CN103946917B - 显示设备控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种在显示设备中依赖于环境光水平控制屏幕亮度和显示数据的动态范围压缩的强度的方法。一个或多个环境光传感器获取环境光水平值。所述环境光水平值使用第一方法被求平均值以获得第一平均值并使用不同的第二方法被求平均值以获得第二平均值。所述第一平均值用于控制屏幕亮度并且所述第二平均值用于控制动态范围压缩的强度。

Description

显示设备控制方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制显示设备的方法以及用于实现该方法的显示控制***。
背景技术
已知将环境光传感器并入显示设备使得环境光传感器数据可以用于修改屏幕亮度或伽玛曲线或这两个控制的组合。例如，专利申请US 2005/68332公开了一种结合有环境光传感器的显示设备。屏幕亮度通过基于环境光水平调节显示设备的背光强度来控制。修改显示设备的伽玛曲线以将图像颜色亮度补偿到背光的变化。伽玛曲线的修改是动态范围压缩的形式。
本发明的目的是改善依赖于环境光水平的屏幕亮度和动态范围压缩的控制。
发明内容
根据一方面的实施方式，提供了一种在显示设备中依赖于环境光水平控制屏幕亮度和显示数据的动态范围压缩的强度的方法，所述方法包括以下步骤：
从一个或多个环境光传感器获取环境光水平值；
使用第一方法对所述环境光水平值求平均值以获得第一平均值；
使用不同的第二方法对所述环境光水平值求平均值以获得第二平均值；
使用所述第一平均值来控制屏幕亮度；以及
使用所述第二平均值来控制动态范围压缩的强度。
实施方式基于这样的认识：由于屏幕亮度和动态范围压缩强度的变化对在显示设备上显示的图像的观察者有不同影响，因此使用对环境光水平求平均值的相同方式来控制屏幕亮度和动态范围压缩的强度不是最佳的。
特征和优点将从仅以实例的方式给出的优选实施方式的以下描述中变得显而易见，参照附图列举该实例。
附图说明
图1示出了现有技术的显示控制***；
图2示出了根据实施方式的显示控制***；并且
图3示出了根据实施方式的显示装置。
具体实施方式
图1示出了现有技术的显示控制***1。环境光传感器2测量入射到显示设备上的环境光并以输出的形式提供环境光水平。环境光水平处理器3利用统计方法(诸如移动窗口平均值计算)对环境光水平进行处理。由环境光水平处理器输出的平均值在背光控制单元4中输入，该背光控制单元生成用于依赖于平均值设置背光的强度的信号。将该信号输入显示控制器5。环境光水平通常用于在黑暗条件下降低显示亮度并在光亮条件下增加其亮度。
由环境光水平处理器3输出的相同平均值也被用作视频处理器6的输入，其可以改变显示设备的各像素的亮度以增加或降低独立于整体显示亮度的像素的相对亮度值。这类处理被称为动态范围压缩或色调映射；例如参见文章“'Display Adaptive Tone Mapping'by R.Mantiuk et al in ACM Transactions on Graphics,Vol.27,No.3,Article 68 of August 2008”。平均值在视频处理器6中用于控制动态范围压缩的强度以实现改变环境光的更好视觉体验。
视频处理器6的视频输入依赖于平均信号和来自背光控制单元4的表示背光强度的信号进行处理。视频处理器的视频输出被输入至显示控制器5。
动态范围压缩使待显示的内容适应显示设备的对比率(contrast ratio)。显示设备的对比率被定义为显示设备可以同时产生的最暗和最亮像素的亮度的差。待显示的内容具有由给定图像或视频帧内的最暗和最亮细节的亮度的差确定的动态范围。为了最佳地呈现内容，显示设备的对比率应大于待显示的内容的最大动态范围。
显示设备的对比率与完全黑暗中的对比率相比在存在环境光的条件下减小，主要是由于来自显示设备的屏幕表面的反射。当环境光水平增加时，内容的动态范围和显示设备的对比度可以通过两种方式来匹配。首先，显示设备的对比率可以通过增加显示亮度，例如通过增加输送至LCD显示设备中的LED背光的功率或通过增加与OLED显示设备上的白色像素相关联的最大功率来增加。其次，内容的动态范围可以由动态范围压缩模块使用各种算法之一来减小以匹配减小的对比度。
由于显示亮度和动态范围压缩的变化的不同影响，因此使用相同的平均信号来控制显示器亮度和动态范围压缩的强度不是最佳的。
人眼对显示亮度的变化非常敏感，以使得快速变化通常引起刺激观看者的可观察到的闪光。同样地，某些显示设备，例如基于OLED技术的显示设备，不能连续改变亮度并且只可以选择离散的亮度水平。必须抑制基于环境光水平的一个水平与下一个水平之间的转换以避免两个离散值之间的快速切换。出于这个原因，广泛采用移动窗口时间过滤和滞后的常见技术。
然而，动态范围压缩的强度的变化在不刺激观看者的情况下可以迅速受到影响，尤其是如果动态范围压缩算法局部自适应，这意味着不同的处理强度可以应用于图像或视频帧的不同区域，这主要取决于其视觉内容。这些局部自适应算法的实例是众所周知的，例如参见专利US 7302110。由于环境光对显示对比度的影响主要是提高最低灰度级(其是对用户可见的最暗像素强度)，因此此局部自适应算法可以可选择地只调节受环境光影响最严重的这些像素。这暗示动态范围压缩强度可以基于实际光水平，如与较长期的平均值截然相反，如果实际光水平估计出错或迅速变化，则没有降低图像质量的风险。
因此，有利的是使用亮度控制和动态范围压缩控制的环境光水平的不同处理并提供环境光的不同估计量。这在根据本发明的显示控制***中实现。图2示出了根据本发明的显示控制***10。环境光传感器11测量环境光水平。环境光水平值由第一处理器12和第二处理器13处理，这两个处理器分别使用处理环境光水平的第一和不同的第二方法。
第一处理器12使用第一方法来形成环境光水平值的第一平均值，将该第一平均值输入至亮度控制单元14。亮度控制单元14的输出信号在显示控制器15中被输入，在该显示控制器中其可以用于控制显示亮度，例如通过设置显示设备的背光的强度或通过设置诸如OLED显示设备中的像素的最大亮度。
第二处理器13使用第二方法来形成环境光水平值的第二平均值，该第二平均值被输入至视频处理器16，其在该视频处理器中用于设置动态范围压缩的强度。视频处理器的视频输出被输入至显示控制器15。虽然示出的实施方式使用视频输入，但实施方式也可以用于输入静态图像。
尽管图2以分开的处理器的形式示出了第一处理器12和第二处理器13，但是它们可以集成到单个处理器中。这同样适用于在元件12-16的任意一个中使用的处理器，其中的两个或多个可以集成到一个处理器中。该处理可以在电路的硬件中实现或可以被实现为数字处理器中的计算机程序。
从环境光传感器11获得的环境光水平可以被时间平均处理，例如以避免由于由用户用他的手遮住传感器导致的不正确测量的快速变化。时间平均处理的常见方法是移动窗口方法，其在环境光水平的N个最近读数Li上形成时间相关的第一平均值AL1j：
A L 1 j = N - 1 Σ i = 1 N L j - i + 1
其中，以Δt的间隔取相邻读数。Δt的值可以由环境光传感器传递数据的速率确定，该Δt可以在大致0.015秒至大致1秒的范围内。例如，Δt可以等于0.1秒。也可存在其他平均值计算的方法。
该方法可以通过建立重置阈值来改进，以使得如果各读数Li明显偏离当前平均值，|Li+1-Li|>Lth为预设阈值，则重置求平均值窗口。该方法在显示设备的控制下稳定变化，并同时运行离散的快速变化，例如如果用户打开或关闭室内灯。
亮度控制的平均值计算周期NΔt例如可以是30秒以上。该周期不一定较长，以便控制动态范围压缩，其不太容易对观看者产生可观察到的闪 烁。因此，控制动态范围压缩的平均值计算周期短于亮度控制的周期。前一平均值计算周期可以小于1描述。
对环境光水平平均值计算的方法可替代地可使用递归方法来形成第二平均值AL2j，例如：
AL2j＝rLj+(1-r)AL2j-1
其中r为递归系数，如果期望最快速适应(例如在移动车辆中)，则其可以被设为1，或者如果期望较平缓的变化，则例如降至0.25。Δt可以在上述范围内，例如0.1秒。该间隔优选等于用于确定第一平均值的间隔，从而允许这这种方法都使用环境光水平的相同读数。
在各种实施方式中，移动窗口求平均值法可以用于屏幕亮度控制和动态范围控制的环境光传感器。屏幕亮度控制求平均值方法可以具有设为相对较大值的N，例如300，与30秒的平均值计算时间对应，并且动态范围控制平均值计算方法可以具有设为相对较小值的N，例如小于五分之一并优选小于十分之一的值，例如10，与1秒的平均值计算时间对应。替代方案是使用屏幕亮度控制和动态范围控制的递归平均值计算方法。屏幕亮度控制求平均值方法可以具有设为相对较低值的r，例如0.05，并且动态范围控制求平均值方法可以具有设为相对较高值的r，例如大于该值的五倍并优选大于十倍，例如0.75。另一个替代方案是使用屏幕亮度控制的移动窗口平均值计算和动态范围控制的递归平均值计算，反之亦然。也可以使用其他平均值计算技术，如与本领域技术人员所熟悉的一样。
环境光传感器11可以包括多个传感器，以避免由于单个传感器的位置导致的不正确读数。第一和第二方法可以在多个传感器上形成不同的空间平均值：第一方法在环境光传感器上形成第一加权平均值并且第二方法在环境光传感器上形成不同的第二加权平均值。
用于亮度控制的第一平均值计算方法在环境光传感器上优选同等使用空间平均值计算来产生漫射环境光的测量。第一平均值AL1可以被计算为：
A L 1 = K - 1 Σ l L l
其中，该和在K个传感器1的环境光值L之上。该方法可以通过从该和中排除例如通过排除Lj<Lth的传感器被遮挡的传感器的环境光值来改进，其中Lth是预定阈值，该预定阈值优选具有与遮挡传感器相关联的零或接近零的值。
用于控制动态范围压缩的第二平均值优选向安装在显示设备本身上的传感器进行更重地加权以产生环境光反射在显示设备的屏幕上的镜面反射分量的测量。这允许所显示的内容响应于环境光中直接落在显示器本身上的变化。
空间平均值计算可以包括在第一方法中在第一组传感器上进行平均值计算和在第二方法中在第二组传感器上进行平均值计算。这两组可以重叠或不相交。一组可以包括一个或多个传感器。
将两个单独和独立的平均值用于环境光向用户提供了显示内容的更好视觉体验并在环境光条件的广泛范围内产生稳定的视觉质量。显示控制***可以使用时间平均值计算或空间平均值计算或这两者。当使用多个环境光传感器时，不同的空间平均值计算可以与相同的时间平均值计算和不同的时间平均值计算组合。
图3示意性地示出了根据实施方式的包括根据实施方式的显示控制***10以及显示设备21的显示装置20。显示设备，例如LCD、OLED或其他显示设备形成内容的图像以便用户观看。
要理解的是，本文中引用的处理器或处理***实际上可以由单个芯片或集成电路或多个芯片或集成电路提供，任选以芯片集、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等的形式提供。一个芯片或多个芯片可以包括用于体现可配置以便根据示例性实施方式进行操作的一个数据处理器或多个数据处理器、一个数字信号处理器或多个数字信号处理器中的至少一个或多个的电路(以及可能是固件)。在这方面，示例性实施方式可以至少部分由存储在存储器中且可由处理器执行的计算机软件，或由硬件，或由软件和/或存储在非瞬态计算机可读存储介质上的固件和硬件的组合来实现。
虽然参照附图描述的实施方式的至少一些方面包括在处理***或处理器中执行的计算机过程，但是本发明也扩展到计算机程序，尤其是载体上或载体中的计算机程序，适于将实施方式付诸实践。该程序可以呈源代码、目标代码、中间源代码和诸如部分编译形式的目标代码的形式，或呈现适用于实现根据本文描述的实施方式的过程的任何其他形式。载体可以是能够携带程序的任何实体或设备。例如，载体可以包括存储介质，诸如固态驱动器(SSD)或其他基于半导体的RAM；ROM，例如CD ROM或半导体ROM；磁记录介质；光学存储器设备等。
上述实施方式被理解为本发明的说明性实例。可设想本发明的进一步实施方式。要理解的是，相对于任何一个实施方式描述的任何特征可以单独使用，或结合所描述的其他特征使用，并且还可以结合任何其他实施方式的一个或多个特征，或任何其他实施方式的任何组合使用。此外，在不背离在所附权利要求中定义的本发明的范围的情况下还可以采用上文未描述的等价物和修改。

Claims (10)

1.一种在显示设备中根据环境光水平控制屏幕亮度和显示数据的动态范围压缩的强度的方法，所述方法包括以下步骤：
从一个或多个环境光传感器获取环境光水平值；
使用第一方法对所述环境光水平值求平均值以获得第一平均值，其中，所述第一方法利用第一时间平均值计算；
使用不同的第二方法对所述环境光水平值求平均值以获得第二平均值，所述第二方法利用不同的第二时间平均值计算；
使用所述第一平均值来控制所述屏幕亮度；
使用所述第二平均值来控制所述动态范围压缩的强度；以及
当一个或多个最新获取的环境光水平中的至少一个从当前的第一平均值或第二平均值偏离大于预定阈值时重置平均值计算窗口。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一时间平均值计算的时间段长于所述第二时间平均值计算的时间段。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一时间平均值计算和/或所述第二时间平均值计算使用移动窗口平均值计算。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第二时间平均值计算使用递归平均值计算。
5.根据权利要求1所述的方法，使用多个环境光传感器，其中，所述第一方法在所述环境光传感器上形成第一加权平均值并且所述第二方法在所述环境光传感器上形成不同的第二加权平均值。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一加权平均值在所述多个环境光传感器上进行相等加权。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，所述第二加权平均值向所述多个环境光传感器中的面向与所述显示设备的正面相同的方向的环境光传感器进行更重地加权。
8.根据权利要求1至2和5至6中任一项所述的方法，其中，所述动态范围压缩局部自适应。
9.一种显示控制***，包括：
第一处理器和第二处理器，用于从一个或多个环境光传感器获取环境光水平值；
其中，
所述第一处理器使用第一方法对所述环境光水平值求平均值以获得第一平均值，其中，所述第一方法利用第一时间平均值计算；并且
所述第二处理器使用不同的第二方法对所述环境光水平值求平均值以获得第二平均值，其中，所述第二方法利用不同的第二时间平均值计算；
亮度控制单元，用于使用所述第一平均值来控制屏幕亮度；
视频处理器，用于使用所述第二平均值来控制显示数据的动态范围压缩的强度；以及
重置模块，用于当一个或多个最新获取的环境光水平中的至少一个从当前的第一平均值或第二平均值偏离大于预定阈值时重置平均值计算窗口。
10.一种显示装置，包括显示设备和根据权利要求9所述的显示控制***。
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