作为前景广阔的高动态对比度显示系统，基于Mini-LED背光的液晶显示受到越来越多的关注。由于背光分区和液晶漏光问题，Mini-LED背光LCD中出现光晕效应，降低了图像质量。为了准确再现不同参数下的光晕效应，建立了精确的Mini-LED背光LCD显示系统光学模型。基于该模型设计了系统的视觉感知实验，研究不同Mini-LED背光分块大小、不同LCD对比度以及不同背光调制算法下，人眼对光晕效应的感知效果。实验结果表明，Mini-LED背光分块大小和调制算法对光晕效应有显著性影响，而LCD对比度对光晕效应感知无显著性影响。随着Mini-LED背光分块大小的增大，光晕效应显著增强。背光分块视角在0.5°及以上时，受测者能够较容易地感知到光晕效应。同时，主观实验结果和客观评价结果具有较高线性相关性。研究结果可为Mini-LED背光LCD显示系统的设计提供理论参考。

高动态范围（HDR）激光显示一方面可以显示接近人眼动态范围的高对比度场景，另一方面可以最大化显示色域，是下一代显示技术的重要发展方向。为了实现高亮度、高效率、低成本的HDR激光显示，提出了一种基于区域调光的HDR激光显示架构，即模块化的激光光源通过光纤阵列的方式拼接出一个阵列照明光场，在图像显示时，每个激光器会根据画面各个区域的亮度来动态控制发光强度，而空间光调制器会根据动态的照明光场和要显示的图像内容进行相应的像素调制。另外，针对激光器波长差异导致的显示色差，提出了一种消除激光色差的区域调光算法，其主要原理是，激光器调制光强输出后，空间光调制器上的每一个像素点均根据该处混合照明光的三基色色坐标计算出对应的调制值，进而实现HDR图像的无色差显示。

Mini-LED背光能够通过精细化的分区实现局域动态调光, 是当前液晶背光技术的研究热点。为揭示Mini-LED背光不同的调光单元形式对背光模组的光学性能和系统架构产生的不同影响, 本文建立了Mini-LED背光模组区域调光单元的3种不同的光学模型, 即直下式调光单元、侧入式调光单元, 以及本文提出的角入式调光单元。通过对不同结构的Mini-LED发光源光学模型进行光学建模和仿真追迹, 对调光单元进行了出光均匀性和光线利用率的对比。结果表明, 角入式调光单元在未添加光学膜片的情况下, 出光均匀性为67.27%且光线利用率为86.67%; 在添加光学膜片的情况下, 出光均匀性为84.70%且光线利用率为92.10%。与传统侧入式调光单元和直下式调光单元相比有不同程度的提升。本文结果对Mini-LED背光单元设计具有重要的理论指导意义和应用价值。

在分析现有算法的优缺点的基础上,尽可能考虑各种类型的图像,基于发光二极管-液晶显示器直下式图像视频显示原理样机,提出了一种可靠有效的基于区域背光亮度提取的数据测量方法,并提出了一种高效实用的基于深度学习的背光亮度提取方法。该方法基于采用多层下采样结构的神经网络,综合提取图像特征,获得最优的背光。实验结果表明,该方法可以提高图像显示质量和扩大图像的动态范围,而网络结构中有无旁路的对比实验结果验证了所提方法的优越性和有效性。

提出了一种新型可调节的自适应区域调光方法。该方法利用已有区域背光算法计算的背光亮度值构造约束条件,在经区域背光算法得出背光后,结合人眼视觉特性对该背光进行不同幅度的增减,利用发光二极管-液晶显示器(LED-LCD)样机选取在显示图像不失真的条件下显示质量最好的背光亮度作为该图像的最佳背光亮度,然后对最佳背光进行像素补偿。实验结果表明所提方法能使显示图像更加接近真实场景感知,在一定程度上提高了图像的对比度等。

为了合理降低液晶显示器的背光功耗, 抑制像素补偿导致的截断噪声, 减少显示图像的颜色和亮度失真, 对基于图像特征的液晶显示器动态调光算法进行研究。首先, 根据液晶显示器特性介绍了区域调光算法处理过程, 分析了截断噪声产生的原因。提出了基于图像局部亮度的液晶显示器动态调光算法, 即基于最大值法得到初始背光值, 根据图像局部区域亮度与初始背光分布图对应区域亮度的相似程度修正初始背光值, 通过模糊-掩模方法模拟背光的混光扩散过程, 结合像素补偿得到调光图像。实验结果表明, 使用基于图像局部亮度的液晶显示器动态调光算法处理后, 背光功耗平均降低约31.54%; 截断噪声平均低至像素总和的1.17%; L*a*b颜色空间峰值信噪比(LabPSNR)平均达到3711dB。应用该算法能够合理降低显示器的背光功耗, 使图像的截断噪声得到显著抑制, 颜色和亮度失真明显改善, 对于各类图像都具有良好的适用性。

提出一种针对HDR图像的显示方法, 该方法应用于LCD-LED双调制高动态显示器, 旨在使显示器更好地显示HDR图像要求的亮度细节, 提高视觉质量。首先, 建立HDR图像亮度与LED亮度范围对应关系, 使用光扩散函数作为背光LED亮度取值范围的权重。然后, 统计LED的亮度辐射区域内不同LED发光强度等级的权重, 取权重最大者对应的亮度作为该背光LED亮度。最后, 利用依据LED亮度生成LED背光扩散图像与HDR图像计算出LCD显示图像。仿真结果表明, 该算法可以使显示器亮度失真率系数低至0.006以下。在LCD-LED双调制高动态显示器上实验验证结果表明, 该算法可以有效提高图像的层次感, 有效抑制LCD-LED双调制高动态显示器的“光晕”以及亮度截断现象, 提高显示质量。

为解决液晶显示存在能效和对比度不高问题, 本文结合主流背光结构和区域调光技术优势, 提出了一种侧入式 LED背光区域调光算法, 包括背光调光、亮度分配和像素补偿三个部分。调光算法将输入图像进行分区, 计算每个分区的图像亮度; 亮度分配算法引入资源分配和运输模型建立图像分区亮度到 LED灯串亮度的映射关系。像素补偿算法使用低通滤波器模拟得到 LED发出的光经导光板、扩散膜后的扩散效果, 据此调整液晶像素亮度。并对该算法进行了大量的仿真实验, 开发了原理性样机。对 30幅典型图像实际测试表明, 平均节能率为 20.57%, 平均结构相似性性能参数为 0.985。本文提出的侧入式区域调光算法既能保持背光结构轻薄, 同时具有较好的节能和显示效果。

液晶显示器的区域动态调光技术中，各分区背光确定后，为了保证背光降低后的亮度和显示效果，需要对液晶像素进行精确补偿。本文采用低通滤波方法模拟LED 背光源在背光模组中传播时的扩散过程，得到光扩散函数模板参数，进而得知各像素的实际背光亮度，据此对液晶像素进行精确补偿。在直下式LED 分区背光液晶显示系统上，通过具体图像验证了该方法的准确性。该方法采用常见的测试设备，可操作性强，精度高。经验证，背光分区为32 个时，32 个分区的相对误差平均值为6.41%。在动态区域调光液晶电视样机中实现了本文的扩散方法，和没有调光的电视相比，节能率达到27.06%，画面无拖尾现象。