專利名稱：增強(qiáng)lcd設(shè)備上顯示圖像的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用光源來觀看圖像的液晶顯示器(LCD)設(shè)備。本發(fā)明特別涉及一種增強(qiáng)由發(fā)光設(shè)備所照明的LCD面板上顯示的圖像的方法和裝置。
背景技術(shù)：
各種液晶顯示器(LCD)設(shè)備都使用光源將圖像投射到顯示器表面如屏幕上，或?qū)⒐庠窗仓迷贚CD面板后面用于直接觀看LCD面板上產(chǎn)生的圖像。期望降低能耗和改善LCD技術(shù)顯示圖像的對(duì)比度已經(jīng)產(chǎn)生了多種技術(shù)，用來動(dòng)態(tài)地改變光源和/或LCD設(shè)備背光的發(fā)光亮度。通常在光源亮度上的此類變化都會(huì)導(dǎo)致顯示圖像的純粹調(diào)暗到預(yù)計(jì)觀看的光亮度之下。
為了克服此問題，己經(jīng)提出了多種補(bǔ)償技術(shù)用于顯示的圖像。諸如在美國(guó)專利公開文獻(xiàn)2006/0268180和2007/0092139里討論的那些技術(shù)，其使用色調(diào)映射(tone-scale mapping)以補(bǔ)償較低背光亮度的視頻信號(hào)。這些色調(diào)映射技術(shù)利用視頻圖像的直方圖分析，其要求較高的實(shí)時(shí)計(jì)算能力。色調(diào)映射也適合用于全局背光調(diào)暗，但不適用于動(dòng)態(tài)和局部調(diào)暗技術(shù)。
在US 2007/0041636里提出了另一種技術(shù)，其利用兩個(gè)連續(xù)的映射函數(shù)。通過將RGB值代入第一映射函數(shù)內(nèi)而確定第一映射值，通過將第一映射值代入到第二映射函數(shù)內(nèi)而獲得第二增強(qiáng)映射值。同樣，這種技術(shù)具有較高的實(shí)時(shí)計(jì)算費(fèi)用，適用于全局背光調(diào)暗，但不適用于動(dòng)態(tài)或局部調(diào)暗技術(shù)。
發(fā)明概述
所以，本發(fā)明的目的是提供一個(gè)背光設(shè)備用來提供背光到一個(gè)液晶顯示面板，以及一種控制液晶顯示板的方法，其能夠克服或緩解以上問題。
在此披露了一種圖像增強(qiáng)方法，用于增強(qiáng)一個(gè)在由發(fā)光設(shè)備所照明的顯示器上的圖像。本方法包括提供一個(gè)非線性映射函數(shù)，確定發(fā)光設(shè)備的一個(gè)照明級(jí)，通過使用映射函數(shù)和照明級(jí)確定每個(gè)像素的 一個(gè)補(bǔ)償因子，以及通過補(bǔ)償因子調(diào)整每個(gè)像素的亮度特征。在此也披露了一種裝置，其具有實(shí)施本方法的組件。
映射函數(shù)將一個(gè)發(fā)光設(shè)備的照明級(jí)關(guān)聯(lián)到一個(gè)補(bǔ)償因子。它可以是一個(gè)單維査找表格，其具有多個(gè)預(yù)定補(bǔ)償因子或一個(gè)等式。
優(yōu)選地，顯示器的發(fā)光設(shè)備有多個(gè)照明區(qū)，每個(gè)照明區(qū)有一個(gè)照明級(jí)，照亮一個(gè)或多個(gè)像素，并且每個(gè)像素的補(bǔ)償因子是基于照亮像素的照明區(qū)的照明級(jí)而確定。
優(yōu)選地，本方法和/或裝置被實(shí)施在一個(gè)由動(dòng)態(tài)照明背光設(shè)備所照明的
LCD面板上，背光具有多個(gè)獨(dú)立可控照明區(qū)。
從以下的描述，本發(fā)明的其它方面將越發(fā)明顯。


現(xiàn)通過范例并參照附圖，描述本發(fā)明的典型方式，其中
圖1是本發(fā)明的一個(gè)映射函數(shù)的圖形表示；
圖2是實(shí)施本發(fā)明方法和裝置的一個(gè)LCD TV的總示意圖3簡(jiǎn)略描述圖像增強(qiáng)；和
圖4是圖1亮度和圖像增強(qiáng)控制器的結(jié)構(gòu)模塊圖。具體實(shí)施例描述
現(xiàn)詳細(xì)參照本發(fā)明的典型實(shí)施例，其范例將在附圖內(nèi)進(jìn)行描述，其中相同的參照號(hào)碼表示相同的元件。所述典型實(shí)施例描述本發(fā)明被實(shí)施在一個(gè)背光LCD顯示器內(nèi)，如LCDTV，其被用來顯示包括多個(gè)連續(xù)幀的視頻圖像，每個(gè)連續(xù)幀是由多個(gè)像素組成。這不是意在限制本發(fā)明的使用范圍或功能。本發(fā)明同樣適用于在LCD屏幕上顯示的增強(qiáng)靜態(tài)圖像。例如，許多公司、廣告商或藝人使用LCD屏幕來顯示靜態(tài)的但周期性發(fā)生變化的信息、廣告和/或藝術(shù)圖片和圖像。本發(fā)明同樣能夠被用來增強(qiáng)此類信息、廣告和/或圖像在屏幕上的表現(xiàn)。
同樣，本發(fā)明被實(shí)施在一個(gè)背光LCD顯示器內(nèi)，這不是意在限制本發(fā)明的使用范圍或功能。本發(fā)明同樣能夠被實(shí)施在任何顯示器裝置內(nèi)，其使用一個(gè)光源將圖像投射到一個(gè)投影面或一個(gè)使用背光來顯示直接觀看到的圖像的平板顯示器。這種顯示器包括數(shù)字微鏡設(shè)備顯示器(DMDs)、硅基液晶(LCOs)顯示器以及LCD顯示器。
在早期的美國(guó)專利申請(qǐng)11/707,517里，在此其內(nèi)容通過引用被結(jié)合到本文，申請(qǐng)者描述了一個(gè)具有背光的LCD顯示器設(shè)備，背光被分割成多個(gè)獨(dú)立可控照明區(qū)。每個(gè)照明區(qū)的亮度是根據(jù)LCD顯示器對(duì)應(yīng)區(qū)域的視頻信號(hào)特征進(jìn)行控制的。如果顯示圖像的區(qū)域是明亮的，則對(duì)應(yīng)的背光照明區(qū)具有較高的亮度，而如果一個(gè)圖像區(qū)是暗的，對(duì)應(yīng)的背光照明區(qū)沒有或具有較低的亮度。通過依照顯示圖像一個(gè)對(duì)應(yīng)部分的特征，動(dòng)態(tài)地控制每個(gè)背光照明區(qū)的亮度，可以改善顯示圖像的對(duì)比度和動(dòng)態(tài)范圍。另外，每個(gè)獨(dú)立可控的背光照明區(qū)可以包括可變顏色光源，如一群獨(dú)立可控的紅色、綠色和藍(lán)色(RGB) LED,從而可以控制照明區(qū)的顏色從光譜的暗色(黑色)到白色。背光亮度和顏色可以依照顯示圖像對(duì)應(yīng)部分的特征進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，以便改善顏色對(duì)比度和顏色動(dòng)態(tài)范圍。
在美國(guó)專利申請(qǐng)11/707,517里，背光的LED是單獨(dú)控制，所以背光亮度不是統(tǒng)一的，會(huì)隨著圖像而發(fā)生變化。此系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)背光亮度通常比現(xiàn)有的恒定背光系統(tǒng)更暗。這是因?yàn)轱@示圖像的白色亮度區(qū)域時(shí)背光將處于最大值，其通常可能與現(xiàn)有的恒定背光系統(tǒng)具有相同的亮度，但是，大部分圖像具有較低的亮度，因此背光可以調(diào)暗。為了保持圖像在屏幕上可視亮度不會(huì)發(fā)生顯著改變，依照背光亮度級(jí)調(diào)整LCD像素透光率。在本發(fā)明里，在確定每個(gè)背光照明區(qū)的背光照明級(jí)別之后(每個(gè)背光塊/區(qū)的照明隨著對(duì)應(yīng)圖像塊亮度的不同而不同)，使用一個(gè)映射函數(shù)確定由那個(gè)照明塊所照亮像素的一個(gè)調(diào)整或補(bǔ)償因子，以及由調(diào)整或補(bǔ)償因子所調(diào)整的相關(guān)像素的透光率。
在LCD面板上像素的透光率是依照以下等式由輸入的RGB視頻信號(hào)進(jìn)行控制-
其中r是LCD透光率，/是對(duì)應(yīng)像素的RGB數(shù)字代碼值，而y是來自LCD面板伽瑪曲線。
在LCD顯示器上看到的圖像表面亮度是一個(gè)關(guān)于背光亮度和LCD透光率的函數(shù)，其由以下等式表示
其中丄是圖像表面亮度，B丄是背光亮度，而且r是LCD透光率。
代入r，從而得到
為了在變動(dòng)的背光照明級(jí)時(shí)保持圖像亮度恒定不變，需要
丄'=丄
Wxf/'/ 255, = 5何〃 255/
其中Z/是補(bǔ)償之后的圖像表面亮度，W是新的背光亮度，/'是補(bǔ)償之后的RGB數(shù)字代碼值，而義是一個(gè)與背光照明變化有關(guān)的調(diào)整因子。
調(diào)整因子義和背光照明級(jí)之間的關(guān)系如圖1所示，其中x軸表示背光照明級(jí)W， Y軸表示像素透光調(diào)整因子義。圖1曲線可以通過以下一個(gè)映射函數(shù)的形式進(jìn)行定義:
ymin 丄3〈x《丄max
當(dāng)整個(gè)背光照明級(jí)較高時(shí)(〉L3)，調(diào)整因子是最小值，而當(dāng)背光照明級(jí)較低時(shí)(<L1)，調(diào)整因子從最大值線性下降到一個(gè)定值。當(dāng)背光照明級(jí)是中等時(shí)，調(diào)整因子與照明級(jí)成反比例，并具有一個(gè)移位常數(shù)"。常數(shù)"的值是基于LCD顯示器的特征而確定。
這種映射函數(shù)可以存儲(chǔ)在亮度控制器內(nèi)，作為一個(gè)用來計(jì)算確定調(diào)整因子的函數(shù)。但是，在優(yōu)選實(shí)施例里，映射函數(shù)被存儲(chǔ)為一個(gè)一維査找表格(LUT)，其中提供從0到Lmax整個(gè)范圍的背光照明級(jí)的對(duì)應(yīng)調(diào)整因子。在確定合適的調(diào)整因子之后，圖像內(nèi)的每個(gè)像素通過調(diào)整因子進(jìn)行調(diào)整。
參照?qǐng)D2，顯示一個(gè)背光LCD顯示器的總示意圖，如美國(guó)專利申請(qǐng)11/707,517內(nèi)描述的LCD TV類型。顯示器包括一個(gè)位于背光2前端的LCD面板l。背光2被分成多個(gè)獨(dú)立可控的照明區(qū)域。在所述實(shí)施例里，為了便于描述，僅有5x7個(gè)區(qū)域。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例里，每個(gè)區(qū)包括一組紅色3、綠色4和藍(lán)色5 LED，從而區(qū)域的光輸出可以是從色譜的黑色到白色。對(duì)本發(fā)明而言這不是必需的，在其它實(shí)施例里，背光區(qū)可以只包括白色LED或其它光源。LCD面板名義上而不是物理上被分成相同數(shù)目的顯示區(qū)6。已知通過模擬或數(shù)字接口， TV轉(zhuǎn)換器7接收各種視頻源如PC、DVD播放器、有線TV等的圖像信號(hào)。在處理輸入信號(hào)之后，TV轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生RGB格式的視頻信號(hào)8，并傳遞視頻信號(hào)8到一個(gè)亮度控制器9。亮度控制器9分析輸入視頻信號(hào)8，并提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)10到背光2每個(gè)照明區(qū)的LED驅(qū)動(dòng)器。亮度控制器9的功能與在美國(guó)專利申請(qǐng)11/707,517內(nèi)描述的一致。然后，亮度控制器9增強(qiáng)視頻信號(hào)，并特別補(bǔ)償信號(hào)的亮度信息，從而整個(gè)顯示圖像的亮度不受背光2的總體亮度或暗度的影響。 一個(gè)來自亮度控制器9的補(bǔ)償視頻信號(hào)11進(jìn)入時(shí)序控制器12，其發(fā)出垂直13和水平14的信號(hào)到相應(yīng)的液晶驅(qū)動(dòng)器。
9圖3是LCD補(bǔ)償?shù)男盘?hào)流程示意圖。使用一個(gè)伽瑪査找表格(LUT)40，視頻信號(hào)的代碼值/被轉(zhuǎn)換成一個(gè)伽瑪值。使用一個(gè)調(diào)整因子查找表格45和背光照明級(jí)BL'，可以確定一個(gè)調(diào)整因子x。通過與調(diào)整因子相乘，可以調(diào)整伽瑪值，然后通過一個(gè)逆伽瑪查找表格41補(bǔ)償?shù)馁が斨当晦D(zhuǎn)換回到一個(gè)視頻信號(hào)代碼值。在本發(fā)明的當(dāng)前實(shí)施例里，其包括一個(gè)具有紅色、藍(lán)色和綠色LED的顏色背光，背光的單個(gè)紅色、綠色和藍(lán)色LED的照明級(jí)將根據(jù)確定的背光顏色和光強(qiáng)度的不同而不同。為了保持最佳的圖像質(zhì)量，LCD顯示器的視頻信號(hào)的每個(gè)顏色通道應(yīng)該分別依照背光內(nèi)紅色、綠色和藍(lán)色部分的各個(gè)照明級(jí)進(jìn)行補(bǔ)償。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例里，背光僅僅是白色，其被分成不同的背光照明區(qū)，從而能夠在不同區(qū)域以不同照明級(jí)上照明。在該實(shí)施例里，每個(gè)背光區(qū)僅有一個(gè)亮度級(jí)，從而LCD顯示器的RGB視頻信號(hào)的每個(gè)顏色通道是通過相同的調(diào)整因子進(jìn)行調(diào)整。
圖4顯示亮度控制器9的各個(gè)模塊組件。亮度控制器執(zhí)行圖像增強(qiáng)、背光照明仿真和LCD像素補(bǔ)償功能。背光照明仿真組件20依照在美國(guó)專利申請(qǐng)11/707,517內(nèi)所提供的詳情進(jìn)行運(yùn)作。圖像增強(qiáng)和圖像信號(hào)補(bǔ)償是在組件21和22上進(jìn)行。
雖然以上已經(jīng)描述了本發(fā)明的范例和典型實(shí)施例，但這不是意在限制本發(fā)明的使用范圍和功能。應(yīng)該理解，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉的修正和更改都應(yīng)當(dāng)被視為在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在發(fā)光設(shè)備照明的顯示器上的圖像增強(qiáng)方法，圖像包括多個(gè)像素，其具有像素亮度特征，本方法包括在一個(gè)機(jī)器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上提供一個(gè)非線性映射函數(shù)；確定發(fā)光設(shè)備的一個(gè)照明級(jí)；通過使用映射函數(shù)和照明級(jí)，確定每個(gè)像素的一個(gè)補(bǔ)償因子，和通過其補(bǔ)償因子調(diào)整每個(gè)像素的亮度特征。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中映射函數(shù)是將發(fā)光設(shè)備照明級(jí)關(guān) 聯(lián)到一個(gè)補(bǔ)償因子。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中補(bǔ)償因子隨著照明級(jí)上升而下降 或保持不變。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中映射函數(shù)是一個(gè)單維査找表格， 其將發(fā)光設(shè)備照明級(jí)關(guān)聯(lián)到補(bǔ)償因子。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中第一映射函數(shù)是由等式^ = ^ 表示，其中y是補(bǔ)償因子，x是發(fā)光設(shè)備的照明級(jí)，"是常數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中。是基于顯示器的特征而確定。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中發(fā)光設(shè)備包括多個(gè)照明區(qū)，每個(gè) 照明區(qū)有一個(gè)照明級(jí)，并照明一個(gè)或多個(gè)像素，并且其中每個(gè)像素的補(bǔ)償 因子是基于照亮像素的照明區(qū)的照明級(jí)而確定。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中映射函數(shù)將一個(gè)照明級(jí)映射到一 個(gè)對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償因子。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其被實(shí)施在一個(gè)由動(dòng)態(tài)照明背光設(shè)備 所照明的LCD面板上，背光設(shè)備具有多個(gè)獨(dú)立可控照明區(qū)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中圖像是一個(gè)視頻圖像，其中多 個(gè)像素組成多個(gè)連續(xù)的視頻圖像幀。
11. 一種動(dòng)態(tài)調(diào)整將被顯示在LCD面板上的視頻信號(hào)的方法，LCD面 板由具有多個(gè)獨(dú)立可控照明區(qū)的動(dòng)態(tài)照明背光設(shè)備所照明，視頻信號(hào)包括 多個(gè)連續(xù)的視頻幀，每個(gè)視頻幀包括多個(gè)具有像素亮度特征的圖像像素， 本方法包括基于背光照明級(jí)確定多個(gè)調(diào)整因子，并將所述調(diào)整因子存儲(chǔ)成機(jī)器可讀格式，對(duì)視頻信號(hào)內(nèi)的每個(gè)像素確定發(fā)光設(shè)備的一個(gè)對(duì)應(yīng)照明級(jí)；從存儲(chǔ)的調(diào)整因子確定對(duì)應(yīng)照明級(jí)的一個(gè)像素調(diào)整因子；和 通過該像素調(diào)整因子調(diào)整像素的像素亮度特征。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其中多個(gè)調(diào)整因子被存儲(chǔ)在一個(gè)單 維查找表格內(nèi)。
13. —個(gè)用于由背光設(shè)備照明的顯示器的圖像增強(qiáng)裝置，圖像包括多 個(gè)具有像素亮度特征的圖像像素，本裝置包括一個(gè)機(jī)器可讀介質(zhì)，存儲(chǔ)有一個(gè)映射函數(shù)，其將背光照明級(jí)關(guān)聯(lián)到一 個(gè)在顯示器上顯示像素的可視亮度；第一組件，其確定背光照明區(qū)的照明級(jí)；第二組件，其使用映射函數(shù)和照明級(jí)來確定圖像內(nèi)每個(gè)像素的 一個(gè)調(diào) 整因子；和一個(gè)補(bǔ)償器，其通過確定的調(diào)整因子調(diào)整每個(gè)像素的亮度特征。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中映射函數(shù)是一個(gè)單維查找表格，其包括多個(gè)預(yù)定的調(diào)整因子。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中補(bǔ)償因子隨著照明級(jí)的上升而下降或保持不變。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中第一映射函數(shù)是由等式<formula>formula see original document page 4</formula>表示，其中y是補(bǔ)償因子，x是發(fā)光設(shè)備的照明級(jí)，《是常數(shù)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中a是基于顯示器的特性而確定。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中發(fā)光設(shè)備包括多個(gè)照明區(qū)，每個(gè)照明區(qū)照明一個(gè)或多個(gè)像素，并且其中每個(gè)像素的調(diào)整因子是基于照亮像素的照明區(qū)的照明級(jí)而確定。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中映射函數(shù)將一個(gè)照明級(jí)映射到一個(gè)對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償因子。
20. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中顯示器是一個(gè)由動(dòng)態(tài)照明背光設(shè)備所照明的LCD面板，背光具有多個(gè)獨(dú)立可控照明區(qū)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中裝置是用來增強(qiáng)一個(gè)視頻圖f象，其中多個(gè)像素組成多個(gè)連續(xù)的視頻圖像幀。
全文摘要
一種圖像增強(qiáng)方法和裝置，用于增強(qiáng)在一個(gè)由發(fā)光設(shè)備照明的顯示器上的圖像。圖像增強(qiáng)是通過使用一個(gè)非線性映射函數(shù)進(jìn)行。確定發(fā)光設(shè)備的一個(gè)照明級(jí)，并與映射函數(shù)一起使用以找出每個(gè)圖像像素的一個(gè)補(bǔ)償因子。每個(gè)像素的亮度特征通過其補(bǔ)償因子進(jìn)行調(diào)整。
文檔編號(hào)G09G3/36GK101568956SQ200880000052
公開日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2008年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月11日
發(fā)明者瑋 張, 彭華軍, 洪俊傑 申請(qǐng)人:香港應(yīng)用科技研究院有限公司