CN101436387B - 背光照度控制的图像处理方法以及使用此方法的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种背光照度控制的图像处理方法。首先，接收包含多个像素的图像，而第一函数为各像素的灰度值与背光的显示照度之间的关系。接着，将第一函数与一特征函数进行比较以获得特定函数，其中特征函数为灰度值和背光的预定显示照度之间的关系，且特定函数为灰度值和重映射灰度值之间的关系。而利用此特定函数来重映射灰度值，以调整显示照度。藉此，可以增强显示照度，以获得较佳的视觉质量。

Description

背光照度控制的图像处理方法以及使用此方法的装置 

技术领域

本发明是有关于一种背光照度控制的图像处理方法，并且特别是有关于通过重映射图像中像素的灰度值来调整背光的显示照度。 

背景技术

随着光电技术以及半导体组件的巨大进步，平板显示器(flat paneldisplay)，例如液晶显示器(LCD)，已急速发展且繁荣。由于LCD的诸多优点，例如低功耗、无辐射以及高空间利用率，使得LCD成为市场上的主流产品。LCD包括液晶显示面板以及背光模块。液晶显示面板本身不具有发光能力，因而需要在液晶显示面板下方配置背光模块来为液晶显示器板提供面光源，以实现显示功能。 

当藉由LCD显示图像时，必须向液晶施加驱动电压以控制液晶的旋转角度及控制液晶的透光率，而此驱动电压一般为与图像的灰度值相关。但是，液晶显示面板对所施加的驱动电压而言，其透光率为非线性的，因而需要伽玛校正(gamma correction)装置来调整驱动电压。 

图1所示为无伽玛校正时光量受驱动电压影响的曲线图。请参照图1，光量和驱动电压正规化成最大值为1，而较低的驱动电压(或为图像中较暗的灰度值)因透光率较低而使得图像显示过暗。一般而言，有两种伽玛校正方法，一种为模拟伽玛校正方法，而另一种为数字伽玛校正方法。 

模拟伽玛校正方法为依据一固定的伽玛曲线，例如γ＝2.2，使用串联连接的多个电阻来调整驱动电压，而此驱动电压为由图像的灰度值所转换而来。数字伽玛校正方法为依据固定的伽玛曲线来调整图像的灰度值，以使调整的图像灰度值能够被转换成适当的驱动电压来控制液晶透光率。 

此外，倘若背光照度降低，例如为了省电，在没有伽玛校正的情况下，显示图像的整体亮度便会下降。设计者通常会利用较高的伽玛曲线来调整图像的灰度值，以增强背光照度来获得更好的视觉质量。图2所示为背光照度受图像灰度值影响的曲线图。请参照图2，曲线201和曲线202分别代表当提供背光的工作周期(duty cycle)为100％及80％时，背光照度受图像灰度值影响的情形。显而易见地，在同一灰度值的坐标中，曲线202的背光照度低于曲线201。 

曲线203表示当提供背光的工作周期为80％时，通过伽玛曲线(例如γ＝2.0)调整后的背光照度。此通过伽玛校正来调整背光照度的方式的局限在于当灰度值变高时，曲线203的背光照度无法与曲线201的背光照度匹配。也就是说，对于较高的灰度值而言，其背光的显示照度仍无法有效地提升。因此，如何解决此问题为目前的重要课题之一。 

因此，本发明提供了一种背光照度控制的图像处理方法以及使用其的装置。背光照度控制的图像处理方法为根据特征函数来重映射图像的灰度值，而此特征函数具有灰度值与背光的预定显示照度之对应关系。因而，当背光照度降低或者提供背光的工作周期降低时可以增强图像的显示质量。 

本发明提供了一种背光照度控制的图像处理方法。首先，接收包含多个像素的图像，而各像素的灰度值与背光显示照度之间的关系为一第一函数。将第一函数与特征函数进行比较，以获得特定函数，其中特征函数为灰度值与背光的预定显示照度之间的关系，且特定函数为灰度值与重映射灰度值之间的关系。接着，便利用此特定函数来重映射灰度值，以将显示照度调整到最接近该背光的预定显示照度。 

本发明提供了一种背光照度控制的图像处理装置。背光照度控制的图像处理装置包括分析模块和控制模块。分析模块接收包含多个像素的图像，并且比较第一函数与特征函数以获得特定函数，其中第一函数为各像素的灰度值与背光的显示照度之间的关系，特征函数为灰度值与背光的预定显示照度之间的关系，且特定函数为灰度值与重映射灰度值之间的关系。控制模块耦接分析模块，其利用特定函数来重映射灰度值，以将显示照度调整到最接近该背光的预定显示照度。 

本发明提供了一种背光照度控制的图像处理方法以及使用此方法的装置，此方法和装置为依据灰度值与背光的预定显示照度的特征函数来重映射图像的灰度值。通过将图像的灰度值与显示照度之间的关系(即第一函数)及图像的灰度值与预定显示照度之间的关系(即特征函数)进行比较，来获得特定函 数以重映射灰度值。因而，考虑背光照度的因素来调整所施加的电压以驱动像素，藉此增强图像的显示质量。 

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明的较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。 

附图说明

图1所示为无伽玛校正时光量受驱动电压影响的曲线图。 

图2所示为背光照度受图像灰度值影响的曲线图。 

图3所示为本发明的一个实施例的显示装置的方块图。 

图4A所示为本发明的一个实施例的特定函数的曲线图。 

图4B所示为本发明的一个实施例的上限函数的曲线图。 

图4C所示为本发明的一个实施例的背光照度受灰度值影响的曲线图。 

图5所示为本发明的一个实施例的背光照度控制的图像处理方法的流程图。 

【主要组件符号说明】 

201～203：曲线 

300：显示装置 

310：显示面板 

320：背光模块 

330：源极驱动器 

340：背光照度控制的图像处理装置 

341：分析模块 

342：控制模块 

350：伽玛电压产生模块 

401～407：曲线 

A：转折点 

d1～d2：重映射灰度值的差 

S501～S503：本发明的一个实施例的背光照度控制的图像处理方法的各步骤。 

具体实施方式

图3所示为本发明的一个实施例的显示装置的方块图。请参照图3，显 示装置300包括显示面板310、背光模块320、源极驱动器330、背光照度控制的图像处理装置340以及伽玛电压产生模块350，其中背光照度控制的图像处理装置340包括分析模块341和控制模块342。在本实施例中，假设显示装置300为一穿透式显示装置。背光模块320提供背光至显示面板310，源极驱动器330根据像素的灰度值输出驱动电压至显示面板310以显示图像，而此图像包含多个像素。 

由于背光照度的大小直接影响图像的亮度状态，因此当背光照度降低时，人眼会察觉到图像显示过暗。在此，像素的灰度值与背光的预定显示照度之间的关系为一特征函数，例如图2中的曲线201。本实施例基于γ＝2.2的伽玛曲线，针对各像素的灰度值量测其背光的预定显示照度，以获得此特征函数。其中，γ＝2.2的伽玛曲线为由视频电子标准协会(Video Electronics StandardsAssociation，VESA)依据人眼能够区别光亮度的特征来制定。此外，各像素的灰度值与背光的实际显示照度之间的关系在此称为第一函数，例如图2中的曲线202。而分析模块341接收图像，并比较第一函数与特征函数以获得一特定函数。 

例如，请参照图2，当灰度值G等于50时，曲线202中背光的显示照度L1为大约150，且曲线201中背光的预定显示照度L2为大约170。以数学形式表示，第一函数可表示为F1(G)＝L1，而特征函数可表示为F2(G)＝L2，亦即F1(50)＝150和F2(50)＝170。分析模块341将第一函数与特征函数进行比较，以计算重映射灰度值G’。而此重映射灰度值G’能使F1(G’)最接近背光的预定显示照度L2，例如G’＝55，且F1(55)＝170。藉此，可以获得具有灰度值G和重映射灰度值G’之间对应关系的特定函数。 

图4A所示为本发明的一个实施例的特定函数的曲线图。请参照图4A，曲线401所示为第二函数，此第二函数的灰度值与重映射灰度值的比率为一比一关系，而曲线402所示为上述的特定函数。请参照图3，控制模块342耦接分析模块341，其利用上述的特定函数来重映射像素的灰度值，以调整背光的显示照度。而伽玛电压产生模块350耦接控制模块342，其参照既定的一伽玛函数来产生对应重映射灰度值的伽玛电压，其中伽玛函数为灰度值与伽玛电压之间的关系。而此伽玛电压作为驱动电压，被传送到源极驱动器330以驱动像素。 

此外，如图4A所示，在曲线402中，重映射灰度值的上限大约为63， 灰度值56～63皆被重映射至灰度值63，导致人眼无法区别出对应灰度值56～63的背光显示照度。因此，在本发明的另一实施例中，分析模块341还利用一第二函数及特定函数来获得一上限函数(upper-limit function)，其中上限函数为灰度值和重映射灰度值之间的关系，且对于同一灰度值来说，特定函数的重映射灰度值和第二函数的重映射灰度值之间的差等于上限函数的重映射灰度值与特定函数的重映射灰度值的差。控制模块342利用一第三函数来重映射各像素的灰度值，其中第三函数为灰度值与重映射灰度值之间的关系，且对于同一灰度值来说，第三函数的重映射灰度值位于上限函数的重映射灰度值和第二函数的重映射灰度值之间。 

图4B所示为本发明的一个实施例的上限函数的曲线图。请参照图4B，曲线403所示为上限函数，其中对于同一灰度值来说，重映射灰度值的差d1等于重映射灰度值的差d2。而在曲线402中标记了一转折点A(turning point)，对与转折点A相同的灰度值来说，上限函数(即曲线403)的重映射灰度值达到上限。 

为了使人眼在重映射灰度达到上限时，能区别背光照度程度，便利用如曲线404所示的第三函数来重映射灰度值，以调整背光的显示照度，其中在曲线404之中，当灰度值高于转折点A灰度值时，曲线404的斜率小于曲线402的斜率。 

图4C所示为本发明的一个实施例的背光照度受灰度值影响的曲线图。请参照图4C，曲线405和曲线406分别代表当提供背光的工作周期为100％和80％时，背光照度受灰度值影响的情形。在此，利用上述的第三函数来重映射灰度值，且曲线407为当提供背光的工作周期是80％时，经调整的背光显示照度。从此可知，曲线407(经调整的显示照度)近似匹配曲线405(预定显示照度)，使得在背光照度降低时可藉由本发明实施例的图像处理方法来增强图像的显示质量。 

值得注意的是，曲线402中的转折点A会依据图像内容(image content)而变化，且对于同一灰度值来说，任一函数其重映射灰度值位于上限函数的重映射灰度值和第二函数的重映射灰度值均可用于进行背光照度控制的图像处理，因此本发明不限于该范围内。此外，在本发明的另一实施例中，背光照度控制的图像处理装置340可整合到源极驱动器330内。 

依据上述实施例，在此可以归纳出下列的方法流程图5所示为本发明的 一个实施例的背光照度控制的图像处理方法的流程图。请参照图5，首先，接收包含多个像素的图像(步骤S501)，其中第一函数为各像素的灰度值与背光的显示照度之间的关系。接下来，将第一函数与特征函数进行比较，以获得特定函数(步骤S502)，其中特征函数为各像素的灰度值与背光的预定显示照度之间的关系，且特定函数为灰度值与重映射灰度值之间的关系。接着，利用此特定函数来重映射灰度值，以调整背光的显示照度(步骤S503)。 

综上所述，由于背光照度大小直接地影响图像的显示质量，本发明的实施例分析图像的灰度值与背光的显示照度之间的关系，并且重映射图像的灰度值，藉以依据特征函数来调整背光的显示照度，而此特征函数为图像的灰度值与背光的预定显示照度之间的关系。因而，即使背光照度降低，本发明的实施例通过可适性的图像处理来增强图像的显示质量，其易于施行，且因复杂性及成本低而于市场而具有竞争力。 

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。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的修改与润饰。因此，本发明的保护范围应当以所附的权利要求所界定的为准。 

Claims (10)

1.一种背光照度控制的图像处理方法，包括：

接收一图像，其中该图像包含多个像素，且各该像素的一灰度值与一背光的一显示照度之间的关系为一第一函数；

比较该第一函数与一特征函数，以获得一特定函数，其中该特征函数为该灰度值与该背光的一预定显示照度之间的关系，且该特定函数为该灰度值与一重映射灰度值之间的关系；以及

利用该特定函数来重映射该灰度值，以将该显示照度调整到最接近该背光的预定显示照度。

2.如权利要求1所述的背光照度控制的图像处理方法，还包括：

通过参照既定的一伽玛函数来产生对应于该重映射灰度值的一伽玛电压，其中该伽玛函数为该灰度值和该伽玛电压之间的关系。

3.如权利要求1所述的背光照度控制的图像处理方法，其中比较该第一函数与该特征函数，以获得该特定函数的步骤包括：

分析该第一函数，其中该第一函数表示为F1(G)＝L1，G为该灰度值，且L1为该背光的该显示照度；

分析该特征函数，其中该特征函数表示为F2(G)＝L2，且L2为该背光的该预定显示照度；

计算该重映射灰度值G’，以使该第一函数F1(G’)最接近该背光的该预定显示照度L2。

4.如权利要求1所述的背光照度控制的图像处理方法，利用该特定函数来重映射该灰度值，以调整该显示照度的步骤还包括：

利用一第二函数和该特定函数来获得一上限函数，其中在该第二函数中该灰度值与该第二函数的重映射灰度值的比率为一比一关系，该上限函数为该灰度值和该上限函数的重映射灰度值之间的关系，且对于同一灰度值来说，该特定函数的重映射灰度值与该第二函数的重映射灰度值之间的差等于该上限函数的重映射灰度值与该特定函数的重映射灰度值之间的差；以及

利用一第三函数来重映射该灰度值，其中该第三函数为该灰度值与该第三函数的重映射灰度值之间的关系，且对于同一灰度值来说，该第三函数的重映射灰度值位于该上限函数的重映射灰度值和该第二函数的重映射灰度值之间。

5.一种背光照度控制的图像处理装置，包括：

一分析模块，用于接收包含多个像素的一图像，并且比较一第一函数和一特征函数以获得特定函数，其中该第一函数为各该像素的一灰度值与一背光的一显示照度之间的关系，该特征函数为该灰度值与该背光的一预定显示照度之间的关系，且该特定函数为该灰度值与一重映射灰度值之间的关系；以及

一控制模块，耦接该分析模块，并利用该特定函数来重映射该灰度值以将该显示照度调整到最接近该背光的预定显示照度。

6.如权利要求5所述的背光照度控制的图像处理装置，还包括：

一伽玛电压产生模块，耦接该控制模块，其通过参照既定的一伽玛函数来产生对应于该重映射灰度值的一伽玛电压，其中该伽玛函数为该灰度值和该伽玛电压之间的关系。

7.如权利要求5所述的背光照度控制的图像处理装置，其中该分析模块利用该第一函数F1(G)＝L1以及该特征函数F2(G)＝L2，来计算该重映射灰度值G’，以使该第一函数F1(G’)最接近该背光的该预定显示照度L2。

8.如权利要求5所述的背光照度控制的图像处理装置，其中该分析模块还利用一第二函数和该特定函数来获得一上限函数，在该第二函数中该灰度值与该第二函数的重映射灰度值的比率为一比一关系，该上限函数为该灰度值和该上限函数的重映射灰度值之间的关系，且对于同一灰度值来说，该特定函数的重映射灰度值和该第二函数的重映射灰度值之间的差等于该上限函数的重映射灰度值和该特定函数的重映射灰度值之间的差，而该控制模块利用一第三函数来重映射该灰度值，该第三函数为该灰度值和该第三函数的重映射灰度值之间的关系，且对于同一灰度值来说，该第三函数的重映射灰度值位于该上限函数的重映射灰度值和该第二函数的重映射灰度值之间。

9.一种源极驱动器，包括如权利要求5所述的背光照度控制的图像处理装置。

10.一种显示装置，包括如权利要求5所述的背光照度控制的图像处理装置。

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