TWI601122B

TWI601122B - 應用於顯示器的影像補償方法與相關的控制電路

Info

Publication number: TWI601122B
Application number: TW105137170A
Authority: TW
Inventors: 蔡詩蘅; 陳仲怡
Original assignee: 晨星半導體股份有限公司
Priority date: 2016-11-15
Filing date: 2016-11-15
Publication date: 2017-10-01
Also published as: TW201818396A; US10062359B2; US20180137838A1

Description

應用於顯示器的影像補償方法與相關的控制電路

本發明係有關於應用於一顯示器的影像補償方法與相關的控制電路。

為了增加視覺上的對比性以及達到省電功能，針對影像中亮度較低的區域，有部分的顯示器會將對應的背光亮度降低，並對顯示資料(即像素值/灰階值)進行補償，以使得使用者能夠觀看到相同的亮度。然而，在某些情形下，當背光亮度降低時，會導致一些像素的顯示資料經過補償後超過最高亮度值，進而使得顯示資料被箝制在最高亮度值，造成影像細節的損失。舉例來說，假設背光亮度降為原本的一半，則原本顯示資料中具有像素值/灰階值128~255的像素都會被補償到像素值/灰階值255(以8位元的資料為例)，造成影像的細節失真，且對比性也降低。

因此，本發明的目的之一在於提供一種應用於一顯示器的影像補償方法與相關的控制電路，其利用了一個補償曲線來減緩像素值被箝制在最高亮度的情形，以解決先前技術中影像細節失真以及對比性降低的問題。

在本發明的一個實施例中，一種應用於一顯示器的控制電路包含有一調整參數產生電路、一調整電路、一補償電路、一影像細節補償電路以及一輸出電路。該調整參數產生電路根據依據一圖框的一像素所對應到的一背光亮度來決定出一調整參數；該調整電路用來依據該調整參數來調整該像素的一像素值，以產生一調整後像素值；以及該補償電路用以依據一補償曲線來補償該調整後像素值以產生一補償後像素值，其中該補償曲線包含一非線性的區段；該影像細節補償電路用來依據該像素的一邊緣因子來產生一細節補償值；以及該輸出電路用來依據該細節補償值調整該補償後像素值以產生該像素的一輸出像素值。

在本發明的另一個實施例中，一種應用於一顯示器的控制電路包含有一調整參數產生電路、一調整電路以及一補償電路。該調整參數產生電路用來依據一圖框的一像素所對應到的一背光亮度決定一調整參數；該調整電路用來依據該調整參數調整該像素的一像素值以產生一調整後像素值；以及該補償電路用來依據一補償曲線補償該調整後像素值以產生一補償後像素值，其中該補償曲線包含一直線部分以及一二次曲線部分。

在本發明的另一個實施例中，揭露了一種應用於一顯示器的影像補償方法，其包含有以下步驟：接收一圖框；依據該圖框的一像素所對應到的一背光亮度決定一調整參數；依據該調整參數調整該像素的一像素值以產生一調整後像素值；依據一補償曲線補償該調整後像素值以產生一補償後像素值，其中該補償曲線包含一非線性的區段；依據該像素的一邊緣因子來產生一細節補償值；以及依據該細節補償值調整該補償後像素值以產生該像素的一輸出像素值。

在本發明的另一個實施例中，揭露了一種應用於一顯示器的影像補償方法，其包含有以下步驟：接收一圖框；依據該圖框的一像素所對應到的一背光亮度決定一調整參數；依據該調整參數調整該像素的一像素值以產生一調整後像素值；以及依據一補償曲線補償該調整後像素值以產生一補償後像素值，其中該補償曲線包含一直線部分以及一二次曲線部分。

請參考第1圖，其為根據本發明一實施例之控制電路100的示意圖，其中控制電路100係設置於一顯示器中，用來根據影像圖框資料來產生顯示資料給顯示器之面板，並據以控制像素顯示。如第1圖所示，控制電路100包含有一光散佈計算電路110、一調整參數產生電路120、一調整電路130以及一補償電路140，其中上述元件亦可由一或多個晶片以軟體加上硬體的方式來實作。

控制電路100會根據目前的影像資訊(例如，亮度統計資訊)來降低背光模組的亮度(未繪示)，以節省背光模組的電力消耗，並取得背光模組中每個發光元件經調整後之亮度，即背光亮度資訊。光散佈計算電路110依據背光亮度資訊計算出影像圖框中每一個區塊所接收到之來自背光模組的背光亮總和，由於每一個區塊除了接收正後方發光元件的光線外，也會接收鄰近區塊所對應到之發光元件所產生的光線，因此，光散佈計算電路110係根據背光亮度資訊及多個發光元件各自的光分佈函數來決定出每一個區塊所接收到的背光亮總和。接著，針對控制電路100所接收到之影像圖框的一像素，調整參數產生電路120根據該像素所對應到的背光亮度來決定出一調整參數，而在本實施例中，假設該像素所對應到的背光亮度是正常亮度的m倍，其中m為介於0~1之間的值，則該調整參數即為(1/m)，但這並非是作為本發明的限制。接著，調整單元130根據該調整參數來調整該像素的一像素值，以產生一調整後像素值，在本實施例中，調整單元130為一乘法器，亦即假設像素值為x，則該調整後像素值則為(x/m)。最後，補償電路140根據一補償曲線來補償該調整後像素值(x/m)以產生一補償後像素值F(x)，並將該補償後像素值傳送至顯示面板進行顯示，以避免該補償後像素值(x/m)超過該最高亮度值。

請參考第2圖，其為根據本發明一實施例之補償曲線F(x)的示意圖，其中為了方便後續的解釋，第2圖的補償曲線係為經過正規化(normalized)的曲線。補償曲線F(x)分為兩個部分，當正規化的像素值x介於0~(α*m)之間時，補償曲線F(x)為斜率等於(1/m)的直線，也就是該補償曲線的直線部分；而當正規化的像素值x介於(α*m)~1之間時，補償曲線F(x)為一二次曲線，也就是該補償曲線的二次曲線部分，其中α的值可以由工程師根據顯示面板的特性來加以設定。透過第2圖所示的補償方式，即可避免該補償後像素值超過該最高亮度值(例如大於255) 。

請參考第3圖，其為補償曲線F(x)的一次微分F’(x)的示意圖。類似於第2圖，第3圖中經一次微分的補償曲線係為經過正規化(normalized)的曲線。為了維持整個畫面的最大亮度，F’(x)曲線下方的面積可設計為1，進而推導出當正規化的像素值x=(2-α)*m時F’(x)=0，且正規化的像素值x＞(α*m)時，其斜率為。

然而，雖然第1圖所示的實施例可以避免該補償後像素值超過該最高亮度值的情形，但在原本調整後像素值x即超過該最高亮度值(即正規化的像素值x＞m)的區域，不同調整後像素值x所對應的補償後像素值F(x)的差異會大幅減少，因而造成影像在高亮度區域的邊緣變的不明顯，因此，在本發明的另一個實施例中，另外提出了影像細節補償電路來進一步補償影像的邊緣細節。

請參考第4圖，其為根據本發明另一實施例之控制電路400的示意圖，其中控制電路400係設置於一顯示器中，用來依據影像資料產生顯示資料給顯示器之面板，並據以控制像素顯示。如第4圖所示，控制電路400包含有一光散佈計算電路410、一調整參數產生電路420、一調整電路430、一補償電路440、一影像細節補償電路450以及一輸出電路460，其中上述元件亦可由一或多個晶片以軟體加上硬體的方式來實作。

控制電路400中的光散佈計算電路410、調整參數產生電路420、調整電路430、補償電路440的操作和第1圖所示之光散佈計算電路110、調整參數產生電路120、調整電路130、補償電路140相同，因此細節在此不多贅述。而關於影像細節補償電路450以及輸出電路460的部分，其中影像細節補償電路450會根據一像素的調整後像素值(x/m)來得到該像素的一邊緣因子，並據以產生一細節補償值，之後輸出電路460即可以該細節補償值進一步補償該補償後像素值F(x)來產生該像素的輸出像素值Pout至後端的顯示面板進行顯示。

請參考第5(a)圖，其為影像細節補償電路450產生該細節補償值以供調整補償後像素值F(x)來產生該像素的輸出像素值Pout的示意圖。在第5a圖中，假設該像素的像素值x可以拆解為一原始平均值DCx以及一原始變動值ACx，即像素值x= DCx+ACx。原始平均值DCx指的是該像素與其前後像素的像素值的平均值，例如說是該像素與其前三個像素以及後三個像素的亮度平均值，原始平均值越大表示該像素與周圍像素的平均亮度越高；原始變動值ACx指的是該像素與其對應之原始平均值的差值，例如說是該像素的亮度值與其所對應之原始平均值DCx的亮度值的差值，原始變動值越大表示該像素與周圍像素的差異越大，即具有越大的邊緣因子。當該像素位於明顯的邊緣 (即，具有較大的邊緣因子) E時，即便經過補償電路的補償，該像素仍與其周圍像素有足夠的差異，此時影像細節補償電路450產生的該細節補償值可以為0或是很低的值，以使得補償後像素值F(x)可以直接作為該像素的輸出像素值Pout，或者，原始平均值DCx以及原始變動值ACx可依據相同的增益值 (例如1.5倍) 分別進行調整；另一方面，請參考第5(b)圖，當該像素位於模糊的邊緣 (即，具有較低的邊緣因子) E’時，一但經過補償電路的補償，可能導致該像素與其周圍像素變得太過相似而使影像失去細節，此時影像細節補償電路450產生的該細節補償值可以為較大的值，以使得原始平均值DCx以及原始變動值ACx可依據不同的增益值 (例如原始平均值DCx調整為1.5倍，而原始變動值ACx調整為2倍) 分別進行調整，如此，即不會因為採用第2圖所示的補償曲線F(x)而失去影像細節。請注意，第5a圖與第5b圖中DCx、1.5DCx與2DCx的虛線係用來指示位於明顯的邊緣E與模糊的邊緣E’的像素所對應的平均值DCx，實際上每個位置的像素所計算出來的平均值DCx並不會全部相等。

實作上，當該像素具有不同的邊緣因子e時，影像細節補償電路450可以根據不同的邊緣因子e產生不同的細節補償值。在本發明的一個實施例中，影像細節補償電路450所產生的細節補償值為，其中e介於0~1之間，且其值越大代表邊該像素與其周圍像素的像素值差異越大，當邊緣e趨近於1時，細節補償值趨近於0。

請參考第6圖，其為根據本發明一實施例之影像細節補償電路450的示意圖，其中影像細節補償電路450包含了一平均值計算器610、一計算電路620、一減法器630、一變動值計算器640、一計算電路650以及兩個乘法器660、670。在影像細節補償電路450的操作中，首先，平均值計算器610會對調整後像素值(x/m)進行計算以取得調整後像素的平均值(DCx/m)，而在本實施例中平均值計算器610可以是7階、5階或是3階的空間濾波器，其用來對目標像素及其周遭像素進行加權平均以得到調整後像素的平均值(DCx/m)。接著，計算電路620使用第2、3圖所示的補償曲線F(x)或是其一次微分曲線F’(x)來計算出(1-m*F’(DCx))，同時，減法器630將調整後像素值(x/m)與調整後像素的平均值(DCx/m)相減以得到調整後像素的變動值(ACx/m)。另外，變動值計算器640根據像素值x來計算產生像素之變動值的絕對值abs(AC)，且計算電路650再根據abs(AC)來計算出有關於邊緣因子的資訊(1-e)。最後，乘法器660、670將(1-e)、(ACx/m)、(1-m*F’(DCx))相乘以得到細節補償值。實作上，平均值計算器610可以一低通濾波器替換，而變動值計算器640可以一高通濾波器替換，雖然低通/高通濾波器需較高的製作成本，但只要閾值設定的恰當，訊號中由低通濾波器抽出的低頻部分可取代調整後像素的平均值(DCx/m)、由高通濾波器抽出的高頻部分則可取代像素的變動值(ACx)。

最後，輸出電路460將調整後像素值F(x)和細節補償值相加，以得到輸出像素值Pout，其中Pout即等於。

請注意，本案中提及之該像素的像素值x，可以是該像素的亮度值，或者是該像素三個子像素(即紅色、綠色、藍色子像素)其中之一的亮度值。而調整電路430與變動值計算器640所接收的像素值x，可以皆為該像素的亮度值、皆為該像素三個子像素(即紅色、綠色、藍色子像素)其中之一的亮度值、或者各為一者。此外，調整電路430接收的像素值x為該像素的亮度值時，控制電路100/400需進一步依據輸出像素值Pout來計算出該像素之三個子像素個別的輸出亮度值，以供顯示面板進行顯示。

在上述的實施例中，由於補償曲線F(x)中的α值是由工程師所預先設好的一個既定值，而m值又會隨著背光亮度的不同而改變，因此，在某些狀況下，可能會造成補償曲線F(x)無法完全補償的情形。舉例來說，請參考第7圖，當α和m的數據具有某一個特定關係時，可能會發生F(1)不等於1的情形，進而造成當像素值x為255，且背光亮度降低的情形下，補償後的像素值反而低於像素值255。為解決此一問題，第1圖所示的補償電路140以及第4圖所示的補償電路440可具有至少兩組二次曲線的公式，分別對應第一曲線與第二曲線，且補償電路140/440會根據α和m來決定要使用哪一組二次曲線的公式來計算出補償後像素值，以確保在任何的情形下F(1)均會等於1。

在本實施例中，根據第2、3圖，可以推導出當(1/m)小於(2-α)時即會發生如第7圖所示之F(1)不等於1，因此，補償電路140/440可以判斷(1/m)大於或是小於(2-α)來決定要使用哪一組二次曲線的公式，以使得F(1)可以等於1。舉例來說，當正規化的像素值為(α*m)~1，且(1/m)大於(2-α)時，補償電路140/440使用第一曲線來作為二次曲線部分的公式；以及當正規化的像素值為(α*m)~1，且(1/m)小於(2-α)時，補償電路140/440使用第二曲線來作為二次曲線部分的公式。

請參考第8圖，其為根據本發明一實施例之一種應用於一顯示器的影像補償方法的流程圖。參考以上各實施例的敘述，第8圖的流程敘述如下：

步驟800：流程開始。

步驟802：接收一圖框。

步驟804：針對該圖框的一像素，根據該像素所對應到的背光亮度來決定出一調整參數。

步驟806：根據該調整參數來調整該像素的一像素值，以產生一調整後像素值。

步驟808：根據一補償曲線來補償該調整後像素值以產生一補償後像素值，其中該補償曲線至少包含一非線性的區段。

簡要歸納本發明，在本發明的應用於顯示器的影像補償方法與相關的控制電路中，係利用了一個包含有二次曲線的補償曲線來調整像素值，以避免調整後像素值超過最高亮度的情形。此外，本發明的一個實施例也進一步提供了影像細節補償電路，以另外補償影像因為採用本發明之補償曲線而造成部分高亮度區域影像細節丟失的問題。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100、400‧‧‧控制電路

110、410‧‧‧光散佈計算電路

120、420‧‧‧調整參數產生電路

130、430‧‧‧調整電路

140、440‧‧‧補償電路

450‧‧‧影像細節補償電路

460‧‧‧輸出電路

610‧‧‧平均值計算器

620、650‧‧‧計算電路

630‧‧‧減法器

640‧‧‧變動值計算器

660、670‧‧‧乘法器

800~808‧‧‧步驟

第1圖為根據本發明一實施例之控制電路的示意圖。第2圖為根據本發明一實施例之補償曲線的示意圖。第3圖為補償曲線的一次微分的示意圖。第4圖為根據本發明另一實施例之控制電路的示意圖。第5圖為影像細節補償電路產生細節補償值，用來調整補償後像素值以產生該像素的輸出像素值的示意圖。第6圖為根據本發明一實施例之影像細節補償電路的示意圖。第7圖為補償曲線無法完全補償像素值的示意圖。第8圖為根據本發明一實施例之一種應用於一顯示器的影像補償方法的流程圖。

100‧‧‧控制電路

110‧‧‧光散佈計算電路

120‧‧‧調整參數產生電路

130‧‧‧調整電路

140‧‧‧補償電路

Claims

一種應用於一顯示器的控制電路，包含有：一調整參數產生電路，用來依據一圖框的一像素所對應到的一背光亮度決定一調整參數；一調整電路，用來依據該調整參數調整該像素的一像素值以產生一調整後像素值；一補償電路，用來依據一補償曲線補償該調整後像素值以產生一補償後像素值，其中該補償曲線包含一非線性區段；一影像細節補償電路，用來依據該像素的一邊緣因子來產生一細節補償值；以及一輸出電路，用來依據該細節補償值調整該補償後像素值以產生該像素的一輸出像素值。
如申請專利範圍第1項所述之控制電路，其中該像素的該像素值對應一平均值以及一變動值，該輸出電路依據該細節補償值調整該補償後像素值以產生之該輸出像素值係使得該平均值與該變動值具有不同的增益值。
如申請專利範圍第1項所述之控制電路，其中該細節補償值的大小與該像素的該邊緣因子成負相關。
如申請專利範圍第1項所述之控制電路，其中該細節補償值為(1-e)(1-mF'(DC _x))*(AC _x/m)，其中e為介於0~1之間的該像素的該邊緣因子，m為該調整參數，F()為該補償曲線，F’()為該補償曲線的一次微分，以及該像素的該像素值對應一平均值以及一變動值，而DCx以及ACx分別為該平均值與該變動值。
一種應用於一顯示器的控制電路，包含有：一調整參數產生電路，用來依據一圖框的一像素所對應到的一背光亮度決定一調整參數；一調整電路，用來依據該調整參數調整該像素的一像素值以產生一調整後像素值；以及一補償電路，用來依據一補償曲線補償該調整後像素值以產生一補償後像素值，其中該補償曲線包含一直線部分以及一二次曲線部分；以及當該調整參數小於一特定值時，該補償曲線之該二次曲線部分係對應一第一曲線，當該調整參數大於一特定值時，該補償曲線之該二次曲線部分係對應一第二曲線。
如申請專利範圍第5項所述之控制電路，其中當該像素值為0~(α*m)時該補償電路依據該補償曲線之該直線部分補償該調整後像素值，當該像素值為(α*m)~1且(1/m)大於(2-α)時該補償電路依據該補償曲線之該二次曲線部分所對應的該第一曲線補償該調整後像素值，以及當該像素值為(α*m)~1且(1/m)小於(2-α)時該補償電路依據該補償曲線之該二次曲線部分所對應的該第二曲線補償該調整後像素值，其中m為該調整參數，α為一預設值。
如申請專利範圍第5項所述之控制電路，其中該補償電路使用來作為該第一曲線的公式，以及使用來作為該第二曲線的公式，其中x為該像素的該像素值。
一種應用於一顯示器的影像補償方法，包含有：接收一圖框；依據該圖框的一像素所對應到的一背光亮度決定一調整參數；依據該調整參數調整該像素的一像素值以產生一調整後像素值；依據一補償曲線補償該調整後像素值以產生一補償後像素值，其中該補償曲線包含一非線性的區段；依據該像素的一邊緣因子來產生一細節補償值；以及依據該細節補償值調整該補償後像素值以產生該像素的一輸出像素值。
如申請專利範圍第8項所述之影像補償方法，其中該像素值對應一平均值以及一變動值，該依據該細節補償值調整該補償後像素值以產生該輸出像素值的步驟包含有：以不同的增益值調整該平均值與該變動值。
如申請專利範圍第8項所述之影像補償方法，其中該細節補償值的大小與該像素的該邊緣因子成負相關。
如申請專利範圍第8項所述之影像補償方法，其中該細節補償值為(1-e)(1-mF'(DC _x))*(AC _x/m)，其中e為介於0~1之間的該像素的該邊緣因子，m為該調整參數，F()為該補償曲線，F’()為該補償曲線的一次微分，以及該像素的該像素值對應一平均值以及一變動值，而DCx以及ACx分別為該平均值與該變動值。
一種應用於一顯示器的影像補償方法，包含有：接收一圖框；依據該圖框的一像素所對應到的一背光亮度決定一調整參數；依據該調整參數調整該像素的一像素值以產生一調整後像素值；以及依據一補償曲線補償該調整後像素值以產生一補償後像素值，其中該補償曲線包含一直線部分以及一二次曲線部分；以及當該調整參數小於一特定值時，該補償曲線之該二次曲線部分係對應一第一曲線，當該調整參數大於一特定值時，該補償曲線之該二次曲線部分係對應一第二曲線。
如申請專利範圍第12項所述之影像補償方法，更包含：當該像素值為0~(α*m)時依據該補償曲線之該直線部分補償該調整後像素值，其中m為該調整參數，α為一預設值；當該像素值為(α*m)~1且(1/m)大於(2-α)時依據該補償曲線之該二次曲線部分所對應的該第一曲線補償該調整後像素值；以及當該像素值為(α*m)~1且(1/m)小於(2-α)時依據該補償曲線之該二次曲線部分所對應的該第二曲線補償該調整後像素值。
如申請專利範圍第12項所述之影像補償方法，其中該第一曲線對應之公式為，以及該第二曲線對應之公式為，x為該像素的該像素值。