CN104078011A - 直下式背光的局部背光亮度调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直下式背光的局部背光调节方法，该方法包括：获取输入图像信号的边缘图像；检测其中是否存在敏感区域，若不存在，则根据输入图像的加权平均灰阶值对输入图像进行背光调节；若存在，则获得包含敏感区域的最小背光区域，对该区域对应像素的灰阶值进行加权平均得到区域平均灰阶，并进行裁剪预处理，对剩余背光区域对应像素的灰阶值进行加权平均得到相应区域平均灰阶；根据这两个平均灰阶值对输入图像进行背光调节。本发明能够最大程度的保留原始图像的细节信息，防止出现过补偿和图像细节丢失严重的现象，同时减少降低过度补偿、不同背光区域调光系数不一致导致的裁剪现象或画面图像边缘断裂的现象。

Description

直下式背光的局部背光亮度调节方法

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种直下式背光的局部背光亮度调节方法。

背景技术

目前，液晶显示屏的使用越来越广泛，从小屏幕的手持播放器、手机到大屏幕的液晶电视、电脑显示器等，在人们的生活中占据越来越重要的位置，而其消耗的能量也越来越引起人们的关注。因为液晶显示屏自身是不能发光的，它需要一个强劲的光源来给它提供背光，而这样的光源，无论是液晶电视中广泛使用的CCFL(冷阴极荧光灯)或者LED(发光二极管)，都是非常耗电的。经统计，一个典型的3.5寸手持播放器播放视频时，播放器的总功耗一般为500mW，而其中液晶显示屏就消耗了300mW，也就是说液晶显示屏消耗的功率通常占到播放器总功耗的60％甚至更多。如果考虑整个LCD子***，包括控制电路以及帧缓存(frame buffer)，那它们在整个***功耗中所占的比重就更大了。因此降低LCD的功耗对于节约能源、实现绿色社会，具有非常重要的意义。由于背光源是液晶显示屏最大的能量消耗者，因此众多技术人员致力于降低背光源的功耗。

现有技术中，降低背光源功耗的方法包括改善背光源的驱动电路、改善LED的发光效率、开发新的LED种类、根据环境亮度调整背光等方法，而局部背光调节(Local dimming)方法是这些方法中最容易实现，并且效果最为明显的一种方法，尤其是直下式背光的局部背光调节方法，具有大幅度地降低液晶显示屏的消耗电量，提高显示画面的对比值、灰阶(graylevel)数，以及减少残影等技术效果。

国内外技术人员提出多种局部背光调节方法，比如一种直下式背光的局部背光调节补偿方法，其流程图如图3所示，该方法对输入的一帧图像信号的灰阶进行分析，得到各个背光区域对应像素的平均灰阶或者加权平均灰阶；由于每个背光区域的背光强度是相对独立的，因此可按照图像信号灰阶的不同，根据要显示画面的灰度，对相应区域的背光进行动态调节；实际中，由于光的散射及折射作用，一个背光区域会对周围的背光区域产生影响，因此在进行背光调节时通常使用空间滤波器来消除背光区域之间的相互影响；背光调节的目的是调节每个背光区域的亮度，一方面输出到直下式背光源上，驱动直下式背光源发光，另一方面将每个背光区域的背光调节亮度信息或者灰阶信息输出到背光亮度模拟单元进行亮度模拟，并依此作为图像补偿的依据，以保证人眼感受到的亮度不变，最终将补偿后的图像进行显示。这种方法可以在保证大部分图像的显示品质的同时降低背光功耗，但是该方法在用于处理存在灰阶突变部分的图像时(如图1A所示的夜晚图像和图2A所示的日环食图像)，由于图像画面整体灰阶较低，背光亮度过低，为了保证人眼感受到的亮度降低不大，需要对图像进行较大的补偿，但是又由于画面整体灰阶过低，导致即使画面的像素数据补偿到最高灰阶255也无法弥补由于采用局部调光导致的亮度剧烈降低，且由于补偿过大，造成了色偏，有可能出现如图1B所示的裁剪现象；另外，如果输入图像的灰阶突变部分处于不同的背光区域，如图2A所示，则由于各个背光区域的亮度不一致，就可能会出现如图2B所示的图像边缘断裂现象，从而影响最终的显示效果。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出一种直下式背光的局部背光亮度调节方法，本发明通过对输入图像信号进行边缘检测，判断检测到的边缘图像中是否存在相邻像素的灰阶差异大于给定阈值的部分，若有，则将该部分认为是敏感区域，在后续进行局部背光亮度调节时，将包含敏感区域的若干背光区域的调光***保持一致并适当降低调节程度。

具体地，本发明提出的一种直下式背光的局部背光亮度调节方法包括以下步骤：

步骤1，对于输入的图像信号进行边缘检测，得到相应的边缘图像；

步骤2，检测所述边缘图像中是否存在某一边缘像素点与其相邻边缘像素点的灰阶值差异大于给定阈值的部分，若不存在，则按照背光区域分区进行相应像素灰阶值的加权平均计算，得到所述输入图像的平均灰阶，转入步骤5；若存在，则将该边缘像素认为是敏感边缘像素，遍历所述边缘图像，将检测得到的所有敏感边缘像素组成敏感区域，转入步骤3；

步骤3，获得所述敏感区域对应的最小背光区域，并对该最小背光区域所对应的像素的灰阶值进行加权平均计算得到该最小背光区域对应像素的区域平均灰阶；然后对所述区域平均灰阶进行裁剪预处理，并对剩余背光区域所对应像素的灰阶值进行加权平均，计算得到所述剩余背光区域对应像素的平均灰阶；

步骤4，根据得到的区域平均灰阶和剩余背光区域对应像素的平均灰阶对所述输入图像的敏感区域和剩余背光区域分别进行背光亮度调节，流程结束；

步骤5，根据所述输入图像的平均灰阶对于所述输入图像进行背光亮度调节，流程结束。

根据上述技术方案，本发明方法最大程度的保留了原始图像的细节信息，防止出现过补偿和图像细节丢失严重，从而可以减少降低过度补偿、不同背光区域调光系数不一致导致的裁剪现象及画面图像边缘断裂的现象。

附图说明

图1A是一幅输入图像，图1B是根据现有技术方法得到的与图1A相应的显示图像；

图2A是另一幅输入图像，图2B是根据现有技术方法得到的与图2A相应的显示图像；

图3是现有技术中直下式背光的局部背光调节补偿方法的流程图；

图4是本发明直下式背光的局部背光亮度调节方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

针对于传统直下式背光的局部背光调节补偿方法中的局部背光亮度调节部分，本发明提出一种新的局部背光亮度调节方法，如图4所示，所述方法包括以下步骤：

步骤1，对于输入的图像信号进行边缘检测，得到相应的边缘图像；

本领域技术人员应当了解，图像的边缘有方向和幅度两个属性，沿边缘方向的像素灰阶变化平缓，垂直于边缘方向的像素灰阶变化剧烈。因此，对于边缘上的像素灰阶的变化可以用微分算子计算出来，比如通常使用一阶导数或二阶导数来检测边缘，不同的是采用一阶导数计算出来的最大值对应边缘像素的位置，而二阶导数认为过零点对应边缘像素的位置。实际上，对于图像中任意方向上的边缘都可以进行类似的分析。

边缘检测是模式识别与图像处理中常用的一种方法，简而言之就是采用检测算子对由彩色图像转换得到的灰度图进行一或二阶微分处理，根据算子设定的阈值边界定位边缘。

具体来说，所述边缘检测的步骤包括以下步骤：

步骤11，根据输入的图像信号获取相应的灰度图像；

灰度图像是图像强度的表述，灰度图像的获取是图像处理的基础。因此，该步骤中需要将输入的彩色图像转换为灰度图像。

在进行灰度图像的转换时，可以根据实际应用的需要，以一个像素点为单位进行灰度图像的转换，或者以多个像素点组成的具有一定大小的像素块，比如由8×8的像素点组成的像素块，为单位进行灰度图像的转换。

步骤12，对得到的灰度图像进行滤波；

边缘检测算法主要是基于图像强度的一阶和二阶导数来检测边缘，但由于导数的计算对于噪声很敏感，因此必须使用滤波器来改善与噪声有关的边缘检测算法的性能。

步骤13，对于滤波后的灰度图像进行边缘增强；

边缘增强算法可以将图像中邻域(或局部)强度值有显著变化的点突显出来。通常边缘增强算法是通过计算图像中各点邻域强度的变化值，即梯度幅值来完成的。

需要指出的是，大多数滤波器在降低噪声的同时也导致了边缘强度的损失，因此，在实际应用中，步骤12)中的滤波处理与步骤13)中的边缘增强处理之间需要折中来进行考虑，比如，如果去噪处理时去噪阈值设置的较低，就有可能误删部分边缘像素点，这时就需要加大边缘增强的力度。

步骤14，对经过边缘增强的图像进行边缘点检测；

在图像中，有许多点的梯度幅值比较大，但这些点并不一定都是边缘点，所以需要确定哪些点是真正的边缘点。

最简单的边缘点检测方法就是梯度幅值阈值判断方法，该方法是本领域常用的边缘点检测方法，在此不作赘述。

步骤15，根据检测得到的边缘点进行边缘位置定位，最终得到所述输入图像的边缘图像。

该步骤中，可利用检测得到的边缘点得到所述输入图像边缘的位置。

其中，现有技术中存在很多利用边缘点得到图像边缘位置的方法，在此不作赘述。另外，本发明对于利用边缘点得到图像边缘位置的具体方法不作具体的限定，只要利用该方法能够基于边缘点得到图像边缘的位置即可。

步骤2，检测所述边缘图像中是否存在某一边缘像素点与其相邻边缘像素点的灰阶值差异大于给定阈值的部分，若不存在，则按照背光区域分区进行相应像素灰阶值的加权平均计算，得到所述输入图像的平均灰阶，转入步骤5；若存在，则将该边缘像素认为是敏感边缘像素，遍历所述边缘图像，将检测得到的所有敏感边缘像素组成敏感区域，转入步骤3；

其中，可采用现有技术中常用的窗口检测法来检测敏感边缘像素，本领域技术人员了解，在使用窗口检测法检测像素时，若检测窗口较大，则检测速度较快，但检测精度较低，反之，若检测窗口较小，则检测速度较满，但检测精度较高，因此，在实际应用时，可根据具体的检测需求选择检测窗口的大小。

其中，加权平均算法是本领域中常用的平均灰阶计算方法，在此不作赘述。

步骤3，获得所述敏感区域对应的最小背光区域，并对该最小背光区域所对应像素的灰阶值进行加权平均计算得到该最小背光区域对应像素的区域平均灰阶；然后对所述区域平均灰阶进行裁剪预处理，并对剩余背光区域所对应像素的灰阶值进行加权平均，计算得到所述剩余背光区域对应像素的平均灰阶；

在本发明一实施例中，所述裁剪预处理为将所述区域平均灰阶提高或降低若干灰阶数，也就是说，当存在灰阶差异较大的敏感区域，且所述敏感区域中各像素的灰阶值过低于其相邻像素的灰阶值时，将与该敏感区域对应的背光区域调的更亮一些；其中，灰阶数的具体提高幅度可根据实际应用的需要来设定，比如如果用户想要将相应的背光区域调的亮一些，就将所述区域平均灰阶多提高几个单位，否则就少提高几个单位。当然，如果存在敏感区域，且所述敏感区域中各像素的灰阶值过高于其相邻像素的灰阶值，则所述裁剪预处理就变为将所述区域平均灰阶降低若干灰阶数，上述对于裁剪预处理的变形是本领域技术人员基于其通用知识就能够轻易掌握的，在此不作过多描述。另外，本发明对于区域平均灰阶的具体灰阶调整数值不作限定，但需满足至少大于等于2这个条件。

步骤4，根据得到的区域平均灰阶和剩余背光区域对应像素的平均灰阶对所述输入图像的敏感区域和剩余背光区域分别进行背光亮度调节，流程结束；步骤5，根据所述输入图像的平均灰阶对于所述输入图像进行背光亮度调节，流程结束。

其中，背光亮度调节属于现有技术，本发明不作过多描述。

根据上述技术方案，本发明最大程度的保留了原始图像的细节信息，防止出现过补偿和图像细节丢失严重，从而可以减少降低过度补偿、不同背光区域调光系数不一致导致的裁剪现象及画面图像边缘断裂的现象。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种直下式背光的局部背光亮度调节方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，对于输入的图像信号进行边缘检测，得到相应的边缘图像；

步骤2，检测所述边缘图像中是否存在某一边缘像素点与其相邻边缘像素点的灰阶值差异大于给定阈值的部分，若不存在，则按照背光区域分区进行相应像素灰阶值的加权平均计算，得到所述输入图像的平均灰阶，转入步骤5；若存在，则将该边缘像素认为是敏感边缘像素，遍历所述边缘图像，将检测得到的所有敏感边缘像素组成敏感区域，转入步骤3；

步骤3，获得所述敏感区域对应的最小背光区域，并对该最小背光区域所对应的像素的灰阶值进行加权平均计算得到该最小背光区域对应像素的区域平均灰阶；然后对所述区域平均灰阶进行裁剪预处理，并对剩余背光区域所对应像素的灰阶值进行加权平均，计算得到所述剩余背光区域对应像素的平均灰阶；

步骤4，根据得到的区域平均灰阶和剩余背光区域对应像素的平均灰阶对所述输入图像的敏感区域和剩余背光区域分别进行背光亮度调节，流程结束；

步骤5，根据所述输入图像的平均灰阶对所述输入图像进行背光亮度调节，流程结束。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中边缘检测的步骤包括以下步骤：

步骤11，根据输入的图像信号获取相应的灰度图像；

步骤12，对得到的灰度图像进行滤波；

步骤13，对于滤波后的灰度图像进行边缘增强；

步骤14，对经过边缘增强的图像进行边缘点检测；

步骤15，根据检测得到的边缘点进行边缘位置定位，最终得到所述输入图像的边缘图像。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤11中，以一个像素点或一个像素块为单位进行灰度图像的转换。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤13中，通过计算图像中各点邻域强度的变化值来进行边缘增强。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤14中，采用梯度幅值阈值判断方法来进行边缘点检测。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤15中，利用检测得到的边缘点得到所述输入图像边缘的位置。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述裁剪预处理为将所述区域平均灰阶提高或降低若干灰阶数。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若敏感区域中各像素的灰阶值低于其相邻像素的灰阶值，则所述裁剪预处理为将所述区域平均灰阶提高若干灰阶数；反之，若敏感区域中各像素的灰阶值高于其相邻像素的灰阶值，则所述裁剪预处理为将所述区域平均灰阶降低若干灰阶数。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述区域平均灰阶的灰阶调整值大于等于2。