CN101312017B - 影像显示装置及影像显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种影像显示装置以解决影像显示装置之高耗电、对比不足、影像闪烁及失真之问题。该影像显示装置包含一影像显示管理模块，其包含一背光控制单元，该背光控制单元包含影像亮度分析器，其根据一输入影像资料以便产生一亮度值；一权值产生器，其根据该亮度值产生之一权值；一影像变异分析器，其分析该输入影像资料而产生一影像变异值；以及一背光因子产生器，其与该权值产生器以及该影像变异分析器耦合以便根据该权值及该影像变异值产生一背光调节信号。藉由该背光调节信号，该影像显示装置得以达到节省电力、增强对比之功效。

Description

影像显示装置及影像显示方法

技术领域

本发明系关于一种影像显示装置及方法；更特定的说，本发明系关系一种液晶显示装置及方法。 

背景技术

液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)被普遍地实施于计算机、手提电脑、电视及各种不同的电子产品中。习知之LCD具有两个最大的缺点，一个是电力的消耗，另一个则是对比的不足。在电子产品中，LCD所消耗的电力可达总消耗电力的30％至70％，而最耗电的部分是其中的背光装置，因此需要一个省电的背光装置已提供一低消耗电力之LCD。而对比不足的问题在LCD显示较暗的影像时尤其明显，由于影像偏暗使得影像无法与背光形成反差而显示，因此需要一个可以在影像偏暗时仍能维持对比之LCD。 

为解决上述之问题，现有技术包括一具有背光控制之影像显示器，其根据输入影像信息之平均亮度值及最大亮度值，以控制背光。但因为此技术并无调整前面板所显示之影像，因此对比的幅度仍不足；且其背光控制装置中之影像分析过于简单，所分析之信息并不能代表输入影像信息的特征。又一现有技术，以改善上述技术之分析缺陷，其根据输入影像信息产生输入影像之亮度直方图，并利用直方图调节背光。虽此种分析以改善前述技术的缺 点，但此分析仍无法实际显现出输入影像之特征。且仅利用直方图分析易使调整后的影像产生闪烁效应，或使影像失真。 

因此，需要一种影像显示装置以解决上述高耗电、对比不足、影像闪烁及失真之问题。 

发明内容

为解决上述之问题，本发明提供一种影像显示管理模块，其包含一背光控制单元，该背光控制单元包含影像亮度分析器，其根据一输入影像资料以便产生一亮度值；一权值产生器，其根据该亮度值产生之一权值；一影像变异分析器，其分析该输入影像资料而产生一影像变异值；以及一背光因子产生器，其与该权值产生器以及该影像变异分析器耦合以便根据该权值及该影像变异值产生一背光调节信号。 

本发明提供一种补偿一输入影像资料之方法，该方法藉由一影像亮度分析器，决定该输入影像资料之一亮度值；藉由一权值产生器以便为该亮度图值产生一权值；藉由一影像变异分析器，分析该输入影像资料以便产生一影像变异值；藉由一背光因子产生器，根据该直方图权值以及该影像变异值而产生一背光调节信号；以及根据该背光调节信号以及来自一影像控制单元之一输出影像资料而产生一补偿的影像输出。 

本发明提供一种影像显示管理模块，其包含一影像控制单元，该影像控制单元包含一低通滤波器，其用于雾化一输入影像资料；一增益因子选择器，其与该低通滤波器耦合以便决定一增益因子；以及一输出资料产生器，其与该增益因子选择器耦合以便产生一输出影像资料。 

本发明提供一种补偿一输入影像资料之方法，该方法包含藉 由一低通滤波器雾化一输入影像资料；藉由一增益因子选择器根据该雾化之输入影像资料决定一增益因子；藉由一输出资料产生器根据该增益因子及该输入影像资料产生一输出影像资料；以及根据该输出影像资料以及来自一背光控制单元之一背光调节信号而产生一补偿的影像输出。 

附图说明

图1为根据本发明之一种影像显示管理模块之示意图。 

图2a-2d为根据本发明之一亮度信号直方图。 

图3为根据本发明之一种计算背光调节信号方法之流程图。 

图4为根据本发明之另一种影像显示管理模块之示意图。 

图5为根据本发明之一种计算输出影像资料方法之流程图。 

图6为根据本发明之另一种影像显示管理模块之示意图。 

具体实施方式

以下将参考显示本发明之具体实施例的附图来更全面地说明本发明。然而本发明不应视为限于本文所提出的具体实施例。更正确地说，提供所述等具体实施例以便此揭示内容将全面而完整，并将完全传达本发明之范畴给熟悉此项技术者。在图式中，为了清楚起见而夸大各层与区域之厚度。在所有图式中，相同数字指相同组件。本文所用的术语「及/或」包含相关联的列举项目之一或多个项目的任何及全部组合。 

本文所用的术语系基于仅说明特定具体实施例之目的，而不希望限制本发明。本文所用的单数形式「一」、「一个」及「所述」亦包含复数形式，除非背景清楚地指示其它情况。应进一步了解：术语「包括」及/或「包含」在用于此说明书时规定存在 所述特征、整数、步骤、操作、组件及/或组件，但是并不排除存在或增加一或多个其它特征、整数、步骤、操作、组件、组件及/或其群组。 

应了解当诸如一层或区域之一组件系指「在」或延伸「至」另一组件「上」时，其可直接在或直接延伸至另一组件上，或亦可存在中介组件。相反，当一组件系指「直接在」或「直接延伸至」另一组件「上」时，则不存在中介组件。亦应了解当一组件系指与另一组件「连接」或「耦合」时，其可与另一组件直接连接或耦合，或可存在中介组件。相反，当一组件系指与另一组件「直接连接」或「直接耦合」时，则不存在中介组件。 

应了解，虽然术语第一、第二等可在本文中用于说明各种组件、组件、区域、层及/或区段，但是所述等术语不应限制所述等组件、组件、区域、层及/或区段。所述等术语系仅用于将一个组件、组件、区域、层或区段与另一个组件、组件、区域、层或区段区分。因此，以下说明之一第一组件、组件、区域、层或区段可称为一第二组件、组件、区域、层或区段，而不脱离本发明之原理。 

此外，例如「较低」、「底座」或「水平」及「较高」、「顶部」或「垂直」之相对术语，可在本文中用来说明图式所解说的一个组件与另一个组件的关系。应了解，除图式所描述的方位以外，希望相对术语包含所述装置之不同方位。例如，若颠倒图式中的装置，则说明为在其它组件之「较低」侧上的组件将定向为在所述等其它组件之「较高」侧上。因此，示范性术语「较低」可包含「较低」及「较高」之方位，此取决于图式的特定方位。同样地，若颠倒所述等图式之一图式中的装置，则说明为在其它组件的「下面」或「下方」之组件将定向为在所述等其它组件「上 面」。因此示范性术语「下面」或「下方」可包含上面方位与下面方位。 

本文参考为本发明之理想化具体实施例之示意性解说的断面图解来说明本发明之具体实施例。因此，例如可预期图解的形状因制造技术及/或公差而发生变化。因此本发明之具体实施例不应视为限于本文所说明的特定区域形状，而应包含例如因制造而产生的形状偏差。例如，解说或说明为锥形区域之一区域通常具有一圆形顶点与粗糙及/或非线性特征。因此，图中解说的所述等区域具有示意性质，而且不希望其形状解说一区域之精确形状及限制本发明之范畴。此外，诸如「水平」及「垂直」之术语指示除精确的0度或90度方位以外之一般方向或关系。 

除非另外定义，否则本文所用的全部术语(包含技术及科学术语)具有与本发明所属之熟习技术人士所共同了解者相同之含意。应进一步了解诸如通用词典所定义的术语之术语应视为具有与其在相关技术之背景中的含意一致之含意，而不应视为具有理想化或过度正式的意义，除非本文如此清楚地定义。 

图1为根据本发明之一种影像显示管理模块100之示意图，该影像显示管理模块100包含背光控制单元110。该背光控制单元110包含影像亮度分析器，于此实施例中一影像亮度分析器利用一直方图产生器101据以实施；权值产生器102；影像变异分析器103；以及背光因子产生器104。其中直方图产生器101系连接于权值产生器102，权值产生器102系连接于背光因子产生器104；而影像变异分析器103也同样地连接于背光因子产生器104。 

背光控制单元110中之直方图产生器101根据输入影像资料I，产生直方图值H，并将直方图值H传送至权值产生器102。权值产生器102则根据直方图值计算出权值W，并将权值W传送至背光因子产生器104。而影像变异分析器103根据输入影像资料I，产生影像变异值Var，并同样地将影像变异值Var传送至背光因子产生器104。背光因子产生器104则根据所接收之权值W以及影像变异值Var，产生背光调节信号BL。而影像显示管理模块100可直接根据传送至显示器130之背光调节信号BL显示背光，藉以由背光调节来管理影像显示，或是再将背光调节信号BL经由一影像控制单元120处理后，再传送至显示器130。

输入影像资料通常由红(red)，绿(green)和蓝(blue)三色信号构成。每一色信号的强度分为256个灰阶，对于任意一输入画面，可以分别对三个色彩信号产生直方图。图2a，2b，2c分别给出三色的直方图。由三色信号可以得到图像的亮度信号Y和色度信号U和V。亮度信号Y同色度信号U和V可通过如下公式得到 

Y＝0.229×R+0.587×G+0.114×B 

U＝-0.147×R-0.289×G+0.437×B 

V＝0.615×R-0.515×G-0.1×B 

亮度信号Y也分为256个灰阶，由此，可以得到亮度信号的直方图2d。权值产生器根据102可根据该亮度信号的直方图计算出权值W。 

背光调节信号BL之调节原则为，当影像为较暗或亮度居中时，将背光调暗；当影像为较亮、影像包含亮及暗部分或影像包含平均亮度时，将背光调亮。由于影像之直方图仅能粗略地显示影像的亮度分布，因此需更进一步地计算出影像的亮度分布变异。图3为根据本发明之一种计算背光调节信号BL方法之流程图300。首先，在步骤301计算输入影像资料I之影像变异值Var，其 计算系利用公式1。 

$\mathrm{Var}=\frac{1}{M\×N}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left[I(i,j-\stackrel{\‾}{I})\right]}^2$ 公式1 

其中 

$\stackrel{\‾}{I}=\frac{1}{M\×N}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}I(i,j)$ 公式2 

其中M×N代表影像的尺寸；I(i，j)则是代表每一像素在影像中的位置。步骤302则计算输入影像资料I之亮度值H，接着在步骤303产生亮度值H之权值W，其计算系利用公式3，其中影像背光最小值W_min则为一预定值。 

$W=\frac{(1-W_{\min })\×\stackrel{\‾}{I}}{255}+W_{\min }$ 公式3 

且 

W∈[0.7，1] 

步骤304则比较影像变异值Var是否大于影像变异临界值V_th与权值W之积；若是，至步骤305确认背光调节信号BL即是权值W；若否，则至步骤306确认背光调节信号BL为权值W及影像变异值Var之一函数，该函数可用公式4表示，其中影像变异临界值V_th则为一预定值。 

$\mathrm{BL}=g(W,\mathrm{Var})=W-\frac{(V_{\mathrm{th}}\×W-\mathrm{Var})}{3\×V_{\mathrm{th}}\×W}$ 公式4 

由流程300的结果可知，当输入影像资料I的变异较小时，背光调节信号BL小于权值W；而当输入影像资料I的变异较大时，背光调节信号BL大约等于权值W。因此影像显示管理模块100在输入影像的亮度较平均时，将背光调暗，以节省电力的消耗；而当影像的亮度分布变异较大时，将背光调亮，以增加对比且避免闪烁效应的发生。 

图4为根据本发明之一种影像显示管理模块400的示意图，该影像显示管理模块400包含影像控制单元420。该影像控制单元420包含低通滤波器405；增益因子选择器406；以及输出资料产生器407。其中低通滤波器405系连接于增益因子选择器406，而增益因子选择器406系连接于输出资料产生器407。 

影像控制单元420中之低通滤波器405将输入影像资料I中之高频滤除。换句话说，经滤过之影像资料可为像是经雾化处理之输入影像资料I，或是周遭影像资料A。此举可将处理资料量降低，且可针对对于背光较敏感之影像资料进行处理。周遭影像资料A从低通滤波器405传送至增益因子选择器406，增益因子选择器406则可由如图4所例示方法之逻辑，根据周遭影像资料A决定增益因子f。而增益因子f从增益因子选择器406传送至输出资料产生器407。输出资料产生器407则根据增益因子f产生输出影像资料RecI。而影像显示管理模块400将输出影像资料RecI传送至显示器，使显示器可依输出影像资料RecI显示影像。 

图5为根据本发明之一种计算输出影像资料RecI方法之流程图500。于步骤501中，输入影像资料I通过低通滤波器505得到周遭影像资料A；步骤502则是增益因子选择器506根据周遭影像资料A计算增益因子f。增益因子f得计算系利用公式5，其中影像变异临界值A₀则为一预定值。 

$f(i,j)=\frac{F_{\max }-F_{\min }}{A_{\min }-A_0}\×A(i,j)+\frac{F_{\min }\×A_{\min }-F_{\max }\×A_0}{A_{\min }-A_0}$ 当A(i，j)＜A₀

$=F_{\min }$ 当A(i，j)≥A₀    公式5 

其中F_min及F_max定义为 

$F_{\min }=\frac{255\&times;\mathrm{BL}}{I_{\max }}<1$

$F_{\max }=2-{F_{\min }}^{1/4}>1$

于步骤503中，比较输入影像资料I之最大值是否小于等于255乘以背光调节信号BL；若是，至步骤504确认输出影像资料RecI即是输入影像资料I除以背光调节信号BL；若否，则至步骤505确认输出影像资料RecI为输入影像资料I与增益因子f之积除以背光调节信号BL。藉由流程500之计算，输出影像资料RecI可根据背光调节信号BL之强度调整，因此可以避免影像中极暗与极亮处之饱和，使得影像不以失真。 

图6为根据本发明之一种影像显示管理模块600之示意图，其中包含如上述之背光控制单元610及影像控制单元620，其中背光控制单元610系经由背光因子产生器604连接至影像控制单元620之输出资料产生器607。因此输出资料产生器607系根据增益因子f及背光调节信号BL，计算输出影像资料RecI。而影像显示管理模块600将输出影像资料RecI及背光调节信号BL传送至显示器，使显示器的背光依背光调节信号BL显示且前面板所显示之影像为输出影像资料RecI。 

Claims (8)

1.一种影像显示管理模块，其包含一背光控制单元，该背光控制单元包含：

一直方图产生器，其根据一输入画面的影像资料以便产生一亮度直方图；

一权值产生器，其预先根据多个影像亮度值设定对应的权值，进一步该权值产生器与该直方图产生器耦合产生一与该输入画面对应的权值；

一影像变异分析器，其分析该输入画面的影像资料而产生一影像变异值；以及

一背光因子产生器，其与该权值产生器以及该影像变异分析器耦合以便根据该输入画面的该权值及该影像变异值产生一背光调节信号，其中若该输入画面的影像资料的影像变异值小于影像变异临界值与该权值的乘积时，该背光调节信号小于权值，否则该背光调节信号等于该权值。

2.根据权利要求1的影像显示管理模块，其进一步包含一影像控制单元，该影像控制单元包含：

一低通滤波器，其用于雾化该输入影像资料；

一增益因子选择器，其与该低通滤波器耦合以便根据雾化的影像资料和背光调节信号产生多于一个增益因子；以及

一输出资料产生器，其与该增益因子选择器以及该背光因子产生器耦合以便产生一输出影像资料，其中若输入影像资料的最大值小于等于输入影像资料格式灰阶数的最大值乘以该背光调节信号，该输出影像资料为该输入影像资料除以该背光调节信号，否则该输出影像资料为该输入影像资料与该增益因子的乘积除以该背光调节信号。

3.根据权利要求1的影像显示管理模块，其中该权值产生器与该直方图产生器耦合包含：

一根据直方图产生输入画面的平均亮度；以及

一权值产生器根据该平均亮度值产生一个与画面对应权值。

4.根据权利要求3的影像显示管理模块，其中该影像变异分析器根据所述平均亮度值来计算。

5.一种含有根据权利要求1或2的影像显示管理模块的影像显示器，其根据该输出影像资料以及该背光调节信号以便产生一补偿的影像输出。

6.一种补偿一输入影像资料的方法，该方法包含下列步骤：

藉由一直方图产生器，决定该输入影像资料的一亮度直方图；

藉由一权值产生器以便根据该亮度直方图产生一权值；

藉由一影像变异分析器，分析该输入影像资料以便产生一影像变异值；

藉由一背光因子产生器，根据该直方图权值以及该影像变异值而产生一背光调节信号，其中若该输入影像资料的影像变异值小于影像变异临界值与该权值的乘积时，该背光调节信号小于权值，否则该背光调节信号等于该权值；以及

根据该背光调节信号以及来自一影像控制单元的一输出影像资料而产生一补偿的影像输出。

7.根据权利要求6的方法，其中该输出影像资料系藉由一输出资料产生器，根据多个增益因子、该输入影像资料与该背光调节信号而产生的，其中若该输入影像资料的最大值小于等于输入影像资料格式灰阶数的最大值乘以该背光调节信号，该输出影像资料为该输入影像资料除以该背光调节信号，否则该输出影像资料为该输入影像资料与该增益因子的乘积除以该背光调节信号。

8.根据权利要求6或7的方法，其中该增益因子系藉由一增益因子选择器，处理经由一低通滤波器的已雾化的该输入影像资料而产生的。

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