专利名称：一种自动确定显示器亮度的方法、装置及一种显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种自动确定显示器亮度的方 法、装置及一种显示器。
背景技术：
随着信息技术的发展，摄像头已经在很多的多媒体设备中得到普及，这些 设备经常工作在不同的环境中，根据摄像头信息得到周围环境的亮度信息有时 非常有用，比如根据环境亮度变化，改变显示器(例如笔记本、台式机和手机 的显示器等)的显示亮度，从而在节省电能的同时，又保护了人们的视力。现有技术中， 一般通过专门的测光传感器(照度计等)测量环境光亮度。 这种方法测量的精度高，但是需要独立的设备，在很多场合使用不方便。现有 技术还可以采用光敏电阻来测定环境亮度，但是，采用光敏电阻来测定环境亮 度的技术方案，由于需要增加一个或几个光敏电阻，从而增加了成本，同时也 增加了装置的复杂度。另夕卜，现有技术中也有通过摄像头估算环境亮度的方法， 但是该方法只是根据曝光时间筒单地将环境亮度粗略的分为几个等级，没有考 虑图像釆集设备对图像亮度的影响，并且，对环境亮度的分级也过于简单，所 以这种方法得到的环境亮度的精度不高。综上所述，现有技术中确定环境亮度的精确度低，实现复杂、成本高，并 且，没有提供根据显示器的环境亮度的改变，自动改变显示器的显示亮度的技 术方案。发明内容本发明实施例提供了一种自动确定显示器亮度的方法、装置及一种显示
器，用以实现根据环境亮度自动调整显示器的显示亮度。本发明实施例提供的 一种自动确定显示器亮度的方法，包括获取显示器所处环境的亮度；根据显示器的环境亮度与显示器的显示亮度的比例关系，确定所述显示器 的显示亮度。本发明实施例提供的一种自动确定显示器亮度的装置，包括 环境亮度单元，用于获取显示器所处环境的亮度；显示亮度单元，用于根据显示器的环境亮度与显示器的显示亮度的比例关 系，确定所述显示器的显示亮度。本发明实施例提供的一种显示器，包括自动确定显示器亮度装置，用于获取自身所处环境的亮度；并且，根据自 身的环境亮度与显示亮度的比例关系，确定自身的显示亮度。本发明实施例，根据显示器的环境亮度与显示器的显示亮度的比例关系， 确定所述显示器的显示亮度。从而，在节省电能的同时，又保护了人们的视力。
图1为本发明实施例提供的方法流程示意图； 图2为本发明实施例提供的方法流程示意图； 图3为本发明实施例提供的装置结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例，提供了一种自动确定显示器亮度的方法、装置及一种显示 器。用以根据显示器的环境亮度，自动确定显示器的显示亮度，使得显示器的 显示亮度可以随着环境亮度的改变，自动进行相应调整，以适合人眼观看。 其中，显示器的环境亮度可以通过成像设备获取的图像平均亮度确定。 本发明实施例中所提到的成像设备，包括摄像头、数码相机、摄像机以及 其他所有支持自动曝光方式的成像设备。本发明实施例中提到的显示器包括笔 记本显示器、台式机显示器、手机显示器、数码相机显示器、数码摄像机显示 器、数字电话显示器以及所有能够控制显示亮度的显示器。本发明实施例对于 所有既包含成像设备又具有显示器的装置，无需增加额外硬件便能够根据成像 设备的曝光参数测定环境亮度，并控制显示器的亮度。参见图1，本发明实施例提供的自动确定显示器亮度的方法，具体包括5101、 通过成像设备获取的图像平均亮度，并根据所述图像平均亮度确定 显示器所处环境的亮度。5102、 根据显示器的环境亮度与显示亮度成正比的关系，通过环境亮度确 定显示亮度。5103、 对确定的显示亮度进行四舍五入，将显示亮度的浮点值转换为整数 值，并且，限定该整数值在预先设置的显示亮度范围内，得到显示器显示亮度 的初始值，并按照该初始值设置显示器的显示亮度。5104、 周期计算一定时间内曝光时间的方差，判断该方差是否小于预先设 定的方差阈值，并且，所述一定时间大于预先设定的时间阈值，如果是，则确 定环境亮度发生变化，进行步骤S105;否则，进行步骤S108。5105、 根据变化后的环境亮度，更新显示亮度。5106、 判断更新后的显示亮度是否大于第一阈值，并且，小于第二阈值， 如果是，则进行步骤S108;否则，进行步骤S107。5107、 根据更新后的显示亮度，调整显示器的显示亮度。5108、 保持显示器的显示亮度不变。 下面对上述步骤进行具体的解释说明。首先，说明一下本发明实施例中确定环境亮度的方法。 环境亮度用来代表环境的明暗程度。环境亮度通过光通量表示，光通量为 光源在单位时间内向周围空间辐射并引起视觉的能量，用符号cp表示，单位为 流明(lm)。照度是用来表示被照面(点)上的光的强弱。投射到被照面上的
光通量与被照面的面积之比称为该面的照度，用符号E表示，E=cp/S,其中cp 为被照面上接收的光通量。成像设备中的感光器件的感光过程是电荷累加积分 的过程，它的输出结果等于在曝光时间内，入射到感光器件靶面上的电荷总和。 感光器件的输出结果和入射到靶面上的光通量成正比，也和感光器件的靶面照 度成正比。因此，本发明实施例中，近似认为环境光是均勻分布的，通过感光 器件的靶面照度来近似表示光通量，从而确定环境的平均亮度。本发明实施例中，设置感光器件的靶面照度为L(单位为lux),感光器件的 面积为&,，感光器件的曝光时间(即感光器件的感光时间)为ET,感光器 件输出的图像平均亮度为<formula>formula see original document page 8</formula>。此外，为了增加感光器件支持的环境亮度范围，还会在感光器件得到的图像平均亮度上乘一个增益，假设该感光器件增益为；，则r丄=丄**w*&，。那么，可以采用以下四种方法，确定显示器的环境亮度方法一才艮据感光器件输出的图像平均亮度，利用感光器件的靶面照度作为环境亮度的度量。根据感光器件的面积&_、感光器件输出的图像平均亮度r;L、曝光时间fr以及感光器件增益^,，，计算感光器件的靶面照度L,从而确定环境亮度。砂〃7根据公式p *￡T*S .可得<formula>formula see original document page 8</formula>根据公式(l)可以计算得到感光器件的靶面照度L,从而确定环境亮度。 其中，感光器件输出的图像平均亮度，可以通过读取相应寄存器得到。当然，在得到图像数据的情况下，对图像中所有像素亮度求平均也可以得到感光器件输出图像平均亮度。在公式(l)中，需要已知感光器件的面积，而测定感光器件面积需要额外的工作。为了节省测定感光器件面积的工作量，考虑到一般设备的成像单元是固定的，即感光器件面积是固定不变的。所以设定参数L，，并且丄'=1*& ,当
感光器件固定时，其面积便为一常数。对固定的成像设备，丄'与环境亮度成正 比，可以采用Z'作为环境亮度的度量。方法二当感光器件面积固定不变时，根据感光器件输出的图像平均亮度， 利用参数L，作为环境亮度的度量。根据成像设备的感光器件输出的图像平均亮度r丄,、曝光时间fr和感光器 件增益&皿，计算感光器件的靶面照度L,从而确定环境亮度。可以根据公式<formula>formula see original document page 9</formula>(2)确定环境亮度。在实际应用中，成像设备中除了感光器件外，还会包含图像信号处理模块 (isp), isp会对图像亮度、图像对比度、色彩等进行处理和调整，从而影响 最终得到的图像平均亮度。因此，本发明实施例，考虑了 isp对图像平均亮度 的影响，以使确定的环境亮度更加准确。isp中会对图像平均亮度产生较大影响的模块包含图像亮度整体增益 (Global Gain)模块，和亮度分量的伽马校正(Y伽马校正，即YGamma)模块 等，其他如R、 G、 BGamma，和自动白平衡(AWB, Automatic White Balance) 等模块对平均亮度的影响较小，为了减少运算复杂度，本发明实施例中仅考虑 图像亮度整体增益和Y伽马校正对图像平均亮度的影响。图像亮度整体增益是为了进一步扩展支持的亮度范围而对成像设备输出 的图像平均亮度整体乘以一个倍数，而Y伽马校正是为了补偿人眼对于亮度的 响应曲线， 一般是采用一个函数f(x)对图像平均亮度进行调整。假设图像亮度整体增益为G卿，Y伽马校正的校正函数为f(x)，已知感光器件输出图像平均亮度为y丄，经isp处理后的图像平均亮度为K丄"，则有C，-^y:*6;),可以推出函数/—'U)为Y伽马变换f(x)的反变换。方法三根据ISP输出的图像平均亮度，利用感光器件的靶面照度作为环 境亮度的度量。根据感光器件面积&_,.、 isp输出的图像平均亮度r丄,、曝光时间fr和感光器件增益&,",以及ISP的图像亮度整体增益G，和Y伽马变换的反变换/"(z),确定环境亮度。根据公式(1 )和(3)可以推出 * /77"* 。根据公式(4)可以计算出感光器件的靶面照度L,从而确定环境亮度。 其中，所述ISP输出的图像平均亮度K，，是在ISP相关处理中计算得到的，所以可以读取相应寄存器得到r丄^的值。当然，在得到图像数据的情况下， 对图像中所有像素亮度求平均也可以得到ISP输出的图像平均亮度y丄,。方法四当感光器件面积固定不变时，根据ISP输出的图像平均亮度，利 用参数L，作为环境亮度的度量。在感光器件面积5"，。,为一常数，固定不变时，通过^^式(2)和公式(3)可以推出丄，—/ 1(y二)/G脚" (5)所以，还可以根据公式(5)计算参数L，，确定环境亮度。 上述曝光时间ET,可以通过以下公式得到^T=nne;j (6)其中，r,为固定常数，ET—Step为曝光时间调整级数。对于室内模式下， 为了防止出现flicker现象(即图像中出现条带)，T鄉一般取为供电电压能量周
期的整数倍，对于我国50Hz供电系统而言为1/100秒，而对于其他采用60Hz的供电系统而言为1/120秒。而室外模式下，为了增加亮度调整范围，^卿一般 取为供电电压能量周期1/N倍，N为正整数。对于50Hz供电系统而言为1/100N 秒，对于60Hz供电系统而言为1/120N秒。从成像设备的寄存器中可以读取 ET—St印，并获取7:",从而根据公式(6)计算得到ET的值。当应用场景限定，即为室外模式，或者50Hz的室内模式，或者60Hz的 室外模式三种情况中的一种时，此时r，固定不变，可以近似采用曝光时间调 整级数ET一Step来作为曝光时间ET的度量。根据公式(6),并分别根据公式(1)、 (2)、 (4)、 (5)可得<formula>formula see original document page 11</formula>'关系式(1)关系式(2)关系式(3)f (^J7(S3/7 ) Z ^脾》Z'正比于^H""卿 关系式(4)所以，综上，本发明实施例可以根据关系式(1)、 (2)、 (3)或(4)计算L或丄'，从而确定显示器的环境亮度。下面说明如何通过显示器的环境亮度确定该显示器的显示亮度。 对于数字的显示器，其亮度调节级别一般为离散值，例如从1级到N级，中间没有带小数的级数。考虑到人眼的特性，环境越亮时，显示亮度也应该越亮，环境越暗，显示亮度也应该越暗，即环境亮度和显示亮度成正比。因此，本发明实施例中，设定实际应用情况下，环境亮度范围为[几m/,],其对应的显示亮度范围为[Knm,Knax]。4 ，Z,分别为环境亮度的最大值和最小值，Kmln , Kn 为对应环境下显示亮度的最大值和最小值。为了能够得到环境亮度和对应显示亮度的对应关系，假定最小环境亮度和 最小显示亮度对应，最大环境亮度和最大显示亮度对应，而且，对应关系满足 7- 、<formula>formula see original document page 12</formula>考虑到显示亮度等级为离散值，而公式(7)中得到的V为浮点值，所以 需要对通过公式(7)得到的显示亮度的浮点值通过四舍五入转化为整数，并 限定最终结果在[4/"H范围内。那么，本发明实施例提供的最佳亮度等级可 以根据以下公式计算得到<formula>formula see original document page 12</formula> ( 8 )将公式(7)带入公式(8)得到<formula>formula see original document page 12</formula>其中，mmU,y)表示取x和y中的最小值，max"力表示取x和y中的最大 值，几腳J(力表示取浮点数x的四舍五入整数值。通过公式(9)处理得到显示亮度时，存在一个问题，即当环境亮度在某
个临界亮度附近范围存在微小变化时，使得kx- 4 的值在(N + 0.5)廳<醒-*仏-丄，))附近变化，N为整数，从而4吏得 1,- 的值在N和N+l 二者之间跳动，从而会使得显示器的显示亮度发生连续的跳跃闪烁。例如， 一段时间内根据公式(7)计算得到的亮度依次为4.6， 4.3， 4.7, 4.4，可以看到由于误差和环境亮度的变化，会使得测到的显示亮度等级发生抖 动。如果直接采用公式(9)计算离散化的亮度等级，则得到的显示亮度等级 对应如下5， 4， 5, 4。此时得到的显示亮度等级会在4级和5级之间跳动，
会使人眼不适。因此，本发明实施例提出更优的实施方案，即采用双阈值来确定最佳显示 亮度级别。首先，根据公式(9)和环境亮度L,得到初始化显示亮度。 对于之后的显示亮度的调整，采用如下方法进行假定当前显示器的显示亮度等级为N,根据公式(7)计算当前显示亮度。 根据下面公式更新当前显示器的显示亮度等级<formula>formula see original document page 13</formula> 其他 (丄0 )其中，^/和&为避免噪声引起的连续跳动的值，二者可以取为相同的值，也可以取为不同的值。^和^越大，则抗干扰能力越强，但是，灵敏度越差；^和4越小，则抗干扰能力越差，灵敏度越高。例如，K顶二o.3, 7兀=0.3，假定一段时间内根据公式(7)计算得到的显示 亮度依次为4.6, 4.3, 4.7， 4.4。而第一次采用公式(9)计算，得到显示亮度 等级为5，此后，采用公式(10)计算显示亮度，对于第二次根据公式(7)得 到的浮点显示亮度等级4.3，此时公式(IO)中讨=5,则根据公式(IO),此时<formula>formula see original document page 13</formula>—i mm(I/丽，max(7匪,7, +柳W(1/)))其他 ，计算得到离散的显示亮度等级为5。同理，对于第三次和第四次根据公式(7)分别得 到的4.7和4.4,根据公式(10)同样会得到5级的显示亮度，所以最终显示亮 度结果均为5,避免了在4、 5级之间跳动的情况。再例如，根据公式(7)计 算得到的显示亮度的浮点等级依次分别为5.4， 5.7, 5.3, 5.6。相应地，如果根据公式(9)计算则得到的显示亮度的离散等级分别为5,6,5,6。当假定^=0.3,4=0.3时，相应地，根据公式(10)计算，则得到显示亮度的离散等级均为5， 同样避免了跳动现象。
双阈值的好处就是避免了亮度发生跳动引起的人眼不适，只有当亮度变化 较大时，才会改变为另一个显示亮度等级。对于通过参数丄'作为环境亮度的度量的情况，只要将上述相应公式中的L直接替换为乙'，丄，，丄，替换为丄，，丄薩即可。其中，Z薩，4ax为丄'的最小值 和最大值。当环境发生变化时，本发明实施例涉及的自动确定环境亮度的算法(AE 算法)，需要一段时间才会稳定，即当环境发生变化时，本发明实施例需要等 待AE算法稳定后才确定环境亮度的变化。如果在没有稳定的时间内对环境亮 度进行判定，则会造成误差。因而，本发明实施例中，当AE算法稳定后才根 据公式(10)对最佳显示亮度级别进行判定和并调整。那么，确定环境亮度变化的方法包括计算某段时间^中曝光时间ET的方差4rr,如果曝光时间方差《r小于阈值&,且持续的时间』大于阈值& ，则确定环境亮度发生变化(自动曝光过程已经稳定)；否则，保持显示器的显 示亮度等级不变。当应用场景限定，即为室外模式，或者50Hz的室内模式，或者60Hz的 室外模式三种情况中的一种时，r,固定不变，可以近似采用曝光时间调整级 数ET一Step来作为曝光时间ET的度量。此时，确定环境亮度变化的更优方法 为计算某段时间』中曝光时间调整级数ET一Step的方差^—脚，如果曝光时间调整级数方差^ ^小于阈值r/,脚，且持续的时间』大于阈值7^,则确定环境亮度发生变化(自动曝光过程已经稳定)，判定并调节显示器的显示亮度 等级；否则，保持显示器的显示亮度等级不变。通过上述本发明实施例提供的自动确定显示器亮度的具体方法的介绍，参 见图2,可以概括出本发明实施例提供的总体方法包括5201、 获取显示器所处环境的亮度。5202、 根据显示器的环境亮度与显示器的显示亮度成正比的关系，通过所
述显示器的环境亮度确定所述显示器的显示亮度。 下面介绍一下本发明实施例提供的装置。参见图3，本发明实施例提供的一种自动确定显示器亮度的装置包括环 境亮度单元31和显示亮度单元32。所述环境亮度单元31,用于获取显示器的环境亮度。所述显示亮度单元32，用于根据显示器的环境亮度与显示器的显示亮度成 正比的关系，通过所述显示器的环境亮度确定所述显示器的显示亮度。所述显示亮度单元32包括存储单元321、确定单元322和调整单元323。所述存储单元321，用于存储预先设置的环境亮度范围和显示亮度范围， 其中，环境亮度的最小值和显示亮度的最小值相对应，环境亮度的最大值和显 示亮度的最大值相对应。所述确定单元322,用于根据所述环境亮度范围和显示亮度范围，以及当 前环境亮度，并且根据环境亮度与显示亮度的对应关系满足线性关系，确定当 前显示亮度，该确定的显示亮度为属于所述显示亮度范围的经过四舍五入化后 的显示亮度。所述调整单元323,用于根据所述显示亮度范围，对当环境亮度的变化时， 根据变化后的环境亮度更新显示亮度；判断更新后的显示亮度是否大于第一阈 值，并且，小于第二阈值，如果是，则保持显示器的显示亮度不变；否则，调 整显示器的显示亮度为更新后的显示亮度。所述调整单元323包括确定环境亮度变化单元3231、显示亮度更新单元 3232和调整显示器亮度单元3233。所述确定环境亮度变化单元3231，用于计算一定时间内的曝光时间的方 差；当所述方差小于一定方差阔值，并且，所述一定时间大于一定时间阈值时， 确定环境亮度发生变化，并触发所述显示亮度更新单元3232。所述显示亮度更新单元3232,用于当接收到所述确定环境亮度变化单元 3231的触发时，根据变化后的环境亮度更新显示亮度。 所述调整显示器亮度单元3233,用于判断更新后的显示亮度是否大于第一 阈值，并且，小于第二阈值，如果是，则保持显示器的显示亮度不变；否则， 调整显示器的显示亮度为更新后的显示亮度。本领域技术人员很容易想到将上述本发明实施例提供的装置应用于显示 器或其他设备上。本发明实施例提供的一种显示器包括自动确定显示器亮度装置，用于获取自身的环境亮度；并且，根据自身的 环境亮度与显示亮度成正比的关系，通过自身的环境亮度确定自身的显示亮 度。综上所述，本发明根据显示器的环境亮度与显示器的显示亮度成正比的关 系，通过显示器的环境亮度确定该显示器的显示亮度。使得显示器的显示亮度 随着环境亮度的变化自动进行调整，节省了电能，并保护了人们的视力。另外，本发明实施例中提供通过图像平均亮度确定环境亮度的技术方案， 使得确定的环境亮度更加准确，无需新增额外装置，实现简单，成本低。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发 明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及 其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1、一种自动确定显示器亮度的方法，其特征在于，该方法包括获取显示器所处环境的亮度；根据显示器的环境亮度与显示器的显示亮度的比例关系，确定所述显示器的显示亮度。
2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预先设置环境亮度范围和 显示亮度范围，其中，环境亮度的最小值和显示亮度的最小值相对应，环境亮 度的最大值和显示亮度的最大值相对应；根据所述环境亮度范围和显示亮度范围，以及当前环境亮度，并且根据环 境亮度与显示亮度的对应关系满足线性关系，确定当前显示亮度。
3、 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，该方法还包括调整当前显 示亮度的步骤当环境亮度变化时，根据变化后的环境亮度更新显示亮度； 判断更新后的显示亮度是否大于第一阈值，并且，小于第二阈值，如果是，则保持显示器的显示亮度不变；否则，调整显示器的显示亮度为更新后的显示亮度。
4、 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，判断所述环境亮度是否发 生变化的方法包括计算 一 定时间内的曝光时间的方差；当所述方差小于一定方差阈值，并且，所述一定时间大于一定时间阈值时， 确定环境亮度发生变化。
5、 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述曝光时间的值为所述 曝光时间的调整级数的值。
6、 根据权利要求1至5任一权利要求所述的方法，其特征在于，获取显 示器所处环境的亮度的步骤包括通过成像设备的感光器件，获取图像平均亮度； 获取所述感光器件的曝光时间和所述感光器件的增益；根据环境亮度与所述图像平均亮度成正比，与所述曝光时间和增益成反比 的比例关系，确定环境亮度。
7、 一种自动确定显示器亮度的装置，其特征在于，该装置包括 环境亮度单元，用于获取显示器所处环境的亮度；显示亮度单元，用于根据显示器的环境亮度与显示器的显示亮度的比例关 系，确定所述显示器的显示亮度。
8、 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述显示亮度单元包括 存储单元，用于存储预先设置的环境亮度范围和显示亮度范围，其中，环境亮度的最小值和显示亮度的最小值相对应，环境亮度的最大值和显示亮度的 最大值相对应；确定单元，用于根据所述环境亮度范围和显示亮度范围，以及当前环境亮 度，并且根据环境亮度与显示亮度的对应关系满足线性关系，确定当前显示亮 度。
9、 根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述显示亮度单元还包括 调整单元，用于当环境亮度变化时，根据变化后的环境亮度更新显示亮度；判断更新后的显示亮度是否大于第一阈值，并且，小于第二阈值，如果是，则 保持显示器的显示亮度不变；否则，调整显示器的显示亮度为更新后的显示亮 度。
10、 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述调整单元包括确定 环境亮度变化单元、显示亮度更新单元和调整显示器亮度单元；所述确定环境亮度变化单元，用于计算一定时间内的曝光时间的方差；当 所述方差小于一定方差阈值，并且，所述一定时间大于一定时间阈值时，确定 环境亮度发生变化，并触发所述显示亮度更新单元；所述显示亮度更新单元，用于当接收到所述确定环境亮度变化单元的触发 时，根据变化后的环境亮度更新显示亮度；所述调整显示器亮度单元，用于判断更新后的显示亮度是否大于第一「司 值，并且，小于第二阈值，如果是，则保持显示器的显示亮度不变；否则，调 整显示器的显示亮度为更新后的显示亮度。
11、 根据权利要求7至IO任一权利要求所述的装置，其特征在于， 所述环境亮度单元，通过成像设备的感光器件，获取图像平均亮度；获取所述感光器件的曝光时间和所述感光器件的增益；根据环境亮度与所述图像平 均亮度成正比，与所述曝光时间和增益成反比的关系，确定显示器的环境亮度。
12、 一种显示器，其特征在于，该显示器包括自动确定显示器亮度装置，用于获取自身所处环境的亮度；并且，根据自 身的环境亮度与显示亮度的比例关系，确定自身的显示亮度。
全文摘要
本发明公开了一种自动确定显示器亮度的方法、装置及一种显示器。用以实现根据环境亮度自动调整显示器的显示亮度。本发明提供的一种自动确定显示器亮度的方法包括获取显示器所处环境的亮度；根据显示器的环境亮度与显示器的显示亮度的比例关系，确定所述显示器的显示亮度。本发明用于自动调整显示器的显示亮度。
文档编号G03B17/12GK101127206SQ200710122430
公开日2008年2月20日 申请日期2007年9月25日 优先权日2007年9月25日
发明者李昕彤, 浩 王, 邓亚峰 申请人:北京中星微电子有限公司