本發明涉及一種基于概率統計的優化液晶顯示設備局部區域動態背光的控制方法，屬于顯示器件算法領域。

背景技術：

隨著顯示技術的高速發展，人們對于顯示設備的要求也不斷提高。高色域，高對比度，低功耗，大尺寸的顯示設備逐漸受到越來越多人的青睞。此外，移動設備的發展也對于顯示功能提出了更多新的需求。

傳統的液晶顯示在暗場下并不能完全重現圖像內容，由于液晶分子的不完全關閉缺陷，局部動態背光技術用于克服液晶材料本身的缺陷。然而對于現有的動態背光液晶顯示設備，傳統的局部動態背光算法存在以下缺陷：(1)對于圖像對比度較高的情況，由于液晶的不完全關閉，較亮分區的背光導致出射光過高，從而導致運動圖像的背光突變；(2)由于過于保守的背光估計，導致對于大多數圖像背光降低不足，節約能耗有限。

目前國內外有一些機構進行液晶動態背光的研究，然而主要研究方向集中在動態對比度的提升，能耗的優化，驅動模塊的設計，背光模組的研發等。公開號為CN101777311A名稱為“一種動態背光控制方法”的中國專利發明了一種背光亮度檢測與控制方法，公開號為CN105679256A名稱為“動態背光調整方法與裝置”的中國專利發明了一種背光亮度調整方法與動態背光調整裝置等。對于液晶顯示均勻性優化，國內外很少有機構研究，對于節能的實現，現有算法效果仍然有限。對于移動設備的液晶顯示，由于成本，驅動電路面積等條件的限制，只能使用分區較少的動態背光，從而導致更嚴重的背光突變從而嚴重影響顯示效果。

技術實現要素：

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明設計了一種優化液晶顯示設備局部區域動態背光的控制方法，能夠自適應的檢測圖像變化，并根據圖像內容實時修正背光，從而達到保證圖像信噪比的前提下，優化顯示效果，提高顯示質量的目的。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種優化液晶顯示設備局部區域動態背光的控制方法，該控制方法包括：

(1)固定分塊下檢測各分區下圖像灰度分布，得到各個分區下的圖像灰度直方圖，并根據直方圖分布得到各分區亮度的估計；

(2)檢測幀間直方圖差異并加權求和得到圖像變化的估計，并根據估計結果得到背光的修正參數；

(3)判斷各分區亮暗情況，通過背光修正參數動態修正初始背光，控制背光改變；

(4)根據所得背光動態修正圖像內容。

進一步的，所述圖像灰度直方圖由各個分區內的圖像內容每一像素的RGB三通道灰度的最大值分布得到。數據范圍為0～2ⁿ-1，n為灰度級數由具體的顯示系統決定，通常為8。當前幀像素個數由圖像分辨率決定，不同分區的直方圖相互獨立。

進一步的，所述各分區的亮度估計由灰度直方圖的極值與分布范圍得出。所述極值取99％的灰度點，所述分布范圍取95％到最低值的距離占整個分布范圍的比例。根據預定義的系數算出初步的背光降低比例。

進一步的，所述幀間直方圖差異，首先對相鄰幀的直方圖求差值，計算結果進行加權求和，最終結果做歸一化處理與冪律變換，然后得到修正參數。

進一步的，所述亮暗塊判別通過比較每個塊與相鄰塊的直方圖極值，若大于周圍所有塊則為亮塊，若小于周圍任意塊則為暗塊。

進一步的，所述背光計算方式通過當前分區的亮暗判斷，如為亮塊，則通過計算所得極值與分布范圍計算背光降低參數，如為暗塊，則根據周圍亮塊的參數與修正參數計算修正的結果。

進一步的，所述修正圖像內容通過所得背光降低系數與伽馬公式反推得到像素修正參數。

有益效果：該方法的背光修正根據圖像內容分布設置背光，根據圖像的變化來動態修正背光關系。根據圖像的極值修正背光，保證了背光降低的基礎，根據圖像的分布修正背光，發掘了背光降低的潛力。通過對于圖像幀間直方圖差異的檢測，得出對圖像內容運動速度的估計，通過對不同灰度賦予不同的權重，使亮像素的主導作用更加突出。然后通過運動快慢來修正不同塊間背光的關系，使運動緩慢時圖像背光受各自圖像內容主導，較快時受亮塊主導，從而實現低速運動下保證節能，高速運動下保證背光的平穩變化的效果。最終實現了保證高對比度的同時，優化了運動圖像下的顯示均勻性。

附圖說明

附圖1為本發明所述方法的實施流程圖；

附圖2為本發明中直方圖分布與參數選取示意圖；

附圖3為本發明中幀間直方圖差異計算示意圖；

附圖4為本發明中冪指數變換示意圖；

附圖5為本發明中亮暗塊判別示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。

如圖1所示，本發明具體實施流程圖如下，其中具體顯示了動態背光控制的方法：

S11、通過統計得出每個塊下所有像素的灰度值，然后分區域進行直方圖統計。在本發明方法中，圖像灰度以RGB為例，顯示圖像系統取8bit系統，即灰度范圍為0-255。取每個像素RGB三通道的最大值作為最終該點的灰度值。然后對各個分區內部進行直方圖統計，統計得到不同灰度處的像素數列表。

如圖2所示，一直方圖分布實例，橫坐標為灰度，所述分布范圍為0-255，縱坐標為各個灰度點處所包含的像素個數。S21、由所得直方圖計算累計直方圖分布，依次對各個灰度點數值進行累加，當遇到第一個灰度不為0的點時，所在灰度值記做minw，即圖上標記2.1處；當所占比例為全部像素的95％點時，所在灰度記做grayw，即圖上標記2.2處；當所占比例為全部像素的99％點時，所在灰度記做maxw，即圖上標記2.3處。這里選取99％灰度所在位置是為了避免個別過亮像素引起的背光過度提升。通過公式：1-maxw/255 (1)

計算得出圖像的極值變量f。通過如下公式計算圖像對比度變量w。

其中w0為預定義參數，設為0.032。由于圖像亮的部分對比度對于圖像質量影響較大，因此在圖像較亮部分對比度較大時，grayw所占比例較小，w值較小，最終得到背光較亮，保證圖像質量。反之，圖像較亮部分對比度較小時，grayw所占比例較大，w較大，最終背光較暗，減小能耗為主。

如圖3所示，S22、所述相鄰幀間直方圖差值計算，直方圖b與直方圖a差值結果即為直方圖c。較亮像素的運動對圖像的均勻性影響起主導作用，對亮像素的變化賦予更高的權重。因此對灰度0賦予權重0,灰度1賦予權重1，以此類推，灰度255權重即為255。然后對于每個灰度的值進行加權求和。公式如下

其中，h(i)為灰度為i處的差值直方圖數據，we(i)為灰度為i處的權重。

如圖4所示，S33、所述修正系數c通過對差異估計imdiff進行冪指數變換得到。

其中n為收斂系數。n越大，c收斂越快，最終效果是顯示均勻性更高，但帶來的代價為能耗節約不足，反之，n越小，c收斂越慢，最終能耗節約更明顯，但顯示均勻性不足。這里n定義為20，根據具體情況可適當增大或減小n，以實現最優顯示。

如圖5所示，S32、所述亮暗判別過程如下。圖中所示為任意分區與周圍八個分區的一個例子，依次查找每個塊周圍所有塊(不包括當前塊)的f，求出其中的最小值fmin，令fmin＝min(f(m,n))，其中f(m,n)≠f(2,2)。若當前分區為邊界或者角落區域，則僅查找圖像內部區域。為避免多個暗塊相鄰的情況下一個暗塊因靠近明塊而使背光亮度降低較小從而影響不相鄰的暗塊，最終導致背光差距過大，設置min(fmin)＝0.4。即假設每個暗塊旁邊至少有一個f為0.4的明塊，雖然會犧牲一點能耗，但可以保證背光最終的均勻。比較當前塊f與fmin的大小，如果f>fmin，則說明周圍至少存在一個更高亮度的塊，即當前塊為暗塊。反之，則說明周圍不存在一個更高亮度的塊，即當前塊為明塊。

S41、通過如下公式計算各個分區的背光系數k，可根據情況選擇能耗優先或均勻性優先的方式，公式前半部分為一般背光計算，后半部分為修正背光計算：

能耗優先：

均勻性優先：

其中：w為圖像對比度變量，

S51、計算得到最終的各個分區的背光系數，通過驅動背光模塊，可以使背光降低到對應的亮度。由背光與出射光關系的伽馬公式

反向推導，背光BL乘以系數k，對灰度g除以即可對像素數據的修正以保持出射光大小不變。

通過上述方案，本發明通過對背光的動態修正，能在保證圖像信噪比的同時，增大圖像的動態對比度，并實現動態背光下的均勻性優化，從而實現優化主觀顯示效果的目的。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。