CN108281125B - 根据人眼特性进行背光亮度调节的方法、装置和设备 - Google Patents

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Abstract

根据人眼特性进行背光亮度调节的方法、装置和设备，本申请提供一种屏幕背光亮度调节方法、装置及设备。该方法包括：获取图像信息和环境信息，根据所述图像信息和环境信息确定人眼特性信息。所述人眼特性信息与人眼可感知亮度变化的最小幅度有关。获取显示屏信息，根据所述显示屏信息、人眼特性信息和图像信息计算屏幕背光可降低比例，并根据所述比例确定屏幕像素亮度补偿值。根据所述屏幕背光可降低比例调整背光亮度，根据所述屏幕像素亮度补偿值调整屏幕像素亮度值。

Description

根据人眼特性进行背光亮度调节的方法、装置和设备
技术领域
本发明涉及一种图像显示的技术领域，特别是涉及一种显示图像背光亮度的动态调整方法、一种显示图像背光亮度的动态调整装置及一种可动态调整显示图像背光的移动显示设备。
背景技术
随着信息时代的发展，诸如手机、平板电脑等移动电子设备日益成为人们生活中不可或缺的组成部分。消费者在选择移动产品时，除了性能、外观等因素外，功耗(待机时长)也是重要的考量方面。而显示屏作为移动设备主要耗电设备之一，其节能技术便成为了行业研究的重要课题。
目前移动电子设备屏幕背光的调整一般分为两个部分。第一个部分的技术是背光自动亮度调节技术(Auto Brightness Technology)，这一技术通过环境光和背光亮度之间的映射关系对背光进行调节，即当检测到环境光的亮度值后，直接将背光亮度调节为与该值对应的亮度值，调节之后的亮度值为当前环境光下人眼观看的最佳屏幕亮度。环境光亮度同背光亮度之间的直接映射关系是人为设定的。第二个部分是在第一部分调节之后背光亮度基础上进行的微调，目前技术主要为内容对应背光控制(Content Adapt iveBrightness Control，下称CABC)。CABC技术通过搭配光传感器，使主机端处理器获取环境光亮度信息，同时分析屏幕当前显示的内容，进而调整屏幕亮度，节省电量，以进一步降低背光，降低屏幕功耗。
然而上述CABC背光调控方式存在一个问题：在二次降背光时，难以确定最恰当的背光降低幅度。背光降低过多，光学补偿将不足以弥补画质损失，用户能明显感觉画质变暗；背光降低过少，则背光还有降低空间，导致电能浪费，减少电子设备待机时间，影响用户体验。
发明内容
本申请提供了一种显示屏背光亮度调整方法以及应用该方法的设备和装置等，在不降低用户观看显示图像质量的同时，进一步降低屏幕背光亮度，从而达到不影响用户观看体验的同时更大幅度节能的效果。
第一方面，本申请提供一种显示屏背光亮度调节方法。获取设备显示屏当前显示图像的图像信息和设备周边的环境信息。根据所述环境信息和图像信息确定人眼特性信息，所述人眼特性信息与人眼可感知亮度变化的最小幅度有关。所述人眼可感知亮度变化的最小幅度具体是指，当亮度变化超出这一幅度时，人眼便能感觉到亮度的明显变化。获取显示当前图像的显示屏信息，根据所述显示屏信息、所述人眼特性信息和所述图像信息计算屏幕背光可降低比例，根据所述屏幕背光可降低比例确定屏幕像素亮度补偿比例，并根据所述像素亮度补偿比例确定所述图像光学补偿值。依据所述屏幕背光可降低比例降低屏幕背光亮度，依据所述图像光学补偿值调整所述图像的像素亮度值。与现有技术相比，所述背光亮度调整方法通过在计算可降低背光比例时把人眼在不同环境光下对亮度变化感知的敏感度考虑进来，使得降低背光后的图像能通过图像光学补偿，把实际亮度降低幅度控制在人眼可感知的亮度降低最小变化幅度以内，从而达到降低背光而又不降低显示图像质量的目的，提升了用户体验。可选的，第一方面所述的方法中所述的根据所述环境信息和所述图像信息确定人眼特性信息，具体可以实现为：调取人眼特性信息表，所述表中包含环境信息、图像信息和人眼特性信息之间的对应关系，所述表可以由技术人员根据经验或实验数据确定，并预先存储在设备的存储器中。所述表也可以被预先存储在网络或其他外接存储设备中以供调取。将所述环境信息和所述图像信息带入到所述对应关系中，来查找与所述环境信息和所述图像信息对应的人眼特性信息。相比实时运算，这样的确定方式能够避免额外占用设备的运算处理资源，提高设备运行效率。
可选的，所述图像信息可以同时包含当前背光亮度和所述图像直方图两种信息。此时，所述根据环境信息、图像信息确定人眼特性信息中的图像信息是指当前背光亮度；所述根据所述图像信息、所述显示屏信息和所述人眼特性信息计算屏幕背光可降低比例中的图像信息是指所述图像直方图信息。
可选的，在第一方面所述的方法中，所述根据所述屏幕背光可降低比例，确定屏幕像素亮度补偿比例具体包括：根据以下公式获得像素亮度补偿比例，所述公式中tempGain为像素亮度补偿比例，BL ratio为屏幕背光可降低比例：
Figure BDA0001540695130000021
所述根据所述像素亮度补偿比例确定所述图像光学补偿值具体包括：使用以下公式计算光学补偿值，所述光学补偿值为
Figure BDA0001540695130000022
所述屏幕像素初始亮度值
Figure BDA0001540695130000023
Figure BDA0001540695130000024
第二方面，本申请还提供了一种屏幕亮度调节设备，所述设备包括主功能模块、显示模块、背光亮度控制模块和显示驱动模块。所述主功能模块获取设备当前显示图像的图像信息，并通过传感器获取设备显示所述图像时的环境信息，根据所述图像信息和所述环境信息确定人眼特性信息。所述人眼特性信息与人眼可感知亮度变化的最小幅度有关。所述主功能模块获取显示当前图像的显示屏信息。所述主功能模块根据所述显示屏信息、所述人眼特性信息和所述图像信息计算屏幕背光可降低比例，根据所述屏幕背光可降低比例确定屏幕像素亮度补偿比例，并根据所述像素亮度补偿比例确定所述图像光学补偿值。所述显示模块用于显示图像。所述背光亮度控制模块用于根据所述屏幕背光可降低比例调整显示模块显示图像时的背光亮度。所述显示驱动模块用于根据图像光学补偿值调整图像的像素亮度值。与现有技术相比，所述背光亮度调节设备通过在计算可降低背光比例时把人眼在不同环境光下对亮度变化感知的敏感度考虑进来，使得降低背光后的图像能通过图像光学补偿，把实际亮度降低幅度控制在人眼可感知的亮度降低最小变化幅度以内，从而达到降低背光而又不降低显示图像质量的目的，提升了用户体验。
可选的，结合第二方面，在第二方面的第一种可能实施方式中，所述主功能模块具体包括图像特征提取单元、环境信息收集单元、显示屏信息获取单元、人眼特性信息获取单元和背光亮度及光学补偿计算模块。所述图像特征提取单元用于提取所述图像信息；所述环境信息收集单元用于通过传感器收集显示所述图像时的环境信息；所述人眼特性信息获取单元用于根据所述环境信息和所述图像信息确定所述人眼特性信息；背光亮度及光学补偿计算模块用于根据所述显示屏信息、所述图像信息和所述人眼特性信息计算屏幕背光可降低比例，根据所述屏幕背光可降低比例确定屏幕像素亮度补偿比例，并根据所述像素亮度补偿比例确定所述图像光学补偿值。
可选的，结合第二方面第一种可能的实施方式，在第二方面的第二种可能实施方式中，所述人眼特性信息获取单元具体用于：调取人眼特性信息表，在所述表中包含了环境信息、图像信息和人眼特性信息之间的对应关系，这种对应关系可以通过实验测得。根据所述环境信息、所述图像信息以及所述对应关系查找相应的人眼特性信息。
可选的，结合第二方面第一或第二种可能实施方式，在第二方面的第三种可能实施方式中，所述图像信息同时包含了当前背光亮度和所述图像的直方图信息。其中，所述人眼特性信息获取单元确定人眼特性信息时所依据的图像信息是当前背光亮度，而所述背光亮度及光学补偿计算模块在确定屏幕背光可降低比例时依据的图像信息是所述图像的直方图信息。
可选的，结合第二方面第一至第三种可能的实施方式，在第二方面的第四种可能实施方式中，所述背光亮度及光学补偿计算模块根据以下公式获得像素亮度补偿比例，所述公式中 tempGain为像素亮度补偿比例，BL ratio为屏幕背光可降低比例：
Figure BDA0001540695130000031
所述根据所述像素亮度补偿比例确定所述图像光学补偿值具体包括：使用以下公式计算光学补偿值，所述光学补偿值为
Figure BDA0001540695130000032
所述屏幕像素初始亮度值
Figure BDA0001540695130000033
Figure BDA0001540695130000034
第三方面，本申请还提供了一种屏幕亮度调节装置，包括一个或多个端口，以及处理器。所述一个或多个端口用于传输信息，其可以是物理端口，也可以是虚拟端口。所述处理器通过上述端口中的一个或多个，获取所显示当前图像的图像信息、环境信息和显示屏信息，并根据所述环境信息和所述图像信息确定人眼特性信息，所述人眼特性信息与人眼可感知亮度变化的最小幅度有关。所述处理器根据所述显示屏信息、所述图像信息和所述人眼特性信息计算屏幕背光可降低比例，根据所述屏幕背光可降低比例确定屏幕像素亮度补偿比例，并根据所述像素亮度补偿比例确定所述图像光学补偿值。所述屏幕亮度调节装置将所述屏幕背光可降低比例和所述图像光学补偿值应用于图像显示控制中。与现有技术相比，所述背光亮度调节装置通过在计算可降低背光比例时把人眼在不同环境光下对亮度变化感知的敏感度考虑进来，使得降低背光后的图像能通过图像光学补偿，把实际亮度降低幅度控制在人眼可感知的亮度降低最小变化幅度以内，从而达到降低背光而又不降低显示图像质量的目的，提升了用户体验。
可选的，所述屏幕亮度调节装置还可以包括传感器、电源管理电路、显示驱动电路和显示屏。其中，传感器用于收集所述环境信息，并通过所述端口传送给处理器。所述环境信息可以是环境光的亮度或色温中的一种或全部。电源管理电路用于根据处理器发送的与所述背光可降低比例相关的指令控制显示屏背光亮度。所述显示驱动电路用于对接收到的图像光学补偿值进行数模转换，并据此调整显示所述图像的像素亮度值。显示屏用于根据接收到的信息显示所述图像。
可选的，所述亮度调节装置确定人眼特性信息的过程具体为：调取包含环境信息、图像信息和人眼特性信息之间的对应关系的人眼特性信息表，将所述环境信息和所述图像信息代入到所述对应关系中，来查找相应的人眼特性信息。
可选的，所述图像信息可以是当前背光亮度或当前显示图像直方图中的一种或全部。当所述图像信息包含当前背光亮度和所述图像的直方图信息两种信息时，确定人眼特性信息所依据的图像信息是指根据所述当前背光亮度；计算屏幕背光可降低比例所依据的图像信息是指所述当前背光亮度和所述直方图信息。
可选的所述处理器根据以下公式获得像素亮度补偿比例，所述公式中tempGain为像素亮度补偿比例，BL ratio为屏幕背光可降低比例：
Figure BDA0001540695130000041
所述根据所述像素亮度补偿比例确定所述图像光学补偿值具体包括：使用以下公式计算光学补偿值，所述光学补偿值为
Figure BDA0001540695130000042
所述屏幕像素初始亮度值
Figure BDA0001540695130000043
Figure BDA0001540695130000044
第四方面，本申请提供了一种非易失性可读存储介质，所述介质上存储有指示处理器执行一种屏幕亮度调节方法的指令，当所述指令在显示装置中运行时，可以使得所述装置实现本申请第一方面所述的方法以及其具体实现方式。具体而言，当所述指令在处理器上运行时，可以使得处理器执行以下操作：获取显示设备当前显示图像的图像信息以及通过传感器采集显示所述图像时的环境信息，然后根据所述环境信息和图像信息确定人眼特性信息，所述的人眼特性信息与人眼可感知亮度变化的最小幅度有关。同时，获取用于显示所述图像的显示屏信息，并根据所述显示屏信息、所述图像信息和所述人眼特性信息来计算屏幕背光可降低比例。之后根据所述屏幕背光可降低比例计算图像光学补偿值，并将所述屏幕背光可降低比例和所述图像光学补偿值应用于图像显示控制。其中，所述人眼特性信息用于使得所述屏幕亮度经过背光可降低比例和所述图像光学补偿值调整后，所述屏幕的实际亮度变化幅度应小于人眼可感知的亮度降低最小变化幅度。
可选的，所述非易失性可读存储介质上存储的指令指示处理器执行的所述屏幕亮度调节方法中，所述根据所述环境信息、图像信息确定人眼特性信息是指，首先调取包含环境信息、图像信息和人眼特性信息之间对应关系的人眼特性信息表，将所述环境信息和所述图像信息带入到所述对应关系中，来查找对应的人眼特性信息。
可选的，所述非易失性可读存储介质上存储的指令指示处理器执行的所述屏幕亮度调节方法中，所述计算光学补偿值的具体方法如下：
定义光学补偿值为temGain，定义屏幕背光可降低比例为BL ratio，
Figure BDA0001540695130000045
所述根据所述像素亮度补偿比例确定所述图像光学补偿值具体包括：使用以下公式计算光学补偿值，所述光学补偿值为
Figure BDA0001540695130000046
所述屏幕像素初始亮度值
Figure BDA0001540695130000047
Figure BDA0001540695130000048
本申请上述各方面的屏幕亮度调节方案以及其具体实现，可以是应用在屏幕经过背光自动亮度调节技术调节之后，进一步对亮度进行调节。所述背光自动亮度调节技术，指通过环境光和背光亮度之间的映射关系对背光进行调节。即当检测到环境光的亮度值后，直接将背光亮度调节为与该值对应的亮度值，调节之后的亮度值为当前环境光下人眼观看的最佳屏幕亮度。因此，应用在对经过背光自动亮度调节之后，能考虑人眼特性信息，对亮度进一步节能，在实现进一步节能的同时不影响人眼对画面质量的观看体验。
本申请上述各方面的屏幕亮度调节方案以及其具体实现中，所述图像信息可以为所述当前图像的背光亮度、直方图信息或其他任何与当前图像有关的亮度信息中的一种或多种；所述环境信息可以为环境光亮度、色温或其他任何与环境光有关的信息中的一种或多种；所述显示屏信息可以为显示屏能显示的最大亮度、最小亮度、色域或其他任何与显示屏显示能力有关的信息中的一种或多种。
本申请的所述背光亮度调节方法以及其具体实现方案，可以应用在采取屏幕分块亮度控制的设备中。具体的，每一个子屏幕块在调节背光亮度时都可以应用所述方法单独调节。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为一种屏幕背光亮度调节装置的功能模块的逻辑结构示意图；
图2为一种屏幕背光亮度调节装置的硬件的逻辑结构示意图；
图3为一种屏幕背光亮度调节方法的流程示意图；
图4为一种屏幕背光亮度调节方法中屏幕可降低背光比例计算过程的流程示意图；
图5为一种屏幕背光亮度调节方法中屏幕可降低背光比例计算过程中求取屏幕最大可降低比例的迭代计算过程流程示意图；
图6a为当环境光亮度La恒定时，在不同背光亮度BL下不同bin区间上的N值；
图6b为当背光亮度BL恒定时，在不同环境光亮度La下不同bin区间上的N值。
具体实施方式
为了方便理解本申请的实施例，首先在此介绍本申请实施例描述中会引入的几个元素。应当注意的是，以下元素介绍并不构成对本申请技术方案的限定。
CABC：动态背光技术(Content adaptive backlight control)，是根据显示环境和显示内容控制全局的背光，来节省功耗的背光调节现有技术，目前主要应用于手机等移动设备上。
LCD显示器：液晶显示器(liquid-crystal display，LCD)为平面薄型的显示设备，包括显示屏和光源两部分。显示屏由一定数量的彩色或黑白像素组成，放置于光源前方。
AMOLED显示器：主动矩阵有机发光二极体(Active-matrix organic light-emitting diode，AMOLED)是一种显示屏技术。此类型显示器没有独立的光源，靠显示屏自发光来实现亮度。
直方图信息：图像直方图是用以表示数字图像中亮度分布的直方图，标绘了图像中每个亮度值的像素数。可以借助观察该直方图了解需要如何调整亮度分布。这种直方图中，横坐标的左侧为纯黑、较暗的区域，而右侧为较亮、纯白的区域。因此，一张较暗图片的图像直方图中的数据多集中于左侧和中间部分；而整体明亮、只有少量阴影的图像则相反。
RGB值：三原色光模式(RGB color model)，又称RGB颜色模型或红绿蓝颜色模型，是一种加色模型，将红(Red)、绿(Green)、蓝(Blue)三原色的色光以不同的比例相加，以产生多种多样的色光。目前在计算机硬件中采取每一象素用24比特(比特)表示的方法，所以三种原色光各分到8比特，每一种原色的强度依照8比特的最高值28分为256个值，该值即为所述的RGB值，每一原色的值从最暗到最亮为0到255。
Bin：计算颜色直方图需要将颜色空间划分成若干个小的颜色区间，每个小区间成为直方图的一个bin，这个过程称为颜色量化。颜色量化有许多方法，例如向量量化、聚类方法或者神经网络方法，最为常用的做法是将颜色空间的各个分量(维度)均匀地进行划分，即将 RGB区间(0到255)等分为若干个bin。
背光亮度：本申请中指屏幕光源的亮度。背光亮度通常是指采用背光式照射屏幕(如LCD) 的光源亮度，而自发光式屏幕(如AMOLED)通常不采用“背光”的提法。为了方便表述，在本申请中所说的“背光亮度”包括自发光式屏幕的自发光亮度。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本申请所涉及的屏幕节能技术，可以应用于手机、平板电脑等移动设备中。通常上述设备会采取CABC背光亮度调整技术以节省能耗。本发明实施例基于图1所示的屏幕亮度调节装置提出了一种新解决方案，在计算背光降低幅度时，将人眼对亮度变化的感知特性考虑进来，在不降低人眼观看画面实际亮度的前提下，最大幅度的降低背光亮度。
本申请实施例描述的屏幕节能装置、技术以及应用场景是为了更加清楚的说明本申请实施例的技术方案，并不构成对本申请实施例提供的技术方案的限定，本领域技术人员可知，随着应用场景的改变，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
下面将参照附图更详细地描述涉及本申请的实施方法和装置。需要说明的是，后置用语“单元”和“模块”仅仅是为了描述的方便，并且这些后置用语不具有相互区分的含义或功能。本申请提供的方法可用硬件或软件来实现。
请参阅图1，为本发明的屏幕亮度调节装置一实施例的结构示意图。如图1所示，亮度调节装置100包括主功能模块110、显示驱动模块120、亮度控制模块130和显示模块140。主功能模块110包含图像特征提取单元111、环境信息收集模块112、人眼特性信息获取单元113、显示屏信息获取单元114和背光亮度及光学补偿计算模块115。
主功能模块110获得所需信息并计算背光亮度降低幅度和图像光学补偿比例。显示屏信息获取单元114可直接从显示模块140读取显示屏信息，并传送给背光亮度及光学补偿计算模块115，显示屏信息在本实施例中实现为屏幕最小亮度和最大亮度。可选的，所述显示屏信息也可以直接存储在存储介质中，而不需要从屏幕140实时读取。图像特征提取单元111 提取图像信息，本实施例中实现为当前显示图像的直方图和背光亮度，通常存储于图像处理器中。环境信息收集模块112在本实施例中实现为光敏传感器，用来收集环境光亮度信息。可选的，环境信息收集模块也可以用来收集环境光的色温等信息。人眼特性信息获取单元113 通过接收到的所述环境信息和所述图像信息获得人眼特性信息，并发送给背光亮度及光学补偿计算模块115。所述人眼特性信息一种可能的获得方式是查表，所述表中包含了环境信息、图像信息和人眼特性信息之间的对应关系，在本实施例中是环境光亮度、当前显示图像背光亮度和人眼特性信息之间的对应关系，具体实现方式参见图3相关的实施例中关于步骤S321 的描述。
背光亮度及光学补偿计算模块115在获取所述显示屏信息、所述图像信息和所述人眼特性信息后，进行可降低背光亮度比例和光学补偿值的计算，具体计算过程参见图3相关的实施例中关于步骤S330的描述。之后，背光亮度及光学补偿计算模块115将所述光学补偿值发送给显示驱动模块120，显示驱动模块对接收到的信息做数模转换，并发送给显示模块140；同时，将所述可降低背光亮度比例发送给背光亮度控制模块130，背光亮度控制模块根据所述背光亮度降低比例控制显示模块140降低背光亮度。
这样，最终显示模块140输出的画面RGB值提高，背光亮度降低，实际显示亮度的降低幅度小于人眼可感知的亮度降低最小幅度，既降低了能耗，又没有降低用户接收画面的质量。
所述主功能模块的功能既可以使用专用集成电路(application specificintegrated circuit,ASIC)、数字信号处理器(digital signal processor,DSP)、可编程逻辑器件 (programmable logic device,PLD)、现场可编程门阵列(field programmablegate array, FPGA)、处理器、控制器、微控制器和/或微处理器等电子单元中的至少一个来实现，也可以通过使用执行至少一个功能和操作的软件模块实现。软件模块可以以任意适当的软件语言编写的软件程序来实现。软件程序可以存储在移动设备中的或网络上的存储器中，并由处理器读取和执行。
可选的，所述实施例还可以包括分块控制模块(图未示)，用于在采取屏幕分块亮度控制的终端设备上对屏幕各子块的显示进行控制和协调。具体的，在调控一个屏幕子块时，分块控制模块会控制图像特征提取单元111提取当前子块的图像信息，将所述当前子块的图像信息发送给背光亮度及光学补偿计算模块115，计算当前子块的背光亮度可降低比例和图像光学补偿值，并分别用以调节所述屏幕子块的背光亮度和屏幕像素亮度。
请参阅图2，为本发明屏幕亮度调节装置的另一实施例的结构示意图。所述屏幕亮度调节装置200包括处理器210、存储器220、传感器230、显示驱动电路240、电源管理电路250 和显示器260。
处理器210可以包括一个或多个处理器，例如，处理器210可以包括一个或多个中央处理器，或者包括一个中央处理器和一个图形处理器。当处理器210包括多个处理器时，这多个处理器可以集成在同一块芯片上，也可以各自为独立的芯片。
图形处理器负责常规图像处理，可以被包含一个芯片中，也可以独立存在。
存储器220可以是以下类型中的一种或多种：闪速(flash)存储器、硬盘类型存储器、微型多媒体卡型存储器、卡式存储器(例如SD或XD存储器)、随机存取存储器(randomaccess memory,RAM)、静态随机存取存储器(static RAM,SRAM)、只读存储器(read onlymemory, ROM)、电可擦除可编程只读存储器(electrically erasable programmableread-only memory， EEPROM)、可编程只读存储器(programmable ROM,PROM)或磁存储器。
在其他一些实施例中，存储器220也可以是因特网上的网络存储设备，终端设备200可以对在因特网上的存储器220执行更新或读取等操作。
传感器230可以感测设备手边的环境信息，诸如环境光的亮度、色温等。在本实施例中，可以实现为光敏传感器。
显示驱动电路240可以对从处理器接收到的信息进行数模转换，并发送给显示器进行显示。
电源管理电路250会根据从处理器接收到的信息，调整显示屏的背光亮度。具体而言，在LCD显示器中，电源管理电路会调节施加给背光光源的电压，以调整显示器亮度；而在AMOLED显示器中，电源管理电路则是调节施加给显示屏的电压，直接改变显示屏自发光亮度。
显示器260根据接收到的信息进行图像显示，具体可以实现为LCD显示器，也可以实现为AMOLED显示器。
设备运行时，传感器230收集显示设备周围的环境信息，并传输给处理器210。本实施例中，所述环境信息是环境光亮度。处理器210从图形处理器中调取当前显示图像的图像信息，所述图像信息在本实施例中为当前显示图像的背光亮度信息和直方图信息。同时，处理器210 从传感器230接收环境信息，从存储器220中调取包含环境信息、图像信息和人眼特性信息之间对应关系的表，并将所述环境信息和所述图像信息带入表中得出人眼特性信息。在本实施例中，所述表中的环境信息是环境光亮度，图像信息是当前显示图像的背光亮度，处理器根据所接收到的环境光亮度信息和图像背光亮度信息查表获得对应的人眼特性信息，具体实现方式参见图3相关实施例中对步骤S321的描述。同时，处理器210还从显示器260获取显示屏信息。可选的，所述显示屏信息也可以预先存储于存储器220中由处理器210调取。
之后，处理器210根据所述图像信息、所述显示屏信息和所述人眼特性信息计算可降低背光亮度比例和图像光学补偿值，并将图像光学补偿值发送给显示驱动电路240，将背光亮度可降低比例发送给电源管理电路250。所述可降低背光亮度比例和图像光学补偿值的具体计算过程参见第三实施例中对步骤S330的描述。
显示驱动电路240收到处理器210发送的图像光学补偿值后，对其进行数模转换，并发送给显示器260。显示器260根据接收到的信息进行图像显示。
电源管理电路250收到处理器210发送的可降低背光亮度比例后，调节显示器光源电压，相应调整背光亮度。在LCD显示器中，电源管理集成电路250通过脉冲宽度调制(PulseWidth Modulation，PWM)调光或线性调光来调节背光光源电压，进而调整背光亮度。在AMOLED显示器中，电源管理集成电路250依照电压亮度转换模型调整显示屏电压，进而改变背光亮度。
最后，显示器260根据接收到的信息，显示最终图像。
本发明的又一实施例中，所述屏幕亮度调节装置200还可以包含区块亮度调控功能。处理器210、显示驱动电路240、电源管理电路250和显示器260可分别包含屏幕区块亮度控制所需的对应功能。具体而言，显示器260包括多个屏幕子块，各子块独立进行图像显示和背光控制；处理器210可以从图形处理器中调取当前子块的图像信息，显示驱动电路240能将不同屏幕子块的信息分别进行数模转换并输出到显示器260的对应子块中；电源管理电路250 可以根据指令单独调控施加在显示器260任意子块上的背光亮度。
请参阅图3，为本发明提供屏幕亮度调节方法的一实施例的流程示意图。
所述屏幕亮度调节包括以下过程：
S310，所述信息包括当前显示图像的图像信息，以及显示所述图像时的环境信息。所述环境信息在本实施例中实现为环境光亮度。上述信息的获取没有先后顺序限定。
S320，获取计算可降低背光亮度比例和图像光学补偿值所需的信息。根据所述环境信息、图像信息确定人眼特性信息。所述人眼特性信息与人眼可感知亮度变化的最小幅度有关。获取显示所述图像的显示屏信息。
首先是S321，通过所述环境信息和所述图像信息确定人眼特性信息N，具体确定方式如下：
定义人眼能够感知亮度变化的最小幅度为JDL(Just noticeable level)，其值为dL；
在任意给定亮度区间(Lmin,Lmax)内总能找到N个JDL，这里的N就是所述的人眼特性信息。定义n为从1到N的正整数，dLn为第n个dL，则N的物理含义可表示为
Figure BDA0001540695130000081
定义N(m)为在bin(m)区间内所容纳的JDL的总数，其中m为自然数；定义环境光亮度为 La，设备背光亮度为BL；可通过实验测得N(m)、La和BL在整个像素亮度区间上的对应关系。图6a和图6b给出了一种可能的对应关系对照表，其中图6a为当环境光亮度La恒定时，在不同背光亮度BL下不同bin区间上的N值；图6b为当背光亮度BL恒定时，在不同环境光亮度La下不同bin区间上的N值。在本实施例中，通过将环境光亮度La和背光亮度BL带入到对应关系中，即可得出在bin(m)上对应的人眼特性信息N(m)的值。
同时，S322主功能模块获取显示屏信息和图像信息。具体的，在本实施例中主功能模块获取的是显示屏能显示的最小亮度black_level。
在主功能模块110获取所需信息后，进入S330，根据所述显示屏信息(显示屏能显示的最小亮度)、所述图像信息(当前显示图像的背光亮度信息和直方图信息)和所述人眼特性信息N(m)，计算屏幕背光可降低比例，并根据所述像素亮度补偿比例确定所述图像光学补偿值。具体计算流程请参见图4：
S331，首先向背光亮度及光学补偿计算模块115输入当前显示图像的图像信息，其中包括当前显示图像的背光亮度信息peak_level和直方图信息，在所述直方图信息中将像素最大亮度区间(0-255)分为i个bin，i为自然数；人眼特性信息N(m)；以及显示屏信息Black_level。
S332，定义PB为表征屏幕亮度的参数，
Figure BDA0001540695130000091
其中，m为1到i的自然数。P(m)是当前显示图像在bin(m)中的像素数量，可直接从所述直方图信息中查询得到。
求取当前图像PB值。
S333，定义PB(diff)为降低背光peak_level后PB的变化值，即PB(diff)＝PB’-PB，其中PB’为降低背光后的PB值。
定义PB(permit)为允许因背光peak_level降低所导致PB降低的临界值，即PB(diff)的最大值。一种可能的确定方式是PB(permit)＝min(N[i]*0.05,0)。
S334，求取并输出满足PB(diff)≤PB(permit)的最大可降背光比例BL_rat io。
S335，根据BL_ratio计算图像光学补偿值
Figure BDA0001540695130000092
首先计算图像光学补偿比例tempGain。所述tempGain为屏幕像素亮度需要变化的比例：
Figure BDA0001540695130000093
之后按图像光学补偿比例tempGain计算并输出图像光学补偿值
Figure BDA0001540695130000094
具体为：
Figure BDA0001540695130000095
其中，
Figure BDA0001540695130000096
为降低背光前的屏幕像素初始亮度值。
之后是S340计算结果的执行，即依据所述屏幕背光可降低比例降低屏幕显示所述图像时的屏幕背光亮度，依据所述图像光学补偿值调整所述图像的像素亮度值。具体的，S341，将最大可降背光比例BL_ratio信息发送给背光亮度控制模块130，以改变背光亮度。S342，将图像光学补偿值
Figure BDA0001540695130000097
信息发送给显示驱动模块120进行数模转换，显示驱动模块120将数模转换后的数据发送给显示模块140进行应用。
S350，输出最终图像，即根据降低了的屏幕背光亮度和调整了的像素亮度值显示所述图像，显示模块140结合降低的背光和补偿后的图像输出最终画面。
如图5所示，求取最大可降背光比例BL_ratio的过程如下：
S410，通过电光转换(Electro-Optical Transfer Function，EOTF)公式求取降低背光前的屏幕显示亮度，定义luminance(m)是在第m个bin中人眼可感知的屏幕显示亮度值； black_level是显示屏信息即屏幕可显示最小亮度，peak_level图像信息即当前背光亮度， pixel value(m)是第m个bin中像素平均亮度，所述pexel_value可由直方图中查得。具体计算公式为
Figure BDA0001540695130000101
S420，降低背光，假设背光单次降低X nit，即peak level降低X nit；
S430，通过光电转换(Optical-Electro Transfer Function，OETF)计算降低后的peak level*下对应的pixel value(m)*，具体公式为
Figure BDA0001540695130000102
通过上述方式依次求取降低背光后m个bin对应的新pixel value，并根据当前直方图排布做重新映射得到新的直方图；
S440，计算背光降低后的新PB，并与降低背光前的PB做差，求取PB(diff)；
S450，判断PB(diff)>PB(permit)是否成立，如果不成立，返回步骤S420重新执行迭代过程，如果成立，跳出迭代过程，记录之前执行迭代过程中降低的总屏幕亮度，即若在第n次跳出迭代，最终亮度降低值为(n-1)X nit，迭代运算结束。
S460，计算实际的降低比例BL ratio，
Figure BDA0001540695130000103
在一个或多个实例中，所描述的功能可以硬件、软件、固件或其任何组合来实施。如果以软件实施，则功能可作为一个或多个指令或代码而存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体而发送，且通过基于硬件的处理单元执行。计算机可读媒体可包含计算机可读存储媒体(其对应于例如数据存储媒体等有形媒体)或通信媒体，通信媒体包含(例如)根据通信协议促进计算机程序从一处传送到另一处的任何媒体。以此方式，计算机可读媒体大体上可对应于(1)非瞬时的有形计算机可读存储媒体，或(2)例如信号或载波等通信媒体。数据存储媒体可为可由一个或多个计算机或一个或多个处理器存取以检索指令、代码及/或数据结构以用于实施本发明中所描述的技术的任何可用媒体。计算机程序产品可包含计算机可读媒体。
通过实例而非限制，某些计算机可读存储媒体可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储器、磁盘存储器或其它磁性存储装置、快闪存储器，或可用以存储呈指令或数据结构的形式的所要程序代码且可由计算机存取的任何其它媒体。
可由例如一个或多个数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)或其它等效集成或离散逻辑电路等一个或多个处理器来执行指令。因此，如本文中所使用的术语“处理器”可指代前述结构或适于实施本文中所描述的技术的任何其它结构中的任一者。
应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。
在本发明的各种实施例中，应理解，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
在本申请所提供的实施例中，应理解，“与A相应的B”表示B与A相关联，根据A可以确定B。但还应理解，根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其它信息确定B。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考所述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

Claims (19)

1.一种屏幕亮度调节方法，其特征在于：
获取图像的图像信息以及显示所述图像时的环境信息；根据所述环境信息、图像信息确定人眼特性信息，所述人眼特性信息与人眼可感知亮度变化的最小幅度有关；
获取用于显示所述图像的显示屏信息；根据所述显示屏信息、所述图像信息和所述人眼特性信息，计算屏幕背光可降低比例；
根据以下公式获得像素亮度补偿比例：
Figure FDA0002508344360000011
计算图像光学补偿值，所述图像光学补偿值为屏幕像素初始亮度值与像素亮度补偿比例的乘积；
依据所述屏幕背光可降低比例，降低屏幕显示所述图像时的屏幕背光亮度；
依据所述图像光学补偿值，调整所述图像的像素亮度值。
2.如权利要求1所述的亮度调节方法，其特征在于，所述根据所述环境信息、图像信息确定人眼特性信息具体包括：调取人眼特性信息表，所述表中包含环境信息、图像信息和人眼特性信息之间的对应关系，根据所述环境信息、所述图像信息以及所述对应关系查找与所述环境信息、所述图像信息对应的人眼特性信息。
3.如权利要求1所述的屏幕亮度调节方法，其中，所述图像信息包含当前背光亮度和所述图像的直方图信息；所述根据所述环境信息、图像信息确定人眼特性信息是指：根据所述环境信息和所述当前背光亮度确定人眼特性信息；所述根据所述图像信息、所述显示屏信息和所述人眼特性信息，计算屏幕背光可降低比例是指：根据所述显示屏信息、所述当前背光亮度、所述直方图信息和所述人眼特性信息计算屏幕背光可降低比例。
4.如权利要求1－3任一项所述的屏幕亮度调节方法，其中，所述人眼特性信息用于使得所述屏幕亮度经过背光可降低比例和所述图像光学补偿值调整后，所述屏幕的实际亮度变化幅度应小于人眼可感知的亮度降低最小变化幅度。
5.如权利要求1所述的屏幕亮度调节方法，其中，所述降低屏幕显示所述图像时的屏幕背光亮度指：根据所述屏幕背光可降低比例对经过背光自动亮度调节技术针对当前环境光进行调节之后的背光亮度进一步降低。
6.如权利要求1所述的屏幕亮度调节方法，其中，所述环境信息是环境光的亮度。
7.一种屏幕亮度调节设备，所述屏幕亮度调节设备包括：
主功能模块，获取图像的图像信息以及通过传感器获取显示所述图像时的环境信息，根据所述环境信息、图像信息确定人眼特性信息，所述人眼特性信息与人眼可感知亮度变化的最小幅度有关；获取用于显示所述图像的显示屏信息；根据所述显示屏信息、所述图像信息和所述人眼特性信息，计算屏幕背光可降低比例；根据以下公式获得像素亮度补偿比例：
Figure FDA0002508344360000012
所述主功能模块还用于计算图像光学补偿值，所述图像光学补偿值为屏幕像素初始亮度值与像素亮度补偿比例的乘积；
显示模块，用于显示所述图像；
背光亮度控制模块，用于根据所述屏幕背光可降低比例调整所述显示模块显示所述图像时的背光亮度；
显示驱动模块，用于根据所述图像光学补偿值调整所述图像的像素亮度值。
8.如权利要求7所述的屏幕亮度调节设备，其中，所述主功能模块包括：
图像特征提取单元，用于提取所述图像的图像信息；
环境信息收集模块，用于通过传感器收集显示所述图像时的环境信息；
显示屏信息获取单元，用于获取显示所述图像的显示屏信息；
人眼特性信息获取单元，用于根据所述环境信息和所述图像信息确定人眼特性信息，所述人眼特性信息与人眼可感知亮度变化的最小幅度有关；
背光亮度及光学补偿计算模块，用于根据所述显示屏信息、所述图像信息和所述人眼特性信息计算屏幕背光可降低比例；根据所述屏幕背光可降低比例，获取屏幕像素亮度补偿比例，并根据所述像素亮度补偿比例确定所述图像光学补偿值。
9.如权利要求8所述的屏幕亮度调节设备，其特征在于，所述人眼特性信息获取单元具体用于：调取人眼特性信息表，所述表中包含环境信息、图像信息和人眼特性信息之间的对应关系，根据所述环境信息、所述图像信息以及所述对应关系查找与所述环境信息、所述图像信息对应的人眼特性信息。
10.如权利要求8所述的屏幕亮度调节设备，其特征在于，所述图像信息包含当前背光亮度和所述图像的直方图信息；所述人眼特性信息获取单元用于：根据所述环境信息和所述当前背光亮度确定人眼特性信息；所述背光亮度及光学补偿计算模块用于：根据所述显示屏信息、所述当前背光亮度、所述直方图信息和所述人眼特性信息计算屏幕背光可降低比例，并根据所述屏幕背光可降低比例计算图像光学补偿值。
11.如权利要求8－10中任一项所述的屏幕亮度调节设备，其中，所述环境信息收集模块收集的所述环境信息是显示所述图像时环境光的亮度。
12.一种屏幕亮度调节装置，所述屏幕亮度调节装置包括：
一个或多个端口，用于信息传输；
处理器，通过上述端口中的一个或多个，获取所显示当前图像的图像信息、显示所述图像时的环境信息、以及用于显示所述图像的显示屏信息，根据所述环境信息和所述图像信息确定人眼特性信息，所述人眼特性信息与人眼可感知亮度变化的最小幅度有关；根据所述显示屏信息、所述图像信息和所述人眼特性信息计算屏幕背光可降低比例，根据以下公式获得像素亮度补偿比例：
Figure FDA0002508344360000021
所述处理器还用于计算图像光学补偿值，所述图像光学补偿值为屏幕像素初始亮度值与像素亮度补偿比例的乘积；将所述屏幕背光可降低比例和所述图像光学补偿值应用于图像显示控制。
13.如权利要求12所述的屏幕亮度调节装置，还包括：
传感器，用于收集所述环境信息；
电源管理电路，用于根据所述背光可降低比例控制显示屏背光亮度；
显示驱动电路，用于根据所述图像光学补偿值调整显示屏显示所述图像的像素亮度值；
显示屏，用于显示所述图像。
14.如权利要求12或13所述的屏幕亮度调节装置，其特征在于，所述处理器确定人眼特性信息具体包括：调取人眼特性信息表，所述表中包含环境信息、图像信息和人眼特性信息之间的对应关系，根据所述环境信息、所述图像信息以及所述对应关系查找与所述环境信息和所述图像信息对应的人眼特性信息。
15.如权利要求12或13所述的屏幕亮度调节装置，其中，所述环境信息是环境光的亮度。
16.如权利要求12或13所述的屏幕亮度调节装置，所述图像信息包括当前背光亮度和所述图像的直方图信息；所述处理器根据所述环境信息、图像信息确定人眼特性信息是指：根据所述环境信息和所述当前背光亮度确定人眼特性信息；所述处理器根据所述图像信息、显示屏信息和所述人眼特性信息，计算屏幕背光可降低比例是指：根据所述显示屏信息、所述当前背光亮度、所述直方图信息和所述人眼特性信息计算屏幕背光可降低比例。
17.一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质中存储有指令，当其在处理器上运行时，所述指令使得一个或多个处理器执行以下操作：
获取显示设备当前显示图像的图像信息以及显示所述图像时的环境信息；根据所述环境信息、图像信息确定人眼特性信息，所述人眼特性信息与人眼可感知亮度变化的最小幅度有关；
获取用于显示所述图像的显示屏信息；根据所述显示屏信息、所述图像信息和所述人眼特性信息，计算屏幕背光可降低比例；
根据以下公式获得像素亮度补偿比例：
Figure FDA0002508344360000031
计算图像光学补偿值，所述图像光学补偿值为屏幕像素初始亮度值与像素亮度补偿比例的乘积；
将所述屏幕背光可降低比例和所述图像光学补偿值应用于图像显示控制。
18.如权利要求17所述的可读存储介质，其特征在于，所述指令使得所述一个或多个处理器通过以下操作执行所述根据所述环境信息、图像信息确定人眼特性信息：调取人眼特性信息表，所述表中包含环境信息、图像信息和人眼特性信息之间的对应关系，根据所述环境信息、所述图像信息以及所述对应关系查找与所述环境信息、所述图像信息对应的人眼特性信息。
19.如权利要求17或18所述的可读存储介质，其特征在于，所述人眼特性信息用于使得所述屏幕亮度经过背光可降低比例和所述图像光学补偿值调整后，所述屏幕的实际亮度变化幅度应小于人眼可感知的亮度降低最小变化幅度。
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