本發(fā)明屬于顯示控制技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，尤其涉及一種高動態(tài)對比度圖像的色調(diào)映射與顯示方法。

背景技術(shù)：

自然界的亮度范圍為1E-6至1.6E+9尼特，對比度高達10¹⁵。人眼的靜態(tài)對比度范圍為1000:1-15000:1，但是通過改變瞳孔的大小以控制不同的光通量，人眼的動態(tài)對比度高達1000000：1。而普通的顯示器通常采用8bit編碼，灰階數(shù)變化范圍為0-255，對比度僅有1000左右，因而在顯示高動態(tài)對比度圖像時會出現(xiàn)嚴(yán)重對比度失真現(xiàn)象，失真現(xiàn)象主要表現(xiàn)為細節(jié)丟失、亮部過曝或者暗部欠曝等特征。

在傳統(tǒng)的膠片成像技術(shù)中，通過人為降低亮部的曝光量或者增加暗部的曝光量來獲得高對比度的圖像細節(jié)，即欠曝光及過曝光?，F(xiàn)有的專業(yè)成像設(shè)備隨著CCD或者CMOS探測器技術(shù)的發(fā)展，部分成像設(shè)備的對比度已經(jīng)達到30000:1。但是，目前高動態(tài)對比度的顯示器尚未完全普及，因而如何在傳統(tǒng)顯示器上實現(xiàn)高動態(tài)對比度圖像的顯示就顯得尤為重要。

對應(yīng)于如何在傳統(tǒng)顯示器上實現(xiàn)高動態(tài)對比度圖像問題，色調(diào)映射應(yīng)用而生。但是，色調(diào)映射采用傳統(tǒng)的全局變量方法在處理局部細節(jié)方面仍然不盡完美。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決以上問題，本發(fā)明提供了一種高動態(tài)對比度圖像的色調(diào)映射與顯示方法，用于獲得層次分明的局部圖像細節(jié)。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種高動態(tài)對比度圖像的色調(diào)映射與顯示方法，包括：

S101、獲取顯示器最大灰階對應(yīng)亮度及最小灰階對應(yīng)亮度；

S102、獲取輸入幀圖像的亮度分布及其最小亮度對應(yīng)的像素位置；

S103、對輸入幀圖像的所有像素分別沿第一方向和第二方向計算亮度梯度；

S104、采用梯度壓縮函數(shù)對所述亮度梯度進行壓縮處理；

S105、賦值最小亮度對應(yīng)的像素位置為最小灰階對應(yīng)亮度，并以其為中心將壓縮處理后的亮度梯度分別沿所述第一方向和所述第二方向重構(gòu)整幀圖像；

S106、獲取重構(gòu)后整幀圖像的最大亮度，并結(jié)合顯示器最大灰階對應(yīng)亮度計算比例系數(shù)；

S107、采用所述比例系數(shù)修正所述梯度壓縮函數(shù)，并以修正后的梯度壓縮函數(shù)重復(fù)一次步驟S104和S105后輸出顯示。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一方向和所述第二方向設(shè)定為分別平行于顯示器屏幕的相鄰兩邊，其中，所述第一方向和所述第二方向垂直，并且以水平向右及豎直向下為正方向。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述梯度壓縮函數(shù)表示為：

f(x)＝A*x^1/B

其中，A為實數(shù)，B為正整數(shù)，x為亮度梯度。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，獲取重構(gòu)后整幀圖像的最大亮度，并結(jié)合顯示器最大灰階對應(yīng)亮度計算比例系數(shù)進一步包括采用下式計算所述比例系數(shù)k：

k＝L_max/Lum_max

其中，L_max表示顯示裝置最大灰階對應(yīng)亮度，Lum_max表示整幀圖像最大亮度。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，采用所述比例系數(shù)修正所述梯度壓縮函數(shù)進一步包括：

f’(x)＝k*f(x)

其中，f(x)表示梯度壓縮函數(shù)，f’(x)表示修正后的梯度壓縮函數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，采用下式對輸入幀圖像的所有像素分別沿第一方向和第二方向計算亮度梯度：

D1’(m,n)＝{L(m+1,n)-L(m,n)}/L(m,n)

D2’(m,n)＝{L(m,n+1)-L(m,n)}/L(m,n)

其中，D1’(m,n)表示第一方向亮度梯度，D2’(m,n)表示第二方向亮度梯度，L(m+1,n)表示坐標(biāo)(m+1,n)對應(yīng)像素的亮度，L(m,n+1)表示坐標(biāo)(m,n+1)對應(yīng)像素的亮度,L(m,n)表示坐標(biāo)(m,n)對應(yīng)像素的亮度。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，分別沿所述第一方向和所述第二方向重構(gòu)整幀圖像進一步包括：

獲取當(dāng)前像素對應(yīng)所述第一方向和所述第二方向沿正方向上相鄰像素的亮度梯度；

分別沿所述第一方向的正方向和所述第二方向的正方向，根據(jù)相鄰像素的亮度及亮度梯度計算當(dāng)前像素的亮度。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，根據(jù)相鄰像素的亮度及亮度梯度計算當(dāng)前像素的亮度，并采用下式計算當(dāng)前像素的亮度：

L(x,y)＝{L(x-1,y)(1+D1'(x-1,y))+L(x,y-1)(1+D2'(x,y-1))}/2

其中，L(x,y)表示坐標(biāo)為(x,y)的像素的亮度，L(x-1,y)表示坐標(biāo)為(x-1,y)的像素的亮度，L(x,y-1)表示坐標(biāo)為(x,y-1)的像素的亮度，D1'(x-1,y)表示坐標(biāo)為(x,y)的像素與坐標(biāo)為(x-1,y)的像素的亮度梯度，D2'(x,y-1)表示坐標(biāo)為(x,y)的像素與坐標(biāo)為(x,y-1)的像素的亮度梯度。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，采用搜索法獲取所述最小亮度對應(yīng)的像素位置。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，當(dāng)同一輸入幀圖像中包括多個最小亮度對應(yīng)的像素位置時，取第一個搜索到的最小亮度對應(yīng)的像素位置。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明將重構(gòu)后的整幀圖像最大亮度對應(yīng)為顯示器的最大灰階，從而使得整幀圖像具有最大的亮度覆蓋范圍，進而獲得層次分明的局部圖像細節(jié)。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要的附圖做簡單的介紹：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的方法流程圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的第一方向和第二方向示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的采用梯度壓縮函數(shù)處理亮度梯度的示意圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖及實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達成技術(shù)效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

本發(fā)明提供了一種高動態(tài)對比度圖像的色調(diào)映射與顯示方法，利用人眼視覺系統(tǒng)對于局部對比度相較于絕對亮度差異更敏感的特點，優(yōu)化不同亮度對比度的壓縮比例，通過犧牲絕對亮度值分布實現(xiàn)了局部圖像對比度相對大小的維持，從而獲得層次分明的局部圖像細節(jié)。

如圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的方法流程圖，以下參考圖1來對本發(fā)明進行詳細說明。

首先，在步驟S101中，獲取顯示裝置最大灰階對應(yīng)亮度及最小灰階對應(yīng)亮度。

具體的，對應(yīng)于每個具體的顯示裝置，其具有固定的灰階顯示范圍，包括最大灰階、最小灰階以及兩個灰階之間的各灰階，還具有其固定的亮度顯示范圍。一般情況下，顯示裝置的最大灰階對應(yīng)顯示裝置的最大亮度，最小灰階對應(yīng)顯示裝置的最小亮度?；谝陨显O(shè)定，在本發(fā)明中，獲取顯示裝置最大灰階對應(yīng)亮度即顯示裝置的最大亮度L_max，最小灰階對應(yīng)亮度及顯示裝置的最小亮度L_min。

接下來，在步驟S102中，獲取輸入幀圖像的亮度分布及其最小亮度對應(yīng)的像素位置。

具體的，對于每一輸入幀圖像，均可以獲取其每個像素位置的灰階及亮度信息，從而獲取整個幀圖像的亮度分布信息，并可以獲取該幀圖像中最小亮度像素的位置。

在獲取一幀圖像中最小亮度對應(yīng)的像素位置時，可以采取搜索算法。具體的，初始過程中記當(dāng)前幀(0,0)像素對應(yīng)最小亮度，當(dāng)搜索到更低值更新最小亮度坐標(biāo)為當(dāng)前值。在整幀圖像存在多個最低亮度時，僅取第一個搜索到的像素坐標(biāo)為亮度最低值坐標(biāo)(M,N)。

接下來，在步驟S103中，對輸入幀圖像的所有像素分別沿第一方向和第二方向計算亮度梯度。

在本發(fā)明的一個實施例中，第一方向和第二方向分別平行于顯示器屏幕的相鄰兩邊，其中，第一方向和第二方向垂直，并且以水平向右及豎直向下為正方向，如圖2所示。此處的水平向和豎直向以面對基板方向為基準(zhǔn)定義的水平方向和豎直方向。當(dāng)然，此處的第一方向和第二方向也可以根據(jù)需要設(shè)計為其他方向。

此處以如圖2所示的方向為例進行說明，第一方向和第二方向如圖中標(biāo)注，(M,N)表示該幀圖像中像素亮度最低值對應(yīng)的坐標(biāo)，(m,n)表示該幀圖像中任一像素對應(yīng)的坐標(biāo)。坐標(biāo)(m,n)對應(yīng)像素的第一方向的亮度梯度可通過下式計算得到：

D1’(m,n)＝{L(m+1,n)-L(m,n)}/L(m,n) (1)

其中，D1’(m,n)表示第一方向亮度梯度，L(m+1,n)表示坐標(biāo)(m+1,n)對應(yīng)像素的亮度，L(m,n)表示坐標(biāo)(m,n)對應(yīng)像素的亮度。

坐標(biāo)(m,n)對應(yīng)像素的第二方向的亮度梯度可通過下式計算得到：

D2’(m,n)＝{L(m,n+1)-L(m,n)}/L(m,n) (2)

其中，D2’(m,n)表示第二方向亮度梯度，L(m,n+1)表示坐標(biāo)(m,n+1)對應(yīng)像素的亮度。

接下來，在步驟S104中，采用梯度壓縮函數(shù)對亮度梯度進行壓縮處理。

在本發(fā)明中采用的梯度壓縮函數(shù)f(x)要求具有顯著的特征，能夠在一定程度上提高低亮度梯度的梯度值，從而改善亮度緩變區(qū)的細節(jié)呈現(xiàn)能力，同時顯著壓縮高亮度梯度的梯度值，從而降低亮暗巨變區(qū)的對比度覆蓋范圍，發(fā)揮壓縮動態(tài)對比度的作用。

在本發(fā)明的一個實施例中，采用的梯度壓縮函數(shù)表示為：

f(x)＝A*x^1/B (3)

其中，A為實數(shù)，B為正整數(shù)，x為亮度梯度。其對應(yīng)的典型示意圖及與y＝x的相對關(guān)系如圖3所示，顯然在梯度值較小時，D1”(m,n)>D1’(m,n)，增強細節(jié)呈現(xiàn)能力，梯度值較大時，D1”(m,n)<D1’(m,n)，壓縮梯度絕對值以適應(yīng)傳統(tǒng)顯示器有限的對比度范圍。D1”(m,n)表示壓縮處理后的亮度梯度，D1”(m,n)和D1’(m,n)的處理關(guān)系表示為D1”(m,n)＝f(D1’(m,n))。

接下來，在步驟S105中，賦值最小亮度對應(yīng)的像素位置為最小灰階對應(yīng)亮度并以其為中心將壓縮處理后的亮度梯度分別沿第一方向和第二方向重構(gòu)整幀圖像。

具體的，首先獲取當(dāng)前像素(x,y)對應(yīng)第一方向和第二方向沿正方向上相鄰像素的亮度梯度。然后分別沿第一方向的正方向和第二方向的正方向，根據(jù)相鄰像素的亮度及亮度梯度計算當(dāng)前像素的亮度，可采用下式計算當(dāng)前像素的亮度：

L(x,y)＝{L(x-1,y)(1+D1'(x-1,y))+L(x,y-1)(1+D2'(x,y-1))}/2 (4)

其中，L(x,y)表示坐標(biāo)為(x,y)的像素的亮度，L(x-1,y)表示坐標(biāo)為(x-1,y)的像素的亮度，L(x,y-1)表示坐標(biāo)為(x,y-1)的像素的亮度，D1'(x-1,y)表示坐標(biāo)為(x,y)的像素與坐標(biāo)為(x-1,y)的像素的亮度梯度，D2'(x,y-1)表示坐標(biāo)為(x,y)的像素與坐標(biāo)為(x,y-1)的像素的亮度梯度，如圖2所示。

接下來，在步驟S106中，獲取重構(gòu)后整幀圖像的最大亮度，并結(jié)合顯示器最大灰階對應(yīng)亮度計算比例系數(shù)。

具體的，采用下式計算所述比例系數(shù)：

k＝L_max/Lum_max (5)

其中，k表示比例系數(shù)，L_max表示顯示裝置最大灰階對應(yīng)亮度，Lum_max表示整幀圖像最大亮度。

接下來，在步驟S107中，采用比例系數(shù)修正所述梯度壓縮函數(shù)，并以修正后的梯度壓縮函數(shù)重復(fù)一次步驟S104和S105后輸出顯示。

具體的，采用比例系數(shù)通過下式修正梯度壓縮函數(shù)：

f’(x)＝k*f(x) (6)

其中，f(x)表示梯度壓縮函數(shù)，f’(x)表示修正后的梯度壓縮函數(shù)。

在將梯度壓縮函數(shù)修正后，返回步驟S104，采用修正后的梯度壓縮函數(shù)對亮度梯度進行壓縮處理，之后進入步驟S105，將采用修正梯度函數(shù)壓縮處理后的亮度梯度沿第一方向和第二方向重構(gòu)整幀圖像，最后將重構(gòu)后的圖像輸出。需注意的是，此處只需要循環(huán)執(zhí)行步驟S104和S105一次即可。通過以上處理，將重構(gòu)后的整幀圖像最大亮度對應(yīng)為顯示器的最大灰階，從而使得整幀圖像具有最大的亮度覆蓋范圍，進而獲得層次分明的局部圖像細節(jié)。

雖然本發(fā)明所公開的實施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所公開的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式上及細節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。