用于使用图像数据块的统计属性的背光控制的方法和系统

摘要

一种用于响应于输入图像数据而生成用于双调制显示器的背光控制值的方法和系统。该双调制显示器包括具有第一分辨率的前面板和具有比所述前面板低的分辨率的背光子系统。一些实施例确定指示具有所述第一分辨率的图像数据的像素的多个空间紧凑子集中的每一个的至少一个统计测度的统计数据，其中，所述图像数据的像素是所述输入图像数据的像素、所述输入图像数据的像素的颜色分量或从所述输入图像数据的像素推导出的数据值。一些实施例包括通过确定用于所述背光子系统的每个颜色通道的统计数据，从所述统计数据确定用于每个颜色通道的背光驱动值，并且对这些背光驱动值执行交叉通道校正，确定用于每个颜色通道的背光驱动值。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2009年12月16日提交的美国专利临时申请 No.61/286,884的优先权，通过引用将其全文合并到此。

技术领域

本发明涉及用于响应于输入图像数据而控制双调制显示器的背 光面板的系统和方法。本发明的系统和方法的一些实施例确定图像的 像素的多个子集（块）中的每一个的至少两个统计属性（例如均值和 标准偏差），并且使用它们来确定用于双调制显示器的背光（例如LED 单元）的单独设置，优选地实现改进的（例如最大化的）显示图像对 比率，同时实现稳定的背光并且减少（例如最小化）限幅（clipping）、 整形（contouring）和运动伪像，并且优选地还优化能量效率。

背景技术

贯穿包括权利要求的该公开，在广泛意义上使用“对”信号或数 据执行运算（例如对信号或数据进行滤波、缩放或变换）的表述，以 表示直接对信号或数据执行运算，或对信号或数据的经处理的版本（例 如在对其执行运算之前已被进行初步滤波的信号的版本）执行运算。

贯穿包括权利要求的该公开，在广泛意义上使用表述“系统”， 以表示设备、系统或子系统。例如，实现滤波器的子系统可以被称为 滤波器系统，并且包括该子系统的系统（例如响应于多个输入而生成 X输出的系统，其中，子系统生成该输入中的M个输入，其它X-M 个输入从外部源接收）也可以被称为滤波器系统。

已知为双调制显示器的一种类型的传统显示器包括调制前面板 （典型地，包括LCD元件的阵列的LCD面板）和空间可变背光系统 （典型地，包括单独可控LED的阵列的背光面板）。双调制显示器可 以提供比传统显示器更大的对比率（contrast ratio）。背光驱动值（例 如LED驱动值）应被选择，以包括通过在最小化视觉伪像（例如白色 限幅（white clipping）、黑色限幅（black clipping）以及晕轮）以及 这些伪像的时间变化并且最大化能量效率的同时最大化对比度而实现 最优的背光。理想分辨率对于给定的应用平衡这些准则。优选地，背 光驱动值控制背光系统以减轻显示伪像（例如亮像素限幅、暗限幅和 整形），以及具有运动和图像畸变的输出变化。

对比率定义为显示器能够产生的最亮颜色与最暗颜色的比率。高 对比率对于精确图像再现是可期望的，但一般在传统显示器中受限。 一个传统显示器包括液晶显示器（LCD）面板和背光，典型地，在LCD 面板后面部署的冷阴极荧光灯（cold cathode fluorescent lamp， CCFL）。显示器对比率由LCD对比率设置，其典型地在1000：1之 下。典型地从液晶显示器（LCD）面板和在LCD面板后面部署的单 独受控的发光二级管（LED）的阵列形成双调制显示器。

在双调制显示器中，在LCD面板处的对比度通过乘以LED背光 的对比度而增加。通常，背光层发射与图像的低分辨率版本对应的光， LCD面板（具有较高分辨率）（通过有选择地阻挡来自背光层的光） 而透射光，以显示图像的高分辨率版本。在效果上，高分辨率和低分 辨率“图像”光学地相乘。

在双调制显示器中，邻近LCD像素具有相似背光。如果输入图 像包含超过LCD面板的对比度范围的像素值，则背光并非对于所有 LCD像素是最优的。典型地，对于LCD面板的局部区域的背光水平 的选取并非对于该区域中的所有LCD像素是最优的。对于一些LCD 像素，背光可能过高，而对于其它背光，可能过低。应出于感知的观 点将背光设置为最佳地表示输入信号，即，应将背光水平选取为允许 亮像素和暗像素的最佳感知表示，而亮像素和暗像素这两者常常无法 都精确地表示。

如果背光过高，则包括黑色的低电平受损。需要接近最小LCD 透射性的LCD值的输入图像像素被整形（量化），并且需要低于最 小LCD透射性的LCD值的像素被限幅为最小水平。如果背光过低， 则高于背光水平的像素被限幅为最大LCD水平。这些限幅和整形伪 像可能在传统恒定背光LCD显示器中出现。在感知方面（对于很多 观看者），白色限幅伪像比黑色整形和限幅更令人不快。

当背光过高时可能产生的另一伪像被描述为“晕轮（halo）”。 当在暗背景的区域中背光十分高时，可以看见晕轮。这可以归因于暗 区域附近的十分亮的对象而产生。晕轮伪像是通过处于低（例如最小） 透射性的LCD面板的区域变得可见或呈现的背光形状。在晕轮的区 域中，LCD面板不能完全补偿高背光水平，并且背光形状通过LCD 像素而被看到。

运动视频（改变的图像的序列的显示）增加了附加的问题。静止 图像内的伪像可能比随着时间并且通过运动而改变的伪像较不醒目。 在典型场景中，被白色和黑色限幅的像素两者常常出现，并且限幅的 像素可见。如果背光信号的形状和/或强度随着图像特征移动而改变， 则伪像也将改变。对于限幅和整形伪像，这导致限幅和整形的实际像 素以及受影响的像素的亮度两者改变。如果晕轮出现，则改变背光导 致改变晕轮。在所有情况下，改变背光的效果加剧了限幅、整形和晕 轮伪像。

为了防止产生运动伪像，显示的图像和对应背光的形状和位置应 保持稳定。这意味着，背光不应响应于简单对象运动（例如显示的对 象的平移）而改变，以防止背光图案连同对象一起运动（例如平移）。 换句话说，背光对于对象位置应不变。这还意味着，随着显示的图像 变形和改变，背光应以和输入图像的改变对应的平滑的、确定的方式 而改变。

对于效率，还期望双调制显示器的背光面板不生成过多光，这是 因为LCD层必须阻挡额外光，以便显示精确的图像。因此，对于效 率，在缺少其它考虑的情况下，背光控制信号值应被生成为具有透过 LCD层的光水平的100%。大于100%的背光水平是无效的，因为LCD 层可以阻挡大于100%的背光水平。

很多准则确定背光性能，并且已经提出了用于生成用于双调制显 示器的背光控制值的很多方法。期望地，应以使得准则最优地平衡并 且允许基于LCD和LED的性能进行调整的方式生成背光控制值。

传统地，从指示待显示的每个图像的输入图像数据生成用于双调 制显示器的单独背光（例如LED）驱动值。2009年3月17日发行的 S.J.Daly的美国专利7,505,027中描述了用于确定用于双调制显示器 的单独背光设置的传统方法的示例。该方法假设显示器的背光阵列具 有比前（LCD）面板更低的分辨率。为了根据所述方法而显示图像， 通过（指示待显示的图像的）输入图像数据直接驱动所述前面板，并 且从输入图像数据生成（指示待显示的图像的每个像素的亮度的）亮 度数据。亮度数据被低通滤波，并且经低通滤波的亮度数据用于确定 背光阵列驱动值。具体地说，所述方法计算输入图像的每个图像区域 （像素的“邻域（neighborhood）”）的平均亮度，并且确定每一个 邻域的最大亮度。因此，所述方法确定待由背光阵列的每一个不同光 源照射的（前面板的）像素的每一个邻域的均值和最大亮度。在改进 被显示的图像的动态范围的努力中，如果最大亮度超过预定阈值，则 将背光阵列的对应光源驱动为完全照射水平；如果最大亮度不超过阈 值，则使得光源衰减（被驱动至使用查找表由邻域的平均亮度确定的 减少的水平）。该参考文献还建议，由于来自背光阵列的点光源的光 分布在点光源照射的前面板的图像区域（邻域）上不均匀，因此“除 了平均亮度之外的”统计测度可以用于确定点光源的适当衰减（在有 关邻域的最大亮度不超过阈值的情况下），而没有对此进行解释。

出于包括以下的很多原因，US 7,505,027中描述的用于确定单独 背光设置的方法是不实际的并且受限。当显示指示至少一个运动亮对 象（例如跨显示屏幕平移的光标或亮对象）的输入图像的序列时，该 方法将不实现良好显示质量或不充分减少伪像。在此情况下，随着对 象移动跨越显示屏幕，该方法将典型地产生具有在每一个亮运动对象 周围显示的晕轮（被过大地背光照射的区域）的外观的平移晕轮伪像。 晕轮将可能与运动对象不一致地运动，并且晕轮的大小、形状和亮度 将可能随着未变形对象跨屏幕平移而改变。与之对照，在此描述的方 法的优选实施例确定图像的像素的多个子集（块）中的每一个的均值 和标准偏差，并且使用它们来确定实现稳定的背光以及防止将由传统 方法导致的平移伪像（例如平移晕轮伪像）的背光驱动值。

还不利地，US 7,505,027执行的低通滤波是对于输入图像的亮度 值的完全集合而不是对图像数据值的减少的集合（例如每个输入图像 的下采样版本的亮度值）执行的。因此，US 7,505,027的低通滤波运 算对于实现来说是复杂并且昂贵的。与之对照，在此描述的方法的优 选实施例将限带（bandlimiting）滤波器（例如低通滤波器）应用于从 完全分辨率输入图像数据确定的分辨率减小的下采样图像，而不是应 用于完全分辨率输入图像数据。

通常，用于确定用于双调制显示器的单独背光设置的传统方法不 期望地导致图像伪像，并且对于实现来说是复杂而且昂贵的。需要用 于确定用于双调制显示器的单独背光（例如LED）设置的可高效实现 的方法和装置，以便实现稳定的背光和改进的（最大化的）显示的图 像对比率，同时最小化限幅、整形和运动伪像并且优化能量效率。

发明内容

在一类实施例中，本发明是一种用于生成用于双调制显示器的背 光控制值的方法和系统，该双调制显示器包括前面板（例如LCD面 板）和具有比前面板更低的分辨率的背光子系统（有时在此被称为背 光面板）。典型地，所述显示器被配置为使得所述背光面板的每个背 光元素（例如LED单元）对所述前面板的很多像素进行背光照射。

在本发明的方法和系统的一类实施例中，从指示“高分辨率”图 像数据的像素的空间紧凑子集（spatially compact subset）（块）的至 少两个统计测度（例如，标准偏差和均值）的“低分辨率”统计数据， 生成用于单独背光元件的背光驱动值（有时在此被称为背光控制值）， 其中，所述“高分辨率”图像数据是指示待显示的图像的（具有比所 述统计数据更高的分辨率的）输入图像数据，或从该输入图像数据推 导出的（具有比所述统计数据更高的分辨率的）数据。例如，所述高 分辨率图像数据可以是亮度数据（例如输入图像的每个像素的亮度 值）、最大颜色分量数据（例如输入图像的每个像素的颜色分量的最 大颜色分量）、输入图像数据自身（输入图像的每个像素的颜色分量）、 或其它高分辨率图像数据。典型地，从指示待显示的图像序列（例如 视频节目）的每个图像的像素的多个紧凑子集中的每一个的标准偏差 和均值的线性组合的低分辨率统计数据，生成各个背光驱动值。对于 每个图像，所述像素的紧凑子集的空间位置与图像的较低分辨率版本 （有时在此被称为“下采样”图像或输入图像的“下采样”版本）的 像素的空间位置对应。

每个下采样图像的分辨率与所述背光面板的分辨率紧密相关（例 如，在一些情况下，相同）。例如，如果背光元件被布置为矩形栅格 （例如LED单元的矩形阵列），则所述下采样图像分辨率可以等于背 光栅格分辨率或所述背光栅格分辨率的倍数（即，N倍背光栅格分辨 率，其中，N是整数）。如果所述背光栅格被布置为除矩形栅格之外 的形式（例如背光元件的六边形阵列），则下采样图像的像素的空间 位置可以与包含所有背光元件位置的最小（最低分辨率）矩形栅格对 应。该最小矩形栅格允许更容易且更高效地实现本发明的系统和方法。

本发明的优选实施例以高效方式确定图像数据（输入图像数据或 从输入图像数据推导出的图像数据）的块的至少两个统计属性（例如 均值和标准偏差），并且使用它们来确定背光驱动值。在优选实施例 中，从输入图像数据以等于每个输入图像的下采样版本的分辨率的相 对低分辨率来确定所述统计测度。优选地，对于完全分辨率图像（输 入图像或从输入图像推导出的完全分辨率图像）的多个像素子集（块） 的每个像素子集，通过包括对指示该像素子集的（例如从其推导出的） 数据的至少一个非线性运算的方法，确定至少一个统计属性。在此， 包括在权利要求中，表述对数据值的“非线性运算”将排除确定满足 准则的值中的子集（例如，一个）的运算（例如，不希望表示确定值 中的最大或最小的一个的运算、或确定哪些值超过预定阈值的运算）。 在本发明的方法的一些优选实施例中执行的非线性运算的示例是对图 像数据值进行平方的运算，并且所述方法（在这些实施例中）可以生 成完全分辨率图像的多个像素子集的中的每一个的标准偏差值。对于 在本发明的优选实施例中确定的统计属性中的每一个，从每个完全分 辨率图像确定包括所述统计属性的值（或从这些值推导出的值）的低 分辨率“图像”（下采样图像）。从所述低分辨率图像确定背光驱动 值，以实现稳定的背光并且减少或防止将在使用传统背光控制（例如， 不包括期望类型的非线性运算的传统背光控制）的完全分辨率图像显 示期间产生的伪像（例如平移晕轮伪像）。根据优选实施例确定的背 光驱动值使得显示器产生稳定的背光，并且还减少或消除这些伪像。 在一些优选实施例中，从包括均等于待显示的图像的像素的不同紧凑 子集的标准偏差和均值的线性组合的值的下采样图像确定背光驱动 值，其中，该下采样图像被从两个其它下采样图像确定：一个包括所 述像素的紧凑子集中的每一个的标准偏差；另一个包括所述像素的紧 凑子集中的每一个的均值。

在本发明的方法和系统的第一类的实施例中，响应于输入图像数 据对于双调制显示器的背光面板的每个背光元件（例如每个LED单 元）确定背光控制值。典型地，所述输入图像数据确定颜色图像的序 列，并且包括红色颜色分量、绿色颜色分量和蓝色颜色分量（或在图 像具有非RGB彩色空间的情况下，其它颜色分量）。在该第一类中 的典型实施例中，变换每个输入图像的颜色分量，以确定亮度图像（例 如，通过传统比色技术（例如输入图像颜色分量的每像素加权求和） 对于所述输入图像的每个像素确定亮度值）。第一类中的其它典型实 施例确定所述输入图像的每个像素（或所述输入图像的像素的子集的 每个像素）的颜色分量的最大值。从所得的亮度值或最大颜色分量值 确定所述背光控制值。所述背光控制值（例如LED驱动值）可以直接 应用于所述背光面板的白色背光单元。例如，它们可以直接应用于包 括每个这种单元的白色LED，或直接应用于包括每个这种单元的红色 LED、绿色LED和蓝色LED的群集中的每个LED。

第一类中的优选实施例确定输入图像像素（原始输入图像像素、 或从原始输入图像像素推导出的像素（例如亮度值））的块的集合中 的每个块的至少两个统计属性（例如均值和标准偏差），并且使用所 述属性来确定背光控制值。优选地，通过包括对所述块的数据的至少 一个非线性运算的方法而对于输入图像像素的每个块确定至少一个统 计属性。

在本发明的方法和系统的第二类的实施例中，对于双调制显示器 的背光面板的每个背光元件（单元）的每个颜色通道（例如，对于背 光阵列的每个背光元件的红色通道、绿色通道和蓝色通道中的每一个） 确定背光控制值的集合。在该类中的典型实施例中，对于背光面板的 每个颜色通道独立地生成背光控制值的集合，并且对背光控制值的这 些集合执行交叉通道校正运算，以确定用于每个颜色通道的背光控制 值的修正集合。（相对于以上描述的第一类实施例可实现的色域和系 统效率）第二类中的实施例可以改进可实现的色域和整个系统效率两 者。

在第二类中的优选实施例中，对于输入图像的每个颜色通道确定 输入图像颜色分量的块的集合中的每个块的至少两个统计属性（例如 均值和标准偏差），并且从所述统计属性确定背光控制值。优选地， 通过包括对所述块的数据的至少一个非线性运算的方法，对于输入图 像颜色分量的每个块确定至少一个统计属性。

在第一类和第二类两者的优选实施例中，限带滤波器（例如低通 滤波器）应用于在背光控制值的生成期间生成的下采样图像（或多个 下采样图像中的每一个），以消除所述下采样图像中的高频。不对下 采样图像进行这样的滤波可能导致（归因于下采样步骤的）混叠，该 混叠可在显示的图像中产生可视伪像。将限带滤波器应用于相对低分 辨率数据（下采样图像）而不是应用于更高分辨率数据（例如完全分 辨率输入图像数据）的一个重要优点在于，这允许滤波器简单并且廉 价地实现。

在实施例的第三类中，本发明是一种用于响应于指示待显示的图 像的输入图像数据而确定用于双调制显示器的背光面板的背光元件的 背光驱动值的方法，所述方法包括以下步骤：

（a）包括通过对所述空间紧凑子集中的每一个执行至少一个非 线性运算而确定指示图像数据的像素的多个空间紧凑子集中的每一个 的至少一个统计测度的统计数据，其中，所述双调制显示器包括具有 第一分辨率的前面板，所述图像数据映射到所述第一分辨率，所述统 计数据具有低于所述第一分辨率的分辨率，并且所述图像数据的像素 是包括所述输入图像数据的像素、所述输入图像数据的像素的颜色分 量以及从所述输入图像数据的像素推导出的数据值的组的元素；以及

（b）从所述统计数据确定所述背光驱动值。

在第三类的一些实施例中，所述图像数据的像素是亮度值，包括 用于所述输入图像数据的每个像素的亮度值。在第三类的一些其它实 施例中，所述图像数据的像素是最大颜色分量，包括所述输入图像数 据的每个像素的颜色分量的最大颜色分量。

在第三类的一些实施例中，所述统计测度是所述图像数据的像素 的空间紧凑子集中的每一个的标准偏差。在一些这样的实施例中，步 骤（a）包括步骤：确定像素的空间紧凑子集中的每一个的均值，步骤 （b）包括步骤：从像素的空间紧凑子集中的不同的一个的标准偏差 和均值的线性组合确定所述背光驱动值中的每一个。

可以对所述空间紧凑子集中的每一个或对从所述空间紧凑子集 中的每一个推导出的数据执行非线性运算。在第三类中的一些实施例 中，所述非线性运算是对所述空间紧凑子集中的每一个的像素进行平 方的运算（并且在一些这样的实施例中，所述统计测度是所述空间紧 凑子集中的每一个的标准偏差）。在其它实施例中，所述非线性运算 是对从所述空间紧凑子集确定的下采样图像的像素进行平方的运算 （例如对所述空间紧凑子集中的每一个的均值进行平方的运算，其中， 所述下采样图像的每个像素是所述空间紧凑子集中的不同的一个的均 值，或对所述空间紧凑子集的经低通滤波的均值进行平方的运算）。 在一些实施例中，所述统计数据指示所述空间紧凑子集中的每一个的 均值和标准偏差，步骤（a）包括步骤：包括通过对所述空间紧凑子集 的均值进行滤波以确定经滤波的均值，并且对所述经滤波的均值中的 每一个进行平方，来确定标准偏差值。

在第三类中的一些实施例中，（在没有反馈的情况下）通过单遍 （single pass）数据处理执行步骤（a）和（b）。响应于第三类中的 典型实施例中产生的背光驱动值，所述背光面板产生稳定的背光。

在第四类的实施例中，本发明是一种用于响应于指示待显示的图 像的输入图像数据而确定用于双调制显示器的背光面板的背光元件的 背光驱动值的方法，所述方法包括以下步骤：

（a）确定指示图像数据的像素的多个空间紧凑子集中的每一个 的至少两个统计测度的统计数据，其中，所述双调制显示器包括具有 第一分辨率的前面板，所述图像数据映射到所述第一分辨率，所述统 计数据具有低于所述第一分辨率的分辨率，并且所述图像数据的像素 是包括所述输入图像数据的像素、所述输入图像数据的像素的颜色分 量以及从所述输入图像数据的像素推导出的数据值的组的元素；以及

（b）从所述统计数据确定所述背光驱动值。

在第四类中的一些实施例中，所述图像数据的像素是亮度值，包 括所述输入图像数据的每个像素的亮度值。在一些其它实施例中，所 述图像数据的像素是最大颜色分量，包括所述输入图像数据的每个像 素的颜色分量的最大颜色分量。

在第四类的一些实施例中，所述统计测度包括所述图像数据的像 素的空间紧凑子集中的每一个的标准偏差和均值。在一些这样的实施 例中，步骤（b）包括步骤：从所述图像数据的像素的空间紧凑子集 中的不同的一个的标准偏差和均值的线性组合确定所述背光驱动值中 的每一个。

在第四类中的一些实施例中，通过包括对所述空间紧凑子集中的 每一个的至少一个非线性运算的步骤而确定所述统计数据。可以对所 述空间紧凑子集中的每一个或对从所述空间紧凑子集中的每一个推导 出的数据执行非线性运算。例如，所述非线性运算可以是或可以包括 对所述空间紧凑子集中的每一个的像素进行平方的运算。又例如，所 述非线性运算可以是或可以包括对从所述空间紧凑子集确定的下采样 图像的像素进行平方的运算（例如对所述空间紧凑子集中的每一个的 均值或所述空间紧凑子集中的每一个的经滤波的均值进行平方的运 算，其中，所述下采样图像的每个像素是所述空间紧凑子集中的不同 的一个的均值）。

在第四类中的一些实施例中，（在没有反馈的情况下）通过单遍 数据处理执行步骤（a）和（b）。响应于第四类中的典型实施例中产 生的背光驱动值，所述背光面板产生稳定的背光。

在第五类的实施例中，本发明是一种用于响应于指示待显示的图 像的输入图像数据而确定用于双调制显示器的背光面板的每个颜色通 道的背光元件的背光驱动值的方法，其中，所述背光面板具有用于发 射第一颜色的光的第一颜色通道、用于发射第二颜色的光的第二颜色 通道、以及用于发射第三颜色的光的第三颜色通道，所述双调制显示 器还包括具有第一分辨率的前面板，所述方法包括以下步骤：

（a）确定指示第一图像像素的多个空间紧凑子集中的每一个的 至少一个统计测度的第一统计数据，其中，所述第一统计数据具有低 于所述第一分辨率的分辨率，所述第一图像像素是包括所述输入图像 数据的具有第一颜色的颜色分量、以及从所述输入图像数据的具有第 一颜色的颜色分量推导出的数据值的组的元素，并且从所述第一统计 数据确定用于所述第一颜色通道的背光驱动值；

（b）确定指示第二图像像素的多个空间紧凑子集中的每一个的 至少一个统计测度的第二统计数据，其中，所述第二统计数据具有低 于所述第一分辨率的分辨率，所述第二图像像素是包括所述输入图像 数据的具有第二颜色的颜色分量、以及从所述输入图像数据的具有第 二颜色的颜色分量推导出的数据值的组的元素，并且从所述第二统计 数据确定用于所述第二颜色通道的背光驱动值；

（c）确定指示第三图像像素的多个空间紧凑子集中的每一个的 至少一个统计测度的第三统计数据，其中，所述第三统计数据具有低 于所述第一分辨率的分辨率，所述第三图像像素是包括所述输入图像 数据的具有第三颜色的颜色分量、以及从所述输入图像数据的具有第 三颜色的颜色分量推导出的数据值的组的元素，并且从所述第三统计 数据确定用于所述第三颜色通道的背光驱动值；以及

（d）对用于所述第一颜色通道的背光驱动值、用于所述第二颜 色通道的背光驱动值、以及用于所述第三颜色通道的背光驱动值执行 交叉通道校正，以生成用于所述第一颜色通道的修正背光驱动值、用 于所述第二颜色通道的修正背光驱动值、以及用于所述第三颜色通道 的修正背光驱动值。

在第五类的一些实施例中，通过包括对所述第一图像像素的空间 紧凑子集中的每一个（例如，对所述空间紧凑子集中的每一个或对从 所述空间紧凑子集中的每一个推导出的数据）的至少一个非线性运算 的步骤而确定所述第一统计数据，通过包括对所述第二图像像素的空 间紧凑子集中的每一个的至少一个非线性运算的步骤而确定所述第二 统计数据，并且通过包括对所述第三图像像素的空间紧凑子集中的每 一个的至少一个非线性运算的步骤而确定所述第三统计数据。在一些 实施例中，每一个非线性运算是对所述空间紧凑子集中的每一个的像 素进行平方的运算（并且在一些这样的实施例中，所述统计测度是所 述空间紧凑子集中的每一个的标准偏差）。在其它实施例中，所述非 线性运算是对从所述空间紧凑子集确定的下采样图像的像素进行平方 的运算（例如，对所述空间紧凑子集中的每一个的均值或所述空间紧 凑子集中的每一个的经滤波的均值进行平方的运算，其中，所述下采 样图像的每个像素是所述空间紧凑子集中的不同的一个的均值）。在 一些实施例中，所述第一统计数据指示所述第一图像像素的空间紧凑 子集中的每一个的均值和标准偏差，所述第二统计数据指示所述第二 图像像素的空间紧凑子集中的每一个的均值和标准偏差，所述第三统 计数据指示所述第三图像像素的空间紧凑子集中的每一个的均值和标 准偏差。

在第五类中的一些实施例中，（在没有反馈的情况下）通过单遍 数据处理执行步骤（a）、（b）、（c）和（d）。响应于第五类中的 典型实施例中产生的修正背光驱动值，所述背光面板产生稳定的背光。

本发明的各方面包括一种被配置（例如被编程）为执行本发明的 方法的任何实施例的系统、以及一种存储用于实现本发明的方法的任 何实施例的代码的计算机可读介质（例如盘）。例如，本发明的系统 可以是或可以包括被编程和/或另外配置为响应于对其声明（assert） 的视频或其它输入图像数据而执行本发明的方法的实施例的现场可编 程门阵列（或以集成电路或芯片组）、或被编程和/或另外配置为对视 频或其它图像数据执行包括本发明的方法的实施例的流水线处理的另 一可编程数字信号处理器。替代地，本发明的系统是或包括可编程通 用处理器或微处理器，其耦合以接收或生成指示待显示的图像的序列 的输入数据，并且通过软件或固件而被编程和/或另外被配置为对输入 数据执行包括本发明的方法的实施例的各种运算中的任一种。例如， 本发明的系统可以是或可以包括计算机系统，其包括输入设备、存储 器和图形卡，其被编程（和/或另外被配置）为响应于对其声明的输入 图像数据而执行本发明的方法的实施例。

附图说明

图1是本发明的系统的实施例的框图。

图2是双调制显示器的LCD阵列的像素5以及显示器的背光面 板的LED单元6的示图。

图3是与图2的较低分辨率背光面板对准（在其上叠加）的图2 的高分辨率LCD阵列的示图。

图4是具有包括根据本发明实施例可被采用以生成用于图2的 LED单元6的背光驱动值的像素7的下采样图像的图2的对准的LCD 阵列和背光面板的示图。

图5是图4的LCD阵列像素5和下采样图像像素7的示图。

图6是另一双调制显示器的LCD阵列的像素5以及显示器的背 光面板的LED单元6’的示图。

图7是与图6的较低分辨率背光面板对准（在其上叠加）的图6 的高分辨率LCD阵列的示图。

图8是具有包括根据本发明实施例可被采用以生成用于图6的 LED单元6’的背光驱动值的像素7’的下采样图像的图6的对准的LCD 阵列和背光面板的示图。

图9是在图1的系统的典型运算或本发明的系统的其它实施例中 执行的步骤的流程图。

图10是在图9的步骤70的典型实现中执行的用于响应于输入图 像数据而生成LED驱动值的步骤的流程图。

图11是被配置为响应于输入图像数据而生成LED驱动值的本发 明的系统的另一实施例的框图。

图12是在图11的系统的块203的典型运算中执行的步骤的流程 图。

具体实施方式

本发明的很多实施例是在技术上可能的。本领域技术人员从本发 明可理解如何实现它们。将参照图1和图9–图12描述本发明的系统 和方法的实施例。

图1是本发明的系统的实施例的框图。图1的系统包括用于响应 于来自源4的视频输入信号而依次显示图像的双调制显示器。显示器 包括前调制面板2和（通过未示出的部件）定位于面板2后面的背光 面板1。可选地，漫射器面板（未示出）位于面板1与2之间。系统 还包括处理器8，该处理器8耦合在双调制显示器与源4之间，并且 被配置为响应于输入信号而生成用于显示器的两个面板的驱动信号。

在图1中，处理器8具有耦合到背光面板1和耦合到面板2的输 出、以及耦合到源4的输入。本发明的另一实施例是处理器8仅仅具 有被配置为耦合到面板1和2的输出。在后者实施例和图1的系统这 两者中，处理器8可选地被配置为：存储或生成根据本发明的方法被 处理以生成背光驱动值的视频输入信号（或其它输入图像数据）。

在图1的典型实现中，前调制面板2是包括像素的阵列的LCD 面板。每个像素包括三个LCD单元（子像素）：红色单元2a（其对 于红色光具有可变透射性，并且对于除了红色光之外的光是不透明 的）；绿色单元2b（其对于绿色光具有可变透射性，并且对于除了绿 色光之外的光是不透明的）；以及蓝色单元2c（其对于蓝色光具有可 变透射性，并且对于除了蓝色光之外的光是不透明的）。

在典型实现中，图1的背光面板1是包括LED单元的阵列的LED 面板，每个单元包括三个LED：红色LED 1a；绿色LED 1b；以及蓝 色LED 1c。LED面板1的单元具有比面板2的像素低（并且典型地 低得多）的密度，从而面板1的每个LED单元对面板2的很多像素进 行背光照射，并且面板1具有比面板2低的分辨率。如图1所示，对 于面板2的四个LCD像素的每一个集合，存在面板1的一个LED单 元。LED单元的密度和放置阻碍了对于各单独LCD像素的背光的单 独调制。反之，来自每个LED单元（1a、1b和1c））的光的分布对 很多LCD像素进行背光照射。从每个LED单元发射的光典型地交叠 从LED单元中的其它单元发射的光，产生相对于LCD像素缓慢地（空 间）改变的背光。因此，面板2的每一个区域中的多个LCD像素具 有相似背光。

为了响应于输入信号的帧（或场）而显示图像，处理器8对面板 2声明（assert）LCD驱动值的三个序列（“LCDR”、“LCDG”和 “LCDB”），并且对面板1声明LED驱动值的三个序列（“LEDR”、 “LEDG”和“LEDB”）。每个值“LCDR”确定单元2a中的不同 的一个的透射性，每个值“LCDG”确定单元2b中的不同的一个的透 射性，每个值“LCDB”确定单元2c中的不同的一个的透射性，每个 值“LEDR”确定红色LED 1a中的不同的一个的发射强度，每个值 “LEDG”确定绿色LED 1b中的不同的一个的发射强度，并且每个 值“LEDB”确定蓝色LED 1c中的不同的一个的发射强度。

图9是图1系统的典型运算和本发明的其它典型实施例中执行的 步骤的流程图。响应于输入图像数据50，在图9的步骤70中生成背 光驱动值（例如LED驱动值）。例如，在图1系统的运算中，在步骤 70中可以响应于图像数据50的帧或场（例如，以参照图10或图11 描述的方式）生成背光驱动值的序列“LEDR”、“LEDG”和“LEDB”。 此外，响应于图像数据50，在步骤72和74中生成LCD驱动值。例 如，在图1系统的运算中，图9的步骤72响应于图像数据50的帧或 场以及步骤74中生成的仿真背光像素的集合而生成LCD面板控制值 的序列“LCDR”、“LCDG”和“LCDB”。通过仿真使用步骤70 中生成的背光驱动值（LEDR、LEDG和LEDB）实现的背光而在步 骤74中（以下文将解释的方式）生成仿真背光像素。

在图1所示的实现的变形中，双调制显示器可以包括如下这样的 背光面板，该背光面板被实现有每单元单个白光发光元件（例如白光 发光二极管）而不是每单元三个LED（例如红色LED、绿色LED和 蓝色LED），或每单元其它多个LED系统（例如对于每个单元，红 色LED、绿色LED、蓝色LED和白色LED）。在其它实施例中，双 调制显示器的背光层可以被通过扫描激光器而实现，或实现为LCD 层、背光投影器、或其它背光系统或设备，和/或前端（透射）层可以 通过具有可变透射性的其它像素元件（除了LCD之外的像素元件） 而实现。典型地但并非必须地，背光层具有比前端（透射）层更低的 分辨率。

如果响应于待显示的输入图像而适当地驱动双调制显示器（例如 图1的双调制显示器）的前面板（例如，图1的面板2）的LCD单元 和该双调制显示器的背光面板（例如图1的背光面板1）的发光元件， 则该双调制显示器可以提供比传统显示器更大的对比率。在操作中， 背光驱动值（例如LED驱动值）优选地被设置为以平衡最大化对比度、 减少或消除包括白色限幅、黑色限幅、晕轮的视觉伪像以及这些伪像 的时间变化并且实现能量效率的目标的方式实现优化的背光。

图1的处理器8优选地被配置为：响应于来自源4的视频输入信 号的每个帧（或场）的红色颜色分量、绿色颜色分量和蓝色颜色分量， 以将参照图10详细描述的方式生成LED驱动值的序列“LEDR”、 “LEDG”和“LEDB”。图9的步骤70表示这种LED驱动值确定操 作。

还优选地，图1的处理器8被配置为：响应于来自源4的视频输 入信号的每个帧或场的红色颜色分量、绿色颜色分量和蓝色颜色分量， 以传统方式生成LCD驱动值的序列“LCDR”、“LCDG”和“LCDB”。 图9的步骤72和74表示这种LCD驱动值确定操作。

注意，双调制显示器系统将其前端（例如LCD）面板的有效对 比度乘以其背光子系统的实现的对比度，以增加整个显示器对比度。 在具有LCD前面板和恒定背光的传统双调制显示器系统中，输入图 像典型地直接发送到LCD面板，并且在不改变的情况下被显示。然 而，在图1系统的操作中，通过输入图像直接驱动LCD面板将不足 并且将产生失真的输出的情况下，期望背光调制足够显著。因此，图 9的步骤72和74修改输入图像数据以考虑背光对比度并且确定用于 显示正确的可视图像的LCD驱动值。

为了确定要发送到LCD面板的LCD驱动值，步骤74实现背光 模型以仿真通过步骤70中生成的LED驱动值实现的背光。典型地， 背光面板1包括大约一千个LED单元，LED单元中的每一个在步骤 74中被建模为白光发光元件。例如，从包括绿色LED、蓝色LED和 红色LED的每个单元发射的白光的强度是预期响应于对它们声明的 LED驱动值LEDR、LEDG和LEDB的集合而从这三个LED发射的 绿色、蓝色和红色强度之和（或其它线性组合）。

在步骤74的示例性实现中，假设（响应于驱动值LEDR、LEDG 和LEDB的相关集合）从每个LED单元发射的入射到LCD阵列的像 素中的每一个上的白色背光为由以LED单元在LCD阵列上的投影为 中心的点扩展函数（例如高斯点扩展函数、或加权二维高斯之和、或 LED的实际测量点扩展函数）确定的白色背光。对于LCD阵列的每 个像素，该仿真假设入射到其上的背光的总强度是从背光阵列的LED 单元中的每一个发射的背光贡献的（在LCD阵列的该像素处的）入 射强度之和。

步骤74的输出因此是入射背光强度值的集合，对于LCD阵列的 每个像素（LCD）一个背光强度值，其中，入射背光强度值中的每一 个是来自背光阵列的单独LED单元的贡献之和。

在图9的步骤70独立地确定用于背光面板的每个颜色通道的背 光驱动值的情况下（例如，在如以下描述的图11实施例中那样生成背 光驱动值的情况下），步骤74将不如前面两个段落中描述的示例中那 样实现“白色”背光，而是另外实现适当地建模背光面板的每个颜色 通道的模型。

在典型情况下，LCD阵列的每个像素包括对于红色光具有可变 透射性并且对于除了红色光之外的光不透明的LCD、对于绿色光具有 可变透射性并且对于除了绿色光之外的光不透明的另一LCD、以及对 于蓝色光具有可变透射性并且对于除了蓝色光之外的光不透明的第三 LCD。

在步骤72中，使用步骤74中确定的仿真入射背光强度值（“背 光像素”）以及输入图像数据50来确定发送到LCD面板的LCD驱 动值（图1的值LCDR、LCDG和LCDB）。在步骤72的典型实现 中，对于LCD阵列的每个像素的每个颜色分量（即，对于LCD阵列 的第“i”LCD），确定比率：

Ri=Pi/Bi，其中，

“i”是LCD阵列像素的指数，Bi是用于LCD阵列像素的仿真 入射背光强度值，并且Pi是输入图像50的相关像素的相关颜色分量 的强度。每个比率“Ri”（或其的经缩放的版本）可以用作用于LCD 阵列像素的LCD驱动值（例如，步骤72的输出是满足LCDR=k_rRi_r、 LCDG=k_gRi_g和LCDB=k_bRi_b的三个LCD驱动值LCDR、LCDG和 LCDB的集合，其中，k_r、k_g和k_b是缩放因子（在一些实施例中，缩 放因子相同，从而k_r=k_g=k_b=k），并且Ri_r、Ri_g、Ri_b分别是用于 像素的红色颜色分量、绿颜色分量色和蓝色颜色分量的比率Ri）。因 此，在该示例中，当对应的仿真入射背光强度值Bi等于1（指示LCD 的完全或最大背光）时，步骤72将通过（图像50的）像素的颜色分 量Pi，以用作用于第“i”个LCD的LCD驱动值（假设用于颜色分 量的比例因子k满足k=1），但当仿真入射背光强度值Bi小于1（Bi<1） 指示LCD的减少的（或小于最大）背光时，步骤72将有效地将用于 LCD的LCD驱动值增大因子1/Bi（再次假设k=1）（由此增大LCD 的透射性）。

步骤72和74可被以独立地处理每个颜色通道的方式来执行。例 如，步骤74可以独立地确定三组仿真入射背光强度值，各组用于各颜 色分量（绿色、蓝色和红色），每组包括用于LCD阵列的每个像素 的一个颜色分量（绿色、蓝色或红色）的背光强度值。在该示例中， 步骤72可以响应于LCD阵列像素的仿真绿色背光强度值和输入图像 50的对应像素的绿色颜色分量（例如，作为它们的比率）而生成绿色 LCD驱动值（LCDG），并且响应于像素的仿真蓝色背光强度值和输 入图像50的对应像素的蓝色颜色分量（例如，作为它们的比率）而生 成蓝色LCD驱动值（LCDB），并且响应于像素的仿真红色背光强度 值和输入图像50的对应像素的红色颜色分量（例如，作为它们的比率） 而生成红色LCD驱动值（LCDR）。

在独立地处理每个颜色通道的步骤72和74的优选实现中，步骤 74中实现的模型假设XYZ颜色空间而不是RGB颜色空间。一个这样 的模型假设传统CIE 1931XYZ颜色空间、从人眼以及其三个视锥细 胞受体（感光体）的直接测量推导出的三色刺激颜色空间模型。CIE 1931XYZ颜色空间是公知并且广泛使用的与大多数设备兼容的标准 空间，并且独立于系统中的基色。因此，相同的基于CIE 1931XYZ 的背光模型可以用于任意背光系统和基色（例如，用于包括任何类型 的LED单元的任何LED背光系统）。在典型双调制显示器系统中， LCD颜色滤波器（R、G、B）均让大量的需要考虑的“其它”光通过。 红色LCD例如典型地让红色谱和绿色谱两者中的绿色LED背光发射 的相当大量的能量通过。步骤72的优选XYZ颜色空间实现因此包括 二十七个光场仿真：从每个RGB LED输出的每个X、Y和Z通道。 步骤72的另一优选XYZ颜色空间实现将该二十七个光场折叠为被存 储的仅九个背光。仿真中的二十七个背光是通过每一个RGB LCD从 每个RGB LED单元输出的每个XYZ。然而，由于每个RGB LED单 元中的红色LED、绿色LED和蓝色LED基本上被协同定位并且驱动 值已经确定，因此我们可以对来自单元中的LED中的每一个的XYZ 输出求和。换句话说，通过红色LCD输出的X是来自红色LED、绿 色LED和蓝色LED的通过红色LCD输出的X之和；通过红色LCD 输出的Y是从红色LED、绿色LED和蓝色LED通过红色LCD输出 的Y之和，等等。对于（转换到XYZ空间的）输入像素值的给定集 合和九个背光的3x3矩阵，（优选地，经由背光的3x3矩阵的矩阵求 逆，随后乘以XYZ输入）求解R、G和B LCD透射性。

参照图2-图9，我们接下来描述若干双调制显示器的前面板像素 和背光单元的示例性布置。本发明的一些实施例采取图2-图9的双调 制显示器几何结构。

在图2中，像素5是高分辨率LCD阵列的像素（以及要通过LCD 阵列显示的输入图像的像素），（用于LCD阵列的背光面板的）LED 单元6以比像素5低的分辨率成六边形地布置。图3示出与较低分辨 率的背光面板对准（叠加在其上）的高分辨率LCD阵列。在操作中， 每个LED单元6照射LCD阵列的多个像素5。

将参照图4描述可被采用以生成用于（图2和图3的）LED单 元6的背光驱动值的下采样图像的示例。图4的每个“像素”7是下 采样图像的数据值。每个这样的数据值是二十五个输入图像像素5的 子集的统计测度（例如标准偏差或均值）。从图4可见，每个下采样 图像“像素”7的位置与二十五个输入图像像素5的块的位置对应， 并且一些而不是所有“像素”7叠加在LED单元6上。在本发明的方 法的一类实施例中，从包括像素5的输入图像生成两个下采样图像： 一个下采样图像包括平均亮度值（在LED单元6上叠加的像素5的每 个块的亮度值的均值）；另一下采样图像包括标准偏差值（在LED单 元6上叠加的像素5的每个块的亮度值的标准偏差）。在LED单元6 上叠加的像素5的每个块的均值和标准偏差值可以根据本发明被用于 确定用于LED单元6的背光控制值。

为了清楚，图5示出与图4的较低分辨率的下采样图像“像素” 7分离的图4的高分辨率输入图像像素5。

在将参照图6、图7和图8描述的本发明的另一实施例中，双调 制显示器具有以矩形栅格形式布置的LED单元（图6-图8的单元6’）。 在图6中，像素5表示高分辨率LCD阵列的像素（以及待由LCD阵 列显示的输入图像的像素），显示器的背光面板的LED单元6’布置 成较低分辨率的矩形栅格。图7示出与较低分辨率背光面板对准（叠 加在其上）的高分辨率LCD阵列。在操作中，每个LED单元6’照射 LCD阵列的多个像素5。

将参照图8描述可被采用以生成用于（图6和图7的）LED单 元6’的背光驱动值的下采样图像的另一示例。图8的每个“像素”7’ 下采样图像的数据值。每个这样的数据值是二十五个输入图像像素5 的子集的统计测度（例如标准偏差或均值）。从图8可见，每个下采 样图像“像素”7’的位置与二十五个输入图像像素5的块的位置对应， 并且像素7’叠加在LED单元6’上。在本发明的方法的一类实施例中， 从包括像素5的输入图像生成两个下采样图像：一个下采样图像包括 平均亮度值（在LED单元6’上叠加的像素5的每个块的亮度值的均 值）；另一下采样图像包括标准偏差值（在LED单元6’上叠加的像 素5的每个块的亮度值的标准偏差）。在LED单元6’上叠加的像素5 的每个块的均值和标准偏差值可以根据本发明被用于确定用于LED 单元6’的背光控制值。

用于双调制显示器的直接背光解决方案将设置LED背光以使 LCD面板的动态范围以输入信号的平均亮度为中心。在每个LED单 元与LCD面板的像素的N×N块对准的情况下，这可通过如下来实现： 生成其数据值是将通过与LED单元中的不同的一个对准的LCD面板 像素显示的输入图像像素的各N×N块的平均亮度的下采样图像并且 将每个LED单元设置为输入图像像素的对应的N×N块中的平均输入 图像亮度的两倍。在很多情况下，这将确保许多图像可使用LCD面 板设置最终输出水平来再现，并且将大致平衡对于该范围外的像素的 白色限幅和黑色限幅的量。然而，该解决方案在若干方面不足。例如， 其将典型地导致过多的白色限幅（对于很多观看者，白色限幅的感知 远比黑色限幅的感知更令人不适），并且如果输入图像信号亮度没有 关于平均水平相等地分布，则还可能在白色区域或黑色区域中遭受增 加的限幅。平均图片水平（average picture level，APL）对于电视图 像典型地是15%，从而较大的LED驱动值（比相关块中的平均输入 图像亮度多两倍）对于显示电视节目可能是必需的。

本发明的方法的优选实施例生成设置背光水平以最小化白色限 幅并且更好地遵从图像信号像素亮度分布的背光驱动值。这允许局部 动态范围朝输入信号的上端或下端偏移。通过这样的实施例确定的背 光的期望特性在于，其观测图像统计以进一步确保最小化限幅。在本 发明的方法的典型实施例中，输入图像数据的块的统计属性（例如均 值和标准偏差）用于确定背光驱动值。

在一类实施例中，确定背光驱动值，以便根据统计规则在局部区 域的基础上设置背光以确保最小限幅。例如，根据一些实施例，用于 待显示的图像的局部区域的背光设置为如下水平，该水平等于图像的 对应局部区域中的像素的亮度值的缩放均值（乘以缩放因子的均值） 加上相同图像像素的亮度值的缩放标准偏差（乘以缩放因子的标准偏 差）。在一个这样的实施例中，用于待显示的图像的局部区域的背光 设置为图像的对应局部区域中的像素的亮度值的均值加上相同图像像 素的亮度值的标准偏差的三倍，导致99%的像素不被限幅（如果图像 的亮度值服从正态分布）。又例如，根据另一这样的实施例，用于待 显示的图像的局部区域的背光设置为图像的对应局部区域中的像素的 亮度值的均值加上相同图像像素的亮度值的标准偏差的两倍。这导致 95%的像素不被限幅，再次假设图像的亮度值服从正态分布。对于输 入图像的亮度值的除正态分布之外的任何概率分布，切比雪夫不等式 说明不大于（1/k²）的值大于均值的“k”倍标准偏差。因此，如果图 像的亮度值服从任意分布，则75%的值位于均值的两倍标准偏差内， 89%的值位于均值的三倍偏差内。

标准偏差（有时在此被称为“西格玛（sigma）”）和均值是根 据本发明一些实施例被用于确定背光的（待显示的）图像的像素的子 集的统计测度。在一类实施例中，用于图像的每个局部区域的背光被 设置在作为这些测度的函数的水平（例如，局部区域中的图像像素的 亮度值的缩放均值和相同像素的亮度值的缩放西格玛之和确定的水 平）。对于特定应用通过专用的调整的参数（例如缩放因子）的集合 确定使用的统计测度的特定函数。例如，如果用于图像的每个局部区 域的背光设置为等于该局部区域中的图像像素的亮度值的缩放均值与 相同像素的亮度值的缩放标准偏差之和的水平，则当确定用于具有带 有不同对比率的LCD面板的两个不同的显示器的背光时，可以对于 每个显示器选取比例参数的不同集合。

本发明的优选实施例使用输入图像数据的块的统计属性（例如 均值和标准偏差）来确定背光驱动值，并且还采用高效的用于确定输 入图像数据块的统计值的方法。根据本发明，从输入图像的下采样版 本的相对低分辨率的输入图像数据确定统计测度。

如上所述，本发明的方法的一些实施例从待显示的输入图像生 成两个下采样图像：一个下采样图像包括平均亮度值（与背光面板的 LED单元对准的输入图像的像素的每个块的亮度值的均值）；另一下 采样图像包括标准偏差值（与背光面板的LED单元对准的输入图像的 像素的每个块的亮度值的标准偏差）。通过以下描述的方式从这些下 采样图像确定LED驱动值。

我们接下来参照图10的流程图描述这样的实施例的示例。如图 10所示，响应于输入图像数据50（在步骤63中）生成LED驱动值。

在输入图像数据50是包括像素的序列的彩色图像数据，每个像 素包括一组颜色分量（例如红色、绿色和蓝色颜色分量）的情况下， 从包括输入图像数据50的每个像素的颜色分量在步骤50a中生成单个 值。在典型实现中，步骤50a生成每个输入图像像素的颜色分量（例 如，每个输入图像的每个像素的亮度）的加权和。在这些实现中，数 据50确定的响应于每个输入图像的步骤50a的输出是包括亮度值的序 列的“亮度图像”，其中，每个亮度值是输入图像的不同像素的亮度。

步骤50a的其它实现确定输入图像数据50的每个像素的最大颜 色采样。每个像素的最大颜色采样是像素的颜色分量（例如红色、绿 色和蓝色分量）中的具有最大值（最大强度）的一个。在这些实现中， 步骤50a的输出是输入图像的最大颜色采样的流（即第“i”个采样是 Ri、Gi和Bi中的最大值，其中，Ri、Gi和Bi是输入图像的第“i” 个像素的颜色分量）。

在图10的以下描述中，虽然在一些实现中其可以是每个输入图 像像素的颜色分量的另一加权和或每个输入图像像素的最大颜色采 样，但步骤50a中生成的每个数据值将（为了简化）被称为亮度值。

在步骤52中，对步骤50a生成的亮度值进行“下采样”，使得 从该数据生成包括平均亮度值的下采样图像。更具体地说，步骤52 确定亮度值的多个块中的每一个的均值。每个块是亮度值的空间压缩 集合，其在输入图像中的空间位置与由（背光面板的）LED单元中的 一个照射的（前面板的）LCD像素的子集对应。步骤52中生成的下 采样图像包括均是输入图像的像素的亮度值的块的均值的值（有时被 称为“像素”）。每个这种“像素”的空间位置是输入图像中的块的 位置，每个平均亮度值因此被登记（register）到一个这样的块的位置。

在图10的步骤58中，还从步骤50a中生成的图像数据（被称 为亮度值）生成（包括标准偏差值的）另一下采样图像。在执行步骤 58之前，执行步骤51、53、55、56和57。在步骤51中，步骤50a 中生成的每个图像数据值（亮度值）乘以自身。在步骤53中，确定输 入图像的一组局部区域或块中的每一个中的所得平方亮度值的均值， 确定被平方的亮度值的多个块中的每一个的均值。每个块是被平方的 亮度值的空间紧凑集合，其在输入图像中的空间位置与被LED单元中 的一个照射的LCD像素的子集对应。在步骤53中对输入图像像素进 行下采样，使得从数据50生成包括均方亮度值的下采样图像。步骤 53中生成的下采样图像包括均是输入图像的像素的被平方的亮度值 的块的均值的值（有时被称为“像素”）。每个这种“像素”的空间 位置是输入图像中的块的位置，每个均方亮度值因此被登记到一个这 样的块的位置。

当处理图像数据50以用于在具有上述图6-图8的LED单元6’ 和LCD像素5的双调制显示器上显示时，对于其在图10的步骤52 （或步骤53）中生成值的每个输入图像的每个块是输入图像像素的5 ×5块。换句话说，步骤52（或步骤53）中确定的每个下采样图像的 每个像素被登记为输入图像像素的5×5块。

在步骤54和55中，对步骤52中生成的下采样图像进行低通滤 波（步骤54）以限制其空间带宽，并且对步骤53中生成的下采样图 像进行低通滤波（步骤55）以限制其空间带宽。

对于待参照步骤62描述的查找表（look up table，LUT）、待 参照步骤60描述的乘法部件以及待参照步骤56描述的另一乘法部件 声明响应于每个输入图像在步骤54中生成的经滤波的平均亮度值的 序列。

在步骤56中，对在滤波步骤54中生成的经滤波的平均亮度值 中的每一个进行平方（乘以自身）。在步骤57中，从在滤波步骤55 中生成的经滤波的均方亮度值（其中的每一个在图10中由值“A”指 示）减去在步骤56中生成的平方的经滤波的平均亮度值（其中的每一 个在图10中由值“B”指示）。

在步骤58中，确定从步骤57输出的每个差值的平方根，以生 成“标准偏差”值。对于待参照步骤67描述的查找表（look up table， LUT）和待参照步骤59描述的乘法部件，声明响应于每个输入图像而 在步骤58中生成的标准偏差值的序列。

在图10的优选实现中，在步骤58中生成的每个标准偏差值（在 没有反馈的情况下）通过一遍数据处理（one-pass data processing） 得到，并且等于：

$\sigma =\sqrt{\frac{1}{N}\left(\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{x}_i^2\right)-{\bar{x}}^2},$

其中，x_i是输入图像的第“i”个像素的经低通滤波的亮度，N是 对于其在图10的步骤52（或步骤53）中生成值的输入图像的每个块 中的亮度值的数量，是输入图像的相同块中的N个亮度值的经低通 滤波的均值，σ（西格玛）是输入图像的相同块中的N个亮度值的标 准偏差。如上所述，在图10的一些实现中，对于σ的以上表述中的每 个亮度值由每个输入图像像素的颜色分量的另一加权和或每个输入图 像像素的最大颜色采样代替。

更通常地，（在没有反馈的情况下）通过一遍数据处理执行图 10方法的典型实现的所有步骤。

仍参照图10，在步骤59、60、65、69和最终的步骤63中，步 骤54和58中生成的均值和标准偏差值基于固定和可变增益而被缩放， 并且加到一起，以确定最终背光控制值。

在步骤62中，查找表（“标准偏差增益LUT”）响应于步骤 54中生成的每个均值而输出增益值“Gain”。在步骤65中，每个“Gain” 值乘以预定的固定增益值（“固定西格玛增益”）66，以生成缩放因 子“SigmaGain”。缩放因子“SigmaGain”的值典型地具有等于大约 2.5的值。标准偏差增益LUT包含通过均值选择或索引的值。对于每 个十分低的均值（即接近0.0的每个均值），标准偏差增益LUT应输 出1.0的增益值，使得步骤65中生成的“SigmaGain”值等于“固定 西格玛增益”66。响应于等于0.5或更大的（对于标准偏差增益LUT 的输入而声明的）均值，标准偏差增益LUT应输出等于（或基本上等 于）零（0.0）的增益值，从而（步骤65中生成的）“SigmaGain”值 有效地为零，并且，对于步骤69中生成的等于2.0的典型“MeanGain （均值增益）”值，步骤63产生使得对应LED单元发射最大强度的 背光的LED驱动值（即LED驱动值是全开的（full on）LED驱动值）。 换句话说，响应于等于0.5或更大的（步骤54中生成的）均值，仅仅 通过均值与（步骤69中生成的）MeanGain值的乘积确定步骤63的 输出，并且无需（从步骤58输出的）西格玛值以实现足够背光p 65 （SigmaGain）为0.0。响应于从大约0.0增加到0.25的（对于标准偏 差增益LUT的输入声明的）均值的序列，标准偏差增益LUT应输出 从大约1.0快速地减少到十分小的值（接近于0.0）的Gain值的序列。 响应于从大约0.25增加到0.50的（对于标准偏差增益LUT的输入声 明的）均值的序列，标准偏差增益LUT应输出从该十分小的值快速地 减少到零（0.0）的Gain值的序列。

在步骤67中，响应于步骤58中生成的每个标准偏差值，查找 表（“均值增益LUT”）输出增益值“Gain2”。在步骤69中，每个 增益值Gain2乘以预定的固定增益值（“固定均值增益”）68，以生 成比例因子“MeanGain”。比例因子“MeanGain”值典型地具有等 于大约2.0的值。均值增益LUT包含通过标准偏差值选择或索引的值。 十分低的标准偏差值（例如接近于0.0的值）指示输入信号接近于用 于图像区域的平坦场。在这些情况下，典型地是大约2.0的“固定均 值增益”68比提供足够的背光所要求的更高。在平坦图像区域中，从 能量节省和改进黑色限幅/整形观点来看，期望设置更接近于均值的背 光。因此，均值增益LUT包含小于1.0的小数值，当在步骤69中乘 以“固定均值增益”时，将把整个“MeanGain”设置为典型地接近于 1.1的值（例如，均值增益LUT典型地包含在从1.1/2.0=0.55至1.0的 范围中的值）。响应于从0.0增加的标准偏差值的序列的均值增益LUT 的输入，均值增益LUT应输出从0.55增加到1.0的Gain2值的序列。 等于1.0的Gain2的值允许（从步骤69输出的）“MeanGain”值等 于固定均值增益68。

可以基于LCD和LED性能而调整步骤69和65中采用的增益 值“固定均值增益”68和“固定西格玛增益”66。

在步骤60中，步骤54中生成的经滤波的平均亮度值（“均值 （mean）”）中的每一个乘以（步骤69中）响应于其而确定的MeanGain 因子，以生成乘积“mean*MeanGain”。

在步骤59中，步骤58中生成的每个标准偏差值（“西格玛”） 乘以（步骤65中）响应于其而确定的SigmaGain因子，以生成乘积 “sigma*SigmaGain”。

在步骤63中，每个乘积“sigma*SigmaGain”与对应乘积“mean *MeanGain”相加，以生成背光控制值：

LED_drive=mean*MeanGain+sigma*SigmaGain。

每个背光控制值LED_drive可以被看做响应于输入图像而在步骤 63中确定的最终下采样图像的“像素”。在一类实施例中，每个值 LED_drive是用于照射输入图像像素的块的（双调制显示器的）LED的 LED驱动值。

典型地，背光面板通过完全地驱动对应背光以使得其以最大强 度发射背光而响应于等于1（或大于1）的每个背光控制值LED_drive。 替代地，步骤63可以被实现为输出值1.0或值LED_drive（以较小者为 准），从而对于背光面板声明的背光控制值总是在从0.0到1.0的范围 中（仅响应于等于1.0的背光控制值发射具有最大强度的背光）。

当显示器的背光面板的单元是白色LED时，步骤63中生成的 背光控制值（图10中标识为“LED_drive”值）可以直接应用于包括背 光面板单元的白色LED。或者，当背光面板的每个单元是红色、绿色 和蓝色LED的群集时，步骤63中生成的背光控制值中的每一个可以 直接应用于群集中的不同的一个的所有LED。

我们接下来描述步骤54和55的典型实现中应用的低通滤波的 类型。如上所述，根据本发明将相对高分辨率图像像素（在上述意义 上）下采样为较低LED分辨率。由于输入图像典型地具有远高于可以 在LED阵列处呈现的空间频率的空间频率，因此下采样处理必须限制 所生成的每个下采样图像中的频率。未能进行该操作将导致混叠，这 是由频率模糊性而产生的，并且可能产生视觉伪像。在混叠的LED驱 动值的情况下，所得到的背光可以高于或低于期望的背光，并且在输 入图像的序列确定的对象的运动（例如平移）期间可能不稳定。例如， 对于跨屏幕平移的未畸变对象生成的背光理想地对于对象位置不变。 如果不执行限带，则混叠可能在改变的背光中显现自身，导致改变整 形、限幅以及晕轮伪像。

为了防止否则将源自下采样处理的混叠，在步骤54和55中应 用限带滤波。优选地，步骤54中应用的限带（低通）滤波器移除了步 骤52中生成的每个下采样图像中的高频，步骤55中应用的限带（低 通）滤波器移除了步骤53中生成的每个下采样图像中的高频。优选地 从输入图像、下采样图像和LED点扩展函数确定包括频率响应和大小 的低通滤波器特性。典型地，步骤54或55中应用的每个低通滤波器 明显大于在步骤52或53中确定其均值的图像数据值的每个块的区域 （即每个下采样像素的空间区域），从而从该低通滤波器输出的每个 值是对于该低通滤波器的输入声明的每个下采样图像的很多像素的函 数。

根据图10实施例，均值和西格玛被限带的下采样图像被组合以 确定包括LED驱动值的最终下采样图像。为了驱动矩形LED阵列， 每个下采样图像位置可以包含（确定）LED驱动值，或下采样图像位 置的子集（例如下采样图像的每隔N行和M列中的位置）可以包含 LED驱动值。为了驱动六边形LED阵列（或具有另一阵列几何结构 的LED阵列），在与实际LED位置对准的下采样图像的位置处包含 LED驱动值。

图10的方法是用于响应于指示待显示的图像的输入图像数据而 确定用于双调制显示器的背光面板（例如，图1系统的面板1）的背 光元件的背光驱动值的本发明的方法的实施例。该方法包括以下步骤：

（a）确定指示图像数据的像素的多个空间紧凑子集（图10的 步骤50a中生成的值的块）中的每一个的至少两个统计测度的统计数 据（图10的步骤52或54中生成的均值和图10的步骤58中生成的标 准偏差值），其中，双调制显示器包括具有第一分辨率的前面板（例 如，图1系统的面板2），图像数据具有第一分辨率，统计数据具有 低于所述第一分辨率的分辨率，图像数据的像素是包括输入图像数据 的像素、输入图像数据的像素的颜色分量和从输入图像数据的像素推 导出的数据值的组的元素；以及

（b）从统计数据确定背光驱动值（图10的步骤63的输出）。

如上所述，本发明的第一类实施例响应于输入图像数据而确定 用于双调制显示器的背光面板的每个单元（例如每个LED单元）的背 光控制值。典型地，所述输入图像数据确定颜色图像的序列，并且包 括红色、绿色和蓝色颜色分量（或在图像具有非RGB颜色空间的情 况下，其它颜色分量）。在第一类中的典型实施例中，变换每个输入 图像的颜色分量，以确定亮度图像（例如，通过传统比色技术（例如 输入图像颜色分量的按像素的加权求和）对于所述输入图像的每个像 素确定亮度值）。第一类中的其它典型实施例确定输入图像的每个像 素（或所述输入图像的像素的子集的每个像素）的颜色分量的最大值。 从所得的亮度值或最大颜色分量值确定所述背光控制值。所述背光控 制值（例如LED驱动值）可以直接应用于所述背光面板的白色背光单 元。例如，它们可以直接应用于包括每个这种单元的白色LED，或直 接应用于包括每个这种单元的红色LED、绿色LED和蓝色LED的群 集的每个LED。

在本发明的方法和系统的第二类实施例中，对于双调制显示器 的背光面板的每个单元的每个颜色通道（例如，对于背光阵列的每个 单元的红色通道、绿色通道和蓝色通道中的每一个），独立地确定背 光控制值。该类中的典型实施例对于背光阵列的每个颜色通道确定（待 显示的图像的像素的）颜色分量的多个子集（块）中的每一个的至少 一个统计属性（例如均值或标准偏差），并且使用确定的统计属性对 于背光阵列的每个颜色通道独立地生成该颜色通道的背光控制值。（相 对于通过以上描述的第一类实施例可实现的色域和系统效率），第二 类中的实施例可以改进可实现的色域和整个系统效率两者。

为了使第二类实施例的描述简明，我们将颜色通道称为（RGB 颜色空间的）“红色”、“绿色”和“蓝色”颜色通道。应理解，在 第二类中的一些实施例中，颜色通道是另一颜色空间的颜色分量（例 如青色/品红色/黄色，或另一非RGB颜色空间，其可以是三原色或多 原色系统）。

将参照图11和图12描述第二类中的实施例。在图11系统中， 可以通过图像数据处理电路（例如现场可编程门阵列的子系统或其它 集成电路或芯片组）来实现块200-203中的每一个。图12是在图11 的块203的典型实现的操作中执行的步骤的流程图。

在图11的块200、201和202中，以与参照图10描述的方式相 似的方式处理输入图像的每个颜色通道（例如红色、绿色和蓝色）中 的颜色分量数据。具体地说，在输入图像数据50是红色颜色分量、绿 色颜色分量和蓝色颜色分量的流的情况下，以与从图10的步骤50a 输出的亮度值相同的方式在（图11的）块200中处理红色颜色分量， 以生成红色LED控制值“REDLED_drive”，该红色LED控制值将与 在输入图像数据50的每个像素的红色颜色分量（而不是该像素的亮度 或最大颜色分量值）从图10的步骤50a输出的情况下根据图10方法 生成的“LED_drive”值相同。换句话说，块200被配置为：对输入图像 数据50的红色颜色分量（而不是对图10的步骤50a的输出）执行图 10中描述的相同操作。相似地，以与从图10的步骤50a输出的亮度 值相同的方式在（图11的）块201中处理数据50的绿色颜色分量， 以生成绿色LED控制值“GREENLED_drive”，该绿色LED控制值将 与在从图10的步骤50a输出数据50的每个像素的绿色颜色分量（而 不是该像素的亮度或最大颜色分量值）的情况下根据图10方法而生成 的“LED_drive”驱动相同，并且以与从图10的步骤50a输出的亮度值 相同的方式在（图11的）块202中处理数据50的蓝色颜色分量，以 生成蓝色LED控制值“BLUELED_drive”，该蓝色LED控制值将与在 从图10的步骤50a输出数据50的每个像素的蓝色颜色分量（而不是 该像素的亮度或最大颜色分量值）的情况下根据图10方法而生成的 “LED_drive”值相同。

块200、201和202中的每一个的输出耦合到交叉通道 （cross-channel）块203的不同的输入，如图11所示。在交叉通道块 203中处理各个颜色通道输出（来自块200的“REDLED_drive”、来自 块201的“GREENLED_drive”和来自块202的“BLUELED_drive”）， 以确定最终LED驱动值。交叉通道块203分析块200、201和202的 输出，并且分别生成用于块200、201和202的输出的校正。

在一些应用中，简单地将来自块200-202的离散颜色通道输出 （来自块200的REDLED_drive值、来自块201的GREENLED_drive值和 来自块202的BLUELED_drive值）直接应用于LED预期生成有用的结 果。然而，这将常常实现不足的结果。归因于LED背光面板的各个背 光元件的点扩展函数的交叠特性，随着输入图像中的紧凑的单色（例 如蓝色）区域的大小增加，（使用通过将来自图11的块200-202的离 散颜色通道输出分别直接应用于背光阵列的每个单元的红色、绿色和 蓝色LED而确定的背光的）该区域的亮度也增加。虽然当使用根据图 10方法确定的LED驱动值来驱动白色LED的阵列时（或者，对于 LED单元阵列中的包括红色、绿色和蓝色LED的每个LED单元，当 将根据图10方法确定的相同LED驱动值应用于LED单元的所有颜 色通道时），LED背光面板的各个背光元件的点扩展函数的交叠特性 不产生不希望的图像伪像，但当（例如，通过将来自图11的块200-202 的离散颜色通道输出分别直接应用于LED单元阵列的每个单元的红 色、绿色和蓝色LED）独立地驱动多原色背光阵列的每个单元的每个 颜色通道时，它可能产生问题。

例如，当显示具有小红色对象的大白色区域（该小红色对象具 有与白色区域相同的亮度，被包含在该大区域的边界内）（并且将来 自图11的块200-202的离散颜色通道输出分别直接应用于背光阵列的 每个单元的红色、绿色和蓝色LED）时，归因于与在红色对象之下（之 后）的红色LED相比明显更大的数量的在白色区域之下（之后）的红 色、绿色和蓝色LED的交叠效果，白色对象的亮度水平将明显高于红 色对象的亮度水平。因此，为了确保在红色对象之下的红色背光的足 够水平，用于红色通道的驱动水平必须提升超过通过图10的下采样算 法预测的驱动水平。图11系统的块203用于提供这种提升。

接下来将参照图12描述图11的块203的典型实现的操作。在 图12中，“均值”红色信号210是通过对输入图像的红色颜色分量的 序列执行（图10的）步骤52和54的等同步骤而在块200中生成的均 值的序列。相似地，“均值”蓝色信号211是通过对输入图像的蓝色 颜色分量的序列执行（图10的）步骤52和54的等同步骤而在块202 中生成的均值的序列，“均值”绿色信号212是通过对输入图像的绿 色颜色分量的序列执行的（图10的）步骤52和54的等同步骤而在块 201中生成的均值的序列。

图12的步骤224、225和226的序列（依次地或同时地）执行 三次，每一次用于每个颜色通道。响应于来自块200的“均值”红色 信号220（通过对输入图像的红色颜色分量的序列执行图10的步骤52 和54的等同步骤而在块200中生成的均值的序列）、“标准偏差”红 色信号221（通过对输入图像的红色颜色分量的序列执行图10的步骤 51、53、55、56、57和58的等同步骤而在块200中生成的西格玛值 的序列）、预定固定交叉通道增益值222以及离散颜色通道输出223 （即，从块200输出的驱动值REDLED_drive的序列）而执行用于红色 颜色通道的步骤224-226。

响应于来自块201的“均值”绿色信号220（通过对输入图像的 绿色颜色分量的序列执行图10的步骤52和54的等同步骤而在块201 中生成的均值的序列）、“标准偏差”绿色信号221（通过对输入图 像的绿色颜色分量的序列执行图10的步骤51、53、55、56、57和58 的等同步骤而在块201中生成的西格玛值的序列）、固定交叉通道增 益值222以及离散颜色通道输出223（即从块201输出的驱动值 GREENLED_drive的序列）而执行用于绿色颜色通道的步骤224-226。

响应于来自块202的“均值”蓝色信号220（通过对输入图像的 蓝色颜色分量的序列执行图10的步骤52和54的等同步骤而在块202 中生成的均值的序列）、“标准偏差”蓝色信号221（通过对输入图 像的蓝色颜色分量的序列执行图10的步骤51、53、55、56、57和58 的等同步骤而在块202中生成的西格玛值的序列）、预定固定交叉通 道增益值222以及离散颜色通道输出223（即来自块202的驱动值 BLUELEDdrive输出的序列）而执行用于蓝色颜色通道的步骤 224-226。

根据图12方法，（在步骤213中）比较来自块200、201和202 中的每一个的“均值”信号，以确定最大均值214。因此，在步骤213 中，比较用于输入图像的像素的相同块的“均值”红色信号210、“均 值”绿色信号211和“均值”蓝色信号212，并且比较的结果是用于 输入图像的像素的该块的最大均值214。

因此，步骤213确定最大均值214的序列，其包括输入图像数 据的像素的空间紧凑子集的序列中的每个空间紧凑子集的最大均值， 其中，用于输入图像数据的像素的每个空间紧凑子集的最大均值是所 述输入图像数据的所述像素的所述空间紧凑子集的红色颜色分量的均 值210、所述输入图像数据的所述像素的所述空间紧凑子集的蓝色颜 色分量的均值211以及所述输入图像数据的所述像素的所述空间紧凑 子集的绿色颜色分量的均值212中的最大的一个。

在用于红色通道的步骤224中，计算（用于输入图像的像素的 每个块的）最大均值214与（用于输入图像的像素的相同块的）均值 红色信号220之间的差。相似地，在用于绿色通道的步骤224中，计 算（用于输入图像的像素的每个块的）最大均值214与（用于输入图 像的像素的相同块的）均值绿色信号220之间的差，在用于蓝色通道 的步骤224中，计算（用于输入图像的像素的每个块的）最大均值214 与（用于输入图像的像素的相同块的）均值蓝色信号220之间的差。

在用于红色通道的步骤225中，（用于输入图像的像素的每个 块的）在步骤224中生成的差值乘以（用于输入图像的像素的相同块 的）标准偏差红色值220和固定交叉通道增益值222。该乘法的结果 （在用于红色通道的步骤226中）与用于输入图像的像素的相同块的 在块200中生成的红色通道驱动值223（“REDLED_drive”）相加，以 生成用于输入图像的像素的相同块（并且因此用于其空间位置与输入 图像的像素的块的空间位置对应的背光阵列的红色LED的）修正红色 通道LED驱动值RLED’。

在用于绿色通道的步骤225中，（用于输入图像的像素的每个 块的）在步骤224中生成的差值乘以（用于输入图像的像素的相同块 的）标准偏差绿色值220和固定交叉通道增益值222。该乘法的结果 （在用于绿色通道的步骤226中）与用于输入图像的像素的相同块的 在块201中生成的绿色通道驱动值223（“GREENLED_drive”）相加， 以生成用于输入图像的像素的相同块（并且因此用于其空间位置与输 入图像的像素的块的空间位置对应的背光阵列的绿色LED的）修正绿 色通道LED驱动值GLED’。

在用于蓝色通道的步骤225中，（用于输入图像的像素的每个 块的）在步骤224中生成的差值乘以（用于输入图像的像素的相同块 的）标准偏差蓝色值220和固定交叉通道增益值222。该乘法的结果 （在用于蓝色通道的步骤226中）与用于输入图像的像素的相同块的 在块202中生成的蓝色通道驱动值223（“BLUELED_drive”）相加，以 生成用于输入图像的像素的相同块（并且因此用于其空间位置与输入 图像的像素的块的空间位置对应的背光阵列的蓝色LED的）修正蓝色 通道LED驱动值BLED’。

对于（其空间位置与背光阵列的LED单元中的不同的一个的空 间位置对应的）输入图像的像素的每个块执行图12的步骤，以生成修 正RGB LED驱动值集合RLED’、GLED’和BLED’的序列，一个集 合用于背光阵列的每个LED单元。

通过将均值差信号（步骤224的输出）乘以标准偏差信号221 和增益值222，步骤225生成乘积项的序列。该序列中的每个乘积项 仅在十分有限的情况的集合中变得明显。为了具有小均值和大标准偏 差值，图像的区域可能包含特定颜色通道中的小的被隔离的亮特征； 对于大的均值差值，图像的另一明显较大区域必须具有拥有高亮度的 另一颜色。在这些情况下，交叉通道计算创建的乘积项（步骤225的 输出）与原始LED驱动值223（在步骤226中）相加，以确保用于小 亮区域的每个修正LED驱动值（步骤226的输出）足以在该区域中实 现饱和颜色。

再次考虑上述示例，其中大白色区域将被显示，并且小红色对 象被包含在大区域的边界内（该小红色对象具有与白色区域相同的亮 度）。当生成用于该图像的背光驱动值时，如果省略块203实现的交 叉通道计算，则大白色区域中显示的小红色区域将遭受来自周围白色 背光的明显去饱和（desaturation）。如果不实现色调保留LCD限幅 算法，则所得可视图像将是去饱和的红色颜色（趋向于白色），或如 果实现色调保留（hue preserving）LCD限幅算法，则是接近灰色或 黑色的明显暗化的红色。通过使用包括其块203的图11系统来生成修 正背光驱动值而减少或消除这些伪像。

在此上下文中，色调保留LCD限幅算法是一旦已经使用（包括 块203或没有块203的）图11系统（在图9的步骤70中）确定修正 LED驱动值的集合就执行以确定LCD驱动值（“LCDR”、“LCDG” 和“LCDB”）的（上述图9的）步骤72和74的具体实现。

在已经（在步骤70中）确定LED驱动值之后，（在步骤74中） 执行将使用这些驱动值在显示器上实现的背光的仿真。（在步骤72 中）从该仿真和输入图像，确定LCD驱动值。典型地，步骤72包括 简单的输入图像像素除以仿真入射背光强度值（如上所述）。

如果输入图像中的像素具有50单位的强度并且在该像素处的确 定的背光是100单位，则（从步骤72的输出得到的）在像素处的LCD 透射性将是50/100或50%。这可通过LCD面板容易实现。然而，在 一些情况下，确定的背光将小于输入图像强度。例如，如果输入图像 的像素具有50单位的强度但确定的在像素处的背光仅是25单位，则 所需的LCD透射性将是200%。当然，LCD可以仅通过光，从而100% 是可能的最大透射性。

大于100%的（步骤72确定的）LCD透射性解决方案指示这样 的情况：背光太低而无法实现期望的亮度。这种情况被称为“LCD限 幅”，并且导致低于输入像素指示的亮度的显示亮度。

对于RGB（或其它）颜色图像，当背光太低而导致LCD限幅 时，附加的复杂性出现。对于输入图像的每个像素，红色、绿色和蓝 色的比率确定图像的颜色。如果改动这些比率，则改动颜色。如果一 个（或多个）LCD限幅，则存在RGB比率改变的可能性。

可以基于建模的背光和输入图像而对于红色、绿色和蓝色LCD 中的每一个通过步骤72独立地确定LCD透射性解决方案。如果限幅 出现在一个或多个颜色通道中但被忽略，则实际上显示的颜色将与输 入图像颜色不同。在以上给出的示例中，红色LCD将可能限幅，并 且所得颜色将显现为红色与白色之间的混色。

（被称为色调保留LCD限幅算法的）解决方案是甚至在存在限 幅的情况下也保持RGB比率。为了实现这种解决方案，（图9的） 步骤72将包括步骤：使用确定的对于颜色通道中的一个的最大LCD 透射性（最大透射性），以对于所有颜色通道相等地缩放LCD透射 性值。例如，如果对于红色、绿色和蓝色的LCD透射性解决方案分 别是200%、90%和140%，则200%的最大透射性将用于确定缩放因 子。由于100%是LCD的最大可实现透射性，因此200%值将需要缩 放二分之一为100%的可实现透射性。该因子（二分之一）然后将应 用于其它两个颜色通道，导致步骤72的实现，其确定LCD驱动值， LCD驱动值继而分别确定红色通道、绿色通道和蓝色通道的100%、 45%和70%的最终LCD透射性集合。虽然以此方式确定LCD驱动值 导致减少的显示亮度，但这保留了显示色调。

图11系统执行的所描述的方法（其中，图11的块203执行参 照图12描述的方法步骤）是用于响应于指示待显示的图像的输入图像 数据而确定用于双调制显示器的背光面板的每个颜色通道的背光元件 的背光驱动值的本发明的方法的实施例，其中，背光面板具有用于发 射第一颜色（在图11的情况下，红色）的光的第一颜色通道、用于发 射第二颜色（在图11的情况下，绿色）的光的第二颜色通道以及用于 发射第三颜色（在图11的情况下，蓝色）的光的第三颜色通道，所述 双调制显示器还包括具有第一分辨率的前面板。该方法包括以下步骤：

（a）确定指示第一图像像素的多个空间紧凑子集中的每一个的 至少一个统计测度的第一统计数据（图11的块200生成的均值和标准 偏差数据），其中，所述第一统计数据具有低于所述第一分辨率的分 辨率，所述第一图像像素是包括所述输入图像数据的具有第一颜色的 颜色分量、以及从所述输入图像数据的具有第一颜色的颜色分量推导 出的数据值的组的元素，并且从所述第一统计数据确定用于所述第一 颜色通道的背光驱动值（从块200输出的值223）；

（b）确定指示第二图像像素的多个空间紧凑子集中的每一个的 至少一个统计测度的第二统计数据（图11的块201生成的均值和标准 偏差数据），其中，所述第二统计数据具有低于所述第一分辨率的分 辨率，所述第二图像像素是包括所述输入图像数据的具有第二颜色的 颜色分量、以及从所述输入图像数据的具有第二颜色的颜色分量推导 出的数据值的组的元素，并且从所述第二统计数据确定用于所述第二 颜色通道的背光驱动值（从块201输出的值223）；

（c）确定指示第三图像像素的多个空间紧凑子集中的每一个的 至少一个统计测度的第三统计数据（图11的块202生成的均值和标准 偏差数据），其中，所述第三统计数据具有低于所述第一分辨率的分 辨率，所述第三图像像素是包括所述输入图像数据的具有第三颜色的 颜色分量、以及从所述输入图像数据的具有第三颜色的颜色分量推导 出的数据值的组的元素，并且从所述第三统计数据确定用于所述第三 颜色通道的背光驱动值（从块202输出的值223）；以及

（d）对用于所述第一颜色通道的背光驱动值、用于所述第二颜 色通道的背光驱动值以及用于所述第三颜色通道的背光驱动值（在图 11的块203中）执行交叉通道校正，以生成用于所述第一颜色通道的 修正背光驱动值（用于红色通道的图12的步骤226的输出）、用于第 二颜色通道的修正背光驱动值（用于绿色通道的图12的步骤226的输 出）以及用于第三颜色通道的修正背光驱动值（用于蓝色通道的图12 的步骤226的输出）。

我们接下来描述在感知伽马编码（或伽马校正）域中生成（用 于双调制显示器的）LED驱动值的本发明的方法和系统的实施例。

可以通过很多方式来呈现视频信号。线性视频与直接与物理过 程相关的信号编码（例如光子的数量）对应。感知域编码常常用在视 频中，以减少精确地表征信号所需的比特的数量。感知编码通过消除 人类视觉不可感知的码而实现效率。对数和伽马编码是被考虑感知的 普通编码。

本发明的方法和系统的各个实施例在包括感知伽马编码（或伽 马校正）域的各种域中生成（用于双调制显示器的）LED驱动值。对 于在感知伽马校正域中执行LED驱动值生成存在两个原因。第一原因 是，当方法或系统在感知域中操作时，比特深度需求极大地减少。当 在感知伽马校正域中执行LED驱动值生成时，所需滤波器和算术处理 将需要远更少的比特（以及更小的处理能力），并且用于暗区域中的 误差的电势将减少。第二原因是，感知伽马校正域中执行LED驱动值 生成可以提供期望的LCD透射性范围在感知信号周围的“居中”， 以允许LCD阵列在没有限幅的情况下表达其平均水平之上和之下的 高分辨率细节。

在一些实施例中，本发明的系统包括包含具有第一分辨率的前 面板（例如图1的面板2）和具有第二分辨率的背光面板（例如图1 的面板1）的双调制显示器，其中，所述第二分辨率小于所述第一分 辨率，所述背光面板定位为对所述前面板进行背光照射；以及处理器 （例如图1的处理器8），该处理器耦合到所述双调制显示器，并且 被配置为：对图像像素的集合（例如图10的图像数据50）进行下采 样以生成下采样图像像素（例如图10的步骤52或53的输出），对所 述下采样图像像素进行限带以生成第一信号（例如图10的步骤54或 55的输出），从所述第一信号（直接或间接地）确定（并且典型地生 成）用于所述双调制显示器的背光的背光驱动值（例如从图10的步骤 63输出的LED驱动值），优选地使得所述背光具有稳定性的特性。

在其它实施例中，本发明的系统不包括双调制显示器，而是为 或包括（例如先前段落中描述的类型的）处理器，该处理器被配置为 耦合到包括具有第一分辨率的前面板（例如图1的面板2）和具有第 二分辨率的背光面板（例如图1的面板1）的双调制显示器。

优选地，（前面两个段落中的任一的系统的）所述处理器生成 的背光驱动值能够驱动背光面板，以使得它发射用于（通过所述前面 板）显示图像的由所述图像像素确定的稳定的背光。在一些实现中， 所述双调制显示器被配置为：显示具有完全分辨率的图像，所述处理 器被配置为：对具有小于所述完全分辨率的第二分辨率的下采样图像 像素（例如图10的步骤52的输出）执行低通滤波。典型地，所述第 一信号指示所述图像像素的多个空间紧凑子集中的每一个的统计测 度。所述处理器也可以被配置为：预处理所述图像像素以生成经处理 的图像像素（例如图10的步骤51的输出），对所述经处理的图像像 素进行下采样并且限带以生成第二信号（例如图10的步骤55的输出）， （响应于所述第一信号和所述第二信号）生成指示所述图像像素的空 间紧凑子集中的每一个的第二统计测度的信号的第三信号（例如图10 的步骤58的输出），以及通过生成所述第一信号确定的值和所述第三 信号确定的值的线性组合而确定所述背光驱动值中的每一个。图像像 素的预处理可以包括：对图像像素中的每一个进行平方（例如，图10 的步骤51中执行的平方运算）。

在一些实施例中，本发明的系统是或包括现场可编程门阵列 （FPGA）或其它集成电路或芯片组，被编程和/或另外配置为：响应 于对于其声明的输入图像数据而执行本发明的方法的实施例。在其它 实施例中，本发明的系统是或包括另一可编程数字信号处理器（DSP）， 被编程和/或另外配置为：对视频数据执行包括本发明的方法的实施例 的流水线处理。替代地，本发明的系统是或包括可编程通用处理器（例 如PC或其它计算机系统或微处理器），耦合以接收或生成指示待显 示的图像的序列的输入数据，并且通过软件或固件而被编程，和/或另 外被配置为（例如响应于控制数据）对输入数据执行包括本发明的方 法的实施例的多种操作中的任一种。例如，本发明的系统可以是或可 以包括计算机系统（例如PC），该计算机系统包括输入设备、存储 器和图形卡，该图形卡已经适当地被编程（和/或另外被配置）为响应 于对其声明的输入图像数据而执行本发明的方法的实施例。图形卡可 以包括专用于处理图像数据并且被配置为执行本发明的方法的实施例 的图形处理单元（graphics processing unit，GPU）或GPU的集合。 被配置为执行本发明的方法的实施例的通用处理器将典型地耦合到输 入设备（例如鼠标和/或键盘）、存储器和显示设备。

例如，图1系统的处理器8可以实现为通用处理器（例如PC或 包括输入设备和存储器的其它计算机），所述处理器（或其图形卡） 已经通过软件和/或固件被编程为根据本发明的方法的实施例响应于 来自源4的图像数据（或处理器8内存储或生成的图像数据）而生成 用于显示器1的LCD和LED驱动值。又例如，图1系统的处理器8 实现为适当配置的FPGA或DSP（例如，具有耦合到源4的输入和耦 合到显示器1的输出，并且包括已经通过固件和/或软件而配置以对来 自源4的视频数据执行流水线处理从而根据本发明的方法的实施例生 成用于显示器1的LCD和LED驱动值的FPGA或DSP）。

又例如，本发明的系统实现为显示设备，包括双调制显示器（例 如包括如图1中的前调制面板2和背光面板1的双调制显示器）和以 适当地配置的FPGA（或DSP）实现并且耦合到显示器的处理器（例 如图1的处理器8）。所述处理器被配置为：接收输入图像数据，响 应于所述输入图像数据而执行本发明的方法的实施例以生成（并且对 所述显示器声明）用于所述显示器的背光面板的背光控制值（例如 LED驱动值），并且还生成（并且对所述显示器声明）用于所述显示 器的前面板的前面板控制值（例如LCD驱动值）。

本发明的另一方面是一种存储用于实现本发明的方法的任何实 施例的代码的计算机可读介质（例如盘）。

虽然在此已经描述了本发明的具体实施例和本发明的应用，但 本领域技术人员应理解，在不脱离在此描述和要求的本发明的范围的 情况下，对在此描述的实施例和应用的很多变化是可能的。应理解， 虽然已经示出并且描述了本发明的特定形式，但本发明不限于所描述 和示出的具体实施例或所描述的具体方法。