一种显示器用可监视画面的显示器背光控制系统的制作方法

1.本发明属于背光控制技术领域，具体为一种显示器用可监视画面的显示器背光控制系统。


背景技术：

2.背光是在电子工业中一种照明的形式，常被用于lcd显示上，背光式和前光式不同之处在于背光是从侧边或是背后照射，而前光顾名思义则从前方照射，他们被用来增加在低光源环境中的照明度和电脑显示器、液晶荧幕上的亮度，以和crt显示类似的方式产生出光，背光分区主要是根据图像信号内容来调整背光占空比改变驱动的大小达到调整图像的目的，背光对图像效果的调整主要是提升图像的对比度，让亮得更亮，暗的更暗，显示器的亮度是评价显示器性能的重要参数，目前大多数高端显示器均能够实现亮度自动调节的功能。
3.在长期观看显示器时，根据使用环境的不同，显示器亮度进行相应的变化，在实际使用过程中，仅对亮度进行调节，却忽略了光源的特性，白天的自然光和由人造光源的光谱存在差异，由于人眼的感光特性，相同对比度和亮度的显示器，在强光和黑暗的环境中，人眼观看到的显示器的效果存在差异，长期在光强度改变的环境中观看显示器，不仅看到的画面效果大打折扣，还会损害人的视力；为此，采用led作为背光源，并且分区域动态的控制背光源，源根据分区的图像动态调整led的亮度，即在图像亮的地方，背光源亮；在图像暗的地方，背光源暗。
4.常见的区域动态背光算法有平均值法、最大值法和cdf阈值法：
5.平均值法平均值算法是以每个区域灰度的平均值作为背光亮度，该方法拥有较低的功耗和较高的对比度，但图像会出现较严重的失真；
6.最大值算法取对应区域内所有像素点中最大的灰度值作为背光亮度，这种算法能够保持图像的大部分细节，画面品质高，但是功耗过大；
7.cdf阈值法是介于平均值和最大值法之间的一种算法，该算法功耗在平均值法和最大值值法之间同时图像质量较高，缺点是对暗景图像失真较严重，这是因为暗图像的灰度值小的像素占的比例大不能满足暗区中灰度值大的像素对背光亮度的要求。


技术实现要素：

8.为了克服上述缺陷，本发明提供了一种显示器用可监视画面的显示器背光控制系统，解决了在长期观看显示器时，根据使用环境的不同，显示器亮度进行相应的变化，在实际使用过程中，仅对亮度进行调节，却忽略了光源的特性，白天的自然光和由人造光源的光谱存在差异，由于人眼的感光特性，相同对比度和亮度的显示器，在强光和黑暗的环境中，人眼观看到的显示器的效果存在差异，长期在光强度改变的环境中观看显示器，不仅看到的画面效果大打折扣，还会损害人的视力的问题。
9.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种显示器用可监视画面的显示器
背光控制系统，包括数据采集模块，所述数据采集模块的输出端与动态阈值背光亮度提取单元的输入端连接，所述动态阈值背光亮度提取单元的输出端与液晶补偿模块的输入端连接，所述液晶补偿模块与失真评价模块双向连接，所述液晶补偿模块的输出端通过数模转化模块与算法控制单元的输入端连接，所述算法控制单元的输出端与背光控制模块的输入端连接；
10.所述数据采集模块包括环境光传感器和显示器光传感器；
11.环境光传感器：用于检测显示器被监视画面环境中的光信号，并采集光信号；
12.显示器光传感器：用于检测显示器背光源的光信号，并采集背光源的光信号；
13.所述动态阈值背光亮度提取单元包括动态图像转化模块、背光提取模块、阈值计算模块和背光亮度变化系数计算模块。
14.作为本发明的进一步方案：所述动态图像转化模块用于将显示器光传感器获取的光信号图像转化为灰度图像；
15.所述动态图像转化模块的具体应用步骤如下：
16.以显示器光传感器获取的光信号图像[i,j]点像素三个分量的最大值作为该点的灰度值，定义rgb动态图像转灰度图像，且公式为：
[0017]igray
(i,j)＝max[r(i,j),g(i,j),b(i,j)]。
[0018]
作为本发明的进一步方案：所述背光提取模块通过平均值法和最大值法进行图像背光亮度的提取；
[0019]
所述背光提取模块的具体应用步骤如下：
[0020]
当图像细节多，采用平均值法获取图像背光亮度；当图像细节少，采用最大值法获取图像背光亮度，具体为：
[0021]ibl
(m,n)＝i
ave
(m,n)+c(m,n)
[0022]
c(m,n)＝(1-k)
×
[i
max
(m,n)-i
ave
(m,n)]
[0023]
其中，i
bl
为背光亮度，i
ave
和i
max
分别表示区域(m,m)通过平均值法和最大值法得到背光亮度；
[0024]
当区域细节多，k值趋于1，背光亮度接近平均值亮度；当区域细节少，k值趋于0，背光亮度接近最大值获得的亮度；
[0025]
根据每个区域细节的多少，动态的调整k值，可满足不同区域对亮度的不同要求，既节省功耗又满足画面质量的要求。
[0026]
作为本发明的进一步方案：所述阈值计算模块按图像的灰度特性将图像分成背景和目标细节两部分，部分目标错分为背景或者部分背景错分为目标都会导致两部分的差别变小，采用阈值二分法得到使类间方差最大的阈值；
[0027]
所述阈值计算模块的具体应用步骤如下：
[0028]
通过采用阈值二分法得到使类间方差最大的阈值t，其公式如下：
[0029][0030]
式中，属于细节的像素点数占整幅图像的比例记为w0，平均灰度记为u0；属于背景的像素点数占整幅图像的比例为w1，平均灰度记为u1；类间方差记为g；图像大小为m
×
n；图
像中灰度值小于阈值t的像素点个数记为n0，大于t的像素点个数记为n1。
[0031]
作为本发明的进一步方案：所述背光亮度变化系数计算模块得到类间方差最大时的阈值后，通过阈值对图像进行二值化，并且通过计算得到背光亮度变化系数；
[0032]
所述背光亮度变化系数计算模块的具体应用步骤如下：
[0033]
统计二值图像单一区域中像素值为1的点数目，记为m1；像素值为0的点数目，记为m0，则背光亮度变化系数为：
[0034][0035]
作为本发明的进一步方案：所述液晶补偿模块用于对图像背光亮度进行液晶补充，增强高对比度，并保持图片细节；
[0036]
所述液晶补充模块的具体应用步骤如下：
[0037]
根据模糊-掩膜方法模拟真实背光强度分布的情形，再以此作为液晶补偿前的光强分布，由以下公式推算液晶补偿信号：
[0038][0039]
在液晶显示器γ校正的条件下，其中i
full
表示背光全亮时的背光强度，i
hdr
表示动态调整背光的背光强度，根据上式，由原本的液晶亮度级数g
target
，推出补偿后的液晶亮度级数g
hdr
。
[0040]
作为本发明的进一步方案：所述失真评价模块通过原始图像与失真图像的差值计算得到评价图像质量的客观标准，并且计算溢出失真率，判断最终展示的图像是否符合评价标准；
[0041]
所述失真评价模块的具体应用步骤如下：
[0042]
设液晶显示器输入图像的大小为8bits，进行液晶补偿时，经液晶补偿模块计算后像素亮度级数超过255被限制在255的情况，此时图像产生失真，定义图像溢出失真率为计算像素补偿后的超出8bits的像素动态图像分量个数n
ex255
与整幅图像总的动态图像分量个数n
tol255
的比值，公式表示为：
[0043][0044]
作为本发明的进一步方案：所述算法控制单元包括神经网络算法和pid算法控制模块，所述神经网络算法和pid算法控制模块双向连接；
[0045]
所述算法控制单元的具体应用如下：
[0046]
将数模转化模块获取的数据经过pid算法控制模块和神经网络算法算得出最优的液晶显示器背光灰阶矩阵，pid算法控制模块为神经网络算法的输出结果设定一个输入值，且用于根据图像光源亮度和颜色信息，相对应调节三色滤光片中动态图像的亮度比例，以提高液晶显示器呈色的真实感。
[0047]
作为本发明的进一步方案：所述背光控制模块通过pid算法控制模块传递控制命令，使背光控制模块能够自适应对液晶显示器的背光进行调节。
[0048]
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过对显示器背光进行调整，根据得到
的背光亮度，对其液晶补偿，即法在平均亮度的基础上根据图像细节所占的比例适当的增加背光亮度，这样能够有效地保持图像的质量，输出的图像失真率控制在人眼难以识别的范围内，因而能够保持图像细节，图像失真不明显，降低了背光功耗；其次环境光传感器检测的光信号和处理后的背光信号通过数模转化模块进行信号转换，将数模转化模块获取的数据经过pid算法控制模块和神经网络算法算得出最优的液晶显示器背光灰阶矩阵，并且通过pid算法控制模块向背光控制模块下达控制命令，使背光控制模块能够自适应对液晶显示器的背光进行调节，因而提高显示器亮度的视觉舒适度。
附图说明
[0049]
图1为本发明系统的原理示意框图。
具体实施方式
[0050]
下面结合具体实施方式对本技术的技术方案作进一步详细地说明。
[0051]
如图所示，本发明提供一种技术方案：一种显示器用可监视画面的显示器背光控制系统，包括数据采集模块，数据采集模块的输出端与动态阈值背光亮度提取单元的输入端连接，动态阈值背光亮度提取单元的输出端与液晶补偿模块的输入端连接，液晶补偿模块与失真评价模块双向连接，液晶补偿模块的输出端通过数模转化模块与算法控制单元的输入端连接，算法控制单元的输出端与背光控制模块的输入端连接；
[0052]
数据采集模块包括环境光传感器和显示器光传感器；
[0053]
环境光传感器：用于检测显示器被监视画面环境中的光信号，并采集光信号；
[0054]
显示器光传感器：用于检测显示器背光源的光信号，并采集背光源的光信号；
[0055]
动态阈值背光亮度提取单元包括动态图像转化模块、背光提取模块、阈值计算模块和背光亮度变化系数计算模块。
[0056]
动态图像转化模块用于将显示器光传感器获取的光信号图像转化为灰度图像；
[0057]
动态图像转化模块的具体应用步骤如下：
[0058]
以显示器光传感器获取的光信号图像[i,j]点像素三个分量的最大值作为该点的灰度值，定义rgb动态图像转灰度图像，且公式为：
[0059]igray
(i,j)＝max[r(i,j),g(i,j),b(i,j)]。
[0060]
背光提取模块通过平均值法和最大值法进行图像背光亮度的提取；
[0061]
背光提取模块的具体应用步骤如下：
[0062]
当图像细节多，采用平均值法获取图像背光亮度；当图像细节少，采用最大值法获取图像背光亮度，具体为：
[0063]ibl
(m,n)＝i
ave
(m,n)+c(m,n)
[0064]
c(m,n)＝(1-k)
×
[i
max
(m,n)-i
ave
(m,n)]
[0065]
其中，i
bl
为背光亮度，i
ave
和i
max
分别表示区域(m,m)通过平均值法和最大值法得到背光亮度；
[0066]
当区域细节多，k值趋于1，背光亮度接近平均值亮度；当区域细节少，k值趋于0，背光亮度接近最大值获得的亮度；
[0067]
根据每个区域细节的多少，动态的调整k值，可满足不同区域对亮度的不同要求，
既节省功耗又满足画面质量的要求。
[0068]
阈值计算模块按图像的灰度特性将图像分成背景和目标细节两部分，部分目标错分为背景或者部分背景错分为目标都会导致两部分的差别变小，采用阈值二分法得到使类间方差最大的阈值；
[0069]
阈值计算模块的具体应用步骤如下：
[0070]
通过采用阈值二分法得到使类间方差最大的阈值t，其公式如下：
[0071][0072]
式中，属于细节的像素点数占整幅图像的比例记为w0，平均灰度记为u0；属于背景的像素点数占整幅图像的比例为w1，平均灰度记为u1；类间方差记为g；图像大小为m
×
n；图像中灰度值小于阈值t的像素点个数记为n0，大于t的像素点个数记为n1。
[0073]
背光亮度变化系数计算模块得到类间方差最大时的阈值后，通过阈值对图像进行二值化，并且通过计算得到背光亮度变化系数；
[0074]
背光亮度变化系数计算模块的具体应用步骤如下：
[0075]
统计二值图像单一区域中像素值为1的点数目，记为m1；像素值为0的点数目，记为m0，则背光亮度变化系数为：
[0076][0077]
液晶补偿模块用于对图像背光亮度进行液晶补充，增强高对比度，并保持图片细节；
[0078]
液晶补充模块的具体应用步骤如下：
[0079]
根据模糊-掩膜方法模拟真实背光强度分布的情形，再以此作为液晶补偿前的光强分布，由以下公式推算液晶补偿信号：
[0080][0081]
在液晶显示器γ校正的条件下，其中i
full
表示背光全亮时的背光强度，i
hdr
表示动态调整背光的背光强度，根据上式，由原本的液晶亮度级数g
target
，推出补偿后的液晶亮度级数g
hdr
。
[0082]
失真评价模块通过原始图像与失真图像的差值计算得到评价图像质量的客观标准，并且计算溢出失真率，判断最终展示的图像是否符合评价标准；
[0083]
失真评价模块的具体应用步骤如下：
[0084]
设液晶显示器输入图像的大小为8bits，进行液晶补偿时，经液晶补偿模块计算后像素亮度级数超过255被限制在255的情况，此时图像产生失真，定义图像溢出失真率为计算像素补偿后的超出8bits的像素动态图像分量个数n
ex255
与整幅图像总的动态图像分量个数n
tol255
的比值，公式表示为：
[0085][0086]
算法控制单元包括神经网络算法和pid算法控制模块，神经网络算法和pid算法控制模块双向连接；
[0087]
算法控制单元的具体应用如下：
[0088]
将数模转化模块获取的数据经过pid算法控制模块和神经网络算法算得出最优的液晶显示器背光灰阶矩阵，pid算法控制模块为神经网络算法的输出结果设定一个输入值，且用于根据图像光源亮度和颜色信息，相对应调节三色滤光片中动态图像的亮度比例，以提高液晶显示器呈色的真实感。
[0089]
背光控制模块通过pid算法控制模块传递控制命令，使背光控制模块能够自适应对液晶显示器的背光进行调节。
[0090]
由上述得知：
[0091]
通过对显示器背光进行调整，根据得到的背光亮度，对其液晶补偿，即法在平均亮度的基础上根据图像细节所占的比例适当的增加背光亮度，这样能够有效地保持图像的质量，输出的图像失真率控制在人眼难以识别的范围内，因而能够保持图像细节，图像失真不明显，降低了背光功耗；其次环境光传感器检测的光信号和处理后的背光信号通过数模转化模块进行信号转换，将数模转化模块获取的数据经过pid算法控制模块和神经网络算法算得出最优的液晶显示器背光灰阶矩阵，并且通过pid算法控制模块向背光控制模块下达控制命令，使背光控制模块能够自适应对液晶显示器的背光进行调节，因而提高显示器亮度的视觉舒适度。
[0092]
上面对本技术的较佳实施方式作了详细说明，但是本技术并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本技术宗旨的前提下作出各种变化。

技术特征：
1.一种显示器用可监视画面的显示器背光控制系统，包括数据采集模块，其特征在于：所述数据采集模块的输出端与动态阈值背光亮度提取单元的输入端连接，所述动态阈值背光亮度提取单元的输出端与液晶补偿模块的输入端连接，所述液晶补偿模块与失真评价模块双向连接，所述液晶补偿模块的输出端通过数模转化模块与算法控制单元的输入端连接，所述算法控制单元的输出端与背光控制模块的输入端连接；所述数据采集模块包括环境光传感器和显示器光传感器；环境光传感器：用于检测显示器被监视画面环境中的光信号，并采集光信号；显示器光传感器：用于检测显示器背光源的光信号，并采集背光源的光信号；所述动态阈值背光亮度提取单元包括动态图像转化模块、背光提取模块、阈值计算模块和背光亮度变化系数计算模块。2.根据权利要求1所述的一种显示器用可监视画面的显示器背光控制系统，其特征在于：所述动态图像转化模块用于将显示器光传感器获取的光信号图像转化为灰度图像；所述动态图像转化模块的具体应用步骤如下：以显示器光传感器获取的光信号图像[i,j]点像素三个分量的最大值作为该点的灰度值，定义rgb动态图像转灰度图像，且公式为：i
gray
(i,j)＝max[r(i,j),g(i,j),b(i,j)]。3.根据权利要求1所述的一种显示器用可监视画面的显示器背光控制系统，其特征在于：所述背光提取模块通过平均值法和最大值法进行图像背光亮度的提取；所述背光提取模块的具体应用步骤如下：当图像细节多，采用平均值法获取图像背光亮度；当图像细节少，采用最大值法获取图像背光亮度，具体为：i
bl
(m,n)＝i
ave
(m,n)+c(m,n)c(m,n)＝(1-k)
×
[i
max
(m,n)-i
ave
(m,n)]其中，i
bl
为背光亮度，i
ave
和i
max
分别表示区域(m,m)通过平均值法和最大值法得到背光亮度；当区域细节多，k值趋于1，背光亮度接近平均值亮度；当区域细节少，k值趋于0，背光亮度接近最大值获得的亮度；根据每个区域细节的多少，动态的调整k值，可满足不同区域对亮度的不同要求，既节省功耗又满足画面质量的要求。4.根据权利要求1所述的一种显示器用可监视画面的显示器背光控制系统，其特征在于：所述阈值计算模块按图像的灰度特性将图像分成背景和目标细节两部分，部分目标错分为背景或者部分背景错分为目标都会导致两部分的差别变小，采用阈值二分法得到使类间方差最大的阈值；所述阈值计算模块的具体应用步骤如下：通过采用阈值二分法得到使类间方差最大的阈值t，其公式如下：
式中，属于细节的像素点数占整幅图像的比例记为w0，平均灰度记为u0；属于背景的像素点数占整幅图像的比例为w1，平均灰度记为u1；类间方差记为g；图像大小为m
×
n；图像中灰度值小于阈值t的像素点个数记为n0，大于t的像素点个数记为n1。5.根据权利要求1所述的一种显示器用可监视画面的显示器背光控制系统，其特征在于：所述背光亮度变化系数计算模块得到类间方差最大时的阈值后，通过阈值对图像进行二值化，并且通过计算得到背光亮度变化系数；所述背光亮度变化系数计算模块的具体应用步骤如下：统计二值图像单一区域中像素值为1的点数目，记为m1；像素值为0的点数目，记为m0，则背光亮度变化系数为：6.根据权利要求1所述的一种显示器用可监视画面的显示器背光控制系统，其特征在于：所述液晶补偿模块用于对图像背光亮度进行液晶补充，增强高对比度，并保持图片细节；所述液晶补充模块的具体应用步骤如下：根据模糊-掩膜方法模拟真实背光强度分布的情形，再以此作为液晶补偿前的光强分布，由以下公式推算液晶补偿信号：在液晶显示器γ校正的条件下，其中i
full
表示背光全亮时的背光强度，i
hdr
表示动态调整背光的背光强度，根据上式，由原本的液晶亮度级数g
target
，推出补偿后的液晶亮度级数g
hdr
。7.根据权利要求1所述的一种显示器用可监视画面的显示器背光控制系统，其特征在于：所述失真评价模块通过原始图像与失真图像的差值计算得到评价图像质量的客观标准，并且计算溢出失真率，判断最终展示的图像是否符合评价标准；所述失真评价模块的具体应用步骤如下：设液晶显示器输入图像的大小为8bits，进行液晶补偿时，经液晶补偿模块计算后像素亮度级数超过255被限制在255的情况，此时图像产生失真，定义图像溢出失真率为计算像素补偿后的超出8bits的像素动态图像分量个数n
ex255
与整幅图像总的动态图像分量个数n
tol255
的比值，公式表示为：8.根据权利要求1所述的一种显示器用可监视画面的显示器背光控制系统，其特征在于：所述算法控制单元包括神经网络算法和pid算法控制模块，所述神经网络算法和pid算法控制模块双向连接；所述算法控制单元的具体应用如下：将数模转化模块获取的数据经过pid算法控制模块和神经网络算法算得出最优的液晶显示器背光灰阶矩阵，pid算法控制模块为神经网络算法的输出结果设定一个输入值，且用
于根据图像光源亮度和颜色信息，相对应调节三色滤光片中动态图像的亮度比例，以提高液晶显示器呈色的真实感。9.根据权利要求1所述的一种显示器用可监视画面的显示器背光控制系统，其特征在于：所述背光控制模块通过pid算法控制模块传递控制命令，使背光控制模块能够自适应对液晶显示器的背光进行调节。

技术总结
本发明公开了一种显示器用可监视画面的显示器背光控制系统，属于背光控制技术领域，通过对显示器背光进行调整，根据得到的背光亮度，对其液晶补偿，即法在平均亮度的基础上根据图像细节所占的比例适当的增加背光亮度，输出的图像失真率控制在人眼难以识别的范围内，因而能够保持图像细节，降低了背光功耗；其次环境光传感器检测的光信号和处理后的背光信号通过数模转化模块进行信号转换，将数模转化模块获取的数据经过PID算法控制模块和神经网络算法算得出最优的液晶显示器背光灰阶矩阵，并且通过PID算法控制模块向背光控制模块下达控制命令，使背光控制模块能够自适应对液晶显示器的背光进行调节，因而提高显示器亮度的视觉舒适度。觉舒适度。觉舒适度。


技术研发人员：叶汉东
受保护的技术使用者：湖北视科电子科技发展有限公司
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/9/6