TWI419131B - 背光調變系統及方法 - Google Patents

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TWI419131B TW098145713A TW98145713A TWI419131B TW I419131 B TWI419131 B TW I419131B TW 098145713 A TW098145713 A TW 098145713A TW 98145713 A TW98145713 A TW 98145713A TW I419131 B TWI419131 B TW I419131B
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Description

背光調變系統及方法
本發明關於一種用於顯示裝置的背光調變系統及背光調變方法。
為減少一具液晶螢幕之電子裝置的功率消耗，一般會由調整背光模組的發光亮度著手。然而，傳統的手動背光省電設計常會影響畫面品質，且過亮或過暗的背光調整容易造成觀賞時的不適。
圖9為一示意圖，顯示日本專利08-201812號所揭露的一種液晶顯示裝置100，其可動態調整背光以改善傳統的背光省電設計。如圖9所示，液晶顯示裝置100包含一顯示控制單元102、一液晶顯示屏幕104、一背光模組106、一平均亮度偵測單元108及一背光控制單元110。當平均亮度偵測單元108偵測一圖像的平均亮度階數為高準位時，則利用背光控制單元110降低背光模組106的亮度。此一設計可減少液晶顯示屏幕104過亮或過暗的現象，提高黑屏(dark screen)及亮屏(bright screen)個別的對比特性。然而，當平均亮度階數為低準位，在顯示黑色畫面時，液晶顯示屏幕104容易有部分光線由背光模組106部份漏出造成純黑損耗(loss of true black)情形，使顯示效果變差。
圖10顯示可根據畫面信號動態調整背光亮度的改良設計，如圖10所示，於此一背光處理系統200中，畫面信號會輸入至顯示控制單元202、平均亮度偵測單元204與峰值亮度偵測單元206進行處理，其中顯示控制單元202將輸入畫面信號轉換為液晶顯示屏幕208所能顯示的資料模式，平均亮度偵測單元204針對畫面信號進行平均亮度計算，並將所得之平均亮度信號AVE當成背光調整參數傳送至背光控制單元212，峰值亮度偵測單元206對於不同畫面信號之畫素資訊進行峰值的運算以得到峰值信號PEK，並且傳送峰值信號PEK給背光控制單元212。接著，背光控制單元212根據參考平均信號AVE與峰值信號PEK做判斷，以進行背光模組214的亮度調整。此一習知設計雖然可以調整顯示畫面並達到省電功效，但其所顯示的畫面與背光亮度的組合會使眼睛看到的畫面偏暗，且無法維持原始影像的視覺效果。
本發明提供一種可有效提升圖像對比並維持色調原始性的背光調變系統及背光調變方法。
依本發明一實施例之設計，一種背光調變系統包含一光源模組、一圖像轉換單元、一圖像資料分析單元、一背光弱化調整單元、及一圖像重建單元。光源模組提供一顯示面板之背光並對應顯示面板的一顯示區域形成複數照明區域，該些照明區域彼此鄰接且大致涵蓋顯示區域。圖像轉換單元將欲於顯示面板顯示的一圖像由一RGB色彩模型轉換為獨立於圖像處理設備的另一色彩模型，以獲得圖像各個畫素的一原始亮度因子。圖像資料分析單元分別統計各個照明區域內的總畫素量及到達一預設比例的累加畫素量，以獲得針對各個照明區域的一畫素亮度參考值。背光弱化調整單元依據各個照明區域各自的畫素亮度參考值，計算出各個照明區域的一背光調變率及一映射校正曲線，其中第n個照明區域的背光調變率BD(n)滿足如下條件：
BD(n)=Var+[ABL_(n)/(ABLMAX /1-Var)]；
其中Var為大於0且小於1的一變數，ABL(n)為第n個照明區域的畫素亮度參考值，且ABLMAX 為最大畫素亮度參考值。當光源模組具有a個光源而將顯示區域分為(a+1)個照明區域，且每個照明區域分佈有p條掃描線時，則第1個照明區域內所有p條掃描線的映射校正曲線斜率均為第1個光源的背光調變率的倒數，第(a+1)個照明區域內所有p條掃描線的映射校正曲線斜率均為第a個光源的背光調變率的倒數，而第2個至第a個照明區域中的第n個照明區域其對應第m條掃描線的映射校正曲線斜率S(m,n)符合下式：
其中BD(n)代表第n個照明區域的背光調變率，BD(n-1)代表第(n-1)個照明區域的背光調變率，2≦n≦a，1≦m≦p，且m、n為正整數。圖像重建單元依據各個照明區域各自的映射校正曲線，將各個照明區域內的所有畫素的原始亮度因子重置為一輸出亮度因子，並依據輸出亮度因子與一圖像輸入值取得針對該照明區域的一輸出圖像。
依本發明另一實施例之設計，一種背光調變方法包含如下步驟：對應一顯示區域形成複數照明區域；將欲於顯示面板顯示的一圖像由一RGB色彩模型轉換為獨立於圖像處理設備的另一色彩模型，以獲得該圖像各個畫素的一原始亮度因子；分別統計各個照明區域內的總畫素量及到達一預設比例的累加畫素量，以獲得針對各個照明區域的一畫素亮度參考值；依據各個照明區域各自的畫素亮度參考值，計算出各個照明區域的一背光調變率及一亮度因子重置模型；依據各個照明區域各自的亮度重置模型，將各個照明區域內的各個畫素的原始亮度因子重置為一輸出亮度因子；及依據輸出亮度因子與一圖像輸入值取得針對該照明區域的一輸出圖像。
依前述各個實施例之設計，因為顯示區域可對應光源位置分佈分為複數個獨立的照明區域，且各個照明區域可依各自的亮度因子統計結果，求得各自的背光調變率及映射校正曲線，而可獲得精確的區域性背光調整效果，且能避免背光調整後的圖像亮度失真。如此既可達到低功耗顯示器的目的，且能有效提昇圖像對比並維持色調原始性。
本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例並配合所附圖式，作詳細說明如下。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。
圖1為依本發明一實施例之背光調變系統10示意圖，如圖1所示，背光調變系統10包含一光源模組12、一圖像轉換單元14、一圖像資料分析單元16、一背光弱化調整單元18、及一圖像重建單元22。光源模組12提供一顯示面板(圖未示)之背光並對應顯示面板的一顯示區域24形成複數照明區域。於本實施例中，背光調變系統10首先利用圖像轉換單元14進行資訊轉換處理，舉例而言，如圖2所示，可將畫素資料(Ri,Gi,Bi)藉由RGB轉XYZ剌激值之轉換矩陣運算，產生一數值(Xi,Yi,Zi)，接著再將三剌激值(Xi,Yi,Zi)藉由XYZ轉xyY色彩座標之轉換矩陣運算，產生一x1y1Y1之色彩座標(x1,y1)及亮度因子(Y1)，再依此方式儲存整張圖像之色彩座標及亮度因子。於本實施例中，如圖3所示，例如由二極體發光條(light bar)構成的四個線光源A-D平行設置於顯示面板下方，可將顯示區域分隔為五個照明區域a-e，且照明區域a-e彼此鄰接並大致涵蓋顯示區域24。圖像資料分析單元16利用圖像轉換單元14轉換後之Y亮度因子進行圖像資訊分析處理，因此可分別儲存照明區域a-e的畫素亮度因子分佈情況。
圖4顯示依本發明一實施例之照明區域a-e的畫素亮度因子分佈圖，於一實施例中，可由高亮度因子向低亮度因子累加每一亮度因子值的畫素數量，當一個照明區域中的累加畫素量大於總畫素量的一定比例(例如50%)時，此時的亮度值即為該照明區域的畫素亮度參考值ABL_(x)。換言之，該畫素亮度參考值ABL_(x)為當累加畫素量等於總畫素量與預設比例的乘積、或大於總畫素量與預設比例的乘積的最小整數量時所擷取的亮度因子值。舉例而言，如圖4左上方所示，當畫素總數的比例設為50%時，照明區域A的畫素亮度參考值ABL_(x)=54。下表列出照明區域a-e各自的畫素亮度參考值ABL_(x)，該畫素亮度參考值ABL_(x)即作為調整各個照明區域的背光亮度的參考依據。
如下說明如何利用畫素亮度參考值ABL_(x)獲得各個照明區域的背光調變率，及如何藉由背光調變率對映地補償照明區域的畫素亮度。
於本實施例中，當進行背光弱化處理以達到省電效果時，第n個照明區域的背光調變率BD(n)可由下式獲得：
BD(n)=Var+[ABL_(n)/(ABLMAX /1-Var)]；
其中Var為大於0且小於1的一變數，其值例如可由背光模組製造商決定，ABL_(n)為第n個照明區域的畫素亮度參考值，且ABLMAX 為最大畫素亮度參考值。假設Var=0.5且最大畫素亮度參考值ABLMAX =100(因色彩空間轉換後的Y亮度因子值為0-100)，則不同區域的背光調變率BD(n)值如表一所示。
接著，當各個區域的背光亮度依上述之背光調變率調整後，畫素信號必須進行重置對映調整，以補償光源調整後造成的圖像亮度失真。簡言之，當背光調變率例如為BD(n)=80%時，此時背光亮度降低20%，所以輸入圖像信號的Y亮度因子可乘上背光調變率BD(n)的倒數(即1/0.8=1.25)，使最後輸出的圖像亮度與輸入時相同。因此，以圖3為例，當顯示區域被光源A、光源B、光源C、光源D區分為照明區域a-e且不同區域的背光調變率分別為BD_A、BD_B、BD_C、BD_D、BD_E，同時假設每一照明區域佔據64條掃描線的分佈區域，且N代表每一照明區域的64條掃描線中第N條掃描線，則依逐畫素列的重置轉換方式時，照明區域a-e各自的重置比例因子如下表所示：
因此，每一道畫素列的圖像(對應第N條掃描線)會對應一條映射校正曲線，映射校正曲線的斜率即為表二的重置比例因子，例如區域A及區域E中的所有畫素列都會對應固定的校正曲線斜率，而區域B、區域C、區域D的校正曲線斜率會隨列數的不同而變化。當然如上述N=64僅為例示，每一照明區域佔據的掃描線數完全不限定。圖5A-5C顯示藉由表二運算獲得的不同映射校正曲線，原始亮度因子Yin可藉由內插或外插該映射校正曲線獲得輸出亮度因子Yout。因此，當背光弱化調整單元18依據各個照明區域的畫素亮度參考值，計算出各個照明區域各自的背光調變率及亮度因子重置模型後，一方面可依據背光調變率調降光源模組12的背光強度，另一方面圖像重建單元22可依據各個照明區域各自的亮度重置模型(映射校正曲線)，將各個照明區域內的所有畫素的原始亮度因子重置為一輸出亮度因子，再利用輸出亮度因子與一圖像輸入值運算後得到針對該照明區域的一輸出圖像。舉例而言，因為先前已將每一畫素的色彩因子(x,y)及亮度因子(Yin)進行分離，在圖像資訊轉置過程中，僅針對亮度因子進行轉置而其色彩座標(x1,y1)維持不變，接著利用所取得新的輸出亮度因子Yout和原來的圖像輸入值(色彩座標(x1,y1))，透過xyY轉XYZ三剌激值之轉換矩陣，可輸出一XoYoZo三剌激值。最後，再透過XYZ轉RGB之轉換矩陣，將XoYoZo三輸出剌激值轉為RoGoBo三個新的畫素資料。
上述實施例將顯示區域由四個光源(光源A、光源B、光源C、光源D)區分為五個照明區域，並計算每個照明區域的映射校正曲線斜率，且依此可類推當有a個光源將顯示區域分為(a+1)個照明區域，且每個照明區域分佈有p條掃描線時，則第1個照明區域內所有p條掃描線的映射校正曲線斜率均為第1個光源的背光調變率的倒數(=1/BD(1))，第(a+1)個照明區域內所有p條掃描線的映射校正曲線斜率均為第a個光源的背光調變率的倒數(=1/BD(a))，而第2個至第a個照明區域中的第n個照明區域其對應第m條掃描線的映射校正曲線斜率S(m,n)符合下式：
其中BD(n)代表第n個照明區域的背光調變率，BD(n-1)代表第(n-1)個照明區域的背光調變率，2≦n≦a，1≦m≦p，且m、n為正整數。
藉由前述實施例之設計，因為顯示區域可對應光源位置分佈分為複數個獨立的照明區域，且各個照明區域可依各自的亮度因子統計結果，求得各自的背光調變率及映射校正曲線，而可獲得精確的區域性背光調整效果，且能避免背光調整後的圖像亮度失真。如此既可達到低功耗顯示器的目的，且能有效提昇圖像對比並維持色調原始性。當然，本發明並不限定將RGB色彩模型轉換為xyY色彩模型，其他能擷取亮度因子且獨立於圖像處理設備的色彩模型(即無論使用何種圖像處理設備均能顯現相同顏色的色彩模型)，例如Lab色彩模型、Luv色彩模型等皆可運用於本發明。
再者，本實施例並不限定運用於線光源，亦可運用於點光源構成之背光源，例如圖6由多個發光二極體26構成之發光二極體陣列，僅需將發光二極體陣列分為不同區域例如圖6的四個區域，並分別計算各個區域的背光調變率及映射校正曲線，同樣可獲得精確的區域性背光調整效果。另外，對應顯示區域的照明區域分隔方式並不限定，例如亦可如圖7所示區隔為九個照明區域構成一3*3區域陣列，再分別計算各個區域背光調變率及映射校正曲線亦可。
圖8顯示依本發明一實施例的背光調變方法流程圖，如圖8所示，該方法包含如下步驟：
步驟S10：開始。
步驟S20：對應一顯示區域形成複數照明區域，該些照明區域彼此鄰接且大致涵蓋顯示區域。
步驟S30：將欲於顯示面板顯示的一圖像由一RGB色彩模型轉換為獨立於圖像處理設備的另一色彩模型，以獲得該圖像各個畫素的一原始亮度因子；
步驟S40：分別統計各個照明區域內的總畫素量及到達一預設比例的累加畫素量之亮度因子，以獲得針對各個照明區域的一畫素亮度參考值；
步驟S50：依據各個照明區域各自的畫素亮度參考值，計算出各個照明區域的一背光調變率及一亮度因子重置模型；
步驟S60：依據各個照明區域各自的亮度重置模型，將各個照明區域內的各個畫素的原始亮度因子重置為一輸出亮度因子；及
步驟S70：依據該輸出亮度因子與一圖像輸入值取得針對該照明區域的一輸出圖像。
步驟S80：結束。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。
10‧‧‧背光調變系統
12‧‧‧光源模組
14‧‧‧圖像轉換單元
16‧‧‧圖像資料分析單元
18‧‧‧背光弱化調整單元
22‧‧‧圖像重建單元
24‧‧‧顯示區域
26‧‧‧發光二極體
100‧‧‧液晶顯示裝置
102‧‧‧顯示控制單元
104‧‧‧液晶顯示屏幕
106‧‧‧背光模組
108‧‧‧平均亮度偵測單元
110‧‧‧背光控制單元
200‧‧‧背光處理系統
202‧‧‧顯示控制單元
204‧‧‧平均亮度偵測單元
206‧‧‧峰值亮度偵測單元
208‧‧‧液晶顯示屏幕
212‧‧‧背光控制單元
214‧‧‧背光模組
S10-S80‧‧‧方法步驟
圖1為依本發明一實施例之背光調變系統示意圖。
圖2為說明本發明一實施例之圖像轉換方式的示意圖。
圖3為一示意圖，顯示本發明一實施例之照明模組及照明區域。
圖4顯示依本發明一實施例之各個照明區域的亮度因子分佈圖。
圖5A-5C顯示依本發明一實施例之映射校正曲線。
圖6為依本發明另一實施例之光源模組示意圖。
圖7為依本發明另一實施例之光源模組示意圖。
圖8顯示依本發明一實施例的背光調變方法流程圖。
圖9為一習知背光調變顯示裝置示意圖。
圖10為另一習知背光調變顯示裝置示意圖。
10．．．背光調變系統
12．．．光源模組
14．．．圖像轉換單元
16．．．圖像資料分析單元
18．．．背光弱化調整單元
22．．．圖像重建單元
24．．．顯示區域

Claims (16)

  1. 一種背光調變系統，包含：一光源模組，提供一顯示面板之背光並對應該顯示面板的一顯示區域形成複數照明區域，該些照明區域彼此鄰接且大致涵蓋該顯示區域；一圖像轉換單元，將欲於該顯示面板顯示的一圖像由一RGB色彩模型轉換為獨立於圖像處理設備的另一色彩模型，以獲得該圖像各個畫素的一原始亮度因子；一圖像資料分析單元，分別統計各該照明區域內的總畫素量及到達一預設比例的累加畫素量，以獲得針對各該照明區域的一畫素亮度參考值；一背光弱化調整單元，依據各該照明區域各自的該畫素亮度參考值，計算出各該照明區域的一背光調變率及一映射校正曲線，其中第n個照明區域的背光調變率BD(n)滿足如下條件：BD(n)=Var+[ABL_(n)/(ABLMAX /1-Var)]；其中Var為大於0且小於1的一變數，ABL(n)為第n個照明區域的畫素亮度參考值，且ABLMAX 為最大畫素亮度參考值，且當該光源模組具有a個光源將顯示區域分為(a+1)個照明區域，每個照明區域分佈有p條掃描線時，則第1個照明區域內所有p條掃描線的映射校正曲線斜率均為第1個照明區域的背光調變率的倒數，第(a+1)個照明區域內所有p條掃描線的映射校正曲線斜率均為第a個照明區域的背光調變率的倒數，而第2個至第a個照明區域中的第n個照明區域其對應第m條掃描線的映射校正曲線斜率S(m,n)符合下式： 其中BD(n)代表第n個照明區域的背光調變率，BD(n-1)代表第(n-1)個照明區域的背光調變率，2≦n≦a，1≦m≦p，且m、n為正整數；及一圖像重建單元，依據各該照明區域各自的該映射校正曲線，將各該照明區域內的所有畫素的該原始亮度因子重置為一輸出亮度因子，並依據該輸出亮度因子與一圖像輸入值取得針對該照明區域的一輸出圖像。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之背光調變系統，其中該光源模組包含複數線光源，且該些線光源將該顯示區域分隔為該些照明區域。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之背光調變系統，其中該光源模組包含一發光二極體陣列。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之背光調變系統，其中該些照明區域排列呈一陣列形態。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之背光調變系統，其中獨立於圖像處理設備的該色彩模型為xyY色彩模型、Lab色彩模型、或Luv色彩模型。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之背光調變系統，其中該累加畫素量為由高亮度因子向低亮度因子累加每一亮度因子值的畫素數量而得。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之背光調變系統，其中該畫素亮度參考值為當該累加畫素量等於該總畫素量與該預設比例的乘積、或大於該總畫素量與該預設比例的乘積的最小整數量時所擷取的該原始亮度因子值。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之背光調變系統，其中該最大畫素亮度參考值ABLMAX 等於100。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之背光調變系統，其中該照明區域涵蓋複數畫素列，且各該畫素列分別對應一映射校正曲線。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之背光調變系統，其中該圖像輸入值包含各該畫素的一色彩因子。
  11. 一種背光調變方法，包含如下步驟：對應一顯示區域形成複數照明區域，該些照明區域彼此鄰接且大致涵蓋該顯示區域；將欲於該顯示面板顯示的一圖像由一RGB色彩模型轉換為獨立於圖像處理設備的另一色彩模型，以獲得該圖像各個畫素的一原始亮度因子；分別統計各該照明區域內的總畫素量及到達一預設比例的累加畫素量，以獲得針對各該照明區域的一畫素亮度參考值；依據各該照明區域各自的該畫素亮度參考值，計算出各該照明區域的一背光調變率及一亮度因子重置模型；依據各該照明區域各自的該亮度重置模型，將各該照明區域內的各該畫素的該原始亮度因子重置為一輸出亮度因子；及依據該輸出亮度因子與一圖像輸入值取得針對該照明區域的一輸出圖像；其中該亮度重置模型係為一映射校正曲線，該第n個照明區域的背光調變率BD(n)滿足如下條件：BD(n)=Var+[ABL_(n)/(ABLMAX /1-Var)]；其中Var為大於0且小於1的一變數，ABL_(n)為第n個照明區域的畫素亮度參考值，且ABLMAX 為最大畫素亮度參考值，且當該光源模組具有a個光源將顯示區域分為(a+1)個照明區域，每個照明區域分佈有p條掃描線時，則第1個照明區域內所有p條掃描線的映射校正曲 線斜率均為第1個照明區域的背光調變率的倒數，第(a+1)個照明區域內所有p條掃描線的映射校正曲線斜率均為第a個照明區域的背光調變率的倒數，而第2個至第a個照明區域中的第n個照明區域其對應第m條掃描線的映射校正曲線斜率S(m,n)符合下式： 其中BD(n)代表第n個照明區域的背光調變率，BD(n-1)代表第(n-1)個照明區域的背光調變率，2≦n≦a，1≦m≦p，且m、n為正整數。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之背光調變方法，其中該照明區域涵蓋複數畫素列，且各該畫素列分別對應一映射校正曲線。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之背光調變方法，其中獨立於圖像處理設備的該色彩模型為xyY色彩模型、Lab色彩模型、或Luv色彩模型。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之背光調變方法，其中該累加畫素量為由高亮度因子向低亮度因子累加每一亮度因子值的畫素數量而得。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之背光調變方法，其中該畫素亮度參考值為當該累加畫素量等於該總畫素量與該預設比例的乘積、或大於該總畫素量與該預設比例的乘積的最小整數量時所擷取的該原始亮度因子值。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之背光調變方法，其中該圖像輸入值包含各該畫素的一色彩因子。
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