基于图像特征的液晶显示区域调光算法研究
发布时间：2021-10-05 14:36
液晶本身并不发光,需要背光源为显示区域提供亮度。Mini-LED相对于传统LED的成本更低、更节能、可视角更大、色域更广、反应时间更快,能够减薄液晶显示器（Liquid Crystal Display,LCD）的同时实现更精细的动态背光,它已成为当前背光源研究领域的热点。另外,随着广大消费者的生活品质日益提高,他们对LCD的图像质量、功耗等指标也有了更高的要求。然而传统LCD背光无法调节,不仅浪费能源,且无法避免漏光现象的影响,图像显示质量较差;直下式区域动态调光技术在此背景下优势逐渐凸显。本文首先对LCD的基本结构和显示原理进行了详细介绍,分析比较了Mini-LED背光技术相对于传统背光技术的不同特点和应用优势。然后,详细列举了目前区域动态调光算法的研究成果,总结了它们优点与局限性,提出了一种基于图像局部亮度特征的液晶显示区域调光算法。随后,在Matlab平台上进行了软件模拟,采用多种经典的主客观评价标准对算法进行了评估比较;结果表明它能够合理降低显示器的背光功耗,使图像的截断噪声得到显著抑制,颜色和亮度失真明显改善,对于各类图像都具有良好的适用性。最后,设计了基于Mini-LED的...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
2英寸Mini-LED液晶显示器ProDisplayXDR
合肥工业大学学历硕士研究生学位论文6第二章LCD基本结构和动态调光技术介绍?2.1LCD基本结构传统LCD背光无法调节，显示任何图片都对应着固定的背光值。虽然，通过电场调节液晶分子的开合可以一定程度控制背光光线的通过，但由于液晶分子本身非理想特性影响，依然无法避免冗余光线的漏出[12]。所以，传统LCD的对比度被限制在一个很低的水平，且有大量不必要的能耗浪费[13-15]。动态调光技术就是在此背景下应运而生的。图2.1现有直下式背光LCD结构示意图Fig2.1TheexistingdirecttypebacklightmoduleofLCD由图2.1可知，LCD结构复杂，包括多种组成部分，但整体上可以主要分为两大模块：液晶显示面板与背光模组。其中，液晶显示面板主要由规范光线投射方向和最大光通量的偏光片、提供RGB三原色的彩色滤色片与调节光线的液晶层组成。液晶显示面板本身并不发出光线，而是通过控制基板上的电极调节电场强度改变液晶分子的排列角度进而影响光线的投射方向和光通量大校当不同强度的光线透过彩色滤片，就能形成丰富多彩的图像。另外，背光模组的主要作用是为LCD提供了光线，它主要由背光源、背板、扩散膜、反射膜等其他膜系组成[16]。背光模组一方面占据了显示器厚度和功耗的绝大部分，影响着显示器的外观尺寸、生产成本和使用成本；另一方面它的发光性能优劣能够直接决定LCD显示效果的好坏。当下，OLED显示器与液晶显示的激烈竞争主要围绕五个方面展开：轻薄的厚度度、更低的功耗、更广的色域、更高对比度以及更高的广角，这都与背光模的性能组紧密相关。2.2Mini-LED背光源介绍发光二极管发明于1962年，但1993年后才逐渐成熟得到商用化。经过近20
合肥工业大学学历硕士研究生学位论文8术的硬件基矗一般我们认为理想状态下液晶显示的亮度可以近似为液晶面板（LC）的透过率与背光源亮度大小的乘积[20]，如图2.2所示。图2.2液晶面板的像素亮度Fig2.2PixelluminanceofaLCDpanel动态调光的基本原理就是在降低背光亮度的同时提升液晶面板的透过率，使得调节前后人眼感知的亮度不发生明显变化，抑制由于亮度变化引起的图像细节丢失以及颜色失真，这个过程可以近似量化为等式2.1255BLPL255BLPLHDRHDRfullfull（2.1）等式的左边，BLfull表示未调光情况下背光源的最大亮度值，可量化为255，同时PLfull表示当前图像的像素值。而BLHDR表示经过动态调光后的背光值，它的取值范围为0至255；同时PLHDR表示动态调光后经过补偿的像素值。动态调光LCD克服了传统LCD由于背光固定无法通过降低背光抑制漏光的缺点，但背光降低会导致图像显示质量下降，需要通过像素补偿来弥补。实际情况下基于电光效应的LCD具有伽马特性，像素补偿可以近似定义为：fullHDRFullHDRPL)BLBL(PL1（2.2）其中γ表示目标LCD的理想伽马。基于LCD实现动态背光技术的简略流程如图2.3所示。首先，需要通过特征提取算法分析被显示图像与亮度相关的特征，再结合背光提取算法根据相应特征计算确定背光值大校然后，建立背光源在背光模组混光腔中的扩散模型，以此分析计算背光变化后投射在液晶面板上的背光分布情况，得到各个像素点的背光亮度后即可通过公式计算相应的像素补偿值。最终LCD显示的画面是补偿后的像素与调节后的背光综合作用的结果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于S曲线全局动态调光的改进算法[J]. 童正,吴磊,赵晨,吕国强. 液晶与显示. 2018(12)
[2]OLED产业和技术发展现状[J]. 刘义鹤,江洪. 新材料产业. 2018(02)
[3]基于图像分类的全局动态调光算法[J]. 何会杰,冯奇斌,张磊,张喜条,吕国强. 光学学报. 2013(08)
[4]技术创新与LCD的发展[J]. 李柳强,王小萍. 真空电子技术. 2010(04)
[5]基于图像CDF阈值的LCD-TV动态背光主亮度提取算法及其硬件实现[J]. 刘艳中,郑学仁,陈建宾. 液晶与显示. 2010(03)
[6]基于LED背光源区域控制的LCD系统色域分析[J]. 李福文,金伟其,邵喜斌,张丽蕾,万丽芳. 光谱学与光谱分析. 2010(05)
[7]应用在大尺寸LCD背照明的LED元件设计[J]. 常军,杨东升,孙智慧,翁志成,姜会林,任涛. 发光学报. 2008(01)
博士论文
[1]基于图像分析的液晶显示动态调光问题研究[D]. 张磊.合肥工业大学 2016
硕士论文
[1]液晶显示图像对比度增强研究与应用[D]. 童正.合肥工业大学 2019
[2]液晶显示区域动态背光系统优化的研究与实现[D]. 冯鲲鹏.东南大学 2017
[3]LCD对比度提升的动态背光控制技术研究与设计[D]. 李小龙.中国海洋大学 2015
[4]液晶电视LED背光直下区域调光算法研究[D]. 张喜条.合肥工业大学 2015
[5]LED液晶电视动态调光技术及应用[D]. 韩东.合肥工业大学 2015
[6]基于自适应聚图融合的视频去噪算法[D]. 耿雪凤.兰州大学 2014
[7]基于图像分类的液晶显示LED背光全局动态调光算法研究[D]. 何会杰.合肥工业大学 2014
[8]基于色彩空间的无参考图像质量评价研究[D]. 褚江.南京理工大学 2014
[9]动态LED背光源的控制技术研究[D]. 刘东.合肥工业大学 2010
[10]基于视觉特性的彩色图像质量评价研究[D]. 李文娟.吉林大学 2006
本文编号：3419946
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
2英寸Mini-LED液晶显示器ProDisplayXDR
合肥工业大学学历硕士研究生学位论文6第二章LCD基本结构和动态调光技术介绍?2.1LCD基本结构传统LCD背光无法调节，显示任何图片都对应着固定的背光值。虽然，通过电场调节液晶分子的开合可以一定程度控制背光光线的通过，但由于液晶分子本身非理想特性影响，依然无法避免冗余光线的漏出[12]。所以，传统LCD的对比度被限制在一个很低的水平，且有大量不必要的能耗浪费[13-15]。动态调光技术就是在此背景下应运而生的。图2.1现有直下式背光LCD结构示意图Fig2.1TheexistingdirecttypebacklightmoduleofLCD由图2.1可知，LCD结构复杂，包括多种组成部分，但整体上可以主要分为两大模块：液晶显示面板与背光模组。其中，液晶显示面板主要由规范光线投射方向和最大光通量的偏光片、提供RGB三原色的彩色滤色片与调节光线的液晶层组成。液晶显示面板本身并不发出光线，而是通过控制基板上的电极调节电场强度改变液晶分子的排列角度进而影响光线的投射方向和光通量大校当不同强度的光线透过彩色滤片，就能形成丰富多彩的图像。另外，背光模组的主要作用是为LCD提供了光线，它主要由背光源、背板、扩散膜、反射膜等其他膜系组成[16]。背光模组一方面占据了显示器厚度和功耗的绝大部分，影响着显示器的外观尺寸、生产成本和使用成本；另一方面它的发光性能优劣能够直接决定LCD显示效果的好坏。当下，OLED显示器与液晶显示的激烈竞争主要围绕五个方面展开：轻薄的厚度度、更低的功耗、更广的色域、更高对比度以及更高的广角，这都与背光模的性能组紧密相关。2.2Mini-LED背光源介绍发光二极管发明于1962年，但1993年后才逐渐成熟得到商用化。经过近20
合肥工业大学学历硕士研究生学位论文8术的硬件基矗一般我们认为理想状态下液晶显示的亮度可以近似为液晶面板（LC）的透过率与背光源亮度大小的乘积[20]，如图2.2所示。图2.2液晶面板的像素亮度Fig2.2PixelluminanceofaLCDpanel动态调光的基本原理就是在降低背光亮度的同时提升液晶面板的透过率，使得调节前后人眼感知的亮度不发生明显变化，抑制由于亮度变化引起的图像细节丢失以及颜色失真，这个过程可以近似量化为等式2.1255BLPL255BLPLHDRHDRfullfull（2.1）等式的左边，BLfull表示未调光情况下背光源的最大亮度值，可量化为255，同时PLfull表示当前图像的像素值。而BLHDR表示经过动态调光后的背光值，它的取值范围为0至255；同时PLHDR表示动态调光后经过补偿的像素值。动态调光LCD克服了传统LCD由于背光固定无法通过降低背光抑制漏光的缺点，但背光降低会导致图像显示质量下降，需要通过像素补偿来弥补。实际情况下基于电光效应的LCD具有伽马特性，像素补偿可以近似定义为：fullHDRFullHDRPL)BLBL(PL1（2.2）其中γ表示目标LCD的理想伽马。基于LCD实现动态背光技术的简略流程如图2.3所示。首先，需要通过特征提取算法分析被显示图像与亮度相关的特征，再结合背光提取算法根据相应特征计算确定背光值大校然后，建立背光源在背光模组混光腔中的扩散模型，以此分析计算背光变化后投射在液晶面板上的背光分布情况，得到各个像素点的背光亮度后即可通过公式计算相应的像素补偿值。最终LCD显示的画面是补偿后的像素与调节后的背光综合作用的结果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于S曲线全局动态调光的改进算法[J]. 童正,吴磊,赵晨,吕国强. 液晶与显示. 2018(12)
[2]OLED产业和技术发展现状[J]. 刘义鹤,江洪. 新材料产业. 2018(02)
[3]基于图像分类的全局动态调光算法[J]. 何会杰,冯奇斌,张磊,张喜条,吕国强. 光学学报. 2013(08)
[4]技术创新与LCD的发展[J]. 李柳强,王小萍. 真空电子技术. 2010(04)
[5]基于图像CDF阈值的LCD-TV动态背光主亮度提取算法及其硬件实现[J]. 刘艳中,郑学仁,陈建宾. 液晶与显示. 2010(03)
[6]基于LED背光源区域控制的LCD系统色域分析[J]. 李福文,金伟其,邵喜斌,张丽蕾,万丽芳. 光谱学与光谱分析. 2010(05)
[7]应用在大尺寸LCD背照明的LED元件设计[J]. 常军,杨东升,孙智慧,翁志成,姜会林,任涛. 发光学报. 2008(01)
博士论文
[1]基于图像分析的液晶显示动态调光问题研究[D]. 张磊.合肥工业大学 2016
硕士论文
[1]液晶显示图像对比度增强研究与应用[D]. 童正.合肥工业大学 2019
[2]液晶显示区域动态背光系统优化的研究与实现[D]. 冯鲲鹏.东南大学 2017
[3]LCD对比度提升的动态背光控制技术研究与设计[D]. 李小龙.中国海洋大学 2015
[4]液晶电视LED背光直下区域调光算法研究[D]. 张喜条.合肥工业大学 2015
[5]LED液晶电视动态调光技术及应用[D]. 韩东.合肥工业大学 2015
[6]基于自适应聚图融合的视频去噪算法[D]. 耿雪凤.兰州大学 2014
[7]基于图像分类的液晶显示LED背光全局动态调光算法研究[D]. 何会杰.合肥工业大学 2014
[8]基于色彩空间的无参考图像质量评价研究[D]. 褚江.南京理工大学 2014
[9]动态LED背光源的控制技术研究[D]. 刘东.合肥工业大学 2010
[10]基于视觉特性的彩色图像质量评价研究[D]. 李文娟.吉林大学 2006
本文编号：3419946
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