CN107610669A - 图像灰阶亮度补偿方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种图像灰阶亮度补偿方法及装置，属于液晶显示画质处理领域，所述方法步骤包括：当接收图像时，统计所述图像各像素点灰阶亮度值得到灰阶亮度值的直方图；根据所述直方图中灰阶亮度值的分布特性，将灰阶亮度值分为多个灰阶亮度值区间，其中，所述灰阶亮度值区间包括第一类亮度区间和位于所述第一类亮度区间之间的第二类亮度区间；对灰阶亮度值落入所述第一类亮度区间内的像素点，采用一个补偿曲线对应增益值进行灰阶亮度补偿，对灰阶亮度值落入所述第二类亮度区间内的像素点，采用其相邻所述第一类亮度区间对应二个补偿曲线对应增益值分别进行灰阶亮度补偿。本发明可以解决连续多帧图像切换的亮度闪烁问题。
Description
技术领域
本发明涉及液晶显示画质处理领域，特别涉及图像亮度自适应调整方法及装置。
背景技术
现有基于灰阶亮度值分区进行像素点灰阶亮度补偿的方案中，通常预设固定的分区灰阶亮度节点，将灰阶亮度值划分为不同的亮度补偿区间，针对不同的亮度补偿区间采用不同的亮度补偿函数，对该亮度补偿区间的像素亮度进行调整，从而提高图像的对比度。示例性的，若输入图像信号是8比特，其亮度范围是[0-255]，预存分区灰阶亮度节点分别为100、200，从而得到第一亮度补偿区[0,100]、第二亮度补偿区[100,200]，第三亮度补偿区[200,255]，相应的设定与各亮度补偿区对应的亮度补偿曲线，根据补偿区中像素点灰阶亮度值在亮度补偿曲线上映射的增益值进行亮度补偿。
由于像素点的灰阶亮度值受到噪声的影响，可能会导致连续多帧相同的图像中同一位置像素点的灰阶亮度值有差异，且不同亮度补偿区采用不同的亮度补偿曲线，导致相邻两个亮度补偿区对灰阶亮度的补偿效果不同。如果像素点的灰阶亮度值正好落入相邻亮度补偿区交界附近，加之噪声对其灰阶亮度值的影响，会造成连续多帧相同的图像中位于相邻亮度补偿区交界附近像素点的灰阶亮度值有更大差异。尤其是采用现有的固定分区亮度补偿方法，很有可能造成落入相邻亮度补偿区交界附近的像素点较多，该像素点灰阶亮度经过补偿后，可能导致亮度差异较大，在连续多帧图像切换时会带来亮度闪烁问题。
发明内容
为了解决现有技术中，采用固定分区亮度补偿方法对像素点灰阶亮度补偿后，可能会造成连续多帧图像切换时亮度闪烁问题，本发明技术方案如下：
本发明实施方式的第一方面，提出一种图像灰阶亮度补偿方法，其特征在于，所述方法具体步骤包括：
当接收图像时，统计所述图像各像素点灰阶亮度值得到灰阶亮度值的直方图；根据所述直方图中灰阶亮度值的分布特性，将灰阶亮度值分为多个灰阶亮度值区间，其中，所述灰阶亮度值区间包括第一类亮度区间和位于所述第一类亮度区间之间的第二类亮度区间；对灰阶亮度值落入所述第一类亮度区间内的像素点，采用一个补偿曲线对应增益值进行灰阶亮度补偿，对灰阶亮度值落入所述第二类亮度区间内的像素点，采用其相邻所述第一类亮度区间对应二个补偿曲线对应增益值分别进行灰阶亮度补偿。
可选的，所述根据所述直方图中灰阶亮度值的分布特性，将灰阶亮度值分为多个灰阶亮度值区间，具体步骤包括：根据预置分布特性与灰阶亮度值区间的映射关系表，确定所述灰阶亮度值区间的端点值。
可选的，所述根据预置分布特性与灰阶亮度值区间的第一映射关系表，确定所述灰阶亮度值区间的端点值，具体步骤包括：所述灰阶亮度值的分布特性包括直方图形状、平均特性。
本发明实施方式的第二方面，提出一种图像灰阶亮度补偿装置，所述装置包括：
直方图确定单元，用于当接收图像时，统计所述图像各像素点灰阶亮度值得到灰阶亮度值的直方图；灰阶亮度值区间确定单元，用于根据所述直方图中灰阶亮度值的分布特性，将灰阶亮度值分为多个灰阶亮度值区间，其中，所述灰阶亮度值区间包括第一类亮度区间和位于所述第一类亮度区间之间的第二类亮度区间；灰阶亮度补偿单元，用于对灰阶亮度值落入所述第一类亮度区间内的像素点，采用一个补偿曲线对应增益值进行灰阶亮度补偿，对灰阶亮度值落入所述第二类亮度区间内的像素点，采用其相邻所述第一类亮度区间对应二个补偿曲线对应增益值分别进行灰阶亮度补偿。
可选的，所述灰阶亮度值区间确定单元还用于：根据预置分布特性与灰阶亮度值区间的映射关系表，确定所述灰阶亮度值区间的端点值。
可选的，所述装置还用于：所述灰阶亮度值的分布特性包括直方图形状、平均特性。
本发明实施方式的第三方面，提出一种液晶显示系统，包括视频解压装置、背光控制装置、显示面板，及上述任一所述图像灰阶亮度补偿装置。
本发明的技术效果是：
本发明提供的图像亮度自适应调整方法和装置，所述方法具体步骤包括：当接收图像时，统计所述图像各像素点灰阶亮度值得到灰阶亮度值的直方图；根据所述直方图中灰阶亮度值的分布特性，将灰阶亮度值分为多个灰阶亮度值区间，其中，所述灰阶亮度值区间包括第一类亮度区间和位于所述第一类亮度区间之间的第二类亮度区间；对灰阶亮度值落入所述第一类亮度区间内的像素点，采用一个补偿曲线对应增益值进行灰阶亮度补偿，对灰阶亮度值落入所述第二类亮度区间内的像素点，采用其相邻所述第一类亮度区间对应二个补偿曲线对应增益值分别进行灰阶亮度补偿。
本发明根据直方图中灰阶亮度值的分布特性，采用查表的方式确定灰阶亮度值区间端点，也就是根据不同图像的灰阶亮度值分布特性，划分不同的灰阶亮度区间，且在相邻第一类亮度区间之间设置第二类亮度区间，该第二类亮度区间用来“缓冲”像素点灰阶亮度值的补偿效果，并且尽可能减少落入第二类亮度区间的像素点数目，从而解决连续多帧图像切换时会带来亮度闪烁问题。
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是本发明实施例一两类亮度区间分布示意图；
图2a是本发明实施例一的第一类亮度区的亮度补偿曲线；
图2b是本发明实施例一的第二类亮度区的亮度补偿曲线；
图2c是本发明实施例一的第一类亮度区的另一种亮度补偿曲线，
图3是本发明实施例一的图像亮度自适应调整方法流程图；
图4是本发明实施例二的图像灰阶亮度补偿装置结构图；
图5是本发明实施例三的显示终端结构示意图；
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，下面对本申请涉及的技术名词做出解释，值得注意的是，本申请中灰度和亮度具有相同的概念，下文不再重复说明。
亮度直方图：表示图像中具有某种亮度等级的像素的个数，反映了图像中某种亮度出现的频率，且能够反映图像的亮度分布情况，横坐标为经过归一化处理后的图像亮度，纵坐标为具有该亮度的像素点数目。
RGB色彩空间：通过对红(R)、绿(G)、蓝(B)三个颜色通道的变化，以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色，RGB即是代表红、绿、蓝三个通道的颜色。
YUV色彩空间：主要用于优化彩色视频信号的传输，其中“Y”表示明亮度(Luminance或Luma)，也就是灰度值；而“U”和“V”表示的则是色度(Chrominance或Chroma)，作用是描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。
实施例一：
图3是本发明实施例一的图像亮度自适应调整方法流程图，下面结合附图3通过具体实施例对本发明实施例中的技术方案进行详细介绍。
步骤S110，当接收图像时，统计所述图像各像素点灰阶亮度值得到灰阶亮度值的直方图。
具体的，本发明输入的图像是基于RGB色彩空间的彩色图，采用现有亮度提取技术提取图像的亮度信息，而亮度维度色彩空间包括但不局限于YUV，还包括YIQ(LuminanceIn-phase Quadrature-phase)、HSV(Hue Saturation Value)、HSL(Hue SaturationLightness)等。
优选的，以YUV色彩空间为例，可以按照现有RGB色彩空间与YUV色彩空间转换技术，其转换公式如公式(1)所示：
通过公式(1)，可以得到图像每个像素点的灰阶亮度值Y，从而可以计算出图像的平均灰阶亮度，且统计图像中每个灰阶亮度值上像素点的个数，建立该图像的灰阶亮度值的直方图，该直方图的横轴代表图像的灰阶亮度值，沿着横轴的方向灰阶亮度值逐渐增加，该直方图的纵轴代表灰阶亮度值对应的像素点数目。
步骤S120，根据所述直方图中灰阶亮度值的分布特性，将灰阶亮度值分为多个灰阶亮度值区间，其中，所述灰阶亮度值区间包括第一类亮度区间和位于所述第一类亮度区间之间的第二类亮度区间。
进一步的，根据预置分布特性与灰阶亮度值区间的映射关系表，确定所述灰阶亮度值区间的端点值。其中，映射关系表是根据经验值得到的，根据映射关系可以确定灰阶亮度区间的划分节点，即各灰阶亮度区间的端点。
具体的，第一类亮度区间和第二类亮度区间是相间分布，且两者是连续的，第一类亮度区间和第二类亮度区间的个数不做限定，可根据情况选择合适的分区个数。图1是本发明实施例一两类亮度区间分布示意图，如图1所示，将亮度直方图划分为若干个分区，其中标号为1的分区是第一类亮度区间，标号为2的分区为第二类亮度区间，第一类亮度区间和第二类亮度区间是间隔分布，且他们之间是连续的，即第一类亮度区间和第二类亮度区间存在公共端点。
其中，第一类亮度区间主要目的是为了实现该区间内的像素点灰阶亮度的补偿，提高图像的对比度，而第二类亮度区间是其相邻两个第一类亮度区间的“过渡”，其目的是为了缓冲其相邻两个第一类亮度区间灰阶亮度的补偿效果，使得补偿后的亮度值不要跳跃，解决补偿后图像切换闪烁问题。
进一步的，所述灰阶亮度值的分布特性包括直方图形状、平均特性等。
具体的，分布特性与灰阶亮度值区间的映射关系表，可以根据平均特性与灰阶亮度值区间端点值得到的，也可以是根据直方图形状和灰阶亮度值区间端点值得到的，以及本领域技术人员在此基础上演变的其他方式得到的。在执行步骤S120时，只需要查找映射关系表，就可以得到各个灰阶亮度值区间，步骤简单，可以提高图像亮度补偿的效率。
示例性的，以划分5个区为例，亮度直方图的统计特性可以由图像的平均亮度值和最大亮度值组成，表1是第一映射关系表：
表1第一映射关系表
可选的，所述第一预设表中的直方图统计特性不仅局限于计算其最小亮度值、平均亮度值、最大亮度值，也局限于单个特性还是多个特性的组合，本领域技术人员可以在此基础上进一步改进，演变出更多的映射关系表。
可选的，根据图像像素点灰阶亮度的最大值、最小值、平均值，参考公式(1)和公式(2)确定灰阶亮度值区间的端点值：
其中，Bmin代表灰阶亮度值的最小值，Bmean代表灰阶亮度值的平均值，Bmax代表灰阶亮度值的最大值，T1代表第一分界值，T2代表第二分界值。分别以T1和T2向两侧外扩固定距离d，从而确定第二类亮度区间的端点值，第二类亮度区间相邻的为第一类亮度区间。
示例性的，也可以是根据亮度直方图中柱状图的形状来匹配分区节点，表2是另一种形式的第二映射关系表，根据直方图中柱状高度变化的走势，在像素点数目较少的柱状附近挑选恰当的端点值：
表2第二映射关系表
步骤S130，对灰阶亮度值落入所述第一类亮度区间内的像素点，采用一个补偿曲线对应增益值进行灰阶亮度补偿，对灰阶亮度值落入所述第二类亮度区间内的像素点，采用其相邻所述第一类亮度区间对应二个补偿曲线对应增益值分别进行灰阶亮度补偿。
其中，第二类亮度区间通过采用其相邻所述第一类亮度区间对应二个补偿曲线对应增益值分别进行灰阶亮度补偿，来实现对第一类亮度区间补偿效果的“缓冲”作用，更好地防止连续多帧图像切换时出现亮度跳跃，造成画面闪烁的问题。
可选的，针对不同的亮度区间，预先设定不同的亮度补偿曲线，也可以设定不同的增益表，通过查找补偿曲线或者查增益表的方式，得到该亮度区间中像素点亮度值对应的增益值。其中，第二类亮度区间的亮度补偿曲线或增益表是其相邻的两个第一类亮度区间的亮度补偿曲线或增益表。不同的第一类亮度区采用不同的亮度补偿曲线或增益表。
示例性的，图2a是本发明实施例一的第一类亮度区的亮度补偿曲线，用于对该补偿区中图像暗场细节丢失进行补偿；图2b是本发明实施例一的第二类亮度区的亮度补偿曲线，用于对其相邻的第一类亮度区的亮度补偿效果进行缓冲，图2c是本发明实施例一第一类亮度区的另一种亮度补偿曲线，用于对该补偿区的图像亮场细节丢失进行补偿。
可选的，在上述亮度补偿曲线基础上，可以设定不同的权值，采用权值乘以亮度补偿曲线的方式进一步改善图像亮度补偿效果，具体的，f1,f2,f3分别上述三条亮度补偿曲线对应的函数，g1,g2,g3分别为该函数对应的权值，那么本实施例一的亮度补偿总函数F如公式(3)所示：
F＝f1·g1+f2·g2+f3·g3 (3)
可选的，将上述亮度补偿曲线替换为增益表，表3是第一类亮度区间的增益表，其中该表中每一个灰阶亮度值对应一个增益值。表4是第二类亮度区间的增益表，其中该表中每一个灰阶亮度值对应两个增益值，两个增益值可能相同也可能不同，优选的为一个增益值大于1，另一个增益值小于1。通过查表的方式来选择灰阶亮度值对应的增益值，进行亮度补偿。
表3第一类亮度区间的增益表
| 第一类亮度区间的编号 | 灰阶亮度值 | 增益值 |
| 1 | 1 | 1.2 |
| 1 | 10 | 1.5 |
| …… | ||
| 2 | 150 | 0.5 |
| 2 | 200 | 0.6 |
| …… | …… | …… |
表4第二类亮度区间的增益表
另外，确定增益值的方式不仅局限在上述两种形式，本领域技术人员还可以得到很多变形的方案，这些方案都将落入本发明要求保护的范围内。
以上是实施例一的具体内容，根据实施例一介绍的方法设计图像灰阶亮度补偿装置，具体介绍见实施例二：
实施例二：
图4是本发明实施例二的图像灰阶亮度补偿装置结构图，如图4所示，所述装置包括：
直方图确定单元401，用于当接收图像时，统计所述图像各像素点灰阶亮度值得到灰阶亮度值的直方图。
灰阶亮度值区间确定单元402，用于根据所述直方图中灰阶亮度值的分布特性，将灰阶亮度值分为多个灰阶亮度值区间，其中，所述灰阶亮度值区间包括第一类亮度区间和位于所述第一类亮度区间之间的第二类亮度区间。
进一步的，灰阶亮度值区间确定单元402还用于，根据预置分布特性与灰阶亮度值区间的映射关系表，确定所述灰阶亮度值区间的端点值。其中，映射关系表是根据经验值得到的，根据映射关系可以确定灰阶亮度区间的划分节点，也就是各灰阶亮度区间的端点。
具体的，第一类亮度区间和第二类亮度区间是相间分布，且两者是连续的，第一类亮度区间和第二类亮度区间的个数不做限定，可根据情况选择合适的分区个数。
进一步的，灰阶亮度值区间确定单元402还用于，所述灰阶亮度值的分布特性包括直方图形状、平均特性等。
具体的，分布特性与灰阶亮度值区间的映射关系表，可以根据平均特性与灰阶亮度值区间端点值得到的，也可以是根据直方图形状和灰阶亮度值区间端点值得到的，以及本领域技术人员在此基础上演变的其他方式得到的。
灰阶亮度补偿单元403，用于对灰阶亮度值落入所述第一类亮度区间内的像素点，采用一个补偿曲线对应增益值进行灰阶亮度补偿，对灰阶亮度值落入所述第二类亮度区间内的像素点，采用其相邻所述第一类亮度区间对应二个补偿曲线对应增益值分别进行灰阶亮度补偿。
其中，第二类亮度区间通过采用其相邻所述第一类亮度区间对应二个补偿曲线对应增益值分别进行灰阶亮度补偿，来实现对第一类亮度区间补偿效果的“缓冲”作用，更好地防止连续多帧图像切换时出现亮度跳跃，造成画面闪烁的问题。
以上是本发明实施例二提供的图像亮度自适应调整装置的具体解释、说明，可以参考实施例一的介绍，该装置和方法实现的原理有相似之处，这里不再赘述。
实施例三：
图5是本发明实施例三的显示终端结构示意图，如图5所示，发明提供一种液晶显示系统包括：
视频解压装置501，对视频进行解码得到图像灰阶数据，输入的视频类型不做限定，可以是普通视频，也可以是HDR类型的视频，或者其他类型的视频。
背光控制装置502，对视频解码装置501解码得到的灰阶数据基于背光值提取算法提取背光值，该背光值用于驱动背光源的控制，具体可以参考现有的背光控制方法，这里不再详细说明。
图像灰阶亮度补偿装置503，与视频解压装置501相连，对解析得到的图像灰阶数据进一步处理，具体步骤参照上述实施例一和实施例二，得到显示图像亮度值，输入给显示面板504，该装置是整个液晶显示系统的核心。
显示面板504对图像灰阶亮度补偿装置503处理后的图像，配合背光控制装置502的对背光源的控制，将输入图像进行显示。
除了上述部件外，该终端还包括配合本实施例三正常工作的其他部件，例如输入/输出系统，控制器，外部接口等，这里不再赘述，上述液晶显示系统可以提高显示画面的亮度统一，提高用户体验。
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 (7)
1.一种图像灰阶亮度补偿方法，其特征在于，所述方法具体步骤包括：
当接收图像时，统计所述图像各像素点灰阶亮度值得到灰阶亮度值的直方图；
根据所述直方图中灰阶亮度值的分布特性，将灰阶亮度值分为多个灰阶亮度值区间，其中，所述灰阶亮度值区间包括第一类亮度区间和位于所述第一类亮度区间之间的第二类亮度区间；
对灰阶亮度值落入所述第一类亮度区间内的像素点，采用一个补偿曲线对应增益值进行灰阶亮度补偿，对灰阶亮度值落入所述第二类亮度区间内的像素点，采用其相邻所述第一类亮度区间对应二个补偿曲线对应增益值分别进行灰阶亮度补偿。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述直方图中灰阶亮度值的分布特性，将灰阶亮度值分为多个灰阶亮度值区间，具体步骤包括：
根据预置分布特性与灰阶亮度值区间的映射关系表，确定所述灰阶亮度值区间的端点值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据预置分布特性与灰阶亮度值区间的第一映射关系表，确定所述灰阶亮度值区间的端点值，具体步骤包括：
所述灰阶亮度值的分布特性包括直方图形状、平均特性。
4.一种图像灰阶亮度补偿装置，其特征在于，所述装置包括：
直方图确定单元，用于当接收图像时，统计所述图像各像素点灰阶亮度值得到灰阶亮度值的直方图；
灰阶亮度值区间确定单元，用于根据所述直方图中灰阶亮度值的分布特性，将灰阶亮度值分为多个灰阶亮度值区间，其中，所述灰阶亮度值区间包括第一类亮度区间和位于所述第一类亮度区间之间的第二类亮度区间；
灰阶亮度补偿单元，用于对灰阶亮度值落入所述第一类亮度区间内的像素点，采用一个补偿曲线对应增益值进行灰阶亮度补偿，对灰阶亮度值落入所述第二类亮度区间内的像素点，采用其相邻所述第一类亮度区间对应二个补偿曲线对应增益值分别进行灰阶亮度补偿。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述灰阶亮度值区间确定单元还用于：
根据预置分布特性与灰阶亮度值区间的映射关系表，确定所述灰阶亮度值区间的端点值。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还用于：
所述灰阶亮度值的分布特性包括直方图形状、平均特性。
7.一种液晶显示系统，包括视频解压装置、背光控制装置、显示面板，其特征在于，所述系统还包括上述权利要求4-6任一所述图像灰阶亮度补偿装置。
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