CN102214353A - 图像加强装置与图像加强方法 - Google Patents
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Abstract
一种图像加强装置包括全域色调对应曲线产生器、区域色调对应曲线产生器、参考伽马电压产生器与图像产生器。全域色调对应曲线产生器根据一输入图像的一或多个全域特征值产生该输入图像的一全域色调对应曲线。区域色调对应曲线产生器根据该输入图像的各图像区块的一特征值与该全域色调对应曲线为各图像区块产生对应的一区域色调对应曲线。参考伽马电压产生器根据各图像区块所对应的该区域色调对应曲线为各图像区块产生多个参考伽马电压。图像产生器根据该输入图像与各图像区块所对应的该多个参考伽马电压产生一输出图像。
Description
技术领域
本发明是关于一种图像处理方法,特别关于一种加强图像对比的图像处理方法。
背景技术
图像的对比为视觉特性上的差异,对比可使得一个物体(或是该物体在图像上的表现)可与其它物体或背景产生区隔。在真实世界里的视觉感受中,对比可由该物体以及在同样的视觉范围内其它物体的颜色或亮度差而决定。对比加强为一种图像加强的技术,通常是根据一对比曲线加强图像所呈现出的对比效果。全域的对比加强技术为根据一全域对比曲线一致地调整图像各像素点的对比值。然而,当区域特征较小使得其对应的像素值不足以支配图像平均像素值时,区域特征通常会被牺牲。区域性的对比加强则是另一种技术,其将图像画分为数个区域部分(即,区块)并且独自地加强各区块的对比。由于区域性地调整对比值,各图像区块内的区域特征可因此被保留。然而,由于缺乏全域图像的考虑,输出的图像可能不尽理想。
此外,使用数字图像数据进行复数运算会造成数据位数量增加。然而,平面显示器(flat panel displays,FPDs)的输入数据位数通常是有限的,例如,6或8位。为了在显示系统执行复数运算,数据量化是不可避免的。然而,数据量化会破坏图像数据质量。
因此,需要一种考虑到图像的全域与区域特性的对比加强方法,用以产生令人满意的图像加强结果。
发明内容
根据本发明的一实施例,一种图像加强装置包括全域色调对应曲线产生器、区域色调对应曲线产生器、参考伽马电压产生器与图像产生器。全域色调对应曲线产生器根据一输入图像的一或多个全域特征值产生该输入图像的一全域色调对应曲线。区域色调对应曲线产生器根据该输入图像的各图像区块的一特征值与该全域色调对应曲线为各图像区块产生对应的一区域色调对应曲线。参考伽马电压产生器根据各图像区块所对应的该区域色调对应曲线为各图像区块产生多个参考伽马电压。图像产生器据该输入图像与各图像区块所对应的该多个参考伽马电压产生一输出图像。
根据本发明的另一实施例,一种图像加强方法包括:根据一输入图像的一或多个全域特征值产生该输入图像的一全域色调对应曲线;根据该输入图像的各图像区块的一特征值与该全域色调对应曲线为各图像区块产生对应的一区域色调对应曲线;根据各图像区块所对应的该区域色调对应曲线为各图像区块产生多个参考伽马电压;以及根据该输入图像与各图像区块所对应的该多个参考伽马电压产生一输出图像。
附图说明
图1是显示根据本发明的一实施例所述的图像处理装置方块图。
图2是显示出根据本发明的一实施例所述的用于对比加强的一色调对应曲线。
图3a是显示根据本发明的另一实施例所述的色调对应曲线。
图3b是显示出根据本发明的一实施例所述的背光工作周期曲线。
图4是显示根据本发明的一实施例所述的多个图像区块。
图5a是显示二维高通滤波器实施例。
图5b是显示一维高通滤波器实施例。
图6a是显示根据本发明的一实施例所述的输入图像范例。
图6b是显示出图6a所示的输入图像的各图像区块所得到的特征值。
图7a-7d是显示根据本发明的一实施例所得到的四条区域对比曲线范例。
图8a-8d是显示根据本发明的另一实施例所得到的四条区域色调对应曲线范例。
图9是显示根据本发明的一实施例所述的像素值对伽马电压的曲线图。
图10是显示根据本发明的一实施例所述的图像显示装置。
图11是显示根据本发明的一实施例所述的为输入图像的各列像素混合出对应的区域色调对应曲线的概念。
图12是显示根据本发明的一实施例所述的图像处理方法流程图。
图13a-13d是显示根据本发明的另一实施例所述的四条区域背光工作周期曲线范例。
[主要元件标号说明]
100~图像处理装置; 101~全域色调对应曲线产生器;
102~区域色调对应曲线产生器; 103~参考伽马电压产生器;
104~图像产生器; 105~混合器;
111~全域特征分析器; 121~图像分割器;
122~区域特征分析器; 131~伽马电压计算器;
132~可编程数字至模拟转换器; 900~图像显示装置;
901~源极驱动器; 902~栅极驱动器;
903~面板; R1、R2、R3~一列像素;
1001、1SIM、SOUT~图像;
S1201、S1202、S1203、S1204~步骤。
具体实施方式
为使本发明的制造、操作方法、目标和优点能更明显易懂,下文特举几个较佳实施例,并配合所附图式,作详细说明如下:
实施例:
图1是显示根据本发明的一实施例所述的图像处理装置方块图。图像处理装置100包括全域色调对应曲线产生器101、区域色调对应曲线产生器102、参考伽马电压产生器103以及图像产生器104。全域色调对应曲线产生器101用以接收输入图像SIM,并且根据输入图像SIM的一或多个全域特征值产生输入图像SIM的一全域色调对应曲线(global tone mapping curve)。区域色调对应曲线产生器102用以接收输入图像SIM,并且根据输入图像SIM的各图像区块的一特征值与全域色调对应曲线为各图像区块产生对应的一区域色调对应曲线(local tone mapping curve)。参考伽马电压产生器103用以根据各图像区块所对应的区域色调对应曲线为各图像区块产生多个参考伽马电压。图像产生器104用以根据输入图像SIM与各图像区块所对应的该等参考伽马电压加强输入图像SIM,以产生一输出图像SOUT。
根据本发明的一实施例,色调对应曲线可以是用以显示出像素值与像素值之间的对应关系的一曲线,并且可用于图像处理程序,例如加强对比或背光。图2是显示出根据本发明的一实施例所述的用于对比加强的一色调对应曲线,其又称为S型特征曲线或S曲线。X轴代表输入像素值,Y轴代表输出像素值。以S曲线为基础,可根据S曲线所描述的X-Y关系调整输入图像的像素值,藉此调整输入图像以加强输出图像的对比值。图3a是显示根据本发明的另一实施例所述的色调对应曲线。图3a中所显示的色调对应曲线可根据如图3b所示的一背光工作周期曲线而取得。如图3b所示的背光工作周期曲线可根据,例如输入图像的平均亮度而取得,并且用以指示出面板的背光需被导通的工作周期(即,图中高电压的部分)。一般而言,背光的工作周期越短,如图3a所示的色调对应曲线的曲度会越大,藉此通过根据如图3a中色调对应曲线所示的X-Y轴的关系调整像素值,以补偿面板的背光较暗的影响。
参考回图1,根据本发明的一实施例,全域色调对应曲线产生器101还包括全域特征分析器111,用以分析输入图像SIM以取得该(等)全域特征值。该(等)全域特征值可为输入图像SIM的一全域直方图(global histogram)以及/或一背光工作周期(如图3b所示)。在图像处理领域中所使用的直方图可视为一统计的图表,其可表示出图像内各像素值(例如,灰阶值)的分布情形。直方图中的X轴代表像素值,Y轴代表图像中具有该像素值的像素点的数量。
根据本发明的一实施例,全域色调对应曲线产生器101用以根据全域直方图或全域背光工作周期产生输入图像SIM的一全域色调对应曲线,例如图2或图3a所示的全域色调对应曲线。更具体地来说,根据本发明的一实施例,全域色调对应曲线产生器101可通过执行直方图均衡(histogramequalization)产生如图2所示的全域色调对应曲线,或根据输入图像所对应的背光工作周期曲线(如图3b所示),使用两者之间一对一的对应关系产生该背光工作周期所对应的全域色调对应曲线,如图3a所示。
区域色调对应曲线产生器102包括图像分割器121与区域特征分析器122。图像分割器121用以将输入图像SIM划分成多个图像区域部分(即,图像区块)。图4是显示根据本发明的一实施例所述的多个图像区块。如图4所示,输入图像被划分成N个图像区块。区域特征分析器122使用既定的滤波器滤波各图像区块,以得到各图像区块的一特征值。根据本发明的一实施例,既定的滤波器可以是一高通滤波器。图5a是显示一二维高通滤波器实施例。图5b是显示本发明的另一高通滤波器实施例,其中此高通滤波器为一维的滤波器,并且其窗口长度为5个像素。在滤波器所涵盖的窗口内的像素值会分别乘上对应的系数C0,C-1,C1,C-2与C2,并且相乘结果的总和用以代表中央像素点滤波后的结果。值得注意的是,以上的说明并非用以限定本发明的范围,同样的滤波操作也可应用于如图5a所示的二维滤波器。
根据本发明的一实施例,区域特征分析器122通过使用既定的滤波器滤波图像区块内的各像素,以取得该像素点的滤波过后的像素值,并且根据图像区块内的各像素点的滤波过后的像素值取得该图像区块的特征值。例如,将图像区块内的各像素点的滤波过后的像素值加总,作为该图像区块的特征值。在本发明的实施例中,计算区域特征的目的为计算区域图像区块包含多少图像的细节。图6a是显示根据本发明的一实施例所述的输入图像范例。如图6a所示,相较于输入图像的下半部,图像的上半部为天空,其具有较少的细节与边缘。图6b是显示出图6a所示的输入图像的各图像区块所得到的特征值。根据本发明的一实施例,如图6a所示的输入图像被等分成4个图像区块,并且特征值可被归一化成为分布于0到1之间的数值。越小的特征值代表在对应的图像区块中包含越少的细节或边缘。
在取得图像区块的特征值后,区域色调对应曲线产生器102可根据各图像区块的特征值以及全域色调对应曲线为各图像区块产生一区域色调对应曲线。根据本发明的一实施例,区域色调对应曲线产生器102可通过根据各图像区块的特征值调整该全域色调对应曲线的一曲度,以产生该图像区块的区域色调对应曲线。参考回图2、图3a与图6b,在本发明的一些实施例中,区域色调对应曲线产生器102可分别根据如图6b所示的各图像区块归一化的特征值调整如图2以及/或图3a所示的全域色调对应曲线的曲度,用以产生各图像区块的区域色调对应曲线。例如,全域色调对应曲线的原始曲度可视为输入图像的最大曲度。区域色调对应曲线产生器102可根据各图像区块正规化的特征值减少全域色调对应曲线的曲度。越小的特征值代表要减少越多的曲度。换言之,当正规化的特征值越接近1时,图像区块所得到的区域色调对应曲线的曲度越接近全域色调对应曲线的曲度(最大曲度)。
以图2所示的全域对比曲线(S-曲线)为例,图7a-7d是显示根据本发明的一实施例所得到的四个区域对比曲线范例。在此实施例中,为简单起见,如图6a所示的输入图像被等分成四个图像区块。值得注意的是,根据本发明的一实施例,图像分割器121如图4所示将输入图像SIM沿着一列像素的方向(例如,沿着如图10所示的用以显示输出图像SOUT的面板903的扫描线方向)划分输入图像SIM。参考回图6b,输入图像的第一与第二图像区块(由上往下数)所得到的归一化的特征值接近0,而第三与第四图像区块所得到的归一化的特征值接近1。根据如图6b所示的特征值,可分别得到如图7a-7d所显示的区域对比曲线。图7a显示出输入图像的第一图像区块的区域对比曲线。图7b显示出输入图像的第二图像区块的区域对比曲线。图7c显示出输入图像的第三图像区块的区域对比曲线。图7b显示出输入图像的第四图像区块的区域对比曲线。因此,图7a-7d中区域对比曲线的曲度分别显示出对应的图像区块所得到的曲度。如图7c与7d所示,位于输入图像下半部的图像区块(即,第三与第四图像区块)所取得的区域对比曲线的曲度大于如图7a与图7b所示的位于输入图像上半部的图像区块所取得的区域对比曲线的曲度。因此,相较于位于图像上半部的图像区块,其具有较少的细节,对于位于图像下半部具有较多的细节的图像区块,可给予较多的对比加强。
值得注意的是,本发明产生区域对比曲线的概念并不限于产生以上所述的区域对比曲线,其也可应用于产生任何的区域色调对应曲线。图8a-8d是显示根据本发明的另一实施例所得到的四条区域色调对应曲线范例。图8a-8d中所示的区域色调对应曲线是分别根据如图3a所示的全域色调对应曲线(或如图3b所示的背光工作周期曲线)以及如图6b所示的特征值而取得。图8a显示出输入图像的第一图像区块的区域色调对应曲线。图8b显示出输入图像的第二图像区块的区域色调对应曲线。图8c显示出输入图像的第三图像区块的区域色调对应曲线。图8d显示出输入图像的第四图像区块的区域色调对应曲线。如图8c与8d所示,位于输入图像下半部的图像区块(即,第三与第四图像区块)所取得的区域色调对应曲线的曲度大于如图8a与图8b所示的位于输入图像上半部的图像区块所取得的区域色调对应曲线的曲度。因此,相较于位于图像上半部的图像区块,其具有较少的细节,对于位于图像下半部具有较多的细节的图像区块,可给予较多的对比加强。
值得注意的是,如上述的减少曲度的手段仅为本发明的其中一个实施例,其并非用以限定本发明的范围,任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,当可做些许的更动与润饰,因此本发明的保护范围当视所附的申请专利范围所界定者为准。
参考回图1,根据本发明的一实施例,参考伽马电压产生器103包括伽马电压计算器131与可编程数字至模拟转换器132。伽马电压计算器131用以根据由区域色调对应曲线产生器102所接收的各图像区块所对应的区域色调对应曲线取得该图像区块所对应的多个参考伽马电压。图9是显示根据本发明的一实施例所述的像素值对伽马电压的曲线图。伽马电压为对应于各像素值而产生,用以驱动液晶显示面板显示图像的电压。参考伽马电压可包括特定参考像素值所对应的伽马电压,例如图9所示的像素值32、64、128、192等。根据本发明的一实施例,伽马电压计算器131可预先取得一原始像素值对伽马电压的曲线(如图9所示的调整前曲线)。例如,伽马电压计算器131可建立一表格,包含像素值与其对应的伽马电压的相关信息。在从区域色调对应曲线产生器102得到区域色调对应曲线后,伽马电压计算器131可根据各图像区块所对应的区域色调对应曲线将这些原始参考伽马电压转换成该图像区块的多个参考伽马电压(如图9所示的调整后曲线)。
更具体地来说,如图9所示的范例,当区域色调对应曲线显示出输入的像素值128必须被调整为160,用以加强对比时,在像素值上的调整可被转换成在伽马电压的调整。在此范例中,伽马电压计算器131可根据调整前的像素值对伽马电压曲线将像素值128所对应的原始参考伽马电压8.96伏特转换成对应于像素值160所对应的电压9.2376伏特。因此,可分别取得各参考像素值所对应的调整过的伽马电压(即,所述的参考伽马电压)。值得注意的是,根据本发明的实施例,为了避免上述在数据量化的过程中对于图像数据质量造成的破坏,可编程数字至模拟转换器132更进一步将该等参考伽马电压转换成以模拟形式呈现的多个模拟参考伽马电压。接着,图像产生器104可进一步于模拟领域内插该等模拟参考伽马电压,以取得各图像区块的各像素所对应的伽马电压,或者取得各图像区块的一像素值对伽马电压曲线,并且根据输入图像以及各图像区块的像素所对应的伽马电压,或者像素值对伽马电压曲线产生输出图像SOUT。例如,图像产生器104可根据像素值32与64所对应的模拟参考伽马电压内插出分布于像素值32与64之间的其它像素值所对应的伽马电压,因此得到介于像素值32与64之间的像素值所对应的伽马电压,或者得到像素值对伽马电压曲线,如图9所示的调整后的曲线。根据本发明的实施例,由于为了图像加强而做的像素值调整被转换成伽马电压的调整,并且大部分的伽马电压是通过在模拟领域根据模拟参考伽马电压内插而得,使得伽马电压的精确度不再受限于数字领域的数据量化,因此可大幅改善数据量化对于图像数据质量的破坏。
根据本发明的一实施例,图像产生器104可为一源极驱动器,用以驱动显示输出图像SOUT的程序。图10是显示根据本发明的一实施例所述的图像显示装置。图像显示装置900包括源极驱动器901、栅极驱动器902与面板903。源极驱动器901自图像处理装置100接收图像数据SIM与模拟参考伽马电压,通过内插所接收到的模拟参考伽马电压取得图像数据SIM的各像素点的模拟伽马电压,并且输出该等模拟伽马电压用以驱动面板显示图像数据。栅极驱动器902输出多个扫描信号用以驱动(即,导通)面板903的各扫描在线的液晶。
根据本发明的其它实施例,图像处理装置100可还包含一混合器105。混合器105自区域色调对应曲线产生器102接收各图像区块的区域色调对应曲线,并且对于输入图像数据SIM的各列(或各扫描线)像素,混合器105混合包含该列像素的图像区块的区域色调对应曲线,以及与该列像素相邻的图像区块的区域色调对应曲线,以取得该列像素专属的区域色调对应曲线。根据本发明的一实施例,混合器105可使用不同的权重值混合包含该列像素的图像区块的区域色调对应曲线,以及与该列像素相邻的图像区块的区域色调对应曲线,以取得该列像素专属的区域色调对应曲线。图像区块或各相邻的图像区块的权重值可根据该列像素与图像区块或各相邻的图像区块的距离决定。
图11是显示根据本发明的一实施例所述的为输入图像SIM的各列像素混合出区域色调对应曲线的概念。如图11所示,图像1001可被切分成四个图像区块。混合器103可通过根据一列像素R3到包含该列像素R3的第一图像区块的中央列像素R1的距离,以及该列像素R3到相邻的第二图像区块的中央列像素R2的距离混合包含该列像素R3的第一图像区块的区域色调对应曲线与相邻的第二图像区块的区域色调对应曲线,以取得该列像素R3的区域色调对应曲线。值得注意的是,各图像区块的区域色调对应曲线可被视为其中央列像素所专属的区域色调对应曲线。在取得图像区块内各列像素所专属的区域色调对应曲线后,伽马电压计算器131可进一步根据各列像素的色调对应曲线得到该列像素所对应的参考伽马电压。
图12是显示根据本发明的一实施例所述的图像处理方法流程图。首先,根据一输入图像的一或多个全域特征值产生输入图像的一全域色调对应曲线(步骤S1201)。接着,根据输入图像的各图像区块的一特征值与全域色调对应曲线为各图像区块产生对应的一区域色调对应曲线(步骤S1202)。接着,根据各图像区块所对应的区域色调对应曲线为各图像区块产生多个参考伽马电压(步骤S1203)。最后,根据输入图像与各图像区块所对应的参考伽马电压加强输入图像,以产生一输出图像(步骤S1204)。
根据本发明的另一实施例,不同图像区块的面板背光也可根据不同的背光工作周期独立地被控制。由于区域背光工作周期曲线可以类似的方式根据全域背光工作周期曲线与各图像区块的特征值取得,例如,可根据图像区块的平均亮度调整全域背光工作周期长度,进而获得区域背光工作周期曲线,因此不同图像区块的面板背光也可根据区域背光工作周期曲线独立地被控制与调整。图13a-13d是显示根据本发明的另一实施例所述的四条区域背光工作周期曲线范例。图13a是显示输入图像的第一图像区块的区域背光工作周期曲线。图13b是显示输入图像的第二图像区块的区域背光工作周期曲线。图13c是显示输入图像的第三图像区块的区域背光工作周期曲线。图13d是显示输入图像的第四图像区块的区域背光工作周期曲线。如图13c与图13d所示,由于位于输入图像的下半部的图像区块(即,第三与第四图像区块)的平均亮度小于位于输入图像的上半部的图像区块的平均亮度,位于输入图像的下半部的图像区块的背光工作周期会短于位于输入图像的上半部的图像区块的背光工作周期。相反于全域的背光调整,单独地调整区域背光可更省电。此外,一旦得到区域背光工作周期曲线,不同图像区块的区域色调对应曲线也可如上述通过一对一的关系而获得。
本发明虽以较佳实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明的范围,任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,当可做些许的更动与润饰,因此本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。
Claims (12)
1.一种图像加强装置,包括:
一全域色调对应曲线产生器,用以分析一输入图像以取得一或多个全域特征值,并根据该输入图像的该一或多个全域特征值产生该输入图像的一全域色调对应曲线;
一区域色调对应曲线产生器,用以根据该输入图像的各图像区块的一特征值与该全域色调对应曲线为各图像区块产生对应的一区域色调对应曲线;
一参考伽马电压产生器,用以根据各图像区块所对应的该区域色调对应曲线为各图像区块产生多个参考伽马电压;以及
一图像产生器,用以根据该输入图像与各图像区块所对应的该多个参考伽马电压产生一输出图像。
2.根据权利要求1所述的图像加强装置,其中该区域色调对应曲线产生器包括:
一图像分割器,用以将该输入图像划分成多个图像区块;以及
一区域特征分析器,用以通过滤波各图像区块计算该图像区块的该特征值,
其中该图像分割器沿着该输入图像的一列像素的一方向划分该输入图像。
3.根据权利要求2所述的图像加强装置,其中该区域特征分析器滤波各图像区块以产生一滤波过的图像区块,并且输出该滤波过的图像区块内的多个像素值的一总和作为该图像区块的该特征值。
4.根据权利要求1所述的图像加强装置,其中该参考伽马电压产生器包括:
一伽马电压计算器,用以根据各图像区块所对应的该区域色调对应曲线取得该图像区块所对应的该多个参考伽马电压;以及
一可编程数字至模拟转换器,用以将该多个参考伽马电压转换成以模拟形式呈现的多个模拟参考伽马电压。
5.根据权利要求4所述的图像加强装置,还包括:
一混合器,通过根据各列像素至包含该列像素的一图像区块的一中央像素列的一距离,以及该列像素至一或多个相邻的图像区块的一中央像素列的距离混合该图像区块所对应的该区域色调对应曲线以及该一或多个相邻的图像区块所对应的该区域色调对应曲线,以得到该输入图像的各列像素的一色调对应曲线,
其中该伽马电压计算器还根据各列像素的该色调对应曲线得到该列像素的该多个参考伽马电压。
6.根据权利要求4所述的图像加强装置,其中该图像产生器还于一模拟领域内插该多个模拟参考伽马电压,以取得各图像区块的一像素值对应伽马电压的曲线,并且根据该等图像区块所对应的该等像素值对应伽马电压的曲线与该输入图像产生该输出图像。
7.一种图像加强方法,包括:
根据一输入图像的一或多个全域特征值产生该输入图像的一全域色调对应曲线;
根据该输入图像的各图像区块的一特征值与该全域色调对应曲线为各图像区块产生对应的一区域色调对应曲线;
根据各图像区块所对应的该区域色调对应曲线为各图像区块产生多个参考伽马电压;以及
根据该输入图像与各图像区块所对应的该多个参考伽马电压加强该输入图像,以产生一输出图像。
8.根据权利要求7所述的图像加强方法,其中各图像区块的该特征值是由以下步骤产生,包括:
沿着该输入图像的一列像素的一方向将该输入图像划分成多个图像区块;以及
通过滤波各图像区块计算该图像区块的该特征值。
9.根据权利要求8所述的图像加强方法,其中通过滤波各图像区块计算该图像区块的该特征值的步骤还包括:
滤波各图像区块以产生一滤波过的图像区块;以及
输出该滤波过的图像区块内的多个像素值的一总和作为该图像区块的该特征值。
10.根据权利要求7所述的图像加强方法,其中产生该多个参考伽马电压的步骤还包括:
根据各图像区块所对应的该区域色调对应曲线取得该图像区块所对应的该多个参考伽马电压;以及
将该多个参考伽马电压转换成以模拟形式呈现的多个模拟参考伽马电压。
11.根据权利要求10所述的图像加强方法,其中加强该输入图像以产生该输出图像的步骤还包括:
于一模拟领域内插该多个模拟参考伽马电压,以取得各图像区块的各像素所对应的一伽马电压;以及
根据各像素所对应的该伽马电压产生该输出图像。
12.根据权利要求7所述的图像加强方法,其中加强该输入图像以产生该输出图像的步骤还包括:
根据各图像区块所对应的该区域色调对应曲线单独调整用以显示该输出图像的一面板的该图像区块的一背光。
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