本發(fā)明屬于顯示色彩顯示領(lǐng)域，具體的是一種基于四場(chǎng)(240Hz刷新率)時(shí)序液晶顯示器(Field-Sequential Color LCD)的色彩顯示方法。

背景技術(shù)：

液晶顯示(LCD)技術(shù)近年來(lái)飛速發(fā)展，人們對(duì)于液晶顯示器的要求也越來(lái)越高。低功耗，高分辨率的液晶顯示器需求應(yīng)運(yùn)而生。液晶顯示器混色的方法主要有兩種：空間混色和時(shí)序混色?？臻g混色是以紅綠藍(lán)三基色單元為一個(gè)像素點(diǎn)，進(jìn)行空間上的混色；而時(shí)序混色是利用人的視覺(jué)暫留特性，通過(guò)提高LED的刷新率，使得LED在一幀時(shí)間內(nèi)顯示紅綠藍(lán)三場(chǎng)畫面，這樣可實(shí)現(xiàn)時(shí)間上的混色。相比利用空間混色的傳統(tǒng)液晶顯示器，時(shí)序混色技術(shù)不需要濾色片，這樣不僅可以提高3倍以上功效，而且還可以將顯示器的分辨率擴(kuò)大三倍，同時(shí)減小模組材料成本。該技術(shù)的局限性就是刷新率難以提高，但隨著液晶材料響應(yīng)速度的加快和TFT-LCD技術(shù)的成熟，提高刷新率不再成為時(shí)序混色技術(shù)的瓶頸。

然而，由于人眼在觀看過(guò)程中的掃視、平滑追蹤等現(xiàn)象，當(dāng)被觀看物體與眼球存在相對(duì)速度時(shí)，時(shí)序混色顯示器多場(chǎng)內(nèi)容。往往不能在視網(wǎng)膜上完全重合，即形成色分離現(xiàn)象(Color Breakup)。該現(xiàn)象會(huì)引起物體輪廓出現(xiàn)不規(guī)律的彩色線條，嚴(yán)重影響了時(shí)序混色顯示器的顯示效果。一般通過(guò)提高顯示器刷新率并增加額外的基色場(chǎng)可以緩解色分離問(wèn)題，因此本發(fā)明提出用四場(chǎng)時(shí)序混色代替三場(chǎng)時(shí)序混色的技術(shù)，這樣可以更好地解決色分離的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于四場(chǎng)時(shí)序液晶顯示器的色彩顯示方法，減小了色分離現(xiàn)象，提高了顯示器畫質(zhì)。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種基于四場(chǎng)時(shí)序液晶顯示器的色彩顯示方法，包括以下步驟：

步驟1，根據(jù)液晶顯示器背光分區(qū)方式，將原始圖像對(duì)應(yīng)分割為M×N個(gè)子區(qū)域；

步驟2，對(duì)每一個(gè)子區(qū)域內(nèi)的各個(gè)像素的色坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算與統(tǒng)計(jì)；

步驟3，區(qū)域基色去飽和化；在原始基色三角形內(nèi)搜索合適的三個(gè)新基色用于子區(qū)域的4場(chǎng)時(shí)序背光；所選的4個(gè)新基色的基本要求是其在色度圖上構(gòu)成的四邊形能完全覆蓋子區(qū)域中的每一個(gè)色坐標(biāo)值；

新基色通過(guò)背光原始紅綠藍(lán)LED顆粒產(chǎn)生，其三種顆粒驅(qū)動(dòng)信號(hào)值可由下式計(jì)算：

其中，(d_R,j,d_G,j,d_B,j)表示新基色第j個(gè)色坐標(biāo)P_j的RGB三個(gè)通道的背光驅(qū)動(dòng)值；X_r，Y_r，Z_r，X_g，Y_g，Z_g，X_b，Y_b，Z_b為顯示器原始背光紅綠藍(lán)基色的三刺激值；分別為新基色P_j的色坐標(biāo)，j＝1,2,3,4；

得到的新基色的背光驅(qū)動(dòng)值(d_R,j,d_G,j,d_B,j)以最大值做歸一化，可以得到該新基色所能達(dá)到的最大亮度，結(jié)合local dimming原理，實(shí)際該子區(qū)域新基色驅(qū)動(dòng)值需要乘以dimming系數(shù)，公式如下：

其中，GL_i表示第i個(gè)像素點(diǎn)的像素灰階值,n表示子區(qū)域內(nèi)像素點(diǎn)總數(shù)；

步驟4，液晶驅(qū)動(dòng)信號(hào)計(jì)算；通過(guò)步驟3處理得到4場(chǎng)各自的背光驅(qū)動(dòng)值，以復(fù)現(xiàn)原始圖像內(nèi)容為目標(biāo)計(jì)算液晶驅(qū)動(dòng)信號(hào)值；

以各個(gè)像素點(diǎn)原始輸入信號(hào)為目標(biāo)，四場(chǎng)液晶驅(qū)動(dòng)信號(hào)LC₁，LC₂，LC₃，LC₄滿足下式：

其中，為新基色第j個(gè)色坐標(biāo)P_j在顯示器原始背光紅綠藍(lán)基色的三刺激值，j＝1,2,3,4，C_new表示新基色的色彩轉(zhuǎn)換矩陣，列向量包含的分量X，Y，Z為各個(gè)像素的三刺激值；

將上式進(jìn)行優(yōu)化，即可得到子場(chǎng)間液晶驅(qū)動(dòng)分布的液晶驅(qū)動(dòng)信號(hào)值。

所述步驟2中色坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算的方法：

設(shè)某像素點(diǎn)p灰階值為(GL_r,GL_g,GL_b)，則該像素在1931CIE-XYZ計(jì)色系統(tǒng)下色坐標(biāo)點(diǎn)(x_p,y_p)計(jì)算公式入下：

其中，為液晶顯示器伽馬值，C為色彩轉(zhuǎn)換矩陣，列向量包含的分量X，Y，Z為各個(gè)像素點(diǎn)根據(jù)其灰階組合計(jì)算的三刺激值；

色彩轉(zhuǎn)換矩陣C由顯示器原始背光紅綠藍(lán)基色的三刺激值構(gòu)成，顯示器原始背光紅綠藍(lán)基色的三刺激值可通過(guò)亮度計(jì)測(cè)量并計(jì)算得到，

其中的元素分量X_r，Y_r，Z_r，X_g，Y_g，Z_g，X_b，Y_b，Z_b為顯示器原始背光紅綠藍(lán)基色的三刺激值。

所述步驟3中新基色選取方法：

定義顯示器原始三基色在1931CIE-XYZ計(jì)色系統(tǒng)下構(gòu)成的三角形BGR中，RB色坐標(biāo)點(diǎn)連線的斜率為k_megenta，BG色坐標(biāo)點(diǎn)連線的斜率為k_cyan，GR色坐標(biāo)點(diǎn)連線的斜率為k_yellow，將BG，GR兩條邊各自平行向三角形中心移動(dòng)，BR分別從G和原始位置向三角形中心移動(dòng)，直至4條邊各自第一次與子區(qū)域色坐標(biāo)分布中的點(diǎn)相交，停止移動(dòng)，所構(gòu)成的梯形的4個(gè)頂點(diǎn)P₁，P₂，P₃，P₄即為符合要求的一組新基色；

構(gòu)造等價(jià)數(shù)學(xué)模型，在子區(qū)域像素色坐標(biāo)分布中選取斜率分別滿足k_megenta，k_cyan，k_yellow的平移直線方程簇極值處的值作為新基色梯形4條邊的直線方程表達(dá)式，計(jì)算4條線交點(diǎn)為新基色坐標(biāo)值；

其中，n表示子區(qū)域內(nèi)像素點(diǎn)總數(shù)，(x_i,y_i)表示子區(qū)域內(nèi)像素點(diǎn)色坐標(biāo)；分別為新基色P₁，P₂，P₃，P₄的色坐標(biāo)。

所述子場(chǎng)間液晶驅(qū)動(dòng)分布的液晶驅(qū)動(dòng)信號(hào)值的優(yōu)化方法如下：以LC₄為未知數(shù)，其余場(chǎng)的液晶驅(qū)動(dòng)值全部用LC₄表示，如下式：

k＝X₁(Y₂Z₃-Y₃Z₂)-Y₁(X₂Z₃-X₃Z₂)

+Z₁(X₂Y₃-X₃Y₂)

由于液晶驅(qū)動(dòng)表征了液晶的透過(guò)率，所以LC₁，LC₂，LC₃，LC₄均處于區(qū)間[0,1]內(nèi)，將上式代入?yún)^(qū)間，可求得LC₄的范圍，記為[LC_4min,LC_4max]；利用方差公式，記S為四場(chǎng)液晶驅(qū)動(dòng)方差，公式如下：

LC_ave＝(LC₁+LC₂+LC₃+LC₄)/4

S＝(LC₁-LC_ave)²+(LC₂-LC_ave)²

+(LC₃-LC_ave)²+(LC₄-LC_ave)²

將上面各個(gè)子場(chǎng)的表達(dá)式代入四場(chǎng)液晶驅(qū)動(dòng)方差表達(dá)式的方差計(jì)算中，最終轉(zhuǎn)化為一個(gè)關(guān)于未知數(shù)LC₄在區(qū)間[LC_4min,LC_4max]上二次函數(shù)最小值的問(wèn)題，利用二次函數(shù)拋物線特性求解，可得滿足方差S最小時(shí)四場(chǎng)液晶驅(qū)動(dòng)信號(hào)LC₁，LC₂，LC₃，LC₄的解。

時(shí)序混色液晶顯示器的刷新率至少為240Hz，具有直下式分區(qū)背光單元；其中，背光分區(qū)有M×N個(gè)，每個(gè)背光分區(qū)內(nèi)的LED顆粒包含至少紅綠藍(lán)3種基色并可調(diào)。

有益效果：本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果：

本發(fā)明在240Hz刷新率驅(qū)動(dòng)的液晶面板條件下，充分利用背光區(qū)域調(diào)制，通過(guò)對(duì)每一塊背光分區(qū)內(nèi)所包含的色彩范圍進(jìn)行基色去飽和化(Local Primary Desaturation)處理，放棄原有紅綠藍(lán)背光基色，根據(jù)區(qū)域色彩分布重新計(jì)算4場(chǎng)基色色坐標(biāo)并盡量縮小新基色四邊形的尺寸，使得構(gòu)成一幀的相鄰4子場(chǎng)圖像色差減小，有效抑制了傳統(tǒng)紅綠藍(lán)基色時(shí)序液晶顯示器的色分離現(xiàn)象(Color Breakup)，提高了時(shí)序液晶顯示器的圖像質(zhì)量并降低了液晶顯示器的整機(jī)功耗。

附圖說(shuō)明

圖1為液晶顯示器直下式分區(qū)背光單元示意圖；

圖2為圖像分割示意圖；

圖3為某子區(qū)域內(nèi)像素點(diǎn)色坐標(biāo)分布示意圖，其中圖3a為子區(qū)域內(nèi)容及所在位置；圖3b為色坐標(biāo)分布(三角形為基色坐標(biāo))；

圖4為區(qū)域基色去飽和化算法示意圖，其中圖4a為顯示器原始三基色在1931CIE-XYZ計(jì)色系統(tǒng)下構(gòu)成的三角形示意圖；圖4b為搜索到符合要求的一組新基色示意圖；

圖5為全局整體圖像三場(chǎng)背光驅(qū)動(dòng)示意圖；

圖6為實(shí)際背光光強(qiáng)的分布示意圖；

圖7為3場(chǎng)液晶驅(qū)動(dòng)值示意圖；

圖8為示意圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。

一種基于四場(chǎng)時(shí)序液晶顯示器的色彩顯示方法，通過(guò)對(duì)每一塊局部背光區(qū)域所包含的色彩范圍進(jìn)行基色去飽和化(Local Primary Desaturation)處理，在保證原始圖像色彩完全復(fù)現(xiàn)的前提下，合理搜索色差最小的4場(chǎng)基色進(jìn)行混色，有效抑制了傳統(tǒng)紅綠藍(lán)基色時(shí)序液晶顯示器的色分離現(xiàn)象(Color Breakup)，提高了時(shí)序液晶顯示器的圖像質(zhì)量，同時(shí)由于基色去飽和化過(guò)程充分利用了液晶顯示器分區(qū)背光，在收縮基色范圍的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了區(qū)域背光調(diào)節(jié)(Local Dimming)，有效的降低了液晶顯示器的整機(jī)功耗，具體包括以下步驟：

一、時(shí)序混色顯示器配置

如圖1所示，本實(shí)施例對(duì)時(shí)序混色液晶顯示器的基本要求為：刷新率240Hz，直下式分區(qū)背光單元。設(shè)一共分為M×N個(gè)背光分區(qū)，每個(gè)區(qū)域內(nèi)的LED顆粒包含至少紅綠藍(lán)3種基色并可調(diào)。

二、區(qū)域基色去飽和化

由于背光區(qū)域調(diào)制的特性，本實(shí)施例中基色去飽和化處理是針對(duì)每塊分區(qū)進(jìn)行的，如圖8所示，具體流程如下：

1.圖像分割

根據(jù)液晶顯示器背光分區(qū)方式，將原始圖像對(duì)應(yīng)分割為M×N個(gè)子區(qū)域，如圖2所示。

2.子區(qū)域圖像統(tǒng)計(jì)

對(duì)每一個(gè)子區(qū)域內(nèi)的各個(gè)像素的色坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算與統(tǒng)計(jì)。

設(shè)某像素點(diǎn)p灰階值為(GL_r,GL_g,GL_b)，則該像素在1931CIE-XYZ計(jì)色系統(tǒng)下色坐標(biāo)點(diǎn)(x_p,y_p)計(jì)算公式入下：

式(1)中，為液晶顯示器伽馬值，C為色彩轉(zhuǎn)換矩陣，列向量包含的分量X，Y，Z為各個(gè)像素點(diǎn)根據(jù)其灰階組合計(jì)算的三刺激值；

色彩轉(zhuǎn)換矩陣C由顯示器原始背光紅綠藍(lán)基色的三刺激值構(gòu)成，顯示器原始背光紅綠藍(lán)基色的三刺激值可通過(guò)亮度計(jì)測(cè)量并計(jì)算得到。

其中的元素分量X_r，Y_r，Z_r，X_g，Y_g，Z_g，X_b，Y_b，Z_b為顯示器原始背光紅綠藍(lán)基色的三刺激值。

統(tǒng)計(jì)子區(qū)域內(nèi)所有像素點(diǎn)色坐標(biāo)，其分布如圖3所示。

步驟3，區(qū)域基色去飽和化；

從步驟2所統(tǒng)計(jì)的色坐標(biāo)分布可以看出，在一個(gè)子區(qū)域內(nèi)像素色坐標(biāo)的分布往往非常集中。本實(shí)施例在原始基色三角形內(nèi)搜索合適的三個(gè)新基色用于子區(qū)域的4場(chǎng)時(shí)序背光。由于新基色均處于原有基色三角形內(nèi)部，色差相對(duì)減少，對(duì)時(shí)序液晶顯示器的色分離現(xiàn)象有明顯的抑制作用。為了正確復(fù)現(xiàn)子區(qū)域中所有像素點(diǎn)的內(nèi)容，所選的4個(gè)新基色的基本要求是其在色度圖上構(gòu)成的四邊形能完全覆蓋子區(qū)域中的每一個(gè)色坐標(biāo)值。符合要求一組新基色選取方法不唯一，但均屬區(qū)域基色去飽和化的方法，屬于權(quán)利要求范圍內(nèi)。下面提出一種方案為例；

定義顯示器原始三基色在1931CIE-XYZ計(jì)色系統(tǒng)下構(gòu)成的三角形BGR中，RB(紅藍(lán))色坐標(biāo)點(diǎn)連線的斜率為k_megenta，BG(藍(lán)綠)色坐標(biāo)點(diǎn)連線的斜率為k_cyan，GR(綠紅)色坐標(biāo)點(diǎn)連線的斜率為k_yellow，如圖4(a)所示。將BG，GR兩條邊各自平行向三角形中心移動(dòng)，BR分別從G和原始位置向三角形中心移動(dòng)，直至4條邊各自第一次與子區(qū)域色坐標(biāo)分布中的點(diǎn)相交，停止移動(dòng)，所構(gòu)成的梯形的4個(gè)頂點(diǎn)P₁，P₂，P₃，P₄即為符合要求的一組新基色；如圖4(b)。該梯形的腰分別平行于原始基色三角形邊BG，GR，上下底均平行于邊BR。

構(gòu)造等價(jià)數(shù)學(xué)模型，在即為子區(qū)域像素色坐標(biāo)分布中選取斜率分別滿足k_megenta，k_cyan，k_yellow的平移直線方程簇極值處的值作為新基色梯形4條邊的直線方程表達(dá)式，計(jì)算4條線交點(diǎn)為新基色坐標(biāo)值，具體公式如下：

其中，n表示子區(qū)域內(nèi)像素點(diǎn)總數(shù)，(x_i,y_i)表示子區(qū)域內(nèi)像素點(diǎn)色坐標(biāo)；分別為新基色P₁，P₂，P₃，P₄的色坐標(biāo)。

新基色通過(guò)背光原始紅綠藍(lán)LED顆粒產(chǎn)生，其三種顆粒驅(qū)動(dòng)信號(hào)值可由下式計(jì)算：

其中，(d_R,j,d_G,j,d_B,j)表示新基色第j個(gè)色坐標(biāo)P_j的RGB三個(gè)通道的背光驅(qū)動(dòng)值；X_r，Y_r，Z_r，X_g，Y_g，Z_g，X_b，Y_b，Z_b為顯示器原始背光紅綠藍(lán)基色的三刺激值；分別為新基色P_j的色坐標(biāo)，j＝1,2,3,4；

式(4)中得到的新基色的背光驅(qū)動(dòng)值(d_R,j,d_G,j,d_B,j)以最大值做歸一化，可以得到該新基色所能達(dá)到的最大亮度，結(jié)合local dimming原理，實(shí)際該子區(qū)域新基色驅(qū)動(dòng)值需要乘以dimming系數(shù)，公式如下：

其中，GL_i表示第i個(gè)像素點(diǎn)的像素灰階值,n表示子區(qū)域內(nèi)像素點(diǎn)總數(shù)。

通過(guò)步驟3得到各個(gè)子區(qū)域的4場(chǎng)背光驅(qū)動(dòng)，最終可合成為全局整體圖像的4場(chǎng)背光驅(qū)動(dòng)，如圖5。從圖中可見(jiàn)，由于使用了去飽和化處理，相較于傳統(tǒng)紅綠藍(lán)時(shí)序的混色方式，本發(fā)明所提出的方案使得4場(chǎng)之間背光的色差很小，有效減輕了色分離現(xiàn)象。

4.液晶驅(qū)動(dòng)信號(hào)計(jì)算

通過(guò)步驟3處理得到4場(chǎng)各自的背光驅(qū)動(dòng)值，以復(fù)現(xiàn)原始圖像內(nèi)容為目標(biāo)計(jì)算液晶驅(qū)動(dòng)信號(hào)值；由于液晶電視中勻光膜、擴(kuò)散膜等器件的作用，背光光強(qiáng)的實(shí)際分布無(wú)法直接使用圖5中的背光驅(qū)動(dòng)值，而是需要先將背光驅(qū)動(dòng)值與液晶面板實(shí)際的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)卷積而成，結(jié)果如圖6。

以各個(gè)像素點(diǎn)原始輸入信號(hào)為目標(biāo)，結(jié)合式(1)，四場(chǎng)液晶驅(qū)動(dòng)信號(hào)LC₁，LC₂，LC₃，LC₄滿足下式：

其中，為新基色第j個(gè)色坐標(biāo)P_j在顯示器原始背光紅綠藍(lán)基色的三刺激值，j＝1,2,3,4，C_new表示新基色的色彩轉(zhuǎn)換矩陣，列向量包含的分量X，Y，Z為各個(gè)像素的三刺激值，與式(1)中含義相同。4場(chǎng)液晶驅(qū)動(dòng)為4個(gè)未知數(shù)，在式(6)中僅包含3個(gè)等式條件，為不定方程。理論上式(6)存在的解不唯一。將上式進(jìn)行優(yōu)化，即可得到子場(chǎng)間液晶驅(qū)動(dòng)分布的液晶驅(qū)動(dòng)信號(hào)值。

考慮到240Hz的高幀頻對(duì)液晶響應(yīng)速度帶來(lái)巨大的要求，在計(jì)算4場(chǎng)液晶驅(qū)動(dòng)時(shí)，應(yīng)該盡避免子場(chǎng)之間的液晶驅(qū)動(dòng)值產(chǎn)生劇烈變化。

本實(shí)施例提出一種子場(chǎng)間液晶驅(qū)動(dòng)分布的液晶驅(qū)動(dòng)信號(hào)值的優(yōu)化方法如下：

變換式(6)，以LC₄為未知數(shù)，其余場(chǎng)的液晶驅(qū)動(dòng)值全部用LC₄表示，如下式：

k＝X₁(Y₂Z₃-Y₃Z₂)-Y₁(X₂Z₃-X₃Z₂)

+Z₁(X₂Y₃-X₃Y₂)

由于液晶驅(qū)動(dòng)表征了液晶的透過(guò)率，所以LC₁，LC₂，LC₃，LC₄均處于區(qū)間[0,1]內(nèi)，將式(7)代入?yún)^(qū)間，可求得LC₄的范圍，記為[LC_4min,LC_4max]；為了保證子場(chǎng)間液晶驅(qū)動(dòng)值分布均勻，利用方差公式，記S為四場(chǎng)液晶驅(qū)動(dòng)方差，公式如下：

將上面式(7)各個(gè)子場(chǎng)的表達(dá)式代入式(8)四場(chǎng)液晶驅(qū)動(dòng)方差表達(dá)式的方差計(jì)算中，最終轉(zhuǎn)化為一個(gè)關(guān)于未知數(shù)LC₄在區(qū)間[LC_4min,LC_4max]上二次函數(shù)最小值的問(wèn)題，利用二次函數(shù)拋物線特性求解，可得滿足方差S最小時(shí)四場(chǎng)液晶驅(qū)動(dòng)信號(hào)LC₁，LC₂，LC₃，LC₄的解。最終4場(chǎng)的液晶驅(qū)動(dòng)值如圖7。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。