CN101866638A - 一种led背光源驱动控制信号的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED背光源驱动控制信号的确定方法，属于液晶显示新技术领域。本发明利用小波分解将图像的能量集中到部分小波系数，且分解后的小波系数具有高度相关性的特点，针对输入信号进行小波分析，去除小波分解后的高频成分而保留低频成分，将低频成分作为区域控制LED背光源驱动控制信号。本发明方法与现有方法相比，在对亮区图像的信息提取时，几乎没有溢出现象产生；能很好的保持图像暗区信息；并能最大程度的满足人眼视觉的观看需求。

Description

一种LED背光源驱动控制信号的确定方法

技术领域

本发明涉及一种LED背光源驱动控制信号的确定方法，属于液晶显示(Liquid Crystal Display，LCD)新技术领域。

背景技术

液晶屏幕本身不具备发光特性，透射型液晶屏幕工作时需在其面板后加一个均匀的背光源进行照明，通过液晶单元对光线透过率的调制，达到显示图像的目的。传统LCD采用冷阴极荧光灯管(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)作为背光源，受到系统结构和工作原理的限制，其对比度较低，功率消耗较大且存在辐射问题。基于LED背光源的区域控制技术是近年来发展起来的一种新的高动态范围液晶显示(High Dynamic Range Liquid Crystal Display，HDR-LCD)技术，其根据所要显示的图像内容决定背光源亮度或颜色，并对液晶屏幕控制信号进行调制，在保持图像亮度的前提下，有效节省功耗，提高对比度且能适应当前绿色消费的趋势。

采用区域控制LED背光源照明的液晶显示流程主要包括：①根据输入信号确定LED背光源驱动控制信号，②根据输入信号以及第①步确定的LED背光源驱动控制信号，确定到达屏幕前的背光亮度分布以及确定液晶屏幕补偿信号等。区域控制LED背光源与传统CCFL背光源的LCD系统相比，最大的区别在于其背光驱动控制信号的不同，目前确定LED驱动控制信号的方法是从输入图像中对应于LED灯照明区域内的信号中进行亮度或色彩特征的提取。已有的确定LED背光驱动控制信号的方法有：平均值法、平方根法、最大值法和映射函数反转法(Inverse of Mapping Function，IMF)等。其中，平均值法的缺点是：其确定的背光相对较暗；平方根法的缺点是：造成背光对比度下降；最大值法的缺点是：色彩信息略有丢失，IMF法的缺点是：发生溢出现象。上述方法均造成图像显示失真较严重。

图像最终通过人眼来观察，因此，最正确的量化图像质量的方法是通过主观视觉估计。但是这种主观估计的方法经常是耗时、昂贵的。通常采用客观估计方法进行图像质量评价，最简单的全参考(Full Reference，FR)图像质量评价方法是均方误差(Mean Squared Error，MSE)和峰值信噪比(Peak Signal-to-Noise Ratio，PSNR)。然而，在有些情况下这两种方法的结果与人眼的视觉感知效果不能匹配。这是因为这两种方法都是基于原始图像和失真图像之间的逐点误差计算，但实际上，人眼在观察图像时并不关注逐点像素误差，人脑的高级视觉过程更侧重提取图像的结构信息。针对基于差错敏感度的质量评价方法的不足，Zhou Wang等提出了一种新的FR评价方法——基于图像内在结构相似度的质量评价(Mean Structural Similarity Index，MSSIM)。该方法认为人类视觉的主要功能是提取场景中的结构信息。在此假设前提下评价图像质量，算法比较的是两幅图像结构上的相似程度。该评价方法更符合人类的视觉特性，且算法思想简单，计算复杂度不高。

MSSIM算法将两幅图像均划分为N×N大小的图像块，图像块的总数为M，记为{x_i，y_i，i＝1，2，Λ，M}，图像块的结构相似度评价SSIM包含3个部分：亮度度量l(x，y)，对比度度量c(x，y)和结构度量s(x，y)，SSIM定义为：

其中：参数α＞0，β＞0，γ＞0主要用来调整l(x，y)、c(x，y)、s(x，y)的相对重要性。一般取α＝β＝γ＝1；

$l(x,y)=\frac{{2\mathrm{\μ}}_x{\mathrm{\μ}}_y+C_1}{{\mathrm{\μ}}_x^2+{\mathrm{\μ}}_y^2+C_1};$ $c(x,y)=\frac{{2\mathrm{\δ}}_x{\mathrm{\δ}}_y+C_2}{{\mathrm{\δ}}_x^2+{\mathrm{\δ}}_y^2+C_2};$ $s(x,y)=\frac{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{xy}}+C_3}{{\mathrm{\δ}}_x{\mathrm{\δ}}_y+C_3}---\left(2\right)$

其中，C₁，C₂，C₃为实数，是防止或或(δ_xδ_y)的值为0而引入的常数；C₁＝(K₁L)²，C₂＝(K₂L)²，C₃＝C₂/2，L是图像中像素灰度的变化范围，0≤L≤255；K₁，K₂为系数。μ_x和μ_y表示图像块x和y的平均灰度值；δ_x和δ_y分别表示图像块x和y的灰度方差；δ_xy则表示图像块x和y之间的灰度协方差。

将公式2代入公式1，则有：

$\mathrm{SSIM}(x,y)=\frac{({2\mathrm{\μ}}_x{\mathrm{\μ}}_y+C_1)({2\mathrm{\δ}}_x{\mathrm{\δ}}_y+C_2)({\mathrm{\δ}}_{\mathrm{xy}}+C_3)}{({\mathrm{\μ}}_x^2+{\mathrm{\μ}}_y^2+C_1)({\mathrm{\δ}}_x^2+{\mathrm{\δ}}_y^2+C_2)({\mathrm{\δ}}_x{\mathrm{\δ}}_y+C_3)}---\left(3\right)$

由此，整幅图像的平均结构相似度MSSIM定义为：

$\mathrm{MSSIM}(X,Y)=\frac{1}{M}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{SSIM}(x_i,y_i)---\left(4\right)$

根据SSIM的定义，MSSIM的值越高，说明两幅图像相似度越高。基于结构相似度的图像评价算法的重要意义在于：不再以传统意义上的逐像素误差作为度量指标，而是考虑图像结构的保持性。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术存在的不足，提出一种LED背光源驱动控制信号的确定方法。本发明利用小波分解将图像的能量集中到部分小波系数，且分解后的小波系数具有高度相关性的特点，针对输入信号进行小波分析，去除小波分解后的高频成分而保留低频成分，将低频成分作为区域控制LED背光源驱动控制信号。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种LED背光源驱动控制信号的确定方法，包括如下步骤：

步骤一、选择小波基

选择正则性高、紧支性好、小波基波形与待处理图像的波形相似的小波基。

步骤二、确定小波分解层数

在步骤一的基础上，确定小波分解层数P，P为正整数。

步骤三、确定LED背光源驱动控制信号

在步骤二的基础上，按照步骤一选定的小波基对输入图像进行P层小波分解；然后去除小波分解后的高频成分，只保留低频成分，并将其作为区域控制LED背光源驱动控制信号。

有益效果

本发明方法与其他现有方法相比，在对亮区图像的信息提取时，几乎没有溢出现象产生；能很好的保持图像暗区信息；能最大程度的满足人眼视觉的观看需求。

附图说明

图1为本发明具体实施例中使用的6幅测试图像1～6；

图2为本发明具体实施例中对测试图像1分别采用平均值法、平方根法、最大值法、IMF法以及本发明方法进行显示的结果；

其中，a-采用平均值法显示的结果；b-采用平方根法显示的结果；c-采用最大值法显示的结果；d-采用IMF法显示的结果；e-采用本发明方法显示的结果。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例的具体操作步骤如下：

步骤一、选择小波基

选用Haar小波基进行图像小波分解。

步骤二、确定小波分解层数

通过公式5得到小波分解层数P：

其中，Lcd_size为正实数，表示液晶屏幕的分辨力大小；Led_size为正实数，表示LED背光的分辨力大小。

本实施例中液晶屏幕的分辨力Lcd_size为480×320，LED背光的分辨力Led_size为8×6，则每个LED灯照亮的区域内对应的屏幕像素数约为60×53，根据公式5，P＝3，即小波分解层数为3。

步骤三、小波分解确定LED背光源驱动控制信号

第1步：按照Haar小波基对输入信号进行3层小波分解；具体为：

将输入信号按照不同频带和分辨力分解为低频平滑近似部分和高频细节部分，每一层小波系数分解成4个子带：垂直方向低频的和水平方向低频的平滑近似图像LL；水平方向低频的和垂直方向高频的细节图像LH；垂直方向低频的和水平方向高频的细节图像HL；垂直方向高频的和水平方向高频的对角线方向的细节图像HH；用上述方法，完成第1层至第3层的分解；

第2步：去除小波分解后图像的高频成分，只保留图像的低频成分，并将其作为区域控制LED背光源驱动控制信号。

经过上述步骤，即可确定LED背光源驱动控制信号。

为了说明本发明效果，针对相同分辨力的液晶屏幕，分别采用平均值法、平方根法、最大值法、IMF法、本发明方法显示6幅不同类型的图像(包括高对比度图像、高灰度值图像、低灰度值图像等)，如图1所示。对第1幅测试图像分别采用平均值法、平方根法、最大值法、IMF法以及本发明方法进行显示的结果如图2所示。

5种方法的基于图像内在结构相似度的质量评价MSSIM结果如表1所示。

表1采用MSSIM方法评价输入图像与合成的HDR-LCD图像的比较

结果表明：本发明方法的MSSIM相似度相对最高，均在0.95以上，因此本发明方法与其他现有方法相比，能最大程度的满足人眼视觉的观看需求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，或者对其中部分技术特征进行等同替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种LED背光源驱动控制信号的确定方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、选择小波基

选择正则性高、紧支性好、小波基波形与待处理图像的波形相似的小波基；

步骤二、确定小波分解层数

在步骤一的基础上，确定小波分解层数P，P为正整数；

步骤三、确定LED背光源驱动控制信号

在步骤二的基础上，按照步骤一选定的小波基对输入图像进行P层小波分解；然后去除小波分解后的高频成分，只保留低频成分，并将其作为区域控制LED背光源驱动控制信号。

2.如权利要求1所示的一种LED背光源驱动控制信号的确定方法，其特征在于：优选的，其步骤一选用Haar小波基。

3.如权利要求1或2所示的一种LED背光源驱动控制信号的确定方法，其特征在于：其步骤二确定小波分解层数的方法为：

通过公式5得到小波分解层数P，P为正整数：

其中，Lcd_size为正实数，表示液晶屏幕的分辨力大小；Led_size为正实数，表示LED背光的分辨力大小。

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