一种动态背光控制方法及控制装置的制作方法

专利名称：一种动态背光控制方法及控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种动态背光控制方法，尤其涉及一种基于环境光和图像内容
的动态背光控制方法；本发明还涉及一种动态背光控制装置。
背景技术：
动态背光技术是一个方法，这是一种智能的控制，这些控制使得产品在卖 场展销时，能够充分表现出来它的明亮鲜艳，消费者在家里观看时也会很舒适， 不容易感到疲劳，同时还可以节能。因为在动态调节背光过程中，功耗就降下 去了，背光常开的话。光源是恒定的，它的功耗是^f艮大的。
无论是自然光或者是动态背光，目标都是是消费者观看电视能够更健康更 环保。自然光这个技术，主要是把偏振光还原成园偏振光，而园偏振光十分接 近自然光。自然光和动态背光可以说是在产品的不同部分实现，自'然光实现应 该是靠近前端一点的屏的部分，动态背光动态对比度是在后端通过芯片来实现 的。 液晶显示是靠背光作为光源发光，普通液晶电视图像只是对图像内容即液 晶分子偏转进行控制，不对背光亮度进行调节。但是之前的动态背光控制算法 或者采用检测环境光算法又或者采用检测图像本身的信号算法，主要为了实现 节能以及简单易实现，而没有充分考虑图像画质视觉效果。
比如图像内容平均亮度大，即降低背光亮度；平均亮度小，即提高背光亮 度。这种算法没有严格的定量计算和理论依据，必然会带来图像画质和用户满 意度的降低。
，如中国专利200710086857，名称为"一种液晶显示器的动态背光控制方法" 的公开专利申请中， 一种液晶显示器的动态背光控制方法，所述的方法是先由 液晶显示器接收一图框数据，所述的图框数据包含复数个原始灰阶码，将图框 数据的原始灰阶码根据各灰阶值的不同进行数量分布统计与数值运算，再根据数值运算的结果，将原始灰阶码对应至复数个修正灰阶码，接着将修正灰阶码 分别传送至所述的液晶显示器的背光控制单元与数据修正单元，进而得以调整 背光模块的亮度与显示器面板的亮度，如此降低背光模块耗电量，提高影像呈 现质量。此发明基于图像内容进行背光调整，不能结合环境光的影响因素。

发明内容
本发明的目的是提供一种基于环境光和图像内容的动态背光控制方法，从
人体视觉角度出发，揭示一种更合理的OD(零维)动态背光控制方式。
本发明的技术方案是， 一种动态背光控制方法，用于控制背光源的亮度， 包括
接收输入的第一图傳_信号； 接收输入的环境光检测信号；
处理接收到的第 一图像信号和环境光检测信号，并计算产生背光控制信号。
作为本发明一个较佳实施例，所述的环境光检测信号根据环境光亮度产生，
所述背光控制信号控制背光源的背光值，所述环境光亮度与背光值之间的关系
' 150,5^150x15% 5r丽=< +150/0,150 x 150/0 < S 5尸x 150/0
函数为 L &，^>^><15% ，其中，BfMAx表示环境光确定值
下的背光值的最大值，Bp表示屏幕能显示的最大亮度，Ba表示坏境光亮度。
作为本发明一个较佳实施例，设置第一阀值，环境光检测信号小于第一阀
值时，不调整背光值；当环境光检测信号大于第一阀值时，以固定速度
V=(BP-150)/5的速度调整背光值。
作为本发明一个较佳实施例，所述的对第一图像信号进行处理前首先定义
对比度增强，对比度增强分为强中弱三档，强档15%,冲档3%,低档O. 2%,预
先设置对比度增强；定义直方图级数HT,预先设置直方图级数，根据对比度增
强和直方图级数，计算第一图像信号的最大和最小亮度。
作为本发明 一个较佳实施例，所述的第 一 图像信号处理步骤包括选取第一图像的有用信号并选取图像扩展范围，根据扩展范围扩展直方图，根据直方图 调节背光源。
作为本发明一个较佳实施例，所述的第一图像信号处理过程包括基于图 像扩展范围，进行直方图的扩展，将有用信号撑满整个直方图范围；根据直方 图计算背光控制输出信号，使用户收看图像内容基本不变。
作为本发明一个较佳实施例，所述的扩展直方图包括线性方式和非线性方式。
本发明的另一目的在于揭示一种动态背光控制装置，根据环境光和图像输 入信号产生背光控制信号。
一种动态背光控制装置，用于调整背光源的亮度，包括环境光检测接收单 元，接收环境光检测信号、第一图像信号接收单元，接收第一图像信号和信号 处理单元；还包括信号处理单元，对所述第一图像信号和环境光检测信号进行 处理，计算产生背光控制信号。
作为本发明一个较佳实施例，所述的信号处理单元包括环境光调节背光模 块和图像内容调节背光模块，所述的环境光调节背光模块和图像内容调节背光 模块对所述的第 一 图像信号和环境光检测信号进行计算并产生背光控制信号， 输出至背光源。
作为本发明一个较佳实施例，所述的环境光检测信号根据环境光亮度产生， 所述背光控制信号控制背光源的背光值，环境光亮度与背光值之间的关系函数 ' 150,^2150x15%
份丽
& +15%,150 x 15% <万Z 5P x 15% Bp，5j >5cxl50/o
为 L ，"p^xiw ,其中，B^x表示环境光确定值下的
背光的最大值，Bp表示屏幕能显示的最大亮度，Ba表示坏境光亮度；设置第一阀 值，环境光检测信号小于第一阀值时，不调整背光值；当环境光检测信号大于 第一阀值时，以固定速度V-(B广150)/5的速度调整背光值。
本发明根据环境光和图像内容控制背光，同时系统性的起到节能以及画质 提升的作用，是今后技术的发展趋势；从人体视觉角度出发，提出了更合理的
6OD(零维)动态背光控制方式，即背光亮度与环境光和图像内容的关系函数。本 发明兼顾考虑了节能效果、测量指标和主观画质的优化方案；优于之前的仅考 虑节能的算法、或者简单根据图像平均亮度调节背光的算法，也就避免出现像 单独追求测量指标之类的极端。


附图1为本发明争支佳实施例的动态背光控制总体流程示意图； 附图2为本发明丰支佳实施例的环境光调节背光模块算法描述示意图； 附图3为本发明较佳实施例的图像内容调节背光模块算法中线性扩展直方 图示意附图4为本发明较佳实施例的图像内容调节背光模块算法中非线性扩展直 方图示意图。
附图1中l为信号处理单元，2为第一图像信号接收单元，3为环境光检 测信号接收单元，LABC表示环境光调节背光模块算法，CABC表示图像内容调节 背光模块算法。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和 特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚 明确的界定。
动态背光控制技术可以适用于液晶显示器、液晶电视及相关产品上，比如 数码相框和PDA等，本发明实施例以液晶电视为例来介绍动态背光控制的实施 过程及相应的效果，从而帮助本领域技术人员理解本发明的内容，但本发明并 不限于应用在液晶电^L上。
本发明揭示的动态背光控制技术的目标是
l.节能，降4氐背光功率，即能效比；2.提升视觉效果和人体保护，包括
a) 对比度增强；
b) 保护视力健康，减轻疲劳。 本发明揭示的动态背光控制技术，主要是对外界环境光和图像信号两者进
行优化合理利用，通过对上述两种信号的合理处理，进而输出2组控制信号， 包括输出图傳W言号和背光控制信号，通过背光控制信号控制背光源的背光值， 从而调节背光源的亮度。
如图l所示，为本发明实施例的动态背光控制技术总体流程示意图，图中1 为信号处理单元，2为第一图像信号接收单元，3为环境光检测信号接收单元。 本发明实施例中的信号处理单元l包括两个模块环境光调节背光模块，下面
简称LABC--Light sensor Adaptive Brightness ControU和图像内容调节
背光模块，下面简称CABC--Content Adaptive Brightness Control。
环境光检测信号接收单元3接收外部环境光的检测信号，并将此信号输出 至信号处理单元l;第一图像信号接收单元2接收节目源信号，并将此信号输出 至信号处理单元1;信号处理单元1根据接收到得环境光检测信号和第一图^f象信 号进行优化处理，通过一定的计算产生背光控制信号，将背光控制信号输出至 背光源，实现对背光源的控制，并将第二图像信号输出至电视3几的处理器，供 电4见才几的显示单元进4亍显示。
下面分别介绍信号处理单元根据环境光信号进行处理的过程以及根据图像 内容进行处理的过程，此处分别简称LABC处理过程和CABC处理过程。
如图2所示，LABC处理过程中，首先需要确定CABC处理过程的背光的最大 值BrMAX,即环境光控制背光函数限制了图像控制背光函数的最大值。
' 150,5^150x15% 5rA*^ =' 5x +150/o,l 50 x 150/0 < 5力S B尸x 150/o 5p,5j >5P xl50/o
其中，Bp为屏幕能显示的最大亮度，BA为环境光亮度，环境光亮度根据实际 应用环境的变化而变化。BrMAX最小值150cd/m2是适合眼睛观看电视的亮度下限，在此亮度下人眼 可以正常收看电4见画面。
BrMAX最大值BP通常是液晶屏厂家设计的屏幕最高亮度。在此亮度下在明 亮环境(室外)下可清楚显示图像，而对室内环境来说较亮，不适合家庭长时 间收看电视节目。
之所以按照上述处理过程和函数进行处理，是因为人眼会对图像亮度峰值 自适应地调整瞳孔保持入射视网膜光线的范围，而当图像亮度峰值大幅度变化 时，人眼瞳孔也会大幅度缩放导致视觉疲劳。由于图像亮度太大会对人眼造成 损伤，因此液晶屏厂家设计会远低于此门限；图像亮度太低时人眼的锥状细胞 不起感光作用，改为由杆状细胞起感光作用，而杆状细胞仅能感应亮度而感应 不到色彩。
国内外的一些研究都表明背景亮度与电视屏幕峰值亮度之比为0. 15是比较 合适的。因此LABC处理过程的函数曲线在150*0. 15与BA*0. 15之间，是线性 变换关系，之外则分别对应是最小值和最大值。
本发明实施例中，通过采用合适的软件来调节背光速度。环境光控制背光 亮度时，采用緩变模式。根据环境光的变化，环境光检测单元根据环境光的变 化，产生环境光检测信号，对应的，环境光检测信号设置第一阀值(比如设定 为IO)，当环境光变化4吏得环境光检测信号超过第一阀值时(大于IO),以固定 速度V-(BP-150) /5的速度(可以对应为寄存器映射，即PWM占空比每秒增减p) 变化，这样，环境光从最亮到最暗，背光需5秒钟完整调整过程。若背光变化 过程中，环境光又发生变化，则实时进行背光调整量的更新。这样做的目的是 防止噪声和千扰，比如当有人在电视机边上走过时，环境光也会发生变化，但 如果变化值未达到第一阀值(小于IO),则处理单元不会发出背光调整的信号。
ABL=V*At, /人而经过厶t调整到位。
这样，用户看到随环境光变化的画面，同时不会出现由于有人走过的杂光 影响画面亮度闪动。
下面介绍CABC处理过程，首先须定义对比度增强a分为强中弱三档，强档
915%;中档3%;低档0. 2%;其次定义直方图级数HT,比如8级或32级。 本实施例以ct=15%， HT-8为例来进行示例。
CABC处理过程分为两部分， 一是基于直方图扩展的原理，增强信号内容， 即将有用信号(cj1 2cj )撑满整个直方图范围；二是背光控制，补充信号内容 变化，使用户收看图^f象内容基本不变。
其中，CABC处理过程包括以下几个步骤首先选取扩展范围，然后依据此 扩展范围扩展直方图，再根据直方图结果调节背光源。下面分别介绍每个步骤 的实施过程。
l.选取扩展范围
下面是VHDL语言，可以方便地改为C语言或其它描述语言 FOR i IN 1 to HT LOOP
If Hl+…+Hi-l <cr< Hl+…+Hi
Then N< = i, Exit
END IF END LOOP
MIX =HN-(Hl+…+HN-a) L< = (N-l) / HT +ML
FOR i IN 1 to HT LOOP
If Hi+...+HHT >a> Hi+1+...+HHT
Then M < = i, Exit
END IF 腦LOOP
MH< =HM-(HM+...+HHT-(t) H< -M/ HT -MH
通过以上计算得出的L和H是图像的最低亮度和最高亮度(经过统计取舍 后的)。
102. 扩展直方图
扩展直方图有两种方式，可以通过线性的方式，此方式比较筒单；也可以采用非线性的方式，此方式效果更佳，下面分别进4亍介绍。
a) 线性扩展(简单)al=max(a，L- (H-L)/5)a2=min(l-c7，H+H-L)
亮度=原亮度-(L-al);对比度=原对比度+ ( ct2-(Tl) / (H-L) (dB)。以上计算过程的理论依据是，图像亮度变为2倍以上时，会产生亮度级别合并的情况，即出现等高线现象，因此图像亮度向上扩展不能超过2倍；由于图像直方图扩展时会降低背光亮度，并且图像亮度向下扩展时还会叠加背光亮度降低，容易出现暗灰阶饱和无法分清的问题，因此图像亮度向下扩展也不能太大，此处设为1. 2。
考虑到亮度对比度与用户菜单中的设置数据共用，因此只在用户设置^出上进行增减(-(L-crl); + ( cj2-al) / (H-L))，而不直接影响显示数据。若减至下限则强制等于下限，不再继续减小；若增至上限则强制等于上限，不再继续增大。
b) 非线性扩展(效果更佳)
如图4所示，采用三段折线的动态GA画A方式，将范围是(L H)的有用信号扩展到(al a2) al和a2的范围，(0~L)扩展至(0~al), (H l)才广展至((j 2~1 )。
3. 调节背光源
a) BL=BLmax/(cj2/H)*Coeff;其中BLmax是LABC确定的背光最大值。Coeff是节能因数，可以取Coeff为0. 9。
取l时，相当于图像内容亮度的提升完全被背光降低所弥补，此时动态背光设为开或关，图像最大亮度都不变。因为a2〉H,故BL是小于BLmax。若检测出图像全黑显示，则背光减低至l/3左右。实现大幅度节能，且不影响用户收看。
b)图像内容控制背光亮度时，采用快变模式，即，背光随每帧画面内容变化，即背光变化在1/50秒钟(对PAL制信号)内完成。
相应的，本发明还揭示了一种动态背光控制装置，如图l所示，包括信号处理单元l、第一图像信号接收单元2和环境光检测信号接收单元3，此处的信号处理单元1包括两个模块环境光调节背光模块，简称LABC;和图像内容调节背光模块，简称CABC。
本发明较现有动态背光方案更系统更完整涵盖了 LABC和CABC的内容以及其之间关系；也更细致相对于其它一些只检测图像平均亮度来提高或降低背光，本发明检测图像内容统计量更多(卜32个参数)，背光调整算法虽复杂一些，但适应性更好，且此复杂度仍在系统可支持范围内；更合理通过对人眼视觉特性的分析，可以保证动态背光开启后的图像画质没有损失，甚至还有一点提升。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
1权利要求
1、一种动态背光控制方法，用于控制背光源的亮度，包括接收输入的第一图像信号；接收输入的环境光检测信号；其特征在于，处理第一图像信号和环境光检测信号，并计算产生背光控制信号。
2、 根据权利要求1所述的动态背光控制方法，其特征在于，所述的环境光 检测信号根据环境光的亮度产生，所述背光控制信号控制背光源的背光值，环^層150,5^ S 150x15% & +15%,150 x 15% < 5 J 5尸x 15% 5尸，A >5f xl5%境光亮度与背光值之间的关系函数为 其中，Br阻表示环境光确定值下的背光值的最大值，Bp表示屏幕能显示的最大亮 度，Ba表示坏境光亮度。
3、 根据权利要求2所述的动态背光控制方法，其特征在于，设置第一阀值， 环境光检测信号小于第一阀值时，不调整背光值；当环境光检测信号大于第一 阀值时，以固定速度V-(Bp-150)/5的速度调整背光值。
4、 根据权利要求l、 2或3所述的动态背光控制方法，其特征在于，所述 的对第一图像信号进行处理前首先定义对比度增强，对比度增强分为强中弱三 档，强档15%;中档3%;低档0. 2%，并预先设置对比度增强；定义直方图级数 HT,并预先设置直方图级数；根据对比度增强和直方图级数计算第一图像信号 的最大和最小亮度。
5、 根据权利要求4所述的动态背光控制方法，其特征在于，所述的第一图 像信号处理步骤包括根据第一图像信号确定图像的有用信号并选取图像扩展范 围，根据扩展范围扩展直方图，根据直方图调节背光源。
6、 根据权利要求5所述的动态背光控制方法，其特征在于，所述的第一图 像信号处理过程包括基于图像扩展范围，进行直方图的扩展，将有用信号撑 满整个直方图范围；根据直方图计算背光控制信号。
7、 根据权利要求6所述的动态背光控制方法，其特征在于，所述的扩展直方图包括线性方式和非线性方式。
8、 一种动态背光控制装置，用于调整背光源的亮度，包括环境光检测接收 单元，接收环境光检测信号；第一图像信号接收单元，接收输入的第一图像信 号；其特征在于还包括信号处理单元，对所述第一图像信号和环境光检测 信号进行计算，产生背光控制信号和第二图^象信号。
9、 根据权利要求8所述的动态背光控制装置，其特征在于，所述的信号处 理单元包括环境光调节背光模块和图像内容调节背光模块，所述的环境光调节 背光模块和图像内容调节背光模块对所述的第 一 图像信号和环境光检测信号分 别进行计算并产生背光控制信号，输出至背光源。
10、 根据权利要求9所述的动态背光控制装置，其特征在于，所述的环境 光检测信号根据环境光的亮度产生，所述背光控制信号控制背光源的背光值， 环境光亮度与背光值之间的关系函数为<formula>formula see original document page 3</formula>,其中，Br附表示环境光检测信号确定值下的背光的最大值，Bp表示屏幕能显示的最大亮度，Ba表示坏境光亮度；设置第 一阀值，环境光检测信号小于第一阀值时，不调整背光值；当环境光^f全测信号 大于第一阀值时，以固定速度V-(B厂150)/5的速度调整背光值。
全文摘要
一种动态背光控制方法，用于控制背光源的亮度，包括接收输入的第一图像信号；接收输入的环境光检测信号；处理接收到的输入信号；处理第一图像信号和环境光检测信号，并计算产生背光控制信号；本发明还揭示了一种相应的动态背光控制装置，从人体视觉角度出发，提出了更合理的0D(零维)动态背光控制方式。
文档编号G09G3/36GK101650921SQ20091003453
公开日2010年2月17日 申请日期2009年9月17日 优先权日2009年9月17日
发明者烨 洪 申请人:青岛海信电器股份有限公司