CN110534067B - 区域调光的影像处理方法与显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种区域调光的影像处理方法与显示装置。该区域调光的影像处理方法适用于一显示装置，且包括：取得原始影像，从原始影像中取得多个列与多个行，并对原始影像执行区域调光补偿程序以取得补偿后影像；对于每一列与每一行上的像素，判断是否符合颜色条件与差异条件；在每一列与每一行中，计算符合颜色条件与差异条件的像素中的最大连续渐变长度，并判断此最大连续渐变长度否大于长度临界值；根据有几个列与行所对应的最大连续渐变长度大于长度临界值来计算出混和权重；以及根据混和权重来混和原始影像与补偿后影像。

Description

区域调光的影像处理方法与显示装置

技术领域

本发明涉及一种影像处理方法，且特别涉及区域调光(Local Dimming)的影像处理方法与显示装置。

背景技术

一般来说，液晶显示装置都包含了背光模块，传统的背光模块多采用固定式背光(Constant backlight)，而为了增加其对比，必须使用区域调光(Local Dimming)技术，其区域性地根据影像亮度的分布情形来调整特定部分的背光亮度。例如，当显示影像中较亮的区域时，背光会输出高亮度；当显示影像中较暗的区域时，则减弱背光的输出亮度。借此，具有区域调光控制的显示器具有较高的动态对比与较低的消耗功率。然而，当采用区域调光时，一些具有特殊图案(pattern)的影像会有不预期的效果，因此需要检测这些图案并作对应的处理。

发明内容

本发明的实施例提出一种区域调光的影像处理方法，其适用于显示装置。影像处理方法包括：取得原始影像，并从原始影像中取得多个列与多个行，其中每一列与每一行都包括多个像素；对原始影像执行区域调光补偿程序以取得补偿后影像；对于每一列与每一行上的像素，判断是否符合颜色条件与差异条件；在每一列与每一行中，计算符合颜色条件与差异条件的像素中的最大连续渐变长度，并判断最大连续渐变长度是否大于长度临界值；根据有几个列与行所对应的最大连续渐变长度大于长度临界值来计算出混和权重；以及根据混和权重来混和原始影像与补偿后影像。

在一些实施例中，每一个像素包括多个灰度值。影像处理方法还包括：对于每一个像素，判断任意两个灰度值之间的差异是否小于一个颜色临界值，若是则判断像素符合颜色条件。

在一些实施例中，影像处理方法还包括：对于每一个像素，判断像素的亮度值与相邻像素的亮度值之间的差异是否小于一个差异临界值，若是则判断像素符合差异条件。

在一些实施例中，其中计算符合颜色条件与差异条件的像素中的最大连续渐变长度的步骤包括：对于每一个像素，根据对应的灰度值计算出亮度值；以及计算符合颜色条件与差异条件的像素的亮度值中在对应的列或行中严格递增或严格递减的一最大长度以作为最大连续渐变长度。

在一些实施例中，计算混和权重的步骤包括：计算有几个列所对应的最大连续渐变长度大于长度临界值以取得列数目；计算有几个行所对应的最大连续渐变长度大于长度临界值以取得行数目；以及取得列数目与行数目之间的最大值，并取得此最大值相对于上述行或列的数目的比值以作为混和权重。

在一些实施例中，根据混和权重来混和原始影像与补偿后影像的步骤包括：将一预设值减去混和权重以取得补偿权重；以及将原始影像与混和权重相乘的结果加上补偿后影像与补偿权重相乘的结果。

以另外一个角度来说，本发明的实施例提出一种显示装置，包括显示面板、背光模块与逻辑电路。背光模块包括多个发光单元。逻辑电路用以取得原始影像，从原始影像中取得多个列与多个行，并对原始影像执行区域调光补偿程序以取得补偿后影像。逻辑电路用以对于每一列与每一行上的像素，判断是否符合颜色条件与差异条件。在每一列与每一行中，逻辑电路用以计算符合颜色条件与差异条件的像素中的最大连续渐变长度，并判断最大连续渐变长度否大于一个长度临界值。逻辑电路用以根据有几个列与行所对应的最大连续渐变长度大于长度临界值来计算出一个混和权重。逻辑电路用以根据混和权重来混和原始影像与补偿后影像。

在一些实施例中，对于每一个像素，逻辑电路用以判断像素中任意两个灰度值之间的差异是否小于一颜色临界值，若是则判断此像素符合颜色条件。

在一些实施例中，对于每一个像素，逻辑电路用以根据对应的灰度值计算出亮度值。对于每一个像素，逻辑电路用以判断像素的亮度值与相邻像素的亮度值之间的差异是否小于一差异临界值，若是则判断像素符合差异条件。

在一些实施例中，对于每一个像素，逻辑电路用以根据对应的灰度值计算出亮度值。逻辑电路用以计算符合颜色条件与差异条件的像素的亮度值中在对应的列或行中严格递增或严格递减的最大长度以作为最大连续渐变长度。

在一些实施例中，逻辑电路用以计算有几个列所对应的最大连续渐变长度大于长度临界值以取得列数目。逻辑电路用以计算有几个行所对应的最大连续渐变长度大于长度临界值以取得行数目。逻辑电路用以取得列数目与行数目之间的最大值，并取得此最大值相对于上述行或列的数目的比值以作为混和权重。

在一些实施例中，逻辑电路用以将预设值减去混和权重以取得补偿权重，并将原始影像与混和权重相乘的结果加上补偿后影像与补偿权重相乘的结果。

在本发明实施例提出的影像处理方法中，可以检测出特殊图案并作相对应的处理，借此提升显示品质。

附图说明

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

图1是根据一实施例示出显示装置的示意图。

图2是根据一些实施例示出具有特殊图案的影像示意图。

图3是根据一实施例示出条纹与发光单元之间的关系示意图。

图4是根据一实施例示出区域调光的显示方法的流程示意图。

图5是根据一实施例示出影像中多个列与多个行的示意图。

图6是根据一实施例示出判断条纹的示意图。

图7是根据一实施例示出区域调光的影像处理方法。

附图标记说明：

100：显示装置

110：显示面板

120：背光模块

130：逻辑电路

201～206：影像

301、302、310：区域

401：原始影像

410、420、430：程序

411：权重

421：补偿后影像

431：输出影像

610：行

p₁～p_N：像素

620：曲线

701～706：步骤

具体实施方式

图1是根据一实施例示出显示装置的示意图。请参照图1，显示装置100可为屏幕或包含屏幕的任意电子装置，例如为智能手机、平板电脑、笔记型电脑等等。显示装置100包括了显示面板110、背光模块120与逻辑电路130。

显示面板110可为任意适合的液晶显示面板，例如为边缘场切换(fringe fieldswitching，FFS)、共面切换(in-plane switching，IPS)模式、扭转向列型(twistednematic，TN)、垂直配向(vertical alignment，VA)等显示面板。

背光模块120包括有多个发光单元121～128，这些发光单元例如为发光二极管(light emitting diode，LED)，透过控制这些发光二极管的亮度，可以实施区域调光(local dimming)的机制。然而，图1中发光单元121～128的数目与设置位置仅为范例，在其他实施例中背光模块120可以有更多或更少个发光单元，并且这些发光单元可以有其他的设置位置。在图1中发光模块120为直下式(Direct-lit)发光模块，但在其他实施例中也可以为侧光式(edge-lit)发光模块，只要具有多个发光单元以在不同区域提供不同强度的光源，均在本说明书的范围内。

逻辑电路130用以取得一个原始影像，并对原始影像执行一些影像处理程序以后将影像提供给显示面板110来显示。在一些实施例中，逻辑电路130也可以控制各个发光单元121～128的发光强度。逻辑电路130例如为时间控制器(timing controller)，但在其他实施例中也可以为显示装置100中任意的芯片或电路。

图2是根据一些实施例示出具有特殊图案的影像示意图。图2中示出了6张影像201～206，这些影像都具有灰度逐渐改变(可沿着X方向或Y方向)的条纹，当使用区域调光方法时，这些影像可能会有不预期的效果。举例来说，请参照图3，其中示出了一个条纹上像素的灰度值，横轴表示位置(可为X轴或Y轴)，纵轴表示灰度值的大小。从图3可以看出，区域301内所有像素的灰度值都类似，且低于区域302内所有像素的灰度值。如果没有区域调光，则区域301与区域302之间可以看出一条明显的边缘。然而，当采用区域调光机制时，发光单元并不一定对齐这两个区域301、302，因此会改变边缘附近的显示效果。举例来说，发光单元121位于区域301内，而发光单元122则同时在区域301、302内。如果发光单元122的发光强度大于发光单元121的发光强度，则区域310内的灰度值会被增强而大于区域301内其他的灰度值；或者，如果发光单元122的发光强度小于发光单元121的发光强度，则区域310内的灰度值会被减弱而小于区域301内其他的灰度值。以下将提出一个影像处理方法，来检测并处理这样的特殊图案。

值得一提的是，图3中发光单元121、122具有明显的范围，但此仅为示意。在一些实施例中，发光单元121、122发出的光线还会经过光导(light guide)等元件，因此发光单元121、122发出的光线会扩散至周围的区域，并不如图3所示的每个发光单元有明显的范围。然而，这并不影响上述在边缘附近产生不良效果的描述。

图4是根据一实施例示出区域调光的影像处理方法的流程示意图。请参照图4，首先取得原始影像401，此原始影像401为彩色影像，例如包括红、绿、蓝等三个通道。换言之，每个像素都包括对应至红色、绿色、蓝色的三个灰度值。

此原始影像401会输入至区域调光补偿程序420，此程序420会根据区域调光的结果来调整原始影像401中一些像素的灰度值。举例来说，请参照图1，原始影像401可根据发光单元121～128的位置被分为多个区块，每个区块内会计算灰度值的平均，并计算这些灰度值的直方图，根据这些资讯可以决定出对应的发光单元的强度，例如灰度值较低时发光单元的发光强度可以较弱。接下来，根据这些发光单元的发光强度来调整原始影像401中对应像素的灰度值，举例来说，如果某像素对应的发光单元被调弱，则此像素的灰度值会增加，借此让所显示的效果和原始影像401一致，在经过区域调光补偿程序420以后可以得到补偿后影像421。然而，上述的补偿方式仅为了说明，本发明并不限制区域调光补偿程序420的内容。

另一方面，原始影像401会输入至程序410，用以检测特殊图案并计算出一个混和权重411。具体来说，请参照图5，图5是根据一实施例示出影像中多个列与多个行的示意图。在图5的实施例中，从原始影像中取得M行与N列，其中M、N为正整数。在一些实施例中，M可以小于原始影像401的高度，并且N可以小于原始影像401的宽度。例如，原始影像401的大小为720×480，而M等于60，N等于90，也就是说上述的M行与N列是通过从原始影像401中降取样8倍而取得的。然而，上述降取样的倍率仅为范例，在其他实施例中也可以降取样更多倍或不降取样，本发明并不限于此。在一些实施例中，正整数M与正整数N相同。

对于所取得的每一列与每一行，都会判断是否存在渐变条纹(如图2所示)。首先，对于所取得的每一列与每一行上的像素，判断这些像素是否符合一个颜色条件与一个差异条件。请参照图6，在此以行610为例来说明，对于列的处理可以类推，因此并不赘述。行610具有像素p₁～p_N(共有N个像素，但在一些实施例中也可以降取样K倍，即仅处理行610上的N/K个像素)。颜色条件是判断像素是否接近灰色，在一些实施例中，是判断一个像素的三个灰度值中任意两个灰度值之间的差异是否小于一个颜色临界值，若是则判断此像素符合此颜色条件。换个角度来说，若用R、G、B来分别代表红色、绿色、蓝色三个灰度值，并且ABS()代表两个灰度值之间的绝对差(absolute difference)，则必须符合以下的方程式(1)～(3)才可判断符合颜色条件。

ABS(R,G)＜T_color…(1)

ABS(G,B)＜T_color…(2)

ABS(B,R)＜T_color…(3)

其中T_color为颜色临界值。然而，在一些实施例中也可以将红色、绿色、蓝色三个灰度值转换至另一个色彩空间，例如HSI色彩空间，并判断在此色彩空间的色度(hue)是否在一个预设范围内，若是则判断符合颜色条件。或者，在一些实施例中，也可以判断红色、绿色、蓝色三个灰度值是否分别在三个预设范围内，若是则符合颜色条件。

此外，差异条件是判断相邻两个像素的亮度是否差异不大。举例来说，对于每一个像素，可以根据三个灰度值计算出一个亮度值，在此实施例中可取红色、绿色、蓝色三个灰度值的最大值作为亮度值(luminance)，然而在其他实施例中也可以将这三个灰度值转换至另一个色彩空间，并取得其中的亮度值，例如HSI色彩空间中的强度(intensity)。然而，本领域普通技术人员应当可采用其他色彩空间中的亮度值，例如YCbCr色彩空间中的亮度值Y，本发明并不限于此。接下来，对于每一个像素，判断此像素的亮度值与相邻像素的亮度值之间的差异是否小于一差异临界值，若是则判断此像素符合差异条件。举例来说，若以L_i表示像素p_i的亮度值，其中i为正整数，则对于像素p_i，若符合以下方程式(4)则表示符合差异条件。

ABS(L_i,L_i-1)＜T_diff…(4)

其中T_diff为差异临界值。然而，在其他实施例中也可以套用一个高通滤波器在像素p_i上，当此高通滤波器的结果小于一个预设值时，则判断像素p_i符合差异条件，本发明并不限制此高通滤波器的大小与系数。

请参照图6，符合颜色条件与差异条件的像素才会进行下一个步骤，在此将不符合条件的像素p₁、p₈、p₉标记起来，也就是说像素p₂～p₇会进行下一个步骤。接下来，计算符合颜色条件与差异条件的像素中的一个最大连续渐变长度，此最大连续渐变长度表示在对应的列或行中亮度值严格递增或严格递减的最大长度。举例来说，可先将像素p₃的亮度值减去像素p₂的亮度值，根据此差值的正负号判断是递增或递减。接下来将像素p₄的亮度值减去像素p₃的亮度值，判断是否持续递增或递减。如果像素p₂与像素p₃之间递增(差值为正)，且像素p₃与像素p₄之间也递增(差值也为正)，则最大连续渐变长度至少为2，以此类推，直到变为递减(差值为负)为止。同样地，如果像素p₂与像素p₃之间递减，且像素p₃与像素p₄也递减，则最大连续渐变长度也至少为2，以此类推，直到变为递增为止。在此实施例中，从像素p₂至像素p₇为一个片段，此片段的灰度值如曲线620所示严格递增，因此这个片段的长度为6。在行610中可能有多个连续递增或递减的片段，其中最大的长度便是上述的最大连续渐变长度。接下来，判断此最大连续渐变长度是否大于一个长度临界值，若大于长度临界值则表示此行或列中有渐变的条纹。在一些实施例中，此长度临界值为8，但本发明并不限于此。

接下来，根据上述N列与M行中有几个列与行所对应的最大连续渐变长度大于长度临界值可计算出一混和权重。在一些实施例中，计算有几个列所对应的最大连续渐变长度大于长度临界值以取得列数目，假设此列数目为n，n为正整数。此外，再计算有几个行所对应的最大连续渐变长度大于长度临界值以取得行数目，假设此行数目是m，m为正整数。接下来，取得列数目n与行数目m之间的一最大值max(m,n)，并取得此最大值相对于列数目N或行数目M的比值以作为混和权重。在一些实施例中，列数目N与行数目M相等，上述的混和权重可表示为max(m,n)/M。请参照图4，在程序410之后便可输出混和权重411。

在上述实施例中，根据列数目n与行数目m的最大值来计算混和权重，但在其他实施例中也可以根据列数目n与行数目m的总和来计算混和权重，例如(n+m)/2M，本发明并不限于此。在一些实施例中，当总列数目N与总行数目M不相等时，根据列数目n与行数目m的最大值与对应的总列数目N或总行数目M之间的比值来计算混和权重。例如，如果n>m，则混和权重为n/N；如果m>n，则混和权重为m/M。

在程序430中，根据此混和权重411来混和原始影像401与补偿后影像421，借此产生输出影像431。具体来说，当混和权重411越大时，表示原始影像401中有特殊图案的机率越大，因此程度上应采用较多的原始影像401来产生输出影像431；相反地，当混和权重411越小时，表示原始影像401中有特殊图案的机率越小，因此程度上应采用较多的补偿后影像421。举例来说，在一些实施例中可以用权重总和(weighting sum)来混和原始影像401与补偿后影像421，亦即将一预设值(例如为1)减去混和权重(表示为P)以取得补偿权重(1-P)，将混和权重P与原始影像401的每个像素相乘，并将相乘的结果加上补偿后影像421与补偿权重(1-P)相乘的结果，最后得到输出影像431。以另一个角度来说，若将原始影像401以O来表示，将补偿后影像421以B来表示，则程序430可以表示为以下方程式(5)。

P×O+(1-P)×B…(5)

在一些实施例中，区域调光的机制还可包括其他程序，例如对输出影像431执行空间上的滤波器，或者在产生多张输出影像以后对这些输出影像执行时间上的滤波器等等。本发明并不限制上述的影像处理方法如何与其他演算法结合。

图7是根据一实施例示出区域调光的影像处理方法。请参照图7，在步骤701中，取得原始影像，并从原始影像中取得多个列与多个行。在步骤702中，对原始影像执行区域调光补偿程序以取得补偿后影像。在步骤703中，对于每一列与每一行上的像素，判断是否符合颜色条件与差异条件。在步骤704中，在每一列与每一行中，计算符合颜色条件与差异条件的像素中的最大连续渐变长度，并判断最大连续渐变长度是否大于长度临界值。在步骤705中，根据有几个列与行所对应的最大连续渐变长度大于长度临界值来计算出混和权重。在步骤706中，根据混和权重来混和原始影像与补偿后影像。然而，鉴于图7中各步骤已详细说明如上，在此便不再赘述。值得注意的是，图7中各步骤可以实作为多个程序代码或电路，本发明并不限于此。此外，图7的方法可以搭配以上实施例使用，也可以单独使用。换言之，图7的各步骤之间也可以加入其他的步骤。

在本发明实施例提出的影像处理方法与显示装置中，透过三个条件的判断(颜色条件、差异条件、最大连续渐变长度是否大于长度临界值)可判断出条纹的图案，再根据权重来混和原始影像与补偿后影像，借此可以有较好的显示效果。

虽然本发明已以实施例公开如上，然而实施例并非用以限定本发明，任何所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应当可作些许的更动与修改，故本发明的保护范围应当以随附的权利要求书范围所界定者为准。

Claims (6)

1.一种区域调光的影像处理方法，其适用于一显示装置，该影像处理方法包括：

取得一原始影像，从该原始影像中取得多个列与多个行，其中该多个列中的每一列与该多个行中的每一行包括多个像素；

对该原始影像执行一区域调光补偿程序以取得一补偿后影像；

对于该多个列中每一列的与该多个行中的每一行上的该多个像素，判断是否符合一颜色条件与一差异条件；

在该多个列中的每一列与该多个行中的每一行中，计算符合该颜色条件与该差异条件的该多个像素中的一最大连续渐变长度，并判断该最大连续渐变长度是否大于一长度临界值；

根据该多个列与该多个行中有几个列与行所对应的该最大连续渐变长度大于该长度临界值来计算出一混和权重；以及

根据该混和权重来混和该原始影像与该补偿后影像；

其中该多个像素中的每一个包括多个灰度值，该影像处理方法还包括：

对于该多个像素中的每一个，判断该多个灰度值中任意两个灰度值之间的差异是否小于一颜色临界值，若是则判断该像素符合该颜色条件；

对于该多个像素中的每一个，根据对应的该多个灰度值计算出一亮度值，并且计算符合该颜色条件与该差异条件的该多个像素中的该最大连续渐变长度的步骤包括：计算符合该颜色条件与该差异条件的该多个像素的该多个亮度值中在对应的列或行中严格递增或严格递减的一最大长度以作为该最大连续渐变长度；以及

对于该多个像素中的每一个，判断该像素的该亮度值与该多个像素中一相邻像素的该亮度值之间的差异是否小于一差异临界值，若是则判断该像素符合该差异条件。

2.如权利要求1所述的影像处理方法，其中计算该混和权重的步骤包括：

计算该多个列中有几个列所对应的该最大连续渐变长度大于该长度临界值以取得一列数目；

计算该多个行中有几个行所对应的该最大连续渐变长度大于该长度临界值以取得一行数目；以及

取得该列数目与该行数目之间的一最大值，并取得该最大值相对于该多个列或该多个行的数目的比值以作为该混和权重。

3.如权利要求2所述的影像处理方法，其中根据该混和权重来混和该原始影像与该补偿后影像的步骤包括：

将一预设值减去该混和权重以取得一补偿权重；以及

将该原始影像与该混和权重相乘的结果加上该补偿后影像与该补偿权重相乘的结果。

4.一种显示装置，包括：

一显示面板；

一背光模块，其中该背光模块包括多个发光单元；以及

一逻辑电路，用以取得一原始影像，从该原始影像中取得多个列与多个行，并对该原始影像执行一区域调光补偿程序以取得一补偿后影像，其中该多个列中的每一列与该多个行中的每一行包括多个像素，

其中该逻辑电路用以对于该多个列中的每一列与该多个行中的每一行上的该多个像素，判断是否符合一颜色条件与一差异条件，

在该多个列中的每一列与该多个行中的每一行中，该逻辑电路用以计算符合该颜色条件与该差异条件的该多个像素中的一最大连续渐变长度，并判断该最大连续渐变长度是否大于一长度临界值，

该逻辑电路用以根据该多个列与该多个行中有几个列与行所对应的该最大连续渐变长度大于该长度临界值来计算出一混和权重，

该逻辑电路用以根据该混和权重来混和该原始影像与该补偿后影像；

其中该多个像素中的每一个包括多个灰度值，

对于该多个像素中的每一个，该逻辑电路用以判断该多个灰度值中任意两个灰度值之间的差异是否小于一颜色临界值，若是则判断该像素符合该颜色条件，

对于该多个像素中的每一个，该逻辑电路用以根据对应的该多个灰度值计算出一亮度值，

对于该多个像素中的每一个，该逻辑电路用以判断该像素的该亮度值与该多个像素中一相邻像素的该亮度值之间的差异是否小于一差异临界值，若是则判断该像素符合该差异条件，以及

该逻辑电路用以计算符合该颜色条件与该差异条件的该多个像素的该多个亮度值中在对应的列或行中严格递增或严格递减的一最大长度以作为该最大连续渐变长度。

5.如权利要求4所述的显示装置，其中该逻辑电路用以计算该多个列中有几个列所对应的该最大连续渐变长度大于该长度临界值以取得一列数目，

该逻辑电路用以计算该多个行中有几个行所对应的该最大连续渐变长度大于该长度临界值以取得一行数目，

该逻辑电路用以取得该列数目与该行数目之间的一最大值，并取得该最大值相对于该多个列或该多个行的数目的比值以作为该混和权重。

6.如权利要求5所述的显示装置，其中该逻辑电路用以将一预设值减去该混和权重以取得一补偿权重，并将该原始影像与该混和权重相乘的结果加上该补偿后影像与该补偿权重相乘的结果。

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