CN101339742A

CN101339742A - 确定对图像亮度和背光作的调节时使用像素值的空间分布

Info

Publication number: CN101339742A
Application number: CNA2008101003317A
Authority: CN
Inventors: A·鲍米克; M·瓦斯克斯; Y·S·张; K·卡诺斯
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2028-03-28
Also published as: TW200907924A; CN101339742B; US20080238856A1; TWI470615B

Abstract

本发明的名称是“确定时图像亮度和背光作的调节时使用像素值的空间分布”。本发明涉及一种调节平板显示器上的数据显示的方法，该方法包括确定图像中像素的颜色值信息和空间分布信息。基于颜色值信息和空间分布信息可决定所需的图像调节和所需的背光调节。该方法还可包括基于所需的图像调节来调节图像中至少一些像素的颜色值以及基于所需的背光调节来控制背光强度。

Description

确定对图像亮度和背光作的调节时使用像素值的空间分布

技术领域

所要求保护的发明的实施方式一般涉及电子显示领域，特别是涉及通过亮度控制进行的液晶显示(LCD)面板的功率管理。

背景技术

多种移动设备采用LCD面板或采用背光的其它种类的面板。一种类型的这样的移动设备，笔记本(又称膝上型)电脑，是迅速得到普及的轻便的个人电脑。笔记本电脑的普及度的显著增加得益于它们在保持与比其更大的同类产品(即台式计算机或工作站)类似的性能的同时，价格已稳定下降。更轻重量的限制要求移动平台制造商在保持增加的电池寿命的同时能够产生比得上台式模型的图像。类似的电源和性能的考虑也存在于其它具有显示器的移动设备中，例如手持式设备(如，便携式数字助理(PDA))、便携式多媒体播放器(如，用于音乐、视颜、文本等)、便携式通信设备(如，蜂窝电话或其它多功能设备)，但是这不是穷举性列表。

由于越来越多的功能被集成在移动计算平台中，因此降低功耗的需求变得越来越重要。此外，用户对移动计算平台中更长的电池寿命的不断增加的期望，增进了对创造性功率节约解决方案的需求。作为对此需求的响应，移动计算机设计者们实现了功率管理解决方案，例如，降低处理器和芯片组的时钟速度，间歇地禁用不使用的元件，以及降低显示设备如LCD或“平板”显示器所需的功率。

通常，平板显示监视器的功耗随着平板显示器的背光亮度而增加。在某些计算机系统中，当背光处于最大亮度时，平板显示器背光功耗可急增至六瓦特。在一移动系统中，这可能会显著缩短电池寿命。为了降低平板功耗并由此增加电池寿命，移动计算系统设计者们已经设计出功率管理系统以在系统处于电池供电模式时降低平板显示器背光亮度。

然而，在平板显示器中降低背光亮度，使用者可能会得到比当移动计算平台在交流电(AC)功率下运行时质量低的显示图像。这种图像质量的降低可能由背光亮度降低时的颜色和/或亮度对比的降低引起。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种调节平板显示器上的数据显示的方法，包括以下步骤：

确定图像中的像素的颜色值信息和空间分布信息；

基于所述颜色值信息和空间分布信息来确定所需的图像调节和所需的背光调节；

基于所需的图像调节来调节图像中至少一些像素的颜色值；基于所需的背光调节来控制背光强度。

根据本发明的第二方面，提供了一种移动系统，包括：

平板显示器，用于在视觉上呈现显示信息；

图像调节器，用于在平板显示器接收所述显示信息之前调节所述显示信息；

邻近所述平板显示器的背光，用于向平板显示器提供照明；

耦合到所述背光的背光控制器，用于控制照明的强度；

图像分析器，用于产生关于所述显示信息的图像的颜色普遍信息和空间分布信息；以及

处理器，用于基于来自所述图像分析器的颜色普遍信息和空间分布信息来控制所述图像调节器和背光控制器。

根据本发明的第三方面，提供了一种调节平板显示器上的数据显示的方法，包括以下步骤：

确定表示颜色信息如何在空间上分布于整个显示数据的图像上的空间信息；以及

基于所述空间信息来更改要在所述平板显示器上显示的图像的一个或多个部分的颜色亮度。

附图说明

结台到本说明书中并构成它的一部分的附图，图解说明了符合本发明原理的一个或多个实施例，并与描述一起解释了这些实施方式。这些附图不一定按比例绘制，而是着重于图解说明本发明的原理。在附图中，

图1图解说明了根据一些实施方式的示例移动系统；

图2概念性地图解说明了图1中移动系统的一部分的功能性；

图3图解说明了一种控制平板显示器的图像亮度和背光的方法；以及

图4A和4B分别图解说明了两个不同图像的相关(correlation)函数。

具体实施方式

下面的详细描述涉及到附图。相同的参考标号可用在不同的附图中来标识相同或类似的要素。在下面的描述中，为了解释而非限制的目的，阐述一些具体细节，例如特定结构、体系结构、接口、技术等，以提供对所要求保护的发明的不同的方面的充分理解。尽管如此，所要求保护的发明的不同方面可在不符合这些具体细节的其它示例中实施，对于从本公开获益的本领域技术人员而言是显而易见的。在某些实例中，为了不因多余的细节而使本发明的描述不清楚，省略了对公知的设备、电路和方法的描述。

图1是说明根据符合本发明原理的一个实施方式的移动系统100的示例的图。系统100可包括帧缓冲器110、策略模块120、图像分析器130、处理器140、图像调节器150、显示面板160、背光热键170、背光控制器180和背光190。系统100还可包括其作为移动系统的操作所附带的其它部件，例如电池、通信接口、天线、输入设备、除显示器外的输出端口等。虽然为了说明的简明扼要，这些附加的部件没有在图1中明确示出，但是它们可存在于移动系统100中。

帧缓冲器110可设置成暂时存储显示数据。这样的显示数据可在某一颜色空间(如，红/绿/蓝(RGB)或亮度/色度(YUV)，或其它已知和所用的颜色空间)中被格式化。

策略模块120可向处理器140提供反映用户和/或平台的背光变暗(dimming)策略的输入。例如，此输入可反映用户的节能优选，可能包括显示器在某一时间后变暗。在一些实施方式中，来自模块120的该输入还包括：基于平台或系统的背光和/或面板颜色调节(如，伽马优选或设置、基于环境光的信息等)。策略模块120可提供“基线”，可基于缓冲器110中的图像的颜色和空间内容来对基线进行进一步调节，这将在本文中进一步解释。

例如，图像分析器130设置成针对某些特征(如，幅度信息和空间信息)来逐像素地分析来自缓冲器110的一帧显示数据。在一些实施方式中，分析器130可分析给定像素的所有子像素，而在另一些实施方式中，分析器130可分析给定像素的部分子像素(如，每一像素中幅度最大的一个或两个子像素)。类似地，在一些实施方式中，分析器130可分析给定图像或帧内的所有像素，而在另一些实施方式中，分析器130可分析给定图像或帧的部分像素(如，可能是每隔一个像素或足够的像素以将图像表现到所需的保真度)。

通常，图像分析器130可通过或不通过入局数据的伽马调节，来产生有关下列各项的信息：1)图像或帧内的(子)像素的幅度(如，颜色值或亮度)，以及2)图像或帧中的的某一颜色的(子)像素的空间“伸展(spread)”度(degree)。分析器130产生的这两类信息可被简称为颜色信息和空间信息。在一些实施方式中，颜色信息可采取像素的数量比上二进制(bin)的数量(其可能小于整个幅度值范围(如，0-255)，但足够大到成为统计显著的)的直方图的形式(或颜色幅度的类似的二进制表示)。

处理器140可从图像分析器130接收颜色信息和空间信息，并从策略模块120接收用户和/或平台信息。基于所接收的信息，驻留在处理器140中的算法可确定要将背光190的亮度调节(通过背光控制器180)到什么程度，以及将面板160上的显示数据的颜色幅度调节(通过图像调节器150)到什么程度。

如在本文中将进一步解释的，处理器140可基于来自图像分析器130的空间信息来较“积极地(aggressively)”(如，较大的背光变暗和颜色增强以较多地节省功率)或较不积极地(如，较小的背光变暗和颜色增强以较少地节省功率)地调节背光190和显示数据。在任一情形下，处理器140执行的算法旨在针对下述两种情形来达到类似的用户感知的图像质量：1)使整个图像上的空间信息相对分散，以及2)使整个图像上的空间信息相对集中。这些概念将针对图2中的示范功能性来进一步解释。

图2概念性地说明了分析器130和处理器140的功能性，但是其中的功能性可通过除图1中具体示出的之外的其它硬件和/或软件的结合来实现。在一些实施方式中，在分析输入像素之前，分析器130和/或处理器140可通过颜色查找表(LUT)来施加伽马校正，但这不需要在所有实施方式中进行。

然后分析器130在它扫描图像的像素时收集关于像素亮度/颜色(和/或像素的颜色值的另一种函数)的信息。在一些实施方式中，这类颜色信息可能由分析器130通过类似直方图形式在许多类似的颜色值上进行二进制化。分析器130还可计算类似颜色/亮度的像素在图像中空间分布的度(例如，通过自相关函数来确定)。在一些实施方式中，(例如，其中类似数量的二进制被用于每一个)这样的空间信息可能是由颜色信息产生的直方图或其它结构中的第二维。

处理器140可以考虑共享类似的亮度/颜色值的显示像素的空间自相关度(或空间分布的其它测量值)，来帮助识别以下情况：背光190可能变暗，而整幅图像亮度/颜色增强，从而对所得到的显示图像的感知质量的影响最小。例如，当相对应或类似颜色值的像素均匀分布于整个图像或帧中时，相对于其中相对应或类似颜色值的像素局限在图像的特定区域中的情况而言，背光190整体变暗可能对显示的感知质量具有更不显著的影响。例如，这种局限(localization)或群聚(bunching)可能在图像内存在低对比度的特定区域但其中细节又非常重要时发生。

分析器130对显示数据建立直方图(或其它数据结构)的能力允许在处理器140内进行更好的决策，所述能力不仅捕捉有图像像素的相关亮度/颜色，还捕捉相近值的像素的空间分布。处理器140可基于这样的空间信息来调节背光190以节省功率(或得到其它的可用性优点)，同时还调节面板160中的像素亮度/颜色以弥补(counterbalance)背光的调节并保持感知的图像质量。例如，这种关于相近值的像素的空间自相关的附加的信息可以帮助确定颜色值的细微差别在何处可能比较重要(如，在一个其它地方为黑色的背景中的明亮对象内的微小阴影)，在何处相对不重要(如，在整个图像中大体上均匀分布的颜色上的细微差别)。

当目标(除功率节省之外)是减少重要颜色/亮度信息的损失时，将这种附加的空间信息结合到背光调节(和补偿)算法中能确定：对于给定图像，处理器140应当多积极。这样，对于具有低相关因子的图像(更一般地，较低的空间关联度)，处理器140和背光控制器180/图像调节器150可达到较高的功率节省而不危及感知的图像质量。类似地，对于具有高相关因子的图像(更一般地，较高的空间关联度)，处理器140和背光控制器180/图像调节器150可采取较低的积极性，以保持图像质量。

回到图1，图像调节器150可根据来自处理器140的控制信息来调节来自帧缓冲器110的像素和/或子像素的颜色值。在一些实施方式中，调节器150可将显示数据增加或乘以一倒数或百分比，以降低背光190。在一些实施方式中，调节器150可将那些接近可能的颜色值的范围的极限的像素调节到较小的限度；这样做是为了避免或降低削波(clipping)(如，当调节后的信号为整个颜色值范围所限制时发生的现象)。在一些实施方式中，图像调节器150可调节LUT中数据，而不是进行每像素或每值的调节。在一些实施方式中，调节器150可根据已知的颜色调节算法来只调节某些范围的颜色值，而不调节其余范围的颜色值。尽管如此，在任何一种情况下，图像调节器150可基于从图像分析器130发送到处理器140的空间信息来把至少一些像素至调节到更大或更小的程度。

显示面板160可包括LCD面板或任何其它类型的适于使用背光190的平板显示器。在一个实施例中，面板160的像素可采用薄膜晶体管(TFT)技术形成，且各个像素由三个子像素组成，当启用这三个子像素时，分别引起红、绿和蓝(RGB)色的显示。各个子像素可由TFT控制，TFT使来自显示背光的光能够穿过子像素，由此将该子像素照亮成特定颜色。各个子像素的颜色可根据代表该子像素的颜色值而变化。子像素着色(coloring)是本领域的公知技术以及用于提供子像素着色的任何适合的技术都可使用。

背光热键170，如果存在，可允许用户手动增加或降低背光190的亮度。热键170的输出可通过组合器与处理器140的输出进行组合以产生对背光控制器180的组合输入信号。热键170，如果存在，可允许系统100的用户根据个人喜好且可能在存在或不存在环境光传感器(如，它基于系统100周围的环境光的量来调节背光190)的情况下调节背光190。这种热键170允许用户在某种程度上不考虑和由策略模决120和处理器140确定的背光设置(因而电源使用)和图像质量。

背光控制器180可使用来自处理器140和/或热键170的组合值来控制背光190的亮度。在一个实施例中，控制器180可包括直接控制背光190的逆变器或与其耦合。通常，控制器180可更改脉冲宽度调制(PWM)信号的占空因数(duty cycle)来控制背光190的亮度。还存在其它的背光控制方法，例如对显示器上的寄存器(未示出)进行写入。该寄存器可通过I2C或一些其它寄存器接口来访问。这种调制或控制(它如果减少(或增加，取决于极性)会导致更多的背光亮度降低和能量节省)可基于至少来自处理器140(且可能还有热键170)的组合控制信号以各种已知的方式来完成。

背光190可包括小荧光管、发光二极管(LED)矩阵、单个LED等。通常，背光190被控制器180调整(modulate)地越少，它发出的光就越亮且使用越多的功率。相反，背光190被控制器180调整地越多，它发出的光变得越暗且使用越少的功率。背光190的亮度可结合发送到显示板160的颜色值来调节以保持感知的图像亮度。这种通过调节器150进行的背光190和显示数据的调节的程度可基于由分析器130和/或处理器140确定的图像中相近颜色的像素的空间信息(如，自相关，但是要求保护的发明不限于此)来确定。

图3说明了控制平板显示器的图像亮度和背光的方法300。虽然为了易于说明会结合图1和/或2来描述，但是图3中描述的方案不能被解释为限于这些其它附图的细节。

该方法可始于分析器130从缓冲器110获得显示数据[步骤310]。显示数据可按任何利于分析器130基于图像进行分析的方便的顺序、格式等来读取。步骤310还可包括执行任何预校正，例如使用LUT对来自缓冲器110的显示数据进行伽马校正。然后下面由分析器130进行的颜色和空间分析可对伽马校正后(或以其它方式预校正后)的显示数据执行。

接下来的处理是分析器130确定显示数据图像的颜色信息和空间信息[步骤320]。在一些实施方式中，颜色信息可以是图像中所有像素(或可能是所有像素中最亮的子像素)的颜色幅度或亮度的直方图。虽然可以使用颜色值的直方图，但是还可以使用图像中颜色/亮度值的任何适合的函数。步骤320还可计算类似的色阶(color level)(如，幅度或亮度)的空间信息(如，自相关或类似的空间相关测量值)。后一个步骤可确定类似颜色/亮度的像素在图像中的空间分布的度(如，通过自相关函数或其它适合的空间相关函数)。

处理器140可根据步骤320中分析器130确定的颜色信息和空间信息来计算图像调节和背光调节的较大或较小的度[步骤330]。通常，图像调节可使显示数据得图像中的至少一些像素变亮来补偿变暗的背光(以节省功率)。可能包含在软件或固件中的处理器140中的算法，可使用附加的空间信息针对增强图像亮度和调节背光的积极性来作出更好的选择(如，在较低的视觉感知效果方面)。当图像具有空间上广泛分布的亮度/颜色时，处理器140对于图像数据和背光190的调节将更加积极(如，以更多地节省功率)，而不对由像素亮度/颜色传达的视觉信息产生不利的影响。相反，当图像具有共享亮度/颜色的局部区域时，由处理器140进行的这种调节将变得更加保守以保持图像中不同区域间的视觉感知对比度。

方法300接下来是图像调节器150基于处理器140在步骤330中确定的图像调节来调节显示数据的颜色/亮度值[步骤340]。根据步骤330中的结果(它又基于空间信息)，当整个图像上的空间信息相对随机或均匀或分散时，步骤340可使显示数据增亮至相对较大的程度。当图像中的空间信息在空间上相对集中或者群聚或成组时，步骤340可使显示数据增亮至相对较小的程度以保持视觉对比度。步骤340可根据像素的最初亮度(如，在可能的亮度直方图中它们的二进制表示或范围)来有选择地更改某些像素的亮度而不更改其它像素的亮度，或者对某些像素的亮度做不同于其它像素的更改。

方法300接下来是背光控制器180基于处理器140在步骤330中确定的背光调节来控制背光190[步骤350]。基于步骤330中的结果(它又基于空间信息)，当整个图像上的空间信息相对随机或均匀或分散时，步骤350可将背光190(如，通过调整)变暗至较大的程度。当图像中的空间信息在空间上相对集中或者群聚或成组时，步骤350可将背光190变暗至较小的程度以保持视觉对比度。

步骤340和350可在基本相同的时间执行以结合背光190的调整来显示面板160上的调节后的颜色信息。

图4A和4B分别说明了两个不同图像的相关函数。例如，所用的特定相关函数可以是3×3或5×5相邻像素上的微分函数，但是也可能是其它相关函数。在图4A和4B中，在水平“X”坐标轴上低的值表示较高的空间相关度，而高的值表示较低的空间相关。垂直“Y”坐标轴表示具有特定相关值的像素的数量。从图中可以明显看出，图4A中较高百分比的像素比图4B中的那些像素具有更高的空间相关。这个结果表示，当其它所有条件相同时，相对于图4A中相关函数对应的图像而言，图4B中相关函数对应的图像将更积极地被施加背光变暗和图像增亮。

上述方案和/或系统可有利地使用像素空间信息(如，自相关度)来改进关于如何调节发送到平板显示器160的背光190和像素值的决策。相比而言，传统的动态、依赖内容的背光调整的方案只能基于像素值直方图，这样就不能为功率性能最优化提供这种附加的自由度。

对一个或多个实施方式的前面描述提供了图解说明和描述，但不是穷举性的或将本发明的范围限于所公开的精确形式。根据上述教导可进行修改或变化，或者可从本发明的不同实施方式的实施中获得修改或变化。

例如，虽然本文描述的方案已经被图解说明为在帧缓冲器110后执行，但是它也可以由移动系统100的其它部分执行，例如图形处理单元(GPU)、中央处理器(CPU)、在视频/图像通道(pipeline)中别处的专用逻辑或软件等。换句话说，在显示通道中早于(或可能晚于)所具体描述的来确定基于空间信息的调整，是可行的且可预期的。

除非明确地说明，否则本申请的说明书中使用的元件、步骤或指令都不能解释为对本发明是关键的或必要的。同样，如此处使用的，冠词“一”旨在包括一个或多个项目。在实质上不背离本发明的精神和原理的前提下，可对所要求保护的发明的上述实施方式进行变化和修改。在本公开的范围内的所有这些修改和变化都要包括在本文中并为以下权利要求所保护。

Claims

1、一种调节平板显示器上的数据显示的方法，包括以下步骤：

确定图像中的像素的颜色值信息和空间分布信息；

基于所需的图像调节来调节图像中至少一些像素的颜色值；

基于所需的背光调节来控制背光强度。

2、如权利要求1所述的方法，其中，对至少一些像素的颜色值的调节大致补偿控制背光强度的视觉效果。

3、如权利要求1所述的方法，其中，确定颜色值信息包括以下步骤：

计算落入多个离散颜色值范围的像素的数量。

4、如权利要求1所述的方法，其中，确定空间分布信息包括以下步骤：

对图像中的像素执行自相关计算。

5、如权利要求1所述的方法，其中，所述确定步骤包括：

当空间分布信息表示图像中的颜色在整个图像中相对分散时，确定相对大的图像调节和相对大的背光调节。

6、如权利要求1所述的方法，其中，所述确定步骤包括：

当空间分布信息表示图像中的颜色在图像内相对集中时，确定相对小的图像调节和相对小的背光调节。

7、如权利要求1所述的方法，其中，调节至少一些像素的颜色值包括以下步骤：

增加颜色值以在视觉上使至少一些像素变亮。

8、如权利要求1所述的方法，其中，控制背光强度包括以下步骤：

降低背光强度。

9、一种移动系统，包括：

平板显示器，用于在视觉上呈现显示信息；

邻近所述平板显示器的背光，用于向平板显示器提供照明；

耦合到所述背光的背光控制器，用于控制照明的强度；

10、如权利要求9所述的系统，其中，所述图像调节器根据提供给处理器的空间分布信息的分散程度来调节平板显示器上显示的显示信息的一个或多个部分的图像亮度。

11、如权利要求9所述的系统，其中，所述背光控制器根据提供给处理器的空间分布信息的分散程度来控制来自所述背光的照明的强度。

12、如权利要求9所述的系统，其中，所述图像分析器被设置成通过对所述图像执行相关运算来产生空间分布信息。

13、如权利要求9所述的系统，其中，所述图像分析器被设置成通过对所述图像中的颜色值进行二进制化来产生普遍信息。

14、一种调节平板显示器上的数据显示的方法，包括以下步骤：

15、如权利要求14所述的方法，还包括以下步骤：

基于更改后空间信息来更改邻近所述平板显示器的背光的强度。

16、如权利要求15所述的方法，其中，对背光的强度的更改在视觉上大致弥补了对颜色亮度的更改。

17、如权利要求15所述的方法，其中，对背光的强度的更改包括以下步骤：

更改空制背光照明的脉冲宽度调制信号。

18、如权利要求15所述的方法，还包括以下步骤：

确定显示数据的图像的颜色亮度信息；以及

基于所述颜色亮度信息和空间信息来计算如何更改所述图像的一个或多个部分的颜色亮度以及如何更改所述背光的强度。

19、如权利要求18所述的方法，其中，当所述空间信息表示所述颜色信息在显示数据的整个图像上的空间分布较广时，所述计算将颜色亮度和背光的强度更改较大的程度。

20、如权利要求18所述的方法，其中，当所述空间信息表示所述颜色信息在显示数据的图像内较紧密地在空间上集中时，所述计算将颜色亮度和背光的强度更改较小的程度。