减小自发光显示器的功耗的图像处理设备和方法

摘要

一种减小自发光显示器的功耗的图像处理设备和方法。所述图像处理设备包括：参数选择单元，选择参数以调整功耗减小到的程度；比例系数设置单元，提取输入图像中当前像素的高频分量，并且根据选择的参数和提取的高频分量的大小来设置比例系数；以及乘法器，将当前像素与设置的比例系数相乘，并且输出相乘的结果。

说明书

本申请要求于2006年6月19日在韩国知识产权局提交的第2006-55033号韩国专利申请的优先权，该申请全部公开于此以资参考。

                        技术领域

本发明的一方面涉及一种图像显示设备，更具体地说，涉及一种减小自发光显示器的功耗的图像处理设备和方法。

                        背景技术

近来，响应于计算机的发展和互联网的传播已经引入了显示设备，这些显示设备被嵌入到从需要相对大的显示器的装置(诸如数字电视(TV)和监视器)到需要小且方便的显示器的便携式装置(诸如蜂窝式电话和个人数据助理(PDA))的大范围的各种装置。不同于大装置，便携式装置由充电类型的电池供电。因此，减小便携式装置的功耗以增加能够使用便携式装置的时间很重要。

显示设备主要分为透射型显示设备(诸如液晶显示器(LCD))，自发光显示设备(诸如等离子体显示面板(PDP)和有机发光二极管(OLED)。

图1示出传统LCD 10的发光原理。LCD 10从背光单元接收白色背光11，使白色背光11通过液晶层12或者阻止白色背光11。通过根据施加于在液晶层12的两个面上形成的电极13的电压改变电极13的布置来控制背光11的透射。这里，滤色器14将透射的光转换为颜色15，接着将其输出到LCD 10的外部。因为不管图像信息指示黑色区域还是白色区域背光源消耗的功率保持不变，所以为了减小功耗诸如LCD 10的透射型显示设备使用不考虑图像信息而统一调节背光源的亮度的方法。

三星电子株式会社已经在第2005-0061797号韩国专利公布中公开了一种减小透射型显示设备的功耗的传统技术。这里，使用接收的平均亮度值控制驱动电压电平。因此，当平均亮度值大于预定值时，减小光量，当平均亮度值小于所述预定值时，增加光量。以这种方式，在可防止透射型显示设备的整体亮度恶化的同时，可减小透射型显示设备的功耗。另外，东芝公司在第2004-246099号日本专利公布中公开了另一种传统技术：提取输入信号的亮度信号分量，突出(highlight)提取的亮度信号分量，接着减小背光的光量。

图2示出传统OLED 20的发光原理。如图2所示，在OLED 20的有机薄膜23的两个面上形成电极22和电极24。通过电极22和电极24注入电子，并且形成空穴的激发。通过来自所形成的激发的能量产生具有特定波长的光26。传统OLED 20根据包含在有机薄膜23中的有机物的类型发出红、绿和蓝(RGB)色，从而表示全部色带。通过电源21提供的电流的强度来确定产生的光26的强度。

三星SDI株式会社已经在第2004-0069583号韩国专利公布中公开了一种减小自发光显示设备的功耗的传统技术。具体地说，这种传统技术涉及等离子体显示器，该等离子体显示器计算输入图像的平均亮度级，如果平均亮度级小于预定级，则计算帧的平均亮度级之间的差，接着减小当前帧的功耗。另外，转让给三星电子株式会社的第2004-0070948号韩国专利公布公开了这样一种技术：计算输入图像的平均亮度级，设置功耗等级，并且根据设置的功耗等级在PDP上显示输入的图像。另外，转让给Kodak的第2006-0044227号美国专利公布公开了这样一种技术：产生指示OLED中驱动电压和电流(亮度)之间的关系的校准曲线，并且基于该校准曲线控制驱动电压。

低功率技术可用于减小透射型显示设备的功耗。然而，由于自发光显示设备本身不具有背光，因此自发光显示设备的功耗效率仅可通过减小输入信号的大小来提高。换句话说，在透射型显示设备不管亮度如何都消耗恒定等级的功率的同时，自发光显示设备的亮度与流经的电流量(功耗)成比例。

图3示出自发光显示设备根据显示在其上的图像的特性消耗的功率。理论上，当在自发光显示设备上显示黑色图像时，自发光显示设备的功耗几乎为0％。当显示白色图像时，自发光显示设备的功耗几乎为100％。在一般图像的情况下，功耗在0％和100％之间。

静止图像消耗总功率的50％-60％，而运动图像消耗相对较少的功率，即，总功率的20％-30％。另外，白色背景中的黑色字符消耗的功率(总功率的70％-80％)比黑色背景中的白色字符消耗的功率(总功率的20％-30％)多。

如上所述，由于自发光显示设备使用电流量控制亮度，因此当发出亮光时自发光显示设备消耗大量功率。因此，对于用于很难以稳定方式向其供电的移动装置的自发光显示设备，减小功耗是必须的。

驱动LCD和PDP的多数传统技术使用通过减小电压将背光降低到恒定等级的方法或者根据预定功耗等级以根据流经的电流设置的功率级显示输入图像的方法。上述Kodak公开的OLED低功率技术也是根据预定功率级的电压控制方法。

然而，如果统一降低图像的所有信号的驱动电压，则也降低了图像中用户不期望降低的部分的亮度，从而降低了图像质量。因此，需要这样一种技术：通过基于人类视觉系统分析输入图像的特性，并基于分析的输入图像的特性动态地控制信号(像素值)的电平来减小功耗。

                        发明内容

本发明的各方面提供一种根据输入图像的特性动态地控制自发光显示设备的功耗的方法。

根据本发明的一方面，提供一种减小自发光显示器的功耗的图像处理设备。所述设备包括：参数选择单元，选择参数以调整功耗减小到的程度；比例系数设置单元，提取输入图像中当前像素的高频分量，并且根据选择的参数和提取的高频分量的大小来设置比例系数；以及乘法器，将当前像素与设置的比例系数相乘，并且输出相乘的结果。

根据本发明的另一方面，提供一种减小自发光显示器的功耗的图像处理设备。所述设备包括：参数选择单元，选择参数以调整功耗减小到的程度；比例系数设置单元，计算输入图像中当前像素和输入图像的中心之间的距离，并且根据选择的参数和计算的距离来设置比例系数；以及乘法器，将当前像素与设置的比例系数相乘，并且输出相乘的结果。

根据本发明的另一方面，提供一种减小自发光显示器的功耗的图像处理设备。所述图像处理设备包括：参数选择单元，选择参数以调整功耗减小到的程度；比例系数设置单元，计算输入图像中当前像素的亮度的时间梯度，并且根据选择的参数和计算的时间梯度来设置比例系数；以及乘法器，将当前像素与设置的比例系数相乘，并且输出相乘的结果。

根据本发明的另一方面，提供一种减小自发光显示器的功耗的图像处理设备。所述图像处理设备包括：参数选择单元，选择参数以调整功耗减小到的程度；比例系数设置单元，提取输入图像中当前像素的亮度分量，并且根据选择的参数和提取的亮度分量的大小来设置比例系数；以及乘法器，将当前像素与设置的比例系数相乘，并且输出相乘的结果。

本发明另外的和/或其它方面优点将在接下来的描述中部分地阐述，部分地从该描述变得清楚，或者可以经过本发明的实施而得知。

                        附图说明

通过下面结合附图对本发明实施例进行的描述，本发明的这些和/或其它方面和优点将会变得清楚并更加容易理解，其中：

图1示出传统液晶显示器(LCD)的发光原理；

图2示出传统有机发光二极管(OLED)的发光原理；

图3示出自发光显示设备根据其上显示的图像的特性消耗的功率；

图4A示出亮度以规则的间隔增加的图像；

图4B是示出图4A的图像实际亮度的曲线图；

图4C是示出人类视觉系统感知的图4A的图像的曲线图；

图5是示出人类视觉系统对图像的位置的不同敏感度的示图；

图6是示出人感知在运动图像中快速改变的图像的特性的示图；

图7是根据本发明的实施例的图像处理设备的框图；

图8A示出暗色图像的直方图的示例；

图8B示出明亮图像的直方图的示例；

图8C示出图形图像的直方图的示例；

图9是示出包括在图7的图像处理设备中的等级调整单元使用的等级调整方法的曲线图；

图10是包括在图7的图像处理设备中的比例系数设置单元的详细框图；

图11A示出输入图像的示例；

图11B示出图11A的输入图像的高频分量的大小；

图12是示出输入图像的坐标轴和中心位置的示图；

图13A示出当空间参数是0.5时空间比例系数的分布；

图13B示出当空间参数是0.8时空间比例系数的分布；以及

图14是示出根据本发明的实施例的图像调整方法的流程图。

                      具体实施方式

现将详细描述本发明的实施例，在附图中示出本发明的示例，其中，相同的标号始终指示相同的部件。下面参照附图来描述实施例以解释本发明。

将参照图4A至图6描述人类视觉系统。图4A和图4B示出马赫带效应(Mach band effect)。马赫带效应是指当亮度快速改变时人类视觉系统强调(accentuate)图像的边界区域的效应。

如果如图4A所示图像包括其亮度沿x轴以规则的间隔增加的条，则如图4B所示图像的实际亮度形成阶梯图。然而，人类视觉系统感知的图4A所示的图像的亮度如图4C所示存在一定程度的失真。换句话说，人类视觉系统感知到条的边界区域的暗的部分42更加暗，亮的部分41更加亮。从频率的观点来看，边界区域是高频区域。即使边界区域的亮度(信号电平)有一定程度的减小，但是对人类视觉系统影响不大。

图5是示出人类心理视觉系统对图像的位置的不同敏感度的示图。由于人类视觉系统对图像的中心区域41最感兴趣，因此其对从图像的中心区域41向外部区域42的变化的敏感度变低。因此，即使图像的外部区域42的信号电平有一定程度的减小，但是对主观图像质量的影响不大。

图6是示出人感知在运动图像中快速改变的图像的特性的示图。如果在时间(t＝n)的图像61在下一时间(t＝n+1)变为向下移动的图像62，则人类视觉系统所感知的在图像61移动之后改变的区域63为在所述两个时间期间混和的信号。例如，如果图像61是黑色并且背景是白色，则人类视觉系统所感知的区域63为灰色(即，黑色和白色的混和)。因此，即使经过很大移动的区域或像素的信号电平有一定程度的减小，人类视觉系统也可能不能明显地感知到这种减小。

图7是根据本发明的实施例的图像处理设备100的框图。如图7所示，图像处理设备100包括：图像分析单元110、开关120、等级调整单元130、亮度传感器140、参数选择单元150、比例系数设置单元160和第一乘法器170。图7的图像处理设备100是本发明的实施例，可以根据需要选择性地包括或排除图像处理设备100的上述部件。尽管不是所有方面都需要，但是图像处理设备100可并入显示器中，诸如自发光显示器、等离子体显示面板(PDP)或者有机发光二极管(OLED)。此外，应该理解：所述显示器可以是非便携式的，或者可以是便携式，如在移动TV、便携式计算机、电话和移动播放器的情况下。

首先，图像分析单元110通过提取输入图像的亮度分量I_(x，y)来产生直方图，分析产生的直方图的分布，并且基于分析结果对输入图像分类。图8A至图8C是示出由图像分析单元110分类的图像的类型的直方图。图像分析单元110可将输入图像分类为例如四种类型的图像。第一种类型的图像是图8A所示的暗色图像，第二种类型的图像是图8B所示的明亮图像，第三种类型的图像是图8C所示的图形图像。所有不属于此三类图像之一的图像被分类为一般图像。尽管不是所有方面都需要，但是应该理解：可以形成另外类型的图像。

现将描述进行这种分类的定量标准的示例。在图8A的直方图中，将整个亮度范围(例如，在8比特图像的情况下为0-255)划分为四个亮度范围。当图像的亮度级属于最低亮度范围的频率的和超过预定阈值(例如，50％)时，可将该图像分类为暗色图像。类似地，在图8B的直方图中，将整个亮度范围划分为四个范围。当图像的亮度级属于最高亮度范围的频率的和超过预定阈值时，可将该图像分类为明亮图像。

基于具有零频的亮度级的数量(即，Zero Bin的数量)是否超过预定阈值，图像可被分类为如图8C所示的图形图像。由于图形图像包括多个单色图像，因此需要不同于其它图像使用的图像调整方法的图像调整方法。所有不属于以上类型的图像的图像被分类为一般图像。

开关120基于图像分析单元110分类的输入图像的类型将输入图像的亮度分量I_(x，y)切换到比例系数设置单元160或等级调整单元130。具体地说，基于输入图像是否为图形图像来确定将输入图像的亮度分量I_(x，y)切换到比例系数设置单元160还是等级调整单元130。当输入图像是图形图像时，使用根据本发明的图像调整方法可能没有优点。因此，使用传统等级调整方法。相反，当输入图像不是图形图像时，使用本发明的实施例中提出的比例调整方法。

等级调整单元130统一按比例降低输入图像的等级或输入图像的亮度分量I_(x，y)。图9是示出等级调整单元130使用的等级调整方法的曲线图。如图9所示，根据等级调整率(例如，0.85)统一按比例降低输入图像的伽马曲线61。在根据等级调整率对输入图像的所有亮度级按比例降低伽马曲线61之后，获得伽马曲线62。可由用户确定等级调整率，或者等级调整率可以基于默认值。

当图像分析单元110确定输入图像不是图形图像时，参数选择单元150选择适合输入图像的参数P，并且将选择的参数P提供给比例系数设置单元160。本发明示出的示例提出四种类型的图像调整参数：频率参数Frequency_Para、空间参数Spatial_Para、时间参数Temporal_Para和亮度参数Luminance_Para。比例系数设置单元160可使用这些参数来计算比例系数。参数值越高，图像调整越大，也就是说，功耗减小越多。然而，对于本发明的其它方面，可使用另外的或者较少的参数。

可凭经验来确定参数值。表1显示根据输入图像的分类的示例性的参数值。

[表1]

    参数  一般图像  暗色图像  明亮图像Frequency_Para    1.3    1.3    1.3Spatial_Para    0.6    0.4    0.6Temporal_Para    1.1    1.1    1.1Luminace_Para    1.3    1.1    1.1

参数选择单元150根据附加地包括于此的亮度传感器140检测的外部亮度来改变参数表。换句话说，当由于外部亮度高而必须增加输入图像的全部亮度级时，功耗显著增加。因此，可通过将参数设置为高值来大大减小功耗。然而，应该理解：不必在本发明的各个方面使用亮度传感器140。

比例系数设置单元160使用参数P设置比例系数S，以调整输入图像的亮度分量I_(x，y)。将设置的比例系数S提供给第一乘法器170。在图10中示出比例系数设置单元160的示例的详细配置。如图10所示，比例系数设置单元160包括频率比例系数计算器161、空间比例系数计算器162、时间比例系数计算器163和亮度比例系数计算器164中的一个，并且还可包括第二乘法器165。计算器161至164的任何组合可以彼此平行地被使用，或者计算器161至164的任何组合可以彼此独立地被使用，以减小功耗。

频率比例系数计算器161基于频率参数Frequency_Para计算输入图像的亮度分量I_(x，y)的频率比例系数S_F。为此，频率比例系数计算器161从输入图像提取高频分量。为了从输入图像提取高频分量，可以考虑仅将高通滤波器(HPF)应用于输入图像的方法。然而，根据本发明的实施例，考虑到更精确的提取，从输入图像中减去将低通滤波器(LPF)应用于输入图像之后获得的图像。

可通过等式(1)定义提取的高频分量的大小H_(x，y)。在等式(1)中，I_(x，y)表示输入图像的亮度分量，LPF_(x，y)表示将LPF应用于亮度分量之后获得的分量。

H_(x，y)＝|I_(x，y)-LPF_(x，y)|                           (1)

如果考虑伽马特性(伽马曲线)将计算的高频分量的大小重新安排到指数函数，则可通过等式(2)定义频率比例系数S_F。