專利名稱：一種動態(tài)背光控制方法及控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種動態(tài)背光控制方法，尤其涉及一種基于環(huán)境光和圖像內容
的動態(tài)背光控制方法；本發(fā)明還涉及一種動態(tài)背光控制裝置。
背景技術：
動態(tài)背光技術是一個方法，這是一種智能的控制，這些控制使得產品在賣 場展銷時，能夠充分表現(xiàn)出來它的明亮鮮艷，消費者在家里觀看時也會很舒適， 不容易感到疲勞，同時還可以節(jié)能。因為在動態(tài)調節(jié)背光過程中，功耗就降下 去了，背光常開的話。光源是恒定的，它的功耗是^f艮大的。
無論是自然光或者是動態(tài)背光，目標都是是消費者觀看電視能夠更健康更 環(huán)保。自然光這個技術，主要是把偏振光還原成園偏振光，而園偏振光十分接 近自然光。自然光和動態(tài)背光可以說是在產品的不同部分實現(xiàn)，自'然光實現(xiàn)應 該是靠近前端一點的屏的部分，動態(tài)背光動態(tài)對比度是在后端通過芯片來實現(xiàn) 的。 液晶顯示是靠背光作為光源發(fā)光，普通液晶電視圖像只是對圖像內容即液 晶分子偏轉進行控制，不對背光亮度進行調節(jié)。但是之前的動態(tài)背光控制算法 或者采用檢測環(huán)境光算法又或者采用檢測圖像本身的信號算法，主要為了實現(xiàn) 節(jié)能以及簡單易實現(xiàn)，而沒有充分考慮圖像畫質視覺效果。
比如圖像內容平均亮度大，即降低背光亮度；平均亮度小，即提高背光亮 度。這種算法沒有嚴格的定量計算和理論依據(jù)，必然會帶來圖像畫質和用戶滿 意度的降低。
，如中國專利200710086857，名稱為"一種液晶顯示器的動態(tài)背光控制方法" 的公開專利申請中， 一種液晶顯示器的動態(tài)背光控制方法，所述的方法是先由 液晶顯示器接收一圖框數(shù)據(jù)，所述的圖框數(shù)據(jù)包含復數(shù)個原始灰階碼，將圖框 數(shù)據(jù)的原始灰階碼根據(jù)各灰階值的不同進行數(shù)量分布統(tǒng)計與數(shù)值運算，再根據(jù)數(shù)值運算的結果，將原始灰階碼對應至復數(shù)個修正灰階碼，接著將修正灰階碼 分別傳送至所述的液晶顯示器的背光控制單元與數(shù)據(jù)修正單元，進而得以調整 背光模塊的亮度與顯示器面板的亮度，如此降低背光模塊耗電量，提高影像呈 現(xiàn)質量。此發(fā)明基于圖像內容進行背光調整，不能結合環(huán)境光的影響因素。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種基于環(huán)境光和圖像內容的動態(tài)背光控制方法，從
人體視覺角度出發(fā)，揭示一種更合理的OD(零維)動態(tài)背光控制方式。
本發(fā)明的技術方案是， 一種動態(tài)背光控制方法，用于控制背光源的亮度， 包括
接收輸入的第一圖傳_信號； 接收輸入的環(huán)境光檢測信號；
處理接收到的第 一圖像信號和環(huán)境光檢測信號，并計算產生背光控制信號。
作為本發(fā)明一個較佳實施例，所述的環(huán)境光檢測信號根據(jù)環(huán)境光亮度產生，
所述背光控制信號控制背光源的背光值，所述環(huán)境光亮度與背光值之間的關系
' 150,5^150x15% 5r麗=< +150/0,150 x 150/0 < S 5尸x 150/0
函數(shù)為 L &，^>^><15% ，其中，BfMAx表示環(huán)境光確定值
下的背光值的最大值，Bp表示屏幕能顯示的最大亮度，Ba表示壞境光亮度。
作為本發(fā)明一個較佳實施例，設置第一閥值，環(huán)境光檢測信號小于第一閥
值時，不調整背光值；當環(huán)境光檢測信號大于第一閥值時，以固定速度
V=(BP-150)/5的速度調整背光值。
作為本發(fā)明一個較佳實施例，所述的對第一圖像信號進行處理前首先定義
對比度增強，對比度增強分為強中弱三檔，強檔15%,沖檔3%,低檔O. 2%,預
先設置對比度增強；定義直方圖級數(shù)HT,預先設置直方圖級數(shù)，根據(jù)對比度增
強和直方圖級數(shù)，計算第一圖像信號的最大和最小亮度。
作為本發(fā)明 一個較佳實施例，所述的第 一 圖像信號處理步驟包括選取第一圖像的有用信號并選取圖像擴展范圍，根據(jù)擴展范圍擴展直方圖，根據(jù)直方圖 調節(jié)背光源。
作為本發(fā)明一個較佳實施例，所述的第一圖像信號處理過程包括基于圖 像擴展范圍，進行直方圖的擴展，將有用信號撐滿整個直方圖范圍；根據(jù)直方 圖計算背光控制輸出信號，使用戶收看圖像內容基本不變。
作為本發(fā)明一個較佳實施例，所述的擴展直方圖包括線性方式和非線性方式。
本發(fā)明的另一目的在于揭示一種動態(tài)背光控制裝置，根據(jù)環(huán)境光和圖像輸 入信號產生背光控制信號。
一種動態(tài)背光控制裝置，用于調整背光源的亮度，包括環(huán)境光檢測接收單 元，接收環(huán)境光檢測信號、第一圖像信號接收單元，接收第一圖像信號和信號 處理單元；還包括信號處理單元，對所述第一圖像信號和環(huán)境光檢測信號進行 處理，計算產生背光控制信號。
作為本發(fā)明一個較佳實施例，所述的信號處理單元包括環(huán)境光調節(jié)背光模 塊和圖像內容調節(jié)背光模塊，所述的環(huán)境光調節(jié)背光模塊和圖像內容調節(jié)背光 模塊對所述的第 一 圖像信號和環(huán)境光檢測信號進行計算并產生背光控制信號， 輸出至背光源。
作為本發(fā)明一個較佳實施例，所述的環(huán)境光檢測信號根據(jù)環(huán)境光亮度產生， 所述背光控制信號控制背光源的背光值，環(huán)境光亮度與背光值之間的關系函數(shù) ' 150,^2150x15%
份麗
& +15%,150 x 15% <萬Z 5P x 15% Bp，5j >5cxl50/o
為 L ，"p^xiw ,其中，B^x表示環(huán)境光確定值下的
背光的最大值，Bp表示屏幕能顯示的最大亮度，Ba表示壞境光亮度；設置第一閥 值，環(huán)境光檢測信號小于第一閥值時，不調整背光值；當環(huán)境光檢測信號大于 第一閥值時，以固定速度V-(B廣150)/5的速度調整背光值。
本發(fā)明根據(jù)環(huán)境光和圖像內容控制背光，同時系統(tǒng)性的起到節(jié)能以及畫質 提升的作用，是今后技術的發(fā)展趨勢；從人體視覺角度出發(fā)，提出了更合理的
6OD(零維)動態(tài)背光控制方式，即背光亮度與環(huán)境光和圖像內容的關系函數(shù)。本 發(fā)明兼顧考慮了節(jié)能效果、測量指標和主觀畫質的優(yōu)化方案；優(yōu)于之前的僅考 慮節(jié)能的算法、或者簡單根據(jù)圖像平均亮度調節(jié)背光的算法，也就避免出現(xiàn)像 單獨追求測量指標之類的極端。


附圖1為本發(fā)明爭支佳實施例的動態(tài)背光控制總體流程示意圖； 附圖2為本發(fā)明豐支佳實施例的環(huán)境光調節(jié)背光模塊算法描述示意圖； 附圖3為本發(fā)明較佳實施例的圖像內容調節(jié)背光模塊算法中線性擴展直方 圖示意附圖4為本發(fā)明較佳實施例的圖像內容調節(jié)背光模塊算法中非線性擴展直 方圖示意圖。
附圖1中l(wèi)為信號處理單元，2為第一圖像信號接收單元，3為環(huán)境光檢 測信號接收單元，LABC表示環(huán)境光調節(jié)背光模塊算法，CABC表示圖像內容調節(jié) 背光模塊算法。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和 特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本發(fā)明的保護范圍做出更為清楚 明確的界定。
動態(tài)背光控制技術可以適用于液晶顯示器、液晶電視及相關產品上，比如 數(shù)碼相框和PDA等，本發(fā)明實施例以液晶電視為例來介紹動態(tài)背光控制的實施 過程及相應的效果，從而幫助本領域技術人員理解本發(fā)明的內容，但本發(fā)明并 不限于應用在液晶電^L上。
本發(fā)明揭示的動態(tài)背光控制技術的目標是
l.節(jié)能，降4氐背光功率，即能效比；2.提升視覺效果和人體保護，包括
a) 對比度增強；
b) 保護視力健康，減輕疲勞。 本發(fā)明揭示的動態(tài)背光控制技術，主要是對外界環(huán)境光和圖像信號兩者進
行優(yōu)化合理利用，通過對上述兩種信號的合理處理，進而輸出2組控制信號， 包括輸出圖傳W言號和背光控制信號，通過背光控制信號控制背光源的背光值， 從而調節(jié)背光源的亮度。
如圖l所示，為本發(fā)明實施例的動態(tài)背光控制技術總體流程示意圖，圖中1 為信號處理單元，2為第一圖像信號接收單元，3為環(huán)境光檢測信號接收單元。 本發(fā)明實施例中的信號處理單元l包括兩個模塊環(huán)境光調節(jié)背光模塊，下面
簡稱LABC--Light sensor Adaptive Brightness ControU和圖像內容調節(jié)
背光模塊，下面簡稱CABC--Content Adaptive Brightness Control。
環(huán)境光檢測信號接收單元3接收外部環(huán)境光的檢測信號，并將此信號輸出 至信號處理單元l;第一圖像信號接收單元2接收節(jié)目源信號，并將此信號輸出 至信號處理單元1;信號處理單元1根據(jù)接收到得環(huán)境光檢測信號和第一圖^f象信 號進行優(yōu)化處理，通過一定的計算產生背光控制信號，將背光控制信號輸出至 背光源，實現(xiàn)對背光源的控制，并將第二圖像信號輸出至電視3幾的處理器，供 電4見才幾的顯示單元進4亍顯示。
下面分別介紹信號處理單元根據(jù)環(huán)境光信號進行處理的過程以及根據(jù)圖像 內容進行處理的過程，此處分別簡稱LABC處理過程和CABC處理過程。
如圖2所示，LABC處理過程中，首先需要確定CABC處理過程的背光的最大 值BrMAX,即環(huán)境光控制背光函數(shù)限制了圖像控制背光函數(shù)的最大值。
' 150,5^150x15% 5rA*^ =' 5x +150/o,l 50 x 150/0 < 5力S B尸x 150/o 5p,5j >5P xl50/o
其中，Bp為屏幕能顯示的最大亮度，BA為環(huán)境光亮度，環(huán)境光亮度根據(jù)實際 應用環(huán)境的變化而變化。BrMAX最小值150cd/m2是適合眼睛觀看電視的亮度下限，在此亮度下人眼 可以正常收看電4見畫面。
BrMAX最大值BP通常是液晶屏廠家設計的屏幕最高亮度。在此亮度下在明 亮環(huán)境(室外)下可清楚顯示圖像，而對室內環(huán)境來說較亮，不適合家庭長時 間收看電視節(jié)目。
之所以按照上述處理過程和函數(shù)進行處理，是因為人眼會對圖像亮度峰值 自適應地調整瞳孔保持入射視網膜光線的范圍，而當圖像亮度峰值大幅度變化 時，人眼瞳孔也會大幅度縮放導致視覺疲勞。由于圖像亮度太大會對人眼造成 損傷，因此液晶屏廠家設計會遠低于此門限；圖像亮度太低時人眼的錐狀細胞 不起感光作用，改為由桿狀細胞起感光作用，而桿狀細胞僅能感應亮度而感應 不到色彩。
國內外的一些研究都表明背景亮度與電視屏幕峰值亮度之比為0. 15是比較 合適的。因此LABC處理過程的函數(shù)曲線在150*0. 15與BA*0. 15之間，是線性 變換關系，之外則分別對應是最小值和最大值。
本發(fā)明實施例中，通過采用合適的軟件來調節(jié)背光速度。環(huán)境光控制背光 亮度時，采用緩變模式。根據(jù)環(huán)境光的變化，環(huán)境光檢測單元根據(jù)環(huán)境光的變 化，產生環(huán)境光檢測信號，對應的，環(huán)境光檢測信號設置第一閥值(比如設定 為IO)，當環(huán)境光變化4吏得環(huán)境光檢測信號超過第一閥值時(大于IO),以固定 速度V-(BP-150) /5的速度(可以對應為寄存器映射，即PWM占空比每秒增減p) 變化，這樣，環(huán)境光從最亮到最暗，背光需5秒鐘完整調整過程。若背光變化 過程中，環(huán)境光又發(fā)生變化，則實時進行背光調整量的更新。這樣做的目的是 防止噪聲和千擾，比如當有人在電視機邊上走過時，環(huán)境光也會發(fā)生變化，但 如果變化值未達到第一閥值(小于IO),則處理單元不會發(fā)出背光調整的信號。
ABL=V*At, /人而經過厶t調整到位。
這樣，用戶看到隨環(huán)境光變化的畫面，同時不會出現(xiàn)由于有人走過的雜光 影響畫面亮度閃動。
下面介紹CABC處理過程，首先須定義對比度增強a分為強中弱三檔，強檔
915%;中檔3%;低檔0. 2%;其次定義直方圖級數(shù)HT,比如8級或32級。 本實施例以ct=15%， HT-8為例來進行示例。
CABC處理過程分為兩部分， 一是基于直方圖擴展的原理，增強信號內容， 即將有用信號(cj1 2cj )撐滿整個直方圖范圍；二是背光控制，補充信號內容 變化，使用戶收看圖^f象內容基本不變。
其中，CABC處理過程包括以下幾個步驟首先選取擴展范圍，然后依據(jù)此 擴展范圍擴展直方圖，再根據(jù)直方圖結果調節(jié)背光源。下面分別介紹每個步驟 的實施過程。
l.選取擴展范圍
下面是VHDL語言，可以方便地改為C語言或其它描述語言 FOR i IN 1 to HT LOOP
If Hl+…+Hi-l <cr< Hl+…+Hi
Then N< = i, Exit
END IF END LOOP
MIX =HN-(Hl+…+HN-a) L< = (N-l) / HT +ML
FOR i IN 1 to HT LOOP
If Hi+...+HHT >a> Hi+1+...+HHT
Then M < = i, Exit
END IF 腦LOOP
MH< =HM-(HM+...+HHT-(t) H< -M/ HT -MH
通過以上計算得出的L和H是圖像的最低亮度和最高亮度(經過統(tǒng)計取舍 后的)。
102. 擴展直方圖
擴展直方圖有兩種方式，可以通過線性的方式，此方式比較筒單；也可以采用非線性的方式，此方式效果更佳，下面分別進4亍介紹。
a) 線性擴展(簡單)al=max(a，L- (H-L)/5)a2=min(l-c7，H+H-L)
亮度=原亮度-(L-al);對比度=原對比度+ ( ct2-(Tl) / (H-L) (dB)。以上計算過程的理論依據(jù)是，圖像亮度變?yōu)?倍以上時，會產生亮度級別合并的情況，即出現(xiàn)等高線現(xiàn)象，因此圖像亮度向上擴展不能超過2倍；由于圖像直方圖擴展時會降低背光亮度，并且圖像亮度向下擴展時還會疊加背光亮度降低，容易出現(xiàn)暗灰階飽和無法分清的問題，因此圖像亮度向下擴展也不能太大，此處設為1. 2。
考慮到亮度對比度與用戶菜單中的設置數(shù)據(jù)共用，因此只在用戶設置^出上進行增減(-(L-crl); + ( cj2-al) / (H-L))，而不直接影響顯示數(shù)據(jù)。若減至下限則強制等于下限，不再繼續(xù)減小；若增至上限則強制等于上限，不再繼續(xù)增大。
b) 非線性擴展(效果更佳)
如圖4所示，采用三段折線的動態(tài)GA畫A方式，將范圍是(L H)的有用信號擴展到(al a2) al和a2的范圍，(0~L)擴展至(0~al), (H l)才廣展至((j 2~1 )。
3. 調節(jié)背光源
a) BL=BLmax/(cj2/H)*Coeff;其中BLmax是LABC確定的背光最大值。Coeff是節(jié)能因數(shù)，可以取Coeff為0. 9。
取l時，相當于圖像內容亮度的提升完全被背光降低所彌補，此時動態(tài)背光設為開或關，圖像最大亮度都不變。因為a2〉H,故BL是小于BLmax。若檢測出圖像全黑顯示，則背光減低至l/3左右。實現(xiàn)大幅度節(jié)能，且不影響用戶收看。
b)圖像內容控制背光亮度時，采用快變模式，即，背光隨每幀畫面內容變化，即背光變化在1/50秒鐘(對PAL制信號)內完成。
相應的，本發(fā)明還揭示了一種動態(tài)背光控制裝置，如圖l所示，包括信號處理單元l、第一圖像信號接收單元2和環(huán)境光檢測信號接收單元3，此處的信號處理單元1包括兩個模塊環(huán)境光調節(jié)背光模塊，簡稱LABC;和圖像內容調節(jié)背光模塊，簡稱CABC。
本發(fā)明較現(xiàn)有動態(tài)背光方案更系統(tǒng)更完整涵蓋了 LABC和CABC的內容以及其之間關系；也更細致相對于其它一些只檢測圖像平均亮度來提高或降低背光，本發(fā)明檢測圖像內容統(tǒng)計量更多(卜32個參數(shù))，背光調整算法雖復雜一些，但適應性更好，且此復雜度仍在系統(tǒng)可支持范圍內；更合理通過對人眼視覺特性的分析，可以保證動態(tài)背光開啟后的圖像畫質沒有損失，甚至還有一點提升。
以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本領域的技術人員在本發(fā)明所揭露的技術范圍內，可不經過創(chuàng)造性勞動想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求書所限定的保護范圍為準。
1權利要求
1、一種動態(tài)背光控制方法，用于控制背光源的亮度，包括接收輸入的第一圖像信號；接收輸入的環(huán)境光檢測信號；其特征在于，處理第一圖像信號和環(huán)境光檢測信號，并計算產生背光控制信號。
2、 根據(jù)權利要求1所述的動態(tài)背光控制方法，其特征在于，所述的環(huán)境光 檢測信號根據(jù)環(huán)境光的亮度產生，所述背光控制信號控制背光源的背光值，環(huán)^層150,5^ S 150x15% & +15%,150 x 15% < 5 J 5尸x 15% 5尸，A >5f xl5%境光亮度與背光值之間的關系函數(shù)為 其中，Br阻表示環(huán)境光確定值下的背光值的最大值，Bp表示屏幕能顯示的最大亮 度，Ba表示壞境光亮度。
3、 根據(jù)權利要求2所述的動態(tài)背光控制方法，其特征在于，設置第一閥值， 環(huán)境光檢測信號小于第一閥值時，不調整背光值；當環(huán)境光檢測信號大于第一 閥值時，以固定速度V-(Bp-150)/5的速度調整背光值。
4、 根據(jù)權利要求l、 2或3所述的動態(tài)背光控制方法，其特征在于，所述 的對第一圖像信號進行處理前首先定義對比度增強，對比度增強分為強中弱三 檔，強檔15%;中檔3%;低檔0. 2%，并預先設置對比度增強；定義直方圖級數(shù) HT,并預先設置直方圖級數(shù)；根據(jù)對比度增強和直方圖級數(shù)計算第一圖像信號 的最大和最小亮度。
5、 根據(jù)權利要求4所述的動態(tài)背光控制方法，其特征在于，所述的第一圖 像信號處理步驟包括根據(jù)第一圖像信號確定圖像的有用信號并選取圖像擴展范 圍，根據(jù)擴展范圍擴展直方圖，根據(jù)直方圖調節(jié)背光源。
6、 根據(jù)權利要求5所述的動態(tài)背光控制方法，其特征在于，所述的第一圖 像信號處理過程包括基于圖像擴展范圍，進行直方圖的擴展，將有用信號撐 滿整個直方圖范圍；根據(jù)直方圖計算背光控制信號。
7、 根據(jù)權利要求6所述的動態(tài)背光控制方法，其特征在于，所述的擴展直方圖包括線性方式和非線性方式。
8、 一種動態(tài)背光控制裝置，用于調整背光源的亮度，包括環(huán)境光檢測接收 單元，接收環(huán)境光檢測信號；第一圖像信號接收單元，接收輸入的第一圖像信 號；其特征在于還包括信號處理單元，對所述第一圖像信號和環(huán)境光檢測 信號進行計算，產生背光控制信號和第二圖^象信號。
9、 根據(jù)權利要求8所述的動態(tài)背光控制裝置，其特征在于，所述的信號處 理單元包括環(huán)境光調節(jié)背光模塊和圖像內容調節(jié)背光模塊，所述的環(huán)境光調節(jié) 背光模塊和圖像內容調節(jié)背光模塊對所述的第 一 圖像信號和環(huán)境光檢測信號分 別進行計算并產生背光控制信號，輸出至背光源。
10、 根據(jù)權利要求9所述的動態(tài)背光控制裝置，其特征在于，所述的環(huán)境 光檢測信號根據(jù)環(huán)境光的亮度產生，所述背光控制信號控制背光源的背光值， 環(huán)境光亮度與背光值之間的關系函數(shù)為<formula>formula see original document page 3</formula>,其中，Br附表示環(huán)境光檢測信號確定值下的背光的最大值，Bp表示屏幕能顯示的最大亮度，Ba表示壞境光亮度；設置第 一閥值，環(huán)境光檢測信號小于第一閥值時，不調整背光值；當環(huán)境光^f全測信號 大于第一閥值時，以固定速度V-(B廠150)/5的速度調整背光值。
全文摘要
一種動態(tài)背光控制方法，用于控制背光源的亮度，包括接收輸入的第一圖像信號；接收輸入的環(huán)境光檢測信號；處理接收到的輸入信號；處理第一圖像信號和環(huán)境光檢測信號，并計算產生背光控制信號；本發(fā)明還揭示了一種相應的動態(tài)背光控制裝置，從人體視覺角度出發(fā)，提出了更合理的0D(零維)動態(tài)背光控制方式。
文檔編號G09G3/36GK101650921SQ20091003453
公開日2010年2月17日 申請日期2009年9月17日 優(yōu)先權日2009年9月17日
發(fā)明者燁 洪 申請人:青島海信電器股份有限公司