区域自适应背光管理的方法和系统的制作方法
专利名称：区域自适应背光管理的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于产生、修改和应用LED背光阵列的背光驱动值的方法和系统。
背景技术：
诸如IXD显示器之类的一些显示器具有背光阵列，背光阵列具有可以单独被寻址 和调制的单独元件。所显示的图像特性可以通过对背光阵列元件进行系统寻址来提高。
发明内容
本发明的一些实施例包括用于产生、修改和应用LED背光阵列的背光驱动值的方 法和系统。描述了一种针对显示器的方法，所述显示器包括按照阵列布置的发光元件的背光 层、漫射层以及显示板，所述方法用于修改所述发光元件的驱动值。所述方法可以包括以下 步骤a)为每个所述发光元件接收包含目标驱动值的初始背光图像(BLtl)；b)建立包括虚拟驱动值的初始驱动值图像(Led1)，所述虚拟驱动值位于根据所述 发光元件的阵列定位的所述目标驱动值之间，所述初始驱动值图像是通过将所述初始背光 图像与包括所述虚拟驱动值的位置的掩码相卷积来建立的；c)通过将所述初始驱动值图像与第一矩阵相卷积来确定近似背光图像(W1)，从 而为增加的光发射调整所述发光元件的驱动值；d)确定作为所述初始背光图像与所述近似背光图像之间的差的背光不足图像 (bl2)；e)通过将所述背光不足图像与第二矩阵相卷积来创建补偿背光图像(bl3)，从而 估计光分布；以及f)通过将所述补偿背光图像与所述初始背光图像相加，来确定修改的初始背光图 像(BL1)。此外，描述了一种同样针对显示器的方法，所述显示器包括按照阵列布置的发光 元件的背光层、漫射层以及显示板，所述方法用于修改所述背光层的目标图像。所述方法可 以包括以下步骤a)为每个所述发光元件接收包括驱动值的所述目标图像(BL1)；b)将所述目标图像与掩码相组合，所述掩码包括位于根据所述阵列定位的所述驱 动值之间的虚拟值掩码，以创建中间图像(Led1)；c)将所述中间图像与矩阵相卷积，以创建近似背光图像(BL2)；d)确定对所述目标图像与所述近似背光图像之间的差加以表示的差图像；e)确定缩放因子(β)；f)用所述缩放因子对所述差图像进行缩放，从而创建缩放的差图像；g)将所述中间图像与所述缩放的差图像相加，以创建修改图像；以及
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h)当所述修改的图象中的值小于零时，将所述修改的图像中的值设置为零。描述了一种针对显示器的方法，所述显示器包括按照阵列布置的发光元件的背光 层、漫射层以及显示板，所述方法用于对包含针对所述发光元件的驱动值在内的背光图像 进行后处理。所述方法可以包括以下步骤a)接收包含所述驱动值的所述背光图像；b)在所述背光图像中找到大于1的驱动值Iedy ；c)利用以下公式计算所述驱动值Iediij的邻域驱动值的系数CiU = max (0,1-Iedi^ljj)Ci+1,j = max (0, l-ledi+ljJ)Cijj^1 = max (0,1-Iedijj^1)Cij J+1 = max (0,1-Iedi, J+1)；d)利用以下公式更新所述驱动值和所述邻域驱动值的值Iediij ==1
Iedi-I, J=Iedi-i,j+k (Iedijri)*。,J/Σ(Ci,P
ledi+i,j=Ieditljj^kdedijΓ1)*。Η,J/Σ(Ci,P
Iedi, j-i=Iedi,j-i+k (IedijΓ1)*。Η,J/Σ(Ci,P
Iedi, J+1=Iedi,J+i+k (IedijΓ1)*。Η,J/Σ(Ci,P其中，k是常数，用于补偿由所述邻域驱动值贡献的减小。描述了一种针对显示器的方法，所述显示器包括按照阵列布置的发光元件的背光 层、漫射层以及显示板，所述方法用于产生所述背光层的背光图像，所述方法包括以下步 骤a)接收输入图像，所述输入图像包括表示所述显示板的第一分辨率的图像的像素 值的阵列；b)利用对所述漫射层的点扩展函数加以表示的第一矩阵对所述输入图像进行低 通滤波，以创建低通滤波(LPF)图像；c)将所述LPF图像采样成中间分辨率，从而创建中间图像(LEDlp)，所述中间分辨 率低于所述第一分辨率；d)利用小于创建所述LPF图像的第一矩阵的第二矩阵对所述输入图像进行低通 滤波，从而创建第二低通滤波(SLPF)图像；e)将所述SLPF划分成块，其中每个块与所述背光层中的发光元件相对应，并且每 个块之间有一些交叠；f)确定所述SLPF图像的每个块中的最大值，从而创建包含所述每个块的最大值 的最大图像(LEDmax)；g)基于来自所述最大图像的相应值和来自所述中间图像的相应值之一，创建包括 目标驱动值的组合图像(LEDl)。此外，描述了一种针对显示器的方法，所述显示器包括按照阵列布置的发光元件 的背光层、漫射层以及显示板，所述方法用于产生所述背光层的背光图像。所述方法包括以 下步骤a)接收输入图像，所述输入图像包括表示所述显示板的第一分辨率图像的像素值的阵列；b)利用对所述漫射层的点扩展函数加以表示的第一矩阵对所述输入图像进行低 通滤波，以创建低通滤波(LPF)图像；c)将所述LPF图像采样成中间分辨率，从而创建中间图像(LEDlp)，所述中间分辨 率低于所述第一分辨率；d)利用小于创建所述LPF图像的第一矩阵的第二矩阵对所述输入图像进行低通 滤波，从而创建第二低通滤波(SLPF)图像；e)将所述SLPF划分成块，其中每个块与所述背光层中的发光元件相对应，并且每 个块之间有一些交叠；f)确定所述SLPF图像的每个块中的最大值，从而创建包含所述每个块的最大值 的最大图像(LEDmax)；g)基于来自所述最大图像的相应值和来自所述中间图像的相应值之一，创建包括 目标驱动值的组合图像(LEDl)；h)建立包括虚拟驱动值的初始驱动值图像(Led1)，所述虚拟驱动值位于根据所述 发光元件的所述阵列定位的所述目标驱动之之间，所述初始驱动值图像通过将所述组合图 像与包括所述虚拟驱动值的位置的掩码相卷积来建立；i)通过将所述初始驱动值图像与第三矩阵相卷积来确定近似背光图像，从而为增 加的光发射调整所述发光元件的驱动值；j)确定作为所述组合图像与所述近似背光图像之间的差的背光不足图像；k)通过将所述背光不足图像与第四矩阵相卷积来创建补偿背光图像，从而估计光 分布；以及1)通过将所述补偿背光图像与所述组合图像相加，来确定修改的组合图像。结合附图，考虑本发明的以下详细描述，将更容易理解本发明的上述和其他目的、 特征和优点。
图1是示出了具有LED背光阵列的典型IXD显示器的图；图2是示出了包括确定LED背光驱动值的本发明的实施例的流程图；图3是示意了示例LED点扩展函数的图像；图4是示出了示例预处理算法的流程图；图5是示出了用于导出LED驱动值的示例方法的流程图；图6是示出了误差扩散之后示例LED背光驱动值和对应的响应的图像集合；图7是示出了后处理之后示例LED背光驱动值和对应的响应的图像集合；图8是示出了针对LED背光图像的示例逆伽马校正曲线的图；以及图9是示出了针对示例IXD图像的示例逆伽马校正曲线的图。
具体实施例方式参照附图更好地理解本发明的实施例，其中，贯穿附图类似的部件由类似的附图 标记指定。以上所列附图清楚合并为该详细描述的一部分。
将容易理解，如这里在附图中一般描述和示意的，本发明的组件可以用各种不同 配置来布置和设计。因此，本发明的方法和系统的实施例以下更详细描述并不意在限制本 发明的范围，而是仅表示本发明的当前优选实施例。本发明实施例的元件可以以硬件、固件和/或软件来实现。尽管这里所揭示的示 例实施例可以仅描述这些形式之一，但是应当理解，本领域技术人员能够以这些形式中的 任何形式来实现这些元件，而同时保持在本发明范围内。 在高动态范围(HDR)显示器(包括使用发光二极管(LED)背光的液晶显示器 (LCD))中，可以使用算法来将输入图像转换成低分辨率LED图像，以调制背光LED和高分辨 率LCD图像。为了实现高对比度并节省功率，背光应当包含尽可能高的对比度。与高分辨 率LCD图像组合的高对比度背光图像可以产生比使用现有技术方法的显示器更高的动态 范围图像。然而，高对比度背光的一个问题是运动引入的闪烁。当运动目标越过LED边界 时，在背光中存在突然变化在该过程中，一些LED减小它们的光输出，一些LED增加它们的 光输出；这引起对应的LCD快速变化以补偿背光中的这种突然变化。由于LED驱动与LCD 驱动之间的定时差，或者补偿误差，会发生显示器输出的波动，引起沿着运动对象的显著闪 烁。当前解决方案是使用无限脉冲响应(IIR)滤波来平滑时间过度，然而这是不精确的，并 且还会引起高亮剪裁。由于偏振器的消光比和液晶(LC)材料的不理想性，IXD具有有限的动态范围。为 了显示高动态范围图像，可以使用低分辨率LED背光系统来调制馈送到IXD中的光。通过 组合调制后的LED背光和LCD，可以实现非常高的动态范围(HDR)显示器。出于成本原因， LED典型地比IXD具有更低的空间分辨率。由于LED分辨率较低，基于这种技术的HDR显 示器不能显示高空间分辨率的高动态模式。但是，该HDR显示器可以同时显示非常亮区域 (> 2000cd/m2)和非常暗区域(< 0. 5cd/m2)的图像。由于人眼在局部区域具有有限的动 态范围，因此这不是正常使用的重要问题，并且利用视觉掩码，眼睛很难感知高空间频率内 容的有限动态范围。调制LED背光IXD的另一问题是沿着运动轨迹的闪烁，即，显示输出的波动。这是 由于IXD和LED时间响应的失配，以及LED点扩展函数(PSF)的误差。一些实施例可以包 括时间低通滤波来减少闪烁伪像。可以参照图1描述本发明的一些实施例，图1示出了具有LED层2的HDR显示器 的示意图，LED层2包括阵列中的各个单独LED 8，并且作为IXD层6的背光。来自LED层 2中LED阵列的光通过漫射层4并且照亮IXD层6。在一些实施例中，背光图像由以下公式给出bl(x, y) = LED(i, j)*psf(x, y)(1)其中，LED(i，j)是背光阵列中每个单独LED的LED输出级别，psf (x，y)是扩展层 的点扩展函数，*表示卷积运算。还可以通过IXD调制背光图像。所显示的图像是LED背光和IXD透射率Tra(x，y)的乘积。img (X，y) = bl (χ, y) Tlcd (χ, y) = (LED (i，j) *psf (χ, y) Tlcd (χ, y)(2)通过组合LED和IXD，显示器的动态范围是LED与IXD的动态范围的乘积。为了简 单起见，在一些实施例中，本发明使用O和1之间归一化的IXD和LED输出。可以参照图2描述本发明的一些示例实施例，图2示出了将输入图像转换成低分辨率LED背光图像和高分辨率LCD图像的算法的流程图。LCD分辨率是mxn个像素，其范围 从O到1，其中，O表示黑色，1表示最大透射率。LED分辨率是MxN，其中，M < m，且N < η。假 定输入图像具有与LCD图像相同的分辨率。如果输入图像具有不同的分辨率，则可以使用 缩放或剪裁步骤来将输入图像转换到LCD图像分辨率。在一些实施例中，可以在步骤(10) 将输入归一化为0和1之间的值。在这些实施例中，可以使用显示器的扩散屏幕的点扩展函数来对输入图像进行低 通滤波，以创建LPF图像。然后可以将该LPF图像子采样(S14)到中间分辨率，(即，MlxW)。 在一些实施例中，中间分辨率可以是LED阵列大小的倍数(aMxaN)。在示例实施例中，中间 分辨率可以是LED分辨率的二倍(2Mx2N)。在一些实施例中，额外分辨率可以用来减少闪 烁。在子采样的图像可以被称作LEDlp图像。也可以利用更小的滤波器核(例如，5x5核)对HDR输入图像10进行低通滤波
(512)，以仿真镜像图案的大小。然后可以将该较小低通滤波后的图像(SLPF图像)划分
(513)成aMxaN个块，其中每个块对应于一个LED，其中每个块之间有一些交叠。例如，在示 例实施例中，块大小可以是(l+k)*(m/MXn/N)，其中，k是交叠因子。在示例实施例中，可以 将k设置为0.25。然后针对每个块确定(S15)最大值。这些最大块值可以用来形成具有 MxN分辨率的LEDmax图像。在一些实施例中，可以通过在LEDmax图像与LEDlp图像的变化之间进行选择，来 创建(S16)组合的LEDl图像。在示例实施例中，可以通过选择LEDlp图像的二倍与LEDmax 图像中的更大图像来确定LEDl图像，如以下公式所示LEDl = max (LEDIp X 2，LEDmax).(3)在一些实施例中，例如，通过使用以下公式4，可以将LEDl图像中的值限制为小于 1 LEDl = min (max (LEDIp X 2，LED max)，1).(4)通过考虑局部最大值，保留镜像高亮。使用LEDlp图像值的二倍确保了使用最大 LCD工作范围。这些实施例更加适合具有高动态范围和高空间频率的图像。所获得的LEDl图像大小为MxN并且范围从0到1。由于扩散屏幕的PSF大于LED 间隔以便提供更均勻的背光图像，因此在靠在一起的LED元件之间存在相当大的串扰。图3示出了典型的LED PSF，其中，照亮的中心圆内的黑线55指示LED阵列元件之 间的边界。根据图3，明显地PSF超过LED元件的边界延伸。由于LED的PSF，任何LED对其每个邻域LED有贡献。尽管在给定LED驱动信号 的情况下公式2可以用来计算背光，但是导出LED驱动信号以实现目标背光图像是逆问题。 这是不适当的去卷积问题。在一个方法中，如公式5所示，卷积核用于导出LED驱动信号。 串扰校正核系数(C1和C2)是负的，以补偿来自邻域LED的串扰。
权利要求
1.一种针对显示器的方法，所述显示器包括按照阵列布置的发光元件的背光层、漫射 层以及显示板，所述方法用于修改所述发光元件的驱动值，所述方法包括以下步骤a)为每个所述发光元件接收包含目标驱动值的初始背光图像(BLtl)；b)建立包括虚拟驱动值的初始驱动值图像(Led1),所述虚拟值位于根据所述发光元件 的阵列定位的所述目标驱动值之间，所述初始驱动值图像是通过将所述初始背光图像与包 括所述虚拟驱动值的位置的掩码相卷积来建立的；c)通过将所述初始驱动值图像与第一矩阵相卷积来确定近似背光图像(W1),从而为 增加的光发射调整所述发光元件的驱动值；d)确定作为所述初始背光图像与所述近似背光图像之间的差的背光不足图像(bl2)；e)通过将所述背光不足图像与第二矩阵相卷积来创建补偿背光图像(bl3)，从而估计 光分布；以及f)通过将所述补偿背光图像与所述初始背光图像相加，来确定修改的初始背光图像 (BL1)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一矩阵表示具有截取值的点扩展函数。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第二矩阵表示从所述发光元件发出的光扩散。
4.一种针对显示器的方法，所述显示器包括按照阵列布置的发光元件的背光层、漫射 层以及显示板，所述方法用于修改所述背光层的目标图像，所述方法包括以下步骤a)为每个所述发光元件接收包括驱动值的所述目标图像(BL1)；b)将所述目标图像与掩码相组合，所述掩码包括位于根据所述阵列定位的所述驱动值 之间的虚拟值，以创建中间图像(Led1)；c)将所述中间图像与矩阵相卷积，以创建近似背光图像(BL2),从而估计光分布；d)确定对所述目标图像与所述近似背光图像之间的差加以表示的差图像；e)确定缩放因子(β)；f)用所述缩放因子对所述差图像进行缩放，从而创建缩放的差图像；g)将所述中间图像与所述缩放的差图像相加，以创建修改图像；以及h)当所述修改图像中的值小于零时，将所述修改图像中的值设置为零。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述矩阵表示具有截取值的点扩展函数。
6.根据权利要求4所述的方法，还包括i)通过将所述修改的图像与所述矩阵相卷积来确定修改的近似背光图像；以及 j)将所述中间图像设置为所述修改的图像；其中以固定次数重复步骤d)到j)。
7.一种针对显示器的方法，所述显示器包括按照阵列布置的发光元件的背光层、漫射 层以及显示板，所述方法用于对包含所述发光元件的驱动值的背光图像进行后处理，所述 方法包括以下步骤a)接收包含所述驱动值的所述背光图像；b)在所述背光图像中找到大于1的驱动值Iedy；c)利用以下公式计算所述驱动值Iediij的邻域驱动值的系数 Ch。· = max (0，I-Iedi-L j)Ci+1,j = max (0, l-ledi+ljJ) Cij J^1 = max (0,1-Iedij ^1) Cij J+1 = max (0,1-Iedij J+1)；d)利用以下公式更新所述驱动值和所述邻域驱动值的值Iediij ==1Iedi-I, J=Iedi^1, j+k (IedijJ-D^1,/Σ(Ci,J)ledi+i,j=ledi+1, j+kQedi,J-D^1,/Σ(Ci,J)Iedi, j-i=Iedijj^kdedi,J-D^1,/Σ(Ci,J)Iedi, J+1=Iedi,柯+k (Iedi,J-D^1,/Σ(Ci,J)其中，k是常数，用于补偿由所述邻域驱动值贡献的减小。
8.一种针对显示器的方法，所述显示器包括按照阵列布置的发光元件的背光层、漫射 层以及显示板，所述方法用于产生所述背光层的背光图像，所述方法包括以下步骤a)接收输入图像，所述输入图像包括表示所述显示板的第一分辨率的图像的像素值的 阵列；b)利用对所述漫射层的点扩展函数加以表示的第一矩阵对所述输入图像进行低通滤 波，以创建低通滤波(LPF)图像；c)将所述LPF图像采样成中间分辨率，从而创建中间图像(LEDlp)，所述中间分辨率低 于所述第一分辨率；d)利用小于创建所述LPF图像的第一矩阵的第二矩阵对所述输入图像进行低通滤波， 从而创建第二低通滤波(SLPF)图像；e)将所述SLPF划分成块，其中每个块与所述背光层中的发光元件相对应，并且每个块 之间有一些交叠；f)确定所述SLPF图像的每个块中的最大值，从而创建包含所述每个块的最大值的最 大图像(LEDmax)；g)基于来自所述最大图像的相应值和来自所述中间图像的相应值之一，创建包括目标 驱动值的组合图像(LEDl)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述组合图像是通过从所述中间图像和所述最 大图像中选择值来创建的，使得所述组合图像的目标驱动值比对应的最大图像值和对应的 中间图像值大两倍。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述中间分辨率是所述发光元件的所述阵列的 尺寸的倍数。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，利用以下公式来确定所述SLPF图像中所述块的 大小(l+k)*(m/Mxn/N)其中，k是交叠因子，M和N是所述发光元件的所述阵列的尺寸，并且m和η是所述第一 分辨率的所述像素值阵列的尺寸。
12.根据权利要求8所述的方法，还包括以下步骤从所述组合图像中导出背光图像(LED)；以及对所述背光图像执行逆伽马校正，从而为所述背光层产生逆伽马校正(IGC)的背光图像。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括以下步骤h)对所述IGC背光图像执行伽马校正，从而创建伽马校正的背光图像；i)将所述伽马校正的背光图像上采样到所述第一分辨率；j)将所述伽马校正的背光图像与所述第一矩阵相卷积，从而创建第二中间图像(LED_ BL)；以及k)将所述输入图像除以所述第二中间图像，以创建显示图像；以及1)对所述显示图像执行逆伽马校正，从而创建逆伽马校正(IGC)的显示图像。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述导出背光图像包括以下步骤a)接收包含每个所述发光元件的所述目标驱动值的所述组合图像(BLtl)；b)建立包括虚拟驱动值的初始驱动值图像(Led1),所述虚拟驱动值位于根据所述发光 元件的所述阵列定位的所述目标驱动值之间，所述初始确定值图像是通过将所述组合图像 与包括所述虚拟驱动值的位置的掩码相卷积来建立的；c)通过将所述初始驱动值图像与第三矩阵相卷积来确定近似背光图像(W1),从而为 增加的光发射调整所述发光元件的驱动值；d)确定作为所述组合图像与所述近似背光图像之间的差的背光不足图像(bl2)；e)通过将所述背光不足图像与第四矩阵相卷积来创建补偿背光图像(bl3)，从而估计 光分布；以及f)通过将所述补偿的背光图像与所述组合图像相加，来确定修改的组合图像(BL1)。
15.根据权利要求12所述的方法，还包括对所述组合图像执行时间低通滤波。
16.一种针对显示器的方法，所述显示器包括按照阵列布置的发光元件的背光层、漫射 层以及显示板，所述方法用于产生所述背光层的背光图像，所述方法包括以下步骤a)接收输入图像，所述在内的输入图像包括表示所述显示板的第一分辨率的图像的像 素值阵列；b)利用对所述漫射层的点扩展函数加以表示的第一矩阵对所述输入图像进行低通滤 波，以创建低通滤波(LPF)图像；c)将所述LPF图像采样成中间分辨率，从而创建中间图像(LEDlp)，所述中间分辨率低 于所述第一分辨率；d)利用小于创建所述LPF图像的第一矩阵的第二矩阵对所述输入图像进行低通滤波， 从而创建第二低通滤波(SLPF)图像；e)将所述SLPF划分成块，其中每个块与所述背光层中的发光元件相对应，并且每个块 之间有一些交叠；f)确定所述SLPF图像的每个块中的最大值，从而创建包含所述每个块的最大值的最 大图像(LEDmax)；g)基于来自所述最大图像的相应值和来自所述中间图像的相应值之一，创建包括目标 驱动值的组合图像(LEDl)；h)建立包括虚拟驱动值的初始驱动值图像(Led1),所述虚拟驱动值位于根据所述发光 元件的所述阵列定位的所述目标驱动值之间，所述初始确定值图像通过将所述组合图像与 包括所述虚拟驱动值的位置的掩码相卷积来建立；i)通过将所述初始驱动值图像与第三矩阵相卷积来确定近似背光图像，从而为增加的 光发射调整所述发光元件的驱动值；j)确定作为所述组合图像与所述近似背光图像之间的差的背光不足图像； k)通过将所述背光不足图像与第四矩阵相卷积来创建补偿的背光图像，从而估计光分 布；以及1)通过将所述补偿的背光图像与所述组合图像相加，来确定修改的组合图像。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括对所述修改的组合图像执行时间低通滤波。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，通过从所述中间图像和所述最大图像中选择 值来创建所述组合图像，使得组合图像的值比对应的最大图像值和对应的中间图像值大二倍。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述中间分辨率是所述发光元件的所述阵列 的大小的倍数。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，利用以下公式来确定所述SLPF图像中的所述 块的大小(l+k)*(m/Mxn/N)其中，k是交叠因子，M和N是所述发光元件的所述阵列的尺寸，m和η是所述第一分辨 率的所述像素值阵列的尺寸。
全文摘要
描述了一种针对显示器的方法，所述显示器包括按照阵列布置的发光元件的背光层、漫射层以及显示板，所述方法用于修改所述发光元件的驱动值。首先，接收包含针对每个所述发光元件的目标驱动值在内的图像。然后，建立包括置于所述目标驱动值之间的虚拟驱动值的初始图像。所述初始图像是通过将所述图像与包括所述虚拟驱动值的位置的掩码相卷积来建立的。通过将所述初始图像与第一矩阵相卷积来确定近似图像。然后，确定作为所述图像与所述近似图像之间的差的背光不足图像。然后，通过将所述背光不足图像与第二矩阵相卷积来创建补偿的背光图像。最后，通过将所述补偿的背光图像与所述输入图像相加来确定修改的图像。
文档编号G09G3/36GK102099849SQ20098012833
公开日2011年6月15日 申请日期2009年7月22日 优先权日2008年7月22日
发明者冯晓帆 申请人:夏普株式会社
技术领域：
本发明涉及用于产生、修改和应用LED背光阵列的背光驱动值的方法和系统。
背景技术：
诸如IXD显示器之类的一些显示器具有背光阵列，背光阵列具有可以单独被寻址 和调制的单独元件。所显示的图像特性可以通过对背光阵列元件进行系统寻址来提高。
发明内容
本发明的一些实施例包括用于产生、修改和应用LED背光阵列的背光驱动值的方 法和系统。描述了一种针对显示器的方法，所述显示器包括按照阵列布置的发光元件的背光 层、漫射层以及显示板，所述方法用于修改所述发光元件的驱动值。所述方法可以包括以下 步骤a)为每个所述发光元件接收包含目标驱动值的初始背光图像(BLtl)；b)建立包括虚拟驱动值的初始驱动值图像(Led1)，所述虚拟驱动值位于根据所述 发光元件的阵列定位的所述目标驱动值之间，所述初始驱动值图像是通过将所述初始背光 图像与包括所述虚拟驱动值的位置的掩码相卷积来建立的；c)通过将所述初始驱动值图像与第一矩阵相卷积来确定近似背光图像(W1)，从 而为增加的光发射调整所述发光元件的驱动值；d)确定作为所述初始背光图像与所述近似背光图像之间的差的背光不足图像 (bl2)；e)通过将所述背光不足图像与第二矩阵相卷积来创建补偿背光图像(bl3)，从而 估计光分布；以及f)通过将所述补偿背光图像与所述初始背光图像相加，来确定修改的初始背光图 像(BL1)。此外，描述了一种同样针对显示器的方法，所述显示器包括按照阵列布置的发光 元件的背光层、漫射层以及显示板，所述方法用于修改所述背光层的目标图像。所述方法可 以包括以下步骤a)为每个所述发光元件接收包括驱动值的所述目标图像(BL1)；b)将所述目标图像与掩码相组合，所述掩码包括位于根据所述阵列定位的所述驱 动值之间的虚拟值掩码，以创建中间图像(Led1)；c)将所述中间图像与矩阵相卷积，以创建近似背光图像(BL2)；d)确定对所述目标图像与所述近似背光图像之间的差加以表示的差图像；e)确定缩放因子(β)；f)用所述缩放因子对所述差图像进行缩放，从而创建缩放的差图像；g)将所述中间图像与所述缩放的差图像相加，以创建修改图像；以及
6
h)当所述修改的图象中的值小于零时，将所述修改的图像中的值设置为零。描述了一种针对显示器的方法，所述显示器包括按照阵列布置的发光元件的背光 层、漫射层以及显示板，所述方法用于对包含针对所述发光元件的驱动值在内的背光图像 进行后处理。所述方法可以包括以下步骤a)接收包含所述驱动值的所述背光图像；b)在所述背光图像中找到大于1的驱动值Iedy ；c)利用以下公式计算所述驱动值Iediij的邻域驱动值的系数CiU = max (0,1-Iedi^ljj)Ci+1,j = max (0, l-ledi+ljJ)Cijj^1 = max (0,1-Iedijj^1)Cij J+1 = max (0,1-Iedi, J+1)；d)利用以下公式更新所述驱动值和所述邻域驱动值的值Iediij ==1
Iedi-I, J=Iedi-i,j+k (Iedijri)*。,J/Σ(Ci,P
ledi+i,j=Ieditljj^kdedijΓ1)*。Η,J/Σ(Ci,P
Iedi, j-i=Iedi,j-i+k (IedijΓ1)*。Η,J/Σ(Ci,P
Iedi, J+1=Iedi,J+i+k (IedijΓ1)*。Η,J/Σ(Ci,P其中，k是常数，用于补偿由所述邻域驱动值贡献的减小。描述了一种针对显示器的方法，所述显示器包括按照阵列布置的发光元件的背光 层、漫射层以及显示板，所述方法用于产生所述背光层的背光图像，所述方法包括以下步 骤a)接收输入图像，所述输入图像包括表示所述显示板的第一分辨率的图像的像素 值的阵列；b)利用对所述漫射层的点扩展函数加以表示的第一矩阵对所述输入图像进行低 通滤波，以创建低通滤波(LPF)图像；c)将所述LPF图像采样成中间分辨率，从而创建中间图像(LEDlp)，所述中间分辨 率低于所述第一分辨率；d)利用小于创建所述LPF图像的第一矩阵的第二矩阵对所述输入图像进行低通 滤波，从而创建第二低通滤波(SLPF)图像；e)将所述SLPF划分成块，其中每个块与所述背光层中的发光元件相对应，并且每 个块之间有一些交叠；f)确定所述SLPF图像的每个块中的最大值，从而创建包含所述每个块的最大值 的最大图像(LEDmax)；g)基于来自所述最大图像的相应值和来自所述中间图像的相应值之一，创建包括 目标驱动值的组合图像(LEDl)。此外，描述了一种针对显示器的方法，所述显示器包括按照阵列布置的发光元件 的背光层、漫射层以及显示板，所述方法用于产生所述背光层的背光图像。所述方法包括以 下步骤a)接收输入图像，所述输入图像包括表示所述显示板的第一分辨率图像的像素值的阵列；b)利用对所述漫射层的点扩展函数加以表示的第一矩阵对所述输入图像进行低 通滤波，以创建低通滤波(LPF)图像；c)将所述LPF图像采样成中间分辨率，从而创建中间图像(LEDlp)，所述中间分辨 率低于所述第一分辨率；d)利用小于创建所述LPF图像的第一矩阵的第二矩阵对所述输入图像进行低通 滤波，从而创建第二低通滤波(SLPF)图像；e)将所述SLPF划分成块，其中每个块与所述背光层中的发光元件相对应，并且每 个块之间有一些交叠；f)确定所述SLPF图像的每个块中的最大值，从而创建包含所述每个块的最大值 的最大图像(LEDmax)；g)基于来自所述最大图像的相应值和来自所述中间图像的相应值之一，创建包括 目标驱动值的组合图像(LEDl)；h)建立包括虚拟驱动值的初始驱动值图像(Led1)，所述虚拟驱动值位于根据所述 发光元件的所述阵列定位的所述目标驱动之之间，所述初始驱动值图像通过将所述组合图 像与包括所述虚拟驱动值的位置的掩码相卷积来建立；i)通过将所述初始驱动值图像与第三矩阵相卷积来确定近似背光图像，从而为增 加的光发射调整所述发光元件的驱动值；j)确定作为所述组合图像与所述近似背光图像之间的差的背光不足图像；k)通过将所述背光不足图像与第四矩阵相卷积来创建补偿背光图像，从而估计光 分布；以及1)通过将所述补偿背光图像与所述组合图像相加，来确定修改的组合图像。结合附图，考虑本发明的以下详细描述，将更容易理解本发明的上述和其他目的、 特征和优点。
图1是示出了具有LED背光阵列的典型IXD显示器的图；图2是示出了包括确定LED背光驱动值的本发明的实施例的流程图；图3是示意了示例LED点扩展函数的图像；图4是示出了示例预处理算法的流程图；图5是示出了用于导出LED驱动值的示例方法的流程图；图6是示出了误差扩散之后示例LED背光驱动值和对应的响应的图像集合；图7是示出了后处理之后示例LED背光驱动值和对应的响应的图像集合；图8是示出了针对LED背光图像的示例逆伽马校正曲线的图；以及图9是示出了针对示例IXD图像的示例逆伽马校正曲线的图。
具体实施例方式参照附图更好地理解本发明的实施例，其中，贯穿附图类似的部件由类似的附图 标记指定。以上所列附图清楚合并为该详细描述的一部分。
将容易理解，如这里在附图中一般描述和示意的，本发明的组件可以用各种不同 配置来布置和设计。因此，本发明的方法和系统的实施例以下更详细描述并不意在限制本 发明的范围，而是仅表示本发明的当前优选实施例。本发明实施例的元件可以以硬件、固件和/或软件来实现。尽管这里所揭示的示 例实施例可以仅描述这些形式之一，但是应当理解，本领域技术人员能够以这些形式中的 任何形式来实现这些元件，而同时保持在本发明范围内。 在高动态范围(HDR)显示器(包括使用发光二极管(LED)背光的液晶显示器 (LCD))中，可以使用算法来将输入图像转换成低分辨率LED图像，以调制背光LED和高分辨 率LCD图像。为了实现高对比度并节省功率，背光应当包含尽可能高的对比度。与高分辨 率LCD图像组合的高对比度背光图像可以产生比使用现有技术方法的显示器更高的动态 范围图像。然而，高对比度背光的一个问题是运动引入的闪烁。当运动目标越过LED边界 时，在背光中存在突然变化在该过程中，一些LED减小它们的光输出，一些LED增加它们的 光输出；这引起对应的LCD快速变化以补偿背光中的这种突然变化。由于LED驱动与LCD 驱动之间的定时差，或者补偿误差，会发生显示器输出的波动，引起沿着运动对象的显著闪 烁。当前解决方案是使用无限脉冲响应(IIR)滤波来平滑时间过度，然而这是不精确的，并 且还会引起高亮剪裁。由于偏振器的消光比和液晶(LC)材料的不理想性，IXD具有有限的动态范围。为 了显示高动态范围图像，可以使用低分辨率LED背光系统来调制馈送到IXD中的光。通过 组合调制后的LED背光和LCD，可以实现非常高的动态范围(HDR)显示器。出于成本原因， LED典型地比IXD具有更低的空间分辨率。由于LED分辨率较低，基于这种技术的HDR显 示器不能显示高空间分辨率的高动态模式。但是，该HDR显示器可以同时显示非常亮区域 (> 2000cd/m2)和非常暗区域(< 0. 5cd/m2)的图像。由于人眼在局部区域具有有限的动 态范围，因此这不是正常使用的重要问题，并且利用视觉掩码，眼睛很难感知高空间频率内 容的有限动态范围。调制LED背光IXD的另一问题是沿着运动轨迹的闪烁，即，显示输出的波动。这是 由于IXD和LED时间响应的失配，以及LED点扩展函数(PSF)的误差。一些实施例可以包 括时间低通滤波来减少闪烁伪像。可以参照图1描述本发明的一些实施例，图1示出了具有LED层2的HDR显示器 的示意图，LED层2包括阵列中的各个单独LED 8，并且作为IXD层6的背光。来自LED层 2中LED阵列的光通过漫射层4并且照亮IXD层6。在一些实施例中，背光图像由以下公式给出bl(x, y) = LED(i, j)*psf(x, y)(1)其中，LED(i，j)是背光阵列中每个单独LED的LED输出级别，psf (x，y)是扩展层 的点扩展函数，*表示卷积运算。还可以通过IXD调制背光图像。所显示的图像是LED背光和IXD透射率Tra(x，y)的乘积。img (X，y) = bl (χ, y) Tlcd (χ, y) = (LED (i，j) *psf (χ, y) Tlcd (χ, y)(2)通过组合LED和IXD，显示器的动态范围是LED与IXD的动态范围的乘积。为了简 单起见，在一些实施例中，本发明使用O和1之间归一化的IXD和LED输出。可以参照图2描述本发明的一些示例实施例，图2示出了将输入图像转换成低分辨率LED背光图像和高分辨率LCD图像的算法的流程图。LCD分辨率是mxn个像素，其范围 从O到1，其中，O表示黑色，1表示最大透射率。LED分辨率是MxN，其中，M < m，且N < η。假 定输入图像具有与LCD图像相同的分辨率。如果输入图像具有不同的分辨率，则可以使用 缩放或剪裁步骤来将输入图像转换到LCD图像分辨率。在一些实施例中，可以在步骤(10) 将输入归一化为0和1之间的值。在这些实施例中，可以使用显示器的扩散屏幕的点扩展函数来对输入图像进行低 通滤波，以创建LPF图像。然后可以将该LPF图像子采样(S14)到中间分辨率，(即，MlxW)。 在一些实施例中，中间分辨率可以是LED阵列大小的倍数(aMxaN)。在示例实施例中，中间 分辨率可以是LED分辨率的二倍(2Mx2N)。在一些实施例中，额外分辨率可以用来减少闪 烁。在子采样的图像可以被称作LEDlp图像。也可以利用更小的滤波器核(例如，5x5核)对HDR输入图像10进行低通滤波
(512)，以仿真镜像图案的大小。然后可以将该较小低通滤波后的图像(SLPF图像)划分
(513)成aMxaN个块，其中每个块对应于一个LED，其中每个块之间有一些交叠。例如，在示 例实施例中，块大小可以是(l+k)*(m/MXn/N)，其中，k是交叠因子。在示例实施例中，可以 将k设置为0.25。然后针对每个块确定(S15)最大值。这些最大块值可以用来形成具有 MxN分辨率的LEDmax图像。在一些实施例中，可以通过在LEDmax图像与LEDlp图像的变化之间进行选择，来 创建(S16)组合的LEDl图像。在示例实施例中，可以通过选择LEDlp图像的二倍与LEDmax 图像中的更大图像来确定LEDl图像，如以下公式所示LEDl = max (LEDIp X 2，LEDmax).(3)在一些实施例中，例如，通过使用以下公式4，可以将LEDl图像中的值限制为小于 1 LEDl = min (max (LEDIp X 2，LED max)，1).(4)通过考虑局部最大值，保留镜像高亮。使用LEDlp图像值的二倍确保了使用最大 LCD工作范围。这些实施例更加适合具有高动态范围和高空间频率的图像。所获得的LEDl图像大小为MxN并且范围从0到1。由于扩散屏幕的PSF大于LED 间隔以便提供更均勻的背光图像，因此在靠在一起的LED元件之间存在相当大的串扰。图3示出了典型的LED PSF，其中，照亮的中心圆内的黑线55指示LED阵列元件之 间的边界。根据图3，明显地PSF超过LED元件的边界延伸。由于LED的PSF，任何LED对其每个邻域LED有贡献。尽管在给定LED驱动信号 的情况下公式2可以用来计算背光，但是导出LED驱动信号以实现目标背光图像是逆问题。 这是不适当的去卷积问题。在一个方法中，如公式5所示，卷积核用于导出LED驱动信号。 串扰校正核系数(C1和C2)是负的，以补偿来自邻域LED的串扰。
权利要求
1.一种针对显示器的方法，所述显示器包括按照阵列布置的发光元件的背光层、漫射 层以及显示板，所述方法用于修改所述发光元件的驱动值，所述方法包括以下步骤a)为每个所述发光元件接收包含目标驱动值的初始背光图像(BLtl)；b)建立包括虚拟驱动值的初始驱动值图像(Led1),所述虚拟值位于根据所述发光元件 的阵列定位的所述目标驱动值之间，所述初始驱动值图像是通过将所述初始背光图像与包 括所述虚拟驱动值的位置的掩码相卷积来建立的；c)通过将所述初始驱动值图像与第一矩阵相卷积来确定近似背光图像(W1),从而为 增加的光发射调整所述发光元件的驱动值；d)确定作为所述初始背光图像与所述近似背光图像之间的差的背光不足图像(bl2)；e)通过将所述背光不足图像与第二矩阵相卷积来创建补偿背光图像(bl3)，从而估计 光分布；以及f)通过将所述补偿背光图像与所述初始背光图像相加，来确定修改的初始背光图像 (BL1)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一矩阵表示具有截取值的点扩展函数。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第二矩阵表示从所述发光元件发出的光扩散。
4.一种针对显示器的方法，所述显示器包括按照阵列布置的发光元件的背光层、漫射 层以及显示板，所述方法用于修改所述背光层的目标图像，所述方法包括以下步骤a)为每个所述发光元件接收包括驱动值的所述目标图像(BL1)；b)将所述目标图像与掩码相组合，所述掩码包括位于根据所述阵列定位的所述驱动值 之间的虚拟值，以创建中间图像(Led1)；c)将所述中间图像与矩阵相卷积，以创建近似背光图像(BL2),从而估计光分布；d)确定对所述目标图像与所述近似背光图像之间的差加以表示的差图像；e)确定缩放因子(β)；f)用所述缩放因子对所述差图像进行缩放，从而创建缩放的差图像；g)将所述中间图像与所述缩放的差图像相加，以创建修改图像；以及h)当所述修改图像中的值小于零时，将所述修改图像中的值设置为零。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述矩阵表示具有截取值的点扩展函数。
6.根据权利要求4所述的方法，还包括i)通过将所述修改的图像与所述矩阵相卷积来确定修改的近似背光图像；以及 j)将所述中间图像设置为所述修改的图像；其中以固定次数重复步骤d)到j)。
7.一种针对显示器的方法，所述显示器包括按照阵列布置的发光元件的背光层、漫射 层以及显示板，所述方法用于对包含所述发光元件的驱动值的背光图像进行后处理，所述 方法包括以下步骤a)接收包含所述驱动值的所述背光图像；b)在所述背光图像中找到大于1的驱动值Iedy；c)利用以下公式计算所述驱动值Iediij的邻域驱动值的系数 Ch。· = max (0，I-Iedi-L j)Ci+1,j = max (0, l-ledi+ljJ) Cij J^1 = max (0,1-Iedij ^1) Cij J+1 = max (0,1-Iedij J+1)；d)利用以下公式更新所述驱动值和所述邻域驱动值的值Iediij ==1Iedi-I, J=Iedi^1, j+k (IedijJ-D^1,/Σ(Ci,J)ledi+i,j=ledi+1, j+kQedi,J-D^1,/Σ(Ci,J)Iedi, j-i=Iedijj^kdedi,J-D^1,/Σ(Ci,J)Iedi, J+1=Iedi,柯+k (Iedi,J-D^1,/Σ(Ci,J)其中，k是常数，用于补偿由所述邻域驱动值贡献的减小。
8.一种针对显示器的方法，所述显示器包括按照阵列布置的发光元件的背光层、漫射 层以及显示板，所述方法用于产生所述背光层的背光图像，所述方法包括以下步骤a)接收输入图像，所述输入图像包括表示所述显示板的第一分辨率的图像的像素值的 阵列；b)利用对所述漫射层的点扩展函数加以表示的第一矩阵对所述输入图像进行低通滤 波，以创建低通滤波(LPF)图像；c)将所述LPF图像采样成中间分辨率，从而创建中间图像(LEDlp)，所述中间分辨率低 于所述第一分辨率；d)利用小于创建所述LPF图像的第一矩阵的第二矩阵对所述输入图像进行低通滤波， 从而创建第二低通滤波(SLPF)图像；e)将所述SLPF划分成块，其中每个块与所述背光层中的发光元件相对应，并且每个块 之间有一些交叠；f)确定所述SLPF图像的每个块中的最大值，从而创建包含所述每个块的最大值的最 大图像(LEDmax)；g)基于来自所述最大图像的相应值和来自所述中间图像的相应值之一，创建包括目标 驱动值的组合图像(LEDl)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述组合图像是通过从所述中间图像和所述最 大图像中选择值来创建的，使得所述组合图像的目标驱动值比对应的最大图像值和对应的 中间图像值大两倍。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述中间分辨率是所述发光元件的所述阵列的 尺寸的倍数。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，利用以下公式来确定所述SLPF图像中所述块的 大小(l+k)*(m/Mxn/N)其中，k是交叠因子，M和N是所述发光元件的所述阵列的尺寸，并且m和η是所述第一 分辨率的所述像素值阵列的尺寸。
12.根据权利要求8所述的方法，还包括以下步骤从所述组合图像中导出背光图像(LED)；以及对所述背光图像执行逆伽马校正，从而为所述背光层产生逆伽马校正(IGC)的背光图像。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括以下步骤h)对所述IGC背光图像执行伽马校正，从而创建伽马校正的背光图像；i)将所述伽马校正的背光图像上采样到所述第一分辨率；j)将所述伽马校正的背光图像与所述第一矩阵相卷积，从而创建第二中间图像(LED_ BL)；以及k)将所述输入图像除以所述第二中间图像，以创建显示图像；以及1)对所述显示图像执行逆伽马校正，从而创建逆伽马校正(IGC)的显示图像。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述导出背光图像包括以下步骤a)接收包含每个所述发光元件的所述目标驱动值的所述组合图像(BLtl)；b)建立包括虚拟驱动值的初始驱动值图像(Led1),所述虚拟驱动值位于根据所述发光 元件的所述阵列定位的所述目标驱动值之间，所述初始确定值图像是通过将所述组合图像 与包括所述虚拟驱动值的位置的掩码相卷积来建立的；c)通过将所述初始驱动值图像与第三矩阵相卷积来确定近似背光图像(W1),从而为 增加的光发射调整所述发光元件的驱动值；d)确定作为所述组合图像与所述近似背光图像之间的差的背光不足图像(bl2)；e)通过将所述背光不足图像与第四矩阵相卷积来创建补偿背光图像(bl3)，从而估计 光分布；以及f)通过将所述补偿的背光图像与所述组合图像相加，来确定修改的组合图像(BL1)。
15.根据权利要求12所述的方法，还包括对所述组合图像执行时间低通滤波。
16.一种针对显示器的方法，所述显示器包括按照阵列布置的发光元件的背光层、漫射 层以及显示板，所述方法用于产生所述背光层的背光图像，所述方法包括以下步骤a)接收输入图像，所述在内的输入图像包括表示所述显示板的第一分辨率的图像的像 素值阵列；b)利用对所述漫射层的点扩展函数加以表示的第一矩阵对所述输入图像进行低通滤 波，以创建低通滤波(LPF)图像；c)将所述LPF图像采样成中间分辨率，从而创建中间图像(LEDlp)，所述中间分辨率低 于所述第一分辨率；d)利用小于创建所述LPF图像的第一矩阵的第二矩阵对所述输入图像进行低通滤波， 从而创建第二低通滤波(SLPF)图像；e)将所述SLPF划分成块，其中每个块与所述背光层中的发光元件相对应，并且每个块 之间有一些交叠；f)确定所述SLPF图像的每个块中的最大值，从而创建包含所述每个块的最大值的最 大图像(LEDmax)；g)基于来自所述最大图像的相应值和来自所述中间图像的相应值之一，创建包括目标 驱动值的组合图像(LEDl)；h)建立包括虚拟驱动值的初始驱动值图像(Led1),所述虚拟驱动值位于根据所述发光 元件的所述阵列定位的所述目标驱动值之间，所述初始确定值图像通过将所述组合图像与 包括所述虚拟驱动值的位置的掩码相卷积来建立；i)通过将所述初始驱动值图像与第三矩阵相卷积来确定近似背光图像，从而为增加的 光发射调整所述发光元件的驱动值；j)确定作为所述组合图像与所述近似背光图像之间的差的背光不足图像； k)通过将所述背光不足图像与第四矩阵相卷积来创建补偿的背光图像，从而估计光分 布；以及1)通过将所述补偿的背光图像与所述组合图像相加，来确定修改的组合图像。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括对所述修改的组合图像执行时间低通滤波。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，通过从所述中间图像和所述最大图像中选择 值来创建所述组合图像，使得组合图像的值比对应的最大图像值和对应的中间图像值大二倍。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述中间分辨率是所述发光元件的所述阵列 的大小的倍数。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，利用以下公式来确定所述SLPF图像中的所述 块的大小(l+k)*(m/Mxn/N)其中，k是交叠因子，M和N是所述发光元件的所述阵列的尺寸，m和η是所述第一分辨 率的所述像素值阵列的尺寸。
全文摘要
描述了一种针对显示器的方法，所述显示器包括按照阵列布置的发光元件的背光层、漫射层以及显示板，所述方法用于修改所述发光元件的驱动值。首先，接收包含针对每个所述发光元件的目标驱动值在内的图像。然后，建立包括置于所述目标驱动值之间的虚拟驱动值的初始图像。所述初始图像是通过将所述图像与包括所述虚拟驱动值的位置的掩码相卷积来建立的。通过将所述初始图像与第一矩阵相卷积来确定近似图像。然后，确定作为所述图像与所述近似图像之间的差的背光不足图像。然后，通过将所述背光不足图像与第二矩阵相卷积来创建补偿的背光图像。最后，通过将所述补偿的背光图像与所述输入图像相加来确定修改的图像。
文档编号G09G3/36GK102099849SQ20098012833
公开日2011年6月15日 申请日期2009年7月22日 优先权日2008年7月22日
发明者冯晓帆 申请人:夏普株式会社
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