一种基于时间混色原理的预补光减帧图像合成的显示方法

技术领域

本发明涉及液晶显示技术领域，特别涉及一种基于时间混色原理的预补光减帧图像合成的显示方法。

背景技术

时间混色显示是按照时间顺序高速轮流显示单色图像，通过红-绿-蓝连续三幅单色图像叠加合成彩色图像的显示技术。其中一种称为FSC(Field Sequential Color)场序彩色显示技术，具体实现方法为，首先打开全部红色背光照射对应的灰阶图案，然后打开全部绿色背光照射对应的灰阶图案，最后打开全部蓝色背光照射对应的灰阶图案，通过连续显示的红绿蓝三幅单色图像叠加合成最终彩色图像。

任意时间，FSC技术的背光固定是红绿蓝三种色彩之一；任意画面，FSC技术都固定需要连续三帧来合成。存在色彩固定、需要合成帧数高的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于时间混色原理的预补光减帧图像合成的显示方法。通过预补光方法，解决了FSC技术色彩固定、需要合成帧数高的缺陷。

本发明采用的技术方案是：

(1)首先按照时间混色原理，从输入视频中获取需要显示的彩色图像，把单幅彩色图像分解成红绿蓝三幅单色图像，三幅单色图像按照其对彩色图像的影响力大小，以固定顺序(例如绿-红-蓝)或者以影响力计算公式结果重新排序，再进一步分离成三组单色光源发光强度值及其对应的灰阶图案；其中第一颜色光源发光强度为A而其对应的灰阶图案为X，第二颜色光源发光强度为B而其对应的灰阶图案为Y，第三颜色光源发光强度为C而其对应的灰阶图案为Z，则彩色图像可以表示为(A×X)+(B×Y)+(C×Z)的形式，采用一个循环连续显示三个子帧的方式可以复现原彩色图像。

(2)然后，第二单色图像(B×Y)可以拆解出来，使用第二颜色的部分光强nB照射第一颜色灰阶图案X的部分为(nB×X)，其中nB光强大小控制在照射灰阶图案X时其任一图像点不超过第二单色图像(B×Y)的对应值；第二单色图像(B×Y)扣除拆解出的(nB×X)，残余部分为(B×(Y-nX))，即使用第二颜色光源发光强度B照射灰阶图案(Y-nX)；得出小结论，先用第二颜色nB光强照射灰阶图案X，再用第二颜色B光强照射灰阶图案(Y-nX)，采用一个循环连续显示两个子帧的方式可以复现原第二单色图像(B×Y)。

(3)最后，第三单色图像(C×Z)可以拆解出来，使用第三颜色的部分光强mC照射第一颜色灰阶图案X的部分为(mC×X)，其中mC光强大小控制在照射灰阶图案X时其任一图像点不超过第三单色图像(C×Z)的对应值；还可以进一步拆解出来，使用第三颜色的部分光强pC照射第二颜色灰阶图案(Y-nX)的部分为(pC×(Y-nX))，其中pC光强大小控制在照射灰阶图案(Y-nX)时其任一图像点不超过第三单色图像(C×Z)扣除(mC×X)灰阶图案后的对应值；第三单色图像(C×Z)，可以拆解出(mC×X)部分，再拆解出(pC×(Y-nX))部分，残余(C×

(Z-mX-pY+npX))部分；得出小结论，先用第三颜色mC光强照射灰阶图案X，再用第三颜色pC光强照射灰阶图案(Y-nX)，最后用第三颜色C光强照射灰阶图案(Z-mX-pY+npX)，采用一个循环连续显示三个子帧的方式可以复现原第三单色图像(C×Z)。

(4)采用本发明的预补光减帧图像合成方法，在每个显示循环的第一子帧，先使用第一颜色的光强A照射第一颜色灰阶图案X，全部显示完第一单色图像(A×X)；与此同时，使用第二颜色的部分光强nB照射进行预补光，显示部分第二图像(nB×X)；与此同时，使用第三颜色的部分光强mC照射进行预补光，显示部分第三图像(mC×X)；采用预补光方法，可以在每个显示循环的第一子帧，显示((A+nB+mC)×X)的图像；在灰阶图案Y和灰阶图案Z，两者等于0或者等比例于灰阶图案X的情况下，只需要一个子帧就可以完成整个循环复现原彩色图像，例如显示金色太阳只需要用(绿光+红光)照射太阳形状灰阶图案即可只用一个子帧复现原本金色太阳图像。

(5)当一个子帧不能完成整个循环复现原彩色图像时，则在显示循环的第二子帧，先使用第二颜色的光强B照射第二颜色灰阶图案(Y-nX)，利用两个子帧全部显示完第二单色图像(B×Y)；与此同时，使用第三颜色的部分光强pC照射进行预补光，显示部分第三图像(pC×(Y-nX))；采用预补光方法，可以在每个显示循环的第二子帧，显示((B+pC)×(Y-nX))的图像；在灰阶图案Z，等于0或者等比例于灰阶图案(Y-nX)的情况下，只需要二个子帧就可以完成整个循环复现原彩色图像，例如显示带紫色眼睛的金色太阳只需要在第二子帧使用(红光+蓝光)照射眼睛形状灰阶图案即可只用两个子帧复现原本带紫色眼睛的金色太阳图像；

(6)当两个子帧不能完成整个循环复现原彩色图像时，如果残余的第三颜色C光强照射灰阶图案(Z-mX-pY+npX)信息量太少，可以直接添加到下一个循环的彩色图像内进行处理，在显示刷新率足够快情况下，人眼并不能分辨其差异；如果残余的信息量大，可以再用第三子帧显示，同时可以采用预补光方法把下一个循环的部分图像补进来；

本发明的技术效果在于，采用本发明的预补光减帧图像合成方法，可以让原本采用时间混色原理一个循环固定连续显示三个子帧复现原彩色图像的方法，减少到只用1-2帧即可复现原彩色图像。

附图说明

附图图1为第一子帧的金色太阳图像和第二子帧的紫色眼睛图像合成最终的带紫色眼睛的金色太阳图像示意图。

左侧第一子帧，由第一颜色绿色子光源照射对应的太阳形状的灰阶图案，同时打开第二颜色红色子光源进行预补光照射太阳形状的灰阶图案，合成金色太阳图像。

中间第二子帧，由第二颜色红色子光源照射对应的眼睛形状的灰阶图案，同时打开第三颜色蓝色子光源进行预补光照射眼睛形状的灰阶图案，合成紫色太阳图像。

附图标记：1：液晶面板子像素；2：金色太阳形状的灰阶图案；3：紫色眼睛形状的灰阶图案；4：第一颜色子光源；5：第二颜色子光源；6：第三颜色子光源；

具体实施方式

实施例一：

本发明实施例一，提供一种基于光隔离分区和时间混色原理的液晶显示方法，以具体实施的情况为例进行说明。

(1)选择1600*1200分辨率的高刷新率无彩色滤光膜液晶面板时，利用热膨胀系数与液晶面板接近的铁镍钴可伐合金板材，模压出横向25个、纵向19个的反光杯阵列板，安装在彩色LED背光阵列板上，反光杯阵列板内每个单独的矩形反光杯覆盖64*64像素的显示区域。其中彩色LED背光阵列板，使用一种实现彩色背光发光均衡并提高发光强度的方法进行设置，作为步骤A实施。

(2)在模压反光杯阵列板上安装具有均光、增亮作用的扩散膜、BEF棱镜片、DBEF双折射片等光学膜，最后在光学膜上安装高刷新率无彩色滤光膜液晶面板。通过反光杯阵列板可对液晶显示区域进行分区，其中任意一个分区都与其他分区进行光隔离。通过光隔离分区的方法，可以独立调节分区内彩色光源的色彩和亮度，而不影响相邻的其它分区。

(3)通过采集显示视频信号产生的VSYNC帧同步信号或者DE显示数据使能信号，触发背光控制计数器记录视频信号CLK时钟周期，延续到下一帧的第一个行扫描线开始更新显示为止。根据这个期间记录的视频信号CLK时钟总数计算延时时间，确定行扫描线位置，更新对应的光隔离分区内彩色光源的色彩和亮度。

(4)对于光隔离分区内的彩色背光源和高刷新率无彩色滤光膜液晶面板，使用一种基于光隔离分区的分色背光与灰阶图案同步调整的节能显示方法进行节能优化，作为步骤B实施。

(5)使用一种基于时间混色原理的预补光减帧图像合成的显示方法，作为步骤C实施，完成最终的彩色画面显示。

实施例二：

本发明实施例二，提供一种实现彩色背光发光均衡并提高发光强度的方法，可应用于实施例一提供的一种基于光隔离分区和时间混色原理的液晶显示方法中，作为步骤A的具体实施方式。另外，这一种实现彩色背光发光均衡并提高发光强度的方法也可以独立进行，以达到提高绿色、蓝色子光源的驱动电流占比，显著提高子光源平均驱动电流及发光强度的效果。本实施例中，以独立进行的情况为例进行说明。

(1)选择3030封装的RGB-LED灯作为红绿蓝光源，同时使用红光LED芯片替换其中的蓝光LED芯片作为红绿红光源。每个芯片最大电流限制为20mA电流。当给红芯片18mA电流、绿芯片13.5mA电流、蓝芯片4.5mA电流时，RGB-LED灯混合发出6500K色温的白光，平均每个芯片电流12mA，平均每个LED灯发光强度2.85cd。

(2)由2个红绿蓝光源和2个红绿红光源交替排列组成背光微单元，其中蓝：绿：红的LED芯片数量比例为1：2：3。

(3)通过使用主波长为460nm的蓝色LED芯片，实现硬件低蓝光。

(4)背光微单元内所有红色子光源均串接并单独驱动，背光微单元内所有绿色子光源均串接并单独驱动，背光微单元内所有蓝色子光源均串接并单独驱动。

(5)使用若干背光微单元排列成完整的彩色背光。

(6)在实现彩色背光发光均衡过程中，目标为6500K色温的标准白光时，按照全部使用红绿蓝光源的方式，单个背光微单元内4颗RGB-LED灯方案，平均每个芯片电流12mA，背光微单元发光强度11.4cd；采用单个背光微单元内2个红绿蓝光源和2个红绿红光源方案，红芯片18mA电流、绿芯片20mA电流、蓝芯片13.5mA电流，平均每个芯片电流18mA，背光微单元发光强度17.1cd；实验证明采用这一种实现彩色背光发光均衡并提高发光强度的方法，可以在相同的子光源最大驱动电流限制下，使子光源平均电流增加50％，从而将发光强度提高50％。

实施例三：

本发明实施例三，提供一种基于光隔离分区的分色背光与灰阶图案同步调整的节能显示方法，可应用于实施例一提供的一种基于光隔离分区和时间混色原理的液晶显示方法中，作为步骤B的具体实施方式。另外，这一种基于光隔离分区的分色背光与灰阶图案同步调整的节能显示方法也可以独立进行，通过分色背光与灰阶图案同步调整，实现在显示不变的情况下达到节能的效果。本实施例中，以独立进行的情况为例进行说明。

(1)选择1600*1200分辨率的液晶面板时，利用热膨胀系数与液晶面板接近的铁镍钴可伐合金板材，模压出横向25个、纵向19个的反光杯阵列板，安装在彩色LED背光阵列板上，反光杯阵列板内每个单独的矩形反光杯覆盖64*64像素的显示区域。然后在模压反光杯阵列板上安装具有均光、增亮作用的扩散膜、BEF棱镜片、DBEF双折射片等光学膜，最后在光学膜上安装液晶面板。通过反光杯阵列板可对液晶显示区域进行分区，其中任意一个分区都与其他分区进行光隔离。通过光隔离分区的方法，可以独立调节分区内彩色光源的色彩和亮度，而不影响相邻的其它分区。

(2)显示器内部主控制器解码主机发送到显示器的视频信号，分离出下一帧每个反光杯对应的64*64像素的彩色显示画面。然后寻找光隔离分区内的子光源对应的子像素的灰度等级的最大值。红色子光源对应的子像素的灰度等级的最大值为127；绿色子光源对应的子像素的灰度等级的最大值为63；蓝色子光源对应的子像素的灰度等级的最大值为192。

(3)因为液晶面板显示灰阶范围是0-255的值，所以把液晶面板灰阶范围的上限除以三个子像素灰度等级的最大值，得到红色对应的倍率为2倍、绿色对应的倍率为4倍、蓝色对应的倍率为1.33倍。

(4)把光隔离分区内红色子光源对应的所有子像素的灰度等级都提高到2倍，同时把红色子光源的发光强度降低到1/2，采用100％亮度背光照射0-127灰度等级的64*64灰阶图案，其显示效果与采用50％亮度背光照射0-255灰度等级的64*64灰阶图案相同，所以通过分色背光与灰阶图案同步调整，实现在显示不变的情况下达到节能50％的效果。

(5)类似的，把光隔离分区内绿色子光源对应的所有子像素的灰度等级都提高到4倍，同时把绿色子光源的发光强度降低到1/4，采用100％亮度背光照射0-63灰度等级的64*64灰阶图案，其显示效果与采用25％亮度背光照射0-255灰度等级的64*64灰阶图案相同，通过分色背光与灰阶图案同步调整，实现在显示不变的情况下达到节能75％的效果。

(6)类似的，把光隔离分区内蓝色子光源对应的所有子像素的灰度等级都提高到1.33倍，同时把蓝色子光源的发光强度降低到75％，采用100％亮度背光照射0-192灰度等级的64*64灰阶图案，其显示效果与采用75％亮度背光照射0-255灰度等级的64*64灰阶图案相同，通过分色背光与灰阶图案同步调整，实现在显示不变的情况下达到节能25％的效果。

综合各种情况，使用这一种基于光隔离分区的分色背光与灰阶图案同步调整的节能显示方法，在显示不变的情况下，平均可以节能50％左右。

实施例四：

本发明实施例四，提供一种基于时间混色原理的预补光减帧图像合成的显示方法，可应用于实施例一提供的一种基于光隔离分区和时间混色原理的液晶显示方法中，作为步骤C的具体实施方式。另外，这一种基于时间混色原理的预补光减帧图像合成的显示方法也可以独立进行，可以让原本采用时间混色原理一个循环固定连续显示三个子帧复现原彩色图像的方法，减少到只用1-2帧即可复现原彩色图像。本实施例中，以独立进行的情况为例进行说明。

(1)显示器内部主控制器解码主机发送到显示器的视频信号，分离出下一帧64*64像素的彩色显示画面。画面内容为带紫色眼睛的金色太阳图像。

(2)把单幅彩色图像分解成红绿蓝三幅单色图像，三幅单色图像按照其对彩色图像的影响力大小，以固定顺序绿-红-蓝重新排序。

(3)三幅单色图像进一步分解成，绿光照射太阳形状灰阶图案、红光照射带眼睛太阳形状灰阶图案、蓝光照射眼睛形状灰阶图案。

(4)采用本发明的预补光减帧图像合成方法，在当前显示循环的第一子帧，使用100％绿光照射太阳形状灰阶图案，全部显示完绿色单色图像。于此同时，使用100％红光进行预补光，照射太阳形状灰阶图案，显示了部分红色单色图像。于此同时，计算结果表示太阳形状灰阶图案和蓝色无关，蓝光亮度为0不进行预补光。假设画面内容为金色太阳图像，显示金色太阳只需要用(绿光+红光)照射太阳形状灰阶图案，即可只用一个子帧复现原本金色太阳图像。(5)采用本发明的预补光减帧图像合成方法，在当前显示循环的第二子帧，使用100％红光照射眼睛形状灰阶图案，加上第一子帧已经显示的太阳形状灰阶图案，已全部显示完红色单色图像。于此同时，使用100％蓝光进行预补光，照射眼睛形状灰阶图案，显示了蓝色单色图像。第一子帧已经显示金色太阳，进一步显示带紫色眼睛的金色太阳只需要在第二子帧使用(红光+蓝光)照射眼睛形状灰阶图案，即可只用两个子帧复现原本带紫色眼睛的金色太阳图像。