据R、绿色原始图像数据G、及蓝色原始图像数据B转换至YCbCr色彩空间，再通过下式计算该像素P的亮度特征值TBP：
TBP＝0.299R+0.587G+0.114B。
第二步、计算出该区块D内所有像素P的亮度特征值TBP的平均值作为该区块的亮度代表值APL。
所述边缘信息提取模块3用于分析每个区块D的原始图像数据，获取每个区块D的边缘信息量。
具体地，所述边缘信息提取模块3利用Sobel算子来作边缘检测，以每一区块D包括3×3个像素P为例，X向Sobel算子SobelX、Y向Sobel算子SobelY分别为：
若以A表示一区块D的原始图像，则X向边缘检测的图像为：
Y向边缘检测的图像为：
进一步地，所述边缘信息提取模块3获取每个区块D的边缘信息量的过程为：
首先计算一区块D内各个像素P的X向灰阶值GX、与Y向灰阶值GY：
GX＝SobelX×f(a，b)
GY＝SobelY×f(a，b)
其中，f(a，b)表示该区块D内X向坐标为a、Y向坐标为b的像素P对应于原始图像数据的亮度值；仍以每一区块D包括3×3个像素P为例，则
GX＝(-1)×f(x-1，y-1)+0×f(x，y-1)+1×f(x+1，y-1)+(-2)×f(x-1，y)+0×f(x，y)+2×f(x+1，y)+(-1)×f(x-1，y+1)+0×f(x，y+1)+1×f(x+1，y+1)
GY＝1×f(x-1，y-1)+2×f(x，y-1)+1×f(x+1，y-1)+0×f(x-1，y)+0×f(x，y)+0×f(x+1，y)+(-1)×f(x-1，y+1)+(-2)×f(x，y+1)+(-1)×f(x+1，y+1)
然后计算该区块D内各个像素P的梯度G：
接着将该区块D内各个像素P的梯度G与预设的阈值进行比较，若检测到某一像素P的梯度G大于预设的阈值，则判定该像素P为边缘点；
最后合计出该区块D内属于边缘点的像素P的数目作为该区块D的边缘信息量。所述边缘信息量实际上表征了图像的复杂度，边缘信息量越大，则说明图像越复杂。
所述调节增益计算模块4用于根据每个区块的亮度代表值与边缘信息量来计算每个区块D的亮度调节系数。
具体地，所述调节增益计算模块4计算每个区块D的亮度调节系数的过程为：
首先如图3所示预设255灰阶在不同亮度代表值APL下拟调节至的亮度，计算每个区块D的常规亮度调节系数KAPL:
KAPL＝拟调节至的亮度/调节前亮度；
举例说明如下：
假设某区块D调节前的亮度为255灰阶，该区块D的亮度代表值APL为255，在亮度代表值APL为255的情况下，255灰阶拟调节至的亮度为Min＝64，那么，
KAPL＝64/255＝0.25；如图4所示预设边缘信息量与边缘亮度调节系数Kedge的关系，根据每个区块D的边缘信息量查找对应的边缘亮度调节系数Kedge；
然后计算每个区块D的亮度调节系数K：
K＝KAPL×Kedge。
值得注意的是，255灰阶拟调节至的亮度是随亮度代表值APL所对应灰阶的增加而减小的，也就是说亮度代表值APL所对应灰阶越大，则255灰阶拟调节至的亮度越低；边缘亮度调节系Kedge是随着边缘信息量的增加而减小的，也就是说边缘信息量越大，图像越复杂，则将亮度调节的越低，以契合人眼在低亮度下对复杂图像更敏感的这一特点，更大程度地调节复杂图像区块D的亮度。
所述增益平滑处理模块5用于对每个区块D的亮度调节系数进行修正获得每个区块D的亮度调节系数修正值，从而对每个区块D内的各个像素P做平滑处理，防止各区块D交界处的亮度发生突变。
具体地，如图5所示，所述增益平滑处理模块5对每个区块D的亮度调节系数进行修正的过程为：
首先选取一区块D，计算该区块D与其X向相邻区块D的水平增益KH、及该区块D与其Y向相邻区块D的垂直增益KV：
KH＝K1+(K2-K1)×x/X
KV＝K1+(K3-K1)×y/Y
其中，K1表示所选取区块D的亮度调节系数，K2表示与该区块D X向相邻区块D的亮度调节系数，K3表示与该区块D Y向相邻区块D的亮度调节系数，x与y分别表示所选取区块D内的各像素P相对该区块D中心像素P的X向坐标及Y向坐标，X表示所选取区块D的中心像素P距与该区块D X向相邻区块D的中心像素P的水平距离，Y表示所选取区块D的中心像素P距与该区块D Y向相邻区块D的中心像素P的垂直距离；
接着，计算该区块D内各像素P的亮度调节系数修正值K’:
K’＝(KH+KV)/2。
所述数据调制模块6用于根据每个区块D的亮度调节系数修正值来对原始图像数据进行调制，获取每个区块D的调制后的图像数据，从而对每个区块D进行单独的亮度调节。
具体地，所述数据调制模块6获取每个区块D的调制后的图像数据所使用的公式为：
一区块D的调制后的图像数据＝该区块D内各像素P的亮度调节系数修正值K’×该区块D内对应像素P的原始图像数据，即：
R’＝K’×R
G’＝K’×G
B’＝K’×B；
其中，R’、G’、B’分别为调制后的红色图像数据、调制后的绿色图像数据、及调制后的蓝色图像数据。
可见，本发明的亮度调节系统能够将图像划分区块，结合每个区块的亮度代表值及表征图像复杂度的边缘信息量，对每个区块进行单独的亮度调节，对亮度的调节更精准，可以在降低亮部图像亮度的同时保持暗部图像的细节，且更大程度地调节复杂图像区块的亮度。
综上所述，本发明的亮度调节系统，通过将图像划分区块，结合每个区块的亮度代表值及表征图像复杂度的边缘信息量，对每个区块进行单独的亮度调节，能够实现更精准地亮度调节，实现在降低亮部图像亮度的同时保持暗部图像的细节，且能够更大程度地调节复杂图像区块的亮度。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明后附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种亮度调节系统，其特征在于，包括：
区块划分模块(1)，用于接收原始图像数据，并将输入的图像沿X向与Y向划分成M×N个区块(D)，其中M为正整数，N为正整数；每一区块(D)包括数个呈矩阵式排列的像素(P)，每一像素(P)的原始图像数据包括红色原始图像数据(R)、绿色原始图像数据(G)、及蓝色原始图像数据(B)；
电性连接区块划分模块(1)的亮度代表值计算模块(2)，用于获取每个区块(D)的亮度代表值；
电性连接区块划分模块(1)的边缘信息提取模块(3)，用于分析每个区块(D)的原始图像数据，获取每个区块(D)的边缘信息量；
电性连接亮度代表值计算模块(2)与边缘信息提取模块(3)的调节增益计算模块(4)，用于根据每个区块的亮度代表值与边缘信息量来计算每个区块(D)的亮度调节系数；
电性连接调节增益计算模块(4)的增益平滑处理模块(5)，用于对每个区块(D)的亮度调节系数进行修正获得每个区块(D)的亮度调节系数修正值，从而对每个区块(D)内的各个像素(P)做平滑处理，防止各区块(D)交界处的亮度发生突变；
及电性连接增益平滑处理模块(5)的数据调制模块(6)，用于根据每个区块(D)的亮度调节系数修正值来对原始图像数据进行调制，获取每个区块(D)的调制后的图像数据，从而对每个区块(D)进行单独的亮度调节。
2.如权利要求1所述的亮度调节系统，其特征在于，所述亮度代表值计算模块(2)获取每个区块(D)的亮度代表值的方式为：
首先获取一区块(D)内每个像素(P)的亮度特征值TBP；
再计算出该区块(D)内所有像素(P)的亮度特征值TBP的平均值作为该区块的亮度代表值APL。
3.如权利要求2所述的亮度调节系统，其特征在于，所述亮度代表值计算模块(2)获取一区块(D)内每个像素(P)的亮度特征值TBP的方式为：
提取一像素(P)内的红色原始图像数据(R)、绿色原始图像数据(G)、及蓝色原始图像数据(B)所对应的最大亮度值作为该像素(P)的亮度特征值TBP，即：
TBP＝Max(R、G、B)。
4.如权利要求2所述的亮度调节系统，其特征在于，所述亮度代表值计算模块(2)获取一区块(D)内每个像素(P)的亮度特征值TBP的方式为：
先将一像素(P)内的红色原始图像数据(R)、绿色原始图像数据(G)、及蓝色原始图像数据(B)转换至YCbCr色彩空间，再计算该像素(P)的亮度特征值TBP：
TBP＝0.299R+0.587G+0.114B。
5.如权利要求1所述的亮度调节系统，其特征在于，所述边缘信息提取模块(3)利用Sobel算子来作边缘检测，获取每个区块(D)的边缘信息量。
6.如权利要求5所述的亮度调节系统，其特征在于，所述边缘信息提取模块(3)获取每个区块(D)的边缘信息量的过程为：
首先计算一区块(D)内各个像素(P)的X向灰阶值GX、与Y向灰阶值GY：
GX＝SobelX×f(a，b)
GY＝SobelY×f(a，b)
其中，f(a，b)表示该区块(D)内X向坐标为a、Y向坐标为b的像素(P)对应于原始图像数据的亮度值，SobelX表示X向Sobel算子，SobelY表示Y向Sobel算子；
然后计算该区块(D)内各个像素(P)的梯度G：
<mrow> <mi>G</mi> <mo>=</mo> <msqrt> <mrow> <msup> <msub> <mi>G</mi> <mi>X</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <msub> <mi>G</mi> <mi>Y</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> </mrow>
接着将该区块(D)内各个像素(P)的梯度G与预设的阈值进行比较，若检测到某一像素(P)的梯度G大于预设的阈值，则判定该像素(P)为边缘点；
最后合计出该区块(D)内属于边缘点的像素(P)的数目作为该区块(D)的边缘信息量。
7.如权利要求6所述的亮度调节系统，其特征在于，每一区块(D)包括3×3个像素(P)，X向Sobel算子SobelX、Y向Sobel算子SobelY分别为：
<mrow> <msub> <mi>Sobel</mi> <mi>X</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mn>2</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>+</mo> <mn>2</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>
<mrow> <msub> <mi>Sobel</mi> <mi>Y</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>+</mo> <mn>2</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mn>2</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>.</mo> </mrow>
8.如权利要求6所述的亮度调节系统，其特征在于，所述调节增益计算模块(4)计算每个区块(D)的亮度调节系数的过程为：
首先预设255灰阶在不同亮度代表值APL下拟调节至的亮度，使得拟调节至的亮度随亮度代表值APL所对应灰阶的增加而减小，计算每个区块(D)的常规亮度调节系数KAPL:
KAPL＝拟调节至的亮度/调节前亮度；
预设边缘信息量与边缘亮度调节系数Kedge的关系，使得边缘亮度调节系数Kedge随着边缘信息量的增加而减小，根据每个区块(D)的边缘信息量查找对应的边缘亮度调节系数Kedge；
然后计算每个区块(D)的亮度调节系数K：
K＝KAPL×Kedge。
9.如权利要求8所述的亮度调节系统，其特征在于，所述增益平滑处理模块(5)对每个区块(D)的亮度调节系数进行修正的过程为：
首先选取一区块(D)，计算该区块(D)与其X向相邻区块(D)的水平增益KH、及该区块(D)与其Y向相邻区块(D)的垂直增益KV：
KH＝K1+(K2-K1)×x/X
KV＝K1+(K3-K1)×y/Y
其中，K1表示所选取区块(D)的亮度调节系数，K2表示与该区块(D)X向相邻区块(D)的亮度调节系数，K3表示与该区块(D)Y向相邻区块(D)的亮度调节系数，x与y分别表示所选取区块(D)内的各像素(P)相对该区块(D)中心像素(P)的X向坐标及Y向坐标，X表示所选取区块(D)的中心像素(P)距与该区块(D)X向相邻区块(D)的中心像素(P)的水平距离，Y表示所选取区块(D)的中心像素(P)距与该区块(D)Y向相邻区块(D)的中心像素(P)的垂直距离；
接着，计算该区块(D)内各像素(P)的亮度调节系数修正值K’:
K’＝(KH+KV)/2。
10.如权利要求9所述的亮度调节系统，其特征在于，所述数据调制模块(6)获取每个区块(D)的调制后的图像数据所使用的公式为：
一区块(D)的调制后的图像数据＝该区块(D)内各像素(P)的亮度调节系数修正值K’×该区块(D)内对应像素(P)的原始图像数据，即：
R’＝K’×R
G’＝K’×G
B’＝K’×B；
其中，R’、G’、B’分别为调制后的红色图像数据、调制后的绿色图像数据、及调制后的蓝色图像数据。
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