一種基于lcd顯示器的層次豐富的高動態(tài)范圍顯示方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及視頻顯示技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，涉及一種基于IXD的顯示方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有視頻顯示技術(shù)可重顯的動態(tài)范圍遠(yuǎn)小于人眼可感知的動態(tài)范圍，造成觀看質(zhì) 量下降、不真實感。許多高對比度場景，例如來自冰雪的場景，不通過HDR(High Dynamic Range)技術(shù)無法充分顯示其層次豐富的真實畫面。
[0003] 目前的IXD顯示器都是低動態(tài)范圍LDR(LowDynamic Range)的，一般只能顯示 1000:1的動態(tài)范圍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于人眼能感知的105:1的動態(tài)范圍。通過提高LDR顯示器的亮 度也并不能達(dá)到增加圖像的高動態(tài)范圍的目的，因為這樣的處理會使原本暗的圖像部分變 成灰色，反而降低了動態(tài)范圍。
[0004] 色調(diào)映射（Tone Mapping)技術(shù)可以將自然場景的高動態(tài)范圍映射變換到LDR視 頻顯示器的動態(tài)范圍之內(nèi)，使之能夠在LDR顯示器上顯示。經(jīng)過色調(diào)映射之后，低亮和高亮 區(qū)域可顯示更多細(xì)節(jié)，但實際動態(tài)范圍并沒有提高。為了滿足人眼感知高動態(tài)范圍的特性， 必須開發(fā)真正的高動態(tài)范圍HDR視頻顯示器。
[0005] HDR視頻正在成為發(fā)展的趨勢。德國MPI已經(jīng)研制了 HDR視頻傳輸標(biāo)準(zhǔn)，Dolby在 世界上第一個開發(fā)出HDR視頻顯示器樣機(jī)，Vizio、S頂2和Sony等也相繼開發(fā)了 HDR樣機(jī)。 這些HDR視頻顯示器都是基于修改IXD顯示器的LED背光，將IXD液晶顯示器的均勻LED 背光改為非均勻LED背光；使得每個LED的發(fā)光亮度由圖像內(nèi)容控制，有黑有暗，從而提供 了不同的動態(tài)范圍。根據(jù)光學(xué)理論，光學(xué)系統(tǒng)總的動態(tài)范圍是每個部分光學(xué)系統(tǒng)動態(tài)范圍 的乘積。通過LED背光光源的可控動態(tài)范圍和LCD顯示器前面板LCD本身的動態(tài)范圍，就 可以滿足人眼感知高動態(tài)范圍的特性。
[0006] 但是IXD前面板是8bit的，也就是說，最多顯示256(28)個不同的亮度。而HDR 視頻的量化精度大于8bit，例如16bit。在16bit到8bit的轉(zhuǎn)換中，很多圖像層次丟失了。 所以目前的HDR視頻顯示器樣機(jī)并沒有充分顯示HDR視頻。除此之外，8bit量化是在LDR 顯示器上經(jīng)過主觀實驗確定的。在HDR顯示器上需要重新確定。本發(fā)明將解決圖像層次丟 失的問題。
[0007] 參考文獻(xiàn)：
[0008] [SeeHei04]H. Seetzen, ff. Heidrich, ff. Stuerzlinger, G. Ward, L. Whitehead, M. Trentacoste，A. Ghosh，A. Vorozcovs，High dynamic range display systems，ACM Transac-tions on Graphics，2004,23(3) :760-768
[0009] [LinHu08]F. Lin，Y. Huang，L. Liao, C. Liao, H. D. Shieh，T. Wang，S. Yeh，Dynamic Backlight Gamma on High Dynamic Range LCD TVs，Journal of Display Technology， 2008,4 (2):139-146.
[0010] [LiJin09]W. Li，W. Jin，X. Shao，X. Wang，L. Zhang，K. Zhang，Progress of High Dynamic Range Liquid Crystal Display Based On LED Backlight With Area Control Technology，Optical Technique，2009,35(6):835-839
[0011] [WangLinlO]G. Wang, F. Lin, Y. Huang,Delta-ColorAdjustment(DCA) for Spatial Modulated Color Backlight Algori-thm on High Dynamic Range LCD TVs, Journal of Display Technology，2010,6(6):215-220

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于LCD的層次豐富的高 動態(tài)范圍顯示方法，能夠在IXD顯示器上層次分明地顯示HDR視頻。
[0013] 本發(fā)明提出了一種基于IXD顯示器的層次豐富的高動態(tài)范圍顯示方法
[0014] 一種基于IXD顯示器的層次豐富的高動態(tài)范圍顯示方法，包括在終端的操作及在 中轉(zhuǎn)服務(wù)器的操作，該方法包括以下步驟：
[0015] 步驟1、采用mean shift方法進(jìn)行圖像分割，得到所述圖像分割結(jié)果，圖像分割結(jié) 果中可見邊緣、紋理區(qū)域和均勻圖像區(qū)域；
[0016] 在每個分割的圖像區(qū)域內(nèi)，特別是在暗圖像區(qū)域內(nèi)，提高量化等級使得對比度與 該區(qū)域亮度值的設(shè)定配合；設(shè)定亮度值的取決于HDR圖像的動態(tài)范圍，圖像的所有區(qū)域都 進(jìn)tx相應(yīng)的變換；
[0017] 步驟2、通過直方圖均衡化方法將每個分割圖像區(qū)域內(nèi)的像素灰度值變得均勻分 布；
[0018] 步驟3、對于兩個或多個分割的圖像區(qū)域之間的量化等級利用其中每個圖像區(qū)域 的量化等級加權(quán)得到；
[0019]
[0020] N = N!+N2+---+Nk；
[0021] 其中，k為分割的圖像區(qū)域總數(shù)；Ni為第i個分割圖像區(qū)域的像素個數(shù)，i = 1，2,…，k ;qi為第i個分割圖像區(qū)域的量化等級，i = 1，2,…，k。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠避免圖像層次丟失的問題；同時，避免觀眾在HDR顯 示器上感覺到量化誤差的存在；且不改變現(xiàn)有LCD的面板結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明的實現(xiàn)方案方框圖；
[0024] 圖2為本發(fā)明的整體流程圖； 圖3為圖像分割結(jié)果舉例示意圖，其中左圖Lena圖像的分割結(jié)果（右圖）；在右圖中， 1區(qū)域代表邊緣，3標(biāo)示出紋理區(qū)域，1顯示均勻圖像區(qū)域。
【具體實施方式】
[0025] 以下結(jié)合附圖及【具體實施方式】，進(jìn)一步詳述本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0026] 如圖1所示，本發(fā)明的整體流程包括以下步驟：
[0027] 步驟1、采用mean shift方法進(jìn)行圖像分割），在每個分割的圖像區(qū)域內(nèi)，特別是 在暗圖像區(qū)域（低亮度區(qū)域）內(nèi)，提高量化等級；由于暗圖像區(qū)域的亮度值較小，不能占滿 全部8bit，例如只占用4個LSB。提高量化等級，例如提高lbit，不會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。。假設(shè) 8bit LDR圖像一區(qū)域的灰度值范圍為10到20,在12bit HDR圖像變?yōu)?0(2(12-8) = 160 到20(2(12-8) = 320。由于提高量化等級后，亮度值變大，與該區(qū)域亮度值的設(shè)定配合，可 以使圖像的細(xì)節(jié)和層次明顯加強(qiáng)；
[0028] 步驟2、上述步驟1雖然使得顯示器能夠顯示高動態(tài)范圍，但是被顯示圖像的對比 度不一定高，因為只有圖像的灰度值分布盡可能均勻時，對人眼來說，對比度才高。因此，通 過一個變換曲線，通過直方圖均衡化方法將每個分割圖像區(qū)域內(nèi)的像素灰度值變得均勻分 布；該方法的具體作法為：對圖像中像素個數(shù)多的灰度級進(jìn)行展寬，而對圖像中像素個數(shù) 少的灰度進(jìn)行壓縮，從而擴(kuò)展像原取值的動態(tài)范圍，提高了對比度和灰度色調(diào)的變化，使 圖像更加清晰。
[0029] 步驟3、將兩個或多個分割的圖像區(qū)域之間的量化等級利用其中每個圖像區(qū)域的 量化等級加權(quán)得到：
[0030]
[0031] N = N!+N2+---+Nk；
[0032] 其中，k為分割的圖像區(qū)域總數(shù)；Ni為第i個分割圖像區(qū)域的像素個數(shù)，i = 1，2,…，k ;qi為第i個分割圖像區(qū)域的量化等級，i = 1，2,…，k。
[0033] 暗圖像區(qū)域在本發(fā)明中被定義為觀察者看不見顏色的區(qū)域。在暗光下，桿狀細(xì)胞 (rods)視覺感受器起作用，桿狀細(xì)胞對光線的敏感度比人眼的錐細(xì)胞（cones)要敏感數(shù)百 倍，但是不能感覺顏色。
[0034] 圖像區(qū)域建議采用mean shift方法進(jìn)行分割，因為該方法無需設(shè)置特別的參數(shù)、 便于實時化、性能優(yōu)越。如圖3所示為圖像分割結(jié)果舉例示意圖，其中左圖為Lena圖像；右 圖為左圖的分割結(jié)果；在右圖中包括三種不同灰度區(qū)域，灰度最淺的區(qū)域1代表邊緣，灰度 較深的區(qū)域2代表均勻圖像區(qū)域，灰度最深的區(qū)域3代表紋理區(qū)域，。
[0035] 用來將每個分割圖像區(qū)域內(nèi)的像素灰度值變得均勻分布的變換曲線可以是任何 一個非線性函數(shù)。但是由于本發(fā)明中需處理每個分割圖像區(qū)域，所以該曲線最好通過直方 圖變換取得。
[0036] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本專利原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種基于LCD顯示器的層次豐富的高動態(tài)范圍顯示方法，包括在終端的操作及在中 轉(zhuǎn)服務(wù)器的操作，其特征在于，該方法包括以下步驟： 步驟（1)、采用mean shift方法進(jìn)行圖像分割，得到所述圖像分割結(jié)果，圖像分割結(jié)果 中可見邊緣、紋理區(qū)域和均勻圖像區(qū)域； 在每個分割的圖像區(qū)域內(nèi)，特別是在暗圖像區(qū)域內(nèi)，提高量化等級使得對比度與該區(qū) 域亮度值的設(shè)定配合；設(shè)定亮度值的取決于HDR圖像的動態(tài)范圍，圖像的所有區(qū)域都進(jìn)行 相應(yīng)的變換； 步驟（2)、通過直方圖均衡化方法將每個分割圖像區(qū)域內(nèi)的像素灰度值變得均勻分 布； 步驟（3)、對于兩個或多個分割的圖像區(qū)域之間的量化等級利用其中每個圖像區(qū)域的 量化等級加權(quán)得到；其中，k為分割的圖像區(qū)域總數(shù)；Ni為第i個分割圖像區(qū)域的像素個數(shù)，i = 1，2,…，k ; 為第i個分割圖像區(qū)域的量化等級，i = 1，2,…，k。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于LCD顯示器的層次豐富的高動態(tài)范圍顯示方法，該方法具體步驟包括：對每個分割的圖像區(qū)域內(nèi)，特別是在暗圖像區(qū)域(低亮度區(qū)域)內(nèi)，提高量化等級使得對比度與該區(qū)域亮度值的設(shè)定配合；將每個分割圖像區(qū)域內(nèi)的像素灰度值變得均勻分布；對于兩個或多個分割的圖像區(qū)域之間的量化等級利用其中每個圖像區(qū)域的量化等級加權(quán)得到。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠在LCD顯示器上層次分明地顯示HDR視頻；避免圖像層次丟失的問題；同時，避免觀眾在HDR顯示器上感覺到量化誤差的存在；且不改變現(xiàn)有LCD的面板結(jié)構(gòu)。
【IPC分類】G06F3/14
【公開號】CN105335123
【申請?zhí)枴緾N201510732045
【發(fā)明人】李昌祿, 段綠茵, 杜明月, 張濤, 李文元, 雷志春
【申請人】天津大學(xué)
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年10月30日