TWI440015B - 液晶顯示器中之影像處理方法 - Google Patents

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Description

液晶顯示器中之影像處理方法
本發明是有關於一種影像處理方法，且特別是有關於一種液晶顯示器之影像處理方法。
在一般的顯示器中，關於提高影像對比度的技術，主要是對輸入的影像資料進行處理，藉由分析整個畫面資料在影像長條圖(histogram)上的各種特性，來決定原始輸入影像資料的改變量，並且調整所需的背光亮度，使得相鄰的灰階值差距變大，進而提高影像的對比度。
然而，儘管調整輸入的影像資料可達到提高影像對比度之目的，但在習知的作法中係將輸入的影像資料改變之後，再另外調整所需的背光亮度；換言之，影像資料的處理與背光亮度的調整互不相關。如此一來，背光亮度便無法與影像資料進行相對地調整，且整個影像畫面中可能會有些許部分的對比度出現不均勻的現象，或者是使用者在觀看影像畫面時會覺得有某些部分特別亮或特別暗的情形發生。
本發明的目的是在提供一種液晶顯示器中之影像處理方法，用以提高影像畫面的對比度，增進影像畫面的顯示品質。
本發明係揭露一種液晶顯示器中之影像處理方法，此方法包含下列步驟：根據一影像資料取得一背光參數；根據背光參數調整一背光源；根據調整後之背光源取得一灰階參考值，其中此灰階參考值係介於一第一灰階邊界值以及一第二灰階邊界值之間；當影像資料之灰階值介於灰階參考值以及第一灰階邊界值之間時，依據背光參數將影像資料之灰階值轉換為相對應之輸出灰階值；以及當影像資料之灰階值介於灰階參考值以及第二灰階邊界值之間時，依據一線性關係將影像資料之灰階值轉換為相對應之輸出灰階值。
根據本發明之技術內容，應用前述液晶顯示器之影像處理方法，可提高影像畫面的對比度，增加影像畫面顯示出來的色彩層次，使得影像畫面更加鮮明。此外，背光源亮度可與影像資料進行相對且適度地調整和控制，使得背光源在使用上可更有效率，不會產生無謂的功率損耗，間接地降低背光源的使用功率。
第1圖係繪示依照本發明實施例之一種液晶顯示器中影像處理系統的方塊示意圖。此影像處理系統包括背光參數產生電路102、脈衝寬度調變(pulse width modulation，PWM)信號產生電路104以及影像灰階轉換電路106。背光參數產生電路102可接收輸入影像資料，並根據接收到的輸入影像資料產生背光參數(backlight index)，然後再將背光參數分別傳送至脈衝寬度調變信號產生電路104以及影像灰階轉換電路106中。脈衝寬度調變信號產生電路104係依據接收到的背光參數產生相對應的脈衝寬度調變信號，藉以控制背光源之亮度。影像灰階轉換電路106則是依據接收到的背光參數以及調整後的背光源亮度，將輸入影像資料轉換為輸出影像資料，再將其傳送至顯示面板中顯示。
第2圖係本發明所揭露的影像處理方法的流程圖。首先，根據一輸入影像資料取得一背光參數(步驟200)。由於背光參數係隨著不同的輸入影像資料而變動，因此在決定背光參數前，可將輸入影像資料整理成一N階的影像長條圖(histogram)，然後再依照影像長條圖來決定背光參數。
第3圖係繪示根據輸入影像資料所整理而成之影像長條圖的示意圖。此影像長條圖代表在一影像中，於最小灰階值0與最大灰階值N之間，根據統計數量k統計而得之各灰階值出現的次數。此外，此影像長條圖亦提供了影像特性，例如明暗程度。
在取得各灰階值出現的次數之後，便可以下列數學式(1)來決定背光參數。
其中，BI係為背光參數；BIB係為輸入影像資料中次畫素之最大灰階值所對應之一背光參數邊界值；H係為輸入影像資料中次畫素之最大灰階值出現的次數；TP係為輸入影像資料中所有灰階值出現的次數和；M係為輸入影像資料中次畫素的最大灰階值；GLB係為輸入影像資料中次畫素之最大灰階值所對應之一灰階邊界值。
由於在某些影像中，高灰階值(或低灰階值)的影像可能只佔極少的部分，因此為了確保得到的背光參數更加準確，使得輸出影像可具有較好的相對亮度或對比度，上述的數學式(1)中包含背光參數邊界值BIB以及灰階邊界值GLB，用以更精確地決定背光參數，以控制高灰階值(或低灰階值)的影像所需的背光亮度。
上列表(一)係表示背光參數邊界值以及灰階邊界值相對影像灰階範圍的對照表。當輸入影像資料中次畫素的最大灰階值，即Max(R,G,B)，落於灰階範圍0~N/k時，以GLB 1作為輸入影像的灰階邊界值；當Max(R,G,B)落於灰階範圍N/k~2＊ (N/k)時，以GLB 2作為輸入影像的灰階邊界值，依此類推。另一方面，當Max(R,G,B)落於灰階範圍0~N/k時，以BIB 1作為輸入影像的背光參數邊界值；當Max(R,G,B)落於灰階範圍N/k~2＊ (N/k)時，以BIB 2作為輸入影像的背光參數邊界值，依此類推。
在取得背光參數之後，再根據所取得的背光參數調整背光源，其中可先根據背光參數產生相對應之一脈衝寬度調變(pulse width modulation，PWM)信號(步驟202)。然後，再藉由產生的脈衝寬度調變信號調整背光源(步驟204)。此外，為了準確地控制背光源的亮度，背光亮度可區分為N階，分別係由亮度最暗的0階至亮度最亮的(N－1)階，藉此取得一個N階之背光參數對背光亮度的查值表(lookup table，LUT)，然後再依照實際的情況和需求來設定背光參數以及亮度之間的關係，藉以控制背光亮度。
再者，在調整背光源之後，根據一背光參數以及調整後之背光源的亮度取得灰階參考值(步驟206)，此灰階參考值係介於一第一灰階邊界值以及一第二灰階邊界值之間。
第4圖係繪示依照本發明實施例之一種輸入灰階值與輸出灰階值之間轉換關係的示意圖。在本實施例中，背光源之亮度係根據背光參數進行調整而增強，且第一灰階邊界值係小於第二灰階邊界值，而灰階參考值係介於第一與第二灰階邊界值間之一中間值以及第二灰階邊界值之間，亦即灰階參考值較靠近於第二灰階邊界值。第一灰階邊界值係為影像畫面中的最小灰階值，第二灰階邊界值係為影像畫面中的最大灰階值。如圖所示，X1係為灰階參考值，0和N分別為第一和第二灰階邊界值，而GLIN 為輸入灰階值，GLOUT 為輸出灰階值。X1可由下列數學式(2)來決定。
其中，BLMax 為背光源完全開啟之亮度，BLDim 為根據背光參數所取得相對應之背光亮度，γ為一參數伽瑪值，N為輸入之最大灰階值，F為輸出之最大灰階值相對於輸入之最大灰階值的比例。
然後，在取得灰階參考值之後，判別輸入影像資料的灰階值GLIN 是否小於灰階參考值X1(步驟208)。當輸入灰階值GLIN 小於灰階參考值X1時，亦即當輸入灰階值介於0與灰階參考值X1之間時，依據背光參數將輸入灰階值GLIN 轉換為相對應的輸出灰階值GLOUT (步驟210)，其中可根據伽瑪值以及調整後之背光源的亮度，將輸入灰階值轉換為相對應的輸出灰階值。輸出灰階值GLOUT 可由下列數學式(3)來決定。
另一方面，當輸入灰階值GLIN 大於灰階參考值X1時，亦即當輸入灰階值GLIN 介於灰階參考值X1與N之間時，依據一線性關係將輸入灰階值GLIN 轉換為相對應的輸出灰階值GLOUT (步驟212)。輸出灰階值GLOUT 可由下列數學式(4)來決定。
如此一來，高灰階值(或低灰階值)的影像在經由轉換之後亦可具有較好的對比度，讓使用者可清楚地分辨色彩的層次。
此外，在另一實施例中，背光源之亮度係根據背光參數進行調整而減弱，且第一灰階邊界值係大於第二灰階邊界值，而灰階參考值係介於第一與第二灰階邊界值間之一中間值以及第二灰階邊界值之間。第一灰階邊界值係為影像畫面中之最大灰階值，而第二灰階邊界值係為影像畫面中之最小灰階值；亦即，X1係為灰階參考值，N和0分別為第一和第二灰階邊界值。此時，當輸入灰階值GLIN 小於灰階參考值X1時，亦即當輸入灰階值介於0與灰階參考值X1之間時，依據一線性關係將輸入灰階值GLIN 轉換為相對應的輸出灰階值GLOUT ；當輸入灰階值GLIN 大於灰階參考值X1時，亦即當輸入灰階值GLIN 介於灰階參考值X1與N之間時，依據背光參數將輸入灰階值GLIN 轉換為相對應的輸出灰階值GLOUT 。
由上述本發明之實施例可知，應用前述液晶顯示器之影像處理方法，可提高影像畫面的對比度，增加影像畫面顯示出來的色彩層次，使得影像畫面更加鮮明。此外，背光源亮度可與影像資料進行相對且適度地調整和控制，使得背光源在使用上可更有效率，不會產生無謂的功率損耗，間接地降低背光源的使用功率。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何具有本發明所屬技術領域之通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
102．．．背光參數產生電路
104．．．脈衝寬度調變信號產生電路
106．．．影像灰階轉換電路
200~212．．．步驟
第1圖係繪示依照本發明實施例之一種液晶顯示器中影像處理系統的示意圖。
第2圖係繪示依照本發明實施例之一種液晶顯示器中影像處理方法的流程圖。
第3圖係繪示根據輸入影像資料所整理而成之影像長條圖的示意圖。
第4圖係繪示依照本發明實施例之一種輸入灰階值與輸出灰階值之間轉換關係的示意圖。
200~212．．．步驟

Claims (14)

  1. 一種液晶顯示器之影像處理方法，包含：(a)根據一影像資料取得一背光參數；(b)根據該背光參數調整一背光源；(c)在根據該背光參數調整該背光源之後，根據調整後之該背光源取得一灰階參考值，其中該灰階參考值隨著調整後之該背光源之亮度進行變化，該灰階參考值係介於一第一灰階邊界值與一第二灰階邊界值之間；(d)當該影像資料之灰階值介於該灰階參考值與該第一灰階邊界值之間時，依據具有一第一斜率之一轉換關係將該影像資料之灰階值轉換為相對應之輸出灰階值；以及(e)當該影像資料之灰階值介於該灰階參考值與該第二灰階邊界值之間時，依據具有一第二斜率之一線性關係將該影像資料之灰階值轉換為相對應之輸出灰階值，其中該第二斜率不同於該第一斜率；其中該灰階參考值係由下列數學式來決定： 其中X1為灰階參考值，BLMax 為該背光源完全開啟之亮度，BLDim 為根據該背光參數調整後之該背光源之亮度，γ為一參數伽瑪值，N為該影像資料之最大灰階值，F為一最大輸出灰階值相對於該影像資料之最大灰階值的比例。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理方法，其中 該背光源之亮度係根據該背光參數進行調整而增強，且該第一灰階邊界值係小於該第二灰階邊界值。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之影像處理方法，其中該灰階參考值係介於該第一及第二灰階邊界值間之一中間值與該第二灰階邊界值之間。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之影像處理方法，其中該第一灰階邊界值係為一影像畫面中之最小灰階值，該第二灰階邊界值係為該影像畫面中之最大灰階值。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理方法，其中該背光源之亮度係根據該背光參數進行調整而減弱，且該第一灰階邊界值係大於該第二灰階邊界值。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之影像處理方法，其中該灰階參考值係位於該第一及第二灰階邊界值間之一中間值與該第二灰階邊界值之間。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之影像處理方法，其中該第一灰階邊界值係為一影像畫面中之最大灰階值，該第二灰階邊界值係為該影像畫面中之最小灰階值。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理方法，其中 步驟(d)另包含：根據該伽瑪值以及調整後之該背光源之亮度將該影像資料之灰階值轉換為相對應之輸出灰階值。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理方法，其中步驟(b)另包含：根據該背光參數產生相對應之一脈衝寬度調變信號；以及藉由該脈衝寬度調變信號調整該背光源。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理方法，其中步驟(a)另包含：依據在該影像中各灰階值出現的次數決定該背光參數。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理方法，其中在步驟(d)中，該影像資料之灰階值和相對應之輸出灰階值間的該轉換關係與一參數伽瑪值及相應該背光參數之一背光亮度有關。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理方法，其中在步驟(e)中，該影像資料之灰階值和相對應之輸出灰階值間的該線性關係與一輸出之最大灰階值相對於一輸入之最大灰階值的比例有關。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理方法，其中當該影像資料之灰階值介於該灰階參考值與該第一灰階邊界值之間時，該輸出灰階值由下列數學式決定： 其中GLOUT 為該輸出灰階值，GLIN 為該影像資料之灰階值，BLMax 為該背光源完全開啟之亮度，BLDim 為根據該背光參數調整後之該背光源之亮度，γ為該參數伽瑪值。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理方法，其中當該影像資料之灰階值介於該灰階參考值與該第二灰階邊界值之間時，該輸出灰階值由下列數學式決定： 其中GLOUT 為該輸出灰階值，GLIN 為該影像資料之灰階值，N為該影像資料之最大灰階值，F為一最大輸出灰階值相對於該影像資料之最大灰階值的比例。
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