CN101809647A

CN101809647A - 用于选择背光照度级和调节图像特性的方法

Info

Publication number: CN101809647A
Application number: CN200880110494.1A
Authority: CN
Inventors: L·J·科洛夫斯基
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2007-10-30
Filing date: 2008-10-23
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2028-10-23
Also published as: RU2463673C2; JP2012150478A; US20090109232A1; EP2215622B1; CN101809647B; JP2009110003A; RU2010105854A; JP5433028B2; JP5213641B2; EP2215622A1; EP2215622A4; US8345038B2; WO2009057723A1

Abstract

本发明包括用于选择背光照度级和调节图像特性的方法。图像(170)被发送至图像分析器(172)以确定与色阶映射和源光计算有关的图像特性。所述图像特性包括该图像(170)的各个色彩面和各块的最大图像码值的直方图。来自所述直方图的数据被发送至源光计算器(177)以确定适当的源光照度级。

Description

用于选择背光照度级和调节图像特性的方法

相关参照

以下申请通过引用结合于此：2006年8月17日提交的题为“用于选择显示源光照度级的方法和系统(Methods and Systems for Selecting aDisplay Source Light Illumination Level)”的美国专利申请No.11/465,436；2005年12月2日提交的题为“确定显示光源调节的方法和系统(Methods andSystems for Determining a Display Light Source Adjustment)”的美国专利申请No.11/293,562；2005年9月12日提交的题为“用于因图像而异的色阶调节和光源控制的方法和系统(Methods and Systems for Image-SpecificTone Scale Adjustment and Light-Source Control)”的美国专利申请No.11/224,792；2005年6月15日提交的题为“用于以高频对比度增强来增强显示特性的方法和系统(Methods and Systems for Enhancing DisplayCharacteristics with High Frequency Contrast Enhancement)”的美国专利申请No.11/154,053；2005年6月15日提交的题为“用于以因频率而异的增益来增强显示特性的方法和系统(Methods and Systems for Enhancing DisplayCharacteristics with Frequency-Specific Gain)”的美国专利申请11/154,054；2005年6月15日提交的题为“用于增强显示特性的方法和系统(Methods andSystems for Enhancing Display Characteristics”的美国专利申请No.11/154,052；2006年3月30日提交的题为“利用肤色检测的色彩增强技术(A Color Enhancement Technique using Skin Color Detection)”的美国专利申请11/393,404；2006年7月28日提交的题为“用于畸变相关的源光管理的方法和系统(Methods and Systems for Distortion-Related Source LightManagement)”的美国专利申请11/460,768；2005年8月8日提交的题为“用于多视角显示中的无关视角调节的方法和系统(Methods and Systemsfor Independent View Adjustment in Multiple-View Displays)”的美国专利申请No.11/202,903；2006年3月8日提交的题为“用于增强具有环境照明输入的显示特性的方法和系统(Methods and Systems for Enhancing DisplayCharacteristics with Ambient Illumination Input)”的美国专利申请No.11/371,466；2005年12月2日提交的题为“用于显示模式相关的亮度保持的方法和系统(Methods and Systems for Display Mode Dependent BrightnessPreservation)”的美国专利申请No.11/293,066；2006年7月28日提交的题为“用于产生和应用图像色阶修正的方法和系统(Methods and Systems forGenerating and Applying Image Tone Scale Corrections)”的美国专利申请No.11/460,907；2006年7月28日提交的题为“用于色彩保持且具有图像色阶修正的方法和系统(Methods and Systems for Color Preservation withImage Tonescale Corrections)”的美国专利申请No.11/160,940；2006年11月28日提交的题为“用于图像色阶修正以补偿降低的源光功率水平的方法和系统(Methods and Systems for Image Tonescale Adjustment toCompensate for a Reduced Source Light Power Level)”的美国专利申请No.11/564,203；2007年2月28日提交的题为“用于利用平滑增益映像的亮度保持的方法和系统(Methods and Systems for Brightness Preservation Using aSmoothed Gain Image)”的美国专利申请No.11/680,312；2007年8月27日提交的题为“用于色调曲线产生、选择以及应用的方法和系统(Methodsand Systems for Tone Curve Generation，Selection and Application)”的美国专利申请No.11/845,651；以及2006年11月28日提交的题为“利用皮肤色彩检测的色彩增强技术(A Color Enhancement Technique using Skin ColorDetection)”的美国专利申请No.11/605,711。

技术领域

本发明的实施例包括用于图像增强的方法和系统。某些实施例包括色彩增强技术，某些实施例包括亮度保持，某些实施例包括亮度增强，以及某些实施例包括位长扩展技术。

背景

典型的显示器件利用固定范围的照度级来显示图像。对于许多显示器，该照度范围具有从0到255等距的256级。图像码值一般被分配成与这些级直接匹配。

在具有大显示器的许多电子设备中，这些显示器是主要的功耗部件。例如，在膝上型计算机中，显示器消耗的功率比系统中的任何其它部件都多。诸如通过电池供电的设备之类的电力可获量有限的许多设备可能使用若干照度级或亮度级来帮助管理功耗。系统在插入诸如A/C电源之类的电源时可使用全功率模式，而在工作于电池电源下时可使用节电模式。

在许多设备中，显示器可自动进入显示器照度降低以节电的节电模式。这些设备可能具有其中照度以逐步的方式降低的多个节电模式。一般而言，当显示照度降低时，图像质量也下降。当最大照度级降低时，显示器的动态范围减小，从而图像对比度受损。因此，在典型的节电模式工作期间，对比度和其它图像质量降低。

诸如液晶显示器(LCD)或数字微反射镜器件(DMD)之类的许多显示器件使用以一种方式或另一方式被背光照明、侧照明或前照明的光阀。在诸如LCD之类的背光光阀显示器中，背光位于液晶面板后面。背光透过LC面板发光，LC面板调制该光以配准图像。在彩色显示器中，照度和色彩均可被调制。单个LC像素调制从背光透过LC面板透射到用户眼睛或其它目的地的光的量。在某些情况下，该目的地可以是诸如电荷耦合器件(CCD)之类的光传感器。

某些显示器还可使用光发射器来配准图像。诸如发光二极管(LED)显示器和等离子显示器之类的这些显示器使用发射光而不是从另一光源反射光的图像元素。

概述

本发明的某些实施例包括用于改变光阀调制像素的照度调制级以补偿降低的光源照度或提高固定光源照度级下的图像质量的系统和方法。

本发明的某些实施例也可与使用光发射器来配准图像的显示器一起使用。诸如发光二极管(LED)显示器和等离子显示器之类的这些显示器使用发射光而不是从另一光源反射光的图像元素。本发明的实施例可用于增强这些器件产生的图像。在这些实施例中，像素的亮度可被调节成增强特定图像频带、照度范围以及其它图像细分部分的动态范围。

在本发明的某些实施例中，显示光源可响应于图像特性被调节成不同级。当这些光源级变化时，图像码值可被调节成补偿亮度的变化或以其它方式增强该图像。

本发明的某些实施例包括环境光感测，该环境光检测可用作确定光源级和图像像素值时的输入。

本发明的某些实施例包括畸变相关光源和电池消耗控制。

本发明的某些实施例包括用于产生和应用图像色阶修正的系统和方法。

本发明的某些实施例包括用于图像色阶修正且具有改善的色彩保真的方法和系统。

本发明的某些实施例包括用于选择显示源光照度级的方法和系统。

本发明的某些实施例包括用于产生面板色调曲线和目标色调曲线的方法和系统。这些实施例中的某些提供产生多条目标色调曲线，其中每条曲线与不同的背光或源光照度级相关。在这些实施例中，可选择背光照度级，而且与选定的背光照度级相关的目标色调曲线可应用至要显示的图像。在某些实施例中，性能目标会影响色调曲线参数的选择。

本发明的某些实施例包括用于色彩增强的方法和系统。这些实施例中的某些包括皮肤色彩检测、皮肤色彩映射细化以及色彩处理。

本发明的某些实施例包括用于位深扩展的方法和系统。这些实施例中的某些包括在位深减小之前对图像应用空间和时间高通高频脉动图案。

本发明的上述和其它目的、特征以及优点在结合附图考虑本发明的以下详细描述时将更容易理解。

附图简述

图1是示出现有技术背光LCD系统的示图；

图2A是示出原始图像码值与提高的图像码值之间的关系的图；

图2B是示出原始图像码值与具有限幅的提高的图像码值之间的关系的图；

图3是示出多个码值修改方案的与码值相关联的照度级的图；

图4是示出原始图像码值与根据多种修改方案修改的图像码值之间的关系的图；

图5是示出示例性色阶调节模型的产生的示图；

图6是示出色阶调节模型的示例性应用的示图；

图7是示出示例性色阶调节模型和增益映射的产生的示图；

图8是示出示例性色阶调节模型的图；

图9是示出示例性增益映射的图；

图10是示出其中色阶调节模型和增益映射应用于图像的示例性过程的流程图；

图11是示出其中色阶调节模型应用于图像的一个频带而增益映射应用于图像的另一频带的示例性过程的流程图；

图12是示出色阶调节模型随MFP变化的变化的图；

图13是示出示例性的图像相关的色阶映射方法的流程图；

图14是示出示例性的图像相关的色阶选择实施例的示图；

图15是示出示例性的图像相关的色阶映射计算实施例的示图；

图16是示出包括源光级调节和图像相关色阶映射的实施例的流程图；

图17是示出包括源光级计算器和色阶映射选择器的示例性实施例的示图；

图18是示出包括源光级计算器和色阶映射计算器的示例性实施例的示图；

图19是示出包括源光级调节和源光级相关色阶映射的实施例的流程图；

图20是示出包括源光级计算器和源光级相关色阶计算或选择的实施例的示图；

图21是示出原始图像码值与色阶斜率之间的关系曲线的示图；

图22是示出包括独立色彩通道分析的实施例的示图；

图23是示出包括对图像处理模块的环境照度输入的实施例的示图；

图24是示出包括对源光处理模块的环境照度输入的实施例的示图；

图25是示出包括对图像处理模块的环境照度输入和设备特性输入的实施例的示图；

图26是示出包括对图像处理模块和/或源光处理模块以及源光信号后处理器的替代环境照度输入的实施例的示图；

图27是示出包括对源光处理模块的环境照度输入的实施例的示图，该源光处理模块将该输入传递至图像处理模块；

图28是示出包括对图像处理模块的环境照度输入的实施例的示图，该图像处理模块可将该输入传递至源光处理模块；

图29是示出包括畸变自适应的电源管理的实施例的示图；

图30是示出包括恒定电源管理的实施例的示图；

图31是示出包括自适应电源管理的实施例的示图；

图32A是示出恒定功率与恒定畸变模型的功耗比较的曲线图；

图32B是示出恒定功率与恒定畸变模型的畸变比较的曲线图；

图33是示出包括畸变自适应的电源管理的实施例的示图；

图34是示出一示例性视频序列在不同畸变限制下的背光功率级的曲线图；

图35是示出示例性功率/畸变曲线的曲线图；

图36是示出相关于畸变标准来管理功耗的实施例的流程图；

图37是示出包括基于畸变标准的源光功率级选择的实施例的流程图；

图38A和B是示出包括说明亮度保持方法的效果的畸变测量的实施例的流程图；

图39是示例性图像的功率/畸变曲线；

图40是示出固定畸变的功率曲线图；

图41是示出固定畸变的畸变曲线图；

图42是示例性色阶调节曲线；

图43是图42中所示的色阶调节曲线的暗区的放大图；

图44是另一示例性色阶调节曲线；

图45是图44中所示的色阶调节曲线的暗区的放大图；

图46是示出基于最大色彩通道值的图像码值调节的图；

图47是示出基于最大色彩通道码值的多个色彩通道的图像码值调节的图；

图48是示出基于色彩通道之一的码值特性的多个色彩通道的图像码值调节的图；

图49是示出包括接收最大色彩通道码值作为输入的色阶发生器的本发明实施例的示图；

图50是示出包括利用色阶调节的频率分割和色彩通道码区分的本发明实施例的示图；

图51是示出包括频率分解、色彩通道区分以及色彩保持限幅的本发明实施例的示图；

图52是示出包括基于色彩通道码值特性的色彩保持限幅的本发明的实施例的示图；

图53是示出包括最大色彩通道码值的低通/高通频率分割和选择的本发明实施例的示图；

图54是示出经过处理的图像与显示模型之间的多种关系的示图；

图55是示例性图像的图像码值的直方图的曲线图；

图56是对应于图55的直方图的示例性畸变曲线的曲线图；

图57是示出对简短DVD剪辑应用示例性优化标准的结果的曲线图，该曲线图绘制了选定背光功率与视频帧数的关系；

图58示出了为实际显示器的不同对比度确定的最小MSE畸变背光；

图59是示出示例性面板色调曲线和目标色调曲线的曲线图；

图60是示出用于节电配置的示例性面板色调曲线和目标色调曲线的曲线图；

图61是示出用于较低黑色电平配置的示例性面板色调曲线和目标色调曲线的曲线图；

图62是示出用于亮度增强配置的示例性面板色调曲线和目标色调曲线的曲线图；

图63是示出用于其中黑色电平降低而亮度增强的增强图像配置的示例性面板色调曲线和目标色调曲线的曲线图；

图64是示出用于黑色电平提高的一系列示例性目标色调曲线的曲线图；

图65是示出用于黑色电平提高和图像亮度增强的一系列示例性目标色调曲线的曲线图；

图66是示出包括目标色调曲线确定和畸变相关的背光选择的示例性实施例的图；

图67是示出包括性能目的相关的参数选择、目标色调曲线确定以及背光选择的示例性实施例的图；

图68是示出包括性能目的相关的目标色调曲线确定以及背光选择的示例性实施例的图；

图69是示出包括性能目的相关和图像相关的目标色调曲线确定以及背光选择的示例性实施例的图；

图70是示出包括利用位深扩展的频率分解和色阶处理的示例性实施例的图；

图71是示出包括频率分解和色彩增强的示例性实施例的图；

图72是示出包括色彩增强、背光选择以及高通增益处理的示例性实施例的图；

图73是示出包括色彩增强、直方图产生、色阶处理以及背光选择的示例性实施例的图；

图74是示出包括肤色检测和肤色映射细化的示例性实施例的图；

图75是示出包括色彩增强和位深扩展的示例性实施例的图；

图76是示出包括色彩增强、色阶处理以及位深扩展的示例性实施例的图；

图77是示出包括色彩增强的示例性实施例的图；以及

图78是示出包括色彩增强和位深扩展的示例性实施例的图。

具体实施方式

本发明的实施例通过参照附图将能最好被理解，在全部附图中相似的部分由相似的标记来指示。以上列出的附图明确地包括作为本详细描述的一部分。

容易理解的是，在本文的附图中一般描述和示出的本发明的部件可按照多种不同的配置来设置和设计。因此，本发明的方法和系统的实施例的以下更详细描述不旨在限制本发明的范围，而仅仅表示本发明的当前优选实施例。

本发明的实施例的元件可按照硬件、固件和/或软件的形式实现。虽然本文中揭示的示例性实施例可能仅描述这些形式中的一种，但应当理解的是，本领域技术人员将能在本发明的范围内以这些形式中的任一种来实现这些元件。

利用诸如LC调制器之类的光阀调制器和其它调制器的显示器件可以是反射型的，其中光照射在正面(正对观看者)并在通过调制面板层之后向观看者反射回。显示器件也可以是透射型的，其中光照射在调制面板层的背面，并被允许通过调制层射向观看者。某些显示器件还可以是透射反射型的，即反射型和透射型的组合，其中当来自另一光源的光在从调制层的前面进入后被反射时，光可从后到前通过调制层。在这些情况中的任一种情况下，调制层中诸如单个LC元件之类的元件可控制像素的感知亮度。

在背光、前光以及侧光显示器中，光源可以是一系列荧光管、LED阵列或某些其它源。一旦该显示器大于约18”的典型尺寸，则该器件的大部分功耗由光源引起。对于某些应用，以及在某些市场中，功耗的降低是重要的。然而，功率降低意味着光源光通量的减少，从而意味着显示器最大亮度的减少。

与当前γ校正的光阀调制器的灰度码值CV、光源级L_光源以及输出亮度级L_输出有关的基本方程为：

方程1

L_输出＝L_光源*g(CV+暗)^γ+环境

其中g是校准增益，暗是光阀的暗电平，而环境是从室内环境照射到显示器的光。根据该方程可以看出，减小背光源x％也能减少光输出x％。

光源级的减小可通过改变光阀的调制值(具体而言，提高它们)来进行补偿。实际上，小于(1-x％)的任何亮度级都可准确地再现，而大于(1-x％)的任何亮度级在没有附加光源或光源强度不增加的情况下都不能再现。

设定来自原始和减小的源的光输出给出可用于校正码值的x％减小的基本码值校正(假定暗和环境为0)为：

方程2

L_输出＝L_光源*g(CV)＝L_减小*g(CV_提高)

方程3

CV_提高＝CV*(L_光源/L_减小)^1/γ＝CV*(1/x％)^1/γ.

图2A示出该调节。在图2A和2B中，原始显示值对应于沿直线12的点。当背光或光源被置于节电模式下且光源照度降低时，显示码值需要被提高，以使光阀能抵消光源照度的降低。这些被提高的值与沿直线14的点相符。然而，该调节导致码值18高于显示器所能产生的码值(例如，对于8位显示器的255)。因此，如图2B所示，这些值以限幅为20的方式结束。按照这种方式调节的图像会遭受褪色亮点、缺陷外观以及一般而言的低质量。

利用这个简单的调节模型，低于限幅点15(在此示例性实施例中为输入码值230)的码值将以与全功率光源在降低的光源照度模式下产生的照度级相等的照度级来显示。同一照度在导致节电的较低功率的情况下产生。如果图像的该组码值被限制为低于限幅点15的范围，则节电模式对于用户可透明地操作。不幸的是，当这些值超过限幅点15时，照度降低而且细节丢失。本发明的实施例提供一种算法，该算法能改变LCD或光阀码值以提供增强亮度(或节电模式下不降低亮度)，同时减少可能在照度范围的高端处出现的限幅缺陷。

本发明的某些实施例可通过在高值范围上将利用低功率显示的图像照度与以全功率显示的图像照度匹配，可消除与降低显示光源功率相关联的亮度降低。在这些实施例中，将输出照度除分特定因子的源光或背光功率的降低被图像数据提高倒数因子补偿。

在忽略动态范围限制的情况下，全功率和降低功率下显示的图像可能相同，因为除分(用于降低光源照度)和倍增(用于提高的码值)在高值范围上基本抵消。当图像数据的倍增(用于码值提高)超过显示器的最大值时，动态范围限制会引起限幅缺陷。由动态范围限制引起的限幅缺陷可通过滚降码值高端处的提高来消除或减少。该滚降可在最大保真点(MFP)处启动，超过该最大保真点则照度与原始照度不再匹配。

在本发明的某些实施例中，可执行以下步骤以补偿光源照度降低或实际降低以便于图像增强：

1)光源(背光)降低水平根据照度降低的百分比来确定；

2)最大保真点(MFP)确定为因降低功率输出匹配到全功率输出所引起的滚降出现的点；

3)确定补偿的色阶运算符；

a.在低于MFP时，提高色阶以补偿显示照度的降低；

b.在超过MFP时，将色阶逐渐滚降(在某些实施例中，保持导数连续)；

4)对图像应用色阶映射运算符；以及

5)发送至显示器。

这些实施例的主要优点在于，仅通过对窄类别图像的小改变就能实现节电。(差别仅在高于MFP时出现，且由峰值亮度的降低和明亮细节的某些损失组成)。低于MFP的图像值可按照与全功率模式相同的照度在节电模式下显示，从而使图像的这些区域与全功率模式无区别。

本发明的某些实施例可使用色阶映射，该色阶映射取决于功率降低和显示γ且与图像数据无关。这些实施例可提供两个优点。首先，由于以不同的方式处理帧而会产生的闪烁缺陷不会出现，而且其次，该算法具有非常低的实现复杂程度。在某些实施例中，可使用线下色阶设计和线上色阶映射。亮点的限幅可通过指定MFP来控制。

本发明实施例的某些方面可关于图3进行描述。图3是示出若干情况下的图像码值与照度的曲线图。示为虚线的第一曲线32表示以100％功率工作的光源的原始码值。示为点划线的第二曲线30表示当光源以全功率的80％工作时的原始码值的照度。示为虚线的第三曲线36表示当光源以全功率的80％工作时、当码值被提高以与100％光源照度下提供的照度匹配时的照度。示为实线的第四曲线34表示经提高的数据，但具有滚降曲线以减少数据的高端处的限幅的影响。

在图3中所示的本示例性实施例中，在码值180处使用了MFP 35。注意，在低于码值180时，经提高的曲线34因原始100％功率显示器而与照度输出32匹配。在高于180时，经提高的曲线平滑地转换至80％显示器上所允许的最大输出。该平滑降低了限幅和量化缺陷。在某些实施例中，色阶函数可分段定义以在MFP 35给定的转变点处平滑地匹配。在低于MFP35时，可使用经提高的色阶函数。在高于MFP 35时，一曲线在MFP处与经提高的色阶曲线的末端平滑地拟合，且在最大码值[255]处与端点37拟合。在某些实施例中，该曲线的斜率在MFP 35处可与经提高的色阶曲线/直线的斜率匹配。这可通过使直线和曲线函数的导数在MFP处相等来使低于MFP的直线的斜率与高于MFP的曲线的斜率匹配、并通过使直线和曲线函数的值在该点匹配来实现。对曲线函数的另一限制是迫使其通过最大值点[255，255]37。在某些实施例中，该曲线的斜率在最大值点37处可被设置为0。在某些实施例中，180的MFP值可对应于光源功率的20％的降低。

在本发明的某些实施例中，低于最大保真点(MFP)的色阶曲线可通过与增益g的线性关系来定义。该色阶在高于MFP时也可进一步定义成使该曲线及其导数在MFP处连续。该连续性暗示色阶函数为以下形式：

y = \{\begin{matrix} g \cdot x & x < MFP \\ C + B \cdot (x - MFP) + A \cdot {(x - MFP)}^{2} & x &GreaterEqual; MFP \end{matrix}

C＝g·MFP

B＝g

A = \frac{Max - (C + B \cdot (Max - MFP))}{{(Max - MFP)}^{2}}

A = \frac{Max - g \cdot Max}{{(Max - MFP)}^{2}}

A = \frac{Max \cdot (1 - g)}{{(Max - MFP)}^{2}}

y = \{\begin{matrix} g \cdot x & x < MFP \\ g \cdot x + Max \cdot (1 - g) \cdot {(\frac{x - MFP}{Max - MFP})}^{2} & x &GreaterEqual; MFP \end{matrix}

方程4

增益可如下由显示γ和亮度降低比例确定：

方程5

在某些实施例中，MFP值可通过手动平衡亮点细节保持与绝对亮度保持来进行调谐。

MFP可通过在最大点处施加斜率为零的限制来确定。这意味着：

方程6

在某些示例性实施例中，以下方程可用于根据示例性实施例分别为简单提高数据、具有限幅和经修正数据的提高数据计算码值。

方程7

常数A、B以及C可被选择成在MFP处呈现平滑拟合，从而该曲线通过点[255，255]。这些函数的曲线在图4中示出。

图4是原始码值与经调节的码值之间的关系的曲线图。原始码值示为沿原始数据线40的点，该原始数据线40示出了经调节的值与未经调节的原始值之间的1∶1关系。根据本发明的某些实施例，这些值可被提高或调节以表示更高的照度级。根据以上的“色阶提高”方程的简单提高程序可能产生沿提高线42的值。因为这些值的显示将导致如线46处以图形示出和如以上的“色阶限幅”方程在数学上示出的限幅，所以该调节会从最大保真点45沿曲线44逐渐下降至最大值点47。在某些实施例中，该关系可在以上“色阶经修正”的方程中在数学上进行描述。

利用这些概念，光源工作于100％功率的显示器所呈现的照度值可由光源工作于较低功率级的显示器呈现。这是通过提高色阶来实现的，对色阶的提高本质上进一步打开光阀以补偿光源照度的损耗。然而，在整个码值范围上简单应用这种提高会导致该范围高端处的限幅缺陷。为防止或减少这些缺陷，色阶函数可平滑地滚降。该滚降可由MFP参数控制。大的MFP值给予大间距上的照度匹配，但增大了码值高端处的可见量化/限幅缺陷。

本发明的实施例可通过调节码值来操作。在简单的γ显示模型中，码值的缩放导致照度值的缩放，且缩放因子不同。为了确定该关系是否在更多现实显示模型下成立，我们可以考虑γ偏移增益—杂光(GOG-F)模型。缩放背光功率对应于线性简化方程，其中百分比p应用至显示输出而非环境。已经发现，将增益减小因子p等效于保持增益不变并将数据、码值以及偏移缩放显示γ所确定的因子。在数学上而言，乘法因子在适当修改的情况下就可被引入到功率函数中。该修改因子可缩放码值和偏移二者。

方程8GOG-F模型

L＝G·(CV+暗)^γ+环境

方程9线性照度减小

L_线性减小＝p·G·(CV+暗)^γ+环境

L_线性减小＝G·(p^1/γ·(CV+暗))^γ+环境

L_线性减小＝G·(p^1/γ·CV+p^1/γ·暗)^γ+环境

方程10码值减小

L_CV减小＝G·(p^1/γ·CV+暗)^γ+环境

本发明的某些实施例可参照图5进行描述。在这些实施例中，色阶调节可在图像处理之前线下设计或计算，或该调节可在正在处理图像时进行线上设计或计算。不论操作时序如何，色阶调节56可基于显示γ50、效率因子52以及最大保真点(MFP)54中的至少一个来设计或计算。这些因子可在色阶设计过程56中进行处理以产生色阶调节模型58。该色阶调节模型可采取算法、查找表(LUT)或可应用至图像数据的某些其它模型的形式。

一旦调节模型58已经建立，它就能应用于图像数据。调节模型的应用可参照图6进行描述。在这些实施例中，图像是输入62，而色阶调节模型58应用(64)至图像以调节图像码值。该过程产生可发送至显示器的输出图像66。应用色阶调节64通常是线上过程，但在情况允许时可在图像显示之前执行。

本发明的某些实施例包括用于增强诸如LED显示器、等离子体显示器以及其它类型的显示器之类的利用发光像素调制器的显示器上显示的图像的系统和方法。这些相同的系统和方法可用于增强利用光阀像素调制器的光源工作于全功率模式或其它模式的显示器上显示的图像。

这些实施例与上述实施例相似地工作，但是取代补偿减小的光源照度，这些实施例简单地提高一个范围的像素的照度，就好像光源已经减小。以此方式，图像的总亮度提高。

在这些实施例中，原始码值在相当大的值范围上被提高。该码值调节对于其它实施例可如上所述地执行，除非实际的光源照度减小并未发生。因此，图像亮度在宽泛码值范围上显著提高。

这些实施例中的某些也可参照图3进行说明。在这些实施例中，原始图像的码值被示为沿曲线30的点。这些值可被提高或调节至更高照度级的值。这些被提高的值可表示为沿曲线34的点，该曲线34从零点33延伸至最大保真点35，然后逐渐降低至最大值点37。

本发明的某些实施例包括模糊掩蔽(unsharp masking)过程。在这些实施例中的某些中，该模糊掩蔽可使用空间变化增益。该增益可由经修改的色阶曲线的图像值和斜率确定。在某些实施例中，当图像亮度由于显示功率的限制而不能被复制时，增益阵列的使用使得图像对比度能够匹配。

本发明的某些实施例可采取以下处理步骤：

1.计算色阶调节模型；

2.计算高通图像；

3.计算增益阵列；

4.按增益对高通图像加权；

5.将低通图像和经过加权的高通图像求和；以及

6.发送至显示器。

本发明的其它实施例可采取以下处理步骤：

1.计算色阶调节模型；

2.计算低通图像；

3.将高通图像计算为图像与低通图像之差；

4.利用经修改的色阶曲线的图像值和斜率计算增益阵列；

5.按增益对高通图像加权；

6.将低通图像和经过加权的高通图像求和；以及

7.发送至功率降低的显示器。

利用本发明的某些实施例，仅通过对窄类别图像的小改变就能实现节电。(差别仅在高于MFP时出现，且由峰值亮度的降低和明亮细节的某些损失组成)。低于MFP的图像值可按照与全功率模式相同的照度在节电模式下显示，从而使图像的这些区域与全功率模式无区别。本发明的其它实施例通过减少明亮细节的损失来提高该性能。

这些实施例可包括在空间上改变模糊掩蔽以保持明亮细节。至于其它实施例，可使用线上和线下部件。在某些实施例中，通过计算增益映射以及色阶函数可扩展线下部件。该增益映射可基于图像值指定要应用的模糊滤波器增益。增益映射值可利用色阶函数的斜率来确定。在某些实施例中，特定点“P”处的增益映射值可被计算为低于MFP的色阶函数的斜率与点“P”处的色阶函数的斜率之比。在某些实施例中，色阶函数在低于MFP时是线性的，因此该增益在低于MFP时为一。

本发明的某些实施例可参照图7进行描述。在这些实施例中，色阶调节可在图像处理之前线下设计或计算，或该调节可在正在处理图像时线上设计或计算。不论操作时序如何，色阶调节76可基于显示γ70、效率因子72以及最大保真点(MFP)74中的至少一个来设计或计算。这些因子可在色阶设计过程76中被处理以产生色阶调节模型78。该色阶调节模型可采取算法、查找表(LUT)或如上关于其它实施例所述的可应用至图像数据的某些其它模型的形式。在这些实施例中，在75，还计算单独的增益映射77。该增益映射77可应用于特定图像细分部分，诸如频率范围。在某些实施例中，该增益映射可应用于图像的频率划分部分。在某些实施例中，该增益映射可应用于高通图像细分部分。它还可应用于特定图像频率范围或其它图像细分部分。

示例性色阶调节模型可关于图8进行描述。在这些示例性实施例中，选择函数转换点(FTP)84(类似于光源减小补偿实施例中所使用的MFP)，并选择增益函数来为低于FTP 84的值提供第一增益关系82。在某些实施例中，该第一增益关系可以是线性关系，但其它关系和函数可用于将码值转换成增强的码值。在高于FTP 84时，可使用第二增益关系86。该第二增益关系86可以是连接FTP 84与最大值点88的函数。在某些实施例中，该第二增益关系86可匹配第一增益关系82在FTP 84处的值和斜率，并通过最大值点88。如上关于其它实施例所述的其它关系以及另外的关系也可用作第二增益关系86。

在某些实施例中，增益映射77可关于色阶调节模型进行计算，如图8所示。示例性增益映射77可关于图9进行描述。在这些实施例中，增益映射函数涉及作为色阶调节模型的斜率的函数的色阶调节模型78。在某些实施例中，增益映射函数在特定码值下的值由色阶调节模型在低于FTP的任何码值下的斜率与色阶调节模型在特定码值下的斜率之比确定。在某些实施例中，该关系可在数学上在方程11中表达：

方程11

在这些实施例中，增益映射函数在低于FTP时等于1，其中色阶调节模型产生线性提高。对于高于FTP的码值，随着色阶调节模型的逐渐减小，增益映射函数迅速增大。增益映射函数的这种迅速增大增强了应用该增益映射函数的图像部分的对比度。

图8中所示的示例性色阶调节因子和图9中所示的示例性增益映射函数利用80％的显示百分比(源光减小)、2.2的显示γ以及180的最大保真点来计算。

在本发明的某些实施例中，模糊掩蔽操作可在应用色阶调节模型之后应用。在这些实施例中，利用模糊掩蔽技术减少了缺陷。

本发明的某些实施例可关于图10进行描述。在这些实施例中，输入原始图像102，而且色阶调节模型103应用于该图像。原始图像102也用作对产生增益映射的增益映射过程105的输入。该色阶经调节的图像然后通过低通滤波器104进行处理，从而产生低通经调节的图像。然后从色阶经调节的图像减去该低通经调节的图像(106)，以产生高通经调节的图像。该高通经调节的图像然后与增益映射中适当的值相乘(107)以提供增益经调节的高通图像，该高通图像然后与已经利用色阶调节模型进行调节的低通经调节的图像相加(108)。该相加导致亮度提高和高频对比度增强的输出图像109。

在这些实施例中的某些中，对于图像的各个像素的各个分量，增益值根据该像素处的增益映射和图像值确定。在应用色阶调节模型之前，原始图像102可用于确定该增益。高通图像的各个像素的各个分量在加回到低通图像之前还可缩放相应的增益值。在增益映射函数为1的点处，模糊掩蔽操作不会改变图像值。在增益映射函数超过1的点处，对比度增大。

本发明的某些实施例通过将图像分解成多个频段解决了在提高码值亮度时高端码值中的对比度损失。在某些实施例中，色阶函数可应用于低通频带，从而提高图像数据的亮度以补偿低功率设定上的源光照度减小，或简单地增大显示图像的亮度。并行地，即使在平均绝对亮度因为较低显示功率而降低的区域中，恒定增益也可应用于高通频带，从而保持图像对比度。示例性算法的操作由以下给出：

1.执行原始图像的频率分解

2.对低通图像应用亮度保持、即色阶映射

3.对高通图像应用恒定乘数

4.将低通和高通图像相加

5.将结果发送至显示器

色阶函数和恒定增益可通过在原始图像的全功率显示与用于源光照度降低应用的处理图像的低功率显示之间建立光度匹配来线下确定。该色阶函数还可针对亮度增强应用线下确定。

对于适度MFP值，这些恒定高通增益实施例和模糊掩蔽实施例在性能上几乎无区别。这些恒定高通增益实施例相比于模糊掩蔽实施例而言具有三个主要优势：噪声敏感度降低、能使用更大的MFP/FTP、以及使用目前显示系统中的处理步骤。模糊掩蔽实施例使用作为色阶曲线的斜率的倒数的增益。当该曲线的斜率小时，该增益引发大的放大噪声。该噪声放大还可对MFP/FTP的大小施加实际限制。第二优势是扩展任意MFP/FTP值的能力。第三优势来自检查算法在系统中的放置。恒定高通增益实施例和模糊掩蔽实施例二者均使用频率分解。恒定高通增益实施例首先执行该操作，而某些模糊掩蔽实施例在频率分解之前首先应用色阶函数。诸如去轮廓之类的某些系统处理将在亮度保持算法之前执行频率分解。在这些情况下，频率分解可由某些恒定高通实施例使用，从而消除转换步骤，而某些模糊掩蔽实施例必须反转频率分解、应用色阶函数并执行附加频率分解。

本发明的某些实施例通过在应用色阶函数之前基于空间频率分割该图像，能防止高端码值中的对比度损失。在这些实施例中，具有滚降的色阶函数可应用于图像的低通(LP)分量。在光源照度减小补偿应用中，这将提供低通图像分量的总照度匹配。在这些实施例中，高通(HP)分量被均匀提高(恒定增益)。频率分解的信号可重新组合并按需限幅。细节被保持，因为高通分量未通过色阶函数的滚降。低通色阶函数的平滑滚降为添加被提高的高通对比度保持净空。在此最终组合中可能出现的限幅未被发现显著降低细节。

本发明的某些实施例可参照图11进行描述。这些实施例包括频率分割或分解111、低通色阶映射112、恒定高通增益或提高116以及增强图像分量的求和或重新组合115。

在这些实施例中，输入图像110被分解成多个空间频带111。在使用了两个频带的示例性实施例中，这可利用低通(LP)滤波器111来实现。分频通过经由滤波器111计算LP信号并从原始信号减去该LP信号(113)以形成高通(HP)信号118来执行。在示例性实施例中，空间5×5矩形滤波器可用于该分解，不过也可使用另一滤波器。

然后LP信号可通过应用针对上述实施例所讨论的色阶映射来处理。在实例性实施例中，这可利用光度匹配LUT来实现。在这些实施例中，相比于某些前述的模糊掩蔽实施例而言，可使用较高的MFP/FTP值，因为大多数细节在滤波111中已被减去。一般不应使用限幅，因为某些净空应当通常保持以增加对比度。

在某些实施例中，MFP/FTP可自动确定和设定，从而色阶曲线的斜率在上限处为零。以此方式确定的一系列色阶函数在图12中示出。在这些实施例中，MFP/FTP的最大值可被确定成使色阶函数在255处具有斜率零。这是不会引起限幅的最大MFP/FTP值。

在参照图11描述的本发明的某些实施例中，处理HP信号118与用于处理低通信号的MFP/FTP的选择无关。HP信号118利用恒定增益116进行处理，当功率/光源照度降低时或当图像码值被以其它方式提高从而提高亮度时，这将保持该对比度。就完全和降低的背光功率(BL)以及显示γ而言的针对HP信号增益116的公式作为高通增益方程立即在下文给出。该HP对比度提高能可靠地抵抗噪声，因为该增益通常小(例如，对于80％功率降低和γ为2.2而言增益为1.1)。

方程12

在某些实施例中，一旦色阶映射112已经通过LUT处理或其它方式应用于LP信号，而且恒定增益116已经应用至HP信号，这些频率分量就可求和115且在某些情况下限幅。当与LP值相加的提高的HP值超过255时，限幅可能是必须的。这通常仅与高对比度的亮信号相关。在某些实施例中，LP信号被保证不超过色阶LUT构造规定的上限。该HP信号会在求和中引起限幅，但该HP信号的负值将永远不会限幅，从而即使限幅确实发生时也能保持某对比度。

图像相关的源光实施例

在本发明的某些实施例中，显示光源照度级可根据所显示图像、之前显示的图像、所显示图像之后要显示的图像或它们的组合的特性进行调节。在这些实施例中，显示光源照度级可根据图像特性变化。在某些实施例中，这些图像特性可包括图像照度级、图像色度级、图像直方图特性以及其它图像特性。

一旦图像特性已被查明，光源(背光)照度级就可改变以增强一个或多个图像性质。在某些实施例中，光源级可降低或提高以加强更暗或更亮的图像区中的对比度。光源照度级也可提高或降低以增大图像的动态范围。在某些实施例中，光源级可被调节以优化各个图像帧的功耗。

当光源级已被修改时，无论出于什么原因，图像像素的码值均可利用色阶调节进行修改以进一步改善图像。如果光源级已被降低以保存功率，则像素值可被提高以重获损失的亮度。如果光源级已被改变成加强特定照度范围中的对比度，则像素值可被调节以补偿另一范围中降低的对比度，或进一步加强该特定范围。

在本发明的某些实施例中，如图13所示，图像色阶调节可取决于图像内容。在这些实施例中，图像可被分析(130)以确定图像特性。图像特性可包括：照度通道特性，诸如作为图像平均照度的平均图像级(APL)、最大照度值、最小照度值；诸如平均直方图值、最常见直方图值以及其它值之类的照度直方图数据；以及其它照度特性。图像特性还可包括色彩特性，诸如各个色彩通道(例如RGB信号中的R、G和B)的特性。各个色彩通道可被独立地分析以确定因色彩通道而异的图像特性。在某些实施例中，可为各个色彩通道使用独立的直方图。在其它实施例中，包括关于图像数据的空间分布的信息的圆盘分布图可用作图像特性。图像特性还可包括视频帧之间的时间变化。

一旦图像已被分析(130)而且特性已确定，就可基于图像特性值计算色阶映射或从一组预先计算的映射中选择(132)色阶映射。然后该映射可应用(134)于图像以补偿背光调节或以其它方式增强图像。

本发明的某些实施例可关于图14进行描述。在这些实施例中，图像分析仪142接收图像140并确定可用于选择色阶映射的图像特性。这些特性然后被发送至色阶映射选择器143，该选择器基于图像特性确定适当的映射。该映射选择然后可发送至图像处理器145以将该映射应用于图像140。图像处理器145将接收映射选择和原始图像数据，并利用选定的色阶映射144处理原始图像，从而产生发送至显示器146以供显示给用户的经调节的图像。在这些实施例中，一个或多个色阶映射144被存储以便基于图像特性进行选择。这些色阶映射144可预先计算和存储为表格或某些其它数据格式。这些色阶映射144可包括简单的γ转换表、利用以上关于图5、7、10和11所描述的方法建立的增强映射或其它映射。

本发明的某些实施例可关于图15进行描述。在这些实施例中，图像分析仪152接收图像150并确定可用于计算色阶映射的图像特性。这些特性然后被发送至色阶映射计算器153，该计算器基于图像特性确定适当的映射。计算出的映射然后可发送至图像处理器155以将该映射应用于图像150。图像处理器155将接收计算出的映射154和原始图像数据，并利用色阶映射154处理原始图像，从而产生发送至显示器156以供显示给用户的经调节的图像。在这些实施例中，色阶映射154是基于图像特性基本实时地计算得出的。计算出的色阶映射154可包括简单的γ转换表、利用以上关于图5、7、10和11所描述的方法建立的增强映射或另一映射。

本发明的其它实施例可关于图16进行描述。在这些实施例中，源光照度级可取决于图像内容，而色阶映射也取决于图像内容。然而，源光计算通道和色阶映射通道之间不一定存在任何通信。

在这些实施例中，图像被分析(160)以确定源光或色阶映射计算所需的图像特性。该信息然后用于计算适用于该图像的源光照度级161。该源光数据然后发送(162)至显示器，以供显示图像时改变源光(例如背光)。图像特性数据还被发送至色阶映射通道，在该通道处色阶映射基于该图像特性信息被选择或计算(163)。该映射然后被应用(164)于图像以产生发送至显示器165的增强图像。针对该图像计算的源光信号与增强的图像数据同步，以使该源光信号与增强图像数据的显示相符。

图17中所示的实施例中的某些采用存储的色阶映射，这些映射可包括简单的γ转换表、利用以上关于图5、7、10和11所描述的方法建立的增强映射或另一映射。在这些实施例中，图像170被发送至图像分析仪172，以确定与色阶映射和源光计算值相关的图像特性。然后这些特性被发送至源光计算器177，以便确定合适的源光照度级。某些特性还可被发送至色阶映射选择器173以便用于确定适当的色阶映射174。原始图像170和映射选择数据然后被发送至图像处理器175，该处理器175取回选定的映射174，并将该映射174应用于图像170以产生增强的图像。该增强的图像然后被发送至显示器176，显示器176还从源光计算器177接收源光级信号，并在该增强图像被显示时使用该信号来调制源光179。

图18中所示的这些实施例中的某些可即时计算色阶映射。这些映射可包括简单的γ转换表、利用以上关于图5、7、10和11所描述的方法建立的增强映射或另一映射。在这些实施例中，图像180被发送至图像分析仪182，以确定与色阶映射和源光计算值相关的图像特性。然后这些特性被发送至源光计算器187，以便确定合适的源光照度级。某些特性还可被发送至色阶映射计算器183以便用于计算适当的色阶映射184。原始图像180和计算出的映射184然后被发送至图像处理器185，该处理器185将映射184应用于图像180以产生增强的图像。该增强的图像然后被发送至显示器186，显示器186也从源光计算器187接收源光级信号，并在增强图像被显示时使用该信号来调制源光189。

本发明的某些实施例可参照图19进行描述。在这些实施例中，图像被分析(190)以相关于源光和色阶映射计算和选择来确定图像特性。这些特性然后用于计算(192)源光照度级。该源光照度级然后用于计算或选择色阶调节映射194。该映射然后应用(196)于图像以产生增强图像。该增强图像和源光级数据然后被发送(198)至显示器。

用于关于图19描述的方法的装置可参照图20进行描述。在这些实施例中，图像200在图像分析仪202处接收，图像特性在其中被确定。图像分析仪202然后可将图像特性数据发送至源光计算器203以用于确定源光级。源光级数据然后可被发送至色阶映射选择器或计算器204，该选择器或计算器204可基于光源级计算或选择色阶映射。选定的映射207或计算出的映射以及原始图像然后可被发送至图像处理器205，以将该映射应用于原始图像。该过程将产生发送至显示器206的增强图像、以及当该图像显示时用于调制显示源光的源光级信号。

在本发明的某些实施例中，源光控制单元负责选择源光减少，这将保持图像质量。知道在自适应阶段中保持图像质量的能力被用于引导源光级的选择。在某些实施例中，重要的是认识到，当图像明亮或图像包括高度饱和的色彩即码值为255的蓝色时，需要高源光级。仅使用照度来确定背光级在具有低照度但大码值的图像(即饱和蓝色或红色)的情况下会引起缺陷。在某些实施例中，各个色彩面可被检查，且可基于各个色彩面的最大值作决策。在某些实施例中，背光设定可基于被限幅的像素的单个指定百分比。在如图22所示的其它实施例中，背光调制算法可使用两个百分比：被限幅的像素的百分比236和畸变的像素的百分比235。选择具有这些不同值的背光设定允许色阶计算器有足够的空间来平滑地滚降色阶函数，而不是施加硬限幅。给定输入图像，各个色彩面的码值的直方图可确定。给定两个百分比P_限幅236和P_畸变235，各个色彩面的直方图221-223被检查以确定对应于这些百分比224-226的码值。这给出C_限幅(色彩)228和C_畸变(色彩)227。不同色彩面中的最大限幅码值234和最大畸变码值233可用于确定背光设定229。该设定确保对于各个色彩面而言，最多指定百分比的码值将被限幅或畸变。

方程13

背光(BL)百分比通过检查色阶(TS)函数来确定，该色阶函数用于补偿和选择BL百分比，以使色阶函数将在255处以码值Cv_限幅234限幅。色阶函数在低于值Cv_畸变时将为线性(该斜率的值将补偿BL减少)，对于超过Cv_限幅的码值将在255处恒定且具有连续导数。检查导数示出如何选择较低斜率从而选择对于低于Cv_畸变的码值不会引起图像畸变的背光功率。

在图21中所示的TS导数的曲线图中，值H未知。为了TS将Cv_限幅映射至255，TS导数下方的面积必须为255。该约束允许我们如下地确定H的值。

方程14

该BL百分比根据该码值提高和显示γ以及对低于畸变点的码值的实际补偿的标准来确定。将在Cv_限幅处限幅且允许从低于Cv_畸变的无畸变的平滑转换的BL比例由下式给出：

方程15

此外，为解决BL变化的问题，对BL比例加以上限。

方程16

时间低通滤波231可应用至以上推导出的图像相关BL信号，以补偿LCD与BL之间同步的缺失。示例性的背光调制算法的示图在图22中示出，不同的百分比和值可在其它实施例中使用。

色阶映射可补偿选定背光设定同时使图像畸变最小化。如上所述，背光选择算法基于相应的色阶映射操作的能力而设计。选定的BL级允许色阶函数对低于第一指定百分点的码值无畸变地补偿背光级，并限幅高于第二指定百分点的码值。这两个指定的百分点允许色阶函数在无畸变与限幅范围之间平滑地转换。

环境光感测实施例

本发明的某些实施例包括环境照度传感器，其可向图像处理模块和/或源光控制模块提供输入。在这些实施例中，包括色阶调节、增益映射以及其它修改的图像处理可与环境照度特性相关联。这些实施例还可包括与环境照度特性相关的源光或背光调节。在某些实施例中，源光和图像处理可在单个处理单元中组合。在其它实施例中，这些函数可通过不同的单元执行。

本发明的某些实施例可参照图23进行描述。在这些实施例中，环境照度传感器270可用作图像处理方法的输入。在某些示例性实施例中，输入图像260可基于来自环境照度传感器270和源光268级的输入来处理。诸如用于照亮LCD显示面板266的背光之类的源光268可出于节电或其它原因进行调制或调节。在这些实施例中，图像处理器262可从环境照度传感器270和源光268接收输入。基于这些输入，图像处理器262可修改输入图像以应对环境状况和源光268照度级。输入图像260可根据以上针对其它实施例所描述的方法中的任一种来修改，或通过其它方法修改。在示例性实施例中，色阶映射可应用至该图像以关于降低的源光照度和环境照度变化来增大图像像素值。经修改的图像264然后可在诸如LCD面板之类的显示面板266上配准。在某些实施例中，源光照度级在环境光低时会降低，且当色阶调节或其它像素值操纵技术用于补偿源光照度降低时进一步降低。在某些实施例中，源光照度级在环境照度降低时可降低在某些实施例中，当环境照度达到上阈值和/或下阈值时，源光照度级可提高。

本发明的其它实施例可参照图24进行描述。在这些实施例中，输入图像280在图像处理单元282处被接收。对输入图像280的处理可取决于来自环境照度传感器290的输入。该处理还可取决于来自源光处理单元294的输出。在某些实施例中，源光处理单元294可从环境照度传感器290接收输入。某些实施例还可从诸如功率模式指示器之类的设备模式指示器292接收输入，功率模式指示器可指示设备功耗模式、设备电池状况或某些其它设备状况。源光处理单元294可使用环境光状况和/或设备状况来确定源光照度级，该源光照度级用于控制将照射诸如LCD显示器286之类的显示器的源光288。源光处理单元还可将源光照度级和/或其它信息传递至图像处理单元282。

该图像处理单元282可使用来自源光处理单元294的源光信息来确定用于处理输入图像280的处理参数。图像处理单元282可应用色阶调节、增益映射或其它程序来调节图像像素值。在某些示例性实施例中，该程序将提高图像亮度和对比度，并部分或全部地补偿光源照度降低。图像处理单元282的处理结果是经调节的图像284，该图像284可被发送至被源光288照射的显示器286。

本发明的其它实施例可参照图25进行描述。在这些实施例中，输入图像300在图像处理单元302处被接收。对输入图像300的处理可取决于来自环境照度传感器310的输入。该处理还可取决于来自源光处理单元314的输出。在某些实施例中，源光处理单元314可从环境照度传感器310接收输入。某些实施例还可从诸如功率模式指示器之类的设备模式指示器312接收输入，该功率模式指示器可指示设备功耗模式、设备电池状况或某些其它设备状况。源光处理单元314可使用环境光状况和/或设备状况来确定源光照度级，该源光照度级用于控制将照射诸如LCD显示器306之类的显示器的源光308。源光处理单元还可将源光照度级和/或其它信息传递至图像处理单元302。

图像处理单元302可使用来自源光处理单元314的源光信息来确定用于处理输入图像300的处理参数。图像处理单元302还可使用来自环境照度传感器310的环境照度信息来确定用于处理输入图像300的处理参数。图像处理单元302可应用色阶调节、增益映射或其它程序来调节图像像素值。在某些示例性实施例中，该程序将提高图像亮度和对比度，并部分或全部地补偿光源照度降低。图像处理单元302的处理结果是经调节的图像304，该图像304可被发送至被源光308照射的显示器306。

本发明的其它实施例可参照图26进行描述。在这些实施例中，输入图像320在图像处理单元322处被接收。对输入图像320的处理可取决于来自环境照度传感器330的输入。该处理还可取决于来自源光处理单元334的输出。在某些实施例中，源光处理单元334可从环境照度传感器330接收输入。在其它实施例中，环境信息可从图像处理单元322接收。源光处理单元334可使用环境光状况和/或设备状况来确定中间源光照度级。该中间源光照度级可被发送至源光后处理器332，该处理器可采取将中间光源照度级调整为符合特定器件需求的量化器、定时处理器或某些其它模块的形式。在某些实施例中，源光后处理器332可针对光源328类型和/或诸如视频应用之类的成像应用施加的定时限制来调整光源控制信号。该经后处理信号然后可用于控制照射诸如LCD显示器326之类的显示器的源光328。该源光处理单元还可将经后处理的源光照度级和/或其它信息传递至图像处理单元322。

图像处理单元322可使用来自源光处理单元332的源光信息来确定用于处理输入图像320的处理参数。图像处理单元322还可使用来自环境照度传感器330的环境照度信息以确定用于处理输入图像320的处理参数。图像处理单元单元322可应用色阶调节、增益映射或其它程序来调节图像像素值。在某些示例性实施例中，该程序将提高图像亮度和对比度，并部分或全部地补偿光源照度降低。图像处理单元322的处理结果是经调节的图像344，该图像344可被发送至可被源光328照射的显示器326。

本发明的某些实施例可包括单独的图像分析342、362和图像处理343、363模块。虽然这些单元可被集成在单个部件中或单个芯片上，但它们可被示出和描述为单独的模块以更好地描述它们的相互作用。

本发明的这些实施例中的某些可参照图27进行描述。在这些实施例中，输入图像340在图像分析模块342处被接收。该图像分析模块可分析图像以确定图像特性，该图像特性可被传递至图像处理模块343和/或源光处理模块354。输入图像340的处理可取决于来自环境照度传感器330的输入。在某些实施例中，源光处理模块354可从环境照度传感器350接收输入。源光处理单元354还可从设备状况或模式传感器352接收输入。源光处理单元354可使用环境光状况、图像特性和/或设备状况来确定源光照度级。该源光照度级可被发送至将照射诸如LCD显示器346之类的显示器的源光348。该源光处理模块354还可将经后处理的源光照度级和/或其它信息传递至图像处理模块343。

图像处理单元322可使用来自源光处理单元354的源光信息来确定用于处理输入图像340的处理参数。图像处理单元343还可使用来自环境照度传感器350通过源光处理模块354传递的环境照度信息。该环境照度信息可用于确定用于处理输入图像340的处理参数。图像处理模块343可应用色阶调节、增益映射或其它程序来调节图像像素值。在某些示例性实施例中，该程序将提高图像亮度和对比度，并部分或全部地补偿光源照度降低。图像处理单元343的处理结果是经调节的图像344，该图像344可被发送至可被源光348照射的显示器346。

本发明的某些实施例可参照图28进行描述。在这些实施例中，输入图像360在图像分析模块362处被接收。该图像分析模块可分析图像以确定图像特性，该图像特性可被传递至图像处理模块363和/或源光处理模块374。对输入图像360的处理可取决于来自环境照度传感器370的输入。该处理还可取决于来自源光处理模块374的输出。在某些实施例中，环境信息可从图像处理模块363接收，该图像处理模块363可从环境传感器370接收环境信息。该环境信息可由图像处理模块363传递到源光处理模块374和/或进行中途处理。设备状况或模式也可从设备模块372传递至源光处理模块374。

源光处理模块374可使用环境光状况和/或设备状况来确定源光照度级。该源光照度级可用于控制将照射诸如LCD显示器366之类的显示器的源光368。该源光处理单元374还可将源光照度级和/或其它信息传递至图像处理单元363。

图像处理模块363可使用来自源光处理模块374的源光信息来确定用于处理输入图像360的处理参数。图像处理模块363还可使用来自环境照度传感器370的环境照度信息以确定用于处理输入图像360的处理参数。图像处理模块363可应用色阶调节、增益映射或其它程序来调节图像像素值。在某些示例性实施例中，该程序将提高图像亮度和对比度，并部分或全部地补偿光源照度降低。图像处理模块363的处理结果是经调节的图像364，该图像364可被发送至可被源光368照射的显示器366。

畸变自适应的功率管理实施例

本发明的某些实施例包括用于解决包括移动设备和应用的显示器件的功率需求、显示特性、周围环境以及电池限制的方法和系统。在某些实施例中，可使用三个系列的算法：显示功率管理算法、背光调制算法以及亮度保持(BP)算法。虽然功率管理在移动、电池供电的器件中具有较高优先级，但这些系统和方法也可应用于可从电源管理中获得节电、热管理以及其它目的好处的其它器件。在这些实施例中，这些算法可相互作用，但其单个功能可包括：

●功率管理——这些算法管理一系列帧上的背光功率，从而充分利用视频内容中的变化来优化功耗。

●背光调制——这些算法选择背光功率级以用于单个帧，并充分利用图像内的统计数据来优化功耗。

●亮度保持——这些算法处理各个图像以补偿降低的背光功率并保持图像亮度，同时避免缺陷。

本发明的某些实施例可参照图29进行描述，其包括指示这些实施例的部件的相互作用的简化框图。在某些实施例中，电源管理算法406可管理视频、图像序列或其它显示任务上的固定电池资源402，且可保证指定的平均功耗，同时保持质量和/或其它特性。背光调制算法410可接收来自功率管理算法406的指令，并选择受限于功率管理算法406所定义的限制的功率级，以高效地表示各个图像。亮度保持算法414可使用选定的背光级415和可能的限幅值413来处理该图像，从而补偿减少的背光。

显示功率管理

在某些实施例中，显示功率管理算法406可管理视频、图像序列或其它显示任务上的功率分布。在某些实施例中，显示功率管理算法406可分配电池的固定能量，以提供得到保证的工作时间，同时保持图像质量。在某些实施例中，电源管理算法的一个目标是对电池寿命提供得到保证的下限，以增强移动设备的可用性。

恒定电源管理

满足任意目标的一种功率控制形式是选择将满足期望寿命的固定功率。图30中示出了示出基于恒定功率管理的系统的系统框图。其基本点在于功率管理算法436仅基于初始电池充满度432和期望寿命434来选择恒定背光功率。对此背光级444的补偿442对各个图像446执行。

方程17恒定功率管理

背光级444从而功耗与图像数据440无关。某些实施例可能支持多个恒定功率模式，从而允许基于功率模式选择功率级。在某些实施例中，图像相关的背光调制可能不用于简化系统实现。在其它实施例中，可基于工作模式或用户偏好设定和选择几个恒定功率级。某些实施例可利用单个降低的功率级(即75％的最大功率)来使用该概念。

简单的自适应电源管理

本发明的某些实施例可参照图31进行描述。这些实施例包括自适应的电源管理算法456。由于背光调制460引起的功率降低455被反馈至电源管理算法456，从而允许提高图像质量，同时仍提供期望的系统寿命。

在某些实施例中，如方程18所示，通过随时间更新静态最大功率计算，具有图像相关背光调制的节电可包括在电源管理算法中。自适应电源管理可包括计算剩余电池充满度(mA-Hr)与剩余期望寿命(Hr)之比，以向背光调制算法460给出功率上限(mA)。一般而言，背光调制460可选择低于该最大值的实际功率，从而给出进一步的节电。在某些实施例中，由于背光调制引起的节电可以通过剩余电池充电的变化值或运行的平均选定功率的反馈形式来反映，从而影响后续的电源管理决策。

方程18自适应电源管理

在某些实施例中，如果电池状态信息不可用或不准确，则通过计算显示器所使用的能量、平均选定功率工作时间、并将其从初始电池充电中减去可估算剩余的电池充电。

方程19估算剩余电池充电

所使用的显示能量(t)＝平均选定功率·t

剩余充电(t)＝初始充电-所使用的显示能量(t)

后一种技术具有不与电池相互作用的优点。

电源畸变管理

发明人在对畸变与功率的关系的研究中已经观测到，许多图像在同一功率下呈现非常不同的畸变。诸如曝光不足的照片之类的对比度糟糕的模糊图像在低功率下实际显示得更好，这是因为由高功耗引起的黑色电平的提高。功率控制算法可权衡图像畸变与电池容量，而非指导电源设定。在本发明的某些实施例中，如图29所示，电源管理技术可包括给予背光控制算法410的诸如最大畸变值之类的畸变参数403以及最大功率401。在这些实施例中，电源管理算法406可使用来自背光调制算法410的形式为当前图像的功率/畸变特性405的反馈。在某些实施例中，最大图像畸变可基于当前帧的目标功率和功率畸变属性来修改。在这些实施例中，除了对实际选定功率的反馈，电源管理算法还可选择和提供畸变目标403，且可接收对相应的图像畸变405的反馈以及对电池充满度402的反馈。在某些实施例中，附加输入可在电源控制算法中使用，诸如：环境级408、用户偏好以及工作模式(即视频/图形)。

本发明的某些实施例可能尝试在视频序列上最优分配功率同时保持显示质量。在某些实施例中，对于给定的视频序列，两个标准可用于选择所使用的总功率和图像畸变之间的折衷。可使用最大图像畸变和平均图像畸变。在某些实施例中，这些项可被最小化。在某些实施例中，使图像序列上的最大畸变最小化可通过对该序列中的各个图像使用同一畸变来实现。在这些实施例中，电源管理算法406可选择该畸变403，从而允许背光调制算法410选择满足该畸变目标403的背光级。在某些实施例中，当为各个图像选择的功率使功率畸变曲线的斜率相等时，可实现使平均畸变最小化。在这种情况下，电源管理算法406可依赖于背光调制算法410选择功率畸变曲线的斜率以选择适当的背光级。

图32A和32B可用于说明考虑电源管理过程中的畸变时的节电。图32A是图像序列的连续帧的源光功率级的曲线图。图32A示出保持帧之间的恒定畸变480所需的源光功率级和恒定畸变曲线图的平均功率482。图32B是图像序列的相同连续帧的图像畸变的曲线图。图32B示出源自保持恒定功率设定的恒定功率畸变484、源自保持整个序列中的恒定畸变的恒定畸变级488、以及当保持恒定功率时的平均恒定功率畸变486。恒定功率级已被选择为等于恒定畸变结果的平均功率。因此，这两种方法使用同样的平均功率。检查畸变时，我们发现恒定功率484产生图像畸变中的显著变化。注意，尽管二者使用相同平均功率，但恒定功率控制的平均畸变486超过恒定畸变算法的畸变488的10倍。

实际上，优化以最小化视频序列上的最大或平均畸变对于某些应用而言太复杂，因为原始和降低功率的图像之间的畸变必须在功率畸变函数的各个点处进行计算，以评估功率畸变折衷。各个畸变评估可能要求计算背光降低和相应的补偿图像增亮，并将它们与原始图像比较。因此，某些实施例可包括用于计算或估算畸变特性的更简单方法。

在某些实施例中，可使用某些近似。首先，我们观测到，诸如均方误差(MSE)之类的逐点畸变测量可根据图像码值的直方图而不是图像本身来计算，如方程20中所表达的那样。在这种情况下，相比于在320×240分辨率下具有7680个样本的图像，该直方图是仅具有256个值的一维信号。在需要时，该数量通过对直方图二次抽样可进一步减少。

在某些实施例中，通过假定该图像利用补偿阶段中的限幅来简单地缩放、而非应用实际补偿算法来进行近似。在某些实施例中，在畸变度量中包括黑色电平升高项也是有价值的。在某些实施例中，使用该项可能意味着完全黑帧的最小畸变在零背光下出现。

方程20简化畸变计算

在某些实施例中，为了针对各个码值计算给定功率级下的畸变，可确定由线性提高以及限幅引起的畸变。然后该畸变可通过码值的频率加权并求和，以给出指定功率级下的平均图像畸变。在这些实施例中，用于亮度补偿的简单的线性提高不会对图像显示给出可接受的质量，但用作用于计算背光变化引起的图像畸变的估算值的简单源。

在图33中所示的某些实施例中，为了控制功耗和图像畸变，电源管理算法500可不仅跟踪电池充满度506和剩余寿命508，而且跟踪图像畸变510。在某些实施例中，功耗512和畸变目标511的上限可被提供给背光调制算法502。背光调制算法502然后可选择与功率限制和畸变目标二者一致的背光级512。

背光调制算法(BMA)

背光调制算法502负责选择用于各个图像的背光级。该选择可基于要显示的图像和来自电源管理算法500的信号。通过参照电源管理算法500所提供的最大功率限制，电池506可在期望寿命上进行管理。在某些实施例中，背光调制算法502可基于当前图像的统计数据来选择较低功率。这可以是特定图像上的节电来源。

一旦合适的背光级415选定，背光416就被设定至该选定级，而且该级415被输入亮度保持算法414以确定必要的补偿。对于某些图像和序列，允许少量图像畸变能极大地减少所需的背光功率。因此，某些实施例包括允许受控量的图像畸变的算法。

图34是示出对于若干畸变公差的作为帧数的函数的样本DVD剪辑上的节电量的曲线图。具有零畸变的像素的百分比从100％到97％到95％变化，而且该视频剪辑上的平均功率被确定。该平均功率的范围为从95％到60％。因此，允许5％的像素中畸变给出35％的附加节电。这证实了通过允许小图像畸变而可能实现的显著节电。如果亮度保持算法能保持实质质量，同时引入小的畸变，则能实现显著的节电。

本发明的某些实施例可参照图30进行描述。这些实施例还可包括来自环境光传感器438的信息，而且可降低用于移动应用的复杂度。这些实施例包括电源管理算法436提供的静态直方图百分点限制和动态最大功率限制。某些实施例可包括恒定功率目标，而其它实施例可包括更复杂的算法。在某些实施例中，该图像可通过计算各个色彩分量的直方图来进行分析。直方图中指定百分点出现的码值可针对各个色彩面进行计算。在某些实施例中，目标背光级可被选择成使码值中的线性提高将正好引起从直方图中选择的码值的限幅。实际背光级可被选择为该目标级和电源管理算法436提供的背光级限制的最小值。这些实施例可提供得到保证的功率控制，且在能达到功率控制限制的情况下可允许有限量的图像畸变。

方程21基于直方图百分点的功率选择

P_选定＝min(P_目标，P_最大)

基于图像畸变的实施例

本发明的某些实施例可包括电源管理算法提供的畸变限制和最大功率限制。图32B和34证实了给定背光功率级下的畸变量极大地取决于图像内容变化。各个图像的功率畸变特性的性质可在背光选择过程中充分利用。在某些实施例中，当前图像可通过计算各个色彩分量的直方图来进行分析。限定畸变的功率畸变曲线(例如MSE)可通过利用方程20的第二表达式计算功率值范围处的畸变来计算。该背光调制算法可选择最小功率，且畸变处于或低于作为目标级的指定畸变限制。然后该背光级可被选择作为目标级与电源管理算法提供的背光级限制的最小值。此外，选定级处的图像畸变可被提供给电源管理算法以指导畸变反馈。功率畸变曲线和图像直方图的采样频率可被降低以控制复杂度。

亮度保持(BP)

在某些实施例中，BP算法基于选定的背光级使图像变亮以补偿降低的照度。该BP算法可控制引入显示器的畸变，而且该BP算法保持质量的能力规定背光调制算法能尝试节省多少功率。某些实施例可通过缩放超过255的图像限幅值来补偿背光减少。在这些实施例中，背光调制算法在减少功率时必须保守，否则将引入令人讨厌的限幅缺陷，从而限制可能的节电。某些实施例被设计成在固定的功率降低下保持要求最高的帧上的质量。这些实施例中的某些补偿单个背光级(即75％)。其它实施例可一般化为与背光调制协作。

亮度保持(BP)算法的某些实施例可利用作为背光和图像数据的函数的显示器输出的照度的描述。利用该模型，BP可确定对图像的修改以补偿背光减少。在透射反射型显示器的情况下，BP模型可被修改成包括显示器的反射方面的描述。来自显示器的照度输出成为背光、图像数据以及环境的函数。在某些实施例中，该BP算法可确定对图像的修改以补偿背光在给定环境中的减少。

环境影响

由于实现限制，某些实施例可包括用于确定BP参数的有限复杂度的算法。例如，开发完全在LCD模块上运行的算法会限制对该算法可用的处理和存储器。在该示例中，对不同的背光/环境组合产生交替的γ曲线可用于某些BP实施例。在某些实施例中，可能需要对γ曲线的数量和分辨率的限制。

功率/畸变曲线

本发明的某些实施例可获得、估算、计算或者以其它方式确定图像的功率/畸变特性，这些特性包括但不限于视频序列帧。图35是示出四个示例性图像的功率/畸变特性的曲线图。在图35中，图像C的曲线520对于整个源光功率带保持负斜率。图像A、B以及D的曲线522、524和526落在负斜率上，直到它们达到最小，然后以正斜率上升。对于曲线A、B以及D，提高源光功率将实际增大曲线中具有正斜率528的特定范围处的畸变。这可能是由于诸如但不限于LCD泄漏或其它显示不规则之类的显示特性的原因，这些显示特性会引起观看者看到的所显示的图像与码值始终不同。

本发明的某些实施例可使用这些特性来为特定图像或图像类型确定适当的源光功率级。显示特性(例如LCD泄漏)可在畸变参数计算中考虑，该畸变参数用于为图像确定适当的源光功率级。

示例性方法

本发明的某些实施例可关于图36进行描述。在这些实施例中，建立功率预算(530)。这可利用简单的电源管理、自适应电源管理和以上所述的其它方法或通过其它方法来执行。通常，建立功率预算可包括估算允许完成诸如显示视频文件之类的显示任务的背光或源光功率级，同时使用固定的功率资源，诸如电池充电的一部分。在某些实施例中，建立功率预算可包括确定允许以固定功率量完成显示任务的平均功率级。

在这些实施例中，还可建立初始畸变标准(532)。该初始畸变标准可通过估算将满足功率预算的降低源光功率级并测量该功率级下的图像畸变来确定。可在未经修正的图像上、已经利用如上所述的亮度保持(BP)技术进行修改的图像上、或已经利用简化BP过程进行修改的图像上测量该畸变。

一旦该初始畸变标准建立，即可利用使所显示图像或多幅图像的畸变特性与畸变标准相符的源光功率级来显示显示任务的第一部分(534)。在某些实施例中，可为视频序列的各个帧选择光源功率级，以使各个帧满足畸变需求。在某些实施例中，光源值可被选择成保持恒定的畸变或畸变范围、保持畸变低于指定水平、或以其它方式满足畸变标准。

然后可评估功耗(536)以确定用于显示该显示任务的第一部分的功率满足功率预算管理参数。功率可利用固定量分配给各个图像、视频帧或其它显示任务元素。功率还可被分配成使一系列显示任务元素上消耗的平均功率满足要求同时各个显示任务元素上消耗的功率可变化。还可使用其它功率分配方案。

当功耗评估(536)显示出显示任务的第一部分的功耗未满足功率预算要求时，可修改畸变标准(538)。在可估算、假定、计算或者以其它方式确定功率/畸变曲线的某些实施例中，可按需修改畸变标准以允许更多或更少的畸变来符合功率预算要求。虽然功率/畸变曲线是因图像而异的，但可使用用于序列的第一帧、用于序列中的示例性图像或用于代表显示任务的合成图像的功率/畸变曲线。

在某些实施例中，当用于显示任务的第一部分的预算功率量更多且功率/畸变曲线的斜率为正时，可修改畸变标准以允许更少畸变。在某些实施例中，当用于显示任务的第一部分的预算功率量更多且功率/畸变曲线的斜率为负时，可修改畸变标准以允许更多畸变。在某些实施例中，当用于显示任务的第一部分的预算功率量更少且功率/畸变曲线的斜率为负或为正时，可修改畸变标准以允许更少畸变。

本发明的某些实施例可参照图37进行描述。这些实施例通常包括功率有限的电池供电的器件。在这些实施例中，估算或测量电池充满度或充电(540)。也可估算或计算显示任务功率需求(542)。还可估算或以其它方式确定初始光源功率级(544)。可利用以上针对恒定电源管理所描述的电池充满度和显示任务功率需求或通过其它方法来确定该初始光源功率级。

也可确定对应于初始光源功率级的畸变标准(546)。该标准可以是针对初始光源功率级下的示例性图像所产生的畸变值。在某些实施例中，该畸变值可以基于未经修正的图像、利用实际或估算BP算法修改的图像或另一示例性图像。

一旦畸变标准确定(546)，就评估显示任务的第一部分，并选择将使显示任务的第一部分的畸变符合畸变标准的源光功率级(548)。然后利用该选定源光功率级显示显示任务的第一部分(550)，并估算或测量该部分显示期间所消耗的功率(552)。当该功耗未满足功率要求时，可修改畸变标准(554)以使功耗与功率要求相符。

本发明的某些实施例可参照图38A和38B进行描述。在这些实施例中，建立功率预算(560)，还建立畸变标准(562)。这二者通常参照诸如视频序列之类的具体显示任务而建立。然后选择图像(564)，诸如视频序列的一个帧或一个帧的集合。然后为选定的图像估算降低的源光功率级(566)，以使降低的光功率级引起的畸变满足畸变标准。该畸变计算可包括将估算或实际亮度保持(BP)方法应用于选定图像的图像值。

然后可利用BP方法来修改选定图像，以补偿降低的光源功率级(568)。然后可测量经BP修改的图像的实际畸变(570)，并确定此实际畸变是否满足畸变标准(572)。如果实际畸变未满足畸变标准，则可调节估算过程(574)并重新估算降低的光源功率级(566)。如果实际畸变未满足畸变标准，则可显示选定图像(576)。然后可测量图像显示期间的功耗(578)，并将该功耗与功率预算限制作比较(580)。如果功耗满足功率预算限制，则可选择下一图像(584)(诸如后续的视频帧集合)，除非显示任务完成(582)，在该点处本过程将结束。如果选择了下一图像(584)，则该过程将返回点“B”，在点“B”处将为该图像估算降低的光源功率级(566)，而且该过程将与对第一图像一样地继续。

如果选定图像的功耗未满足功率预算限制(580)，则可如以上针对其它实施例所描述的那样修改畸变标准(586)，并将选择下一图像(584)。

改善的黑色电平实施例

本发明的某些实施例包括用于显示黑色电平改善的系统和方法。某些实施例使用指定背光级并产生照度匹配色阶，这二者都保持亮度并提高黑色电平。其它实施例包括背光调制算法，该算法在其设计中包括黑色电平改善。某些实施例可实现为上述实施例的扩展或修改。

改善的照度匹配(目标匹配的理想显示器)

以上方程7给出的照度匹配公式用于确定补偿背光减少的码值的线性缩放。这在功率减低至75％的试验中证实为有效。在具有图像相关背光调制的某些实施例中，背光对于暗帧可显著减少，例如低于10％。对于这些实施例，方程7中推导出的码值的线性缩放可能不适当，因为它会过量地提高暗值。虽然采用这些方法的实施例会复制降低功率显示器上的全功率输出，但这不能优化输出。因为全功率显示具有提高的黑色电平，所以对暗场景再现此输出不会获得较低背光功率设定情况下可能的降低黑色电平的好处。在这些实施例中，可修改匹配标准，而且可推导方程7中给出的结果的置换。在某些实施例中，理想显示的输出匹配。该理想显示可包括零黑色电平和与全功率显示相同的最大输出——白色电平＝W。该示例性理想显示对码值cv的响应可按照最大输出W、显示γ以及最大码值在方程22中表述。

方程22理想显示

在某些实施例中，示例性LCD可具有相同的最大输出W和γ，但具有非零的黑色电平B。该示例性LCD可利用以上针对全功率输出所描述的GOG模型来建模。对于小于100％的功率，输出随着相对背光功率而缩放。增益和偏移模型参数可通过最大输出W以及全功率显示的黑色电平B来确定，如方程23所示。

方程23全功率GOG模型

具有相对背光功率P的降低功率显示的输出可通过将全功率结果缩放相对功率来确定。

方程24实际LCD输出与功率和码值的关系

在这些实施例中，这些码值可被修改，以使理想和实际显示的输出尽可能相等。(如果理想输出不小于或大于在实际显示上的给定功率下可能的输出)

方程25用于匹配输出的标准

W \cdot {(\frac{x}{{cv}_{Max}})}^{γ} = P \cdot {((W^{\frac{1}{γ}} - B^{\frac{1}{γ}}) \cdot (\frac{\tilde{x}}{cvMax}) + B^{\frac{1}{γ}})}^{γ}

某些计算根据x、P、W、B求解

方程26用于匹配输出的码值关系

\cdot \tilde{x} = \frac{{(\frac{W}{P})}^{\frac{1}{γ}}}{(W^{\frac{1}{γ}} - B^{\frac{1}{γ}})} \cdot x - \frac{cvMax \cdot B^{\frac{1}{γ}}}{(W^{\frac{1}{γ}} - B^{\frac{1}{γ}})}

\cdot \tilde{x} = \frac{{(\frac{1}{P})}^{\frac{1}{γ}}}{(1 - {(\frac{B}{W})}^{\frac{1}{γ}})} \cdot x - \frac{cvMax}{({(\frac{W}{B})}^{\frac{1}{γ}} - 1)}

\tilde{x} = \frac{{(\frac{CR}{P})}^{\frac{1}{γ}}}{({(CR)}^{\frac{1}{γ}} - 1)} \cdot x - \frac{cvMax}{({(CR)}^{\frac{1}{γ}} - 1)}

这些实施例证实了用于匹配实际显示上的理想输出与非零黑色电平的码值关系的几种性质。在这种情况下，在高端

(\tilde{x} = cvMax)

和低端

(\tilde{x} = 0)

均有限幅。这些对应于方程27给出的x_低和x_高下的限幅输入。

方程27限幅点

这些结果与我们先前对其中显示器假定具有零黑色电平(即对比率无穷大)的其它实施例得出的结果相符。

背光调制算法

在这些实施例中，包括黑色电平考虑的照度匹配理论通过实现给定功率下的显示器与具有零黑色电平的基准显示器之间的匹配来用于确定背光调制算法。这些实施例使用照度匹配理论来确定当利用功率P来显示一图像时，该图像相比于在理想显示器上显示时应具有的畸变。背光调制算法可使用最大功率限制和最大畸变限制来选择产生低于指定最大畸变的畸变的最小功率。

功率畸变

在某些实施例中，给定黑色电平指定的目标显示器和全功率下的最大亮度以及要显示的图像，可计算在给定功率P下显示该图像时的畸变。通过将值限幅为大于有限功率显示器的亮度且通过将值限幅为低于理想基准的黑色电平，可在理想基准显示器上模仿该显示器的有限功率和非零黑色电平。图像的畸变可定义为原始图像码值与经限幅的码值之间的MSE，然而其它畸变测量结果可在某些实施例中使用。

具有通过方程27中引入的功率相关的码值限幅限制所定义的限幅的图像在方程28中给出。

方程28经限幅的图像

理想显示器与功率为P的显示器上的图像之间的畸变在像素域中成为

D (I, P) = \frac{1}{N} \cdot \underset{x, y, c}{Σ} \max_{c} {| I (x, y, c) - \tilde{I} (x, y, c, P) |}^{2}

观测到这能利用图像码值的直方图来进行计算。

D (I, P) = \underset{n, c}{Σ} \tilde{h} (n, c) \cdot \max_{c} {| (n - \tilde{I} (n, P)) |}^{2}

色阶函数的定义可用于推导该畸变测量结果的等效形式，如方程29中所示。

方程29畸变测量结果

该测量结果包括高码值和低码值处的限幅误差的加权和。可利用方程29的表达式为一图像构造功率/畸变曲线。图39是示出多个示例性图像的功率/畸变曲线的曲线图。图39示出了纯白图像的功率/畸变曲线图590、黄花的明亮特写的功率/畸变曲线图592、一群人的暗、低对比度图像的功率/畸变曲线图594、纯黑图像的功率/畸变曲线图596、以及波浪上的浪花的明亮图像的功率/畸变曲线图598。

如从图39可见，不同的图像可具有相当不同的功率/畸变关系。在极端情况下，黑色帧596在零背光功率下具有最小畸变，且该畸变随着功率增大至10％而急剧上升。反之，白色帧590在零背光下具有最大畸变，且该畸变稳定地衰减，直到在100％功率下迅速降低至零。明亮的浪花图像598示出了畸变随功率增大而稳定下降。其它两个图像592和594示出了中间功率级下的最小畸变。

本发明的某些实施例可包括如下工作的背光调制算法：

1.计算图像直方图

2.为图像计算功率畸变函数

3.计算畸变低于畸变限制情况下的最低功率

4.(可任选)基于所提供的功率上限和下限来限制选定功率

5.选择计算出的用于背光的功率

在关于图40和41所描述的某些实施例中，BL调制算法所选择的背光值604可被提供给BP算法并用于色阶设计。示出了平均功率602和畸变606。还示出了用于该实验的平均功率上限600。因为该平均功耗显著低于该上限，所以背光调制算法相比简单使用等于平均限制的固定功率而言使用更少功率。

平滑色阶函数的开发

在本发明的某些实施例中，平滑色阶函数包括两个设计方面。第一方面假定用于色阶的参数已给出，并确定满足那些参数的平滑色阶函数。第二方面包括用于选择设计参数的算法。

假定参数的色阶设计

方程26所定义的码值关系在限幅至有效范围[cvMin，cvMax]时具有斜率不连续性。在本发明的某些实施例中，在暗端处的平滑滚降可与方程7中在亮端处的平滑滚降相似地定义。这些实施例假定最大保真点(MFP)和最小保真点(LFP)二者，在这二者之间色阶与方程26相符。在某些实施例中，该色阶可被构造为连续，且在MFP和LFP二处均具有连续的一阶导数。在某些实施例中，该色阶可通过极点(ImageMinCV，cvMin)和(ImageMaxCV，cvMax)。在某些实施例中，该色阶可根据上端和下端处的仿射提高(affine boost)修改。此外，图像码值的限制可用于确定极点而不是使用固定限制。在此构造中有可能使用固定的限制，但在功率降低大的情况下可能出现问题。在某些实施例中，这些条件唯一地定义了如下推导出的分段的二次色阶。

条件：

方程30色阶定义

TS (x) = \{\begin{matrix} cvMin & cvMin \leq x \leq ImageMinCV \\ A \cdot {(x - LFP)}^{2} + B \cdot (x - LFP) + C & ImageMinCV < x < LFP \\ α \cdot x + β & LFP \leq x \leq MFP \\ D \cdot {(x - MFP)}^{2} + E \cdot (x - MFP) + F & MFP < x < ImageMaxCV \\ cvMax & ImageMaxCV \leq x \leq cvMax \end{matrix}

方程31色阶斜率

{TS}^{'} (x) = \{\begin{matrix} 2 \cdot A \cdot (x - LFP) + B & 0 < x < LFP \\ α & LFP \leq x \leq MFP \\ 2 \cdot D \cdot (x - MFP) + E & x > MFP \end{matrix}

对色阶及其一阶导数在LFP和MFP处的连续性的快速观测产生。

方程32色阶参数B、C、E、F的解

B＝α

C＝α·LFP+β

E＝α

F＝α·MFP+β

这些端点将常数A和D确定为：

方程33色阶参数A和D的解

A = \frac{cvMin - B \cdot (ImageMinCV - LFP) - C}{{(ImageMinCV - LFP)}^{2}}

D = \frac{cvMax - E \cdot (ImageMaxCV - MFP) - F}{{(ImageMaxCV - MFP)}^{2}}

在某些实施例中，这些关系在假定MFP/LFP和ImageMaxCV/ImageMinCV可用的情况下限定了色阶的平滑扩展。这保留了选择这些参数的需要。更多的实施例包括用于选择这些设计参数的方法和系统。

参数选择(MFP/LFP)

上述本发明的某些实施例和相关应用仅解决了ImageMaxCV等于255的情况下的MFP，使用了cvMax来代替引入这些实施例中的ImageMaxCV。之前描述的那些实施例在下端处具有由于基于全功率显示而不是理想显示的匹配而引起的线性色阶。在某些实施例中，MFP被选择成使平滑色阶在上限ImageMaxCV处具有斜率零。在数学上，MFP定义为：

方程34MFP选择标准

TS′(ImageMaxCV)＝0

2·D·(ImageMaxCV-MFP)+E＝0

该标准的解使MFP与上限幅点和最大码值相关：

方程35现有的MFP选择标准

MFP＝2·x_高-ImageMaxCV

MFP = 2 \cdot cvMax \cdot {(P)}^{\frac{1}{γ}} - ImageMaxCV

对于诸如P＝80％之类的适度功率降低，该现有MFP选择标准非常有效。对于大功率降低，这些实施例可基于前述实施例的结果进行改善。

在某些实施例中，我们选择了适用于大功率减少的MFP选择标准。在方程35中直接利用值ImageMaxCV会引起问题。在功率低的图像中，我们预期最大码值低。如果图像中的最大码值ImageMaxCV已知为小，则方程35给出MFP的合理值，但在某些情况下，ImageMaxCV未知或为大，这会导致不合理即负的MFP值。在某些实施例中，如果最大码值未知或太高，则可为ImageMaxCV选择替代值并应用于上述结果。

在某些实施例中，k可定义为限定MFP能具有的限幅值x_高的最小部分的参数。然后，k可用于确定通过方程35计算的MFP是否合理，即

方程36“合理”的MFP标准

MFP≥k·x_高

如果计算出的MFP不合理，则该MFP可被定义为最小合理值，而ImageMaxCV的必要值可被确定，方程37。然后MFP和ImageMaxCV的值可用于经由如上所述的步骤确定色阶。

方程37修正ImageMaxCV

MFP＝k·x_高

ImageMaxCV＝(2-k)·x_高

某些实施例的MFP选择的步骤可归纳如下：

1.利用ImageMaxCV(或如果不可用则利用CVMax)来计算候选MFP

2.利用方程36测试合理性

3.如果不合理，则基于限幅码值的部分k来定义MFP

4.利用方程37计算新的ImageMaxCV

5.利用MFP、ImageMaxCV以及功率来计算平滑色阶函数

可应用相似的技术来利用ImageMinCV和x_低在暗端选择LFP。

基于平滑色阶设计算法和自动参数选择的示例性色阶设计在图42-45中示出。图42和43示出了其中11％的背光功率级已被选择的示例性色阶设计。示出了对应于MFP 610和LFP 612之间的色阶设计的线性区的直线616。色阶设计614在高于MFP 610和低于LFP 612时离开直线616，但与LFP 612与MFP 610之间的直线616重合。图41是图42的色阶设计的暗区的放大图像。LFP 612清晰可见，而且色阶设计的下曲线620可以看出从线性扩展622离开。

图44和45示出了其中背光级已选定为最大功率的89％的示例性色阶设计。图44示出了与色阶设计的线性部分重合的直线634。直线634表示理想的显示器响应。色阶设计636在高于MFP 630和低于LFP 632时从理想线性显示器表示634离开636、638。图45示出了色阶设计636在低于LFP 640处的暗端的放大图，其中色阶设计642在该处离开理想显示器延伸644。

在本发明的某些实施例中，畸变计算可通过改变理想与实际显示图像之间的误差计算来进行修改。在某些实施例中，MSE可被畸变像素的和替代。在某些实施例中，上区和下区处的限幅误差可被不同地加权。

本发明的某些实施例可包括环境光传感器。如果环境光传感器可用，则该传感器可用于修改畸变度量，包括环绕照度和屏幕反射的影响。这可用于修改畸变度量从而修改背光调制算法。环境信息也可通过指示黑端处的相关感知限幅点以用于控制色阶设计。

色彩保持实施例

本发明的某些实施例包括用于保持色彩特性同时增强图像亮度的系统和方法。在某些实施例中，亮度保持包括将全功率色域(gamut solid)映射到降低功率显示器的较小色域中。在某些实施例中，不同的方法用于色彩保持。某些实施例保持色彩的色调/饱和，以交换照度提高的减少。

以上所述的某些非色彩保持实施例独立地处理各个色彩通道，从而在各个色彩通道上给出照度匹配。在那些非色彩保持实施例中，高度饱和或高亮的色彩在处理之后会变得不饱和和/或色调变化。色彩保持实施例解决这些色彩缺陷，但在某些情况下，会稍稍降低照度提高。

当低通和高通通道复合时，某些色彩保持实施例还可采用限幅操作。独立地限幅各个色彩通道也能导致色彩变化。在采用色彩保持限幅的实施例中，限幅操作可用于保持色调/饱和。在某些情况下，该色彩保持限幅可将限幅值的照度降低至低于其它非色彩保持实施例的照度。

本发明的某些实施例可参照图46进行描述。在这些实施例中，读取输入图像650，并确定指定像素位置的对应于不同色彩通道的码值(652)。在某些实施例中，输入图像可以是图像文件中记录有不同色彩通道信息的格式。在示例性实施例中，该图像可记录有红、绿以及该蓝(RGB)色彩通道。在其它实施例中，图像文件可记录成青色、品红、黄色以及黑色(CMYK)格式、Lab、YUV或另一形式。输入图像可以是包括诸如Lab之类的独立照度通道的格式，或诸如RGB之类的无独立照度通道的格式。当图像文件没有容易获得的独立色彩通道数据时，该图像文件可被转换成具有色彩通道数据的格式。

一旦确定了各个色彩通道的码值(652)，就可确定色彩通道码值中的最大码值(654)。然后可使用该最大码值来确定码值调节模型的参数(656)。可按照多种方式产生该码值调节模型。色阶调节曲线、增益函数或其它调节模型可在某些实施例中使用。在示例性实施例中，可使用响应于降低的背光功率设定而增强图像亮度的色阶调节曲线。在某些实施例中，该码值调节模型可包括如上关于其它实施例所述的色阶调节曲线。然后可将该码值调节曲线应用于色彩通道码值中的每一个(658)。在这些实施例中，应用码值调节曲线将导致同一增益值施加给各个色彩通道。一旦执行调节，该过程就将对图像中的各个像素继续(660)。

本发明的某些实施例可参照图47进行描述。在这些实施例中，读取输入图像(670)，并选择第一像素位置(672)。对选定像素位置确定第一色彩通道的码值(674)，并为选定像素位置确定第二色彩通道的码值(676)。然后分析这些码值，并基于码值选择标准选择这些码值中的一个(678)。在某些实施例中，可选择最大码值。然后可使用该选定的最大码值作为将产生模型的码值调节模型发生器的输入(680)。然后可将该模型应用于第一和第二色彩通道码值(682)，且对各个通道应用基本相等的增益。在某些实施例中，从调节模型获得的增益值可应用于所有色彩通道。然后可执行处理至下一像素(684)，直到整个图像被处理。

本发明的某些实施例可参照图48进行描述。在这些实施例中，将输入图像690输入该系统。然后对该图像滤波以产生第一频率范围图像(692)。在某些实施例中，这可以是低通图像或某其它频率范围的图像。还可产生第二频率范围图像(694)。在某些实施例中，可通过从输入图像中减去第一频率范围图像来产生第二频率范围图像。在某些实施例中，当第一频率范围图像是低通(LP)图像时，第二频率范围图像可以是高通(HP)图像。然后可针对一像素位置确定第一频率范围图像中的第一色彩通道的码值(696)，还可确定该像素位置处的第一频率范围图像中的第二色彩通道的码值(698)。然后通过比较码值或其特性来选择色彩通道码值中的一个(700)。在某些实施例中，可选择最大码值。然后可利用选定的码值作为输入来产生或访问调节模型(702)。这可产生可应用于第一色彩通道码值和第二色彩通道码值的增益乘数(704)。

本发明的某些实施例可参照图49进行描述。在这些实施例中，可将输入图像710输入可标识要调节的像素的像素选择器712。第一色彩通道码值读取器714可读取选定像素的第一色彩通道的码值。第二色彩通道码值读取器716也可读取选定像素位置处的第二色彩通道的码值。这些码值可在分析模块718中被分析，在该模块中这些码值之一将基于码值特性而被选定。在某些实施例中，可选择最大码值。然后该选定码值可被输入到可确定增益值或模型的模型发生器720或模型选择器。然后不论该码值是否被分析模块718选定，该增益或模型都可应用722至两个色彩通道码值。在某些实施例中，输入图像在应用模型时可被访问(728)。然后控制可传递回(726)像素选择器712以遍历图像中的其它像素。

本发明的某些实施例可参照图50进行描述。在这些实施例中，输入图像710可被输入到滤波器730以获得第一频率范围图像732和第二频率范围图像734。第一频率范围图像可被转换成允许访问不同色彩通道码值736。在某些实施例中，输入图像可允许访问色彩通道码值而无须任何转换。第一频率范围738的第一色彩通道的码值可被确定，且第一频率范围740的第二色彩通道的码值可被确定。

这些码值可被输入到码值特性分析器742，其可确定码值特性。然后码值选择器744可基于码值分析来选择码值之一。然后该选择可被输入到调节模型选择器或发生器746，其将基于码值选择来产生或选择增益值或增益映射。然后该增益值或映射可应用于被调节的像素处的两个色彩通道的第一频率范围码值。该过程可重复，直至整个第一频率范围图像已被调节(750)。增益映射也可应用(753)于第二频率范围图像734。在某些实施例中，恒定增益因子可应用于第二频率范围图像中的所有像素。在某些实施例中，第二频率范围图像可以是输入图像710的高通版本。经调节的第一频率范围图像750和经调节的第二频率范围图像753可相加或组合754以产生经调节的输出图像756。

本发明的某些实施例可参照图51进行描述。在这些实施例中，输入图像710可被发送至滤波器760或某些其它处理器，以将该图像分成多个频率范围图像。在某些实施例中，滤波器760可包括低通(LP)滤波器和处理器，该处理器用于从输入图像减去利用LP滤波器产生的LP图像以产生高通(HP)图像。滤波器模块760可输出两个或多个因频率而异的图像762、764，这两个图像各具有特定的频率范围。第一频率范围图像762可具有第一色彩通道766和第二色彩通道768的色彩通道数据。这些色彩通道的码值可被发送至码值特性评估器770和/或码值选择器772。该过程将产生色彩通道码值之一的选择。在某些实施例中，来自特定像素位置的色彩通道数据的最大码值将被选择。该选定码值可被传递至调节模式发生器774，这将产生码值调节模型。在某些实施例中，该调节模型可包括增益映射或增益值。然后该调节模型可应用(776)于待分析的像素的色彩通道码值中的每一个。该过程可对图像中的每个像素重复，从而产生第一频率范围的经调节的图像778。

第二频率范围图像764可任选地利用独立的增益函数765进行调节，以提高其码值。在某些实施例中，可不应用调节。在其它实施例中，恒定增益因子可应用于第二频率范围图像中的所有码值。该第二频率范围图像可与经调节的第一频率范围图像778组合以形成经调节的组合图像781。

在某些实施例中，调节模型应用于第一频率范围图像和/或增益函数应用于第二频率范围图像会引起某些图像码值超过显示器件或图像格式的范围。在这些情况下，这些码值可能需要被“限幅”至所需范围。在某些实施例中，可使用色彩保持限幅过程782。在这些实施例中，落在指定范围以外的码值可按照保持色彩值之间的关系的方式被限幅。在某些实施例中，可计算不大于最大所需范围值除以待分析像素的最大色彩通道码值的乘数。这将产生小于1且将“过大”码值减小至最大所需范围值的“增益”因子。该“增益”或限幅值可应用于所有色彩通道码值以保持该像素的色彩，同时将所有码值减小至小于或等于最大值或指定范围的值。应用该限幅过程产生经调节的输出图像784，该图像的所有码值在指定范围内，且保持这些码值的色彩关系。

本发明的某些实施例可关于图52进行描述。在这些实施例中，色彩保持限幅用于保持色彩关系，同时将码值限制至指定范围。在某些实施例中，组合的经调节图像792可对应于关于图51描述的组合的经调节图像781。在其它实施例中，组合的经调节图像792可以是具有需要被限幅至指定范围的码值的任何其它图像。

在这些实施例中，对于指定像素位置，第一色彩通道码值被确定(794)，且第二色彩通道码值被确定(796)。这些色彩通道码值794、796在码值特性评估器798中被评估以确定选择性码值特性并选择色彩通道码值。在某些实施例中，该选择性特性将是最大值，而且更高的码值将被选择作为调节发生器800的输入。选定码值可用作输入以产生限幅调节800。在某些实施例中，该调节将最大码值减小为指定范围内的值。然后该限幅调节可应用于所有色彩通道码值。在示例性实施例中，第一色彩通道和第二色彩通道的码值将被减小(802)同一因子，从而保持两个码值的比例。对图像中的所有像素应用该过程将产生码值落在指定范围内的输出图像804。

本发明的某些实施例可参照图53进行描述。在这些实施例中，方法通过基于最大色彩分量来操纵应用于所有三个色彩分量的增益而在RGB域中实现。在这些实施例中，输入图像810通过频率分割812处理。在示例性实施例中，低通(LP)滤波器814应用于该图像以产生LP图像820，该图像820然后从输入图像810中减去以产生高通(HP)图像826。在某些实施例中，空间5×5矩形滤波器可用作该LP滤波器。在LP图像820中的各个像素中，最大值或三个色彩通道(R、G和B)被选择(816)并输入至LP增益映射818，该增益映射选择适当的增益函数以应用于该特定像素的所有色彩通道值。在某些实施例中，值为[r，g，b]的像素处的增益可由通过max(r，g，b)索引的1维LUT确定。值x处的增益可从色度匹配色阶曲线的值推导而来，如上所述为值x除以x。

增益函数834也可应用于HP图像826。在某些实施例中，增益函数834可以是恒定增益因子。该经修改的HP图像与经调节的LP图像组合(830)以形成输出图像832。在某些实施例中，输出图像832可包括应用范围之外的码值。在这些实施例中，限幅过程可如上关于图51和52所描述地应用。

在如上所述的本发明的某些实施例中，LP图像的码值调节模型可被设计成使对于最大色彩分量低于例如最大保真点之类的参数的像素，增益补偿背光功率级的降低。低通增益在色域边界处以经处理的低通信号保持在色域内的方式平滑地滚降至1。

在某些实施例中，处理HP信号与处理低通信号的选择无关。在补偿降低背光功率的实施例中，HP信号可利用恒定增益处理，这将在功率降低时保持对比度。按照完全和降低的背光功率和显示γ的HP信号增益的公式在5中给出。在这些实施例中，HP对比度提高能可靠地抵抗噪声，因为该增益通常小，例如对于80％的功率降低和2.2的γ该增益为1.1。

在某些实施例中，处理LP信号和HP信号的结果被求和并限幅。限幅可应用于各个像素处的整个RGB样本向量，从而均等地缩放所有三个分量，以使最大分量被缩放至255。限幅在被提高的HP值与LP值相加超过255时出现，而且通常仅与具有高对比度的明亮信号相关。一般而言，LP信号被保证不超过色阶LUT构造规定的上限。该HP信号会在求和中引起限幅，但该HP信号的负值将永远不会限幅，从而即使限幅确实发生时也能保持某些对比度。

本发明的实施例可能尝试优化图像的亮度，或者他们可能尝试优化色彩保持或匹配，同时提高亮度。通常，在最大化照度或亮度时存在色偏的折衷。当防止色移时，通常亮度会变糟。本发明的某些实施例可能尝试通过形成应用于如方程38中所示的各个色彩分量的加权增益来平衡色移与亮度之间的折衷。

方程38加权增益

加权增益(cv_x，α)＝α·增益(cv_x)+(1-α)·增益(max(cv_R，cv_G，cv_B))

该加权增益在α为0下的最大照度匹配与α为1下的最小色彩缺陷之间变化。注意当所有码值低于MFP参数时，所有三个增益相等。

基于显示模型的畸变相关的实施例

术语“背光缩放”可指的是用于降低LCD背光同时修改发送至LCD的数据以补偿背光降低的技术。该技术的首要方面是选择背光级。本发明的实施例可利用背光调制来选择LCD中的背光照度级，以便节电或提高动态对比度。用于解决该问题的方法可分成图像相关和图像无关技术。图像相关技术可具有限制后续的背光补偿图像处理施加的限幅量的目的。

本发明的某些实施例可使用优化来选择背光级。给定一图像，优化例程可选择背光级以使会出现在假想基准显示器上的图像和会出现在实际显示器上的图像之间的畸变最小化。

以下术语可用于描述本发明的实施例的元件：

1.基准显示模型：基准显示模型可表示来自诸如LCD之类的显示器的期望输出。在某些实施例中，基准显示模型可建模具有零黑色电平的理想显示器或具有无限制的动态范围的显示器。

2.实际显示模型：实际显示器的输出的模型。在某些实施例中，实际显示器输出可对于不同的背光级建模，而且实际显示器可建模为具有非零的黑色电平。在某些实施例中，背光选择算法可取决于通过该参数的显示对比率。

3.亮度保持(BP)：处理原始图像以补偿降低的背光级。会出现在实际显示器上的图像是显示器模型在给定的背光级下的对变亮图像的输出。某些示例性情况为：

●无亮度保持：该未经处理的图像数据被发送至LCD面板。在这种情况下，背光选择算法仅改变背光，因此亮度未保持。

●线性提高亮度补偿。该图像利用简单的仿射变换进行处理以补偿背光降低。虽然该简单的亮度保持算法在实际用于背光补偿时会牺牲图像质量，但这是选择背光值的有效工具。

●色阶映射：使用可能包括线性和非线性分段的色阶映射来处理一图像。分段可用于限制限幅和增强对比度。

4.畸变度量显示模型和亮度保持算法可用于确定会出现在实际显示器上的图像。该输出与基准显示器上的图像之间的畸变然后可被计算出。在某些实施例中，该畸变可单独基于图像码值来进行计算。该畸变取决于误差度量的选择，在某些实施例中可使用均方误差。

5.优化标准。该畸变可根据不同限制被最小化。例如，在某些实施例中，可使用以下标准：

●最小化视频序列的各帧上的畸变

●根据平均背光限制最小化最大畸变

●根据平均背光限制最小化平均畸变

显示模型：

在本发明的某些实施例中，GoG模型可用于基准显示器模型和实际显示器模型二者。该模型可被修改以基于背光级缩放。在某些实施例中，基准显示器可被建模为具有零黑色电平和最大输出W的理想显示器。实际显示器可被建模为在全背光下具有同样的最大输出W和在全背光下的黑色电平B。对比率为W/B。当黑色电平为零时，该对比率为无限。这些模型可利用CV_Max在数学上表达以在以下方程中表示最大图像码值。

方程39基准(理想)显示输出的模型

对于在全背光级(即P＝1)下最大输出为W且最小输出为B的实际LCD，该输出被建模为随着相对背光级P而缩放。该对比度CR＝W/B与背光级无关。

方程40实际LCD的模型

B(P)＝P·B W(P)＝P·W

CR＝W/B

亮度保持

在该示例性实施例中，使用了基于简单提高和限幅的BP过程，其中该提高被选择成补偿可能的背光降低。以下推导示出了提供基准显示器与实际显示器在给定背光下的照度匹配的色阶修正。实际显示器的最大输出和黑色电平均随背光而缩放。我们注意到，实际显示器的输出被限制于低于缩放输出最大值且高于缩放黑色电平。这对应于将照度匹配色阶输出限幅至0和CV_max。

方程41用于匹配输出的标准

Y_理想(cv)＝Y_实际(P，cv′)

W \cdot {(\frac{cv}{{cv}_{Max}})}^{γ} = P \cdot {((W^{\frac{1}{γ}} - B^{\frac{1}{γ}}) \cdot (\frac{{cv}^{'}}{cvMax}) + B^{\frac{1}{γ}})}^{γ}

{cv}^{'} = \frac{cvMax}{(W^{\frac{1}{γ}} - B^{\frac{1}{γ}})} \cdot ({(\frac{W}{P} \cdot {(\frac{cv}{{cv}_{Max}})}^{γ})}^{\frac{1}{γ}} - B^{\frac{1}{γ}})

{cv}^{'} = \frac{1}{P^{\frac{1}{γ}} \cdot (1 - {(\frac{B}{W})}^{\frac{1}{γ}})} \cdot cv - {(\frac{B}{W})}^{\frac{1}{γ}} \cdot \frac{cvMax}{(1 - {(\frac{B}{W})}^{\frac{1}{γ}})}

对cv’的限幅限制表明对照度匹配范围的限幅限制。

方程42限幅限制

cv′≥0

\frac{1}{P^{\frac{1}{γ}} \cdot (1 - {(\frac{B}{W})}^{\frac{1}{γ}})} \cdot \cdot cv &GreaterEqual; {(\frac{B}{W})}^{\frac{1}{γ}} \cdot \frac{cvMax}{(1 - {(\frac{B}{W})}^{\frac{1}{γ}})}

cv &GreaterEqual; cvMax \cdot {(\frac{B}{W})}^{\frac{1}{γ}} \cdot P^{\frac{1}{γ}}

cv′≤cvMax

\frac{1}{P^{\frac{1}{γ}} \cdot (1 - {(\frac{B}{W})}^{\frac{1}{γ}})} \cdot cv - {(\frac{B}{W})}^{\frac{1}{γ}} \cdot \frac{cvMax}{(1 - {(\frac{B}{W})}^{\frac{1}{γ}})} \leq cvMax

cv \leq cvMax \cdot P^{\frac{1}{γ}}

方程43限幅点

该色阶提供高于最小值和低于最大值的码值的输出的匹配，其中最小值和最大值取决于相对背光功率P和实际显示对比度CR＝W/B。

畸变计算

在本发明的实施例中建立和使用的多个修改图像可参照图54进行描述。原始图像I 840在建立这些示例性修改图像中的每一个时可用作输入。在某些实施例中，原始输入图像840被处理842以产生理想输出Y_理想844。该理想图像处理器、基准显示器842可假定理想显示器具有零黑色电平。该输出Y_理想844可表示基准(理想)显示器上看到的原始图像840。在某些实施例中，假定给出了背光级，则可计算通过利用该背光级在实际LCD上表示图像而产生的畸变。

在某些实施例中，亮度保持846可用于根据图像I 840产生图像I’850。该图像I’850然后可连同选定背光级被发送至实际LCD处理器854。所得的输出标记为Y_实际858。

基准显示器模型可通过使用输入图像I^*852来模拟实际显示器的输出。

实际LCD 854的输出是使原始图像I 840通过照度匹配色阶函数846以获得图像I’850的结果。这可能未根据背光级精确再现基准输出。然而，实际显示输出可在基准显示器842上模拟。该图像I^*852表示发送至基准显示器842以模拟实际显示器输出、从而产生Y_模拟860的图像数据。图像I^*852通过将图像I 840限幅至以上关于方程43和其它定义的限幅点所确定的范围而产生。在某些实施例中，I^*可在数学上描述为：

方程44经限幅的图像

在某些实施例中，畸变可定义为基准显示器就图像I的输出与实际显示器就背光级P和图像I’的输出的差别。因为图像I^*在基准显示器上模拟了实际显示器的输出，所以基准与实际显示器之间的畸变等于均在基准显示器上的图像I与I^*之间的畸变。

方程45

D(Y_理想，Y_实际)＝D(Y_理想，Y_模拟)

因为两个图像均在基准显示器上，所以可测量图像数据之间的畸变而无需显示器输出。

方程46

D(Y_理想，Y_模拟)＝D(I，I^*)

图像畸变测量

以上分析示出了基准显示器上的图像I 840的表示与实际显示器上的表示之间的畸变等价于基准显示器上的图像I 840与I^*852之间的畸变。在某些实施例中，逐点畸变度量可用于定义图像之间的畸变。给定逐点畸变d，图像之间的畸变可通过将图像I和I^*之间的差异求和而计算得出。因为图像I^*模拟了照度匹配，所以误差由上限和下限处的限幅组成。在某些实施例中，标准化的图像直方图h(x)可用于定义图像畸变与背光功率之间的关系。

方程47

D (I, I^{*}) = \underset{x}{Σ} d (x, T * (x, P))

背光与畸变曲线

给定基准显示器、实际显示器、畸变定义以及图像，畸变可在背光级范围下计算出。当组合时，该畸变数据可形成背光与畸变曲线。背光与畸变曲线可利用样本帧、以及具有零黑色电平的理想显示模型、具有1000∶1对比率的实际LCD模型以及均方误差MSE误差度量示出，该样本帧是从暗壁橱向外看的视图的模糊图像。图55是该示例性图像的图像码值的直方图的曲线图。

在某些实施例中，该畸变曲线可通过利用直方图计算背光值范围上的畸变来计算得出。图56是对应于图55的直方图的示例性畸变曲线的曲线图。对于此示例性图像，在低背光值下，亮度保持不能有效地补偿降低的背光，从而导致畸变880的急剧增加。在高背光级下，受限的对比率致使黑色电平相比于理想显示器被升高882。最小畸变范围存在，而且在某些实施例中，给出该最小畸变884的最低背光值可由最小畸变算法选择。

优化算法

在某些实施例中，诸如图56中所示的畸变曲线之类的畸变曲线可用于选择背光值。在某些实施例中，可选择各帧的最小畸变功率。在某些实施例中，当最小畸变值不唯一时，可选择给出最小畸变的最低功率884。将此优化应用于简短DVD剪辑的结果在图57中示出，图57绘制了选定背光功率与视频帧数之间的关系。在这种情况下，平均选定背光890约为50％。

图像相关性

为示出了本发明的某些实施例的图像相关本质，选择了具有变化内容的示例性测试图像，而且针对背光值范围计算了这些图像中的畸变。图39是这些示例性图像的背光与畸变曲线的曲线图。图39包括以下的曲线图：图像A 596即全黑图像、图像B 590即全白图像、图像C 594即非常模糊的一组人的照片、以及图像D 598即波浪上的浪花的亮图。

注意，该曲线的形状主要取决于图像内容。期望背光级使亮度损失引起的畸变与黑色电平升高引起的畸变相平衡。该黑色图像596在低背光下具有最小畸变。白色图像590在全背光下具有最小畸变。模糊图像594在使用有限对比率作为升高的黑色电平与亮度降低之间的有效平衡的中间背光级下具有最小畸变。

对比率

显示对比率可进入实际显示器的定义中。图58示出了为实际显示器的不同对比度确定的最小MSE畸变背光。注意，在1∶1的对比率限制900下，最小畸变背光取决于图像平均信号电平(ASL)。在无限对比率的相对极值处(零黑色电平)，最小畸变背光取决于图像最大值902。

在本发明的某些实施例中，基准显示器模型可包括具有理想的零黑色电平的显示模型。在某些实施例中，基准显示器模型可包括可视亮度模型选择的基准显示器，并且在某些实施例中，基准显示器模型可包括环境光传感器。

在本发明的某些实施例中，实际显示器模型可包括具有有限黑色电平的透射型GoG模型。在某些实施例中，实际显示器模型可包括用于透射反射型显示器的模型，其中输出被建模为取决于环境光和显示器的反射部分二者。

在本发明的某些实施例中，背光选择过程中的亮度保持(BP)可包括具有限幅的线性提高。在其它实施例中，背光选择过程可包括具有平滑滚降的色阶运算符和/或双通道BP算法。

在本发明的某些实施例中，畸变度量可包括作为逐点度量的图像码值中的均方误差(MSE)。在某些实施例中，该畸变度量可包括逐点误差度量，其包括绝对差值之和、多个限幅像素和/或基于直方图的百分点度量。

在本发明的某些实施例中，优化标准可包括选择使各帧中的畸变最小化的背光级。在某些实施例中，优化标准可包括使最大畸变最小化或使平均畸变最小化的平均功率限制。

LCD动态对比度实施例

液晶显示器(LCD)通常遭受有限的对比率。例如，显示器的黑色电平会因为背光泄漏或其它问题而被提高，这会引起黑区看起来为灰色而不是黑色。背光调制通过降低背光级和相关联的泄漏、从而降低黑色电平可减轻这个问题。然而，在无补偿的情况下使用这种技术将会产生降低显示器亮度的非期望效果。图像补偿可用于恢复由背光变暗引起的显示器亮度损失。补偿通常被限制为恢复全功率显示器的亮度。

上述的本发明的某些实施例包括着重于节电的背光调制。在那些实施例中，其目的是在较低背光级下重现全功率输出。这可通过同时使背光变暗并使图像变亮来实现。黑色电平或动态对比度的提高在那些实施例中是受欢迎的副作用。在这些实施例中，其目的是实现图像质量改善。某些实施例可能产生以下图像质量改善：

1.由于降低的背光引起的较低黑色电平，

2.由于降低背光引起的降低泄漏导致的暗色饱和改善

3.如果使用了强于背光降低的补偿，则亮度提高

4.动态对比度提高，即一个序列的亮帧中的最大值除以暗帧中的最小值提高

5.暗帧中的帧内对比度。

本发明的某些实施例可经由两种基本技术来实现这些好处中的一个或多个：背光选择和图像补偿。一个挑战是避免视频中的闪烁缺陷，因为背光和经补偿的图像在亮度上将变化。本发明的某些实施例可使用目的色调曲线来降低闪烁的概率。在某些实施例中，目标曲线可能具有超过面板对比率的对比率(在背光固定时)。目标曲线可用于两个目的。首先，目标曲线可用于选择背光。其次，目标曲线可用于确定图像补偿。目标曲线影响上述的图像质量方面。目标曲线可从全背光亮度下的峰值显示值扩展至最低背光亮度下的最小显示值。因此，目标曲线将扩展至低于全背光亮度下实现的典型显示值的范围。

在某些实施例中，背光照度或亮度级的选择可对应于目标曲线的区间的选择，该区间对应于原始面板对比率。该区间随着背光变化而移动。在全背光下，目标曲线的暗区不能在面板上表示。在低背光下，目标曲线的亮区不能在面板上表示。在某些实施例中，为了确定背光，给出面板色调曲线、目标色调曲线以及要显示的图像。背光级可被选择成使选定背光下的面板的对比度范围几乎匹配目标色调曲线下的图像值范围。

在某些实施例中，图像可被修改或补偿，以使显示器输出尽可能多地落在目标曲线上。如果背光太高，则目标曲线的暗区不能实现。同样，如果背光太低，则目标曲线的亮区不能实现。在某些实施例中，通过使用用于补偿的固定目标，可使闪烁最小化。在这些实施例中，背光亮度和图像补偿二者都变化，但显示输出逼近固定的目标色调曲线。

在某些实施例中，目标色调曲线可概括以上列出的一个或多个图像质量改善。背光选择和图像补偿两者可通过该目标色调曲线来控制。可执行背光亮度选择以“最优地”表示图像。在某些实施例中，上述基于畸变的背光选择算法可与指定的目标色调曲线和面板色调曲线一起应用。

在某些示例性实施例中，增益偏移γ杂光(GOGF)模型可用于如方程49所示的色阶曲线。在某些实施例中，γ值可取2.2，而偏移值可取零，从而剩下两个参数增益和杂光。面板和目标色调曲线可指定这两个参数。在某些实施例中，增益确定最大亮度，而对比率确定添加的杂光项。

方程48色调曲线模型

T (c) = M \cdot ((1 - \frac{1}{CR}) \cdot c^{γ} + \frac{1}{CR})

其中CR是显示器的对比率，M是最大面板输出，c是图像码值，T是色调曲线值，以及γ是γ值。

为实现动态对比度改善，目标色调曲线与面板色调曲线不同。在最简单的应用中，目标的对比率CR大于面板的对比率。示例性的面板色调曲线在方程49中示出，

方程49示例性面板色调曲线

示例性的目标色调曲线在方程50中示出，

方程50示例性目标色调曲线

其中CR是目标的对比率，M是最大目标输出(例如全背光亮度下的最大面板输出)，c是图像码值，T是色调曲线值，以及γ是γ值。

某些示例性色调曲线的方面可关于图60进行描述。图59是水平轴上的码值和垂直轴上的相对照度的对数—对数曲线图。其中示出了三个色调曲线：面板色调曲线1000、目标色调曲线1001以及幂律曲线1002。面板色调曲线1000从面板黑点1003延伸至最大面板值105。目标色调曲线从目标黑点1004延伸至最大目标/面板值1005。目标黑点1004低于面板黑点1003，因为它受益于较低的背光亮度，然而，因为背光对于任何给定帧可能仅具有一个亮度级，所以目标色调曲线的全范围对于单个图像不能被充分利用，因此当背光亮度降低至获得较低目标黑点1004时，最大目标/面板值1005不能实现。本方面的实施例选择最适合正在显示的图像和期望性能目标的目标色调曲线的范围。

可产生多个目标色调曲线以实现不同的优先级。例如，如果节电是主要目标，则用于该目标曲线的M和CR的值可被设定成等于面板色调曲线中的相应值。在该节电实施例中，目标色调曲线等于原始面板色调曲线。当所显示的图像与全功率下的显示除范围上端之外实际上相同(这在较低背光设定下无法实现)，则将背光调制用于节电。

示例性节电色调曲线在图60中示出。在这些实施例中，面板和目标色调曲线相同1010。背光亮度降低，从而可能实现较低的可能目标曲线1011，然而该可能未用于这些实施例。替代地，该图像通过图像码值补偿被加亮以匹配面板色调曲线1010。当这不可能实现时，在降低背光以节电而引起的面板限制1013下，可圆整补偿1012以避免限幅缺陷。该圆整可根据以上关于其它实施例所述的方法来实现。在某些实施例中，限幅可被允许，或者因为图像中的动态范围有限而可能不出现。在那些情况下，圆整1012可能不是必须的，而且目标色调曲线在范围1014的顶端处可能简单地遵循面板色调曲线。

在另一示例性实施例中，当较低的黑色电平是主要目的时，用于目标曲线的M值可被设定成等于面板色调曲线中的相应值，但用于目标曲线的CR值可被设定成等于面板色调曲线中的相应值的4倍。在这些实施例中，目标色调曲线被选择成降低黑色电平。显示亮度相对于全功率显示而言未变。目标色调曲线具有与面板相同的最大值M，但具有更高的对比率。在上述示例中，对比率是原始面板对比率的4倍。或者，目标色调曲线可包括在其范围顶端处的圆整曲线。可推测该背光可被4∶1的因子调制。

使黑色电平降低优先化的某些实施例可关于图61进行描述。在这些实施例中，利用方程49如上所述地计算面板色调曲线1020。还针对降低的背光亮度级和较高的对比率计算目标色调曲线1021。在该范围的顶端，目标色调曲线1024可沿着面板色调曲线延伸。或者，目标色调曲线可采用圆整曲线1023，该圆整曲线1023可减少对于降低的背光级的显示限制1022附近的限幅。

在另一示例性实施例中，当较亮的图像是主要目的时，用于目标曲线的M值可被设定成等于面板色调曲线中的相应值的1.2倍，但用于目标曲线的CR值可被设定成等于面板色调曲线中的相应值。目标色调曲线被选择成提高亮度，从而保持相同的对比率。(注意黑色电平被提高。)该目标最大值M大于面板最大值。图像补偿将用于加亮该图像以实现该加亮。

使图像亮度优先化的某些实施例可关于图62进行描述。在这些实施例中，面板色调曲线和目标色调曲线在范围的下端1030附近基本相似。然而，在该区域之上，面板色调曲线1032遵循典型的路径到达最大显示输出1033。然而，该目标色调曲线遵循提高的路径1031，该路径在该区域中提供更亮的图像码值。向着该范围的顶端，目标曲线1031可包括圆整曲线1035，该圆整曲线将目标曲线圆整至点1033，限制器在该点处由于背光级降低而不再遵循目标曲线。

在另一示例性实施例中，当具有较低的黑色电平和较亮的中值范围的增强图像是主要目的时，用于目标曲线的M值可被设定成等于面板色调曲线中的相应值的1.2倍，而用于目标曲线的CR值可被设定成等于面板色调曲线中的相应值的4倍。该目标色调曲线被选择成既提高亮度又降低黑色电平。该目标最大值大于面板最大值M，而对比率也大于面板对比率。该目标色调曲线会影响背光级选择和图像补偿二者。该背光在暗帧中将被降低，以实现目标的黑色电平降低。图像补偿甚至可在全背光下使用，以实现亮度提高。

使图像亮度优先化且黑色电平降低的某些实施例可关于图63进行描述。在这些实施例中，例如利用方程49如上所述地计算面板色调曲线1040。然而，还计算目标色调曲线1041，该目标色调曲线1041可在较低的黑色点1045处开始，以解决降低的背光级。目标色调曲线1041还可遵循提高的路径，以使色阶的中值范围和上值范围中的图像码值变亮。因为背光级降低的该显示器不能达到最大目标值1042或甚至最大面板值1043，所以可采用圆整曲线1044。该圆整曲线1044可终止最大减少背光面板值1046处的目标色调曲线1041。关于以上其它实施例所描述的多种方法可用于确定圆整曲线特性。

本发明的某些实施例可关于图64进行描述。在这些实施例中，可计算多个目标色调曲线，并基于图像特性、性能目的或某些其他标准从计算得出的曲线集合中作出选择。在这些实施例中，面板色调曲线1127可针对提高的背光级1120下的全背光亮度情况产生。也可产生目标色调曲线1128和1129。这些目标色调曲线1128和1129包括黑色电平转变区1122，其中曲线转变至诸如黑色电平点1121之类的黑色电平点。这些曲线还包括其中来自任一目标色调曲线的输入点映射至相同输出点的公共区。在某些实施例中，这些目标色调曲线还可包括亮度圆整曲线1126，其中曲线圆整至诸如以上针对其他实施例所描述的最大亮度级1125。曲线可基于图像特性从目标色调曲线的该集合中选择。例如而非限制，具有许多极暗像素的图像可从较低的黑色电平和曲线1128中获益，而且可针对图像选择变暗的背光级和更低的黑色电平。具有许多亮像素值的图像可影响曲线1127以及更高的最大亮度1124的选择。视频序列的各个帧可影响不同目标色调曲线的选择。如果未受管理，则使用不同的色调曲线会引起该序列中的闪烁和不希望有的缺陷。然而，这些实施例的所有目标色调曲线所共用的公共区1123用于稳定时间影响并减少闪烁和类似缺陷。

本发明的某些实施例可关于图65进行描述。在这些实施例中，可产生诸如目标色调曲线1105之类的目标色调曲线的集合。这些目标色调曲线可包括不同的黑色电平转变区1102，它们可对应于不同的背光亮度级。目标色调曲线的该集合还包括增强的公共区1101，在该公共区中该集合中的所有曲线共用同一映射。在某些实施例中，这些曲线还可包括从公共区转变至最大亮度级的亮度圆整曲线1103。在示例性增强目标色调曲线1109中，该曲线可在黑色电平点1105处开始并转变至增强公共区1101，然后该曲线可利用圆整曲线从增强公共区转变至最大亮度级1106。在某些实施例中，亮度圆整曲线可能不存在。这些实施例与参照图65描述的那些实施例的不同之处在于，公共区在面板色调曲线之上。这将输入像素值映射至更高的输出值，从而加亮所显示的图像。在某些实施例中，可产生一组增强目标色调曲线，并将它们选择性地用于图像序列的多个帧。这些实施例共用公共区，以用于减少闪烁或类似的缺陷。在某些实施例中，可计算并存储目标色调曲线的集合和增强目标色调曲线的集合，以根据图像特性和/或性能目标来选择性使用。

本发明的某些实施例可关于图66进行描述。在图66的方法中，确定目标色调曲线参数(1050)。在某些实施例中，这些参数可包括最大目标面板输出、目标对比率和/或目标面板γ值。其他参数也可用于定义可用于调节或补偿图像以产生性能目的的目标色调曲线。

在这些实施例中，还可计算面板色调曲线(1051)。示出了面板色调曲线，以示出典型的面板输出与面板色调曲线之间的差别。面板色调曲线1051涉及要用于显示的显示面板特性且可用于产生基准图像，可根据该基准图像进行误差或畸变测量。该曲线1051可基于给定显示器的最大面板输出M和面板对比率CR来进行计算。在某些实施例中，该曲线可基于最大面板输出M、面板对比率CR、面板γ值γ、以及图像码值c。

可计算一个或多个目标色调曲线(TTC)(1052)。在某些实施例中，可计算一系列TTC，其中该系列的各个成员基于不同的背光级。在其他实施例中，其他参数可不同。在某些实施例中，可利用最大目标输出M和目标对比率CR来计算目标色调曲线。在某些实施例中，该目标曲线可基于最大目标输出M、目标对比率CR、显示γ值γ、以及图像码值c。在某些实施例中，目标色调曲线可表示对图像的期望修改。例如，目标色调曲线可表示更低黑色电平、更亮的图像区、经补偿区和/或圆整曲线中的一个或多个。目标色调曲线可表示为查找表(LUT)、可经由硬件或软件计算、或可通过其他手段表示。

可确定背光亮度级(1053)。在某些实施例中，该背光级选择可受诸如节电之类的性能目的、黑色电平标准或其他目的影响。在某些实施例中，可确定背光级，以使经处理或增强的图像与假想基准显示器上显示的原始图像之间的畸变或误差最小化。当图像值主要非常暗时，更低的背光级可能最适合于图像显示。当图像值主要为亮时，较高的背光级可以是图像显示的最佳选择。在某些实施例中，利用该面板色调曲线处理的图像可与利用多个TTC处理的图像比较，以确定适当的TTC和相应的背光级。

在本发明的某些实施例中，在背光选择和图像补偿选择方法中，还可考虑特定的性能目的。例如，当节电已被确认为性能目的时，较低的背光级可能具有高于图像特性优化的优先级。反之，当图像亮度是性能目的时，更低的背光级可能具有更低的优先级。

可选择背光级(1053)以使一图像相对于目标色调曲线、假想基准显示或某些其他标准的误差或畸变最小化。在某些实施例中，2006年7月28日提交的题为“用于畸变相关源光管理的方法和系统(Methods and Systemsfor Distortion-Related Source Light Management)”的美国专利申请11/460,768可用于选择背光级和补偿方法，该专利申请通过引用结合于此。

在目标色调曲线计算之后，可利用目标色调曲线调节或补偿图像(1054)，以实现性能目的或补偿降低的背光级。该调节或补偿可参照目标色调曲线来执行。

在背光选择1053和补偿或调节1054之后，经调节或补偿的图像可利用选定的背光级1055进行显示。

本发明的某些实施例可参照图67进行描述。在这些实施例中，建立图像增强或处理目的(1060)。该目的可包括节电、较低的黑色电平、图像加亮、色阶调节或其他处理或增强目的。基于处理或增强目的，可选择目标色调曲线参数(1061)。在某些实施例中，参数选择可自动化，且基于增强或处理目的。在某些示例性实施例中，这些参数可包括最大目标输出M和目标对比率CR。在某些示例性实施例中，这些参数可包括最大目标输出M、目标对比率CR、显示γ值γ、以及图像码值c。

可基于选定的目标色调曲线参数来计算目标色调曲线(TTC)(1062)。在某些实施例中，可计算TTC的集合。在某些实施例中，该集合可包括对应于变化背光级的曲线，但具有共同的TTC参数。在其他实施例中，其他参数可不同。

可选择背光亮度级(1063)。在某些实施例中，可参照图像特性选择背光级。在某些实施例中，可基于性能目的选择该背光级。在某些实施例中，可基于性能目的和图像特性选择该背光级。在某些实施例中，可通过选择与性能目的或误差标准匹配的TTC并利用对应于该TTC的背光级来选择该背光级。

一旦选择了背光级(1063)，即通过关联来选择对应于该级的目标色调曲线。现在可利用该目标色调曲线调节、增强或补偿该图像(1064)。然后可利用选定的背光级将经调节的图像显示在显示器上(1065)。

本发明的某些实施例可参照图68进行描述。在这些实施例中，标识图像显示性能目的(1070)。这可通过用户直接选择性能目的的用户界面来实现。这还可通过用户查询来实现，藉此用户标识产生性能目的的优先级。性能目的还可基于图像分析、显示器件特性、器件使用历史或其他信息来确定。

基于性能目的，可自动选择或产生目标色调曲线参数(1071)。在某些示例性实施例中，这些参数可包括最大目标输出M和目标对比率CR。在某些示例性实施例中，这些参数可包括最大目标输出M、目标对比率CR、显示γ值γ、以及图像码值c。

可根据目标色调曲线参数产生一个或多个目标色调曲线(1072)。目标色调曲线可表示为方程、一系列方程、表格(例如LUT)或某些其他形式。

在某些实施例中，各个TTC将对应于背光级。可通过寻找满足标准的相应TTC来选择背光级(1073)。在某些实施例中，可通过其他方法进行背光选择。如果与TTC无关地选择了背光，则还可选择对应于该背光级的TTC。

一旦选择了最终TTC(1073)，就可将它应用于图像以增强、补偿或者以其它方式处理该图像以供显示(1074)。然后可显示该经过处理的图像(1075)。

本发明的某些实施例可参照图69进行描述。在这些实施例中，标识图像显示性能目的(1080)。这可通过用户直接选择性能目的的用户界面来实现。这还可通过用户查询来实现，藉此用户标识产生性能目的的优先级。性能目的还可基于图像分析、显示器件特性、器件使用历史或其他信息来标识。还可执行图像分析来标识图像特性(1081)。

基于性能目的，可自动选择或产生目标色调曲线参数(1082)。还可选择可直接识别或经由最大显示输出值和对比率暗示的背光级。在某些示例性实施例中，这些参数可包括最大目标输出M和目标对比率CR。在某些示例性实施例中，这些参数可包括最大目标输出M、目标对比率CR、显示γ值γ、以及图像码值c。

可根据该目标色调曲线参数产生目标色调曲线(1083)。目标色调曲线可表示为方程、一系列方程、表格(例如LUT)或某些其他形式。一旦该曲线产生(1083)，就可将它应用于图像以增强、补偿或者处理该图像以供显示(1084)。然后可显示该经过处理的图像(1085)。

色彩增强和亮度增强

本发明的某些实施例包括色彩增强和亮度增强或保持。在这些实施例中，可修改特定的色彩值、范围或区域以增强色彩方面以及亮度增强或保持。在某些实施例中，这些修改或增强可在图像的低通(LP)版本上执行。在某些实施例中，可使用特定的色彩增强过程。

本发明的某些实施例可参照图70进行描述。在这些实施例中，可利用低通(LP)滤波器对图像1130滤波(1131)以产生LP图像1125。该LP图像1125可从原始图像减去(1134)或以其它方式与原始图像1130组合以产生高通(HP)图像1135。然后可利用诸如亮度保持(BP)过程之类的色阶过程1133或用于增强图像特性的类似过程处理该LP图像，从而补偿降低的背光级或如上关于其他实施例所述地以其它方式修改LP图像1125。然后所得的经处理的LP图像可与HP图像1135组合以产生色阶增强的图像，然后可利用位深扩展(BDE)过程1139处理该图像。在BDE过程1139中，特别设计的噪声图案或高频脉动图案可应用于该图像，以降低对来自降低图像位深的后续处理的轮廓化缺陷的敏感性。某些实施例可包括如2004年2月9日提交的Scott J.Daly和Xiao-Fan Feng发明的题为“用于自适应高频脉动结构的方法和系统(Methods and Systems for Adaptive DitherStructures)”的美国专利申请No.10/775,012中所述的BDE过程，所述申请通过引用结合于此。某些实施例可包括如2003年8月22日提交的Xiao-Fan Feng和Scott J.Daly发明的题为“用于高频脉动结构产生和应用的方法和系统(Systems and Methods for Dither Structure Creation andApplication)”的美国专利申请No.10/645,952中所述的BDE过程，所述申请通过引用结合于此。某些实施例可包括如2003年9月30日提交的Xiao-Fan Feng和Scott J.Daly发明的题为“用于多维高频脉动结构产生和应用的方法和系统(Systems and Methods for Multi-Dimensional DitherStructure Creation and Application)”的美国专利申请No.10/676,891中所述的BDE过程，所述申请通过引用结合于此。然后所得的BDE增强的图像1129可被显示或进一步处理。该BDE增强的图像1129在其位深降低时将不太可能呈现以上通过引用结合的那些申请中所说明的轮廓化缺陷。

本发明的某些实施例可参照图71进行描述。在这些实施例中，可对图像1130低通(LP)滤波(1131)以产生图像的LP版本。该LP版本可被发送至色彩增强模块1132以供处理。该色彩增强模块1132可包括色彩检测函数、色彩映射细化函数、色彩区处理函数以及其他函数。在某些实施例中，色彩增强模块1132可包括肤色检测函数、肤色映射细化函数、肤色区处理以及非肤色区处理。色彩增强模块1132中的函数可为图像元素产生经修改的色彩值，诸如像素强度值。

在色彩修改之后，色彩经修改的LP图像可被发送至亮度保持或亮度增强模块1133。该模块1133类似于上述的许多实施例，在上述实施例中，图像值利用色阶曲线或类似的方法被调节或修改以提高亮度特性。在某些实施例中，该色阶曲线可与源光或背光级相关。在某些实施例中，该色阶曲线可补偿降低的背光级。在某些实施例中，该色阶曲线可与任何背光级无关地加亮该图像或以其它方式修改该图像。

然后该色彩增强、亮度增强的图像可与图像的高通(HP)版本组合。在某些实施例中，该图像的HP版本可通过从原始图像1130减去LP版本创建(1134)，从而得到图像的HP版本1135。色彩增强、亮度增强的图像与图像的HP版本1135的组合1137产生增强图像1138。

本发明的某些实施例可包括图像相关的背光选择和/或用于HP图像的独立增益过程。这两个附加元件是无关的、可分离的元件，但将关于包括如图72所示的两个元件的实施例进行描述。在该示例性实施例中，图像1130可被输入至滤波器模块1131，在该模块处可产生LP图像1145。。然后可从原始图像1130中减去LP图像1145以产生HP图像1135。该LP图像1145也可被发送至色彩增强模块1132。在某些实施例中，原始图像1130还可被发送至背光选择模块1140，以用于确定背光亮度级。

该色彩增强模块1132可包括色彩检测函数、色彩映射细化函数、色彩区处理函数以及其他函数。在某些实施例中，色彩增强模块1132可包括肤色检测函数、肤色映射细化函数、肤色区处理以及非肤色区处理。色彩增强模块1132中的函数可为图像元素产生经修改的色彩值，诸如像素强度值。

亮度保持(BP)或亮度增强色阶模块1141可接收LP图像1145以利用色阶操作进行处理。该色阶操作可取决于从背光选择模块1140接收的背光选择信息。当利用该色阶操作实现亮度保持时，背光选择信息在确定色阶曲线时有用。当仅执行亮度增强而未进行背光补偿时，可能不需要背光选择信息。

HP图像1135还可利用以上针对类似实施例所描述的方法在HP增益模块1136中处理。HP增益模块中的增益处理将产生经修改的HP图像1147。色阶模块1141中的色阶处理所得到的经修改的LP图像1146然后可与经修改的HP图像1147组合(1142)以产生增强的图像1143。

增强图像1143可利用背光1144的背光调制在显示器上显示，该背光1144已经从背光选择模块1140接收背光选择数据。因此，图像可利用降低或以其它方式调制的背光设定、但利用补偿背光调制的修改的图像值来显示。同样，包括LP色阶处理和HP增益处理的亮度增强的图像可利用全背光亮度进行显示。

本发明的某些实施例可参照图73进行描述。在这些实施例中，原始图像1130被输入滤波器模块1150，其可产生LP图像1155。在某些实施例中，滤波器模块还可产生直方图1151。LP图像1155可被发送至色彩增强模块1156以及减法处理1157，其中将从原始图像1130中减去LP图像1155以形成HP图像1158。在某些实施例中，HP图像1158还可经过取芯(coring)处理1159，其中某些高频部分从HP图像1158中去除。该取芯过程将产生带芯的HP图像1160，然后可利用增益映射1162处理(1161)该图像1160，以实现如上针对其他实施例所述的亮度保持、增强或其他处理。该增益映射过程1161将导致增益映射的HP图像1168。

发送至色彩增强模块1156的LP图像1155可利用色彩检测函数、色彩映射细化函数、色彩区处理函数以及其他函数在该色彩增强模块中处理。在某些实施例中，色彩增强模块1156可包括肤色检测函数、肤色映射细化函数、肤色区处理以及非肤色区处理。色彩增强模块1156中的函数可为图像元素产生诸如像素强度值之类的修改色彩值，这些修改色彩值可被记录为色彩增强的LP图像1169。

该色彩增强的LP图像1169然后可在BP色阶或增强色阶模块1163中处理。亮度保持(BP)或亮度增强色阶模块1163可接收彩色增强的LP图像1169以利用色阶操作进行处理。该色阶操作可取决于从背光选择模块1154接收的背光选择信息。当利用该色阶操作实现亮度保持时，背光选择信息在确定色阶曲线时有用。当仅执行亮度增强而未进行背光补偿时，可能不需要背光选择信息。在色阶模块1163中执行的色阶操作可取决于图像特性、应用的性能目的或与背光信息无关的其他参数。

在某些实施例中，图像直方图1151可被延迟(1152)，以允许色彩增强1156和色阶1163模块执行它们的功能的时间。在这些实施例中，经延迟的直方图1153可用于影响背光选择1154。在某些实施例中，来自前一帧的直方图可用于影响背光选择1154。在某些实施例中，来自当前帧的前两帧的直方图可用于影响背光选择1154。一旦执行了背光选择，背光选择数据就可为色阶模块1163所用。

一旦色彩增强的LP图像1169通过色阶模块1163处理，所得的色彩增强、亮度增强的LP图像1176就可与增益映射的HP图像1168组合(1164)。在某些实施例中，该过程1164可以是加法过程。在某些实施例中，源自该组合过程1164的增强图像1177将是图像显示的最终结果。该组合的增强图像1177可利用经过从背光选择模块1154接收的背光设定调制的背光1166显示在显示器上。

本发明的某些色彩增强模块可参照图74进行描述。在这些实施例中，LP图像1170可被输入至色彩增强模块1171。在色彩增强模块1171中，多个处理可应用于LP图像1170。肤色检测处理1172可应用于LP图像1170。肤色检测处理1172可包括基于像素色彩对LP图像1170中的各个像素的色彩的分析和肤色可能值的分配。该处理可产生肤色可能性映射。在某些实施例中，查找表(LUT)可用于确定色彩是肤色的可能性。其他方法也可用于确定肤色可能性。某些实施例可包括以上所述和通过引用结合于此的其他申请中所述的肤色检测方法。

所得的肤色可能性映射可通过肤色映射细化处理1173进行处理。该LP图像1170还可被输入至该细化处理1173或由该处理访问。在某些实施例中，该细化处理1173可包括图像驱动的非线性低通滤波器。在某些实施例中，该细化处理1173可包括平均处理，该平均处理在相应的图像色彩值处于到相邻像素的色彩值的特定色彩空间距离内时且在图像像素和相邻的像素在特定的空间距离内时应用于肤色映射值。通过该处理修改或细化的肤色映射然后可用于标识LP图像中的肤色区。肤色区外部的区域也可标识为非肤色区。

在色彩增强模块1171中，通过仅对于肤色区应用色彩修改处理1174，LP图像1170然后可不同地处理。在某些实施例中，色彩修改处理1174仅可应用于非肤色区。在某些实施例中，第一色彩修改处理可应用于肤色区，而第二色彩修改处理可应用于非肤色区。这些色彩修改处理中的每一个将产生色彩经修改或增强的LP图像1175。在某些实施例中，增强的LP图像可在例如BP或增强色阶模块1163之类的色阶模块中被进一步处理。

本发明的某些实施例可参照图75进行描述。在这些实施例中，可对图像1130低通(LP)滤波(1131)以产生图像的LP版本。该LP版本可被发送至色彩增强模块1132以供处理。该色彩增强模块1132可包括色彩检测函数、色彩映射细化函数、色彩区处理函数以及其他函数。在某些实施例中，色彩增强模块1132可包括皮肤颜色检测函数、皮肤颜色映射细化函数、皮肤颜色区处理以及非皮肤颜色区处理。色彩增强模块1132中的函数可为图像元素产生经修改的色彩值，诸如像素强度值。

在色彩修改之后，色彩经修改的LP图像可被发送至亮度保持或亮度增强模块1133。该模块1133类似于上述的许多实施例，在上述实施例中，图像值利用色阶曲线或类似的方法调节或修改以提高亮度特性。在某些实施例中，该色阶曲线可与源光或背光级相关。在某些实施例中，该色阶曲线可补偿降低的背光级。在某些实施例中，该色阶曲线可与任何背光级无关地加亮该图像或以其它方式修改该图像。

在这些实施例中，可对增强的图像1138执行位深扩展(BDE)处理1139。该BDE处理1139可减少位深受限时的可见缺陷。某些实施例可包括如通过引用结合于此的上述专利申请中描述的BDE处理。

本发明的某些实施例可参照图76进行描述。这些实施例类似于参照图73所描述的那些实施例，但包括附加的位深扩展处理。

在这些实施例中，原始图像1130被输入滤波器模块1150，其可产生LP图像1155。在某些实施例中，滤波器模块还可产生直方图1151。LP图像1155可被发送至色彩增强模块1156以及减法处理1157，其中从原始图像1130中减去LP图像1155以形成HP图像1158。在某些实施例中，HP图像1158还可进行取芯处理1159，其中某些高频部分从HP图像1158中去除。该取芯处理将产生带芯的HP图像1160，然后可利用增益映射1162处理(1161)该图像，以实现如上针对其他实施例所述的亮度保持、增强或其他处理。该增益映射处理1161将导致经增益映射的HP图像1168。

发送至色彩增强模块1156的LP图像1155可利用色彩检测函数、色彩映射细化函数、色彩区处理函数以及其他函数在该色彩增强模块中处理。在某些实施例中，色彩增强模块1156可包括皮肤颜色检测函数、皮肤颜色映射细化函数、皮肤颜色区处理以及非皮肤颜色区处理。色彩增强模块1156中的函数可为图像元素产生诸如像素强度值之类的修改色彩值，这些修改色彩值可记录为色彩增强的LP图像1169。

一旦色彩增强的LP图像1169通过色阶模块1163处理，所得的色彩增强、亮度增强的LP图像1176就可与经增益映射的HP图像1168组合(1164)。在某些实施例中，该过程1164可以是加法过程。在某些实施例中，源自该组合过程1164的组合的增强图像1177可利用位深扩展(BDE)处理1165进行处理。该BDE处理1165可减少位深受限时的可见缺陷。某些实施例可包括如通过引用结合于此的上述专利申请中描述的BDE处理。

在BDE处理1165之后，增强的图像1169可利用经过从背光选择模块1154接收的背光设定调制的背光1166显示在显示器上。

本发明的某些实施例可参照图77进行描述。在这些实施例中，可利用低通(LP)滤波器对图像1180滤波(1181)以产生LP图像1183。该LP图像1183可从原始图像减去(1182)或与原始图像1180组合以产生高通(HP)图像1189。该LP图像然后可利用色彩增强模块1184进行处理。在色彩增强模块1184中，多种处理可应用于该LP图像。肤色检测处理1185可应用于LP图像1183。肤色检测处理1185可包括基于像素色彩对LP图像1183中的各个像素的色彩的分析和肤色可能值的分配。该过程可产生肤色可能性映射。在某些实施例中，查找表(LUT)可用于确定色彩是肤色的可能性。其他方法也可用于确定肤色可能性。某些实施例可包括以上所述和通过引用结合于此的其他申请中所述的肤色检测方法。

所得的肤色可能性映射可通过肤色映射细化处理1186进行处理。该LP图像1183还可被输入至该细化处理1186或由该处理访问。在某些实施例中，该细化处理1186可包括图像驱动的非线性低通滤波器。在某些实施例中，该细化处理1186可包括平均处理，该平均处理在相应的图像色彩值处于到相邻像素的色彩值的特定色彩空间距离内时且在图像像素和相邻的像素在特定的空间距离内时应用于肤色映射中的值。通过该处理修改或细化的肤色映射然后可用于标识LP图像中的肤色区。肤色区外部的区域也可标识为非肤色区。

在色彩增强模块1184中，通过仅对肤色区应用色彩修改处理1187，LP图像1183然后可不同地处理。在某些实施例中，色彩修改处理1187可仅应用于非肤色区。在某些实施例中，第一色彩修改处理可应用于肤色区，而第二色彩修改处理可应用于非肤色区。这些色彩修改处理中的每一个将产生色彩经修改或增强的LP图像1188。

然后该增强的LP图像118可与HP图像1189相加或组合以产生增强图像1192。

本发明的某些实施例可参照图78进行描述。在这些实施例中，可利用低通(LP)滤波器对图像1180滤波(1181)以产生LP图像1183。该LP图像1183可从原始图像减去(1182)或与原始图像1180组合以产生高通(HP)图像1189。该LP图像然后可利用色彩增强模块1184进行处理。在色彩增强模块1184中，多种处理可应用于该LP图像。肤色检测处理1185可应用于LP图像1183。肤色检测处理1185可包括基于像素色彩对LP图像1183中的各个像素的色彩的分析和肤色可能值的分配。该处理可产生肤色可能性映射。在某些实施例中，查找表(LUT)可用于确定色彩是肤色的可能性。其他方法也可用于确定肤色可能性。某些实施例可包括以上所述和通过引用结合于此的其他申请中所述的肤色检测方法。

该增强的LP图像1188可与HP图像1189相加或以其它方式组合以产生增强的图像，然后可利用位深扩展(BDE)处理1191处理该图像。在BDE处理1191中，特别设计的噪声图案或高频脉动图案可应用于该图像，以降低对来自降低图像位深的后续处理的轮廓化缺陷的敏感性。某些实施例可包括如通过引用结合于此的上述专利申请中描述的BDE处理。然后所得的BDE增强的图像1193可被显示或进一步处理。该BDE增强的图像1193在其位深降低时将不太可能呈现以上通过引用结合的那些申请中所说明的轮廓化缺陷。

本发明的某些实施例包括在硬件实现的限制下实现高质量背光调制和亮度保持的细节。这些实施例可参照图73和76中所示的实施例进行描述。

某些实施例包括驻留在图73和76中的背光选择1154和BP色阶1163框中的元件。这些实施例中的某些可降低存储器功耗和实时计算需求。

直方图计算

在这些实施例中，直方图基于图像码值而不是照度值来计算。因此不需要色彩转换。在某些实施例中，初始算法可基于图像的所有样本计算直方图。在这些实施例中，直方图计算直到接收到图像的最后一个样本后才能完成。必须获得所有样本，并且在背光选择和补偿色调曲线设计完成之前必须完成该直方图。

这些实施例具有若干复杂性问题：

●需要帧缓冲器，因为第一像素直到直方图完成时才能被补偿-RAM

●因为其他功能元件仍在等待结果，所以直方图和背光选择计算可用的时间很少——计算

●必须被处理以对所有图像样本计算直方图的图像样本数量很大——计算

●对于10位图像数据，10位直方图需要相对大的存储器用于保存数据，而且在畸变优化中需要检查大量点——RAM和计算

本发明的某些实施例包括用于克服这些问题的技术。为消除对帧缓冲器的需要，先前帧的直方图可用作背光选择算法的输入。来自帧n的直方图用作帧n+1、n+2或另一后续帧的输入，从而消除对帧缓冲器的需要。

为允许计算时间，该直方图可被延迟一帧或多帧，因此来自帧n的直方图被用作帧n+2、n+3等等的背光选择的输入。这允许背光选择算法计算从帧n的末端到后续帧例如n+2的开始的时间。

在某些实施例中，背光选择算法输出端上的时间滤波器可用于降低对背光选择中相对于输入帧的帧延迟的敏感度。

为减少在计算各个直方图时必须处理的样本数量，某些实施例可使用区块而不是单个像素。对于各个色彩面和各个区块，计算最大样本。该直方图可根据这些区块最大值来计算。在某些实施例中，该最大值仍根据各个色彩面来计算。因此，具有M个区块的图像将具有对直方图的3-M个输入。

在某些实施例中，该直方图可根据量化成小位范围(即6位)的输入数据来计算。在这些实施例中，保存该直方图所需的RAM被减少。而且，在畸变相关的实施例中，畸变搜索所需的操作也减少。

以下以作为函数1的代码的形式描述了示例性的直方图计算实施例。

函数1

/***************************************************************************************/

//

计算直方图

基于区块上的最大值计算直方图

//定义中设定的区块大小和直方图位深

//相关全局变量

//gHistogramBlockSize

//gN_HistogramBins

//N_PIPELINE_CODEVALUES

void ComputeHistogram(SHORT *pSource[NCOLORS]，IMAGE_SIZEsize，UINT32 *pHistogram)

{

SHORT cv；

SHORT bin；

SHORT r，c，k；

SHORT block；

SHORT cvMax；

SHORT BlockRowCount；

SHORT nHistogramBlocksWide；

nHistogramBlocksWide＝size.width/gHistogramBlockSize；

/*清除直方图*/

for(bin＝0；bin＜gN_HistogramBins；bin++)

pHistogram[bin]＝0；

//对于不混色的直方图，使用区块上的最大值

//记录区块的各个扫描行中的最大值，并在扫描行上取最大值

//初始化

BlockRowCount＝0；

for(k＝0；k＜NCOLORS；k++)

for(block＝0；block＜nHistogramBlocksWide；block++)

MaxBlockCodeValue[k][block]＝0；

for(r＝0；r＜size.height；r++)

{

//单个扫描行

for(c＝0；c＜size.width；c++)

{

block＝c/gHistogramBlockSize；

for(k＝0；k＜NCOLORS；k++)

{

cv＝pSource[k][r*size.width+c]；

if(cv＞MaxBlockCodeValue[k][block])

MaxBlockCodeValue[k][block]＝cv；

}

//区块的行完成？

if(r＝＝(gHistogramBlockSize*(BlockRowCount+1)-1))

{

//更新直方图并增大BlockRowCount

for(k＝0；k＜NCOLORS；k++)

for(block＝0；block＜nHistogramBlocksWide；block++)

{

cvMax＝MaxBlockCodeValue[k][block]；

bin＝(SHORT)((cvMax*(int)gN_HistogramBins+(N_PIPELINE_CODEVALUES/2))/((SHORT)N_PIPELINE_CODEVALUES))；

pHistogram[bin]++；

}

BlockRowCount＝BlockRowCount+1；

//重置最大值

for(k＝0；k＜NCOLORS；k++)

for(block＝0；block＜nHistogramBlocksWide；block++)

MaxBlockCodeValue[k][block]＝0；

}

return；

}

目标和实际显示模型

在某些实施例中，畸变和补偿算法取决于用于描述目标和基准显示器的幂函数。该幂函数或“γ”可按照整数表示在线下计算。在某些实施例中，该实时计算可利用预先计算的γ幂函数的整数值。以下作为函数2列举的样本代码描述了示例性实施例。

函数2

void InitPowerOfGamma(void)

{

int i；

//此处初始化ROM表

for(i＝0；i＜N_PIPELINE_CODEVALUES；i++)

{

PowerOfGamma[i]＝pow(i/((double)N_PIPELINE_CODEVALUES-1)，GAMMA)；

IntPowerOfGamma[i]＝(UINT32)((1＜＜N_BITS_INT_GAMMA)*PowerOfGamma[i]+0.5)；

}

return；

}

在某些实施例中，目标和实际显示二者均可利用双参数GOG-F模型来建模，该模型实时使用以控制基于畸变的背光选择过程和背光补偿算法。在某些实施例中，目标(基准)显示器和实际面板可建模为具有2.2的γ幂规律以及附加偏移。该附加偏移可确定显示器的对比率。

畸变权重的计算

在某些实施例中，对于各个背光级和输入图像，可计算给定背光级下的期望输出图像与输出之间的畸变。该结果是各个直方图微元和各个背光级的权重。通过仅对所需背光级计算畸变权重，所使用的RAM的大小被保持为最小或降低级。在这些实施例中，线上计算允许该算法适应于基准或目标显示器的不同选择。该计算涉及两个元素——图像直方图和畸变权重的集合。在其他实施例中，在线下计算所有可能背光值的畸变权重并将它们存储在ROM中。为降低ROM需求，可为感兴趣的各帧的各个背光级计算畸变权重。给定期望和面板显示模型以及背光级的清单，可为各帧计算用于这些背光级的畸变权重。示例性实施例的样本代码在以下示为函数3。

函数3

/****************************************************************************************

//void ComputeBackLightDistortionWeight

//计算畸变需要大的位深

//为选定背光级和面板参数的清单计算畸变权重

//相关全局变量

//MAX_BACKLIGHT_SEARCH

//N_BITS_INT_GAMMA

//N_PIPELINE_CODEVALUES

//IntPowerOfGamma

//gN_HistogramBins

***************************************************************************************/

void ComputeBackLightDistortionWeight(SHORT nBackLightsSearched，

SHORT BlackWeight，

SHORT WhiteWeight，

SHORT PanelCR，

SHORT TargetCR，

SHORT

BackLightLevelReference，

SHORT

BackLightLevelsSearched[MAX_BACKLIGHT_SEARCH])

{

SHORT b；

SHORT bin；

SHORT cvL，cvH；

__int64X，Y，D，Dmax；

Dmax＝(1＜＜30)；

Dmax＝Dmax*Dmax；

for(b＝0；b＜nBackLightsSearched；b++)

{

SHORT r，q；

r＝N_PIPELINE_CODEVALUES/gN_HistogramBins；

//找出用于所搜索的各个背光的低码值和高码值

//

PanelOutput＝BackLightSearched*((1-PanelFlare)*y^Gamma+PanelFlare)

//

TargetOutput＝BackLightLevelReference*((1-TargetFlare)*x^Gamma+TargetFlare)

对于cvL，找出使最小面板输出在目标输出上实现的x

//

TargetOutput(cvL)＝min(PanelOutput)＝BackLightSearched*PanelFlare

//

BackLightLevelReference*((1-TargetFlare)*cvL^Gamma+TargetFlare)＝BackLightSearched/PanelCR

//

BackLightLevelReference/TargetCR*((TargetCR-1)*cvL^Gamma+1)＝BackLightSearched/PanelCR

//

PanelCR*BackLightLevelReference*((TargetCR-1)*cvL^Gamma+1)＝TargetCR*BackLightSearched

//

PanelCR*BackLightLevelReference*((TargetCR-1)*IntPowerOfGamma[cvL]+(1＜＜N_BITS_INT_GAMMA))＝TargetCR*BackLightSearched*(1＜＜N_BITS_INT_GAMMA))

X＝TargetCR；

X＝X*BackLightLevelsSearched[b]；

X＝X*(1＜＜N_BITS_INT_GAMMA)；

for(cvL＝0；cvL＜N_PIPELINE_CODEVALUES；cvL++)

{

Y＝IntPowerOfGamma[cvL]；

Y＝Y*(TargetCR-1)；

Y＝Y+(1＜＜N_BITS_INT_GAMMA)；

Y＝Y*BackLightLevelReference；

Y＝Y*PanelCR；

if(X＜＝Y)

break；

}

//对于cvH，找出使最大面板输出在目标输出上实现的x

//TargetOutput(cvH)＝max(PanelOutput)＝BackLightSearched*1

//

BackLightLevelReference*((1-TargetFlare)*cvH^Gamma+TargetFlare)＝BackLightSearched

//

BackLightLevelReference/TargetCR*((TargetCR-1)*cvH^Gamma+1)＝BackLightSearched

//

BackLightLevelReference((TargetCR-1)*cvH^Gamma+1)＝TargetCR*BackLightSearched

//

BackLightLevelReference((TargetCR-1)*IntPowerOfGamma[cvH]+(1＜＜N_BITS_INT_GAMMA))＝TargetCR*BackLightSearched*(1＜＜N_BITS_INT_GAMMA)

X＝TargetCR；

X＝X*BackLightLevelsSearched[b]；

X＝X*(1＜＜N_BITS_INT_GAMMA)；

for(cvH＝(N_PIPELINE_CODEVALUES-1)；cvH＞＝0；cvH--)

{

Y＝IntPowerOfGamma[cvH]；

Y＝Y*(TargetCR-1)；

Y＝Y+(1＜＜N_BITS_INT_GAMMA)；

Y＝Y*BackLightLevelReference；

if(X＞＝Y)

break；

}

//建立畸变权重

for(bin＝0；bin＜gN_HistogramBins；bin++)

{

SHORT k；

D＝0；

for(q＝0；q＜r；q++)

{

k＝r*bin+q；

if(k＜＝cvL)

D+＝BlackWeight*(cvL-k)*(cvL-k)；

else if(k＞＝cvH)

D+＝WhiteWeight*(k-cvH)*(k-cvH)；

}

if(D＞Dmax)

D＝Dmax；

gBackLightDistortionWeights[b][bin]＝(UINT32)D；

}

return；

}

对背光的二次采样搜索

在某些实施例中，背光选择算法可包括使目标显示器输出与面板输出之间的畸变在各个背光级下最小化的处理。为减少必须被模拟的背光级的数量，且减少必须计算和存储的畸变权重的数量，必须在该搜索中使用背光级的子集。

在某些实施例中，可使用对搜索二次采样的两种示例性方法。在第一方法中，背光级的可能范围被粗糙量化例如至4位。搜索量化级的该子集以寻找最小畸变。在某些实施例中，为完备起见，还可使用绝对最小和最大值。在第二方法中，使用所发现的最后一帧的背光级附近的值范围。例如，来自最后一帧的背光级+-4，+-2，+-1和+0连同绝对最小和最大级一起搜索。在后一种方法中，搜索范围中的限制对选定背光级中的变化施加了某些限制。在某些实施例中，场景切换检测用于控制二次采样。在一场景内，BL搜索以最后一帧的背光附近的小搜索窗口为中心。在场景切换边界处，该搜索分配通过可能的BL值范围之外的少量点。同一场景中的后续帧使用将搜索以前一帧的BL附近为中心的先前方法，除非检测到另一场景切换。

单个BP补偿曲线的计算

在某些实施例中，在操作期间可使用若干不同的背光级。在其他实施例中，在线下计算用于背光级的穷举集合的补偿曲线，然后将其存储在ROM中以便进行实时图像补偿。通过注意到仅需要各帧中的单个补偿曲线，可降低该存储器要求。因此，各帧的补偿色调曲线被计算并保存在RAM中。在某些实施例中，补偿曲线的设计与用于线下设计的设计一样。某些实施例可包括如上所述的具有线性提高至最大保真点(MFP)随后是平滑滚降的曲线。

时间滤波器

具有背光调制的系统中的一个考虑因素是闪烁。通过使用图像处理补偿技术可将闪烁减少。然而，如果背光变化迅速，则存在可能导致缺陷的几种补偿限制。在某些情况下，黑点和白点跟踪背光，而且在任何情况下都无法被补偿。而且，在某些实施例中，背光选择可能基于来自延迟帧的数据，从而会与实际帧数据不同。为调节黑/白级闪烁并允许直方图在背光计算中延迟，时间滤波器可用于使发送至背光控制单元的实际背光值以及相应的补偿平滑。

纳入亮度变化

出于多种原因，用户可能希望改变显示器的亮度。问题在于如何在背光调制环境内实现这一目的。因此，某些实施例可提供对基准显示器的亮度的操纵，从而保持背光调制和亮度补偿分量不变。如以下方程4所述的代码示出了一示例性实施例，其中基准背光系数被设定为最大，或如果平均图像级(APL)用于改变最大显示器亮度则设定为取决于APL的值。

函数4

if(gStoredMode)

{

BackLightIndexReference＝N_BACKLIGHT_VALUES-1；

}

else

{

APL＝ComputeAPL(pHistogram)；

//时间滤波器APL

if(firstFrame)

{

for(i＝(APL_FILTER_LENGTH-1)；i＞＝0；i--)

{

APL_History[i]＝APL；

}

for(i＝(APL_FILTER_LENGTH-1)；i＞＝1；i--)

{

APL_History[i]＝APL_History[i-1]；

}

APL_History[0]＝APL；

APL＝0；

for(i＝0；i＜APL_FILTER_LENGTH；i++)

APL＝APL+APL_History[i]*IntAplFilterTaps[i]；

APL＝(APL+(1＜＜(APL_FILTER_SHIFT-1)))＞＞APL_FILTER_SHIFT；

BackLightIndexReference＝APL2BackLightIndex[APL]；

}

上述说明书中采用的术语和表达在本文中用作描述的术语而非起限制作用，而且使用此类术语和表达不旨在排除所示和所描述的特征的等价物或其部分，应当认识到，本发明的范围仅由所附权利要求限定和限制。

Claims

1.一种用于选择显示源光照度级的方法，所述方法包括：

a)为图像的第一色彩通道中的多个块中的每个块确定特性码值；

b)为图像的第二色彩通道中的多个块中的每个块确定特性码值；

c)产生来自所述第一色彩通道和所述第二色彩通道的所述特性码值的直方图；以及

d)基于来自所述直方图的数据选择背光照度级。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特性码值是其相应块的最大图像码值。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在确定所述特性码值之前将图像码值量化为较低位深。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括基于所述背光照度级产生色阶修正曲线。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述产生色阶修正曲线包括使用利用预先计算的γ幂函数的整数值的显示模型。

6.一种用于调节图像特性的方法，所述方法包括：

a)为图像产生图像直方图，所述直方图包括多个微元；

b)从可能的背光照度级的集合中选择选定背光照度级的子集，所述确定与所述图像的特性无关；

c)利用γ幂函数的第一预先计算的整数表示来计算显示基准模型；

d)利用γ幂函数的第二预先计算的整数表示来计算显示目标模型；

e)利用所述显示基准模型和所述显示目标模型确定所述子集中的各个选定背光照度级下的各个直方图微元的畸变权重；

f)通过针对所述选定背光照度级中的每一个将所述畸变权重与其相应的直方图微元计数值相乘来确定因背光而异的帧畸变值；以及

g)基于所述因背光而异的帧畸变值来选择背光照度级。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述图像被分成多个块，而且所述图像直方图仅记录各个块的最大图像码值。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述图像被分成多个色彩通道图像，各个色彩通道图像被分成多个块，而且所述图像直方图仅记录各个块在各个色彩通道中的最大图像码值。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述选定背光照度级的所述子集通过量化可能的背光照度级的所述集合来确定。

10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述选定背光照度级的所述子集通过选择与为之前处理的帧所选择的背光照度级相关的背光照度级范围来确定。

11.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述选择背光照度级包括选择具有显示出最少畸变的因背光而异的帧畸变值的背光照度级。

12.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述畸变权重与利用所述显示器基准模型处理的图像码值与利用所述显示器目标模型处理的所述码值之间的差成比例。

13.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括对通过所述选择背光照度级确定的选择进行时间滤波，以避免极端的背光照度级变化。

14.一种用于调节图像特性的方法，所述方法包括：

a)为图像的第一色彩通道中的多个块中的每个块确定最大码值；

b)为图像的第二色彩通道中的多个块中的每个块确定最大码值；

c)产生来自所述第一色彩通道和所述第二色彩通道的所述最大码值的直方图；

d)从可能的背光照度级的集合中选择选定背光照度级的子集，所述确定取决于所述图像的特性；

e)利用γ幂函数的第一预先计算的整数表示来计算显示基准模型；

f)利用γ幂函数的第二预先计算的整数表示来计算显示目标模型；

g)利用所述显示基准模型和所述显示目标模型确定所述子集中的各个选定背光照度级下的各个直方图微元的畸变权重；

h)通过针对所述选定背光照度级中的每一个将所述畸变权重与其相应的直方图微元计数值相乘来确定因背光而异的帧畸变值；以及

i)基于所述因背光而异的帧畸变值来选择背光照度级。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述选定背光照度级的所述子集通过量化可能的背光照度级的所述集合来确定。

16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述选定背光照度级的所述子集通过选择与为之前处理的帧选择的背光照度级相关的背光照度级范围来确定。

17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述选择背光照度级包括选择具有显示出最少畸变的因背光而异的帧畸变值的背光照度级。

18.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述畸变权重与利用所述显示器基准模型处理的图像码值与利用所述显示器目标模型处理的所述码值之间的差相关。

19.如权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括对通过所述选择背光照度级确定的选择进行时间滤波，以避免极端的背光照度级变化。

20.如权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括基于所述选定的背光照度级为所述图像计算色阶修正曲线。

21.一种用于调节图像特性的方法，所述方法包括：

d)从可能的背光照度级的集合中选择选定背光照度级的子集，所述选择取决于所述图像的特性，其中当在前一帧与所述图像之间未检测到场景切换时，利用所述前一帧背光照度级附近的有限搜索来确定所述选定背光照度级的所述子集，而当在所述前一帧与所述图像之间检测到场景切换时，参照背光照度级的整个范围来确定所述选定背光照度级的所述子集；

f)利用γ幂函数的第二预先计算的整数表示来计算显示目标模型；以及

g)基于所述因背光而异的帧畸变值来选择背光照度级。