CN100463509C

CN100463509C - 一种基于人的视觉特性提升显示图像的画质水平的方法

Info

Publication number: CN100463509C
Application number: CNB2007100737319A
Authority: CN
Inventors: 方宏俊
Original assignee: Shenzhen Skyworth RGB Electronics Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Skyworth RGB Electronics Co Ltd
Priority date: 2007-03-28
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2027-03-28
Also published as: CN101052110A

Abstract

本发明提供了一种基于人的视觉特性提升显示图像的画质水平的方法，用于液晶电视，其包括步骤，A1.测定最亮场的亮度数值；A2.设定灰度等级的阶数；A3.设置各阶的亮度数值；其中，各阶的亮度数值至少在前半部分包括二级递增数列段；A4.根据各阶亮度数值，设置图像的各阶亮度的参数寄存器的数值。采用上述方案，本发明能够适应人眼的视觉特性，将暗场景的灰度层次进行细分，使暗场景画面的细节能够得到更加深入的还原。还避免了人眼对于探求暗场画面的细节内容造成的视觉疲劳。依据人的视觉特性，让画面被人眼视觉觉察感到更加真实，使人感觉到画面通过显示器件得到了更好的还原。

Description

一种基于人的视觉特性提升显示图像的画质水平的方法

技术领域

本发明涉及显示设备的图像显示，尤其涉及一种基于人的视觉特性提升显示图像的画质水平的方法。

背景技术

目前，在普通的显示设备中包括电视、电脑、手机显示器等产品中对于图像的显示特性几乎都是是从亮场到暗场是按照等比例的方法进行设计，这些灰阶等级按照完全相等的间隔来设计，使得人们通过电视等显示设备看到的图像从黑到灰到白的变化是循序渐进的线性变化。

现有技术在调节显示器件的亮度等级所采用的是从暗场至亮场均衡划分的方法，如图1所示。在现有的显示设备，例如液晶电视的设计中，大多数是通过9阶、16阶或者更高的阶数等级来调整整个图像的对不同亮度的显示效果。利用白平衡仪，即亮度测量仪，进行测量每一阶的亮度数值是否等差递增或者递减。这个亮度谱线的间距是完全相等的，即每两阶灰度之间的亮度差值总相等。

由于各阶灰度等级之间的亮度差值完全相等。即不论它是按照多少阶进行调整，从白场到黑场之间的亮度都是完全等分。亮度的改变是完全按照线性水平进行分割的。因此这种做法事实上是默认人眼对于亮度的识别是没有敏感和不敏感的区别，是完全一致的水平。

然而，人眼对于画面的感知度和敏感程度并不是完全线性的，人眼对于画面中暗场的亮度变化比对于画面中亮场的亮度变化敏感度更高。人眼对图像明暗的感知曲线如图2所示，当亮度在10％至15％变化时，人眼非常敏感。对于这种亮度的改变对人眼的敏感度来说，要比当亮度从60％至80％之间变化还要敏感一倍。事实上也正是如此，人眼在观测暗场画面时，对暗场中的一些画面细节会更有兴趣，探求度也更高。相反，对于亮场，人眼对于画面细节的要求并不是太高。

因此，现有技术存在缺陷，没有根据人眼对于亮度的感知程度进行图像画质的设计，需要改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于人的视觉特性提升显示图像的画质水平的方法，在保持原有亮度范围基础上，不再沿用原有均分亮度等级的方法，改用从暗至亮逐级递增的方法。即暗场景时亮度间隔区间很小，划分的等级很多，而到亮场景的区间，由于人眼对亮场景的敏感程度减弱，故将亮度区间划分的较宽，划分的等级也就相对较少，使画面的显示效果更符合人眼的视觉特性。

本发明的技术方案如下：

一种基于人的视觉特性提升显示图像的画质水平的方法，用于液晶电视，其包括步骤，A1、测定最亮场的亮度数值；A2、设定灰度等级的阶数；A3、设置各阶的亮度数值；其中，各阶的亮度数值至少在前半部分包括二级递增数列段；A4、根据各阶亮度数值，设置图像的各阶亮度的参数寄存器的数值。

所述的方法，其中，步骤A1中，采用亮度测量仪测定最亮场的亮度数值。

所述的方法，其中，步骤A3中，在所述二级递增数列段结束之后，各阶的亮度数值是一等差数列。

所述的方法，其中，步骤A3中，各阶的亮度数值是二级递增数列段。

所述的方法，其中，各阶的亮度数值中，第1阶的亮度数值为0。

所述的方法，其中，步骤A3中，采用第一预设置公式计算各阶的亮度数值：第n阶的亮度数值＝(n-1)×(第2阶的亮度数值+(n/2-1)×△)，其中△是常数，n>3。

所述的方法，其中，步骤A3中，采用第二预设置公式计算各阶的亮度数值：第n阶的亮度数值＝第n-1阶的亮度数值+第n-2阶的亮度数值，其中n>3；用户设置第2、3阶的亮度数值。

所述的方法，其中，步骤A3中，采用第三预设置公式计算各阶的亮度数值：第n阶的亮度数值＝第2阶的亮度数值+(n-1)×(n-2)×△/2，其中△是常数，n>3。

所述的方法，其中，根据步骤A2中灰度等级的阶数，在各阶的亮度数值是等差数列的时候，计算得到该等差数列的亮度差值，作为所述预设置公式的最高阶与次高阶的亮度差值。

采用上述方案，本发明能够适应人眼的视觉特性，将暗场景的灰度层次进行细分，在暗场景时亮度间隔区间很小，划分的等级很多，而到亮场景的区间，由于人眼对亮场景的敏感程度减弱，故将亮度区间划分的较宽，划分的等级也就相对较少；从而使暗场景画面的细节能够得到更加深入的还原。本发明不仅有助于实现画面整体还原至真实水平；还避免了人眼对于探求暗场画面的细节内容造成的视觉疲劳，使画面的显示效果更符合人眼的视觉特性，让画面被人眼视觉觉察感到更加真实，使人感觉到画面通过显示器件得到了更好的还原。

附图说明

图1为现有技术的灰度等级分级示意图；

图2为现有技术视觉对图像亮度的感知特性示意图；

图3为现有技术灰度等级与本发明灰度等级对比示意图；

图4为本发明方法的流程图。

具体实施方式

以下对本发明的较佳实施例加以详细说明。

如图4所示，本发明提供了一种基于人的视觉特性提升显示图像的画质水平的方法，用于液晶电视，其包括以下步骤。

A1、测定最亮场的亮度数值。

步骤A1中，可以采用亮度测量仪测定最亮场的亮度数值。利用亮度测量仪，测出最亮场的亮度数值，按照上述方法计算出各阶的亮度数值，例如在20阶灰度等级的画面上依次将各阶亮度调整图像亮度参数的寄存器的数值，使之满足各阶的亮度要求，即完成依据人眼的视觉特性进行的画质亮度水平调整。

其中，亮度测量仪是外部的测量仪器，通用称法叫做“白平衡仪”，专门用于检测图象画面的亮度、白场画面中的R、G、B三基色的成分和彩条画面的色纯等等。通过采用该仪器的一个感光头立于显示器前端进行测量，在仪器的主机上会显示该画面的亮度信息。

例如，通过信号发生器，让显示器件显示一个全白场的画面，对目前的显示器件来说，白场的画面亮度是最高的，黑场的画面亮度亮度最低。对于液晶等显示器件来说，可以通过控制背光亮度电平的方法，几乎可以将最暗的画面亮度降低到0的水平。我们可以通过测量白场画面的亮度作为最高亮度的数值，将该最高亮度的数值的亮度系数设为100％。

在具体的实施中，可以在步骤A2、A3中设置各阶的亮度系数，例如0％、4％、10％、20％、35％、55％、80％、100％这一8阶的亮度系数数列；之后再执行步骤A1，然后计算各阶的亮度数值，只需在步骤A4之前得到各阶的亮度数值即可，本发明对此并无额外限制。

A2、设定灰度等级的阶数；具体可以是8阶、16阶、20阶、24阶、30阶、36阶等等，本发明对此并无额外限制。

A3、设置各阶的亮度数值；其中，各阶的亮度数值至少在前半部分包括二级递增数列段。

具体的说，可以在所述二级递增数列段结束之后，各阶的亮度数值组成一等差数列。具体可以作如下配置：其前部数值是二级递增数列，后部数值是等差数列。例如一个8阶亮度系数数列：0％、4％、10％、20％、35％、60％、80％、100％；或者1％、4％、10％、20％、35％、60％、80％、100％；再乘以最亮场的亮度数值，得到各阶的亮度数值。

或者，各阶的亮度数值，可以是如下配置：其前半部数值是二级递增数列，后半部数值是等差数列。例如一个8阶亮度系数数列：0％、4％、10％、20％、40％、60％、80％、100％；或者1％、4％、10％、20％、40％、60％、80％、100％；再乘以最亮场的亮度数值，得到各阶的亮度数值。

或者，各阶的亮度数值全部是二级递增数列段，例如一个8阶亮度系数数列：0％、4％、9％、15％、25％、45％、70％、100％；或者1％、4％、9％、15％、25％、45％、70％、100％；再乘以最亮场的亮度数值，得到各阶的亮度数值。

或者，各阶的亮度数值，可以是，在起初部分还是等差数列或其它数列，中间包括一个二级递增数列段。例如一个16阶亮度系数数列：0％、1％、2％、3％、5％、8％、13％、21％、34％、55％、89％、92％、95％、98％、99％、100％；或者0.5％、1％、2％、3％、5％、8％、13％、21％、34％、55％、85％、88％、91％、94％、97％、100％；再乘以最亮场的亮度数值，得到各阶的亮度数值。

一般来说，将最暗的画面亮度的亮度数值定义为零，则在各阶的亮度数值中，设置第1阶的亮度数值为0。

在步骤A3中，可以采用预设置公式计算各阶的亮度数值，所述预设置公式可以包括以下预设置公式。

第一预设置公式：第n阶的亮度数值＝(n-1)×(第2阶的亮度数值+(n/2-1)×△)，其中△是常数。

第二预设置公式：第n阶的亮度数值＝第2阶的亮度数值+(n-1)×(n-2)×△/2，其中△是常数。

第三预设置公式：由用户设置第2、3阶的亮度数值；第n阶的亮度数值＝第n-1阶的亮度数值+第n-2阶的亮度数值，其中，n>3。

在具体应用中，为了不牺牲亮场的还原效果，可以根据步骤A2中设定的灰度等级的阶数、或者某一原始设定的灰度等级的阶数，在各阶的亮度数值是等差数列的时候，计算得到该等差数列的亮度差值，作为所述预设置公式的最高阶与次高阶的亮度差值。

例如，假设原灰度等级的总范围是100％，分为16阶，将其等分16份后，每份的亮度等级是6.25％，即第一阶是亮度为0，第二阶的亮度是最高亮度数值的6.25％，第三阶的亮度是最高亮度数值的12.5％，......，第15阶的亮度是最高亮度数值的93.75％，第16阶亮度是最高亮度数值的100％。

以每份的亮度等级是6.25％作为所述预设置公式的最高阶与次高阶的亮度差值。

采用第一预设置公式为例：第n阶的亮度数值＝(n-1)×(第2阶的亮度数值+(n/2-1)×△)，其中△是常数，第1阶的亮度数值为0，第n阶的亮度数值＝最亮场的亮度数值＝最亮场的亮度数值×100％，我们可以先计算各阶的亮度系数，第n阶的亮度系数＝100％，第n-1阶的亮度系数＝100％-6.25％＝93.75％。

假设步骤A2中用户设定灰度等级的阶数为20，即(第2阶的亮度系数+9△的亮度系数)×19＝100％。

并且，(第2阶的亮度系数+8.5△的亮度系数)×18＝93.75％。

从而得到：△的亮度系数约为0.11％，第2阶的亮度系数约为4.28％，第3阶的亮度系数约为8.66％......以此类推，根据上述第一预设置公式和上述最亮场的亮度数值，可以得到一个20阶的二级递增数列段，现有技术灰度等级(16阶)与本发明灰度等级(20阶)对比示意图如图3所示。

假设步骤A2中用户设定灰度等级的阶数为16，即(第2阶的亮度系数+7△的亮度系数)×15＝100％。

并且，(第2阶的亮度系数+6.5△的亮度系数)×14＝93.75％。

从而得到：△的亮度系数约为0.06％，第2阶的亮度系数约为5.42％，第3阶的亮度系数约为10.90％......以此类推，根据上述第一预设置公式和上述最亮场的亮度数值，可以得到一个16阶的二级递增数列段。

A4、根据各阶亮度数值，设置图像的各阶亮度的参数寄存器的数值。例如在20阶灰度等级的画面上依次将各阶亮度调整图像亮度参数的寄存器的数值，使之满足各阶的亮度要求，即完成依据人眼的视觉特性进行的画质亮度水平调整。

由于人眼的视觉特性是一个类似指数曲线的图谱。在得到该曲线的精确数据的基础上，可以建立人眼视觉特性的指数关系模型，从而可以建立相应的对数模型，根据人眼的视觉特性，相对精确的划分出每一阶灰阶最合适的亮度值。其它类似的算法和预设置公式还有很多，例如：人眼在亮度较高的范围接近线型关系，所以，可以将敏感度变化较快的地方进行细分，而亮度较高的地方仍沿用传统的均分的方法。即在中间亮度处开始直至最高亮度处都采用传统的等亮度间距的方法，在中间亮度以下的范围内采用由密至疏的划分方法。当然还可以采用很多其它方法，包括△不相等的情况也是可以实现的，采用△1、△2、△3......，每一个△都比前一个△增加一个差值α，也是可以实现的。最后一阶的亮度是100％，设定最后一阶和倒数第二阶的亮度差值是一个固定的数，或者加以其他设定，就可以推导计算出这个△和差值α等等。这些方法的目的都是一样的，都是为了将显示图象的画面亮度，符合人眼视觉特性对亮度的敏感曲线，使人眼睛能更好的接受、画面的细节得到更好的还原，人眼看得更加舒适，不产生视觉疲劳等等。具体得算法只有复杂程度之分，出发点没有本质得区别。

对于在很多影视画面中存在大量的暗场景画面，在这些暗场景画面中包含着大量的图象细节，例如：在傍晚丛林中的汽车，在普通的图象处理方法中是很难看清楚汽车的车牌或者其它信息等(当然，这需要在画面拍摄过程中已经录入了这样的细节信息)。经过本发明方法的针对人眼视觉特性处理后，用户可以看见更多的图象细节。还有，在黄昏或者清晨的沙滩，依偎在一起的情侣的表情等等画面，只要本身包含了这样的细节信息的画面，在经过本发明方法进行提升之后，细节画面均可以得到更好的还原。这符合拍摄者的初衷，也实现了电视等显示器件更好的还原画面图象本质的愿望。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种基于人的视觉特性提升显示图像的画质水平的方法，用于液晶电视，其包括步骤，

A1、测定最亮场的亮度数值；

A2、设定灰度等级的阶数；

A3、设置各阶的亮度数值；其中，各阶的亮度数值至少在前半部分包括二级递增数列段；

A4、根据各阶亮度数值，设置图像的各阶亮度的参数寄存器的数值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A1中，采用亮度测量仪测定最亮场的亮度数值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A3中，在所述二级递增数列段结束之后，各阶的亮度数值是一等差数列。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A3中，各阶的亮度数值是二级递增数列段。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，各阶的亮度数值中，第1阶的亮度数值为0。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤A3中，采用第一预设置公式计算各阶的亮度数值：第n阶的亮度数值＝(n-1)×(第2阶的亮度数值+(n/2-1)×Δ)，其中Δ是常数，n>3。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤A3中，采用第二预设置公式计算各阶的亮度数值：第n阶的亮度数值＝第n-1阶的亮度数值+第n-2阶的亮度数值，其中n>3；用户设置第2、3阶的亮度数值。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤A3中，采用第三预设置公式计算各阶的亮度数值：第n阶的亮度数值＝第2阶的亮度数值+(n-1)×(n-2)×Δ/2，其中Δ是常数，n>3。

9.根据权利要求6至8任一所述的方法，其特征在于，根据步骤A2中灰度等级的阶数，在各阶的亮度数值是等差数列的时候，计算得到该等差数列的亮度差值，作为所述预设置公式的最高阶与次高阶的亮度差值。