CN102129840A - 背光调制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种背光调制系统及方法，背光调制系统包含光源模块、图像转换单元、图像数据分析单元、背光弱化调整单元及图像重建单元。光源模块提供显示面板的背光并对应其显示区域形成多个照明区域。图像转换单元将欲显示的图像由RGB色彩模型转换为YUV色彩模型，以获得图像各个像素的原始亮度因子。图像数据分析单元分别统计各照明区域内的总像素量及到达预设比例的累加像素量，以获得像素亮度参考值。背光弱化调整单元依据像素亮度参考值计算出各照明区域的背光调制率及亮度因子重置模型。图像重建单元依据亮度重置模型，将各照明区域内的所有像素的原始亮度因子重置为输出亮度因子，并依据输出亮度因子与图像输入值取得针对该照明区域的输出图像。

Description

背光调制系统及方法

技术领域

本发明是关于一种用于显示装置的背光调制系统及背光调制方法。

背景技术

为减少一具有液晶屏幕的电子装置的功率消耗，一般会由调整背光模块的发光亮度着手。然而，传统的手动背光省电设计常会影响画面品质，且过亮或过暗的背光调整容易造成观赏时的不适。

图9为一示意图，显示日本专利08-201812号所揭露的一种液晶显示装置100，其可动态调整背光以改善传统的背光省电设计。如图9所示，液晶显示装置100包含一显示控制单元102、一液晶显示屏幕104、一背光模块106、一平均亮度检测单元108及一背光控制单元110。当平均亮度检测单元108检测一图像的平均亮度阶数为高电平时，则利用背光控制单元110降低背光模块106的亮度。此一设计可减少液晶显示屏幕104过亮或过暗的现象，提高黑屏(dark screen)及亮屏(brightscreen)个别的对比特性。然而，当平均亮度阶数为低电平，在显示黑色画面时，液晶显示屏幕104容易有部分光线由背光模块106部份漏出造成纯黑损耗(loss of trueblack)情形，使显示效果变差。

图10显示可根据画面信号动态调整背光亮度的改良设计，如图10所示，于此一背光处理系统200中，画面信号会输入至显示控制单元202、平均亮度检测单元204与峰值亮度检测单元206进行处理，其中显示控制单元202将输入画面信号转换为液晶显示屏幕208所能显示的数据模式，平均亮度检测单元204针对画面信号进行平均亮度计算，并将所得的平均亮度信号AVE当成背光调整参数传送至背光控制单元212，峰值亮度检测单元206对于不同画面信号的像素信息进行峰值的运算以得到峰值信号PEK，并且传送峰值信号PEK给背光控制单元212。接着，背光控制单元212根据参考平均信号AVE与峰值信号PEK做判断，以进行背光模块214的亮度调整。此一现有设计虽然可以调整显示画面并达到省电功效，但其所显示的画面与背光亮度的组合会使眼睛看到的画面偏暗，且无法维持原始影像的视觉效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种可有效提升图像对比并维持色调原始性的背光调制系统及背光调制方法。

依本发明一方面的设计，一种背光调制系统包含一光源模块、一图像转换单元、一图像数据分析单元、一背光弱化调整单元、及一图像重建单元。光源模块提供一显示面板的背光并对应显示面板的一显示区域形成多个照明区域，这些照明区域彼此邻接且大致涵盖显示区域。图像转换单元将欲于显示面板显示的一图像由一RGB色彩模型转换为独立于图像处理设备的另一色彩模型，以获得图像各个像素的一原始亮度因子。图像数据分析单元分别统计各个照明区域内的总像素量及到达一预设比例的累加像素量，以获得针对各个照明区域的一像素亮度参考值。背光弱化调整单元依据各个照明区域各自的像素亮度参考值，计算出各个照明区域的一背光调制率及一映像校正曲线，其中第n个照明区域的背光调制率BD_(n)满足如下条件：

BD_(n)＝Var+[ABL_(n)/(ABL_MAX/1-Var)]；

其中Var为大于0且小于1的一变量，ABL(n)为第n个照明区域的像素亮度参考值，且ABL_MAX为最大像素亮度参考值。当光源模块具有a个光源而将显示区域分为(a+1)个照明区域，且每个照明区域分布有p条扫描线时，则第1个照明区域内所有p条扫描线的映像校正曲线斜率均为第1个光源的背光调制率的倒数，第(a+1)个照明区域内所有p条扫描线的映像校正曲线斜率均为第a个光源的背光调制率的倒数，而第2个至第a个照明区域中的第n个照明区域其对应第m条扫描线的映像校正曲线斜率S(m，n)符合下式：

$S(m,n)=\frac{1}{{\mathrm{BD}}_{(n-1)}+({\mathrm{BD}}_{\left(n\right)}-{\mathrm{BD}}_{(n-1)})\×\frac{m}{p}};$

其中BD_(n)代表第n个照明区域的背光调制率，BD_(n-1)代表第(n-1)个照明区域的背光调制率，2≤n≤a，1≤m≤p，且m、n为正整数。图像重建单元依据各个照明区域各自的映像校正曲线，将各个照明区域内的所有像素的原始亮度因子重置为一输出亮度因子，并依据输出亮度因子与一图像输入值取得针对该照明区域的一输出图像。

依本发明另一方面的设计，一种背光调制方法包含如下步骤：

对应一显示区域形成多个照明区域；将欲于显示面板显示的一图像由一RGB色彩模型转换为独立于图像处理设备的另一色彩模型，以获得该图像各个像素的一原始亮度因子；分别统计各个照明区域内的总像素量及到达一预设比例的累加像素量，以获得针对各个照明区域的一像素亮度参考值；依据各个照明区域各自的像素亮度参考值，计算出各个照明区域的一背光调制率及一亮度因子重置模型；依据各个照明区域各自的亮度重置模型，将各个照明区域内的各个像素的原始亮度因子重置为一输出亮度因子；及依据输出亮度因子与一图像输入值取得针对该照明区域的一输出图像。

本发明的前述设计方案的优点是：因为显示区域可对应光源位置分布分为多个独立的照明区域，且各个照明区域可依各自的亮度因子统计结果，求得各自的背光调制率及映像校正曲线，而可获得精确的区域性背光调整效果，且能避免背光调整后的图像亮度失真。如此既可达到低功耗显示器的目的，且能有效提升图像对比并维持色调原始性。

附图说明

本发明的其它目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下面将结合附图对本发明的较佳实施例作详细说明，其中：

图1为依本发明一实施例的背光调制系统示意图。

图2为说明本发明一实施例的图像转换方式的示意图。

图3为一示意图，显示本发明一实施例的照明模块及照明区域。

图4显示依本发明一实施例的各个照明区域的亮度因子分布图。

图5A-图5C显示依本发明一实施例的映像校正曲线。

图6为依本发明另一实施例的光源模块示意图。

图7为依本发明另一实施例的光源模块示意图。

图8显示依本发明一实施例的背光调制方法流程图。

图9为一现有背光调制显示装置示意图。

图10为另一现有背光调制显示装置示意图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

图1为依本发明一实施例的背光调制系统10示意图，如图1所示，背光调制系统10包含一光源模块12、一图像转换单元14、一图像数据分析单元16、一背光弱化调整单元18、及一图像重建单元22。光源模块12提供一显示面板(图未示)的背光并对应显示面板的一显示区域24形成多个照明区域。于本实施例中，背光调制系统10首先利用图像转换单元14进行信息转换处理，举例而言，如图2所示，可将像素数据(Ri，Gi，Bi)通过RGB转XYZ剌激值的转换矩阵运算，产生一数值(Xi，Yi，Zi)，接着再将三剌激值(Xi，Yi，Zi)通过XYZ转xyY色彩坐标的转换矩阵运算，产生一x1y1Y1的色彩坐标(x1，y1)及亮度因子(Y1)，再依此方式储存整张图像的色彩坐标及亮度因子。于本实施例中，如图3所示，例如由二极管发光条(light bar)构成的四个线光源A-D平行设置于显示面板下方，可将显示区域分隔为五个照明区域a-e，且照明区域a-e彼此邻接并大致涵盖显示区域24。图像数据分析单元16利用图像转换单元14转换后的Y亮度因子进行图像信息分析处理，因此可分别储存照明区域a-e的像素亮度因子分布情况。

图4显示依本发明一实施例的照明区域a-e的像素亮度因子分布图，于一实施例中，可由高亮度因子向低亮度因子累加每一亮度因子值的像素数量，当一个照明区域中的累加像素量大于总像素量的一定比例(例如50％)时，此时的亮度值即为该照明区域的像素亮度参考值ABL_(x)。换言之，该像素亮度参考值ABL_(x)为当累加像素量等于总像素量与预设比例的乘积、或大于总像素量与预设比例的乘积的最小整数量时所撷取的亮度因子值。举例而言，如图4左上方所示，当像素总数的比例设为50％时，照明区域A的像素亮度参考值ABL_(x)＝54。下表列出照明区域a-e各自的像素亮度参考值ABL_(x)，该像素亮度参考值ABL_(x)即作为调整各个照明区域的背光亮度的参考依据。

<表一>

照明区域	ABL_(x)	BD
			区域A	54	0.77
区域B	24	0.62
			区域C	13	0.565
区域D	6	0.53

区域E

4

0.52

如下说明如何利用像素亮度参考值ABL_(x)获得各个照明区域的背光调制率，及如何通过背光调制率对映地补偿照明区域的像素亮度。

于本实施例中，当进行背光弱化处理以达到省电效果时，第n个照明区域的背光调制率BD_(n)可由下式获得：

BD_(n)＝Var+[ABL_(n)/(ABL_MAX/1-Var)]；

其中Var为大于0且小于1的一变量，其值例如可由背光模块制造商决定，ABL_(n)为第n个照明区域的像素亮度参考值，且ABL_MAX为最大像素亮度参考值。假设Var＝0.5且最大像素亮度参考值ABL_MAX＝100(因色彩空间转换后的Y亮度因子值为0-100)，则不同区域的背光调制率BD_(n)值如表一所示。

接着，当各个区域的背光亮度依上述的背光调制率调整后，像素信号必须进行重置对映调整，以补偿光源调整后造成的图像亮度失真。简言之，当背光调制率例如为BD_(n)＝80％时，此时背光亮度降低20％，所以输入图像信号的Y亮度因子可乘上背光调制率BD_(n)的倒数(即1/0.8＝1.25)，使最后输出的图像亮度与输入时相同。因此，以图3为例，当显示区域被光源A、光源B、光源C、光源D区分为照明区域a-e且不同区域的背光调制率分别为BD_A、BD_B、BD_C、BD_D、BD_E，同时假设每一照明区域占据64条扫描线的分布区域，且N代表每一照明区域的64条扫描线中第N条扫描线，则依逐像素列的重置转换方式时，照明区域a-e各自的重置比例因子如下表所示：

<表二>

照明区域	重置比例因子(映像校正曲线斜率)
		区域A	1/BD_A
区域B	1/[BD_A+(BD_B-BD_A)×(1/64)×N]
		区域C	1/[BD_B+(BD_C-BD_B)×(1/64)×N]
区域D	1/[BD_C+(BD_D-BD_C)×(1/64)×N]
		区域E	1/BD_D

因此，每一道像素列的图像(对应第N条扫描线)会对应一条映像校正曲线，映像校正曲线的斜率即为表二的重置比例因子，例如区域A及区域E中的所有像素列都会对应固定的校正曲线斜率，而区域B、区域C、区域D的校正曲线斜率会随列数的不同而变化。当然如上述N＝64仅为例示，每一照明区域占据的扫描线数完全不限定。图5A-图5C显示通过表二运算获得的不同映像校正曲线，原始亮度因子Yin可通过内插或外插该映像校正曲线获得输出亮度因子Yout。因此，当背光弱化调整单元18依据各个照明区域的像素亮度参考值，计算出各个照明区域各自的背光调制率及亮度因子重置模型后，一方面可依据背光调制率调降光源模块12的背光强度，另一方面图像重建单元22可依据各个照明区域各自的亮度重置模型(映像校正曲线)，将各个照明区域内的所有像素的原始亮度因子重置为一输出亮度因子，再利用输出亮度因子与一图像输入值运算后得到针对该照明区域的一输出图像。举例而言，因为先前已将每一像素的色彩因子(x，y)及亮度因子(Yin)进行分离，在图像信息转置过程中，仅针对亮度因子进行转置而其色彩坐标(x1，y1)维持不变，接着利用所取得新的输出亮度因子Yout和原来的图像输入值(色彩坐标(x1，y1))，通过xyY转XYZ三剌激值的转换矩阵，可输出一XoYoZo三剌激值。最后，再通过XYZ转RGB的转换矩阵，将XoYoZo三输出剌激值转为RoGoBo三个新的像素数据。

上述实施例将显示区域由四个光源(光源A、光源B、光源C、光源D)区分为五个照明区域，并计算每个照明区域的映像校正曲线斜率，且依此可类推当有a个光源将显示区域分为(a+1)个照明区域，且每个照明区域分布有p条扫描线时，则第1个照明区域内所有p条扫描线的映像校正曲线斜率均为第1个光源的背光调制率的倒数(＝1/BD₍₁₎)，第(a+1)个照明区域内所有p条扫描线的映像校正曲线斜率均为第a个光源的背光调制率的倒数(＝1/BD_(a))，而第2个至第a个照明区域中的第n个照明区域其对应第m条扫描线的映像校正曲线斜率S(m，n)符合下式：

$S(m,n)=\frac{1}{{\mathrm{BD}}_{(n-1)}+({\mathrm{BD}}_{\left(n\right)}-{\mathrm{BD}}_{(n-1)})\&times;\frac{m}{p}};$

其中BD_(n)代表第n个照明区域的背光调制率，BD_(n-1)代表第(n-1)个照明区域的背光调制率，2≤n≤a，1≤m≤p，且m、n为正整数。

通过前述实施例的设计，因为显示区域可对应光源位置分布分为多个独立的照明区域，且各个照明区域可依各自的亮度因子统计结果，求得各自的背光调制率及映像校正曲线，而可获得精确的区域性背光调整效果，且能避免背光调整后的图像亮度失真。如此既可达到低功耗显示器的目的，且能有效提升图像对比并维持色调原始性。当然，本发明并不限定将RGB色彩模型转换为xyY色彩模型，其它能撷取亮度因子且独立于图像处理设备的色彩模型(即无论使用何种图像处理设备均能显现相同颜色的色彩模型)，例如Lab色彩模型、Luv色彩模型等皆可运用于本发明。

再者，本实施例并不限定运用于线光源，亦可运用于点光源构成的背光源，例如图6由多个发光二极管26构成的发光二极管阵列，仅需将发光二极管阵列分为不同区域例如图6的四个区域，并分别计算各个区域的背光调制率及映像校正曲线，同样可获得精确的区域性背光调整效果。另外，对应显示区域的照明区域分隔方式并不限定，例如亦可如图7所示区隔为九个照明区域构成一3*3区域阵列，再分别计算各个区域背光调制率及映像校正曲线亦可。

图8显示依本发明一实施例的背光调制方法流程图，如图8所示，该方法包含如下步骤：

步骤S10：开始。

步骤S20：对应一显示区域形成多个照明区域，这些照明区域彼此邻接且大致涵盖显示区域。

步骤S30：将欲于显示面板显示的一图像由一RGB色彩模型转换为独立于图像处理设备的另一色彩模型，以获得该图像各个像素的一原始亮度因子；

步骤S40：分别统计各个照明区域内的总像素量及到达一预设比例的累加像素量的亮度因子，以获得针对各个照明区域的一像素亮度参考值；

步骤S50：依据各个照明区域各自的像素亮度参考值，计算出各个照明区域的一背光调制率及一亮度因子重置模型；

步骤S60：依据各个照明区域各自的亮度重置模型，将各个照明区域内的各个像素的原始亮度因子重置为一输出亮度因子；及

步骤S70：依据该输出亮度因子与一图像输入值取得针对该照明区域的一输出图像。

步骤S80：结束。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作出种种等同的改变或替换，因此本发明的保护范围当视后附的本申请权利要求范围所界定的为准。

Claims (12)

1.一种背光调制系统，包含：

一光源模块，提供一显示面板的背光并对应该显示面板的一显示区域形成多个照明区域，该些照明区域彼此邻接且大致涵盖该显示区域；

一图像转换单元，将欲于该显示面板显示的一图像由一RGB色彩模型转换为独立于图像处理设备的另一色彩模型，以获得该图像各个像素的一原始亮度因子；

一图像数据分析单元，分别统计各该照明区域内的总像素量及到达一预设比例的累加像素量，以获得针对各该照明区域的一像素亮度参考值；

一背光弱化调整单元，依据各该照明区域各自的该像素亮度参考值，计算出各该照明区域的一背光调制率及一映像校正曲线，其中第n个照明区域的背光调制率BD_(n)满足如下条件：

BD_(n)＝Var+[ABL_(n)/(ABL_MAX/1-Var)]；

其中Var为大于0且小于1的一变量，ABL(n)为第n个照明区域的像素亮度参考值，且ABL_MAX为最大像素亮度参考值，且当该光源模块具有a个光源将显示区域分为(a+1)个照明区域，每个照明区域分布有p条扫描线时，则第1个照明区域内所有p条扫描线的映像校正曲线斜率均为第1个光源的背光调制率的倒数，第(a+1)个照明区域内所有p条扫描线的映像校正曲线斜率均为第a个光源的背光调制率的倒数，而第2个至第a个照明区域中的第n个照明区域其对应第m条扫描线的映像校正曲线斜率S(m，n)符合下式：

$S(m,n)=\frac{1}{{\mathrm{BD}}_{(n-1)}+({\mathrm{BD}}_{\left(n\right)}-{\mathrm{BD}}_{(n-1)})\&times;\frac{m}{p}};$

其中BD_(n)代表第n个照明区域的背光调制率，BD_(n-1)代表第(n-1)个照明区域的背光调制率，2≤n≤a，1≤m≤p，且m、n为正整数；及

一图像重建单元，依据各该照明区域各自的该映像校正曲线，将各该照明区域内的所有像素的该原始亮度因子重置为一输出亮度因子，并依据该输出亮度因子与一图像输入值取得针对该照明区域的一输出图像。

2.根据权利要求1所述的背光调制系统，其特征在于，该光源模块包含多个线光源，且这些线光源将该显示区域分隔为这些照明区域。

3.根据权利要求1所述的背光调制系统，其特征在于，该光源模块包含一发光二极管阵列，且这些照明区域排列呈一阵列形态。

4.根据权利要求1所述的背光调制系统，其特征在于，独立于图像处理设备的该色彩模型为xyY色彩模型、Lab色彩模型、或Luv色彩模型。

5.根据权利要求1所述的背光调制系统，其特征在于，该累加像素量为由高亮度因子向低亮度因子累加每一亮度因子值的像素数量而得，且该像素亮度参考值为当该累加像素量等于该总像素量与该预设比例的乘积、或大于该总像素量与该预设比例的乘积的最小整数量时所撷取的该原始亮度因子值。

6.根据权利要求1所述的背光调制系统，其特征在于，该最大像素亮度参考值ABL_MAX等于100。

7.根据权利要求1所述的背光调制系统，其特征在于，该照明区域涵盖多个像素列，各该像素列分别对应一映像校正曲线，且该图像输入值包含各该像素的一色彩因子。

8.一种背光调制方法，包含如下步骤：

对应一显示区域形成多个照明区域，这些照明区域彼此邻接且大致涵盖该显示区域；

将欲于该显示面板显示的一图像由一RGB色彩模型转换为独立于图像处理设备的另一色彩模型，以获得该图像各个像素的一原始亮度因子；

分别统计各该照明区域内的总像素量及到达一预设比例的累加像素量，以获得针对各该照明区域的一像素亮度参考值；

依据各该照明区域各自的该像素亮度参考值，计算出各该照明区域的一背光调制率及一亮度因子重置模型；

依据各该照明区域各自的该亮度重置模型，将各该照明区域内的各该像素的该原始亮度因子重置为一输出亮度因子；及

依据该输出亮度因子与一图像输入值取得针对该照明区域的一输出图像。

9.根据权利要求8所述的背光调制方法，其特征在于，该亮度重置模型是一映像校正曲线，该第n个照明区域的背光调制率BD_(n)满足如下条件：

BD_(n)＝Var+[ABL_(n)/(ABL_MAX/1-Var)]；

其中Var为大于0且小于1的一变量，ABL_(n)为第n个照明区域的像素亮度参考值，且ABL_MAX为最大像素亮度参考值。

10.根据权利要求9所述的背光调制方法，其特征在于，当该光源模块具有a个光源将显示区域分为(a+1)个照明区域，每个照明区域分布有p条扫描线时，则第1个照明区域内所有p条扫描线的映像校正曲线斜率均为第1个光源的背光调制率的倒数，第(a+1)个照明区域内所有p条扫描线的映像校正曲线斜率均为第a个光源的背光调制率的倒数，而第2个至第a个照明区域中的第n个照明区域其对应第m条扫描线的映像校正曲线斜率S(m，n)符合下式：

$S(m,n)=\frac{1}{{\mathrm{BD}}_{(n-1)}+({\mathrm{BD}}_{\left(n\right)}-{\mathrm{BD}}_{(n-1)})\&times;\frac{m}{p}};$

其中BD_(n)代表第n个照明区域的背光调制率，BD_(n-1)代表第(n-1)个照明区域的背光调制率，2≤n≤a，1≤m≤p，且m、n为正整数。

11.根据权利要求9所述的背光调制方法，其特征在于，该照明区域涵盖多个像素列，且各该像素列分别对应一映像校正曲线。

12.根据权利要求8所述的背光调制方法，其特征在于，该累加像素量为由高亮度因子向低亮度因子累加每一亮度因子值的像素数量而得，且该像素亮度参考值为当该累加像素量等于该总像素量与该预设比例的乘积、或大于该总像素量与该预设比例的乘积的最小整数量时所撷取的该原始亮度因子值。

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