图像处理设备和图像处理方法
【专利说明】图像处理设备和图像处理方法
[0001]对相关申请的交叉引用
[0002]包括说明书、附图和摘要的于2014年7月30日提交的日本专利申请第2014-154710号的公开内容的整体通过引用合并于此。
【背景技术】
[0003]本发明涉及图像处理设备和图像处理方法，具体而言，它可以适当地应用于具有背光控制的液晶显示器。
[0004]作为具有背光的液晶显示器设备(LCD)中的功率消耗减少技术，峰值ACL(自动对比度限制)控制是已知的。在峰值ACL控制中，检测亮度的峰值(即，视频信号中的最高亮度)，将背光的亮度降低到为涉及的峰值的显示所需要的最小值，并且对整体视频信号执行壳度调制，以便具有涉及的峰值的像素的视频?目号输出变为100%。例如，最壳的像素的壳度(即，一个帧内的峰值)是显示单元的最大亮度的50%，则将背光亮度降低到50%，并且执行亮度调制，从而使帧的视频信号翻倍。由100%背光亮度乘以50%视频信号所显示的亮度与由50%背光亮度乘以100%视频信号所显示的亮度相同。相应地，可以降低背光的功率消耗，而不会降低所显示的图像的亮度。
[0005]另一方面，补偿视频信号以便改进关于人类能见度的亮度的技术是已知的。对于普通视频信号，一般执行校正以补偿显示面板的伽玛(gamma)特征(伽玛校正)。在普通伽玛校正中，通过偏移显示面板的伽玛特征来进行校正，以便视频数据和显示亮度可以具有比例关系。另一方面，通过向将显示亮度与视频数据的关系从作为整体的比例关系移向高亮度一侧的方向调整伽玛校正的校正量，可以改进关于人类能见度的亮度。也可以通过执行校正，以便显示亮度与视频数据的关系比所述比例关系在低亮度一侧变得更小并且在高亮度一侧变得更大，以改进关于人类能见度的亮度，由此增强对比度。
[0006]专利文献1公开了一种显示单元，该显示单元旨在在节能LCD的背光控制系统中改进低亮度层次(gradat1n)的能见度。显示单元包括基于视频信号的平均亮度(APL:平均图片电平)来调整背光亮度的APL曲线设置单元；基于亮度直方图来调制背光亮度和层次信号的亮度直方图调制器；以及，基于预先设置的伽玛值来执行已调制的层次信号(K2)的伽玛校正的黑色校正单元(参考专利文献1的图2)。黑色校正单元选择伽玛信息存储单元中的伽玛值，该伽玛信息存储单元存储多个伽玛值的对应关系以及由直方图亮度调制器调整的背光亮度(D2)和亮度信号(F)的组合。由于最佳伽玛值是根据背光控制值和环境照明计算出的，因此可以在低亮度层次中改进能见度。
[0007][专利文献]
[0008](专利文献1)日本未经审查的专利申请公开第2011-53264号
【发明内容】
[0009]由本发明人对专利文献1进行的检查揭示了存在下列新问题。
[0010]专利文献1中描述的显示单元改变伽玛特征，并且执行控制，以防止能见度劣化，以便针对背光控制操作中的低亮度层次的能见度劣化进行改进。具体地，根据背光亮度的降低来执行处理，以降低伽玛值并且增强低亮度层次的亮度，以及实现针对低亮度层次的能见度劣化的改进。因此，效果绝对地仅限于通过背光控制操作来补偿能见度的劣化；相应地，难以改进观看者感受到的关于能见度的亮度。
[0011]下面说明了对这样的问题和其他问题的解决方案，以及根据对本说明书和各个附图的描述，本发明的新的特征将变得清楚。
[0012]根据本申请的一个实施例如下所示。
[0013]图像处理设备接收视频输入信号，并且将视频输出信号和背光控制信号提供到具有背光控制器的耦合的显示面板。图像处理设备包括亮度调制器、背光控制增益调整单元、峰值检测器和直方图检测器。峰值检测器计算作为输入的视频输入信号在规定区域中的最大亮度值的峰值。直方图检测器计算关于视频输入信号在规定区域中的亮度值的频率分布。基于由峰值检测器计算出的峰值和由直方图检测器计算出的频率分布，亮度调制器对于每个像素将视频输入信号的亮度值转换为视频输出信号的亮度值，并且输出视频输出信号。背光控制增益调整单元基于峰值来创建背光控制信号。注意，规定区域是当对于显示面板中的每个分割的区域执行背光控制时的背光控制的目标区域。
[0014]下面简要地说明通过上文所描述的一个实施例获得的效果。
[0015]S卩，可以执行峰值ACL控制以降低背光的功率消耗，同时可以根据视频输入信号的图片模式自适应地改进能见度。
【附图说明】
[0016]图1是示出了根据实施例1的图像处理设备的配置的示例的框图；
[0017]图2是示出了比较性示例1的图像处理设备的配置的框图；
[0018]图3是示出了比较性示例2的图像处理设备的配置的框图；
[0019]图4是示出了具有小伽玛值和大伽玛值的伽玛特征的说明图；
[0020]图5是示出了具有S形曲线的伽玛特征的说明图；
[0021]图6是示出了用于计算低/中间图片级别中的亮度分布率的预处理的说明图；
[0022]图7是示出了用于计算中间图片级别中的亮度分布率的预处理的说明图；
[0023]图8是示出了具有模式自适应S形曲线的伽玛特征的说明图；
[0024]图9是示出了亮度调制处理之前的图片级别的直方图的附图；
[0025]图10是示出了具有固定伽玛的亮度调制处理之后的图片级别的直方图的附图；
[0026]图11是示出了亮度调制处理之前的图片级别的直方图的附图；
[0027]图12是示出了直方图中的重心点的检测方法的说明图；
[0028]图13是示出了 S0C中的图像处理设备的配置的示例的框图；
[0029]图14是示出了图像处理设备的操作的示例的处理流程图；
[0030]图15是示出了根据实施例2的图像处理设备的配置的示例的框图；
[0031]图16是示出了图像处理设备的输入/输出特征的示例的曲线图；
[0032]图17是示出了视频输出信号中的误差特征的曲线图；
[0033]图18是示出了根据实施例3的图像处理设备的配置的示例的框图；
[0034]图19是示出了黑色电平校正的说明图；以及
[0035]图20是示出了根据实施例4的图像处理设备的配置的示例的框图。
【具体实施方式】
[0036]1.实施例的概述
[0037]首先，将说明在本申请中所公开的典型的实施例的概述。在关于典型的实施例的概述说明中在括号中所引用的附图的数字符号仅仅示出了该数字符号所附加到的组件的概念中所包括的内容。
[0038](1)〈模式自适应伽玛校正>
[0039]根据本申请中所公开的典型的实施例的图像处理设备(100)包括亮度调制器，该亮度调制器接收视频输入信号，并且计算要提供给耦合的显示面板(90)的视频输出信号；以及背光控制增益调整单元(10)，所述背光控制增益调整单元(10)计算要提供给设置在所述显示面板中的背光控制器(91)的背光控制信号。图像处理设备还包括峰值检测器
(3)，该峰值检测器(3)计算作为视频输入信号在规定区域中的最大亮度值的峰值；以及直方图检测器(2)，该直方图检测器(2)计算关于视频输入信号在规定区域中的亮度值周围的频率分布。
[0040]亮度调制器基于所述峰值和所述频率分布，对于每个像素将所述视频输入信号的亮度值转换为所述视频输出信号的亮度值。所述背光控制增益调整单元基于所述峰值来计算所述背光控制信号。
[0041]根据该配置，可以执行峰值ACL控制以降低背光的功率消耗，同时可以根据视频输入信号的图片模式自适应地改进能见度。优选的是，将规定区域与当对于显示面板中的每个分割的区域执行背光控制时的背光控制的目标区域进行匹配。
[0042](2) <总控制增益计算单元>
[0043]在第1段中，图像处理设备还包括峰值ACL控制增益计算单元⑷、模式自适应伽玛特征计算单元(8，9)和总控制增益计算单元(5)。
[0044]峰值ACL控制增益计算单元基于所述峰值与所述视频输出信号的最大可能值的比率来计算峰值ACL控制增益，其中利用所述峰值ACL控制增益来放大所述视频输入信号的每个像素的亮度。所述模式自适应伽玛特征计算单元基于所述频率分布来计算亮度调制增益，其中利用所述亮度调制增益来调制所述视频输入信号的每个像素的亮度。所述总控制增益计算单元计算所述峰值ACL控制增益和所述亮度调制增益的乘积作为总控制增益。所述亮度调制器基于所述总控制增益，对于每个像素将所述视频输入信号的亮度值转换为所述视频输出信号的亮度值。
[0045]根据该配置，与按顺序执行使用亮度调制增益的转换和使用亮度调制增益的转换相比，可以将对视频输入信号的量化误差的生成抑制为较小的量。
[0046](3)〈模式自适应伽玛校正=小伽玛/S形曲线直方图均衡化>
[0047]在第2段中，模式自适应伽玛特征计算单元基于第一函数(81)、第二函数(82)和第三函数(83)中的至少一项以及峰值来计算亮度调制增益。
[0048]第一函数(小伽玛)没有拐点，并且增强所述视频输入信号的每个像素的亮度。
[0049]第二函数(S形曲线校正)具有一个拐点，并且增强关于所述视频输入信号当中的所述频率分布的重心上方的高亮度像素的亮度，降低关于所述重心下方的低亮度像素的亮度。
[0050]第三函数(直方图均衡化)对频率的累积值与所述频率分布的亮度值的关系进行线性化。
[0051]根据该配置，提供了用于根据视频输入信号的图片模式来自适应地增强能见度的具体亮度调制函数。可以通过使用第一函数(小伽玛)、第二函数(S形曲线校正)和第三函数(直方图均衡化)中的一个或组合，或通过使用与其他函数的组合，应用更适合于视频输入信号的图片模式的亮度调制函数。
[0052](4)〈模式自适应伽玛校正=第一、第二和第三函数的选择性的应用>
[0053]在第3段中，图像处理设备还包括频率分布率计算单元(7)。
[0054]当在所述频率分布中没有观察到局部化分布时，所述频率分布率计算单元导出第一函数，并且将第一函数提供到所述模式自适应伽玛特征计算单元。
[0055]当所述频率分布局部地分布在一个位置处时，所述频率分布率计算单元导出第二函数，并且将第二函数提供到所述模式自适应伽玛特征计算单元。
[0056]当所述频率分布局部地分布在多个区域处时，所述频率分布率计算单元导出用于基于所述频率分布中的频率的累积值指定伽玛值的第三函数，并且将第三函数提供到所述模式自适应伽玛特征计算单元。
[0057]根据该配置，通过选择性地应用第一函数(小伽玛)、第二函数(S形曲线校正)和第三函数(直方图均衡化)中的一个，可以根据视频输入信号的图片模式，自适应地增强能见度。
[0058](5)〈模式自适应伽玛校正=第一、第二和第三函数的混合应用>
[0059]在第3段中，频率分布率计算单元并行地导出第一函数、第二函数和第三函数
(80)，进一步通过第一函数、第二函数和第三函数的加权加法导出第四函数(84)，并且将第四函数提供到所述模式自适应伽玛特征计算单元，以代替第一函数、第二函数和第三函数。
[0060]根据该配置，通过应用组合了第一函数、第二函数和第三函数的函数，可以根据视频输入信号的图片模式，自适应地增强能见度。
[0061]出)〈模式自适应伽玛校正=调整第一、第二和第三函数的混合比>
[0062]在第5段中，频率分布率计算单元基于所述频率分布，调整第一函数、第二函数和第三函数的权重。
[0063]根据该配置，当应用组合了第一函数、第二函数和第三函数的函数时，可以应用更适合于视频输入信号的图片模式的亮度调制函数。
[0064](7)〈模式自适应伽玛校正=用于评估频率分布的预处理>
[0065]在第4段或第6段中，频率分布率计算单元基于加权的频率分布来评估视频输入信号的特征，其中，所述加权的频率分布是通过将指定与视频输入信号的亮度值对应的