CN107545871A - 图像亮度处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图像亮度处理方法及装置，涉及液晶显示画质处理领域，所述方法包括：当接收到HDR图像帧时，根据所述图像帧的编码数据中用于指示所述图像帧内容的最大亮度字段，确定第一增益值，根据所述图像帧编码数据中用于指示所述图像帧内容的平均亮度字段，确定亮度阈值；将满足所述亮度阈值条件的所述图像帧的亮度数据以所述第一增益值进行增益运算，得到第一亮度数据。本发明根据HDR图像帧编码数据自适应地提升HDR图像中低亮度部分的显示亮度，增加相邻亮度数据的显示亮度差异，显示更多图像细节，提升画面的层次感。

Description

图像亮度处理方法及装置

技术领域

本发明涉及液晶显示画质处理领域，特别涉及一种图像亮度处理方法及装置。

背景技术

HDR(High-Dynamic Range，高动态范围)图像具有更高的宽容度、更宽的亮度范围，使图像可以在高光比条件下呈现更多的亮部细节，目前HDR图像的亮度可达10000nits，市面上各厂商生产的液晶显示屏性能参差不齐，其最大显示亮度约3000nits～4000nits，显然液晶显示屏的最大显示亮度远小于HDR图像的最大亮度。

通常，液晶显示屏按照ST2084标准曲线对HDR图像进行显示，如图1所示，横坐标代表HDR图像的亮度数据，以10bit亮度数据为例，HDR图像的亮度数据范围是[0,1023]，纵坐标代表HDR显示亮度值。从图1可以看出，标准曲线的前半部分曲率较低，而后半部分曲率很大，也就是HDR图像的中低亮度数据对应的显示亮度值较小，且相邻亮度数据之间的显示亮度值差异不大，而HDR图像高亮度数据对应的显示亮度值差异很大。一方面受显示屏最大显示亮度限制，另一方面多数HDR图像内容是由中低亮度数据部分来体现，从而导致按照标准曲线进行HDR图像显示时，显示图像的整体亮度偏暗，且很多细节丢失，影响画质效果。

发明内容

为了解决相关技术中，HDR图像以标准曲线进行显示，可能会导致HDR图像整体亮度偏暗，细节丢失等问题，本发明技术方案如下：

本发明实施方式的第一方面，提供一种图像亮度处理方法，所述方法步骤包括：

当接收到HDR图像帧时，根据所述图像帧的编码数据中用于指示所述图像帧内容的最大亮度字段，确定第一增益值，根据所述图像帧编码数据中用于指示所述图像帧内容的平均亮度字段，确定亮度阈值；将满足所述亮度阈值条件的所述图像帧的亮度数据以所述第一增益值进行增益运算，得到第一亮度数据。

可选的，所述根据所述图像帧的编码数据中用于指示所述图像帧内容的最大亮度字段，确定第一增益值，步骤包括：所述第一增益值大于1。

可选的，所述方法具体步骤还包括：将不满足所述亮度阈值条件的所述图像帧的亮度数据以第二增益值进行增益运算，得到第二亮度数据。

可选的，所述第二增益值小于1，且随着所述图像帧的亮度数据的增加，所述第二增益值先增加后减小。

可选的，所述根据所述图像帧编码数据中用于指示所述图像帧内容的平均亮度字段，确定亮度阈值，具体步骤包括：根据解析所述平均亮度字段得到的平均亮度值及显示屏的最大显示亮度值，确定调节系数，用以调节所述最大显示亮度值映射的所述图像帧的亮度数据得到所述亮度阈值。

本发明实施方式第二方面，提供一种图像亮度处理装置，所述装置包括：

第一增益值确定单元，用于当接收到HDR图像帧时，根据所述图像帧的编码数据中用于指示所述图像帧内容的最大亮度字段，确定第一增益值；亮度阈值确定单元，用于根据所述图像帧编码数据中用于指示所述图像帧内容的平均亮度字段，确定亮度阈值；亮度数据确定单元，用于将满足所述亮度阈值条件的所述图像帧的亮度数据以所述第一增益值进行增益运算，得到第一亮度数据。

可选的，所述第一增益值确定单元还用于：所述第一增益值大于1。

可选的，所述亮度确定单元还用于：将不满足所述亮度阈值条件的所述图像帧的亮度数据以第二增益值进行增益运算，得到第二亮度数据。

可选的，所述亮度确定单元还用于：所述第二增益值小于1，且随着所述图像帧的亮度数据的增加，所述第二增益值先增加后减小。

可选的，所述亮度阈值确定单元还用于：根据解析所述平均亮度字段得到的平均亮度值，及显示屏的最大显示亮度值，确定调节系数，用以调节所述最大显示亮度值映射的所述图像帧的亮度数据得到所述亮度阈值。

本发明实施方式第三方面，提供一种液晶显示终端，包括视频解码装置、图像处理装置、背光控制装置、显示面板，及上述任一所述图像亮度处理装置。

本发明的技术效果是：

本发明提供的一种图像亮度处理方法和装置，当接收到HDR图像帧时，根据所述图像帧的编码数据中用于指示所述图像帧内容的最大亮度字段，确定第一增益值，根据所述图像帧编码数据中用于指示所述图像帧内容的平均亮度字段，确定亮度阈值；将满足所述亮度阈值条件的所述图像帧的亮度数据以所述第一增益值进行增益运算，得到第一亮度数据。

本发明根据HDR图像帧编码数据中的最大亮度字段确定第一增益值，该第一增益值大于1，根据所述编码数据中平均亮度字段确定亮度阈值，从而确定需要进行亮度提升的HDR亮度数据，根据该第一增益值对该亮度数据进行增益，从而提升HDR图像中低亮度部分的显示亮度，增加相邻亮度数据的显示亮度差异，显示更多图像细节，提升画面的层次感。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式，下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是ST2084标准曲线；

图2是本发明实施例一的图像亮度处理方法流程图；

图3是本发明实施例一显示亮度映射曲线上确定亮度阈值示意图；

图4是本发明实施例一目标显示亮度映射曲线示意图；

图5是本发明实施例一第二增益曲线图；

图6是本发明实施例一图像亮度处理方法过程图；

图7是本发明实施例二图像亮度处理装置结构图

图8是本发明实施例四的图像亮度处理方法流程图；

图9是本发明实施例五的图像亮度处理方法流程图；

图10是本发明实施例六液晶显示终端结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，使本发明所述技术领域中技术人员能够更清楚完整地理解本发明，下面结合附图，通过具体实施例对本申请实施例中技术方案作详细描述：

实施例一：

图2是本发明实施例一的图像亮度处理方法流程图，结合图2对所述方法的具体步骤进一步解释：

步骤S110：当接收到HDR图像帧时，根据所述图像帧的编码数据中用于指示所述图像帧内容的最大亮度字段，确定第一增益值，根据所述图像帧编码数据中用于指示所述图像帧内容的平均亮度字段，确定亮度阈值。

目前HDR视频的主流标准包括HDR10、Dolby Vision、Technicolor/Philips HDR、BBC HDR等，通常电影和流媒体运营商大多支持Dolby Vision与HDR10，而以BBC、NHK为代表的电视台则选择Technicolor/Philips HDR、BBC HDR。HDR视频制作过程中生成记录其制作信息的元数据，元数据与图像数据作为一个整体进行传输，其中元数据通常包括内容最大亮度(Maximum Content Light Level，MaxCLL)、平均亮度(Maximum Frame-averageLightLevel，MaxFALL)等参数，本发明利用HDR图像帧元数据中的最大亮度参数确定第一增益值，根据帧平均亮度确定亮度阈值。

具体的，对HDR视频信号进行解析，得到每一帧HDR图像的编码数据，该编码数据包括图像数据和元数据，元数据中包含指示所述HDR图像帧内容的最大亮度字段和平均亮度字段，提取所述最大亮度字段中所述图像帧的最大亮度值，根据HDR视频的最大亮度值与所述图像帧的最大亮度值的比值来确定第一增益值，且所述第一增益值大于1，其目的是为了提升HDR中低亮度部分的显示亮度值。

其中，HDR视频的最大亮度值是视频拍摄过程中得到的最大的亮度，目前多数HDR视频的最大亮度值能达到10000nits。示例性的，若HDR视频的最大亮度为10000nits，而HDR图像帧内容的最大亮度是4000nits，那么可以求得第一增益值是2.5。

进一步的，根据解析所述平均亮度字段得到的平均亮度值及显示屏的最大显示亮度值，确定调节系数，用以调节所述最大显示亮度值映射的所述图像帧的亮度数据得到所述亮度阈值。

可选的，调节系数可以根据公式(1)来确定：

其中，r是调节系数，B_max是液晶显示屏的最大显示亮度，H_ave是图像帧的平均亮度值，显然，调节系数小于1。

可选的，根据显示屏的最大显示亮度、平均亮度值及最大亮度值，确定调节系数，如下公式(2)：

其中，r是调节系数，B_max是液晶显示屏的最大显示亮度，H_ave是图像帧的平均亮度值，H_max是图像帧的最大亮度值，k₁,k₂,k₃是比例因子，且k₁+k₂+k₃＝1，r<1。

说明的，调节系数小于1，其计算公式不仅限于上述公式(1)或公式(2)，本领域技术人员可以延伸出更多的计算公式都将落入本申请的保护范围中。

进一步的，根据ST2084标准曲线，找到用来显示HDR图像帧的液晶显示屏的最大显示亮度值映射的亮度数据，该亮度数据乘以该调解系数即可求得亮度阈值。

示例性的，图3是本发明实施例一显示亮度映射曲线上确定亮度阈值示意图，如图3所示，曲线310是ST2084标准曲线，液晶显示屏的最大显示亮度值是4000nits，在标准曲线上对应的亮度数据是x₁，根据如下公式可以求得亮度阈值：

t₁＝x₁*(1-r) (3)

其中t₁是亮度阈值。

说明的，本发明能够直接读取HDR图像帧中的最大亮度字段和平均亮度字段中的数值，自适应的确定亮度阈值和第一增益值，简化图像亮度处理的步骤，提高效率。

步骤S120：将满足所述亮度阈值条件的所述图像帧的亮度数据以所述第一增益值进行增益运算，得到第一亮度数据。

值得说明的，由于为了满足HDR图像的初衷(即低亮度图像的显示亮度尽可能低)，于是现有HDR图像在低亮度区间内的亮度被压得很低，但是实际测试过程中发现，如果显示亮度过低，那么HDR中低亮细节很难被很好的显现出来，特设定第一增益值，将小于所述亮度阈值的亮度等级对应的显示亮度值和所述第一增益值相乘，其目的是为了提升HDR图像帧中低亮度部分像素点的亮度值，防止亮度过低使得无法凸显图像的细节。

进一步的，将不满足所述亮度阈值条件的所述图像帧的亮度数据以第二增益值进行增益运算，得到第二亮度数据。

值得说明的，HDR图像在高亮度区间内，受到液晶显示屏最大亮度的限制，将高于显示屏最大亮度的那部分HDR图像内容丢失，对于存在较多高亮内容的HDR图像会造成丢失大量的细节，特设第二增益值，将大于或等于所述亮度阈值的亮度等级对应的显示亮度值第二增益值相乘，为了增加高亮部分的显示亮度之间的差异性，从而解决位于液晶显示屏最大显示亮度附近的显示亮度值恒定不变而带来的图像过曝、细节丢失问题。

示例性的，图4是本发明实施例一目标显示亮度映射曲线示意图，如图4所示，曲线410是标准亮度曲线，液晶显示屏的最大显示亮度是4000nits，根据步骤S110确定的亮度阈值是t₂，HDR图像帧的亮度数据小于t₂部分通过第一增益值进行增益，得到曲线421，大于或等于t₂部分通过第二增益值进行增益，得到曲线422。与标准亮度曲线410相比可以看出，HDR图像帧的中低亮度数据的显示亮度明显提升，且对于标准亮度曲线410来说，当亮度数据大于x₂时，显示亮度恒为显示屏的最大亮度值4000nits，而本申请的曲线通过第二增益值，对高亮部分亮度数据的显示进行亮度细节重建，提升该部分的显示图像细节。

进一步的，图5是本发明实施例一第二增益曲线图，如图5所示，第二增益值小于1，且随着所述图像帧的亮度数据的增加，所述第二增益值先增加后减小，本申请预设第二增益曲线，通过亮度数据查找对应的第二增益值。可选的，也可以预设第二增益值查找表，本申请对于第二增益值存放形式不做限定。

图6是本发明实施例一图像亮度处理方法过程图，如图6所示，根据HDR数据帧中的MaxFALL可以确定亮度阈值，基于该亮度阈值将T2084标准曲线分成两部分，小于亮度阈值的那部分被第一增益值进行增益，大于或等于阈值的那部分被第二增益值进行增益，其中，第一增益值是通过HDR数据帧中的MaxCLL来确定，第二增益值是预设的，对标准曲线进行增益得到目标亮度映射曲线，从而可以确定目标显示亮度。可见，确定第一增益值和确定亮度阈值是独立进行，对于两者计算顺序也不做要求。

以上是实施例一的图像亮度处理方法的具体介绍，本申请还提出与该方法对应的图像亮度处理装置，具体介绍如下：

实施例二：

图7是本发明实施例二图像亮度处理装置结构图，如图7所示，该装置包括：

第一增益值确定单元701，用于当接收到HDR图像帧时，根据所述图像帧的编码数据中用于指示所述图像帧内容的最大亮度字段，确定第一增益值。

进一步的，第一增益值大于1，用于提升HDR图像帧中低亮度数据的显示亮度。

亮度阈值确定单元702，用于根据所述图像帧编码数据中用于指示所述图像帧内容的平均亮度字段，确定亮度阈值。

具体的，根据解析所述平均亮度字段得到的平均亮度值，及显示屏的最大显示亮度值，确定调节系数，用以调节所述最大显示亮度值映射的所述图像帧的亮度数据得到所述亮度阈值。

亮度数据确定单元703，用于将满足所述亮度阈值条件的所述图像帧的亮度数据以所述第一增益值进行增益运算，得到第一亮度数据。

进一步的，亮度数据确定单元703还包括：将不满足所述亮度阈值条件的所述图像帧的亮度数据以第二增益值进行增益运算，得到第二亮度数据。

具体的，所述第二增益值小于1，且随着所述图像帧的亮度数据的增加，所述第二增益值先增加后减小。

上述图像亮度处理装置的具体介绍可以参考实施例一，这里不再重复说明。

实施例四：

在上述实施例一的基础上可以进一步改进得到实施例四，图8是本发明实施例四的亮度处理方法流程图，如图8所示，所述方法具体步骤为：

根据HDR数据帧中的MaxCLL可以确定第一增益值，根据第一增益值和ST2084标准曲线得到第一亮度映射曲线，通过MaxFALL确定亮度阈值，根据该亮度阈值把第一亮度映射曲线分段，针对大于或等于亮度阈值的那段曲线乘以第二增益值，得到第二亮度映射曲线，对于小于亮度阈值的那段曲线不做处理，这样可以得到目标亮度映射曲线，从而确定输入图像帧亮度等级对应的目标显示亮度。

值得说明的，实施例四与实施例一最大的区别点在于确定亮度阈值的那步骤中，具体的，根据显示屏的最大显示亮度在第一亮度映射曲线中确定对应的HDR图像帧的亮度数据，然后根据调节系数来确定亮度阈值，其中，调节系数可以根据实施例一中的步骤来确定。

实施例五：

图9是本发明实施五的亮度处理方法流程图，如图9所示，所述方法步骤包括：

通过第二增益值和标准曲线得到第二显示亮度映射曲线，根据亮度阈值将第二亮度映射曲线进行分段，对小于亮度阈值的那一段曲线用第一增益值进行增益，最后两段映射曲线组合得到目标亮度映射曲线，从而可以获得目标显示亮度值。

其中，确定亮度阈值的步骤具体包括：根据实施例一中确定调节系数的步骤来确定调节系数，根据显示屏的最大显示亮度确定在标准曲线上对应的亮度数据是x₃，根据如下公式可以求得亮度阈值t₃：

t₃＝x₃*(1+r) (4)

综上，通过HDR图像帧中编码数据中的最大亮度字段和平均亮度字段，可以直接提取该图像帧的最大亮度值和平均亮度值，从而确定第一增益值和亮度阈值，对HDR图像帧的显示亮度进行处理，提升HDR图像的显示效果。

实施例六：

图10是本发明实施例七液晶显示终端结构图，如图10所示，液晶显示终端包括：

视频解码装置101，将HDR视频进行解码，得到HDR视频图像帧的灰度数据、元数据等，其中元数据中包含用于指示所述图像帧内容的最大亮度字段和用于指示所述图像帧内容的平均亮度字段。

图像处理装置102，与视频解码装置101相连，对解码后的灰阶度数据进行处理，一方面提供给背光控制装置103，用来提取背光值，另一方面提供给图像亮度处理装置103，用于提取像素亮度值进行图像亮度处理。

背光控制装置103，根据图像的灰阶值生成背光控制数据和背光驱动信号，将该背光控制数据和该背光驱动信号输入给显示面板105，驱动背光源发光。

图像亮度处理装置104，可以是上述任一所述的图像亮度处理装置，其能够根据HDR图像帧自适应调整其显示亮度，提升图像的显示效果。

显示面板105，用于显示图像，本发明根据HDR图像帧的编码数据自适应调整其显示亮度，可以解决视频图像显示过曝、细节丢失等问题。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施方式中的对应过程，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种图像亮度处理方法，其特征在于，所述方法步骤包括：

当接收到HDR图像帧时，根据所述图像帧的编码数据中用于指示所述图像帧内容的最大亮度字段，确定第一增益值，根据所述图像帧编码数据中用于指示所述图像帧内容的平均亮度字段，确定亮度阈值；

将满足所述亮度阈值条件的所述图像帧的亮度数据以所述第一增益值进行增益运算，得到第一亮度数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一增益值大于1。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法具体步骤还包括：

将不满足所述亮度阈值条件的所述图像帧的亮度数据以第二增益值进行增益运算，得到第二亮度数据。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二增益值小于1，且随着所述图像帧的亮度数据的增加，所述第二增益值先增加后减小。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述图像帧编码数据中用于指示所述图像帧内容的平均亮度字段，确定亮度阈值，具体步骤包括：

根据解析所述平均亮度字段得到的平均亮度值及显示屏的最大显示亮度值，确定调节系数，用以调节所述最大显示亮度值映射的所述图像帧的亮度数据得到所述亮度阈值。

6.一种图像亮度处理装置，其特征在于，所述装置包括：

第一增益值确定单元，用于当接收到HDR图像帧时，根据所述图像帧的编码数据中用于指示所述图像帧内容的最大亮度字段，确定第一增益值；

亮度阈值确定单元，用于根据所述图像帧编码数据中用于指示所述图像帧内容的平均亮度字段，确定亮度阈值；

亮度数据确定单元，用于将满足所述亮度阈值条件的所述图像帧的亮度数据以所述第一增益值进行增益运算，得到第一亮度数据。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述亮度确定单元还用于：

将不满足所述亮度阈值条件的所述图像帧的亮度数据以第二增益值进行增益运算，得到第二亮度数据。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述亮度确定单元还用于：

所述第二增益值小于1，且随着所述图像帧的亮度数据的增加，所述第二增益值先增加后减小。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述亮度阈值确定单元还用于：

根据解析所述平均亮度字段得到的平均亮度值，及显示屏的最大显示亮度值，确定调节系数，用以调节所述最大显示亮度值映射的所述图像帧的亮度数据得到所述亮度阈值。

10.一种液晶显示终端，包括视频解码装置、图像处理装置、背光控制装置、显示面板，其特征在于，还包括上述权利要求6-10任一所述图像亮度处理装置。