CN108665866B - 获取背光源扩散传输参数的方法及显示控制方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了获取背光源扩散传输参数的方法以及基于此的显示控制方法和装置。获取背光源扩散传输参数包括：选择不同背光区域的多个背光源，分别测量其光照扩散数据；对数据进行预处理，得到有效像素；建立表征扩散亮度y与扩散距离x之间关系的点扩散函数y＝f(x)；根据各个有效像素点对应的数据进行曲线拟合，获得点扩散函数中的各项参数，将点扩散函数作为背光源扩散传输参数。可对背光源的扩散进行精确的建模，方便求得背光源到任意距离的像素的亮度扩散系数。用于准确地计算每个像素点的等效背光，能获得相应的LCD补偿图像，实现与全背光显示的相同的甚至更优的显示效果。

Description

获取背光源扩散传输参数的方法及显示控制方法和装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种获取背光源扩散传输参数的方法及使用所述方法的显示方法和装置。
背景技术
液晶显示设备需要由背光模块提供光源，传统的显示方式是提供均匀的背光，通过控制液晶的偏转来实现输出图像的亮度(灰阶)控制。近年来，随着控制器运算能力的增强和技术的进步，局部动态调光(local dimming)这一新的思路被提出。通过将显示图像对应较暗区域的背光调暗，并在显示控制中对LCD(液晶显示设备)的显示信号进行相应补偿，来达到与全亮度背光时相同的显示效果。从而，可以减小功耗背光的功耗和提升画质对比度。局部动态调光尤其适用于以电池供电的显示设备，例如移动电话，可穿戴设备等。
局部动态调光可用于LED(发光二极管)作为背光的直下式背光液晶显示设备。然而，动态调整背光之后，各个背光源的亮度差异较大，相关技术中获取的LCD补偿图像不能对背光的真实变化进行有效地补偿，严重影响最终的显示效果。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。提供一种获取背光源扩散传输参数的方法，以对背光源的点扩散函数进行精确建模和计算，提高LCD补偿的精确度，改善显示效果。
为了达到上述目的，根据本发明第一方面的实施例提出了一种获取背光源扩散传输参数的方法，其包括：
选择显示设备不同背光区域的多个背光源，分别测量每个背光源的光照扩散数据，其中，所述光照扩散数据包括每个背光源单独点亮时，显示设备屏幕上多个像素点的亮度数据和各像素点对应的位置距离背光源所在位置的距离数据；
对光照扩散数据进行预处理，得到有效像素点；
设置像素点的亮度y为扩散亮度，设置像素点与背光源之间的距离x为扩散距离，建立表征扩散亮度y与扩散距离x之间关系的点扩散函数y＝f(x)；
根据各个有效像素点对应的数据进行拟合，获得点扩散函数中的各项参数，将点扩散函数作为背光源扩散传输参数。
在一些实施例中，对光照扩散数据进行预处理，得到效像素点，包括：
去除其中亮度小于第一亮度阈值的像素点对应的数据，将亮度大于等于第一亮度阈值的像素点作为有效像素点。
在一些实施例中，所述每个背光源单独点亮时，显示设备屏幕上多个像素点的扩散亮度数据和各像素点距离背光源所在位置的距离数据包括：
位于被点亮的背光源所在位置的水平和竖直方向上的多个不同距离处的多个像素点的扩散亮度和扩散距离数据。
在一些实施例中，所述点扩散函数y＝f(x)为分段多项式函数：
Figure BDA0001665667400000021
其中，k为多项式阶数，an，bn为各项系数，d1为分段多项式函数的分解距离，d2为最大扩散距离，所述最大扩散距离为背光源与距其最远的有效像素点之间的距离，x为扩散距离，y为扩散亮度。
在一些实施例中，所述点扩散函数的分解距离d1根据显示设备的背光区域的划分形式确定。
在一些实施例中，根据各个有效像素点的数据进行曲线拟合，得到点扩散函数中的各项参数包括：
对各个有效像素点的数据进行统计分析，得到每个扩散距离对应的扩散亮度的平均值，作为该扩散距离的平均扩散亮度；
根据对应的扩散距离与平均扩散亮度的关系数据进行曲线拟合，得到点扩散函数中的各项参数。
根据本发明第二方面的实施例提供了一种背光源扩散亮度的检测方法，其包括：
根据像素点对应的位置与背光源的距离和背光源扩散传输参数确定背光源在所述像素点处的背光扩散亮度；
其中，所述背光源扩散传输参数为根据本发明第一方面实施例所述的方法获得。
从而，可以精确计算背光源到像素点的背光扩散亮度。
使用本发明获取背光源扩散传输参数的方法和背光源扩散亮度的检测方法，可以对背光源的扩散进行精确的建模，从而能够方便求得背光源到任意距离的像素的亮度扩散系数。便于在局部动态调光显示过程中，准确地计算每个像素点的等效背光，进而获得相应的LCD补偿图像，实现与全背光显示的相同的甚至更优的显示效果。
根据本发明第三方面的实施例提供了一种显示控制方法，其包括：
根据待显示图像的灰阶设定各个背光区域的设定背光亮度；
获取显示设备背光模块的背光扩散传输参数；
根据各个背光区域的设定背光亮度和背光扩散传输参数计算各个像素点的等效背光亮度；
根据各个像素点的等效背光亮度计算对应的补偿图像；
控制背光模块以设定背光亮度点亮背光源，控制液晶面板根据所述补偿图像进行图像显示；
其中，所述背光模块的点扩散函数为根据本发明第一方面所述的方法预先获得，并存储在显示设备之中。
在一些实施例中，根据各个背光区域的设定背光亮度和背光扩散传输参数计算各个像素点的等效背光亮度包括：
对每一个像素点，按照以下步骤获得像素点的等效背光亮度计算公式：
根据点扩散函数y＝f(x)确定所有影响所述像素点亮度的A*B个有效背光源，其中A，B为正整数；
根据所述像素点到A*B个有效背光源的距离，通过点扩散函数得到A*B个背光源在所述像素点的总扩散亮度作为所述像素点的等效背光亮度BLequ，
Figure BDA0001665667400000032
其中，xi,j表示像素点到各个背光源的距离，f(xi,j)表示各个背光源到该像素点的扩散权重，Li,j表示各个背光源的亮度参考值；
将各个像素点的A*B个有效背光源和对应的扩散权重数据作为背光扩散传输参数，并进行存储；
根据所述有效背光源和对应的扩散权重以及设定背光亮度计算像素点的等效背光亮度。
在一些实施例中，获得像素点的等效背光亮度计算公式还包括：
对每个像素点，将等效背光亮度的计算公式进行权重归一化，其中，
计算权重和：
Figure BDA0001665667400000031
计算归一化权重：weight(i,j)＝f(xi,j)/sum_weight；
将归一化权重作为背光扩散传输参数并进行存储，以用于等效背光亮度的计算。
根据本发明的显示控制方法，通过对背光源的扩散进行精确的建模，存储各个像素点有效背光源的扩散权重，能够方便求得背光源到任意距离的像素的亮度扩散系数。便于在局部动态调光显示过程中，准确而迅速地计算每个像素点的等效背光，获得接近实际背光扩散的亮度的过渡平滑的等分辨率的背光分布，进而获得相应的LCD补偿图像，实现与全背光显示的相同的甚至更优的显示效果。使图像在非低灰阶范围内更接近原图实际亮度，降低图像失真度。画质良好、对比度高、失真率小、且无块状和分界线出现。此外，由于案图像相对较暗的区域背光的降低，也可以从整体上获得更好的对比度。
根据本发明第四方面的实施例提供了一种显示控制装置，用于包括多个可调背光区域的直下式背光液晶显示设备，其包括：
背光设定模块，用于根据待显示图像的灰阶设定各个背光区域的设定背光亮度；
背光源扩散传输参数获取模块，用于获取显示设备背光模块的背光扩散传输参数；
等效背光亮度计算模块，用于根据各个背光区域的设定背光亮度和背光扩散传输参数计算各个像素点的等效背光亮度；
补偿图像计算模块，用于根据各个像素点的等效背光亮度计算对应的补偿图像；
控制信号输出模块，用于输出控制信号，控制背光模块以设定背光亮度点亮背光源，以及，控制液晶面板根据补偿图像进行图像显示；
其中，所述背光模块的点扩散函数为根据本发明第一方面实施例所述的方法预先获得，并存储在显示设备之中。
在一些实施例中，所述背光扩散传输参数包括表征扩散亮度y与扩散距离x之间的关系的点扩散函数y＝f(x)，等效背光亮度计算模块根据各个背光区域的设定背光亮度和背光扩散传输参数计算各个像素点的等效背光亮度包括：
对每一个像素点，按照以下步骤获得像素点的等效背光亮度计算公式：
根据点扩散函数y＝f(x)确定所有影响所述像素点亮度的A*B个有效背光源，其中A，B为正整数；
根据所述像素点到A*B个有效背光源的距离，通过点扩散函数得到A*B个背光源在所述像素点的总扩散亮度作为所述像素点的等效背光亮度BLequ，
Figure BDA0001665667400000041
其中，xi,j表示像素点到各个背光源的距离，f(xi,j)表示各个背光源到该像素点的扩散权重，Li,j表示各个背光源的亮度参考值；
将各个像素点的A*B个有效背光源和对应的扩散权重数据作为背光扩散传输参数，并进行存储；
根据所述有效背光源和对应的扩散权重以及设定背光亮度计算像素点的等效背光亮度。
在一些实施例中，等效背光亮度计算模块获得像素点的等效背光亮度计算公式还包括：
对每个像素点，将等效背光亮度的计算公式进行权重归一化，其中，
计算权重和：
Figure BDA0001665667400000051
计算归一化权重：weight(i,j)＝f(xi,j)/sum_weight；
将归一化权重作为背光扩散传输参数并进行存储，以用于等效背光亮度的计算。
根据本发明第四方面的实施例提供了一种显示设备，包括直下式背光模块、显示面板、计算机可读存储介质和处理器，所述计算机可读存储介质存储有可执行指令，所述可执行指令被处理器执行时，实现根据本发明第三方面实施例所述的显示控制方法。
根据本发明的显示控制装置和显示设备，根据本发明的显示控制方法，通过对背光源的扩散进行精确的建模，存储各个像素点有效背光源的扩散权重，能够方便求得背光源到任意距离的像素的亮度扩散系数。便于在局部动态调光显示过程中，准确而迅速地计算每个像素点的等效背光，获得接近实际背光扩散的亮度的过渡平滑的等分辨率的背光分布，进而获得相应的LCD补偿图像，实现与全背光显示的相同的甚至更优的显示效果。使图像在非低灰阶范围内更接近原图实际亮度，降低图像失真度。画质良好、对比度高、失真率小、且无块状和分界线出现。此外，由于案图像相对较暗的区域背光的降低，也可以从整体上获得更好的对比度。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是直下式背光模块的背光源分布结构示意图；
图2是根据本发明实施例的局部动态调光显示装置的显示控制原理示意图；
图3是根据本发明实施例的根据本发明实施例的获取背光源扩散传输参数的方法的流程示意图；
图4是根据本发明一个实施例的亮度获取装置获取亮度数据的软件界面示意图；
图5是根据本发明实施例的单个背光源的扩散范围示意图；
图6是是根据本发明实施例的点扩散函数曲线拟合结果示意；
图7是根据本发明实施例的显示控制方法的流程示意图；
图8是根据本发明实施例的显示控制方法进行图像显示的示例图；
图9是根据本发明实施例的根据本发明实施例的显示控制装置的结构框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
局部动态调光(Local dimming)技术主要应用在直下式背光点阵的显示装置，通过对各个背光区域亮度的局部调节来达到减小背光功耗和提升画面对比度的效果。相关技术之中，直接根据显示图像的灰阶设置背光的亮度，并根据像素位置的背光区域的亮度进行LCD显示补偿。当前的背光模块中，背光区域的分辨率是远远低于显示分辨率的，每个背光源所在的背光区域会包含多个像素，对每个像素的背光亮度影响可能不尽相同；并且每个背光源的发出的光亮不仅照亮该背光源所在的区域，也会对其周围区域的亮度产生影响。均匀背光情况下，由于背光亮度高，经过导光板之后可以近似视为在整个屏幕范围内的均匀高亮度背光。而动态动态调整背光之后，各个背光源的亮度差异较大，只有对背光源的扩散传输进行精确建模才能对LCD显示图像进行正确补偿，获得预期的显示效果。
图1是直下式背光模块的背光源分布结构示意图。背光模块100中，整个显示面板对应的背光范围可以划分为若干个背光区域110，例如设背光区域为M*N个，由于LED体积和发热以及控制等因素，当前显示设备中，背光分区的分辨率一般远远小于显示面板的像素分辨率，例如像素分辨率为W*H，W，H可以达到10的二次方，甚至是三次方的数量级，而M，N一般为10的数量级。每个背光区域包括一个背光源111。背光源可以由发光二极管(LED)或者是任何形式的发光器件实现。当前技术环境下，背光以LED实现为主，每个背光源可以由一个或多个LED实现。
对于每个背光源来说，光照的扩散范围通常会大于当前的背光区域而覆盖到周围的几个背光区域。背光源的扩散强度和范围受背光源的尺寸、光学结构和膜材等众多因素的影响，对于某一型号的显示设备，一旦背光源和导光板/膜等结构好材料确定，各个产品的背光扩散差异较小，可以采用同样的函数加以描述。绝大多数情况下，背光的扩散在各个方向上是各向同性的。
当构成每个背光源的多个发光器件亮度相同，位置呈中心对称排布时，可将组成背光源的所有发光器件抽象为一个位于背光区域中心的点光源，以便于建模和计算。此时，背光源的扩散范围近似视为圆形区域。例如，图1中示出的位于中央附近的背光源110的扩散范围为半径为r的阴影区域200。要说明的是，当组成背光源的发光器件排布不同时，背光源110的扩散范围可以有其它形状，例如中心对称的2*2颗LED组成的背光源扩散范围是圆形，而成矩形排布的3*2颗LED组成的背光源扩散范围则可能是椭圆形。本发明中，以扩散范围是圆形的背光源为例，只是为了便于说明本发明的原理，而并非对背光源的种类加以限制。本领域技术人员可以在本发明的教导下，实现椭圆形或者是其它扩散范围形状的背光源的点扩散函数的获取和计算，而不会超出本发明的范围。
图2是根据本发明实施例的局部动态调光显示装置的显示控制原理示意图。进行局域动态调光显示控制时，由显示控制装置400接收待显示图像后，分别生成背光控制信号和LCD补偿图像信号。背光控制信号可以根据待显示图像的灰阶分布特点生成，从而控制不同背光区域呈现出不同的亮度。当背光亮度改变后，相应的，要对液晶面板的图像信号进行补偿，以达到目标显示效果。这个补偿过程，需要考虑到背光改变后，每个像素点背光亮度相对于静态高亮度背光时的变化。
发明人注意到，每个像素点的背光不仅受其正对的位置的背光区域的影响，也会受到临近背光区域的影响，并且随着距离背光源的距离不同，亮度的扩散呈现出非常复杂的非线性特点。如果不能对背光扩散传输参数进行精确建模，忽视周围背光源对亮度的影响，则无法获得恰当的LCD补偿图像，直接影响到最终显示画面的质量。这是相关技术中，动态调光显示效果不理想的主要原因之一。本发明为了解决这一问题，提出了利用点扩散函数对背光源的扩散传输参数进行建模和通过背光点亮实验求解模型参数的获取背光源的扩散传输参数的方法。在此基础上，根据M*N分区统计背光和背光源的扩散传输参数计算与加载图像等分辨率的W*H的扩散后背光分布，据此进行LCD图像补偿。并进一步提供了据此进行局部动态调光显示控制的方法和装置。
背光源的亮度随扩散距离的变化可以用点扩散函数(PSF，point spreadfunction)来描述。在光学***中，点扩散函数可以用于描述输入物为一点光源时其输出像的光场分布。在相关技术中，并没有将背光源的PSF(点扩散函数)用于动态调光显示控制，故而也没有提供针对显示装置背光源的点扩散函数获取方法。本公开提出的方法，基于像素距离计算背光扩散权重，来效模拟背光源的扩散情况。通过多次单背光源点亮屏幕，和对屏幕数据的处理，来获取一个背光分区的背光源的扩散范围，并准确求得距离背光源中心不同像素距离的扩散权重。从而在后续的显示控制中，可根据扩散权重计算出每个像素点对应的等效背光值，再根据亮度等价关系等求得精确的LCD图像补偿值。
下面参考附图对本发明实施例的方法和装置进行详细的说明。
图3是根据本发明实施例的根据本发明实施例的获取背光源扩散传输参数的方法的流程示意图。其中，获取背光源扩散传输参数的方法包括步骤S110到S140。
在步骤S110，选择显示设备不同背光区域的多个背光源，分别测量每个背光源的光照扩散数据，其中，所述光照扩散数据包括每个背光源单独点亮时，显示设备屏幕上多个像素点的亮度数据和各像素点对应的位置距离背光源所在位置的距离数据。其中，像素点对应的位置可以用像素点在屏幕上的像素坐标位置来描述，背光源所在位置则可以用背光源的中心点对应的屏幕像素点的像素坐标位置来描述。
亮度的测量，可以使用现有的各种亮度测量装置来实现，例如可采用二维色彩分析仪CA2000。例如，图4是根据本发明一个实施例的二维色彩分析仪CA2000获取亮度数据的软件界面示意图。通过对屏幕进行拍摄，可以根据拍摄结果获取一个背光区域的背光源的最大扩散距离和扩散强度(即，扩散亮度随扩散距离的变化)。在进行光照扩散数据的测量时，可以将显示设备的显示灰阶设置为全部是255。即相当于背光控制信号控制单个背光源点亮，而LCD图像信号控制显示全部灰阶为255的图像。在此状态下，测量背光源的光照的扩散在屏幕上最终的亮度呈现。从而将显示设备的结构、导光板/膜的性质等，均包含在所建立的模型中，最终体现在背光源扩散传输参数上。
为了使获得的数据能更好的反映显示屏幕各个位置的整体情况，在一些实施例中，所述不同背光区域的多个背光源可包括位于显示设备屏幕的中间、左上、右上、左下和右下方位的背光区域的背光源。例如，可选择上述5个方位下的背光区域中的5个背光源进行测量。显然，也可以选择不同方位，不同数量的多个背光源。测量的背光源个数越多，得到的数据也能更全面地反映屏幕的情况；相应地，所需的实验次数，和数据处理的运算量也会加大，因此可以根据实际需要灵活选择。甚至可以对所有背光区域的背光源进行一一点亮测量。
在描述扩散距离时，可以根据像素点对应的位置距离背光源的像素距离来描述。从而，在进行背光源对应的光照扩散数据的采集时，为了便于计算像素距离，可以选择距离背光源中心位置对应的像素点的像素距离为整数的像素点来采集数据。例如，所述每个背光源单独点亮时，显示设备屏幕上多个像素点的扩散亮度数据和各像素点距离背光源所在位置的距离数据可包括：位于被点亮的背光源所在位置的水平和竖直方向上的多个不同距离处的多个像素点的扩散亮度和扩散距离数据。当然选择其他位置的像素点也是可以的。例如，可以选择水平和竖直两个方向上的每个像素点，或者间隔选取一定数量的像素点等。
在步骤S120，对光照扩散数据进行预处理，得到有效像素点。预处理例如可以为获取背光源的扩散范围，该扩散范围内的数据为有效像素点数据。该扩散范围可以为背光源的实际扩散范围，或者，为了去除无效或者无意义的数据，来减少计算量和增加计算结果的精确度，例如，可以通过去除其中亮度小于第一亮度阈值的像素点对应的数据，得到有效像素点对应的数据。因为，随着与光源距离的增加，扩散亮度会随之衰减，当衰减到一定程度之后，对于总亮度的影响将微乎其微，为了减小计算量，可以将亮度衰减到小于第一亮度阈值的数据去除。例如，第一亮度阈值可以取背光源中心处亮度的3-5％。从而得到单个背光源的扩散范围。并且，亮度过低、距离光源较远的数据，其亮度测量的相对误差也会加大，这些数据用于后续的函数拟合，会导致拟合结果非常不准确，带来较大误差。
参见图5，图5是根据本发明实施例的单个背光源的扩散范围示意图。其中，背光源111的扩散范围200在水平方向上包括7个背光区域110，竖直方向上包括5个背光区域110。要说明的是，虽然背光传输是各向同性的，即在各个方向的扩散范围相同，但是根据背光模块和显示分辨率的不同，每个背光区域并不是正方形的，因此，在不同方向上可能覆盖不同数量的背光区域。
在步骤S130，设置像素点的亮度y为扩散亮度，设置像素点对应的位置与背光源之间的距离x为扩散距离，建立表征扩散亮度y与扩散距离x之间关系的点扩散函数y＝f(x)。
根据背光源的光学性质，通常点扩散函数y＝f(x)可以设置为多项式函数。为了防止数据拟合时多项式阶数过高和过拟合，在一些实施例中，可以采用分段多项式建立点扩散函数模型。
例如，所述点扩散函数y＝f(x)可以设置为分段多项式函数：
Figure BDA0001665667400000091
其中，k为多项式阶数，an，bn为各项系数，d1为分段多项式函数的分解距离，d2为最大扩散距离，即背光源与距其最远的有效像素点之间的距离，x为扩散距离，y为扩散亮度。所述点扩散函数的分解距离d1可根据显示设备的背光区域的划分形式确定，例如，可取背光分区水平或垂直方向的长度的整数倍。或者，也可以根据扩散范围的半径进行二等分，或N等分，N是大于等于2的正整数。
或者，也可以选用样条函数(例如N次样条函数，B样条函数等)作为基函数对点扩散函数进行建模。其参数拟合过程与多项式函数类似，本领域技术人员可以参照本公开中关于多项式系数的拟合方式实现。根据实验结果，分段多项式函数在各种函数形式中，较为接近背光源扩散的真实分布，拟合效果较好。
在步骤S140，根据各个有效像素点对应的数据进行拟合，获得点扩散函数中的各项参数，将点扩散函数作为背光源扩散传输参数。可将获得背光源的点扩散函数作为背光源扩散传输参数。
为了获得更精确的结果，根据各个有效像素点的数据进行曲线拟合，得到点扩散函数中的各项参数可包括：对各个有效像素点的数据进行统计分析，得到每个扩散距离对应的扩散亮度的平均值，作为该扩散距离的平均扩散亮度；再根据对应的扩散距离与平均扩散亮度的关系数据进行曲线拟合，得到点扩散函数中的各项参数。
在一个实施例中，可以取5个方位的背光区域中的各取一个背光源，对每个背光源采集水平和竖直两个方向上的亮度随距离变化的数据，则一共可以得到10组光照扩散数据。理论上，背光源的扩散在各个方向上基本是各向同性的，对实验数据的分析也显示，在水平和数值两个方向上扩散亮度随距离变化的关系基本一致。因此可以从中选择一个方向上的5组数据，作为分析用数据。为消除随机误差，将分析用的5组数据取平均值，可以获得每个以像素表示的扩散距离对应的平均扩散亮度，将之作为待拟合数据。通过根据待拟合数据进行y＝f(x)的曲线拟合，即可获得相应的点扩散函数。虽然理论上光是平滑扩散的，但是测量过程中设备和外界光的干扰会对测量数据造成一定的干扰，数据存在一定的波动。可以采用相关技术的一些成熟算法进行曲线拟合，或者是直接应用工具软件进行数据的处理，例如可以使用matlab，mathematica等软件实现函数拟合。
图6是是根据本发明实施例的点扩散函数曲线拟合结果示意。其中纵坐标为单位亮度，横坐标为像素距离。图中所示为采用matlab软件拟合的曲线，示出了根据分段多项式进行SPF函数拟合的结果，从图中可见，对于分段Seg1和Seg2都获得了良好的拟合效果。
本发明还提供了一种背光源扩散亮度的检测方法，其包括：根据像素点对应的位置与背光源的距离和背光源扩散传输参数确定背光源在所述像素点处的背光扩散亮度；其中，所述背光源扩散传输参数为根据上述实施例所述的方法获得。从而，可以精确计算背光源到像素点的背光扩散亮度。
使用本发明获取背光源扩散传输参数的方法和背光源扩散亮度的检测方法，可以对背光源的扩散进行精确的建模，从而能够方便求得背光源到任意距离的像素的亮度扩散系数。便于在局部动态调光显示过程中，准确地计算每个像素点的等效背光，进而获得相应的LCD补偿图像，实现与全背光显示的相同的甚至更优的显示效果。下面，对根据上述点扩散函数实现显示控制的方法进行详细的说明。图7是根据本发明实施例的显示控制方法的流程示意图。其中，显示控制过程包括步骤S210到S250。
在步骤S210，根据待显示图像的灰阶设定各个背光区域的设定背光亮度。例如，可以根据每个背光分区对应的像素灰阶统计值设定。显示图像的灰阶通常会较多，例如8位，256灰阶。一般来说，背光亮度的可调等级达不到如此多的等级，此时可以根据灰阶所属的区间选择近似的亮度等级。
在步骤S220，获取显示设备背光模块的背光扩散传输参数。可以将背光扩散传输参数存储在显示设备的存储器中，在显示控制时加以调用，以用于实现各种显示控制方法。
在步骤S230，根据各个背光区域的设定背光亮度和背光扩散传输参数计算各个像素点的等效背光亮度。
在一些实施例中，所述背光扩散传输参数包括表征扩散亮度y与扩散距离x之间的关系的点扩散函数y＝f(x)。
具体而言，对每一个像素点，可按照以下步骤获得像素点的等效背光亮度计算公式：
根据点扩散函数y＝f(x)确定所有影响所述像素点亮度的A*B个有效背光源，其中A，B为正整数。根据点扩散函数的有效范围，可以反向逆推，获得每个像素点的有效背光源，例如，可根据扩散半径r，确定像素中心，半径为r范围内的所有背光源作为有效背光源。
根据所述像素点到A*B个有效背光源的距离，通过点扩散函数得到A*B个背光源在所述像素点的总扩散亮度作为所述像素点的等效背光亮度BLequ，
Figure BDA0001665667400000101
其中，xi,j表示像素点到各个背光源的距离，f(xi,j)表示各个背光源到该像素点的扩散权重，Li,j表示各个背光源的亮度参考值。所述亮度参考值是表示背光相对亮度的无量纲比值，例如可用背光源的亮度与背光源最大亮度点亮时的亮度比值来作为背光源的亮度参考值，其可根据背光动态调节过程中的背光设定值确定。
实际应用中，可进一步在背光扩散传输参数中包括各个像素点的A*B个有效背光源和对应的扩散权重数据。在显示设备中将各个像素点的A*B个有效背光源和对应的扩散权重数据作为背光扩散传输参数，并进行存储，而无需每次重新计算，在显示控制时根据所述有效背光源和对应的扩散权重以及设定背光亮度计算像素点的等效背光亮度。
此处，为了简化计算，本实施例中，假定当背光源的亮度不同时，其点扩散函数的形式是不变的。即，对于不同的背光源的亮度Li,j，其扩散权重f(xi,j)仅与距离xi,j有关，而与亮度Li,j的取值无关。
进一步地，在一些实施例中，对每个像素点，还可以将等效背光亮度的计算公式进行权重归一化，其中，首先计算权重和：
Figure BDA0001665667400000111
再计算归一化权重：
weight(i,j)＝f(xi,j)/sum_weight。之后，进一步将归一化权重作为背光扩散传输参数，并进行存储，并直接用于等效背光亮度的计算，而无需每次重新计算权重。
在步骤S240，根据各个像素点的等效背光亮度计算对应的补偿图像。当得到像素点的等效背光亮度后，就可以进行相应的LCD补偿，得到对应的补偿图像。相关技术中的各种LCD补偿图像的计算方法均可应用于此。
在步骤S250，控制背光模块以设定背光亮度点亮背光源，以及控制液晶面板根据补偿图像进行图像显示。
其中，所述背光模块的点扩散函数可以根据上述实施例的方法预先获得，并存储在显示设备之中。例如，可以由显示设备制造商在出厂前对每个型号的进行试验获得，并存储在显示设备的存储器之中，在需要时进行调用。在获得背光模块的点扩散函数之后，进一步计算每个像素点的A*B个有效背光源和对应的扩散权重数据并加以存储的操作；以及进一步地，可以计算出归一化权重，并进行存储的操作，也可以预先完成，例如由显示设备制造商在产品出厂前完成。
为了便于理解，将可以在进行动态调光显示控制之前预先进行的操作进行概括，从测量背光源的点扩散函数到最终获得扩散权重参数的整体过程如下：
(1)数据获取，获取多个像素点的光照扩散数据。
(2)数据预处理，得到背光扩散范围和有效像素点的数据。
(3)点扩散函数拟合，根据有效像素点的数据进行函数拟合，得到点扩散函数。
(4)根据拟合的点扩散函数计算像素点背光扩散权重，即计算每个像素点的所有有效背光源的扩散权重。
(5)对扩散权重进行归一化处理。
(6)得到最终的背光扩散权重，并进行存储。
如此，在步骤S220，获取显示设备背光模块的背光扩散传输参数的过程中，可以获得每个像素点的有效背光源和归一化权重数据。在步骤S230，根据各个背光区域的设定背光亮度和背光扩散传输参数计算各个像素点的等效背光亮度，则直接调用存储的有效背光源和归一化权重参数来进行等效背光亮度的计算。这样，可以通过简单的矩阵运算，迅速地得到每个像素点的等效背光亮度，加快运算速度。
在局域动态调光显示过程中，由于需要对每一帧图像(或者每几帧图像，取决于控制算法的设计)分别进行背光的调整。而每次背光调整后，各个像素的等效背光亮度均需重新计算。故而，运算速度十分重要。对A*B个有效背光源和对应的扩散权重数据或者归一化权重数据加以存储，在显示控制过程中直接调用可以大大提高运算速度。
图8是根据本发明实施例的显示控制方法进行图像显示的示例图。其中以待显示图像为分辨率W*H原图为例，背光模块具有M*N个分区。首先对M*N个分区的背光进行统计，获得背光设定值分布图案。根据背光设定值控制背光模块M*N个分区的背光显示，得到的对应每个像素的等效背光，从而构成W*H扩散背光图，根据扩散背光图计算W*H补偿图像。从中可见，对于背光被调暗的区域，补偿图像的灰阶相应增大，亮度被调高。
根据本发明的显示控制方法，通过对背光源的扩散进行精确的建模，存储各个像素点有效背光源的扩散权重，能够方便求得背光源到任意距离的像素的亮度扩散系数。便于在局部动态调光显示过程中，准确而迅速地计算每个像素点的等效背光，获得接近实际背光扩散的亮度的过渡平滑的W*H的背光分布，进而获得相应的LCD补偿图像，实现与全背光显示的相同的甚至更优的显示效果。使图像在非低灰阶范围内更接近原图实际亮度，降低图像失真度。画质良好、对比度高、失真率小、且无块状和分界线出现。此外，由于案图像相对较暗的区域背光的降低，也可以从整体上获得更好的对比度。
为了更好地实现上述实施例中的方法，本发明的实施例进一步提出了一种显示控制装置。图9是根据本发明实施例的根据本发明实施例的显示控制装置的结构框图。
所述显示控制装置可用于包括多个可调背光区域的直下式背光液晶显示设备，具体包括：背光设定模块410，背光源扩散传输参数获取模块420，等效背光亮度计算模块430，补偿图像计算模块440和控制信号输出模块450。
背光设定模块410，用于根据待显示图像的灰阶设定各个背光区域的设定背光亮度。
背光源扩散传输参数获取模块420，用于获取显示设备背光模块的背光扩散传输参数。
等效背光亮度计算模块430，用于根据各个背光区域的设定背光亮度和背光扩散传输参数计算各个像素点的等效背光亮度。
其中，所述背光扩散传输参数可包括表征扩散亮度y与扩散距离x之间的关系的点扩散函数y＝f(x)。
对每一个像素点，可按照以下步骤获得像素点的等效背光亮度计算公式：
根据点扩散函数y＝f(x)确定所有影响所述像素点亮度的A*B个有效背光源，其中A，B为正整数；
根据所述像素点到A*B个有效背光源的距离，通过点扩散函数得到A*B个背光源在所述像素点的总扩散亮度作为所述像素点的等效背光亮度BLequ，
Figure BDA0001665667400000131
其中，xi,j表示像素点到各个背光源的距离，f(xi,j)表示各个背光源到该像素点的扩散权重，Li,j表示各个背光源的亮度参考值；
将各个像素点的A*B个有效背光源和对应的扩散权重数据作为背光扩散传输参数加以存储；
根据所述有效背光源和对应的扩散权重以及设定背光亮度计算像素点的等效背光亮度。
进一步地，对每个像素点，可将等效背光亮度的计算公式进行权重归一化，其中，
计算权重和：
Figure BDA0001665667400000132
计算归一化权重：weight(i,j)＝f(xi,j)/sum_weight；
可将归一化权重作为背光扩散传输参数，并进行存储，以用于等效背光亮度的计算。
补偿图像计算模块440，用于根据各个像素点的等效背光亮度计算对应的补偿图像。
控制信号输出模块450，用于输出控制信号，控制背光模块以设定背光亮度点亮背光源，以及，控制液晶面板根据补偿图像进行图像显示。
其中，所述背光模块的点扩散函数可根据上文实施例中的方法预先获得，并存储在显示设备之中。
本发明显示控制装置中的各个模块的功能和作用的实现过程具体详情可参见上述显示控制方法中对应步骤的实现过程。对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，前述对本发明的方法实施例的解释说明也适用于本发明的装置实施例。为避免冗余，在装置实施例中将不会对所有细节进行重复，相关未尽之处可参见上述结合图1到图7对本发明显示方法实施例和背光源扩散传输参数获取方法实施例的相关描述。
本发明进一步的提供了一种显示设备，包括直下式背光模块、显示面板和用于控制背光模块和显示面板的显示控制装置，其中，所述显示控制装置为根据本发明任意实施例所述的显示控制装置。
所述显示设备可以实现为包括直下式背光模块、显示面板、计算机可读存储介质和处理器，其中，所述计算机可读存储介质存储有可执行指令，所述可执行指令被处理器执行时，实现本发明的上述的显示控制方法。
根据本发明的显示控制装置和显示设备，通过对背光源的扩散进行精确的建模，存储各个像素点有效背光源的扩散权重，能够方便求得背光源到任意距离的像素的亮度扩散系数。便于在局部动态调光显示过程中，准确而迅速地计算每个像素点的等效背光，获得接近实际背光扩散的亮度的过渡平滑的W*H的背光分布，进而获得相应的LCD补偿图像，实现与全背光显示的相同的甚至更优的显示效果。使图像在非低灰阶范围内更接近原图实际亮度，降低图像失真度。画质良好、对比度高、失真率小、且无块状和分界线出现。
需要说明的是，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例的方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
在本说明书的描述中，流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行***、装置或设备(如基于计算机的***、包括处理器的***或其他可以从指令执行***、装置或设备取指令并执行指令的***)使用，或结合这些指令执行***、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行***、装置或设备或结合这些指令执行***、装置或设备而使用的装置。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行***执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一个实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种获取背光源扩散传输参数的方法，其特征在于，包括：
选择显示设备不同背光区域的多个背光源，分别测量每个背光源的光照扩散数据，其中，所述光照扩散数据包括每个背光源单独点亮时，显示设备屏幕上多个像素点的亮度数据和各像素点对应的位置距离背光源所在位置的距离数据；
对光照扩散数据进行预处理，得到有效像素点；
设置像素点的亮度y为扩散亮度，设置像素点对应的位置与背光源之间的距离x为扩散距离，建立表征扩散亮度y与扩散距离x之间关系的点扩散函数y＝f(x)；以及
根据各个有效像素点对应的数据进行拟合，获得点扩散函数中的各项参数，将点扩散函数作为背光源扩散传输参数；
其中，所述点扩散函数y＝f(x)为分段多项式函数：
Figure FDA0002744309210000011
其中，k为多项式阶数，an，bn为各项系数，d1为分段多项式函数的分解距离，d2为最大扩散距离，所述最大扩散距离为背光源与距其最远的有效像素点之间的距离，x为扩散距离，y为扩散亮度。
2.根据权利要求1所述的获取背光源扩散传输参数的方法，其特征在于，所述对光照扩散数据进行预处理，得到效像素点，包括：
去除其中亮度小于第一亮度阈值的像素点对应的数据，将亮度大于等于第一亮度阈值的像素点作为有效像素点。
3.根据权利要求1所述的获取背光源扩散传输参数的方法，其特征在于，所述每个背光源单独点亮时，显示设备屏幕上多个像素点的扩散亮度数据和各像素点距离背光源所在位置的距离数据包括：
位于被点亮的背光源所在位置的水平和竖直方向上的多个不同距离处的多个像素点的扩散亮度和扩散距离数据。
4.根据权利要求1所述的获取背光源扩散传输参数的方法，其特征在于，所述点扩散函数的分解距离d1根据显示设备的背光区域的划分形式确定。
5.根据权利要求1所述的获取背光源扩散传输参数的方法，其特征在于，根据各个有效像素点的数据进行曲线拟合，得到点扩散函数中的各项参数包括：
对各个有效像素点的数据进行统计分析，得到每个扩散距离对应的扩散亮度的平均值，作为该扩散距离的平均扩散亮度；以及
根据对应的扩散距离与平均扩散亮度的关系数据进行曲线拟合，得到点扩散函数中的各项参数。
6.一种背光源扩散亮度的检测方法，其特征在于，包括：
根据像素点对应的位置与背光源的距离和背光源扩散传输参数确定背光源在所述像素点处的背光扩散亮度；
其中，所述背光源扩散传输参数为根据权利要求1-5中任意一项所述的方法获得。
7.一种显示控制方法，其特征在于，包括：
根据待显示图像的灰阶设定各个背光区域的设定背光亮度；
获取显示设备背光模块的背光源扩散传输参数；
根据各个背光区域的设定背光亮度和背光源扩散传输参数计算各个像素点的等效背光亮度；
根据各个像素点的等效背光亮度计算对应的补偿图像；以及
控制背光模块以设定背光亮度点亮背光源，控制液晶面板根据所述补偿图像进行图像显示；
其中，所述背光模块的背光源扩散传输参数为根据权利要求1-5中任意一项所述的方法预先获得，并存储在显示设备之中；
其中，根据各个背光区域的设定背光亮度和背光源扩散传输参数计算各个像素点的等效背光亮度包括：
对每一个像素点，按照以下步骤获得像素点的等效背光亮度计算公式：
根据点扩散函数y＝f(x)确定所有影响所述像素点亮度的A*B个有效背光源，其中A，B为正整数；
根据所述像素点到A*B个有效背光源的距离，通过点扩散函数得到A*B个背光源在所述像素点的总扩散亮度作为所述像素点的等效背光亮度BLequ，
Figure FDA0002744309210000021
其中，xi,j表示像素点到各个背光源的距离，f(xi,j)表示各个背光源到该像素点的扩散权重，Li,j表示各个背光源的亮度参考值；
将各个像素点的A*B个有效背光源和对应的扩散权重数据作为背光源扩散传输参数并进行存储；
根据所述有效背光源和对应的扩散权重以及设定背光亮度计算像素点的等效背光亮度。
8.根据权利要求7所述的显示控制方法，其特征在于，获得像素点的等效背光亮度计算公式还包括：
对每个像素点，将等效背光亮度的计算公式进行权重归一化，其中，
计算权重和：
Figure FDA0002744309210000031
计算归一化权重：weight(i,j)＝f(xi,j)/sum_weight；
将归一化权重作为背光源扩散传输参数并进行存储，以用于等效背光亮度的计算。
9.一种显示控制装置，用于包括多个可调背光区域的直下式背光液晶显示设备，其特征在于，包括：
图像获取模块，用于获取待显示图像；
背光设定模块，用于根据待显示图像的灰阶设定各个背光区域的设定背光亮度；
背光源扩散传输参数获取模块，用于获取显示设备背光模块的背光扩散传输参数；
等效背光亮度计算模块，用于根据各个背光区域的设定背光亮度和背光扩散传输参数计算各个像素点的等效背光亮度；
补偿图像计算模块，用于根据各个像素点的等效背光亮度计算对应的补偿图像；以及
控制信号输出模块，用于输出控制信号，控制背光模块以设定背光亮度点亮背光源，以及，控制液晶面板根据补偿图像进行图像显示；
其中，所述背光模块背光扩散传输参数为根据权利要求1-5中任意一项所述的方法预先获得，并存储在显示设备之中，
其中，所述背光扩散传输参数包括表征扩散亮度y与扩散距离x之间的关系的点扩散函数y＝f(x)，等效背光亮度计算模块根据各个背光区域的设定背光亮度和背光扩散传输参数计算各个像素点的等效背光亮度包括：
对每一个像素点，按照以下步骤获得像素点的等效背光亮度计算公式：
根据点扩散函数y＝f(x)确定所有影响所述像素点亮度的A*B个有效背光源，其中A，B为正整数；
根据所述像素点到A*B个有效背光源的距离，通过点扩散函数得到A*B个背光源在所述像素点的总扩散亮度作为所述像素点的等效背光亮度BLequ，
Figure FDA0002744309210000041
其中，xi,j表示像素点到各个背光源的距离，f(xi,j)表示各个背光源到该像素点的扩散权重，Li,j表示各个背光源的亮度参考值；
将各个像素点的A*B个有效背光源和对应的扩散权重数据作为背光扩散传输参数并进行存储；
根据所述有效背光源和对应的扩散权重以及设定背光亮度计算像素点的等效背光亮度。
10.根据权利要求9所述的显示控制装置，其特征在于，等效背光亮度计算模块获得像素点的等效背光亮度计算公式还包括：
对每个像素点，将等效背光亮度的计算公式进行权重归一化，其中，
计算权重和：
Figure FDA0002744309210000042
计算归一化权重：weight(i,j)＝f(xi,j)/sum_weight；
将归一化权重作为背光扩散传输参数，并进行存储，以用于等效背光亮度的计算。
11.一种显示设备，包括直下式背光模块、显示面板、计算机可读存储介质和处理器，所述计算机可读存储介质存储有可执行指令，其特征在于，所述可执行指令被处理器执行时，实现权利要求7-8中任意一项所述的显示控制方法。
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