CN102726036B - 用于在液晶显示器上显示的图像的增强 - Google Patents

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Abstract

要在液晶显示器（LCD）上显示的图像的增强包括：依照将初始像素值自乘被修改的伽马值比率的幂次的等式将初始像素值重新映射到重新映射的像素值。被修改的伽马值比率是基于与该LCD相关联的背光级别、环境光级别和/或其它光级别。增强是可以响应于背光级别的降低或环境光级别的增加而选择性地增加图像视亮度，或响应于环境光级别的降低而选择性地降低图像视亮度。可以增强图像或图像的一部分。要被增强的图像部分可以是用户指定的边界框、或者是由用户选择的或与在计算设备上运行的一个或多个应用相关联的一个或多个窗口。

Description

用于在液晶显示器上显示的图像的增强
技术领域
本公开内容涉及要在液晶显示器（LCD）上显示的图像的增强。
背景技术
液晶显示器（LCD）被使用在各种各样的现代电子和计算设备中，包括计算机监视器、膝上型计算机、智能电话、手持式游戏系统和媒体播放器（便携式音频播放器、便携式视频播放器等等）。LCD的广泛采用部分是由于相对于其它类型的显示器（比如阴极射线管（CRT）显示器）而言它们的尺寸、重量和功耗更小。
图1显示了简化的常规液晶显示器100的各层的透视分解图。LCD 100包括背光110、水平偏振滤光器120和垂直偏振滤光器130、电极140和150的层以及液晶层160。LCD100包括多个图元或像素（显示像素），它们可被单独地控制以显示图像。LCD100单独地控制每个像素以控制由背光110产生的既通过水平偏振滤光器120又通过垂直偏振滤光器130的源光（source light）的量。
背光110可以包括一个或多个LED（发光二极管）、电致发光板或其它类型的光源，并可以包括材料层以散射来自光源的光。背光110能够为LCD100整体或在某些较新的设计中为LCD100的不同区域以变化的强度级别产生源光。术语“背光级别”是指由背光110产生的源光的强度。
由背光110产生的源光典型地是非偏振的。如果光被设想为沿着轴延伸的波形，则光的偏振是该波形相对于轴的取向（例如，水平的、垂直的或在某个其它角度上的）。非偏振的光是不同偏振的混杂。水平偏振滤光器120允许水平偏振的光通过而阻挡其它光。垂直偏振滤光器130允许垂直偏振的光通过而阻挡其它光。如果没有液晶层160，则所有来自背光110的光将被两个偏振滤光器120、130的系列所阻挡。然而，在液晶层160中，在显示像素的位置处的液晶分子“扭曲”通过的光，以使得水平偏振的光在其离开背光110时变成垂直偏振的。垂直偏振的光于是可以通过垂直偏振滤光器130。
在LCD100的显示像素处的水平到垂直的偏振改变的度数可以通过改变在该显示像素处电极140、150间流过的电流的量而被控制。因此，对于每个显示像素而言被允许通过LCD100的光的量由在该像素处跨电极140和150两端施加的电流的量确定，其中施加的电流的量可以依赖于期望的像素值强度而被控制。通常，像素值越强或越亮，则在对应的显示像素处被允许通过LCD100的源光的量就越大。例如，在一种类型的常规LCD中，当向列分子处于“放松（relaxed）”状态（其中没有施加电流）时，向列分子将光从水平偏振扭曲为垂直偏振，这允许光通过垂直偏振滤光器130。然而，当电流被跨电极140、150两端施加时，向列分子沿着电流的方向重新排列。重新排列的度数依赖于电流的强度，以允许不同量的光通过垂直偏振滤光器130。当施加足够的电流时，水平偏振的光的偏振在液晶层160处不被改变，以使得该光被垂直偏振滤光器130所阻挡。
要在LCD100上显示的图像或帧包括多个像素（图像像素），这些像素具有一个或多个像素值并且在显示过程期间与LCD100上的多个显示像素中的对应显示像素相关联。例如，单个图像像素可以具有三个像素值，分别对应于红色、绿色和蓝色强度，并且这三个像素值可以被组合以形成用于该图像像素的很大范围的颜色中的任何颜色。在LCD100上，显示像素可以包括红色、绿色和蓝色子像素，这些子像素由电极140、150单独地控制以便依赖于图像像素的像素值而设置不同的强度。
不同类别的LCD可以使用不同的用来控制电极的机制、不同种类的液晶和不同类型的用于背光的光源。尽管LCD消耗比其它类型的显示器少的功率，但是它们仍占计算设备所消耗的功率的大部分，并且背光使用了许多由LCD消耗的功率。因此，特别是对于便携式电子设备来说，希望降低LCD功耗来延长电池寿命而且也节省能量。LCD功耗可以通过减少由背光110产生的源光的强度而被降低。然而，随着背光强度降低，显示的图像的视亮度（brightness）被降低了，这可导致细节丢失或在其它方面损害观看者所感知的图像质量。观看者感知的图像质量在某些环境光条件下也会受损害。如果环境级别的级别增加，则所显示的图像对于用户可能更加难以观看，或者用户可能感知图像中更少的细节。
因此，需要有效的、高效的方式来响应于背光和环境光级别的改变而增强要在液晶显示器上显示的图像。
发明内容
公开了图像增强技术，其考虑与液晶显示器（LCD）相关联的背光级别、环境光级别和/或其它光级别，而相对增加的观看能力来增强要在LCD上显示的图像。特别地，所公开的技术允许图像响应于LCD的背光级别的降低或者LCD周围的环境光级别的改变而被增强。
在某些实施例中，图像增强技术依照将初始值自乘修改的伽马（gamma）值参数的幂次的等式，将图像的所选择的像素值从初始值重新映射到重新映射的值。该修改的伽马值参数是基于初始像素值以及当前的背光级别和/或当前的环境照明级别。
例如，图像的一部分被增强。该图像部分可以从用户所绘出的边界框、或者用户所选择的或对应于在向LCD输出图像的计算设备上运行的应用的窗口而被确定。不管与该LCD相关联的光级别的改变如何，不与该图像部分对应的像素值保持为未被增强。
附加的信号处理操作可以在图像增强期间或之后被执行。例如，抖动信号可以被施加到增强的图像以降低轮廓描绘的人为缺陷（artifact）。作为另一个例子，由于重新映射导致的图像中的细节丢失可以被检测到，并且其中细节被丢失的区域的对比度可以被锐化。
在其它的实施例中，所述技术可以在位于向LCD输出图像的计算设备中的图形处理单元（GPU）或其它硬件组件中、或者在LCD自身中被实施。
本发明的上述的和其它的目的、特征和优点将从下面的参照附图进行的具体描述中变得更明显。
附图说明
图1是根据现有技术的简化的常规LCD的几个层的透视分解图。
图2是在其中实施所描述的图像增强技术的、包括LCD的示范性计算系统的框图。
图3是在具有完全背面照明（backlighting）的LCD上显示的图像的屏幕截图。
图4是在具有减少25%的背光级别的LCD上显示的图3的图像的屏幕截图，其中在中心窗口中的图像的左半部已经被增强。
图5是显示用于以完全背面照明级别、以带有用于图像增强的重新映射的降低的背面照明级别、以及以不带有重新映射的降低的背面照明级别显示的图像的示范性色调曲线（tone curve）的图表。
图6是增强用于在LCD上输出的图像的一般性方法的流程图。
图7是显示对应于背光级别的减小的、像素值的示范性重新映射的图表。
图8是显示对应于环境照明级别的增加的、像素值的示范性重新映射的图表。
图9是显示带有和不带有由于环境照明级别增加而导致的增强的被显示图像的示范性色调曲线的图表。
具体实施方式
本申请描述了当例如为了减小功耗或对环境光级别的改变作出反应而降低LCD的背光级别时，用于调整像素值的技术和工具（tool）。通过抢先管理背光级别和调整像素值，所述技术和工具可以降低功耗，同时保持显示质量或使能新的显示特性。例如，通过使用这里描述的技术，计算设备可以选择性地增强图像内容、视频内容或其它图形内容的视亮度以补偿背光级别的降低。在决定调整哪些像素值以及这些像素值应该被调整多少时，计算设备可以考虑期望的背光级别、当前的环境光级别、要被显示的内容、用户偏好或指令、应用设置和系统设置以及其它的因素。当在本申请和权利要求中使用时，除非上下文清晰地另外指明，否则单数形式“一”、“一个”和“该”（“a”、“an”和“the”）包括复数形式。另外，词语“包含（include）”意味着“包括（comprise）”。
这里描述的系统、装置和方法无论如何不应被解释为限制。相反，本公开内容针对各种公开的实施例的所有新颖的和非显而易见的特征和方面，不管是独自的还是以各种相互组合和子组合的。所公开的系统、方法和装置不限于任何特定的方面或特征或它们的组合，所公开的系统、方法和装置也不要求任何一个或多个特定的优点存在或解决任何一个或多个特定的问题。
尽管为了便于表达而以特定的顺序次序描述了所公开的方法中某些方法的操作，但是应当理解这种描述方式包含重新安排，除非下面陈述的特定语言需要特定的排序。例如，顺序地描述的操作在某些情况下可被重新安排或并发地执行。而且，为了简明起见，所附的图不能显示所公开的系统、方法和装置可以结合其它系统、方法和装置使用的各种方式。另外，本说明书有时使用类似于“产生”和“提供”的词语来描述所公开的方法。这些词语是被执行的实际计算机操作的高级抽象。对应于这些词语的实际计算机操作将依赖于特定的实现而改变，并且是本领域的技术人员可容易辨别的。
这里参照本公开内容的装置或方法所给出的操作理论、科学原理或其它理论化的描述是为了更好地理解的目的而提供的，且不打算在范围上是限制性的。所附权利要求中的装置和方法并不限于按这样的操作理论所描述的方式起作用的那些装置和方法。
具有LCD和图像增强的计算设备
现在转向附图，图2显示了示例性计算系统200的框图。计算系统200包括硬件单元（以矩形框示出）和可以以软件或者软件和硬件的组合实施的功能单元（用圆角示出）。
对于硬件单元来说，系统200包括液晶显示器（LCD）210、一个或多个处理单元230、存储器240、环境光传感器250和用户输入设备280。通常，处理单元230和存储器240执行针对各个功能单元的软件和/或通过专用的硬件逻辑实施功能单元的特征。该存储器可以是易失性存储器（例如，寄存器、高速缓存RAM）、非易失性存储器（例如，ROM、EEPROM、闪存等等）、或二者的某种组合。用户输入设备280可以包括键盘、鼠标、笔、轨迹球、触摸屏、话音输入设备、扫描设备、或另外的向系统200提供输入的设备。
系统200可以在这样的计算设备中实施，即：该计算设备被通信地耦合到位于该设备之外的LCD210。例如，系统200可以包括台式计算机，其包括处理单元230和存储器240，经由有线或无线连接向LCD210输出图像数据。替换地，系统200可以在包括LCD210的计算设备中实施，这样的设备诸如是智能电话、便携式游戏系统、媒体播放器或其它移动的、便携的或手持的计算设备。
计算系统200可以具有在处理单元230上运行的操作系统260和一个或多个应用270。存储器可以存储操作系统260、应用270和实施这里描述的任何技术的软件。
系统200的功能单元还包括LCD控制器220，用于管理背光和显示。LCD控制器220独自地或者与内容分析和重新映射模块222相结合地处理与要在LCD210上显示的图像相关联的像素值。以下给出在示例性实现中的重新映射操作的细节。LCD控制器220还生成用于控制LCD背光级别的信号。显示驱动器224缓冲用于向LCD210输出的重新映射的结果，且要不然便缓冲用于向LCD210输出的图像数据。控制LCD背光级别的信号可以从控制器220或通过背光控制驱动器226被提供给LCD210。当系统200的一部分进入休眠、待机或其它低功率状态时，操作系统260可以指令控制器220（系统控制）降低背光级别。在另一个示例中，操作系统260（系统控制）或应用270（应用控制）可以指示：图像的一部分要响应于背光级别的改变而被增强。
操作系统260或应用270可以响应于用户输入280（用户控制）而指令控制器220降低背光级别或增强图像。例如，用户可以配置操作系统260和/或应用270的用于降低LCD210视亮度（即，降低背光级别）的参数或设置。用户也可以例如通过绘出边界框、选择在LCD210上显示的一个或多个窗口、或选择其输出被显示在LCD210上的一个或多个应用而指示图像的哪部分要被增强。
LCD控制器220可以响应于从环境光传感器250接收的信号而独自地或通过背光控制驱动器226调整LCD背光级别，并且独自地或与内容分析和重新映射模块222相结合地执行图像增强。环境光传感器250检测附近的或对于LCD易发生的环境光的视亮度，并且生成代表其的信号，该信号被传送到控制器220并由控制器220接收。传感器250可以被集成到与LCD210相同的设备中，或者被集成在实施控制器220的单独的计算设备中。传感器250可以以周期的间隔、应控制器220的请求、或者在环境光级别改变了特定量时，向控制器220 提供环境光级别。LCD控制器220可以基于从传感器250接收的信号来监控环境光级别，并且据此增加或减小LCD背光级别。例如，控制器220可以随着环境光级别的增加而增加背光级别，以使得在LCD上显示的图像更易于在亮光条件下观看。同样地，控制器220可以随环境光级别的减小而减小背光级别，以节省功率、或避免LCD对于其瞳孔已经适应于黑暗环境的用户而言看起来过于明亮。
在不同的实现中，LCD控制器220可以被集成到处理单元230、图形处理单元（GPU）(未示出)、或计算机系统200的任何其它硬件组件（例如，ASIC等等）或其子组件中的一个或多个中。控制器220可以位于包含LCD210的计算设备中、与LCD210分开的计算设备中、或LCD210自身中。例如，如果系统200是台式计算机系统，则LCD控制器220可以位于该个人计算机中或外部的LCD210中。LCD控制器220的不同功能性可以由背光控制驱动器226、重新映射模块222和/或显示驱动器224执行，或者与它们相结合地执行，它们中的任何一个可以位于计算设备中或位于单独的LCD210中。在某些实现中，控制器220的功能性被分布在系统200的多个组件间。例如，由LCD控制器220执行的某些操作可以由台式计算机的计算组件执行，而剩余的LCD控制器220功能性可以由LCD210执行。
显示图像增强的结果的示例性图像
图3和4图示了这里描述的图像增强技术应用于选择性地增加在具有降低的背面照明的LCD上显示的图像的视亮度。图3显示了在具有完全背面照明（即100%的背光级别）的LCD上显示的图像300。图4显示了在具有降低25%的背光级别（即，75%的背光级别）的LCD上显示的同一屏幕截图的图像400 。在窗口内，图像300、400各自包括带着头盔的男子的图像310、410 。在图4中，图像410的左半部420根据这里描述的方法被增强以补偿背光级别的降低。图像410 的右半部430未被增强。正如可以看到的，被增强的左半部420比未被增强的右半部430要亮，并且更加接近地相似于用完全背面照明显示的图像310的视亮度。
特别地，由于降低的背光级别的物理限制，在两个半部420、430中的图像410的相对亮的区域（例如头盔）变得较暗，但是增强技术增加了左半部420的其它区域中的细节（例如，阴影、夹克）的视亮度，以更加接近地匹配原始图像310。对于被选择的显示区域，诸如图像再现窗口或视频再现窗口来说，该增强帮助保持了在相对较暗的区域中的细节的可见度，而不是让那些细节由于背光级别降低所导致的变暗而变得被丢失。
示例性的色调曲线和理论基础
图5显示了针对图3和图4的图像310和410中的像素值的色调曲线510、520、530。每个色调曲线显示了在亮度（luma）像素值和根据该像素值显示的显示像素的视亮度之间的关系。在图5中，亮度像素值被用最大像素值（例如，对于具有8比特色彩深度的图像来说是255，对于具有10比特色彩深度的图像来说是1023）归一化，并且该视亮度被通过以完全背面照明（100%背光级别）且根据最大像素值所显示的显示像素的视亮度归一化。替换地，代替指示亮度像素值的总体视亮度，所述视亮度可以代表显示像素的红色、绿色或蓝色子像素的强度。
色调曲线510、520、530反映了施加于LCD的电极两端的针对显示像素的信号（其对应于相关联的像素值）和显示像素的对应视亮度之间的非线性关系。显示像素视亮度和图像像素值之间的关系可以由如下等式表示：
            （等式1），
其中是与特定的LCD显示器相关联的伽马值。的值可以根据所使用的显示器的类型而改变。在图5中，色调曲线510、520、530是与具有2.2的伽马值或伽马设置的显示器相关联的，该值是典型地用于常规的阴极射线管和某些LCD的伽马值。LCD可以具有不同于2.2的伽马值，并可以具有不能由等式1表示的像素值-视亮度关系。具有这样的关系的LCD在生成施加于水平和垂直电极的信号电压时可以对像素值施加校正，以使得像素值-视亮度关系可以由等式1表示。
色调曲线510对应于用完全背面照明显示的图像310，以及色调曲线520、530 分别对应于用减少25%的背面照明显示的图像310的半个图像420和430 。色调曲线530对应于未被增强的半个图像430，并且等于色调曲线510按0.75缩放（代表背面照明降低25%）。对应于被增强的半个图像420的色调曲线520显示了：对于全范围的像素值的大部分来说，用于被增强的半个图像420的像素值相比于用于未被增强的半个图像430的相同像素值具有更大的视亮度。相对于对应完全背面照明的图像310的色调曲线510，色调曲线520显示了：用于被增强的半个图像420的像素值在小像素值处具有相似的视亮度，表明当被增强时，在以完全背面照明或者降低的背面照明显示时，该图像的较暗区域以相似的视亮度被显示。相反，如色调曲线530所示，用于未被增强的半个图像430的像素值即使在小像素值处也按比例减小。在较高的像素值处，色调曲线520和530会聚，表明被增强的和未被增强的图像的较亮区域以近乎相同的视亮度级别被显示。
示例性图像增强技术
图6显示了用于增强要在液晶显示器上显示的图像的一般性方法600的流程图。该方法600可以例如由膝上型计算机来执行，该膝上型计算机的系统设置已经被用户配置成由于低环境照明条件而降低外部LCD显示器的视亮度。更一般地，诸如参照图2描述的计算机系统200这样的系统执行方法600。
在610，该系统确定与LCD相关联的光级别。该光级别说明（account for）背光级别和/或环境光级别。例如，该光级别是相对于先前的背光级别已经被降低或增加的当前的背光级别。或者，该光级别是相对于先前的环境光级别被降低或增加的当前的环境光级别。在膝上型计算机实现中，膝上型计算机可以例如通过与LCD显示器通信或通过访问系统变量或参数而确定当前的背光级别。膝上型计算机可以通过与环境光传感器通信或通过访问系统变量或参数而确定当前的环境光级别。这些当前的光级别可以与存储在计算机系统可访问的存储器中的先前的光级别进行对比。
在620，该系统增强要在LCD上显示的图像。可以增强整个图像或图像的一部分。即，该图像可以被选择性地增强。通常，该系统将图像的至少一些像素值从初始值重新映射到重新映射的值。典型地，该重新映射的像素值是诸如YUV的亮度-色度颜色空间中的亮度值，并且色度值不被重新映射。
例如，在一些实现中，增强包括依照下述等式将每个要被重新映射的像素值从初始值重新映射到重新映射的值：
    （等式2）
其中是被修改的伽马值比率，并且初始像素值（init_pixel_value）被归一化为处于0到1的范围内。替换地，通过将初始像素值自乘另一类型的修改的伽马值参数来重新映射该初始像素值，该修改的伽马值参数选择性地增加视亮度以补偿所确定的光级别的改变。
对于等式2和这里给出的其它等式来说，实施该等式的运算的细节可以依赖于实现而改变，同时仍然是“依照”该等式的。例如，等式可以通过对于存储输入和输出值之间预先计算的关联的查找表的操作来实施，或输出值可以通过使用该等式来动态地（on-the-fly）从输入值计算。作为另一个例子，等式可以通过仅使用在等式中显示的运算、使用等价的运算或使用附加的运算来实施。作为另一个例子，等式可以孤立地或结合值的其它变换来实施。等式可以通过按照该等式所显示的或暗示的顺序的运算来实施、或者运算可以对于相同的效果而被重新安排。
等式2中修改的伽马值比率是至少部分地基于所确定的光级别以及至少部分地基于初始值。例如，修改的伽马值比率可以被表示为：
             （等式3），
其中是对于特定LCD的伽马设置，诸如是1.8或2.2，以及是伽马调整。
当重新映射被使用来补偿背光级别的改变时，等式3的伽马调整可以被表示为：
   （等式4），
其中是依赖于背光级别的伽马偏移值。对于不同的背光级别的伽马偏移值的示例值在下面被给出。
等式4产生伽马调整值的从低级别像素值处的（在初始像素值0处）到高级别像素值处的（在最大初始像素值1处）的平滑过渡。初始像素值的平方根被用作为对于（）项的缩放系数，因为其对于初始像素值0算出为0，对于最大像素值1算出为1，并且在初始像素值0和1之间具有期望的曲线。因此，等式4采用了被归一化的初始像素值。等式4可以被修改以适应未被归一化的像素值。
在等式4的变例中，可以使用不同于的表达式作为对于项（）的缩放系数，以便增加、减小或者以另外的方式修改图像的增强。例如，缩放系数可以是这样的函数，即：其对于给定的初始像素值产生增强的更大或更小的幅度（即，初始像素值被重新映射了更大或更小的量）。
偏移伽马值可以按需要从所确定的光级别计算出来、从存储在计算机系统的存储器中的查找表中进行检索、或被确定为检索和计算的某种组合。继续膝上型计算机的例子，查找表可以被存储在膝上型计算机的常驻内存中。表1显示了在示范性查找表中的几个条目，该查找表包含对于具有2.2的的LCD的值。
表1
背光值（归一化）
1.0（完全背光级别） 2.200
0.9 2.379
0.8 2.571
0.7 2.832
的值随着背光级别的降低而增加，趋向于导致对于更大的背光降低级别的更大量的图像增强。表1还显示了值通常随着背光值的减小而单调增加。
当重新映射被使用来补偿环境光级别的改变时，等式2和等式4的重新映射的像素值remapped_pixel_value和伽马调整可被表示为：
 （等式5），
    （等式6），
其中，是依赖于环境光级别的伽马偏移值，以及a是缩放参数，其可以被表示为：
           （等式7），
其中b是要被使用于低级别像素值的环境光级别或目标视亮度。对于不同的环境光级别的伽马偏移值的示例值在下面的表2中给出。通过这个伽马调整，重新映射的像素值remapped_pixel_value至少部分地基于所确定的光级别以及至少部分地基于初始像素值。
等式5-7产生重新映射的像素值（remapped_pixel_value）从低级别像素值处（在初始像素值0处）以及）的非零值到高级别像素值处的1.0的平滑过渡。因此，响应于环境照明的增加，方法600可以操作来主要增强图像的较暗区域、将中级别视亮度区域增加少于较暗区域的量 、以及将高级别视亮度区域保持在与未被增强的图像近乎相同的视亮度。
在等式5-7的变例中，不同的表达式提供对于remapping_pixel_value的随着增加的像素值而从非零值到1.0的平滑过渡。偏移伽马值可以按需要从所确定的光级别计算出来、从存储在计算机系统的存储器中的查找表中进行检索、或被确定为检索和计算的某种组合。再次地，继续膝上型计算机的例子，查找表可以被存储在膝上型计算机的常驻内存中。
表2显示了示范性查找表中的几个条目，该查找表包含对于具有2.2的的LCD的值。尽管重新映射仅对非零环境光值b发生，但这并不意味着利用这里描述的方法的系统将总是增强图像，除非该系统处于完全黑暗中。环境照明底限（floor）可以被指定。如果环境照明级别低于这个指定的底限，则环境光值b将被认为是0.0，并且将不发生重新映射或图像增强。
表2
环境光值（b，归一化）
0.01 2.1
0.02 1.9
0.03 1.8
0.05 1.5
0.10 1.75
0.20 2.2
0.30 2.8
0.40 3.2
0.50 3.8
在表2所示的示例性映射中，随着环境光值从0.03到0.05再到0.1的改变而先减少然后增加。因此，（例如，或或）查找表可以包含数量较少的条目并需要少量的存储器。对应于其在查找表中没有对应条目的背光或环境照明值的伽马偏移值可以通过使用线性内插或其它形式的内插从现有的条目中被内插。替换地，或可以在重新映射过程期间由在计算机系统上执行的软件或位于计算机系统上的硬件（即，GPU）实时地计算。
类似地，在已经确定伽马偏移值后，伽马调整值可以在重新映射期间针对每个像素值进行计算，正如其在过程框620处所发生的。替换地，对于的可能值可以在伽马偏移值被确定后针对每个可能的像素值进行计算，并且最终得到的值可以被存储在用初始像素值索引的查找表或其它数据结构中。因此，重新映射可以包括对于图像中的任何给定的初始像素值而从数据结构中检索值，这样便避免了在重新映射期间必须重新计算值。重新映射的像素值（remapped_pixel_value）可以被类似地动态计算或预先计算，并被存储在查找表或其它数据结构中。
而且，既依赖于背光级别又依赖于环境光级别的用于 和/或remapped_pixel_value的等式也可以被使用于像素值重新映射。作为另一个替换，代替考虑单个初始像素值来计算伽马调整和/或remapped_pixel_value，重新映射可以例如考虑在要被增强的像素值周围的邻域中的其它像素值，以通过增强暗像素值来增加暗区域中的对比度，但当它们被亮像素值包围时并不将暗像素值调整到相同的程度。
转到图6，在图像于620处被增强之后，在630处系统将被增强的图像输出到LCD。将被增强的图像输出到LCD可以包括例如计算设备将重新映射的像素值发送到外部LCD，或计算设备的LCD控制器或其它组件将被增强的图像数据发送到被集成在所述设备中的LCD。
像素值的示例性重新映射
图7是曲线710和720的图表700，其显示对于从先前的完全背光级别降低了25%的当前背光级别且对于具有2.2的伽马的LCD(=2.2)，在初始像素值与重新映射的像素值之间的关系。伽马偏移值是2.70（=2.70） ，其是从表1中显示的对于归一化的背光级别0.7和0.8（分别降低30%和20%）的值2.571和2.832线性内插的。
曲线720是在初始和重新映射的像素值之间的没有修正（即，重新映射的像素值与初始像素值相同）的参考曲线。曲线710显示响应于背光级别降低的、初始像素值到更大的重新映射的像素值的重新映射，其中中级别像素值被通过比低级别或高级别值更大的量来重新映射。
回过来参考图5，曲线520是针对图4的被增强的半个图像420的色调曲线。重新映射的像素值的视亮度可以通过将等式2代入等式1来表示：
          等式（8）
如以上所讨论的，色调曲线520表明用降低的背面照明显示的被增强的半个图像420的暗区域具有感知起来与用完全背面照明显示的未被增强的图像310相似的视亮度。同时，对于降低的背面照明，被增强的半个图像420的中级别（和较高级别）像素值比未被增强的半个图像430亮（或一样亮），但是明显地比用完全背面照明显示的未被增强的图像310的对应像素值暗。
图8是曲线810和820的图表800，其显示对于当前环境照明级别为0.1（b=0.1）且对于具有2.2的伽马（=2.2）的LCD，在初始像素值和重新映射的像素值之间的关系。伽马偏移值是1.75（=1.75）。曲线810是在初始和重新映射的像素值之间没有修正（即，重新映射的像素值与初始像素值相同）的参考曲线。曲线820显示响应于b=0.1时的环境照明级别增加，初始像素值到更大的重新映射的像素值的重新映射。低级别像素值的视亮度比中级别和高级别值的视亮度增加更大的量，其中视亮度增加的量随着像素值的增加而减少，并且高级别像素值的视亮度仅增加较小的量，如果其果真发生的话。
图9是对于用完全LCD背面照明显示的图像的色调曲线910和920的图表900 ，其具有（曲线920）和不具有（曲线910）由于环境照明级别的增加而导致的图像增强。曲线910是对于未被增强的图像的、或对于在低环境光条件（即，环境光级别b=0）中显示的图像的色调曲线。色调曲线920表明图像的暗区域在环境照明条件增加的情况下被增强（明显地更亮），并且中级别和较高级别像素值也被增强，但比低级别像素值增强的量要少。被增强的图像中的较高级别像素值的视亮度与未被增强的图像的较高级别像素值的视亮度会聚。
使用情景和替换方案
尽管已经在其中初始像素值被重新映射到更大的像素值以便选择性地增加图像视亮度的例子的上下文中描述了一般性的图像增强方法600，但图像增强还包括响应于背光级别的增加而将初始像素值重新映射到更小的像素值。例如，如果背光级别响应于环境光级别的增加或操作系统从低功率模式（即，休眠、待机等）过渡到正常模式而被增加，则方法600可以将初始像素值重新映射到较低的像素值以防止图像变得过亮。
而且，增强图像可以包括附加于信号值的重新映射或作为信号值的重新映射的一部分来应用数字信号处理（DSP）技术。例如，高频抖动信号可以被应用到正被增强的图像来减轻或避免由于重新映射操作或背光降低而可能发生的轮廓描绘或带状人为缺陷的引入。带状人为缺陷或轮廓描绘可能在例如大范围的初始像素值被少许像素值取代以及图像中像素值的渐变被明显的边界取代时发生。抖动信号可以在像素值已经被重新映射后，通过使用在图像各处添加的图案或仅向其中像素值已经被重新映射的增强区域添加的图案而被添加到图像。该图案可以被预先生成或在显示前动态地生成。例如，抖动信号根据以0为中心的高斯（Gaussian）分布使样本值扰乱一个较小的量，诸如-0.5到0.5。
其它的DSP操作也可以作为图像增强的一部分被包括。例如，图像增强可以包括检测由于重新映射而导致的图像的一个或多个区域中的细节丢失，以及对那些区域中的对比度的锐化。甚至在重新映射后，亮区域中的细节可能由于背光级别的降低而丢失，而这样的对比度调整可以帮助保留这样的细节。相反，暗区域中的重新映射可能无意中使得暗区域中的失真变得更加明显，而DSP操作可以识别并平滑这样的失真。
在某些情景中，当前的背光级别响应于用户指令、根据用户的偏好、根据应用设置或根据系统设置而被直接降低。在其它的情景中，考虑实际的背光级别、当前的环境光级别和图像内容，该系统可以在降低背光级别的同时，例如当显示器的内容大部分为暗时，抢先调整像素值，而不引起对观看者来说明显的改变。
即便当降低功耗不是目标时，这里描述的图像增强技术也可以被使用来达到加亮的效果。例如，在以降低的背面照明级别显示的图像中，与所选择的图像部分相关联的像素值可以被增强，以使得该部分的视亮度感知起来与用完全背面照明显示时一样。被加亮的图像部分可以由用户、操作系统或在计算设备上运行的应用来选择，作为与显示器的其它非活动区域相区别的活动区域。这样的加亮特性可以通过将背光保持在降低的级别以及允许更多的源光通过与该图像部分相关联的显示像素而降低LCD功率消耗。
在另一个使用情景中，这里描述的图像增强技术被应用来归一化在与单个计算机系统一起使用的多个监视器上显示的内容的视亮度。
在其中相对简单的终端用户计算设备通过网络被连接到一个或多个服务器计算机的“云”计算实现中，终端用户设备可以向服务器计算机传达它的背光级别或关于它的环境光条件的信息。服务器计算机可以基于被连接到云的终端用户设备的背光级别或环境光条件来调整媒体内容。被增强的内容然后可以被递送到终端用户设备用于显示。这里描述的方法可以自动地或通过用户的选择而使能。在一些实施例中，合并有环境光传感器的计算设备或LCD监视器可以响应于环境光级别的降低而自动地降低背光级别和增强图像。在其它实施例中，用户可以配置系统设置（例如，操作系统设置、应用设置），所述系统设置控制在降低的背光级别条件中是否利用这里公开的图像增强技术。
这里描述的方法可以以软件或硬件、或软件和硬件的组合来实施。例如，这些方法可以在运行于连接到LCD的计算设备上的操作系统、GPU固件或应用中实施，或由在位于LCD中的处理器上运行的固件来实施，或者功能性可以在这样的组件间分割。替换地，所述方法的一部分或全部可以被实施在位于向LCD输出图像数据的计算机设备的中央处理单元、图形处理单元或任何其它的硬件组件上的电路中，或被实施在LCD中。
另外，尽管本申请中的示例主要聚焦于亮度像素值的重新映射，但是这里描述的方法可以在任何颜色空间中重新映射像素值。例如，可以通过重新映射在YUV（例如，YPbPr、YCbCr）颜色空间中表示的图像的亮度（Y’）像素值而不是色度像素值（U、V），或者通过重新映射在RGB颜色空间中表示的图像的红色、绿色和蓝色子像素值来增强图像。
特别地，为了简化实现，针对视频或图像内容，这里描述的方法可以被应用来重新构建从视频或图像解码输出的亮度像素值。在负责视频解码和显示的视频卡或GPU中，视频再现模块可以在解码后立刻执行重新映射操作，与此同时视频或图像内容的像素值仍然是以8比特或10比特的整数表示且是在亮度/色度颜色空间中。
这里给出的技术可以在计算机可执行指令（比如被包括在程序模块中的那些指令）的一般上下文中被描述，或者它们可以被描述为包括在目标现实或虚拟处理器上在计算系统中执行的系统的“引擎”。通常，程序模块包括执行特定的任务或实施特定的抽象数据类型的例行程序、程序、库、对象、类、构件、数据结构等等。这些程序模块的功能性可以如各种实施例中所期望的那样被组合或在程序模块间分割。用于程序模块的计算机可执行指令可以在本地的或分布式的计算系统或环境中被执行。
这里描述的方法中的任何方法可以由一个或多个计算机可读媒体（例如，计算机可读存储媒体或其它的有形媒体）中的计算机可执行指令来实现。这样的指令可以使得计算机系统执行所描述的方法。这里描述的技术可以以各种各样的编程语言来实现。
已经举例说明并描述了所图示的实施例的原理，这些实施例可以在各种安排中被修改，而同时保持忠实于上面描述的构思。鉴于所公开的发明的原理可以应用到的许多可能的实施例，应当认识到所举例说明的实施例仅仅是本发明的优选的例子，而不应被认为是限制本发明的范围。相反，本发明的范围由以下的权利要求来限定。我们因此要求将属于这些权利要求的范围和精神的所有内容作为我们的发明来进行保护。

Claims (9)

1.一种在包括处理器和存储器的计算设备中的方法，包括：
确定与液晶显示器相关联的光级别，所确定的光级别说明背光级别和环境光级别中的至少一个；
增强要在该液晶显示器上显示的图像，该图像包括多个像素值，所述增强包括依照如下等式将该多个像素值的至少一个中的每个像素值从初始值重新映射到重新映射的值，所述等式是将该初始值自乘被修改的伽马值参数的幂次，该被修改的伽马值参数是依照                                                设置的比率且是至少部分地基于所确定的光级别和该初始值，其中是针对液晶显示器的伽马设置，以及其中是伽马调整，通过该伽马调整，重新映射的像素值至少部分地基于所确定的光级别以及该初始值；以及
输出被增强的图像，用于在该液晶显示器上显示。
2.如权利要求1所述的方法，其中
所述背光级别是已经相对于先前的背光级别被降低的当前的背光级别，并且所述重新映射选择性地增加该图像的视亮度；或
所述环境光级别是已经相对于先前的环境光级别被减小的当前的环境光级别，并且所述重新映射选择性地减小该图像的视亮度；或
所述环境光级别是已经相对于先前的环境光级别被增加的当前的环境光级别，并且所述重新映射选择性地增加该图像的视亮度。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述被重新映射的像素值与要被显示的图像的一部分相关联，其中不与该部分相关联的像素值不被重新映射，以及其中所述背光级别是已经相对于先前的背光级别被降低的当前的背光级别，且所述重新映射增加与图像的该部分相关联的像素的视亮度，使得以当前的背光级别显示的图像的该部分以感知起来与当图像的该部分以先前的背光级别显示时的视亮度相同的视亮度被显示。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中所述增强还包括：
计算多个被修改的伽马值参数，每个被修改的伽马值参数是基于所确定的光级别和可能的像素值；和
将该多个被修改的伽马值参数存储在所述存储器中，所述多个被修改的伽马值参数由对应的可能的像素值索引；
其中所述重新映射该多个像素值中的至少一个包括基于正在被重新映射的像素值的初始值来从所述存储器中检索该多个被修改的伽马值参数中的一个。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述伽马调整依照下式被设置：
，
其中是被确定为背光级别的函数的伽马偏移值，以及其中是依赖于正在被重新映射的像素值的初始值的缩放因子。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述伽马调整依照下式被设置：
，
其中是被确定为环境光级别的函数的伽马偏移值，以及其中是依赖于正在被重新映射的像素值的初始值的缩放因子。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述伽马调整依照下式被设置：
，
其中是被确定为背光级别和环境光级别的函数的伽马偏移值，以及其中是依赖于正在被重新映射的像素值的初始值的缩放因子。
8.一种在图形处理单元中的方法，该方法包括：
接收与液晶显示器相关联的光级别，所述接收的光级别说明当前的背光级别，该当前的背光级别已经相对于先前的背光级别被降低；
增强要在该液晶显示器上显示的图像，所述图像包括多个像素值，所述增强包括依照如下等式将该多个像素值的至少一个中的每个像素值从初始值重新映射到重新映射的值，所述等式是将该初始值自乘被修改的伽马值参数的幂次，其中：
  所述被修改的伽马值参数是依照设置的比率，
  是针对该液晶显示器的伽马设置，且
  是依照下式设置的伽马调整：
  ，
  是被确定为当前的背光级别的函数的伽马偏移值，且
  是依赖于正在被重新映射的像素值的初始值的缩放因子；以及
输出被增强的图像，用于在该液晶显示器上显示。
9.一种计算设备，包括：
用于确定与液晶显示器相关联的光级别的装置，所确定的光级别说明背光级别和环境光级别中的至少一个；
用于增强要在该液晶显示器上显示的图像的装置，该图像包括多个像素值，所述增强包括依照如下等式将该多个像素值的至少一个中的每个像素值从初始值重新映射到重新映射的值，所述等式是将该初始值自乘被修改的伽马值参数的幂次，所述被修改的伽马值参数是依照 设置的比率且是至少部分地基于所确定的光级别和该初始值，其中是针对液晶显示器的伽马设置，以及其中是伽马调整，通过该伽马调整，重新映射的像素值至少部分地基于所确定的光级别以及该初始值；以及
用于输出被增强的图像的装置，用于在该液晶显示器上显示。
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