本發明屬于顯示色彩顯示領域，具體的是一種基于四場(240Hz刷新率)時序液晶顯示器(Field-Sequential Color LCD)的色彩顯示方法。

背景技術：

液晶顯示(LCD)技術近年來飛速發展，人們對于液晶顯示器的要求也越來越高。低功耗，高分辨率的液晶顯示器需求應運而生。液晶顯示器混色的方法主要有兩種：空間混色和時序混色。空間混色是以紅綠藍三基色單元為一個像素點，進行空間上的混色；而時序混色是利用人的視覺暫留特性，通過提高LED的刷新率，使得LED在一幀時間內顯示紅綠藍三場畫面，這樣可實現時間上的混色。相比利用空間混色的傳統液晶顯示器，時序混色技術不需要濾色片，這樣不僅可以提高3倍以上功效，而且還可以將顯示器的分辨率擴大三倍，同時減小模組材料成本。該技術的局限性就是刷新率難以提高，但隨著液晶材料響應速度的加快和TFT-LCD技術的成熟，提高刷新率不再成為時序混色技術的瓶頸。

然而，由于人眼在觀看過程中的掃視、平滑追蹤等現象，當被觀看物體與眼球存在相對速度時，時序混色顯示器多場內容。往往不能在視網膜上完全重合，即形成色分離現象(Color Breakup)。該現象會引起物體輪廓出現不規律的彩色線條，嚴重影響了時序混色顯示器的顯示效果。一般通過提高顯示器刷新率并增加額外的基色場可以緩解色分離問題，因此本發明提出用四場時序混色代替三場時序混色的技術，這樣可以更好地解決色分離的問題。

技術實現要素：

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種基于四場時序液晶顯示器的色彩顯示方法，減小了色分離現象，提高了顯示器畫質。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種基于四場時序液晶顯示器的色彩顯示方法，包括以下步驟：

步驟1，根據液晶顯示器背光分區方式，將原始圖像對應分割為M×N個子區域；

步驟2，對每一個子區域內的各個像素的色坐標點進行計算與統計；

步驟3，區域基色去飽和化；在原始基色三角形內搜索合適的三個新基色用于子區域的4場時序背光；所選的4個新基色的基本要求是其在色度圖上構成的四邊形能完全覆蓋子區域中的每一個色坐標值；

新基色通過背光原始紅綠藍LED顆粒產生，其三種顆粒驅動信號值可由下式計算：

其中，(d_R,j,d_G,j,d_B,j)表示新基色第j個色坐標P_j的RGB三個通道的背光驅動值；X_r，Y_r，Z_r，X_g，Y_g，Z_g，X_b，Y_b，Z_b為顯示器原始背光紅綠藍基色的三刺激值；分別為新基色P_j的色坐標，j＝1,2,3,4；

得到的新基色的背光驅動值(d_R,j,d_G,j,d_B,j)以最大值做歸一化，可以得到該新基色所能達到的最大亮度，結合local dimming原理，實際該子區域新基色驅動值需要乘以dimming系數，公式如下：

其中，GL_i表示第i個像素點的像素灰階值,n表示子區域內像素點總數；

步驟4，液晶驅動信號計算；通過步驟3處理得到4場各自的背光驅動值，以復現原始圖像內容為目標計算液晶驅動信號值；

以各個像素點原始輸入信號為目標，四場液晶驅動信號LC₁，LC₂，LC₃，LC₄滿足下式：

其中，為新基色第j個色坐標P_j在顯示器原始背光紅綠藍基色的三刺激值，j＝1,2,3,4，C_new表示新基色的色彩轉換矩陣，列向量包含的分量X，Y，Z為各個像素的三刺激值；

將上式進行優化，即可得到子場間液晶驅動分布的液晶驅動信號值。

所述步驟2中色坐標點進行計算的方法：

設某像素點p灰階值為(GL_r,GL_g,GL_b)，則該像素在1931CIE-XYZ計色系統下色坐標點(x_p,y_p)計算公式入下：

其中，為液晶顯示器伽馬值，C為色彩轉換矩陣，列向量包含的分量X，Y，Z為各個像素點根據其灰階組合計算的三刺激值；

色彩轉換矩陣C由顯示器原始背光紅綠藍基色的三刺激值構成，顯示器原始背光紅綠藍基色的三刺激值可通過亮度計測量并計算得到，

其中的元素分量X_r，Y_r，Z_r，X_g，Y_g，Z_g，X_b，Y_b，Z_b為顯示器原始背光紅綠藍基色的三刺激值。

所述步驟3中新基色選取方法：

定義顯示器原始三基色在1931CIE-XYZ計色系統下構成的三角形BGR中，RB色坐標點連線的斜率為k_megenta，BG色坐標點連線的斜率為k_cyan，GR色坐標點連線的斜率為k_yellow，將BG，GR兩條邊各自平行向三角形中心移動，BR分別從G和原始位置向三角形中心移動，直至4條邊各自第一次與子區域色坐標分布中的點相交，停止移動，所構成的梯形的4個頂點P₁，P₂，P₃，P₄即為符合要求的一組新基色；

構造等價數學模型，在子區域像素色坐標分布中選取斜率分別滿足k_megenta，k_cyan，k_yellow的平移直線方程簇極值處的值作為新基色梯形4條邊的直線方程表達式，計算4條線交點為新基色坐標值；

其中，n表示子區域內像素點總數，(x_i,y_i)表示子區域內像素點色坐標；分別為新基色P₁，P₂，P₃，P₄的色坐標。

所述子場間液晶驅動分布的液晶驅動信號值的優化方法如下：以LC₄為未知數，其余場的液晶驅動值全部用LC₄表示，如下式：

k＝X₁(Y₂Z₃-Y₃Z₂)-Y₁(X₂Z₃-X₃Z₂)

+Z₁(X₂Y₃-X₃Y₂)

由于液晶驅動表征了液晶的透過率，所以LC₁，LC₂，LC₃，LC₄均處于區間[0,1]內，將上式代入區間，可求得LC₄的范圍，記為[LC_4min,LC_4max]；利用方差公式，記S為四場液晶驅動方差，公式如下：

LC_ave＝(LC₁+LC₂+LC₃+LC₄)/4

S＝(LC₁-LC_ave)²+(LC₂-LC_ave)²

+(LC₃-LC_ave)²+(LC₄-LC_ave)²

將上面各個子場的表達式代入四場液晶驅動方差表達式的方差計算中，最終轉化為一個關于未知數LC₄在區間[LC_4min,LC_4max]上二次函數最小值的問題，利用二次函數拋物線特性求解，可得滿足方差S最小時四場液晶驅動信號LC₁，LC₂，LC₃，LC₄的解。

時序混色液晶顯示器的刷新率至少為240Hz，具有直下式分區背光單元；其中，背光分區有M×N個，每個背光分區內的LED顆粒包含至少紅綠藍3種基色并可調。

有益效果：本發明相比現有技術，具有以下有益效果：

本發明在240Hz刷新率驅動的液晶面板條件下，充分利用背光區域調制，通過對每一塊背光分區內所包含的色彩范圍進行基色去飽和化(Local Primary Desaturation)處理，放棄原有紅綠藍背光基色，根據區域色彩分布重新計算4場基色色坐標并盡量縮小新基色四邊形的尺寸，使得構成一幀的相鄰4子場圖像色差減小，有效抑制了傳統紅綠藍基色時序液晶顯示器的色分離現象(Color Breakup)，提高了時序液晶顯示器的圖像質量并降低了液晶顯示器的整機功耗。

附圖說明

圖1為液晶顯示器直下式分區背光單元示意圖；

圖2為圖像分割示意圖；

圖3為某子區域內像素點色坐標分布示意圖，其中圖3a為子區域內容及所在位置；圖3b為色坐標分布(三角形為基色坐標)；

圖4為區域基色去飽和化算法示意圖，其中圖4a為顯示器原始三基色在1931CIE-XYZ計色系統下構成的三角形示意圖；圖4b為搜索到符合要求的一組新基色示意圖；

圖5為全局整體圖像三場背光驅動示意圖；

圖6為實際背光光強的分布示意圖；

圖7為3場液晶驅動值示意圖；

圖8為示意圖；

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。

一種基于四場時序液晶顯示器的色彩顯示方法，通過對每一塊局部背光區域所包含的色彩范圍進行基色去飽和化(Local Primary Desaturation)處理，在保證原始圖像色彩完全復現的前提下，合理搜索色差最小的4場基色進行混色，有效抑制了傳統紅綠藍基色時序液晶顯示器的色分離現象(Color Breakup)，提高了時序液晶顯示器的圖像質量，同時由于基色去飽和化過程充分利用了液晶顯示器分區背光，在收縮基色范圍的同時實現了區域背光調節(Local Dimming)，有效的降低了液晶顯示器的整機功耗，具體包括以下步驟：

一、時序混色顯示器配置

如圖1所示，本實施例對時序混色液晶顯示器的基本要求為：刷新率240Hz，直下式分區背光單元。設一共分為M×N個背光分區，每個區域內的LED顆粒包含至少紅綠藍3種基色并可調。

二、區域基色去飽和化

由于背光區域調制的特性，本實施例中基色去飽和化處理是針對每塊分區進行的，如圖8所示，具體流程如下：

1.圖像分割

根據液晶顯示器背光分區方式，將原始圖像對應分割為M×N個子區域，如圖2所示。

2.子區域圖像統計

對每一個子區域內的各個像素的色坐標點進行計算與統計。

設某像素點p灰階值為(GL_r,GL_g,GL_b)，則該像素在1931CIE-XYZ計色系統下色坐標點(x_p,y_p)計算公式入下：

式(1)中，為液晶顯示器伽馬值，C為色彩轉換矩陣，列向量包含的分量X，Y，Z為各個像素點根據其灰階組合計算的三刺激值；

色彩轉換矩陣C由顯示器原始背光紅綠藍基色的三刺激值構成，顯示器原始背光紅綠藍基色的三刺激值可通過亮度計測量并計算得到。

其中的元素分量X_r，Y_r，Z_r，X_g，Y_g，Z_g，X_b，Y_b，Z_b為顯示器原始背光紅綠藍基色的三刺激值。

統計子區域內所有像素點色坐標，其分布如圖3所示。

步驟3，區域基色去飽和化；

從步驟2所統計的色坐標分布可以看出，在一個子區域內像素色坐標的分布往往非常集中。本實施例在原始基色三角形內搜索合適的三個新基色用于子區域的4場時序背光。由于新基色均處于原有基色三角形內部，色差相對減少，對時序液晶顯示器的色分離現象有明顯的抑制作用。為了正確復現子區域中所有像素點的內容，所選的4個新基色的基本要求是其在色度圖上構成的四邊形能完全覆蓋子區域中的每一個色坐標值。符合要求一組新基色選取方法不唯一，但均屬區域基色去飽和化的方法，屬于權利要求范圍內。下面提出一種方案為例；

定義顯示器原始三基色在1931CIE-XYZ計色系統下構成的三角形BGR中，RB(紅藍)色坐標點連線的斜率為k_megenta，BG(藍綠)色坐標點連線的斜率為k_cyan，GR(綠紅)色坐標點連線的斜率為k_yellow，如圖4(a)所示。將BG，GR兩條邊各自平行向三角形中心移動，BR分別從G和原始位置向三角形中心移動，直至4條邊各自第一次與子區域色坐標分布中的點相交，停止移動，所構成的梯形的4個頂點P₁，P₂，P₃，P₄即為符合要求的一組新基色；如圖4(b)。該梯形的腰分別平行于原始基色三角形邊BG，GR，上下底均平行于邊BR。

構造等價數學模型，在即為子區域像素色坐標分布中選取斜率分別滿足k_megenta，k_cyan，k_yellow的平移直線方程簇極值處的值作為新基色梯形4條邊的直線方程表達式，計算4條線交點為新基色坐標值，具體公式如下：

其中，n表示子區域內像素點總數，(x_i,y_i)表示子區域內像素點色坐標；分別為新基色P₁，P₂，P₃，P₄的色坐標。

新基色通過背光原始紅綠藍LED顆粒產生，其三種顆粒驅動信號值可由下式計算：

其中，(d_R,j,d_G,j,d_B,j)表示新基色第j個色坐標P_j的RGB三個通道的背光驅動值；X_r，Y_r，Z_r，X_g，Y_g，Z_g，X_b，Y_b，Z_b為顯示器原始背光紅綠藍基色的三刺激值；分別為新基色P_j的色坐標，j＝1,2,3,4；

式(4)中得到的新基色的背光驅動值(d_R,j,d_G,j,d_B,j)以最大值做歸一化，可以得到該新基色所能達到的最大亮度，結合local dimming原理，實際該子區域新基色驅動值需要乘以dimming系數，公式如下：

其中，GL_i表示第i個像素點的像素灰階值,n表示子區域內像素點總數。

通過步驟3得到各個子區域的4場背光驅動，最終可合成為全局整體圖像的4場背光驅動，如圖5。從圖中可見，由于使用了去飽和化處理，相較于傳統紅綠藍時序的混色方式，本發明所提出的方案使得4場之間背光的色差很小，有效減輕了色分離現象。

4.液晶驅動信號計算

通過步驟3處理得到4場各自的背光驅動值，以復現原始圖像內容為目標計算液晶驅動信號值；由于液晶電視中勻光膜、擴散膜等器件的作用，背光光強的實際分布無法直接使用圖5中的背光驅動值，而是需要先將背光驅動值與液晶面板實際的點擴散函數卷積而成，結果如圖6。

以各個像素點原始輸入信號為目標，結合式(1)，四場液晶驅動信號LC₁，LC₂，LC₃，LC₄滿足下式：

其中，為新基色第j個色坐標P_j在顯示器原始背光紅綠藍基色的三刺激值，j＝1,2,3,4，C_new表示新基色的色彩轉換矩陣，列向量包含的分量X，Y，Z為各個像素的三刺激值，與式(1)中含義相同。4場液晶驅動為4個未知數，在式(6)中僅包含3個等式條件，為不定方程。理論上式(6)存在的解不唯一。將上式進行優化，即可得到子場間液晶驅動分布的液晶驅動信號值。

考慮到240Hz的高幀頻對液晶響應速度帶來巨大的要求，在計算4場液晶驅動時，應該盡避免子場之間的液晶驅動值產生劇烈變化。

本實施例提出一種子場間液晶驅動分布的液晶驅動信號值的優化方法如下：

變換式(6)，以LC₄為未知數，其余場的液晶驅動值全部用LC₄表示，如下式：

k＝X₁(Y₂Z₃-Y₃Z₂)-Y₁(X₂Z₃-X₃Z₂)

+Z₁(X₂Y₃-X₃Y₂)

由于液晶驅動表征了液晶的透過率，所以LC₁，LC₂，LC₃，LC₄均處于區間[0,1]內，將式(7)代入區間，可求得LC₄的范圍，記為[LC_4min,LC_4max]；為了保證子場間液晶驅動值分布均勻，利用方差公式，記S為四場液晶驅動方差，公式如下：

將上面式(7)各個子場的表達式代入式(8)四場液晶驅動方差表達式的方差計算中，最終轉化為一個關于未知數LC₄在區間[LC_4min,LC_4max]上二次函數最小值的問題，利用二次函數拋物線特性求解，可得滿足方差S最小時四場液晶驅動信號LC₁，LC₂，LC₃，LC₄的解。最終4場的液晶驅動值如圖7。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出：對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。