CN109102471A - 一种基于直方图修正的低功耗图像显示驱动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于直方图修正的低功耗图像显示驱动方法，包括以下步骤：输入图像‑获取图像中的R、G、B三基色通道直方图‑对直方图进行修正，获取修正后的直方图‑将原图像的直方图与修正后的直方图进行匹配‑输出匹配后的直方图。本发明在实现功耗限制的同时，保持了视觉效果；不同于传统的算法将高亮像素全部消除，本方法提出了低功耗直方图修正方法，通过降低高亮像素个数，实现功耗限制，与此同时，通过保留部分高亮像素提升视觉效果，而且是首次将直方图匹配方法应用到图像的功耗限制，实现了优良的处理效果；通过直方图匹配将输入图像的直方图调整成修正的直方图形状，实现了图像的低功耗处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于直方图修正的低功耗图像显示驱动方法，属于图像增强领域和消费类电子领域。
背景技术
当前，以智能手机为代表的消费类电子产品已经给日常生活带来了极大的便利。但是，由于手机电池电量有限，显示面板功耗过大引起的频繁充电问题严重地影响了用户体验，与传统的显示面板相比，有源矩阵有机发光二极管(AMOLED，Active-matrix organiclight emitting diode)面板具有全方位180°视角、响应速度快、便于超薄设计等优点，是定制化极强、自主知识产权附加值最高、最具投入发展价值和市场潜力的平板显示技术。
目前，AMOLED显示面板主要应用于手机和便携式媒体播放器上。 Displaysearch数据显示，近年来，在智能手机市场快速增长的推动下，全球用于手机领域的AMOLED面板占总出货量的比例快速攀升，至 2016年，全球AMOLED显示屏出货量达到4.3亿片，同比增长45％，其中仅手机用AMOLED显示屏出货量就达到3.7亿片。而未来大尺寸 AMOLED显示面板也将逐步量产，其在笔记本电脑、上网本、显示器以及电视领域的应用将逐步增加，在高端电子产品领域，AMOLED显示面板已经逐步成为产品之间的重要差异化因素之一。在巨大的市场需求驱动之下，业界对AMOLED进行了大量的研究，包括透明AMOLED 屏、柔性AMOLED屏、大尺寸AMOLED屏。
在所有AMOLED相关的产品中，便携式产品具有最为广阔的市场空间和应用价值。对智能手机、平板电脑、数码相机、MP4和游戏机等便携式数码产品来讲，低功耗具有非常重要的意义，功耗越低，待机时间就越长，用户体验就会得到明显的提升。在几乎所有的带屏数码产品中，显示面板的耗电量占总耗电量的50％以上。因此，对于电池电量有限的数码产品来说，降低功耗对延长的待机时间、提升用户体验至关重要。
在显示技术应用的驱动下，业界开始越来越重视低功耗AMOLED 显示技术。2007年，德国萨尔大学开展了有关PMOLED面板低功耗、长寿命的研究，其最大的特点是应用Consecutive Multiline Addressing scheme(CMLA)方法降低PMOLED的功耗并延长寿命，其核心是将一幅待显示的图像分解成一组多行矩阵和残留单行矩阵，该图像分解方法利用组合算法实现，具有无损性。该研究虽然具有较强的理论性和工程实现的可行性，但并不适用于AMOLED显示面板。同年，韩国的Arkhipov等学者提出基于等比例缩放的功耗限制方法(NPC)应用于AMOLED电视，当总电流大于阈值电流时，通过对原图像中各像素点的灰阶乘以一个缩放因子得到新的灰阶，从而降低功耗。然而，显示功耗主要受控于图像中的高灰阶像素点，按照该方法执行时，图像中无论是高灰阶像素点还是低灰阶像素点的灰阶都被缩放了，严重影响了图像的视觉效果。由于上述方法在实现功耗限制的同时，图像的视觉效果退化，且色彩信息丢失较多，为了进行改善，韩国忠清大学和韩国国立忠北大学共同提出了基于色彩空间转换的低功耗显示方法(ACSC)，将原图像中对应坐标像素点的亮度减去亮度偏移量，从而得到图像中每个像素点的亮度。该方法虽然在实现功耗限制的同时最大程度的保持了图像的色彩信息，但图像中的低灰阶部分同样被缩放，处理图像的视觉效果有待提高。为了在实现功耗限制的同时提升低灰阶部分的视觉效果，文献提出了一种基于抛物线模型的低功耗处理方法。该方法保持低灰阶像素单元的灰阶不变，从而保持了低灰阶图像细节的视觉效果。此外，该方法将高灰阶部分像素堆积到某个特定的灰阶，以减少高灰阶部分的像素数量，从而降低显示功耗。该方法虽然实现了低灰阶部分图像视觉效果的提升，但是高灰阶部分图像视觉效果损失严重。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于直方图修正的低功耗图像显示驱动方法，该基于直方图修正的低功耗图像显示驱动方法通过降低高亮像素个数实现功耗限制，与此同时，通过保留部分高亮像素提升视觉效果。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种基于直方图修正的低功耗图像显示驱动方法，包括以下步骤：
①输入图像；
②获取图像中的R、G、B三基色通道直方图；
③对步骤②中的直方图进行修正，获取修正后的直方图；
④将步骤②中的直方图与步骤③中的直方图进行匹配；
⑤输出匹配后的直方图；
所述步骤③分为以下步骤：
(3.1)分别计算步骤②中的直方图的修正间距：
其中，D为修正间距，Hmax为通道的最大灰阶，Hmin为通道的最小灰阶；
(3.2)对图像分区：根据不同通道，对图像进行分区，每个通道中，均将图像分为三个区，分别为A区、B区、和C区；
(3.3)通过公式，分别对步骤②中的直方图进行修正：通过以下公式对直方图进修正：
其中，i为灰阶变量，histi为原直方图参数，hist′i为修正后的直方图参数，k为灰阶，D为修正间距；
(3.4)获取修正后的各个通道的直方图。
所述修正间距为图像的灰阶跨度的一半。
所述灰阶跨度是最大灰阶与最小灰阶之差。
所述A区的范围为[Hmax-D，Hmax]，B区的范围为 [Hmin，Hmin-D]，C区的范围为[0，Hmin]。
所述步骤④分为以下步骤：
(4.1)获取步骤②中某个通道和绿色通道的直方图参数，表示为histi；
(4.2)逐个读出某个通道的像素单元的灰阶；
(4.3)通过公式，计算出直方图的累加面积，所述公式如下所示：
其中，sr为累加面积，i为灰阶变量，r为自然数；
(4.4)根据步骤③中修正后的直方图的参数hist′i，获取转换函数G(z)：
其中，k为灰阶，取值范围为0～255；
(4.5)求出步骤(4.4)中转换函数的反函数k＝G-1；
(4.6)通过更新公式，更新图像某通道的灰阶，完成直方图匹配处理；
(4.7)重复步骤(4.1)～(4.6)，对图像中的其余两个通道进行匹配处理；
(4.8)获取匹配后的各个通道的直方图。
所述某个通道为R、G、B三基色通道中的一个。
所述转换函数为修正直方图累加面积随灰阶的变换关系。
所述步骤(4.6)中的更新公式为：
kr＝G-1(sr)；
其中，kr为灰阶的更新值，sr为累加面积。
本发明的有益效果在于：
1.在实现功耗限制的同时，保持了视觉效果；不同于传统的算法将高亮像素全部消除，本方法提出了低功耗直方图修正方法，通过降低高亮像素个数，实现功耗限制，与此同时，通过保留部分高亮像素提升视觉效果。
2.首次将直方图匹配方法应用到图像的功耗限制，实现了优良的处理效果；通过直方图匹配将输入图像的直方图调整成修正的直方图形状，实现了图像的低功耗处理。
3.实验结果表明，相比于抛物线模型、NPC和ACSC算法，本方法处理所得图像的显示功耗分别降低了17.8％，10.9％和11.0％。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是本发明直方图累加面积随灰阶变化的示意图；
图3是本发明修正后的直方图的累加面积随灰阶变化的示意图。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1所示，一种基于直方图修正的低功耗图像显示驱动方法，包括以下步骤：
①输入图像；
②获取图像中的R、G、B三基色通道直方图；
③对步骤②中的直方图进行修正，获取修正后的直方图；通过直方图修正，减少高灰阶像素个数，增加低灰阶像素个数，是实现低功耗处理的根本原理；具体分为以下步骤(对原图像的R、G、B三通道，都按照以下步骤处理，以实现直方图修正)：
(3.1)分别计算步骤②中的直方图的修正间距：其中，D为修正间距，Hmax为通道的最大灰阶，Hmin为通道的最小灰阶；所述修正间距为图像的灰阶跨度的一半；所述灰阶跨度是最大灰阶与最小灰阶之差；
(3.2)对图像分区：根据不同通道，对图像进行分区，每个通道中，均将图像分为三个区，分别为A区、B区、和C区；所述A区的范围为[Hmax-D，Hmax]，B区的范围为[Hmin，Hmin-D]，C区的范围为[0，Hmin]；即当计算的是R通道的直方图时，A区的范围为 [Rmax-DR，Rmax]，B区的范围为[Rmin，Rmin-DR]，C区的范围为 [0，Rmin]，其中，Rmax为R通道的最大灰阶，Rmin为R通道的最小灰阶，DR为R通道的修正间距；
(3.3)通过公式，分别对步骤②中的直方图进行修正：通过以下公式对直方图进修正：
其中，i为灰阶变量，histi为原直方图参数，hist＇i为修正后的直方图参数，k为灰阶，D为修正间距；
(3.4)获取修正后的各个通道的直方图。
进一步地，以R通道为例，阐述直方图修正：
1.计算修正间距：
其中，DR是修正间距，Rmin是R通道的最小灰阶，Rmax是R通道的最大灰阶。
2.对图像分区：将图像分成三个区，A区是[Rmax-DR，Rmax]， B区是[Rmin，Rmin-DR]，C区是[0，Rmin]。
3.通过公式修正。
④将步骤②中的直方图与步骤③中的直方图进行匹配；匹配所得图像的直方图将呈现出修正直方图的形状，因此功耗得到降低；具体分为以下步骤：
(4.1)获取步骤②中某个通道和绿色通道的直方图参数，表示为histi；
(4.2)逐个读出某个通道的像素单元的灰阶；所述某个通道为R、 G、B三基色通道中的一个；
(4.3)通过公式，计算出直方图的累加面积，如图2所示，所述公式如下所示：
其中，sr为累加面积，i为灰阶变量，r为自然数，灰阶从0增加到 r；
(4.4)根据步骤③中修正后的直方图的参数hist＇i，如图3所示，获取转换函数G(z)：
其中，k为灰阶，取值范围为0～255；所述转换函数为修正直方图累加面积随灰阶的变换关系；
(4.5)求出步骤(4.4)中转换函数的反函数k＝G-1，表示G(k) 到k的转换关系；
(4.6)通过更新公式，更新图像某通道的灰阶，完成直方图匹配处理；所述更新公式为：
kr＝G-1(sr)；
其中，kr为灰阶的更新值，sr为累加面积；
(4.7)重复步骤(4.1)～(4.6)，对图像中的其余两个通道进行匹配处理；
(4.8)获取匹配后的各个通道的直方图。
进一步地，对原图像(即步骤①中输入的图像)的三个通道中，每个像素单元都进行上述直方图匹配处理，就可以得到新的图像，该图像直方图的现状将与修正后的直方图的现状相似，因此功耗得到降低。
⑤输出匹配后的直方图。
综上所述，对于一幅图像，先统计出红、绿、蓝三基色通道的直方图，再通过直方图修正方法，减少高灰阶像素个数，增加低灰阶像素个数；值得注意的是，直方图修正是本发明中较为关键的一步，它是实现低功耗处理的根本原理。随后，通过直方图匹配，使得原图像的直方图向修正后的直方图匹配，在通过直方图匹配的处理之后，处理所得图像的直方图将呈现出修正直方图的形状，因此功耗得到降低。
Claims (8)
1.一种基于直方图修正的低功耗图像显示驱动方法，其特征在于：包括以下步骤：
①输入图像；
②获取图像中的R、G、B三基色通道直方图；
③对步骤②中的直方图进行修正，获取修正后的直方图；
④将步骤②中的直方图与步骤③中的直方图进行匹配；
⑤输出匹配后的直方图；
所述步骤③分为以下步骤：
(3.1)分别计算步骤②中的直方图的修正间距：其中，D为修正间距，Hmax为通道的最大灰阶，Hmin为通道的最小灰阶；
(3.2)对图像分区：根据不同通道，对图像进行分区，每个通道中，均将图像分为三个区，分别为A区、B区、和C区；
(3.3)通过公式，分别对步骤②中的直方图进行修正：通过以下公式对直方图进修正：
其中，i为灰阶变量，histi为原直方图参数，hist′i为修正后的直方图参数，k为灰阶，D为修正间距；
(3.4)获取修正后的各个通道的直方图。
2.如权利要求1所述的基于直方图修正的低功耗图像显示驱动方法，其特征在于：所述修正间距为图像的灰阶跨度的一半。
3.如权利要求2所述的基于直方图修正的低功耗图像显示驱动方法，其特征在于：所述灰阶跨度是最大灰阶与最小灰阶之差。
4.如权利要求1所述的基于直方图修正的低功耗图像显示驱动方法，其特征在于：所述A区的范围为[Hmax-D，Hmax]，B区的范围为[Hmin，Hmin-D]，C区的范围为[0，Hmin]。
5.如权利要求1所述的基于直方图修正的低功耗图像显示驱动方法，其特征在于：所述步骤④分为以下步骤：
(4.1)获取步骤②中某个通道和绿色通道的直方图参数，表示为histi；
(4.2)逐个读出某个通道的像素单元的灰阶；
(4.3)通过公式，计算出直方图的累加面积，所述公式如下所示：
其中，sr为累加面积，i为灰阶变量，r为自然数；
(4.4)根据步骤③中修正后的直方图的参数hist′i，获取转换函数G(z)：
其中，k为灰阶，取值范围为0～255；
(4.5)求出步骤(4.4)中转换函数的反函数k＝G-1；
(4.6)通过更新公式，更新图像某通道的灰阶，完成直方图匹配处理；
(4.7)重复步骤(4.1)～(4.6)，对图像中的其余两个通道进行匹配处理；
(4.8)获取匹配后的各个通道的直方图。
6.如权利要求5所述的基于直方图修正的低功耗图像显示驱动方法，其特征在于：所述某个通道为R、G、B三基色通道中的一个。
7.如权利要求5所述的基于直方图修正的低功耗图像显示驱动方法，其特征在于：所述转换函数为修正直方图累加面积随灰阶的变换关系。
8.如权利要求5所述的基于直方图修正的低功耗图像显示驱动方法，其特征在于：所述步骤(4.6)中的更新公式为：
kr＝G-1(sr)；
其中，kr为灰阶的更新值，sr为累加面积。
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