CN101364384B - 一种液晶图像处理的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种液晶图像处理的方法及装置，所述的方法包括如下步骤：a、将从一帧图像内的视频信号R/G/B分量中分别剔出直流分量后的交流分量根据信号校正函数进行放大处理；b、分别在所述的放大后的交流分量基础上补充一个比所剔出的直流分量小的直流分量后输出；c、根据所述的信号校正函数同比降低背光调节系数，动态控制背光亮度，本发明提供的技术方案可以提高显示的图像景深和立体感，提高扩展各种画面的对比度，降低底色，降低观看电视的疲劳度，并实现了对液晶显示器的背光的动态控制，节约了能源消耗。
Description
技术领域
本发明属于显示技术领域，尤其涉及液晶图像显示处理的技术。
背景技术
显示技术的快速发展使得液晶显示器件取代CRT(阴极射线管)显示器件已经成为大势所趋，平板电视具有如下的优势：分辨率高、没有闪烁、体小量轻等等，但CRT显示器件具有自发光、色域宽、响应速度快的特点。
与CRT显示器件相比，平板电视中的液晶电视在显示上有如下缺陷：
背光是一个固定的亮度，和信号没有关系，因为液晶光阀的漏光，导致液晶对比度低；
一般电视信号负载为全白场信号(100％电平)的30％，如果信号按8BIT计算，信号的主要部分在128灰度等级之下，因为背光和信号不能联动，会浪费将近50％的背光发光能量；这些浪费的能量会产生热能和带来显示底色的提高；
因为背光发光固定，平板显示面积较大，所以随着信号变化，使得进入人眼睛的光通量变化增大，引起视觉疲劳；
如果整个画面较亮，特别是信号中含有直流分量，会导致显示的画面对比度更低，图像失去层次感。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液晶图像处理的方法及装置，旨在解决液晶显示背光亮度动态调整和视频图像动态处理的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种液晶图像处理的方法，所述的方法包括如下步骤：
a、将从一帧图像内的视频信号R/G/B分量中分别剔出直流分量后的交流分量根据信号校正函数进行放大处理；
b、分别在所述的放大后的交流分量基础上补充一个比所剔出的直流分量小的直流分量后输出；
c、根据所述的信号校正函数同比降低背光调节系数，动态控制背光亮度。
其中步骤a之前还包括：
a0、对一帧图像内的视频信号R/G/B分量进行分析，找出所述的R/G/B分量的最小值，将所述的最小值作为所述步骤a中的直流分量。
其中步骤a具体包括：
a1、对从一帧图像所有的像素点的R/G/B分量中剔出所述的直流分量后的交流分量相加形成的直方图进行统计，查找所述图像中灰度级分布的关键区域；
a2、根据所述的关键区域确定视频信号的信号校正函数，对视频信号进行放大处理。
所述的根据所述的信号校正函数同比降低背光调节系数具体为：
根据所述视频信号的放大系数，同比例降低背光调节系数，动态控制背光亮度。
其中灰度级分布关键区域查找方法如下：
设定系统的阈值，将256个灰度等级分成均等等份，对从一帧图像所有的像素点的R/G/B分量中剔出所述的直流分量后的交流分量相加形成的直方图进行统计，从高灰度级统计区域向低灰度级统计区域的方向进行搜索，确定第一个高于阈值的统计区域Lf1；
接下来以区域Lf1为起点向低灰度级统计区域进行搜索，如果Lf1以下连续大于阈值的点涵盖的距离小于预设值，则第一个高于阈值的不相邻的灰度的统计区域Lf2为该帧图像的关键区域，除此之外，统计区域Lf1是关键区域。
所述的对视频信号进行放大处理具体包括：
如果第一个高于阈值的统计区域Lf1是关键区域，则以关键区域距离最大灰度级减去所述的校正后直流分量的距离确定信号放大系数，放大关键区域信号灰度级到最大灰度级减去所述的直流分量；如果关键区域是Lf1以外的其它区域，则放大关键区域视频信号的目标灰度级是Lf1；
以关键区域的灰度级与目标灰度级为基准建立坐标变换的中间点；
根据坐标变换中间点，拟合一条从零灰度级出发，经过中间点，终止于最高灰度级减去所述的直流分量的单调递增函数曲线或分段曲线；
根据拟合的函数曲线或分段曲线确定的放大系数对相应的灰度级信号进行放大处理。
所述的信号校正函数的信号放大系数具体为所述的R/G/B信号的理论最大值减去所述的直流电平与所述的R/G/B信号的实际最大值减去所述的直流分量的比值。
本发明还提供了一种液晶图像处理装置，所述的装置包括信号直流电平检测单元、信号处理单元、信号直方图或最大值分析单元、信号平均值分析单元和背光调整控制信号产生单元，其中：
所述的信号直流电平检测单元用来对输入的一帧图像的R/G/B信号进行检测，确定该帧图像的直流电平，并将所述的直流电平传输给所述的信号处理单元；
所述的信号直方图或最大值分析单元分别连接所述的信号处理单元和背光调整控制信号产生单元，用来根据该帧图像的R/G/B分量剔出所述的直流电平之后的值进行直方图分析或者最大值分析，确定信号校正函数和背光调整系数，然后将所述的信号校正函数传输给所述的信号处理单元，将背光调整系数传输给所述的背光调整控制信号产生单元；
所述的信号处理单元用来接收信号直流电平检测单元传输的直流电平，接收所述的信号直方图或最大值分析单元传输的信号校正函数，并根据所述的信号校正函数分别对输入的R/G/B分量减去所述的直流电平后的值进行放大，然后再在放大的值上加上一个比所述的直流电平小的直流电平；
所述的信号平均值分析单元用来接收R/G/B信号，并计算该帧图像的平均亮度ABL，并根据所述的平均亮度确定对背光的初始调节系数，将对背光的初始调节系数输出到所述的背光调整控制信号产生单元；
背光调整控制信号产生单元根据信号平均值分析单元传输的初始调节系数和信号直方图或最大值分析单元传输的背光调整系数最终确定PWM信号占空比，输出到LCD背光，实现背光亮度的动态控制。
所述的直流电平为所述的R/G/B分量中的最小值。
所述的信号最大值分析单元用来根据所述的R/G/B信号的理论最大值减去所述的直流电平与所述的R/G/B信号的实际最大值减去所述的直流分量的比值确定所述的信号校正函数和背光调整系数。
本发明克服现有技术的不足，采用首先分别剔出一帧图像R/G/B信号中的直流分量，对交流分量进行线性或者非线性放大，然后在放大的交流分量的基础之上补充一个比原来的直流分量小的直流分量，同时根据对交流分量放大的系数来控制背光亮度的技术方案，可以提高显示的图像景深和立体感，提高扩展各种画面的对比度，降低底色，降低观看电视的疲劳度；此外，本发明提供的技术方案还实现了对液晶显示器的背光的动态控制，节约了能源消耗。
附图说明
图1是本发明实施例流程图；
图2是本发明实施例所述的每帧视频信号的示意图；
图3本发明一帧图像灰度级分布的直方图；
图4本发明实施例所述的视频校正曲线图；
图5是本发明实施例所述的输出的视频信号示意图；
图6是本发明实施例所述的采用线性放大系数对视频信号进行放大的示意图；
图7是本发明实施例所述的装置的原理框图。
具体实施方式
本发明提供的技术方案是：首先分别剔出一帧图像R/G/B信号中的直流分量，对剔出了直流分量的R/G/B信号分别进行线性或者非线性放大，然后在放大的交流分量的基础之上补充一个比原来的直流分量小的直流分量后输出，同时根据对交流分量放大的系数来控制背光亮度。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一般图像均含有直流分量，表现在图像上，就是图像对比度低，图像亮但没有层次感；但是人眼睛对亮度的感觉主要是对比度，对亮度的绝对值没有感觉；例如，在夜晚30尼特的环境光下看电视，人眼可以分别的屏幕亮度范围是1～200cd/m2(坎德拉每平方米，即尼特)，这时100尼特的亮度就引起相当亮的感觉，只有低于1尼特的亮度才引起黑色感觉；如果在白天，亮的感觉会随着环境光的变化而变化，亮的感觉需要200cd/m2以上。
基于以上考虑，本发明实施例的工作流程如图1所示，具体包括如下步骤：
1、对一帧图像内的视频R/G/B信号进行分析，找出这帧图像内所有R/G/B信号的最小值，将这个最小值作为R/G/B信号的直流电平；
如图2所示，以第二帧(2frame)为例，在该帧中，信号直流电平是Sd，R/G/B信号的实际最大值是Ssmax，理论最大值为Smax，如果R/G/B各是8bit，则Smax是255；
2、在对R/G/B信号进行处理之前，首先剔出其中的直流分量，对其中的交流分量进行放大处理，然后在放大的交流分量的基础之上补充一个比原来的直流分量小的直流分量；
具体来说，对R通道按照如下的公式进行处理(此处以R分量为例进行说明，对G分量和B分量的处理同R分量)：
R_out＝f(R_in-Sd)+Sdx，其中：
R_in为输入的R分量，R_in-Sd为剔出了该帧信号内最小的直流分量之后的信号，f()为信号校正函数，Sdx＝Sd×KDC，KDC为直流电平的修正系数，此系数为经验值，一般为0～1之间(因此Sdx＜Sd)，一般Sd越大，KDC可以选择越小；R_out分别为输出信号。
其中，信号校正函数f()和直流电平的修正系数K1的确定参见如下的说明：
在本实施例中，将R/G/B各分量剔出直流分量后的灰度等级进行直方图统计，将(255-Sd)个灰度级数据划分为(255-Sd)/8等份(实际应用中也可以分成其它等份，如16、64等份)，统计图像的灰度级分布数据，得出该帧图像灰度级分布的直方图，如图3所示，图3中横坐标是灰度级的分布，共(255-Sd)/8个等级(每个等级代表8个灰度级，总共(255-Sd)个灰度级)，纵坐标表示该帧图像中对应该灰度等级的像素点的累加数(数值为归一化值)，通过统计各像素点的灰度级，建立灰度级分布的直方图，可以清楚展示该帧图像灰度等级像素点的分布。
系统接下来的一个重要的任务是查找该帧图像中图像分布的关键区域，也是该帧图像的灰度分布最为主要区域。参阅图3，系统首先设定一个阈值，该阈值在系统设计时确定，由高灰度级向低灰度级为顺序搜索，确定在直方图中第一个高于阈值对应的最高灰度级所对应的灰度点Lf1，在本系统中阈值设定为15，第一个高于阈值对应的最高灰度级所对应的灰度点Lf1应该是横坐标19对应的灰度等级，详如图3所示。
接着以Lf1为起点，向灰度级较低的方向上继续寻找，确定直方图中大于阈值，灰度级小于第一点Lf1的第二点Lf2，有以下几种情况，分别说明如下：
如果第二点和第一点相邻，继续向灰度较低的方向寻找，如果在上述找寻Lf2的过程中，Lf1和Lf2之间有连续的点，且Lf1与Lf2之间的距离大于预设值，也就是说，在Lf1点以下的附近区域将有足够多的像素点，该区域的像素点在该帧图像中将是一个主要的组成部份，则以Lf1点为基准点对该帧像素进行处理，根据Lf1距离直方图横坐标(255-Sd)/8的距离确定一个信号校正函数f()。
如果在上述寻找Lf2的过程中，Lf1和Lf2之间连续大于阈值的点涵盖的距离小于预设值，则取第一个高于阈值的不相邻的灰度点为第二点Lf2，则以Lf2点为基准点对该帧像素进行处理。
如果在低于Lf1点的方向上没有找到高于阈值的不相邻的灰度点，也就说对于该帧图像，绝大部份像素的灰度级集中在Lf1点上或其以下的较近区域，对于该帧图像，则以Lf1点为基准点对该帧像素进行处理。
在本实施例中，设第一点Lf1与第二点Lf2之间的距离的预设值为5，参阅图3，Lf1与Lf2之间连续的大于阈值的点是16至19，其距离为4没有大于预设值5，因此，第二点Lf2取第一个高于阈值的不相邻的灰度点，如图3中横坐标7对应的灰度点，确定横坐标7以下的灰度级将是该帧信号需要放大的主要区域，也就是图像分布的关键区域。
对图像进行处理的一个目的是要突出显示灰度级分布的关键区域，因此，对关键区域的处理，就是在保证图像不失真的情况下，将灰度级分布的关键区域进行最大限度的放大，一般确定放大系数的原则是，放大系数同要放大的点与(255-Sd)/8的距离成非线性正比，也就是灰度级越高的像素点，其放大的系数越小，灰度级越低的像素点，其放大的系数越大，放大系数可以采用查表的方式实现，事先将灰度级与放大系数的对应关系存储在系统中。
在本实施方式中，最终确定了两个点，第一点Lf1与第二点Lf2，将视频图像中Lf2点对应的像素点灰度拉伸到Lf1点对应的灰度，使Lf2点变换到Lf1点，也就确定信号放大曲线对应的一个中间点的变换坐标点M(7，19)，加上原点O(0，0)与终点N((255-Sd)/8，(255-Sdx)/8)，通过O、M、N三点可拟合得一个信号校正函数f()，所得到的曲线即为该帧图像信号的信号校正曲线，如图4曲线a所示；另一个更为粗略的拟合可以通过直接连接O、M、N三点所得的折线c即为该帧图像信号的补偿曲线，此举可实现对Lf2以下像素点提供一个较高的信号放大系数，而对Lf2以上的像素点提供一个相对较低的信号放大系数，实现对视频信号的分段放大，以实现对图像分布的关键区域的突出显示。不同帧的视频信号通常有不同的放大曲线，图4中的曲线b是另一帧图像的放大曲线，该曲线主要将等级13放大到等级28，而图4中的曲线L则是视频数据的(255-Sdx)/(255-Sd)倍曲线，也就是视频信号放大的初始参考线。
根据上述的补偿曲线对信号R_in-Sd对信号进行放大并补充直流分量Sdx之后，输出的信号示意图如图5所示。
本实施例在视频信号的处理过程中，对灰度级较低的视频信号进行了放大，为了保证视频图像的不失真，因而需要确立一个可对背光进行控制调节的系数K1，并根据每一帧视频信号的放大情况，实时的对背光进行调节，以降低背光的亮度。因此，背光调节系数K1与信号的放大系数之间成反比例关系，背光调节系数K1的选取可以选择信号放大曲线的点(Lf2，Lf1)的放大系数的倒数即可获得。由于对视频信号的处理主要针对一帧图像中图像分布的关键区域，为了更真实的反映视频图像信号的放大与背光调节之间的互补关系，从优选取主要区域的信号放大系数的倒数做为该帧信号的背光调节系数K1，在本实施方式中，背光调节系数K1的一个较优的选择是Lf2点的放大系数的倒数Lf2/Lf1，即取K1＝Lf2/Lf1。
3、根据背光调整系数调整背光；
在确定了背光的调节系数后，通过计算该帧图像的平均亮度ABL，根据人眼睛特性，结合测试CRT彩电，得出一组经验值或拟合的函数，查表或由函数实现对背光的初始调节，然后对初始调节后的背光再结合背光调节系数K1，最终确定PWM信号占空比，输出到LCD背光，实现背光亮度的动态控制。
除了根据上述的直方图确定一帧图像的关键区域，然后确定信号校正函数f()进行非线性的放大之外，还可以采用线性放大系数对剔出了直流分量的R信号进行放大，此时f()的确定如下：
根据信号的Ssmax，确定信号放大到满幅度的放大系数Ke＝(Smax-Sdx)/(Ssmax-Sd)，如图6示。
本发明实施例提供的装置的原理框图如图7示，包括信号直流电平检测单元、信号处理单元、信号直方图或最大值分析单元、信号平均值分析单元和背光调整控制信号产生单元。
其中，信号直流电平检测单元用来对输入的一帧图像的R/G/B信号进行检测，找出该帧图像中所有R/G/B信号中的最小值，将其作为该帧图像的直流电平Sd，并将该直流电平值Sd传输给信号处理单元；
信号直方图或最大值分析单元分别连接信号处理单元和背光调整控制信号产生单元，用来根据该帧图像的R/G/B分量剔出Rd之后的值进行直方图分析最大值分析，确定信号校正函数f()和背光调整系数K1，然后将信号校正函数f()传输给信号处理单元，将背光调整系数K1传输给背光调整控制信号产生单元，具体过程如上所述；
信号处理单元接收信号直流电平检测单元传输的直流电平值Sd，接收信号直方图或最大值分析单元传输的信号校正函数f()之后，根据R_out＝f(R_in-Sd)+Sdx对R信号进行处理，根据G_out＝f(G_in-Sd)+Sdx对G信号进行处理，根据B_out＝f(B_in-Sd)+Sdx对B信号进行处理，也就是所，首先根据f()分别对输入的R/G/B分量减去Sd的值进行放大，然后再在放大的值上加上Sdx(Sdx＝Sd×KDC)，其中的直流电平修正系数KDC的值为经验值，取值范围为0-1之间；
信号平均值分析单元用来接收R/G/B信号，并计算该帧图像的平均亮度ABL，根据人眼睛特性，结合测试CRT彩电，得出一组经验值或拟合的函数，查表或由函数实现对背光的初始调节，将对背光的初始调节系数输入到给背光调整控制信号产生单元；
背光调整控制信号产生单元根据信号平均值分析单元传输的初始调节系数和信号直方图或最大值分析单元传输的背光调整系数K1最终确定PWM信号占空比，输出到LCD背光，实现背光亮度的动态控制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种液晶图像处理的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：
a、将从一帧图像内的视频信号R/G/B分量中分别剔出直流分量后的交流分量根据信号校正函数进行放大处理；
b、分别在所述的放大后的交流分量基础上补充一个比所剔出的直流分量小的直流分量后输出；
c、根据所述的信号校正函数同比降低背光调节系数，动态控制背光亮度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中步骤a之前还包括：
a0、对一帧图像内的视频信号R/G/B分量进行分析，找出所述的R/G/B分量的最小值，将所述的最小值作为所述步骤a中的直流分量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中步骤a具体包括：
a1、对从一帧图像所有的像素点的R/G/B分量中剔出所述的直流分量后的交流分量相加形成的直方图进行统计，查找所述图像中灰度级分布的关键区域；
a2、根据所述的关键区域确定视频信号的信号校正函数，对视频信号进行放大处理。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的根据所述的信号校正函数同比降低背光调节系数具体为：
根据所述视频信号的放大系数，同比例降低背光调节系数，动态控制背光亮度。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，其中灰度级分布关键区域查找方法如下：
设定系统的阈值，将其灰度等级分成均等等份，对从一帧图像所有的像素点的R/G/B分量中剔出所述的直流分量后的交流分量相加形成的直方图进行统计，从高灰度级统计区域向低灰度级统计区域的方向进行搜索，确定第一个高于阈值的统计区域Lf1；
接下来以区域Lf1为起点向低灰度级统计区域进行搜索，如果Lf1以下连续大于阈值的点涵盖的距离小于预设值，则第一个高于阈值的不相邻的灰度的统计区域Lf2为该帧图像的关键区域，除此之外，统计区域Lf1是关键区域。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的对视频信号进行放大处理具体包括：
如果第一个高于阈值的统计区域Lf1是关键区域，则以关键区域与最大灰度级减去所述的校正后直流分量之间的距离确定信号放大系数，放大关键区域信号灰度级到最大灰度级减去所述的直流分量；如果关键区域是Lf1以外的其它区域，则放大关键区域视频信号的目标灰度级是Lf1；
以关键区域的灰度级与目标灰度级为基准建立坐标变换的中间点；
根据坐标变换中间点，拟合一条从零灰度级出发，经过中间点，终止于最高灰度级减去所述的直流分量的单调递增函数曲线或分段曲线；
根据拟合的函数曲线或分段曲线确定的放大系数对相应的灰度级信号进行放大处理。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的信号校正函数的信号放大系数具体为所述的R/G/B信号的理论最大值减去所述的直流电平与所述的R/G/B信号的实际最大值减去所述的直流分量的比值。
8.一种液晶图像处理装置，其特征在于，所述的装置包括信号直流电平检测单元、信号处理单元、信号直方图或最大值分析单元、信号平均值分析单元和背光调整控制信号产生单元，其中：
所述的信号直流电平检测单元用来对输入的一帧图像的R/G/B信号进行检测，确定该帧图像的直流电平，并将所述的直流电平传输给所述的信号处理单元；
所述的信号直方图或最大值分析单元分别连接所述的信号处理单元和背光调整控制信号产生单元，用来根据该帧图像的R/G/B分量剔出所述的直流电平之后的值进行直方图分析或者最大值分析，确定信号校正函数和背光调整系数，然后将所述的信号校正函数传输给所述的信号处理单元，将背光调整系数传输给所述的背光调整控制信号产生单元；
所述的信号处理单元用来接收信号直流电平检测单元传输的直流电平，接收所述的信号直方图或最大值分析单元传输的信号校正函数，并根据所述的信号校正函数分别对输入的R/G/B分量减去所述的直流电平后的值进行放大，然后再在放大的值上加上一个比所述的直流电平小的直流电平；
所述的信号平均值分析单元用来接收R/G/B信号，并计算该帧图像的平均亮度ABL，并根据所述的平均亮度确定对背光的初始调节系数，将对背光的初始调节系数输出到所述的背光调整控制信号产生单元；
背光调整控制信号产生单元根据信号平均值分析单元传输的初始调节系数和信号直方图或最大值分析单元传输的背光调整系数最终确定PWM信号占空比，输出到LCD背光，实现背光亮度的动态控制。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述的直流电平为所述的R/G/B分量中的最小值。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述的信号最大值分析单元用来根据所述的R/G/B信号的理论最大值减去所述的直流电平与所述的R/G/B信号的实际最大值减去所述的直流分量的比值确定所述的信号校正函数和背光调整系数。
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