CN1655015A - 液晶显示器亮度补偿方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种液晶显示器亮度补偿方法及其装置，其方法包含：测量面板的原始伽玛曲线，设定一目标伽玛曲线，输入一初始灰阶值得到对应于目标伽玛曲线的亮度，于原始伽玛曲线上找出表现该亮度的调整灰阶值，重复上述步骤产生包含数组比例阵列的对照表，接着计算影像的输入灰阶值的数量分布，依据暗阶和亮阶比例的大小从对照表中选择一对应的比例阵列，以该比例阵列内的调整灰阶值取代输入灰阶值，将调整后的灰阶值输出以调整讯号强度改善影像品质，藉以调整输入讯号源的强度，以获得较佳的影像品质。本发明适用于各式液晶显示器或类似显示器的影像调整。
Description
技术领域
本发明涉及一种液晶显示器亮度补偿的方法及装置，特别是一种调整输入讯号强度，以获致较佳影像品质的亮度补偿方法及装置，适用于各种液晶显示器或类似显示器的影像调整。
背景技术
液晶显示器的流行，主要是其具有低耗电、重量轻薄及高影像品质等优点，可应用于数字电视、笔记型计算机或计算机屏幕，因而渐渐取代传统阴极射线管(CRT)成为显示器产业的主流，然受限于液晶分子的特性，诸如黏滞是数、介电常数以及弹性是数等，液晶显示器会有响应时间过久与残影现象的问题，尤其相对于CRT，液晶显示器的影像画面有亮度不足的问题，若输入画面属于较灰暗的影像如夜景，则显示器产生的亮度或对比显得不足，使观赏者无法看到影像的细节，若输入画面属于反差过大的影像，如背光情况下所拍摄的画面，则较亮及较暗的影像灰阶值较多，使得画面中较暗的区域偏暗、较亮的区域偏亮，两区域的画面皆无法显示细腻的层次感，通常显示器上会设有亮度对比调整钮，观赏者可手动调整影像的亮度和对比，使影像较清晰及色彩丰富，然而这种手动调整对于动态影像观赏来说非常麻烦，因为动态影像的画面切换快速多样，单一亮度和对比比例难以适应各种场面影像，因此须藉由显示器内部单元调整，加强影像对比程度，使画面的层次更明显。
请参阅图1，习知技术为了加强影像，透过一伽玛调整方法，将灰阶亮度控制装置设置于液晶显示器的电压驱动器上，当系统判断出影像的亮度不足或对比不够时，将原始伽玛曲线调升为调整伽玛曲线，亦即将伽玛电压值提升，相对地显示器亮度亦提高，使影像对比和亮度获得改善，然而此种技术有以下缺点：
1、于显示器内部需另设一控制装置以控制电压变化，使显示器内部耗电量增加及资源消耗。
2、每一显示器面特性皆不同，而控制装置的单一特性无法针对不同面板特性作调整，对影像的控制能力显得不够弹性。
发明内容
本发明的目的是提供一种新颖的亮度补偿方法，考虑液晶显示器面板特性，以处理影像讯号的方法改善显示器的影像品质。
本发明的另一目的是提供一种亮度补偿方法，利用对照表的简单对应，快速获得适当亮度表现的调整灰阶值。
本发明的又一目的是提供一种新颖的亮度补偿装置，用以执行上述的亮度补偿方法，迅速输出调整灰阶值改善显示器画面品质的效果良好，可供各式液晶显示器面板的应用。
本发明的方法包括：
(1)测量面板的原始伽玛曲线；
(2)设定一目标伽玛曲线；
(3)输入一初始灰阶值得到对应于目标伽玛曲线的亮度，于原始伽玛曲线上找出表现该亮度的调整灰阶值；
(4)重复上述(2)至(3)步骤产生数组初始灰阶值与数组调整灰阶值，将该数组调整灰阶值归纳为一比例阵列；
(5)重复上述(2)至(4)步骤于不同目标曲线下产生数组比例阵列以制成一对照表；
(6)计算影像的输入灰阶值的数量分布；
(7)分别计算暗阶比例和亮阶比例；
(8)依据暗阶比例的大小从暗阶对照表中选择一对应的比例阵列，以该比例阵列内的调整灰阶值取代输入灰阶值；
(9)依据亮阶比例的大小从亮阶对照表中选择一对应的比例阵列，以该比例阵列内的调整灰阶值取代输入灰阶值；以及
(10)将调整后的灰阶值输出以调整讯号强度改善影像品质。
本发明中，用以执行上述方法的装置包含：
一色阶分布分析单元，用以接收影像讯号，并对每一输入灰阶值的分布数计数以获得色阶分布状态；
一对照表储存单元，用以储存对照表；以及一色阶运算单元，用以计算色阶比例，并代入转换函数转换成LUT强度以对应至对照表内的比例阵列，以此比例阵列内的调整灰阶值取代输入灰阶值并输出之；
藉以调整输入讯号源的强度，以获得较佳的影像品质。
下面结合附图以具体实例对本发明进行详细说明。
附图说明
图1是习知技术的透过伽玛调整方法，将伽玛电压值提升以加强影像的示意图；
图2是影像的色阶分布图的示意图；
图3是本发明实施例的液晶显示器亮度补偿方法及其装置的原始伽玛曲线与目标伽玛曲线的示意图；
图4是本发明实施例的液晶显示器亮度补偿方法及其装置的对照表的示意图；
图5是本发明实施例的液晶显示器亮度补偿方法及其装置的灰阶值的输入与输出示意图；
图6是本发明实施例的液晶显示器亮度补偿方法及其装置的影像处理流程图。
附图标记说明：21-暗阶区；22-亮阶区；23-暗阶区内灰阶数量；24-亮阶区内灰阶数量；10-原始伽玛曲线；11-目标伽玛曲线；12-初始灰阶值X1；13-亮度Y1；14-调整灰阶值X2；41-暗阶对照表；42-亮阶对照表；43、43’-初始灰阶值；44、44’-比例阵列组；45、45’-比例阵列的强弱方向；46、46’-调整灰阶值；47-暗阶对照表内的比例阵列；47’-亮阶对照表内的比例阵列；51、52-暗阶区及亮阶区输入输出曲线；53-斜率为1的直线(输入灰阶值等于输出灰阶值)；54、55-临界点；56-直线；61-色阶分布分析单元；62-对照表储存单元；63-色阶运算单元。
具体实施方式
请参阅图2，以10bit的液晶显示器而言，每一影像画面具有1024个灰阶值，将存在于影像画面内的各个灰阶值数量作运算统计，得到一色阶分布图，其中将总灰阶范围的一比例以下的范围设定为暗阶区21，将总灰阶范围的一比例以上的范围设定为亮阶区22，在本发明的较佳实施例中设定暗阶区的范围是总灰阶范围的前四分之一灰阶范围，即灰阶值0至256，亮阶区的范围设定为总灰阶范围的后四分之一灰阶范围，即灰阶值768至1024，再定义暗阶比例为暗阶区21内灰阶数量23占总灰阶数量的比例；亮阶比例是指亮阶区22内灰阶数量24占总灰阶数量的比例。
请参阅图3，以一较佳实施例来说明如何建立提升液晶显示器面板的亮度所依据的对照表，其方法如下：
(1)首先测量液晶显示器的面板得到一原始伽玛曲线10；
(2)设定一目标伽玛曲线11；
(3)输入一初始灰阶值X1(标号12)得到对应于目标伽玛曲线11的亮度Y1(标号13)，于原始伽玛曲线10上找出表现该亮度的调整灰阶值X2(标号14)；
(4)重复上述(2)至(3)步骤产生数组初始灰阶值X1与数组调整灰阶值X2，将该数组调整灰阶值归纳为一比例阵列；以及
(5)重复上述(2)至(4)步骤于不同目标曲线下产生数组比例阵列以制成一对照表。
如图4所示，以10bit的显示分辨率而言，分别依暗阶区及亮阶区设计暗阶对照表41及亮阶对照表42，其中对于暗阶对照表41选择8组初始灰阶值43以及包含6组比例阵列的比例阵列组44，对于亮阶对照表42选择8组初始灰阶值43’及包含7组比例阵列的比例阵列组44’，各比例阵列组44、44’包含与初始灰阶值43、43’对应的调整灰阶值46、46’。
当影像资料输入后，计算影像的输入灰阶值的数量分布，得到如图2的色阶分布图，分别计算暗阶比例和亮阶比例，依据暗阶比例的大小从暗阶对照表41的比例阵列组44中选择一对应的比例阵列，若暗阶比例越高，则于暗阶对照表41的比例阵列组44中选择越强的比例阵列，如标号45所示，暗阶比例与暗阶对照表41的比例阵列的对应方法是将暗阶比例代入一暗阶转换函数得到一暗阶LUT强度，即暗阶LUT强度＝F1(暗阶比例)，其中暗阶转换函数是一递增函数，即暗阶比例越高，暗阶LUT强度越大，将此暗阶LUT强度对应至比例阵列组44内较强的比例阵列，并以该比例阵列的调整灰阶值46取代输入灰阶值；同理，依据亮阶比例的大小从亮阶对照表42的比例阵列组44’中选择一对应的比例阵列，若亮阶比例越高，于亮阶对照表42的比例阵列组44’中选择越强的比例阵列，如标号45’所示，亮阶比例与亮阶对照表42的比例阵列的对应方法是将亮阶比例代入一亮阶转换函数得到一亮阶LUT强度，即亮阶LUT强度＝F2(亮阶比例)，其中亮阶转换函数是一递增函数，即亮阶比例越高，亮阶LUT强度越大，将此亮阶LUT强度对应至比例阵列组44’内较强的比例阵列，并以该比例阵列的调整灰阶值46’取代输入灰阶值，最后，将调整后的灰阶值输出以调整讯号强度改善影像品质。
若有一影像画面的暗阶比例对应到暗阶对照表41的比例阵列47及亮阶对照表42的比例阵列47’，各调整灰阶值间的灰阶值可由内插运算求得，则灰阶值的输入与输出示意图为图5所示，其中调整后的暗阶区及亮阶区输入输出曲线分别如标号51、52，暗阶区的输入输出曲线51将会高于斜率1的直线53，该直线53表示输入灰阶值等于输出灰阶值，亮阶区的输入输出曲线52将会低于斜率1的直线53，而曲线51、52的临界点54、55将以直线56相连接，曲线51、52及直线56构成新的影像讯号调整的输入与输出关系，由此可知，若暗阶对照表设有P组暗阶比例阵列，亮阶对照表设有Q组亮阶比例阵列，经排列组合后可得到PxQ组比例阵列的组合方式，即会有PxQ条调整用的输入输出曲线，因此选择众多且应用弹性。另外，对照表的阶数可依显示器分辨率的要求而设定，若输入灰阶值为10bit，比例阵列中设定为12bit显示值，则输出灰阶值即为12bit，因此仅需改变对照表的阶数即可应用于不同显示器，极具产业利用性。
请参阅图6，本发明中用以执行上述方法的装置包含：
一色阶分布分析单元61，用以接收影像讯号，并对每一输入灰阶值的分布数计数以获得色阶分布状态；
一对照表储存单元62，用以储存对照表；以及一色阶运算单元63，用以计算色阶比例，并代入转换函数转换成LUT强度以对应至对照表内的比例阵列，以此比例阵列内的调整灰阶值取代输入灰阶值并输出之；藉以调整输入讯号源的强度，以获得较佳的影像品质。
因此，本发明具有以下的优点：
1、改善传统液晶显示器亮度及对比不足的缺点，影像加强后更显得对比分明及色彩丰富。
2、本发明的方法应用不受限于单一面板特性，不同面板经测量得到的伽玛曲线特性即可制成特制的对照表，根据此对照表调整的影像更能表现色彩的层次。
3、利用对照表的特性，无论对应或内插灰阶值，运算简单快速，修正影像讯号的时间大为缩短，使得影像呈现更迅速修正到目标亮度。
4、对照表内的比例阵列数可依需求设定数量，若组数越多，可选择调整的调整灰阶值即越多，因此选择多样且应用弹性。
5、对照表的阶数可依显示器分辨率的要求而设定，可适用各种不同灰阶值阶数的显示器，应用广泛。
代表图为第6图
1.一种液晶显示器亮度补偿方法，包含：
(1)测量面板的原始伽玛曲线；
(2)设定一目标伽玛曲线；
(3)输入一初始灰阶值得到对应于目标伽玛曲线的亮度，于原始伽玛曲线上找出表现该亮度的调整灰阶值；
(4)重复上述(2)至(3)步骤产生数组初始灰阶值与数组调整灰阶值，将该数组调整灰阶值归纳为一比例阵列；
(5)重复上述(2)至(4)步骤于不同目标曲线下产生数组比例阵列以制成一对照表；
(6)计算影像的输入灰阶值的数量分布；
(7)分别计算暗阶比例和亮阶比例；
(8)依据暗阶比例的大小从暗阶对照表中选择一对应的比例阵列，以该比例阵列内的调整灰阶值取代输入灰阶值；
(9)依据亮阶比例的大小从亮阶对照表中选择一对应的比例阵列，以该比例阵列内的调整灰阶值取代输入灰阶值；以及
(10)将调整后的灰阶值输出以调整讯号强度改善影像品质；
藉以调整输入讯号源的强度，以获得较佳的影像品质。
Claims (17)
1、如权利要求1所述的液晶显示器亮度补偿方法，其中暗阶比例是暗阶区内灰阶数量占总灰阶数量的比例，暗阶区的范围是总灰阶范围的一比例以下的范围；亮阶比例是亮阶区内灰阶数量占总灰阶数量的比例，而亮阶区的范围是总灰阶范围的一比例以上的范围。
2、如权利要求2所述的液晶显示器亮度补偿方法，其中暗阶区的范围是总灰阶范围的前四分之一灰阶范围；亮阶区的范围是总灰阶范围的后四分之一灰阶范围。
3、如权利要求1所述的液晶显示器亮度补偿方法，其中暗阶对照表由数个输入灰阶值与数组比例阵列所组成的阵列，每一输入灰阶值可于比例阵列中对应到一调整灰阶值；亮阶对照表是由数个输入灰阶值与数组比例阵列所组成的阵列，每一输入灰阶值可于比例阵列中对应到一调整灰阶值。
4、如权利要求1所述的液晶显示器亮度补偿方法，其中暗阶比例与比例阵列的对应方法是将暗阶比例代入一暗阶转换函数得到一暗阶LUT强度，即暗阶LUT强度＝F1(暗阶比例)，将此暗阶LUT强度对应至暗阶对照表内的比例阵列，以此比例阵列内的调整灰阶值取代输入灰阶值；亮阶比例与比例阵列的对应方法是将亮阶比例代入一亮阶转换函数得到一亮阶LUT强度，即亮阶LUT强度＝F2(亮阶比例)，将此亮阶LUT强度对应至亮阶对照表内的比例阵列，以此比例阵列内的调整灰阶值取代输入灰阶值。
5、如权利要求5所述的液晶显示器亮度补偿方法，其中暗阶、亮阶转换函数是一递增函数，即暗阶、亮阶比例越高，暗阶、亮阶LUT强度越大。
6、如权利要求1所述的液晶显示器亮度补偿方法，其中调整灰阶值间的灰阶值通过内插运算求得。
7、一种液晶显示器亮度补偿方法，包含：
(1)计算影像的输入灰阶值的数量分布；
(2)分别计算暗阶比例和亮阶比例；
(3)依据暗阶比例的大小从暗阶对照表中选择一对应的比例阵列，以该比例阵列内的调整灰阶值取代输入灰阶值；
(4)依据亮阶比例的大小从亮阶对照表中选择一对应的比例阵列，以该比例阵列内的调整灰阶值取代输入灰阶值；以及
(5)将调整后的灰阶值输出以调整讯号强度改善影像品质；
藉以调整输入讯号源的强度，以获得较佳的影像品质。
8、如权利要求8所述的液晶显示器亮度补偿方法，其中暗阶比例是暗阶区内灰阶数量占总灰阶数量的比例，暗阶区的范围是总灰阶范围的一比例以下的范围；亮阶比例是亮阶区内灰阶数量占总灰阶数量的比例，而亮阶区的范围是总灰阶范围的一比例以上的范围。
9、如权利要求9所述的液晶显示器亮度补偿方法，其中暗阶区的范围是总灰阶范围的前四分之一灰阶范围；亮阶区的范围是总灰阶范围的后四分之一灰阶范围。
10、如权利要求8所述的液晶显示器亮度补偿方法，其中暗阶对照表由复数个输入灰阶值与数组比例阵列所组成的阵列，每一输入灰阶值可于比例阵列中对应到一调整灰阶值；亮阶对照表由复数个输入灰阶值与数组比例阵列所组成的阵列，每一输入灰阶值可于比例阵列中对应到一调整灰阶值。
11、如权利要求8所述的液晶显示器亮度补偿方法，其中暗阶比例与比例阵列的对应方法是将暗阶比例代入一暗阶转换函数得到一暗阶LUT强度，即暗阶LUT强度＝F1(暗阶比例)，将此暗阶LUT强度对应至暗阶对照表内的比例阵列，以此比例阵列内的调整灰阶值取代输入灰阶值；亮阶比例与比例阵列的对应方法是将亮阶比例代入一亮阶转换函数得到一亮阶LUT强度，即亮阶LUT强度＝F2(亮阶比例)，将此亮阶LUT强度对应至亮阶对照表内的比例阵列，以此比例阵列内的调整灰阶值取代输入灰阶值。
12、如权利要求12所述的液晶显示器亮度补偿方法，其中暗阶、亮阶转换函数是一递增函数，即暗阶、亮阶比例越高，暗阶、亮阶LUT强度越大。
13、如权利要求8所述的液晶显示器亮度补偿方法，其中调整灰阶值间的灰阶值通过内插运算求得。
14、一种液晶显示器亮度补偿方法，包含：
(6)测量面板的原始伽玛曲线；
(7)设定一目标伽玛曲线；
(8)输入一初始灰阶值得到对应于目标伽玛曲线的亮度，于原始伽玛曲线上找出表现该亮度的调整灰阶值；
(9)重复上述(2)至(3)步骤产生数组初始灰阶值与数组调整灰阶值，将该数组调整灰阶值归纳为一比例阵列；以及
(10)重复上述(2)至(4)步骤于不同目标曲线下产生数组比例阵列以制成一对照表；
藉以调整输入讯号源的强度，以获得较佳的影像品质。
15、一种液晶显示器亮度补偿装置，包含：
一色阶分布分析单元，用以接收影像讯号，并对每一输入灰阶值的分布数计数以获得色阶分布状态；
一对照表储存单元，用以储存对照表；以及
一色阶运算单元，用以计算色阶比例，并代入转换函数转换成LUT强度以对应至对照表内的比例阵列，以此比例阵列内的调整灰阶值取代输入灰阶值并输出之；
藉以调整输入讯号源的强度，以获得较佳的影像品质。
16、如权利要求16所述的液晶显示器亮度补偿装置，其中转换函数是一递增函数，即暗阶、亮阶比例越高，LUT强度越大。
17、如权利要求16所述的液晶显示器亮度补偿装置，其中调整灰阶值间的灰阶值通过内插运算求得。
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