·1890 工程科学学报，第39卷，第12期 括三部分：(1)分区背光亮度提取：(2)背光平滑：(3) 1.1.2分区背光亮度计算 液晶像素补偿. 考虑到最大值法无像素溢出失真而平均值法能较 1.1基于动态阈值的背光亮度提取 好地保持图像细节，本文采用加权的思想将这两种算 1.1.1RGB图像转化为灰度图像 法结合在一起确定分区背光亮度，图2为背光亮度提 本文通过比较分区每个像素点R、G、B三个分量， 取方法的示意图.定义分区背光亮度计算公式为： 得到的最大分量构成的灰度图像.该步骤是为了准确 BL.=BDRn'gay.+(（1-BDR.）gy- 反映每个像素(i,》的最大强度以免在像素补偿过程 (2) 中出现削幅2-国.定义RGB图像转化为灰度图像的 式中，BL和BDR分别是分区(m,n)的背光亮度和背 公式为： 光调光比(backlight luminance ratio,BDR):gray和 grayi max (RGB. (1) gray分别是分区(m,n)的灰度最大值和平均值. 输人图像分区直方图 背光单元 ◆统计 PWM信号 R.G.B BDG BDR=0.5+BDG/510 BL=BDRxgray+(1-BDR)xgray BDG 灰度级 图2分区背光亮度计算方法示意图 Fig.2 Diagram of local backlight luminance calculation 1.1.3计算分区背光调光灰度级 的标准 具体计算步骤如下： 1.1.4计算分区背光调光比 (1)作出灰度化后图像各分区的直方图： 计算背光调光比BDR公式为： (2)根据分区图像内容计算阈值T.本文采用最 BDR=0.5+(BDG/510) (4) 大类间方差法（也叫大津法，简称Osu法）根据分区图 由于阈值T是根据分区图像内容动态调整的，故 像内容自适应选取合适的阈值T: 各分区的背光调节系数K也是动态变化的，且K值反 (3)计算分区背光调节系数K.在得到使分区类 映了分区细节的多少.再者，本文所提出的分区背光 间方差最大的阈值T后，用该T对分区各像素进行二 亮度提取方法借鉴了最大值法无溢出失真而平均值法 值化.统计二值图像单一区域中像素值为1的点数 能较好地保持暗区域细节信息的特点，因此，通过本文 目，记为N:像素值为0的点数目，记为N。,则分区 方法计算出来的分区背光亮度可满足不同区域对亮度 (m,n)的背光调节系数为 的需求.即对于亮区域增大背光单元LED的亮度，而 较暗区域则降低LED的亮度，从而提高调光后图像的 Km=N。+N (3) 对比度 K值反映了分区中图像细节的多少，当分区细节 1.2背光平滑 较丰富时，K值趋近于1：而当分区细节较少时，K值趋 在使用上述分区背光亮度提取方法确定各分区的 近于0. 初始背光亮度后，为保证当背光亮度降低时调光后图 (4)确定分区背光调光灰度级(backlight dim- 像的显示质量，还需要对液晶像素进行相应的补偿 ming gray,BDG)的值.如图2所示，根据所得的分区背 由于光源的区域控制导致背光亮度不再均匀，又由于 光调节系数K确定调光灰度级BDG,可以看出BDG是 相邻背光单元之间存在光的串扰，当将初始分区背光 包含分区总像素个数K%时所对应的灰度值.当BDG 亮度值矩阵直接扩大至输入图像像素尺寸，再据此对 的值较大时，说明该分区的大多数像素点都拥有较大 原始像素进行液晶像素补偿，补偿后的图像出现了明 的灰度值，故该分区是一个高亮区域：而当BDG的值 显的分区，如图3(b)中红色椭圆区域.从初始背光亮 较小时，说明该分区的大多数像素点都处于低灰度级 度的分布也可以看出，当相邻背光区域亮度差异较大 范围内，故它是一个低亮区域.所以，BDG可以作为一 时，其出现了明显块效应，如图3(c)所示. 个将输入图像划分为高亮度、中间亮度和低亮度区域 为去除调光后图像出现的“块效应”，需要考虑相工程科学学报，第 39 卷，第 12 期 括三部分: ( 1) 分区背光亮度提取; ( 2) 背光平滑; ( 3) 液晶像素补偿． 1. 1 基于动态阈值的背光亮度提取 1. 1. 1 ＲGB 图像转化为灰度图像 本文通过比较分区每个像素点 Ｒ、G、B 三个分量， 得到的最大分量构成的灰度图像． 该步骤是为了准确 反映每个像素( i，j) 的最大强度以免在像素补偿过程 中出现削幅［12--13］． 定义 ＲGB 图像转化为灰度图像的 公式为: grayi，j = max { Ｒi，j ，Gi，j ，Bi，j } ． ( 1) 1. 1. 2 分区背光亮度计算 考虑到最大值法无像素溢出失真而平均值法能较 好地保持图像细节，本文采用加权的思想将这两种算 法结合在一起确定分区背光亮度，图 2 为背光亮度提 取方法的示意图． 定义分区背光亮度计算公式为: BLm，n = BDＲm，n ·graymaxm，n + ( 1 － BDＲm，n )·grayavgm，n ． ( 2) 式中，BL 和 BDＲ 分别是分区( m，n) 的背光亮度和背 光调 光 比 ( backlight luminance ratio，BDＲ) ; graymax 和 grayavg分别是分区( m，n) 的灰度最大值和平均值． 图 2 分区背光亮度计算方法示意图 Fig． 2 Diagram of local backlight luminance calculation 1. 1. 3 计算分区背光调光灰度级 具体计算步骤如下: ( 1) 作出灰度化后图像各分区的直方图; ( 2) 根据分区图像内容计算阈值 T． 本文采用最 大类间方差法( 也叫大津法，简称 Otsu 法) 根据分区图 像内容自适应选取合适的阈值 T; ( 3) 计算分区背光调节系数 K． 在得到使分区类 间方差最大的阈值 T 后，用该 T 对分区各像素进行二 值化． 统计二值图像单一区域中像素值为 1 的点数 目，记为 N1 ; 像素值为 0 的点数目，记为 N0，则分区 ( m，n) 的背光调节系数［14］为 Km，n = N1 N0 + N1 ． ( 3) K 值反映了分区中图像细节的多少，当分区细节 较丰富时，K 值趋近于 1; 而当分区细节较少时，K 值趋 近于 0 ． ( 4) 确定分区背光调光灰度级［15］( backlight dim￾ming gray，BDG) 的值． 如图 2 所示，根据所得的分区背 光调节系数 K 确定调光灰度级 BDG，可以看出 BDG 是 包含分区总像素个数 K% 时所对应的灰度值． 当 BDG 的值较大时，说明该分区的大多数像素点都拥有较大 的灰度值，故该分区是一个高亮区域; 而当 BDG 的值 较小时，说明该分区的大多数像素点都处于低灰度级 范围内，故它是一个低亮区域． 所以，BDG 可以作为一 个将输入图像划分为高亮度、中间亮度和低亮度区域 的标准． 1. 1. 4 计算分区背光调光比 计算背光调光比 BDＲ 公式［15］为: BDＲ = 0. 5 + ( BDG/510) ． ( 4) 由于阈值 T 是根据分区图像内容动态调整的，故 各分区的背光调节系数 K 也是动态变化的，且 K 值反 映了分区细节的多少． 再者，本文所提出的分区背光 亮度提取方法借鉴了最大值法无溢出失真而平均值法 能较好地保持暗区域细节信息的特点，因此，通过本文 方法计算出来的分区背光亮度可满足不同区域对亮度 的需求． 即对于亮区域增大背光单元 LED 的亮度，而 较暗区域则降低 LED 的亮度，从而提高调光后图像的 对比度． 1. 2 背光平滑 在使用上述分区背光亮度提取方法确定各分区的 初始背光亮度后，为保证当背光亮度降低时调光后图 像的显示质量，还需要对液晶像素进行相应的补偿． 由于光源的区域控制导致背光亮度不再均匀，又由于 相邻背光单元之间存在光的串扰，当将初始分区背光 亮度值矩阵直接扩大至输入图像像素尺寸，再据此对 原始像素进行液晶像素补偿，补偿后的图像出现了明 显的分区，如图 3( b) 中红色椭圆区域． 从初始背光亮 度的分布也可以看出，当相邻背光区域亮度差异较大 时，其出现了明显块效应，如图 3( c) 所示． 为去除调光后图像出现的“块效应”，需要考虑相 · 0981 ·