專利名稱：一種自適應(yīng)led動(dòng)態(tài)背光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于液晶顯示器背光技術(shù)研究領(lǐng)域,涉及一種自適應(yīng)LED(Light EmittingDiode)動(dòng)態(tài)背光方法。
背景技術(shù)：
液晶顯示器作為一種被動(dòng)性顯示器件，本身不會(huì)發(fā)光，它依靠背光源將光線穿過(guò)顯示板，顯示圖像，結(jié)構(gòu)如圖I所示。傳統(tǒng)液晶顯示器使用冷陰極燈管CCFUCold CathodeFluorescent Lamp)作為背光光源，經(jīng)液晶信號(hào)調(diào)變后，可顯示圖像，但是由于背光光源一直處于全亮狀態(tài)，因而會(huì)造成兩大主要的缺失。I、液晶對(duì)于暗色圖像漏光的問(wèn)題。因?yàn)橐壕Р牧显诎瞪珗D像表現(xiàn)時(shí)，無(wú)法百分之百的阻擋背光光源，所以往往在暗畫(huà)面的表現(xiàn)上會(huì)有暗色漏光的現(xiàn)象，嚴(yán)重造成影像對(duì)比度下降(大概1000:1)。2、持續(xù)的高功率消耗。由于CCFL背光源無(wú)論在亮暗畫(huà)面都保持全亮的狀態(tài)，故功率消耗量大，所以，如何有效改善對(duì)比度和功率消耗成為主要的研究課題。LED由于低功耗，節(jié)能環(huán)保，無(wú)污染等優(yōu)勢(shì)逐漸被用作IXD的背光源。LED動(dòng)態(tài)背光技術(shù)，主要是根據(jù)待顯示的圖像的亮度值，去控制對(duì)應(yīng)背光區(qū)域的LED的亮度值，使得暗的區(qū)域的背光更暗，亮的區(qū)域的背光更亮，顯示對(duì)比度有很大的增強(qiáng)。LED動(dòng)態(tài)背光主要有兩個(gè)方面的技術(shù)難點(diǎn)，一個(gè)是LED背光的取值的導(dǎo)出，一般是取局部最大值，還有逆映射函數(shù)IMF (Inverse of a mapping Function)的方法,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證具有更高的對(duì)比度；另一個(gè)是驅(qū)動(dòng)控制電路的設(shè)計(jì)，對(duì)于大尺寸的液晶電視來(lái)說(shuō)，LED背光點(diǎn)陣數(shù)量比較龐大，在幾千量級(jí)，逐個(gè)驅(qū)動(dòng)，硬件上不易實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在比較普遍的解決方法是，分塊區(qū)域動(dòng)態(tài)控制背光。這樣可以減少驅(qū)動(dòng)電路，同時(shí)得到增強(qiáng)對(duì)比度的效果。中國(guó)專利200610170237. X公開(kāi)了一種LED動(dòng)態(tài)背光源控制算法。該算法先對(duì)LED背光源進(jìn)行白平衡校正，然后將LED點(diǎn)陣分塊，每個(gè)塊取該區(qū)域圖像亮度最大值對(duì)其進(jìn)行賦值，塊與塊之間采用漸變控制，使得其之間實(shí)現(xiàn)平滑過(guò)渡。最終輸出的控制信號(hào)是塊控制信號(hào)與白平衡信號(hào)的疊加。中國(guó)專利200810150978. 0公開(kāi)了一種液晶用LED背光驅(qū)動(dòng)方法，該方法將整個(gè)液晶屏分區(qū)，首先對(duì)每個(gè)分區(qū)進(jìn)行亮度統(tǒng)計(jì)，然后依次將統(tǒng)計(jì)得到的分區(qū)輸入信號(hào)的原始亮度值，擴(kuò)散到相鄰分區(qū)上，再對(duì)亮度進(jìn)行歸一化處理通過(guò)驅(qū)動(dòng)IC芯片對(duì)LED燈的亮度控制，實(shí)現(xiàn)控制相應(yīng)LED背光的亮度。中國(guó)專利200810216651. 9公開(kāi)了一種LED動(dòng)態(tài)背光源控制算法。該算法先根據(jù)像素R，G, B分量計(jì)算像素的亮度值，然后根據(jù)該像素亮度狀態(tài)進(jìn)行明暗等級(jí)劃分，最后根據(jù)該明暗等級(jí)調(diào)整背光源的亮度值。目前已有的關(guān)于LED動(dòng)態(tài)顯示控制的專利，在減少驅(qū)動(dòng)電路方法方面，都是將LED點(diǎn)陣分區(qū)域進(jìn)行處理，但是這樣帶來(lái)的問(wèn)題就是可能造成塊與塊之間亮度過(guò)渡不均勻，所以很多專利都是針對(duì)這個(gè)問(wèn)題提出了解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的存在的問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種自適應(yīng)LED動(dòng)態(tài)背光方法，目的在于整體或部分解決以上現(xiàn)有專利方法的缺陷。本發(fā)明避開(kāi)現(xiàn)有專利的分區(qū)域的方案，對(duì)每個(gè)LED點(diǎn)陣亮度使用行列序列控制方法，行列序列很大程度上減少驅(qū)動(dòng)電路數(shù)量，并且解決亮度不均勻現(xiàn)象。本發(fā)明公開(kāi)的行列序列控制法，是將行和列的控制信號(hào)抽象為0和I的行列序列信號(hào)，相乘的結(jié)果為待顯示圖像的亮度值矩陣。
本發(fā)明的一種自適應(yīng)LED動(dòng)態(tài)背光方法，運(yùn)用行列時(shí)序信號(hào)控制液晶顯示器LED背光模組，目的在于減少LED背光源的驅(qū)動(dòng)電路。利用矩陣分解思想，提出一種分段相加優(yōu)化的方法，求解最優(yōu)的行列時(shí)序信號(hào)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)行列序列控制方法的實(shí)施步驟:A.獲取待顯示圖像信號(hào)，根據(jù)圖像各個(gè)像素點(diǎn)R，G，B分量，獲取各點(diǎn)的亮度值矩陣；B.將亮度值矩陣經(jīng)過(guò)逆映射函數(shù)(MF)映射，獲取新的亮度矩陣；C.根據(jù)分段相加優(yōu)化算法，將新的亮度矩陣分解為行列時(shí)序矩陣；D.根據(jù)行列分解控制法，將行列矩陣轉(zhuǎn)換成行列時(shí)序控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)LED背光源模組。上述的自適應(yīng)LED動(dòng)態(tài)背光方法，其進(jìn)一步特征在于在步驟B中，將亮度值矩陣進(jìn)行亮度轉(zhuǎn)換，可以是逆映射函數(shù)(MF)或其他映射方法；在步驟C中，運(yùn)用矩陣分解的思想將圖像亮度值分解為行列時(shí)序矩陣，時(shí)序矩陣是由0和I組成，分解矩陣方法可以是分段相加優(yōu)化或者是其他矩陣分解方法；在步驟D中，實(shí)行行列時(shí)序信號(hào)控制LED背光模組，可以是對(duì)每個(gè)LED控制或者是對(duì)每一個(gè)區(qū)域塊的LED點(diǎn)陣控制。為了實(shí)現(xiàn)行列序列控制方法，需要將待顯示圖像的亮度矩陣轉(zhuǎn)換為行列時(shí)序矩陣，該矩陣分解是一個(gè)NP問(wèn)題，所以本發(fā)明提出一種分段相加優(yōu)化的矩陣分解方法，將亮度矩陣分解為最優(yōu)的行列時(shí)序矩陣。


結(jié)合

詳細(xì)閱讀下列實(shí)施方式，可容易地理解本發(fā)明的宗旨和算法步驟，附圖中有圖I是LED背光源的液晶顯示器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是自適應(yīng)LED動(dòng)態(tài)背光方法的流程圖。圖3是行列時(shí)序控制方法驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是一個(gè)周期T時(shí)間內(nèi)，行列信號(hào)“與”的過(guò)程示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明主要研究一種自適應(yīng)LED動(dòng)態(tài)背光方法，用于控制液晶顯示器LED背光模組，目的在于減少背光源的驅(qū)動(dòng)電路，顯示圖像對(duì)比度更強(qiáng)。說(shuō)明書(shū)附圖I是LED背光源的液晶顯示器結(jié)構(gòu)示意圖。液晶本身不會(huì)發(fā)光，它依靠背光源將光線穿過(guò)IXD，顯示圖像。單元I是IXD液晶面板；單元2是擴(kuò)散板，將背光源發(fā)射過(guò)來(lái)的光進(jìn)行多次折射擴(kuò)散，使得背光更加均勻；單元3是棱鏡片，是聚光裝置，利用全反射和折射定律，將分散的光集中于一定的角度范圍內(nèi)出射從而提高該出射范圍內(nèi)的亮度；單元4是導(dǎo)光板，利用光學(xué)級(jí)壓克力板材吸取從背光源發(fā)出來(lái)的光在光學(xué)級(jí)壓克力板材表面的停留，當(dāng)光線射到各個(gè)導(dǎo)光點(diǎn)時(shí)，反射光會(huì)往各個(gè)角度擴(kuò)散，然后破壞反射條件，由導(dǎo)光板正面射出。通過(guò)各種疏密、大小不一的導(dǎo)光點(diǎn)，可使導(dǎo)光板均勻發(fā)光，它的主要用途在于增強(qiáng)光亮，提高光的使用效率；單元5是底面反射板，其作用是將背光源的光反射向上，達(dá)到增強(qiáng)背光亮度的作用；單元6是LED背光源點(diǎn)陣，點(diǎn)陣個(gè)數(shù)依據(jù)顯示器尺寸大小決定。說(shuō)明書(shū)附圖2是本發(fā)明方法的流程圖。主要包括以下實(shí)現(xiàn)步驟A.獲取待顯示圖像信號(hào)，根據(jù)圖像各個(gè)像素點(diǎn)R，G，B分量，獲取各點(diǎn)的亮度值矩陣；B.將亮度值矩陣經(jīng)過(guò)逆映射函數(shù)(IMF)映射，獲取新的亮度矩陣；C.根據(jù)分段相加優(yōu)化算法，將新的亮度矩陣分解為行列時(shí)序矩陣；將每個(gè)LED背光源點(diǎn)陣的亮度值矩陣分解為兩個(gè)矩陣的乘積，分解的兩個(gè)矩陣滿足由0和I構(gòu)成，作為行 和列LED的脈沖控制信號(hào)；D.根據(jù)行列序列控制法，將行列矩陣轉(zhuǎn)換成行列時(shí)序控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)LED背光源模組。在步驟A中，控制系統(tǒng)接收到待顯示圖像的信號(hào)，將其各個(gè)像素點(diǎn)的R，G，B分量，經(jīng)過(guò)公式Image (亮度)= (0. 299*R) + (0. 587*G) + (0. 114*B)計(jì)算，得到圖像的亮度值矩陣Image。在步驟B中，將亮度值矩陣經(jīng)過(guò)逆映射函數(shù)(MF)映射得到新的亮度值矩陣，使得背光效果更好。映射的步驟是先計(jì)算該矩陣Image的概率密度函數(shù)HF，然后計(jì)算TOF的累積分布函數(shù)CDF，將得到的CDF曲線沿y=x直線對(duì)稱翻轉(zhuǎn)，得到的曲線即是逆映射函數(shù)IMF，可以將原亮度值矩陣映射為新的亮度矩陣。在步驟C中，運(yùn)用矩陣分解的方法將圖像亮度值矩陣分解為行列時(shí)序矩陣，時(shí)序矩陣是由0和I組成。矩陣分解是一個(gè)NP問(wèn)題，所以本發(fā)明提出一種分段相加優(yōu)化的矩陣分解方法，將亮度矩陣分解為最優(yōu)的行列時(shí)序矩陣。步驟如下(假設(shè)M行和N列控制信號(hào))步驟一根據(jù)待顯示的圖像，獲取LED點(diǎn)陣的亮度矩陣I (步驟B中獲得)；步驟二 固定第I行Ig1數(shù)值，第i行數(shù)值Igi與其做差，取差值的最大
值Cli，作為公差，cl = X max( Jyim., - Irm.;)，再用第I行數(shù)值加上Cli，得到新的第i行
i=l
!'-.',=ZUdf ;這樣得到新的矩陣I’ i，I’! 一定可以分解成A’和B’的相加，計(jì)算絕對(duì)
/=1
差值 AI1 = Il-I' J ；步驟三依次固定第2，3-M行，I, 2-N列，重復(fù)步驟2，計(jì)算對(duì)應(yīng)的
A/, H/-/','I;
(=2
M+N步驟四取A Ii的最小值A(chǔ)/ = min ^ AIj，取A Ii對(duì)應(yīng)的I' i，將I' t歸一化處
1=1
[/’. ;/! < Level
理，使得其最大值為L(zhǎng)evel，/’= / ,7，得到的歸一化矩陣I’作為優(yōu)化后的
[Level J \ > Level
LED點(diǎn)陣亮度值矩陣；步驟五ai取I’第i行的最小值，《, = !>_/’_,)，分解到行矩陣A’，列矩陣
/=1B， =I-Af 0A’和B’即是行列時(shí)序矩陣。在步驟D中，將步驟C中獲得的行列控制矩陣A’和B’，輸出控制LED背光源的驅(qū)動(dòng)電路。該過(guò)程即為行列分解控制方法，其特征在于將每個(gè)LED背光源點(diǎn)陣的亮度值分解為01碼信號(hào)的乘積，這樣每行和每列的LED點(diǎn)陣可以共用一個(gè)行列信號(hào)，而不是針對(duì)每個(gè)LED點(diǎn)陣一個(gè)控制信號(hào)，很大程度的減少驅(qū)動(dòng)電路數(shù)量。說(shuō)明書(shū)附圖3是行列分解控制方法驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)示意圖，假設(shè)有M行N列LED點(diǎn)陣，行列控制方法是讓每一行共用一個(gè)行控制01脈沖信號(hào)Ai (i從I到M)，每一列共用一 個(gè)列控制01脈沖信號(hào)BJj從I到N)。這樣驅(qū)動(dòng)信號(hào)的總數(shù)是M+N個(gè)，相比于傳統(tǒng)的逐點(diǎn)LED控制M*N個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路減少M(fèi)*N- (M+N)個(gè)。說(shuō)明書(shū)附圖4是一個(gè)周期T時(shí)間內(nèi)，行列信號(hào)“與”的過(guò)程示意圖。根據(jù)行列分解控制算法，任意一個(gè)LED點(diǎn)陣(m，n)的亮度值Im,n是第m行控制信號(hào)Am和第n列控制信號(hào)Bn的“與”的結(jié)果。當(dāng)行列控制信號(hào)均為“ I”時(shí)，該LED點(diǎn)陣亮。以上結(jié)合實(shí)例的說(shuō)明對(duì)本發(fā)明而言只是說(shuō)明性而非限制性的，在不超出本發(fā)明所列的權(quán)利要求范圍，可以對(duì)本發(fā)明做出許多變更和修改。
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)LED動(dòng)態(tài)背光方法，運(yùn)用行列時(shí)序信號(hào)控制液晶顯示器LED背光模組，其特征在于，包括以下實(shí)現(xiàn)步驟A.根據(jù)待顯示圖像各個(gè)像素點(diǎn)R，G,B分量，獲取各點(diǎn)的亮度值矩陣；B.將亮度值矩陣經(jīng)過(guò)逆映射函數(shù)(MF)映射，獲取新的亮度矩陣；C.根據(jù)分段相加優(yōu)化算法，將新的亮度矩陣分解為行列時(shí)序矩陣；將每個(gè)LED背光源點(diǎn)陣的亮度值矩陣分解為兩個(gè)矩陣的乘積，分解的兩個(gè)矩陣滿足由O和I構(gòu)成，作為行和列 LED的脈沖控制信號(hào)；D.根據(jù)行列序列控制法，將行列時(shí)序矩陣轉(zhuǎn)換成行列時(shí)序控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)LED背光源模組。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自適應(yīng)LED動(dòng)態(tài)背光方法，其特征在于在步驟B中，將亮度值矩陣進(jìn)行亮度轉(zhuǎn)換，可以是逆映射函數(shù)(IMF)或其他映射方法。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自適應(yīng)LED動(dòng)態(tài)背光方法，其特征在于在步驟C中，運(yùn)用矩陣分解的方法將圖像亮度值分解為行列時(shí)序矩陣，時(shí)序矩陣是由O和I組成，分解矩陣方法可以是分段相加優(yōu)化或者是其他矩陣分解方法。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自適應(yīng)LED動(dòng)態(tài)背光方法，其特征在于在步驟D中，實(shí)行行列時(shí)序信號(hào)控制LED背光模組，可以是對(duì)每個(gè)LED控制或者是對(duì)每一個(gè)區(qū)域塊的LED點(diǎn)陣控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4之一所述的自適應(yīng)LED動(dòng)態(tài)背光方法，其特征在于在步驟B 中，將亮度值矩陣經(jīng)過(guò)逆映射函數(shù)(nr)映射得到新的亮度值矩陣，映射的步驟是先計(jì)算該矩陣Image的概率密度函數(shù)HF，然后計(jì)算TOF的累積分布函數(shù)CDF，將得到的CDF曲線沿y=x直線對(duì)稱翻轉(zhuǎn)，得到的曲線即是逆映射函數(shù)IMF，可以將原亮度值矩陣映射為新的亮度矩陣。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至4之一所述的自適應(yīng)LED動(dòng)態(tài)背光方法，其特征在于在步驟C 中，運(yùn)用分段相加優(yōu)化的矩陣分解方法將圖像亮度值矩陣分解為行列時(shí)序矩陣，時(shí)序矩陣是由O和I組成,步驟如下步驟一、根據(jù)待顯示的圖像，獲取LED點(diǎn)陣的亮度矩陣I (步驟B中獲得)；步驟二、固定第I行Ig1數(shù)值，第i行數(shù)值Iratii與其做差，取差值的最大值屯，作為公AiM差A(yù) =Zmax(/roiv/ -Irowl)，再用第I行數(shù)值加上屯，得到新的第i行/' =Σ4,,ι+<·;這 =1 /=1樣得到新的矩陣I’pl’i—定可以分解成A’和B’的相加，計(jì)算絕對(duì)差值A(chǔ)I1= Il-I' J ；M+N步驟三、依次固定第2，3…M行，I, 2…N列，重復(fù)步驟2，計(jì)算對(duì)應(yīng)的AJf =| ； =2M+N步驟四、取Λ Ii的最小值A(chǔ)/ = min V Mi，取Δ I對(duì)應(yīng)的Γ i，將Γ i歸一化處理，使 = \1' :/\< Level得其最大值為L(zhǎng)evel，/’= / , ! r 7，得到的歸一化矩陣I’作為優(yōu)化后的LED點(diǎn)I Level -J \ > Level陣亮度值矩陣；M步驟五、％取I’第i行的最小值，〃,.=Zmin^7' -, )，分解到行矩陣A’，列矩陣B’=I-A’ ；A’和B’即是行列 時(shí)序矩陣。
全文摘要
本發(fā)明屬于液晶顯示器背光技術(shù)研究領(lǐng)域，涉及一種自適應(yīng)LED(LightEmittingDiode)動(dòng)態(tài)背光方法，包括以下步驟A.獲取待顯示圖像信號(hào)，根據(jù)圖像各個(gè)像素點(diǎn)R,G,B分量，獲取各點(diǎn)的亮度值矩陣；B.將亮度值矩陣經(jīng)過(guò)逆映射函數(shù)(IMF)映射，獲取新的亮度矩陣；C.根據(jù)分段相加優(yōu)化算法，將新的亮度矩陣分解為行列時(shí)序矩陣；D.根據(jù)行列分解控制法，將行列矩陣轉(zhuǎn)換成行列時(shí)序控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)LED背光源模組。本發(fā)明由于采用行列分解法控制LED模組，很大程度上減少驅(qū)動(dòng)電路數(shù)量，同時(shí)獲得很高的圖像顯示對(duì)比度。
文檔編號(hào)G09G3/34GK102708810SQ20121021545
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月27日
發(fā)明者儲(chǔ)培, 劉佳, 姜華, 姜新, 徐俊梅, 李楊, 汪琪, 趙康僆, 趙靜, 都思丹 申請(qǐng)人:南京大學(xué)(蘇州)高新技術(shù)研究院