论文总字数：28546字

摘 要

液晶显示器是目前商业应用最为广泛的显示器件。近年来，高色域，高对比度，低功耗的显示设备逐渐受到越来越多人的青睐。动态背光技术不仅可以提高液晶显示器的对比度，还能够降低功耗，是提高液晶显示技术性能的良好方法。但是考虑成本和技术限制，动态背光技术中的背光分区数量不能无限增长，探索背光分区数量与图像质量的关系是本文的主要目的。

本文基于动态背光技术，介绍了动态背光技术的主要原理，讨论了三种实现液晶动态背光系统的方法，然后基于双cell液晶显示实验平台，探究动态背光分区数量与图像显示质量之间的关系。

本文首先介绍了实验平台的原理结构，然后利用眼动仪对选取的图像进行关注区域提取，接着讨论了图像分区背光主亮度提取算法，提出了一种基于朗伯余弦定律的背光模拟方法，此方法可以在实验平台上模拟出LED阵列的背光扩散现象，得到了图像的背光仿真数据图像，并将此图像作为原图像的背光源。然后基于视觉感知实验得到不同图像不同背光分区数量的图像质量优劣对比数据，最后通过SPSS统计学软件对这些数据进行了分析，得出背光分区数量与图像质量的关系，发现动态背光技术对于不同类型的图像提升效果并不相同，并对造成这一现象的原因进行了分析。

关键词：动态背光，液晶显示，对比度，眼动仪

Abstract

Liquid crystal display is the most widely used commercial display device. In recent years, the display equipment with high color range, high contrast and low power consumption has been favored by more and more people. Dynamic backlighting technology can not only improve the contrast of LCD, but also reduce power consumption. It is a good method to improve the performance of LCD technology. However, considering the cost and technical limitations, the number of backlight partitions in dynamic backlight technology cannot increase indefinitely. The main purpose of this paper is to explore the relationship between the number of backlight partitions and image quality.

Based on the dynamic backlight technology, the main principle of the dynamic backlight technology is introduced, and three methods to realize the liquid crystal dynamic backlight system are discussed. Then, based on the experimental platform of dual cell liquid crystal display, the relationship between the number of dynamic backlight partitions and the quality of the image display is explored.

At first, the principle of experiment platform structure is introduced, and then focused area of selected image are extracted by eye tracker, and then the image partition backlight brightness extraction algorithm is discussed. Based on Lambert’s cosine law, a backlight simulation method is proposed. This method can simulate backlight diffusion phenomenon of LED array on the experiment platform, the image of backlight simulation data is obtained as backlight of original image. Then, based on the visual perception experiment experiment, the image quality comparison data of different backlight subareas in different images is obtained. Finally, the relationship between the number of backlight partitions and image quality is obtained through the analysis of the data by statistical software SPSS. It is found that dynamic backlighting technology has different effects on different types of images, and the reasons for this phenomenon are analyzed.

KEY WORDS: dynamic backlight, liquid crystal display, contrast, eye tracker

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 液晶显示技术概述 1

1.3 动态背光技术研究现状 2

1.4 本课题研究内容 3

第二章 液晶显示动态背光原理及实现方法 5

2.1 液晶动态显示的基本原理 5

2.1.1 全局背光调制 5

2.1.2 区域背光调制 5

2.2 液晶动态背光实现方法 7

2.2.1 基于投影仪的动态背光显示系统 7

2.2.2 基于LED背光的动态背光显示系统 8

2.2.3 基于双cell液晶背光的动态背光显示系统 8

2.3 本章小结 10

第三章 图像关注区域提取 11

3.1 客观算法介绍 11

3.2 基于眼动仪的图像关注区域提取 11

3.2.1 眼动仪介绍 12

3.2.2 眼动仪实验方案 12

3.2.3 眼动仪实验数据分析 13

3.3 本章小结 16

第四章 背光主亮度提取方法及背光模拟算法 17

4.1 传统背光主亮度提取算法介绍 17

4.2 背光模拟原理 19

4.2.1 LED灯珠的扩散特性 19

4.2.2 LED阵列背光模拟 19

4.2.3 基于朗伯余弦定律的高精度背光模拟算法 20

4.3 本章小结 21

第五章 基于视觉感知的图像质量评价实验 23

5.1 实验目的 23

5.2 实验内容 23

5.3 基于视觉感知实验的数据分析 25

5.3.1 两两比较方法与z-score的计算 25

5.3.2 改进的z-score算法及实验结果 26

5.4 本章小结 31

第六章 总结与展望 33

6.1 总结 33

6.2 展望 33

致 谢 35

参考文献 36

附录 38

绪论

本章介绍了液晶显示技术的基本原理，概述了液晶显示技术的优缺点，简要介绍了利用动态背光技术改进液晶显示的方法，以及动态背光技术的研究现状，最后对论文的框架进行了简要介绍。

研究背景及意义

随着科学技术的不断提高，国民经济不断发展，人们对于显示技术的要求也越来越高。从CRT显示技术发展到现在LCD、OLED、激光等显示技术，技术指标越来越高，显示效果越来越接近真实场景。液晶显示（Liquid Crystal Display, LCD）由于其具有低压，低功耗，显示信息大，长寿命，无辐射无污染等一系列特性，成为当前平板显示领域应用最广泛，发展最迅速，商业化最成熟的显示器件。

然而，液晶显示也有着不可忽视的缺点。传统的液晶显示在暗场下并不能完全重现图像内容，因为在全黑像素内容时，液晶显示并不是完全的黑色，而是有少量的漏光，这是因为液晶分子不能完全关闭，这就导致了明显的对比度下降。新生的显示器件如OLED，可以实现像素全黑，图像对比度高，显示的画质好。然而OLED大屏幕技术尚未成熟、价格昂贵，亮度低，颜色衰减一致性问题，目前并不能在市场上普及。随着高动态范围显示（HDR）技术的出现，对图像对比度的要求也更高，为了提高液晶显示画质，本课题采用动态背光技术对液晶显示质量的改进进行了研究，对动态背光分区数量与液晶显示画质质量改进的关系进行了视觉感知评价分析。

液晶显示技术概述

液晶显示技术的原理图如图1-1所示

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