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CN112086073B - 适用于显示器的背光的区域调光系统与方法 - Google Patents

适用于显示器的背光的区域调光系统与方法 Download PDF

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Abstract

一种适用于显示器的背光的区域调光系统，包含光形模拟单元，其接收脉宽调变值，以提供背光的每一区块的轮廓数据；轮廓分析单元，其根据轮廓数据以产生分析平均值；及扩散补偿单元，其比较分析平均值与目标平均值，再根据比较结果以补偿脉宽调变值，因而产生补偿脉宽调变值。

Description

适用于显示器的背光的区域调光系统与方法
技术领域
本发明涉及一种背光的调光，特别涉及一种适用于液晶显示器的发光二极管背光的区域调光系统与方法。
背景技术
液晶显示器(LCD)本身不会发光，需要使用背光(backlight)以提供照射光给液晶显示器。背光的光源可包含发光二极管(LED)。
为增进对比度(contrast)，使用背光调光(dimming)技术以动态控制背光的光度(luminance)。全域(global)调光是背光调光的其中一种技术，其同时控制整个显示面板的光度。全域调光可增进相邻图框(frame)间的动态对比度(dynamic contrast)。区域(local)调光是另一种背光调光技术，其控制单一图框的显示面板一部分的光度。区域调光可增进静态对比度(static contrast)。
传统调光方法(特别是区域调光方法)存在光度不均匀(luminanceunevenness)与闪烁(flicker)的问题。更重要的是，传统区域调光方法无法有效降低功率消耗。因此亟需提出一种新颖机制以克服传统区域调光方法的缺点。
发明内容
鉴于上述，本发明实施例的目的之一在于提出一种适用于液晶显示器的发光二极管背光的区域调光系统与方法，其可有效补偿光扩散以增进动态范围。
根据本发明实施例，适用于显示器的背光的区域调光系统包含光形模拟单元、轮廓分析单元及扩散补偿单元。光形模拟单元接收脉宽调变值，以提供背光的每一区块的轮廓数据。轮廓分析单元根据轮廓数据以产生分析平均值。扩散补偿单元比较分析平均值与目标平均值，再根据比较结果以补偿脉宽调变值，因而产生补偿脉宽调变值。
附图说明
图1显示适用于液晶显示器的发光二极管背光的区域调光系统的方块图。
图2显示本发明实施例的适用于液晶显示器的发光二极管背光的区域调光系统的方块图。
图3显示本发明实施例的适用于液晶显示器的发光二极管背光的区域调光方法的流程图。
图4A显示图2的背光的剖面示意图，并显示背光的发光二极管的光扩散曲线。
图4B显示背光的理想发光二极管区块所产生的非扩散光轮廓的俯视图。
图4C显示(图2)背光的真实发光二极管区块所产生的扩散光轮廓的俯视图。
图5例示背光相应的区块的比值。
附图标记说明：
100 区域调光系统
11 平均估算单元
111 最大亮度单元
112 直方图单元
113 权重控制单元
12 脉宽调变增益控制单元
13 空间滤波器
14 场景改变检测单元
15 时域滤波器
16 光形模拟单元
17 像素补偿单元
18 误差扩散单元
200 区域调光系统
20 脉宽调变补偿增益单元
21 背光
22 轮廓分析单元
23 扩散补偿单元
300 区域调光方法
31 提供背光的每一区块的轮廓数据
32 产生分析平均值
33 比较分析平均值与目标平均值
34 补偿脉宽调变值
35 根据补偿脉宽调变值以控制背光的相应发光二极管的开启
具体实施方式
图1显示适用于液晶显示器的发光二极管背光的区域调光系统100的方块图，其揭示于本申请的申请人的美国申请，申请号16/107,938，申请日2018年8月21日，标题为“LOCAL DIMMING SYSTEM AND METHOD ADAPTABLE TO A BACKLIGHT OF A DISPLAY”。
区域调光系统100可包含平均估算单元11，其接收影像并估算其平均值。平均值可根据影像的直方图(histogram)来估算。平均估算单元11可包含最大亮度(brightness)单元111，用以决定影像每一像素的最大亮度，但不分颜色(例如红色、绿色及蓝色)。
平均估算单元11可包含直方图单元112，其根据影像的直方图以产生直方图平均值。平均估算单元11可包含权重控制单元113，用以产生平均值。
区域调光系统100可包含脉宽调变(PWM)增益控制单元12，其根据(平均估算单元11的)平均值以产生脉宽调变增益值。脉宽调变增益值用以控制提供给发光二极管背光的功率。脉宽调变增益值愈大，提供给发光二极管背光的总功率愈高。
区域调光系统100可包含空间滤波器(spatial filter)13，其于空间域处理平均值，以增强脉宽调变增益值，因而产生增强(enhanced)脉宽调变增益值。区域调光系统100可包含场景改变检测(scene change detection)单元14，其根据(直方图单元112的)直方图平均值以检测场景改变。
区域调光系统100可包含时域滤波器(temporal filter)15，其根据(空间滤波器13的)增强脉宽调变增益值及(场景改变检测单元14的)场景改变检测结果，于时间域执行以调整调光速度并防止闪烁(flicker)，因而产生脉宽调变值。
区域调光系统100可包含光形模拟(light shape imitation)单元16，其根据(时域滤波器15的)脉宽调变值以产生光度(luminance)增益。区域调光系统100还可包含像素补偿单元17，其根据(光形模拟单元16的)光度增益以执行影像的像素补偿，因而产生补偿影像。
区域调光系统100可包含误差扩散(error diffusion)单元18，用以对补偿影像执行误差扩散。误差扩散可通过删除(truncate)至少一个最低有效位(LSB)来达成，例如将14位的补偿影像经位删除后成为12位。借此，可有效降低轮廓(contour)效应以增进影像品质。
图2显示本发明实施例的适用于液晶显示器的发光二极管背光21的区域调光系统200的方块图。区域调光系统200的方块可使用硬件(例如数字影像处理器)、软件(例如电脑程序)或其组合来实施。图3显示本发明实施例的适用于液晶显示器的发光二极管背光21的区域调光方法300的流程图。
一般来说，发光二极管所发射的光线并不是准直的(collimated)，因此背光21的区块(其包含一或多个发光二极管)的照射光所代表的轮廓(profile)数据通常会扩散或延伸至相邻区块，因而降低影像的动态范围。例如，亮点变得暗淡，而暗点则不够暗。图4A显示图2的背光21的剖面示意图，并显示背光21的发光二极管的光扩散曲线。图4B显示背光的理想发光二极管区块所产生的非扩散光轮廓的俯视图，图4C显示(图2)背光的真实发光二极管区块所产生的扩散光轮廓的俯视图。图2所示的区域调光系统200可补偿真实发光二极管所造成的光扩散，因而大量增进动态范围。
在本实施例中，区域调光系统200可包含光形模拟(light shape imitation)单元16，用以提供背光21的每一区块的轮廓数据(步骤31)。如前图1所述，光形模拟单元16接收(时域滤波器15的)脉宽调变值。
区域调光系统200可包含轮廓分析单元22，其接收(光形模拟单元16的)轮廓数据，据以产生分析平均值(步骤32)。分析平均值的产生可使用前述图1的平均估算单元11产生平均值或者空间滤波器13产生增强脉宽调变增益值的相同或类似方法。
本实施例的区域调光系统200可包含扩散补偿单元23，其比较分析平均值与目标平均值(其可从区域调光系统200的输入影像得到)(步骤33)，再根据(分析平均值与目标平均值的)比较结果以补偿脉宽调变值，因而产生补偿脉宽调变值(步骤34)。在本实施例中，首先决定(背光21的一区块的)目标平均值与分析平均值的比值，再以所决定的比值乘脉宽调变值，以产生补偿脉宽调变值。最后，传送(扩散补偿单元23的)补偿脉宽调变值至脉宽调变补偿增益单元20，以控制背光21的相应发光二极管的开启(步骤35)。
图5例示背光21相应的区块的比值。在这个例子中，部分(斜线)区块的脉宽调变值分别被较大的比值所增大，而部分(点)区块的脉宽调变值分别被较小的比值所减小。借此，可有效补偿输入影像以增进动态范围。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的权利要求范围；凡其它未脱离发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种适用于显示器的背光的区域调光系统，包含：
一光形模拟单元，其接收脉宽调变值，以提供该背光的每一区块的轮廓数据；
一轮廓分析单元，其根据该轮廓数据以产生分析平均值；及
一扩散补偿单元，其比较该分析平均值与目标平均值，再根据比较结果以补偿该脉宽调变值，因而产生补偿脉宽调变值，
其中该扩散补偿单元决定该目标平均值与该分析平均值的比值作为该比较结果，并且该扩散补偿单元将该比值乘该脉宽调变值，以产生该补偿脉宽调变值。
2.根据权利要求1所述适用于显示器的背光的区域调光系统，其中该背光包含一发光二极管背光。
3.根据权利要求1所述适用于显示器的背光的区域调光系统，其中该显示器包含一液晶显示器。
4.根据权利要求1所述适用于显示器的背光的区域调光系统，其中该目标平均值从一输入影像得到。
5.根据权利要求1所述适用于显示器的背光的区域调光系统，还包含：
一脉宽调变补偿增益单元，其接收该补偿脉宽调变值，据以控制该背光的开启。
6.一种适用于显示器的背光的区域调光方法，包含：
接收脉宽调变值，以提供该背光的每一区块的轮廓数据；
根据该轮廓数据以产生分析平均值；
比较该分析平均值与目标平均值；及
根据比较结果以补偿该脉宽调变值，因而产生补偿脉宽调变值，
其中该目标平均值与该分析平均值的比值作为该比较结果，并且该比值乘该脉宽调变值，以产生该补偿脉宽调变值。
7.根据权利要求6所述适用于显示器的背光的区域调光方法，其中该背光包含一发光二极管背光。
8.根据权利要求6所述适用于显示器的背光的区域调光方法，其中该显示器包含一液晶显示器。
9.根据权利要求6所述适用于显示器的背光的区域调光方法，其中该目标平均值从一输入影像得到。
10.根据权利要求6所述适用于显示器的背光的区域调光方法，还包含：
根据该补偿脉宽调变值以控制该背光的开启。
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