[发明专利]一种基于改进混洗蛙跳算法的区域背光动态调光方法

说明书

一种基于改进混洗蛙跳算法的区域背光动态调光方法，在基于图像亮度典型特征值的基础上将区域背光动态调光问题转化为一个最优化问题，并将一种改进的混洗蛙跳算法应用于求解这一问题，以在所有的分区亮度分布方案中找到一种满足在不大于某一能耗的情况下使区域调光后的图像拥有最高的显示质量。即，先是通过基于图像亮度特征参数统计的方法确定一组初始背光亮度，然后通过一种改进的混洗蛙跳算法来求解各分区的最佳背光亮度，从而获得最优的分区背光亮度分配方案。本发明确定的区域背光亮度分布方案能降低调光后图像出现的失真从保证图像显示质量，同时还能较大程度地降低能耗，较好地平衡了图像显示质量与能耗之间的相互制约的关系。

技术领域

本发明涉及一种区域背光动态调光方法。特别是涉及一种基于改进混洗蛙跳算法的区域背光动态调光方法。

背景技术

1、区域背光亮度调节问题

背光模组是液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)的主要耗能部件，几乎90％的电量能消耗在背光板上。传统的LCD的背光源采用恒定亮度的面光源，背光亮度不能根据显示图像的内容而动态变化，即使在显示暗景图像时背光源亮度也始终处于常亮状态，这导致能耗浪费较大。同时，这种背光模式使得液晶存在严重的漏光现象而限制了LCD对比度的提高，这导致显示画面对比度低进而影响到显示质量。为了降低功耗同时提高画面显示质量，区域背光动态调光技术被提出。该技术可以实时地根据显示内容动态调节相应分区的背光亮度。即对于暗区域，降低其背光亮度；而对于高亮区域，其背光亮度与初始亮度保持不变或稍有所降低。这样不仅有效地降低了功耗，还有效地提高了LCD的对比度进而提升显示质量。

对于区域背光的LCD背光模组来说，关键是确定各分区的背光亮度。我们知道，分区背光亮度降低的越多越有利于节能，但过度地降低背光亮度可能影响到图像的显示质量，因此，在确定分区背光亮度时应该综合考虑这两方面的因素。能耗和显示质量这两者之间不是完全对立的关系，在一定程度上，它们之前存在相互促进的作用。为更好地平衡这两个因素对确定分区背光亮度的影响，可以将确定分区背光亮度看作是一个寻优的过程，即找到满足能耗与显示质量都达到最佳状态下的折衷点，如图1所示。因此，可以将区域背光动态调光问题转化为一个最优化问题，即在所有的分区亮度分布方案中，一定存在一种方案满足在显示质量一定的情况下能耗最低或是能耗一定的情况拥有最高的显示质量。

假设背光模组采用区域背光模式的LCD系统，其液晶面板大小为m×n，对于像素点ii，人眼从液晶屏上所感受的亮度为y_ii，则它表示为：

y_ii＝a_ii·b_ii

写成Hadamard积矩阵的形式：

式中，a_ii和b_ii分别是对应于像素i的液晶面板光透射系数和背光亮度。a∈R^m×n是液晶面板中每个液晶像素光透射系数构成的矩阵，b∈R^m×n所有像素点背光亮度组成的矩阵。如果b_ii＝0，则说明像素ii的背光亮度为0，此时没有光照射到该像素上；如果b_ii＝1，则说明此时对应于像素ii的背光是全开的。由于液晶本身的漏光特性，a_ii的值不可能为0。

理论上，背光模组可以做到每一个像素点对应于一个背光分区，即每个像素都对应一个背光源LED灯，但考虑到成本、散热性能等多方面的因素，实际应用中都是一个分区包含成百上千个像素点，这种情况下就存在分区之间光的串扰问题，即像素点ii的实际背光亮度不仅受来自它自身所在分区背光亮度的影响，还受其他背光分区亮度的影响。所以，在模拟光扩散的过程中，可以将所有分区背光亮度对像素i背光亮度的贡献表示为点扩散函数(Point Spread Function，PSF)系数矩阵H，则b_i即是矩阵H中对应的点扩散函数向量h与相应的LED灯发光强度乘积的总和，故有：