CN114203117B

CN114203117B - 区域调光方法与显示设备

Info

Publication number: CN114203117B
Application number: CN202010908588.6A
Authority: CN
Inventors: 陈伍丰; 吕学璁; 陈再兴; 蔡政哲
Original assignee: Himax Technologies Ltd
Current assignee: Himax Technologies Ltd
Priority date: 2020-09-02
Filing date: 2020-09-02
Publication date: 2022-10-21
Anticipated expiration: 2040-09-02
Also published as: CN114203117A

Abstract

本发明提出一种区域调光方法，包括：将数字影像划分为多个区块，并且计算每一个区块的背光参数；对背光参数执行背光源模拟以计算出每一个像素的光源亮度；根据多个数值范围以将背光参数量化为多个参考背光参数；对参考背光参数执行背光源模拟以计算出每一个像素的参考光源亮度；对于每一个像素，如果对应的参考光源亮度为最暗背光参数，则设定像素的增益小于或等于第一数值，否则根据对应的光源亮度与参考光源亮度之间的比值计算像素的增益；以及对于每一个像素，根据对应的增益来调整像素的灰阶值，并根据调整后的灰阶值来驱动显示面板。

Description

区域调光方法与显示设备

【技术领域】

本申请涉及一种能够动态地决定像素增益的区域调光方法与显示设备。

【背景技术】

随着影像显示技术的发展，消费者对画质的要求越来越高，因而发展出区域调光技术，即是将画面分割成多个区域，每个区域根据各自的画面内容采用对应的背光亮度，使得画面对比度增加。在一些技术中，背光亮度变小的区域会根据一增益来放大像素的灰阶值(包括红色、蓝色与绿色)以作为补偿，但如果像素中具有噪声，则此噪声会被放大而造成色偏。例如，当要显示黑色的背景时，像素中红色、蓝色与绿色的灰阶值应该要相等或接近，如果绿色具有正值的噪声，则此噪声会被放大使得像素产生绿色的色偏。此外，在一些情况下计算出的增益会过度补偿灰阶值。

【发明内容】

本发明的实施例提出一种区域调光方法，适用于显示设备，此显示设备包括显示面板与背光模块，背光模块包括多个发光单元。区域调光方法包括：将数字影像划分为多个区块，并且计算每一个区块的背光参数，其中数字影像包括多个像素，这些背光参数分别对应至发光单元，每一个背光参数用于调整对应的发光单元的亮度；对背光参数执行背光源模拟以计算出每一个像素的光源亮度；根据多个数值范围以将这些背光参数量化为多个参考背光参数，这些参考背光参数包括一最暗背光参数；对这些参考背光参数执行背光源模拟以计算出每一个像素的参考光源亮度；对于每一个像素，如果对应的参考光源亮度为最暗背光参数，则设定像素的增益小于或等于第一数值，否则根据对应的光源亮度与参考光源亮度之间的比值计算像素的增益；以及对于每一个像素，根据对应的增益来调整像素的灰阶值，并根据调整后的灰阶值来驱动显示面板。

在一些实施例中，每一个发光单元包括至少一个发光二极管，这些背光参数包括对应的发光二极管的占空比。区域调光方法还包括：根据这些背光参数来驱动背光模块。

在一些实施例中，上述的第一数值为1。

在一些实施例中，上述数值范围的数目为2，根据数值范围以将这些背光参数量化为参考背光参数的步骤包括：对于每一个背光参数，若背光参数大于一阈值，则将背光参数二值化为一最亮背光参数，否则将背光参数二值化为最暗背光参数。

在一些实施例中，上述根据对应的光源亮度与参考光源亮度之间的比值计算像素的增益的步骤是根据以下数学式1来执行。

[数学式1]

G＝(R)^(-1/γ)

其中G为增益，γ为实数，R为光源亮度与参考光源亮度之间的比值。

以另一个角度来说，本发明的实施例提出一种显示设备，包括背光模块、显示面板与电路。背光模块包括多个发光单元。电路用于执行以下多个步骤：将一数字影像划分为多个区块，并且计算每一个区块的背光参数，其中数字影像包括多个像素，这些背光参数分别对应至发光单元，每一个背光参数用于调整对应的发光单元的亮度；对这些背光参数执行背光源模拟以计算出每一个像素的光源亮度；根据多个数值范围以将这些背光参数量化为多个参考背光参数，这些参考背光参数包括一最暗背光参数；对这些参考背光参数执行背光源模拟以计算出每一个像素的参考光源亮度；对于每一个像素，如果对应的参考光源亮度为最暗背光参数，则设定像素的增益小于或等于第一数值，否则根据对应的光源亮度与参考光源亮度之间的比值计算像素的增益；以及对于每一个像素，根据对应的增益来调整像素的灰阶值，并根据调整后的灰阶值来驱动显示面板。

在上述的区域调光方法中，可以避免暗区中的噪声被放大，也可以避免像素被过度补偿。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

【附图说明】

图1是根据本发明一实施例图示显示设备的示意图。

图2是根据本发明一实施例图示将数字影像划分为多个区块的示意图。

图3是根据本发明一实施例图示区域调光的流程示意图。

图4是根据本发明一实施例图示产生参考光源亮度的示意图。

【符号说明】

100:显示设备

110:电路

120:背光模块

121:光学膜

122:扩散片

123:反光片

124:发光二极管

130:显示面板

210:数字影像

220:区块

230:发光单元

301,303,304,306,308:步骤

302:背光参数

303_SB:光源亮度

305:参考背光参数

306_RSB:参考光源亮度

309:输出影像

【具体实施方式】

关于本文中所使用的“第一”、“第二”等，并非特别指次序或顺位的意思，其仅为了区别以相同技术用语描述的组件或操作。

图1是根据一实施例图示显示设备的示意图。请参照图1，显示设备100可以为电视、计算机屏幕或其他合适的屏幕或具有屏幕的电子装置。显示设备100包括了电路110、背光模块120与显示面板130。电路110可为微处理器、微控制器、数字图像处理芯片、专用集成电路等，在一些实施例中电路110为时序控制器(time controller)。背光模块120包括了光学膜121、扩散片122、反光片123与发光二极管124，其中光学膜121例如为光导、偏振片或任意的光学膜。显示面板130为液晶显示面板，此液晶显示面板可为边缘场开关(fringefield switching，FFS)面板、共面切换(in-plane switching，IPS)面板、扭转向列型(twisted nematic，TN)面板、垂直配向(vertical alignment，VA)面板等，本发明并不在此限。

电路110用于接收一数字影像，根据数字影像的内容来控制发光二极管124以完成区域调光的方法。特别的是，当要显示很暗的画面内容时，像素的增益会被控制在一数值以下，从而不会放大噪声。以下将举实施例来详细说明此区域调光方法。

图2是根据一实施例图示将数字影像划分为多个区块的示意图。请参照图2，首先取得数字影像210，此数字影像210包括多个像素，每个像素包括多个灰阶值(例如红色、绿色与蓝色)。数字影像210会被划分为多个区块220，每个区块220对应一个发光单元230，发光单元230中包括一或多个发光二极管124。值得注意的是图2仅为示意，本发明并不限制区块220的数目与配置，也不限制每个发光单元230中发光二极管124的数目。在一些实施例中，发光二极管124也可以为次毫米发光二极管(mini LED)或是微型二极管(micro LED)。

图3是根据一实施例图示区域调光的流程示意图。请参照图2与图3，在步骤301，对于数字影像210中的每一个区块，根据此区块内的像素来计算一背光参数302，此背光参数302是用来调整对应发光单元的亮度。例如，背光参数302包括了发光二极管124的占空比(duty cycle)，100％的占空比是对应至最大亮度，而0％的占空比是对应至最低亮度。一般来说，当区块内的像素较亮时计算出的占空比较大，反之当区块内的像素较暗时计算出的占空比较小。举例来说，可先计算区块内每个像素中红色、绿色与蓝色灰阶值的最大值以作为像素亮度。接下来计算区块内像素亮度的平均与最高的十分位(也就是前10％的像素亮度)，然后将这两个数值乘上各自的权重以后加总起来，根据该和来计算占空比(例如通过一个线性或非线性的递增函数)。然而，上述的做法仅是范例，在其他实施例中可以采用任意的算法来计算出占空比。在此实施例中占空比是用12的位来记录，因此占空比的值是在0-4095的范围内。

在一些实施例中，背光参数302也可以是电压值，用于控制流经发光二极管的电流大小，借此调整发光二极管的亮度。在一些实施例中，背光参数302也可以是发光单元内发光二极管被打开的数目，借此控制一个发光单元的亮度。

接下来的流程被分为两条路径，在第一个路径(步骤303)，对背光参数302执行一背光源模拟以计算出每一个像素的光源亮度303_SB。此背光源模拟也称为光形状模拟(light shape imitation)，此模拟是基于显示设备100的模型来决定，此模型可通过实验或任意的方法来取得。

在步骤304，根据多个数值范围将这些背光参数302量化为多个参考背光参数305。在一些实施例中，数值范围的数目为2，上述的量化即是二值化，这两个数值范围例如为[0，384)与[384，4095]。也就是说，如果背光参数大于或等于一阈值(例如384)则将此背光参数二值化为4095(也称为最亮背光参数)，否则将此背光参数二值化为0(也称为最暗背光参数)。举例来说，请参照图4，图4是根据一实施例图示产生参考光源亮度的示意图。根据数字影像210可以计算出每个区块的背光参数302，在将背光参数302量化以后(在图4中为二值化)可以得到参考背光参数305。从图4中可以看出数字影像中较暗的区域会对应至0，其余则会对应至4095。

请参照图3与图4，在步骤306中，对这些参考背光参数305执行背光源模拟以计算出每个像素的参考光源亮度306_RSB。虽然在背光源模拟时光源会被扩散，但在此实施例中参考光源亮度306_RSB中依然有许多数值为0(即最暗背光参数)。

在步骤308，对于每个像素计算其增益，特别的是当像素的参考光源亮度306_RSB为最暗背光参数时，会将增益设定为小于或等于第一数值(例如1)，这是因为此像素所对应的是数字影像210中黑色的背景，如果增益大于1，则会放大噪声而产生色偏。在一些实施例中，上述的第一数值也可以为0.9、1.1、1.2、1.3或其他合适的数值。在一些实施例中，当像素的参考光源亮度306_RSB为最暗背光参数时，会将增益设定为1。另一方面，如果像素的参考光源亮度306_RSB并不是最暗背光参数，则可以根据对应的光源亮度303_SB与参考光源亮度306_RSB之间的比值来计算增益，如以下数学式1所示。

[数学式1]

G＝(R)^(-1/γ)

其中G为增益。γ为一实数，例如为2.2。R为光源亮度与参考光源亮度之间的比值，也可表示为R＝a/b，其中a为光源亮度，b为参考光源亮度。当参考光源亮度为最亮背光参数(即4095)时，比值R表示最大亮度的百分比，此时需要增加灰阶值，但由于灰阶值的改变必须经过伽玛曲线(gamma curve)才可以反应真实亮度的改变，因此上述比值R必须代入至伽玛曲线的反函数，另外数学式1中的数值-1表示灰阶值的调整反比于背光源亮度的调整。

在此实施例中上述的两个数值范围为[0,384)与[384,4095]，但在其他实施例中也可以设定更多数值范围，例如[0,384)、[384,2048)与[2048,4095]，这三个数值范围对应的参考背光参数分别为0、2048与4095。本发明并不限制上述数值范围的数目。

在计算出增益以后，便可以根据对应的增益来调整像素的灰阶值(包括红色、绿色与蓝色)以得到输出影像309。最后，根据调整后的灰阶值(即输出影像309)来驱动显示面板130，并且根据背光参数302来驱动背光模块120。例如，电路110会根据背光参数302(例如为占空比)来开启对应发光单元中的发光二极管。电路也会将调整后的灰阶值传送至一源极驱动器，源极驱动器会据此在相对应的数据线产生相对应的电压，然而本领域普通技术人员当可理解如何根据灰阶值来驱动显示面板，在此并不详述其细节。

在上述的区域调光方法中，在画面暗处是通过算法来动态地决定像素的增益，借此避免暗区中的噪声被放大，也可以避免像素被过度补偿。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用于限定本发明，任何所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims

1.一种区域调光方法，适用于显示设备，所述显示设备包括显示面板与背光模块，所述背光模块包括多个发光单元，所述区域调光方法包括：

将数字影像划分为多个区块，并且计算所述多个区块的每一个的背光参数，其中所述数字影像包括多个像素，多个所述背光参数分别对应至所述多个发光单元，多个所述背光参数的每一个用于调整对应的所述发光单元的亮度；

对多个所述背光参数执行背光源模拟以计算出所述多个像素的每一个的光源亮度；

根据多个数值范围以将多个所述背光参数量化为多个参考背光参数，所述多个参考背光参数包括一最暗背光参数；

对所述多个参考背光参数执行所述背光源模拟以计算出所述多个像素的每一个的参考光源亮度；

对于所述多个像素的每一个，如果对应的所述参考光源亮度为所述最暗背光参数，则设定所述像素的增益小于或等于第一数值，否则根据对应的所述光源亮度与所述参考光源亮度之间的比值计算所述像素的所述增益；以及

对于所述多个像素的每一个，根据对应的所述增益来调整所述像素的灰阶值，并根据调整后的所述灰阶值来驱动所述显示面板。

2.根据权利要求1所述的区域调光方法，其中所述多个发光单元的每一个包括至少一发光二极管，多个所述背光参数包括对应的所述发光二极管的占空比，所述区域调光方法还包括：

根据多个所述背光参数来驱动所述背光模块。

3.根据权利要求1所述的区域调光方法，其中所述第一数值为1。

4.根据权利要求1所述的区域调光方法，其中所述多个数值范围的数目为2，根据所述多个数值范围以将多个所述背光参数量化为所述多个参考背光参数的步骤包括：

对于多个所述背光参数的每一个，若所述背光参数大于一阈值，则将所述背光参数二值化为最亮背光参数，否则将所述背光参数二值化为所述最暗背光参数。

5.根据权利要求1所述的区域调光方法，其中根据对应的所述光源亮度与所述参考光源亮度之间的比值，计算所述像素的所述增益的步骤是根据以下数学式1来执行：

[数学式1]

G＝(R)^(-1/γ)

其中G为所述增益，γ为一实数，R为所述光源亮度与所述参考光源亮度之间的比值。

6.一种显示设备，包括：

背光模块，包括多个发光单元；

显示面板；以及

电路，用于执行以下多个步骤：

7.根据权利要求6所述的显示设备，其中所述多个发光单元的每一个包括至少一发光二极管，多个所述背光参数包括对应的所述发光二极管的占空比，所述电路根据多个所述背光参数来驱动所述背光模块。

8.根据权利要求6所述的显示设备，其中所述第一数值为1。

9.根据权利要求6所述的显示设备，其中所述多个数值范围的数目为2，所述电路还用于：

10.根据权利要求6所述的显示设备，其中根据对应的所述光源亮度与所述参考光源亮度之间的比值计算所述像素的所述增益的步骤是根据以下数学式1来执行：

[数学式1]

G＝(R)^(-1/γ)

中G为所述增益，γ为一实数，R为所述光源亮度与所述参考光源亮度之间的比值。