CN108024104B

CN108024104B - 一种对输入的高动态范围图像进行处理的方法和显示设备

Info

Publication number: CN108024104B
Application number: CN201711319376.9A
Authority: CN
Inventors: 田广
Original assignee: Huaya Microelectronics Shanghai Inc
Current assignee: Huaya Microelectronics Shanghai Inc
Priority date: 2017-12-12
Filing date: 2017-12-12
Publication date: 2020-02-28
Anticipated expiration: 2037-12-12
Also published as: CN108024104A

Abstract

本发明实施例公开了一种对输入的高动态范围图像进行处理的方法和显示设备，涉及显示技术领域，用以解决根据现有技术的方法在媒介上显示HDR图像或视频信号而导致的图像细节丢失，对比度下降，颜色失真等问题。该方法包括：针对每个像素点的各颜色分量值，分别查找各场景下的色调映射表，以得到每个像素点各分量值在各场景下的色调映射值；所述色调映射表是基于各场景下预设分量值区间对应的色调映射值区间占总色调映射值区间的比例大于预设分量值区间占总分量值区间的比例预设的，各预设分量值区间互不重叠且构成总分量值区间；对同一分量值在各场景下的色调映射值进行加权，输出加权后每个像素点的各分量值。

Description

一种对输入的高动态范围图像进行处理的方法和显示设备

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种对输入的高动态范围图像进行处理的方法和显示设备。

背景技术

高动态范围(High-Dynamic Range，简称HDR)图像，是根据不同曝光时间的低动态范围(Low-Dynamic Range，简称LDR)图像相对应的最佳细节合成的，HDR图像可以给用户提供更高的画面动态范围，动态对比度和场景信息。

色调映射，是在有限动态范围媒介上近似显示高动态范围图像的一项计算机图形学技术。本质上来讲，色调映射是通过进行大幅度的对比度衰减将场景亮度变换到可以显示的范围，同时又要保持图像细节与颜色等对于表现原始场景非常重要的信息。

现有的媒介例如计算机、液晶显示器、投影仪等都只能显示的动态范围通常小于HDR图像或视频信号的动态范围，那么，若不对HDR信号进行色调映射处理，或按照现有技术的色调映射处理(直接将HDR图像或视频信号的动态范围按比例缩放)后，显示到现有媒介上，将导致图像细节丢失，对比度下降，颜色失真等问题。

发明内容

本发明的实施例提供一种对输入的高动态范围图像进行处理的方法和显示设备，用以解决根据现有技术的方法在现有媒介上显示HDR图像或视频信号而导致的图像细节丢失，对比度下降，颜色失真等问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种对输入的高动态范围图像进行处理的方法，包括：

针对每个像素点的各颜色分量值，分别查找各场景下的色调映射表，以得到每个像素点各分量值在各场景下的色调映射值；所述色调映射表是基于各场景下预设分量值区间对应的色调映射值区间占总色调映射值区间的比例大于预设分量值区间占总分量值区间的比例预设的，各预设分量值区间互不重叠且构成总分量值区间；

对同一分量值在各场景下的色调映射值进行加权，输出加权后每个像素点的各分量值。

第二方面，本发明实施例提供了一种显示设备，包括：处理器、存储器和总线；

所述存储器用于存储计算机执行指令，所述处理器与所述存储器通过所述总线连接，当所述显示设备运行时，所述处理器执行所述存储器存储的所述计算机执行指令，以使所述显示设备执行如第一方面所述的对输入的高动态范围图像进行处理的方法。

本发明实施例提供了一种对输入的高动态范围图像进行处理的方法和显示设备，针对每个像素点的各颜色分量值，分别查找各场景下的色调映射表，以得到每个像素点各分量值在各场景下的色调映射值；所述色调映射表是基于各场景下预设分量值区间对应的色调映射值区间占总色调映射值区间的比例大于预设分量值区间占总分量值区间的比例预设的；各预设分量值区间互不重叠且构成总分量值区间。色调映射表这样的预设规则增大了在色调映射处理后的图像中对应场景的预设亮度区间的动态对比度。对同一分量值在各场景下的色调映射值进行加权，输出加权后每个像素点的各分量值，色调映射值的权重系数越大，说明图像中属于对应场景预设亮度区间的像素点越多，这样处理相对于现有技术增强了图像的对比度和细节。从而解决了根据现有技术的方法在媒介上显示HDR图像或视频信号而导致的图像细节丢失，对比度下降，颜色失真等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术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例，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为本发明实施例提供的一种对输入的高动态范围图像进行处理的方法的原理图；

图2为本发明实施例提供的一种对输入的高动态范围图像进行处理的方法的流程图；

图3(a)为本发明实施例提供的函数图像上任一点斜率逐渐变化的示意图之一；

图3(b)为本发明实施例提供的函数图像上任一点斜率逐渐变化的示意图之二；

图4为本发明实施例提供的一种基于普通亮场景的色调映射函数的曲线；

图5为本发明实施例提供的一种基于低亮场景的色调映射函数的曲线；

图6为本发明实施例提供的一种基于高亮场景的色调映射函数的曲线；

图7为本发明实施例提供的一种显示设备的内部结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，“大于等于”、“小于等于”的含义分别是是大于或等于、小于或等于。

本发明实施例的工作原理在于，参考图1所示，以RGB图像，各场景为低亮场景、普通亮场景和高亮场景3个场景为例进行说明，先针对每个像素点的各颜色分量值，分别查找各场景下的色调映射表，以得到每个像素点各分量值在各场景下的色调映射值。再将图像中各场景下预设亮度区间中的像素点占所有像素点的比例作为权重，对同一分量值在各场景下的色调映射值进行加权，输出加权后每个像素点的各分量值。以实现将HDR图像或视频信号在现有媒介上显示时，相对现有技术，提高了图像的动态对比度，增强了图像的层次和细节。

需要说明的是：在本发明实施例中，待显示图像和加权求和后的图像既可以是一静态图像、例如相片，也可以是视频图像中的一帧。因而本实施例提供的方法可广泛应用于静态图像或视频图像的处理过程中。

实施例一

本发明实施例提供了一种对输入的高动态范围图像进行处理的方法，该方法各步骤的执行主体可以是对输入的高动态范围图像进行处理的装置，该装置可单独设置，也可以设置于显示器或主机中，在此不做限定。参考图2所示，该方法包括以下步骤：

S101、针对每个像素点的各颜色分量值，分别查找各场景下的色调映射表，以得到每个像素点各分量值在各场景下的色调映射值。

其中，色调映射表是基于各场景下预设分量值区间对应的色调映射值区间占总色调映射值区间的比例大于预设分量值区间占总分量值区间的比例预设的；各预设分量值区间互不重叠且构成总分量值区间。在本发明实施例中，预设分量值区间是按照当将HDR信号映射到液晶屏上去显示时，需要保持亮度显示的分量值区间划分的，即当将HDR信号映射到液晶屏上去显示时，任一场景对应的要保持亮度显示的分量值区间作为该场景下的预设分量值区间。示例的，当HDR信号映射到液晶屏上去显示时，场景分为低亮场景、普通亮场景和高亮场景，那么，低亮场景要保持亮度显示的分量值区间就是低亮场景下的预设分量值区间，普通亮场景要保持亮度显示的分量值区间就是普通亮场景下的预设分量值区间，高亮场景要保持亮度显示的分量值区间就是高亮场景下的预设分量值区间。

HDR信号(以下将HDR图像或视频信号简称为HDR信号)的亮度范围大于现有媒介的亮度范围，下面以液晶显示屏的亮度范围为例具体说明。设HDR信号的最大亮度为Lhm，最小亮度为Lhs，液晶显示屏的最大亮度为Lsm，液晶显示屏的最小亮度为Lss，根据HDR信号标准及市面上的液晶屏亮度范围，可认为Lhm>Lsm，Lhs<Lss，即HDR信号的最大亮度大于液晶显示屏的最大亮度，HDR信号的最小亮度小于液晶显示屏的最小亮度。本发明实施例的目的在于将高亮度范围的HDR信号在低亮度范围的液晶显示屏上显示时，相对现有技术，可以增强图像的动态对比度以及图像亮暗部分的层次和细节。

众所周知，一个像素点呈现怎样的颜色，由三原色分量决定。例如，一个像素点包含红(R)、绿(G)、蓝(B)三个子像素，则此时三原色分量分别为R值、G值和B值。又例如，一个像素点包含青(C)、品红(M)、黄(Y)三个子像素，则此时三原色分量可以是C值、M值和Y值。在本实施例中，优选的，分量值为RGB分量值或CMY分量值，也可以是其他的颜色分量值。在以下实施例中，以输入的像素点的三原色分量为RGB为例进行说明。

需要说明的是，本发明实施例中的一个像素点可以仅由上述的三个子像素构成，当然也可以还包含第四个子像素，例如白(W)子像素。此时，因白色不属于原色，故针对这种像素点的三原色分量仍参考上述描述。

在现有技术中，在记录数字图像的颜色时，实际上是用每个像素需要的位深度(简称位，bit)来表示的，即用图像的深度来表示存储每个像素所用的位数，也用于量度图像的色彩分辨率。图像深度确定彩色图像的每个像素可能有的颜色数，或者确定灰度图像的每个像素可能有的灰度级数。它决定了彩色图像中可出现的最多颜色数，或灰度图像中的最大灰度等级。比如一幅单色图像，若每个像素有8位(bit)，则最大灰度数目为2的8次方，即256。一幅彩色图像R、G、B 3个分量的像素位数分别为4，4，2，则最大颜色数目为2的4+4+2＝10次方，即1024，就是说像素的深度为10bit，每个像素可以是1024种颜色中的一种。因此，本发明实施例中的图像的分量值、图像的亮度值等都是无量纲的，也就是说图3(a)、图3(b)、图4-图6中的横纵坐标代表的物理量是没有单位的。

示例的，HDR信号的位深度是Qbit，液晶显示屏的位深度是Sbit，其中，Q与S均是大于或等于1的正整数，且Q与S可以相等也可以不相等，则Qbit代表的亮度大于Sbit代表的亮度。也就是说，HDR信号用Qbit代表了Lhs～Lhm的亮度范围，液晶显示屏用Sbit代表了Lss～Lsm的亮度范围。

针对每个像素点的各颜色分量值，分别查找各场景下的色调映射表，以得到每个像素点各分量值在各场景下的色调映射值。具体的，待显示图像的每个像素点都有R、G、B三个分量，对每个分量值分别查找N种场景下的色调映射表，以得到每个分量值在N种场景下的N个色调映射值，其中N为大于1的正整数。示例的，对每个像素点的R分量值分别查找N种场景下的色调映射表，以得到该R分量值在N种场景下的N个色调映射值；对每个像素点的G分量值分别查找N种场景下的色调映射表，以得到该G分量值在N种场景下的N个色调映射值；对每个像素点的B分量值分别查找N种场景下的色调映射表，以得到该B分量值在N种场景下的N个色调映射值。

在本发明实施例中，处理前的预设分量值区间对应处理后的色调映射值区间，处理前的总分量值区间对应处理后的总色调映射值区间。具体的，以N-1个依次增大的预设分量值为边界值将总分量值区间划分成N个连续的分量值区间，即从总分量值区间的最小分量值开始到最大分量值依次为第一分量值区间，第二分量值区间，......，第N分量值区间，则经处理后可以得到以N-1个依次增大的且与预设分量值对应的映射值为边界值将总色调映射值区间划分成N个连续的色调映射值区间，即从总色调映射值区间的最小色调映射值开始到最大色调映射值依次为第一色调映射值区间，第二色调映射值区间，......，第N色调映射值区间，且对于同一分量处理前的分量值区间与处理后映射值区间的次序是相同的。例如，对于R分量来说，处理前的第一分量值区间对应处理后的第一色调映射值区间，处理前的第二分量值区间对应处理后的第二色调映射值区间，......，处理前的第N分量值区间对应处理后的第N色调映射值区间。需要说明的是：作为边界值的预设分量值和作为边界值的与预设分量值对应的映射值要本领域技术人员根据实验选取，选取处理效果好的。

N个连续的分量值区间依次为N种场景的预设分量值区间，也即N种场景的关注区间。具体的，第一分量值区间，第二分量值区间，......，第N分量值区间依次为第一场景，第二场景，......，第N场景的预设分量值区间。示例的，第一分量值区间是第一场景的预设分量值区间，第二预设分量值区间是第二场景的预设分量值区间，......，第N区间是第N场景的预设分量值区间。在一场景中除该场景的预设分量值区间为其关注区间，其他都为该场景的非关注区间。示例的第二分量值区间是第二场景的区间，则除第二分量值区间以外的第一分量值区间，第三分量值区间，第四分量值区间，......，第N分量值区间都是第二场景的非关注区间。

色调映射表是基于各场景下预设分量值区间对应的色调映射值区间占总色调映射值区间的比例大于预设分量值区间占总分量值区间的比例预设的。以第一场景下的色调映射表为例说明，第一分量值区间为第一场景的关注区间，其余分量值区间为第一场景的非关注区间，第一色调映射值区间为第一场景的关注区间对应的色调映射值区间，其余色调映射值区间为第一场景的非关注区间对应的色调映射值区间。那么第一场景下的色调映射表是基于第一色调映射值区间占总色调映射值区间的比例大于第一分量值区间占总分量值区间的比例，同时其余色调映射值区间占总色调映射值区间的比例不大于其余分量值区间占总分量值区间的比例预设的。需要说明的是：总分量值区间与总映射值区间的取值范围可以相同，也可以不同。例如，若Q＝S，则取值范围相同，若Q≠S，则取值范围不同。

可选的，同一像素点的不同颜色分量值所查找的同一场景下的色调映射表相同。即对同一像素点的R、G、B分量值所查找的第一场景的色调映射表相同，对同一像素点的R、G、B分量值所查找的第二场景的色调映射表相同，……，对同一像素点的R、G、B分量值所查找的第N场景的色调映射表相同。此时在存储器中只需保存N个色调映射表，节省存储空间。示例的，若N等于3，则存储器中只需保存3个色调映射表。

优选的，同一像素点的不同颜色分量值所查找的同一场景下的色调映射表不同。即对同一像素点的R、G、B分量值所查找的第一场景的色调映射表不同，对同一像素点的R、G、B分量值所查找的第二场景的色调映射表不同，……，对同一像素点的R、G、B分量值所查找的第N场景的色调映射表不同。此时在存储器中需保存3N个色调映射表，但这样可以针对不同分量噪声和色温等的不同做不同的处理，处理后的效果会更好。示例的，若N等于3，则存储器中只需保存9个色调映射表。

针对每个像素点的各颜色分量值，分别查找各场景下的色调映射表，以得到每个像素点各分量值在各场景下的色调映射值，包括：针对每个像素点的各颜色分量值，当查找不到分量值的色调映射值时，查找与分量值最接近的两个分量值的色调映射值，并对查找到的两个色调映射值进行插值运算，以得到分量值的色调映射值。具体的包括以下两种方法。

方法一

在色调映射表中，各索引号为总分量值区间的全部取值，各表项值为各索引号对应的色调映射值；针对每个像素点的各颜色分量值，分别查找各场景下的色调映射表，以得到每个像素点各分量值在各场景下的色调映射值，具体的在对应场景下的色调映射表中，查找与颜色分量值相同的索引号对应的色调映射值。

方法二

在色调映射表中，各索引号为总分量值区间的部分取值，各表项值为各索引号对应的色调映射值；针对每个像素点的各颜色分量值，分别查找各场景下的色调映射表，以得到每个像素点各分量值在各场景下的色调映射值，具体的在对应场景下的色调映射表中，查找与颜色分量值最接近的两个索引号对应的两个色调映射值，根据查找到的两个色调映射值插值计算该颜色分量值的色调映射值。

其中，方案二更节省存储空间。当然还可以有其他的方法，在此不再赘述。

本领域技术人员可知，我们一般会将一帧图像区分为低亮场景图像(如晚上的一幅图像)或普通亮场景图像(如白天但亮度较低时)或高亮场景图像(如白天但亮度较高时)。因此优选的，N等于3。当然N也可以等于2，即只区分暗场景图像(如晚上的一幅图像)或亮场景图像(如白天的一幅图像)，N还可以是其他值，将图像区分的更细致，在此不再赘述。在以下实施例中，以N等于3为例说明。

场景包括第一(低亮)、第二(普通亮)和第三(高亮)场景，且第一场景下预设分量值区间、第二场景下预设分量值区间以及第三场景下预设分量值区间在总分量值区间的次序依次增大。也就是说，总分量值区间包括第一分量值区间、第二分量值区间和第三分量值区间三个连续的分量值区间，第一场景下预设分量值区间、第二场景下预设分量值区间和第三场景下预设分量值区间分别为第一分量值区间、第二分量值区间和第三分量值区间。

需要说明的是：R、G和B分量的总分量值区间包括的三个连续的分量值区间可以相同，也可以不同。具体的，若R、G和B分量所查找的色调映射表相同，则R、G和B分量的总分量值区间包括的三个连续的分量值区间可以相同；若R、G和B分量所查找的色调映射表不同，则R、G和B分量的总分量值区间包括的三个连续的分量值区间一般不同。

优选的，第一场景下色调映射表对应的曲线在预设分量值区间的斜率大于其他分量值区间的斜率；和/或，第二场景下色调映射表对应的曲线在预设分量值区间的斜率不变，优选的第二场景下色调映射表对应的曲线在预设分量值区间的斜率不变且大于其他分量值区间的斜率；和/或，第三场景下色调映射表对应的曲线在预设分量值区间的斜率大于其他分量值区间的斜率。

需要说明的是：本领域技术人员公知的，色调映射表对应的曲线是指以索引号为自变量、表项值为函数值构成的函数的曲线；各场景下色调映射表对应的曲线在预设分量值区间的斜率是指各场景下色调映射表对应的曲线在预设分量值区间的各点的切线的斜率；一场景下色调映射表对应的曲线在预设分量值区间的斜率大于其他分量值区间的斜率是指一场景下色调映射表对应的曲线在预设分量值区间的各点的切线的斜率均大于其他分量值区间的各点的切线的斜率。而且在本发明实施例中的曲线包括直线。本发明实施例中提供的色调映射表对应的曲线仅是本发明的一个优选示例，当然还可以是其他的，在此不再赘述。

进一步优选的，第一场景对应的色调映射表中，以索引号为自变量、表项值为函数值构成的第一函数是连续的，且第一函数的图像上各点的切线的斜率，在不同分量值区间中是分别随着自变量的增大而逐渐减小或不变的，相比其他区间，第一分量值区间中第一函数的图像上各点的切线的斜率大；在第二场景对应的色调映射表中，以索引号为自变量，表项值为函数值构成的第二函数是连续的，且第二函数的图像上各点的切线的斜率，在第一分量值区间中随着自变量的增大而逐渐增大或不变的，在第二分量值区间中随着自变量的增大而不变的，在第三分量值区间中随着自变量的增大而逐渐减小或不变的，相比其他区间，第二分量值区间中第二函数的图像上各点的切线的斜率大；在第三场景对应的色调映射表中，以索引号为自变量，表项值为函数值构成的第三函数是连续的，且第三函数的图像上各点的切线的斜率，在不同分量值区间中是分别随着自变量的增大而逐渐增大或不变的，相比其他区间，第三分量值区间中第三函数的图像上各点的切线的斜率大。

另外，在本发明实施例中，以逐渐增大为例来说明逐渐变化，图像上各点的切线的斜率随着自变量的增大而逐渐增大的函数可以是图像如图3(a)或3(b)所示的函数。

第一场景下色调映射表对应的曲线函数为：

和/或，第二场景下色调映射表对应的曲线在预设分量值区间的函数为：y＝k₂x-c，此时第二场景下色调映射表对应的曲线在其他分量值区间的函数可以是任意的；和/或，第三场景下色调映射表对应的曲线函数为：

其中，x为分量值，y为色调映射值，a为x的最大值，b为y的最大值，m₁为小于1的正数，m₂为大于1的正数，k²为大于b/a的正数，优选的，k₂＝k₀·b/a，其中，k₀＝(Lhm-Lhs)/(Lsm-Lss)，k₁和k₃是用于调整整体亮度的增益系数，可以相等，也可以不相等，且均为大于0的正数，优选的，k₁和k₃可以在0.1～4之间取值，具体的数值根据实际情况确定，在此不做限定，c为大于0的正数。

进一步优选的，第二函数的图像上各点的切线的斜率在第一分量值区间的变化规律与第三函数的图像上各点的切线的斜率在第三分量值区间的变化规律相同；第二函数的图像上各点的切线的斜率在第三分量值区间的变化规律与第一函数的图像上各点的切线的斜率在第一分量值区间的变化规律相同。

那么，示例的，第一函数的关系式为：

第二函数的关系式为：

第三函数的关系式为：

其中，x为分量值，y为色调映射值，a为x的最大值，b为y的最大值，m¹为小于1的正数，m₂为大于1的正数，k₂为大于b/a的正数，优选的，k₂＝k₀·b/a，其中，k₀＝(Lhm-Lhs)/(Lsm-Lss)，当然k₂也可以是k₀·b/a加上一个值或减去一个值，k₄和k₅也是用于调整整体亮度的增益系数，k₁、k₃、k₄和k₅可以相等，也可以不相等，且均为大于0的正数，优选的，k₄和k₅可以在0.1～4之间取值，具体的数值根据实际情况确定，在此不做限定，c为大于0的正数。

其中，由于HDR信号和普通液晶屏的位深度都是从0开始计数，因此a＝2^Q-1，b＝2^S-1。因为HDR信号的最低亮度小于普通液晶显示屏的最低亮度，即二者不相等，因此c不能等于0。

按照上述函数预设的色调映射表满足各场景下预设分量值区间对应的色调映射值区间占总色调映射值区间的比例大于预设分量值区间占总分量值区间的比例。

在满足上述要求的前提下，优选的，在本发明实施例中，我们设置在第二场景下的色调映射表保证HDR信号的普通亮度部分在普通液晶屏上保持亮度显示，那么，HDR信号的低亮度信号部分在普通液晶屏上也保持亮度显示，HDR信号的高亮信号部分在普通液晶屏上以压缩亮度来显示；在第一场景下和第三场景下的色调映射表分别在低亮和高亮部分进行动态对比度增强处理后再在普通亮度液晶屏上显示，不考虑低亮和高亮部分亮度保真问题，而注重转换后图像在低亮和高亮部分的层次和细节的保持。

具体的，要想保证HDR信号的普通亮度部分在普通液晶屏上保持亮度显示，则k₂＝k₀·b/a，其中，k₀＝(Lhm-Lhs)/(Lsm-Lss)是HDR信号与液晶显示屏的动态亮度范围比，由于HDR信号比液晶显示屏的动态亮度范围大，则k₀＞1，因此k₂＞b/a，满足第二函数的要求。

示例的，由于一般情况下HDR信号和普通液晶屏的位深度相同，即Q＝S，那么a＝b，k₂＝k₀，k₁＝k₃＝k₄＝k₅。若要HDR信号在普通亮度液晶屏上正常显示，则需对HDR信号进行如下处理：y＝k₀x-c。

我们设HDR信号与液晶屏的位深度均为10bit，a＝b＝1023，k₁＝k₃＝k₄＝k₅＝1，参考图4的实线所示，当x小于x₀时出现低亮饱和现象，造成图像在低亮部分的细节丢失，当x大于x₃时出现高亮饱和现象，造成图像在高亮部分的细节丢失。

参考图4的虚线所示，为了防止低亮饱和现象发生，选取一个合适的第一预设值x₁，x₁＞x₀。当x＜x₁时，其中m₂＜1。上述函数把[0,x₁]的HDR信号映射到[0,y₂]。

参考图4虚线(加粗)所示，为了防止高亮饱和现象发生，选取一个合适的第一预设值x₂，x₂＜x₃。当x＞x₂时，

其中m₁＞1。上述函数把[x₂,1023]的HDR信号映射到[y₂,1023]。

根据对图像内容分析，增加图像低亮部分层次和细节，增加图像高亮部分层次和细节。

低亮HDR信号处理

为了在普通液晶屏上看到更多的HDR低亮细节，需要把HDR的低亮部分图像值差异放大，本发明采用下面所列的函数来处理，如图5所示。

其中m₁＜1。

高亮HDR信号处理

为了在普通液晶屏上看到更多的HDR高亮细节，需要把HDR的高亮部分图像值的差异放大，本发明采用下面所列的函数来处理，如图6所示。

其中m₂＞1。

色调映射实现方法

1、普通亮场景映射查找表算法

普通亮场景色调映射曲线是一条如图4所示的S型映射曲线，为了硬件实现，本发明采用一个513项的查找表(Look Up Table，简称LUT)来存储这条曲线以节约资源开销，实际上也可以根据观众喜好设置色调映射曲线，在此不再赘述。本发明为R、G和B各分配一个513项每项10bit的表值，设输入的HDR信号为Ri，Gi，Bi，输出为RNo，GNo，BNo，下面以R分量为例来说明普通亮场景的映射查找表算法。

idxp＝floor(Ri/2)，

idxn＝idxp+1；//计算Ri查LUTN_R时地址

Rlutp＝LUTN_R(idxp)；

Rlutn＝LUTN_R(idxn)；//读取对应的表项值

RNo＝(Rlutp+Rlutn)/2；//插值计算出RNo

G分量，B分量均按上面的方法计算出GNo，BNo。

2、低亮场景映射查找表算法

低亮场景的色调映射曲线是一条如图5所示的映射曲线，为了硬件实现，本发明采用一个513项的查找表(Look Up Table，简称LUT)来存储这条曲线以节约资源开销，实际上也可以根据观众喜好设置色调映射曲线，在此不再赘述。本发明为R、G和B各分配一个513项每项10bit的表值，设输入的HDR信号为Ri，Gi，Bi，输出为RLo，GLo，BLo，下面以R分量为例来说明低亮场景的映射查找表算法。

idxp＝floor(Ri/2)，

idxn＝idxp+1；//计算Ri查LUTL_R时地址

Rlutp＝LUTL_R(idxp)；

Rlutn＝LUTL_R(idxn)；//读取对应的表项值

RLo＝(Rlutp+Rlutn)/2；//插值计算出RLo

G分量，B分量均按上面的方法计算出GLo，BLo。

3、高亮场景映射查找表算法

高亮场景的色调映射曲线是一条如图6所示的映射曲线，为了硬件实现，本发明采用一个513项的查找表(Look Up Table，简称LUT)来存储这条曲线以节约资源开销，实际上也可以根据观众喜好设置色调映射曲线，在此不再赘述。本发明为R、G和B各分配一个513项每项10bit的表值，设输入的HDR信号为Ri，Gi，Bi，输出为RHo，GHo，BHo，下面以R分量为例来说明高亮场景的映射查找表算法。

idxp＝floor(Ri/2)，

idxn＝idxp+1；//计算Ri查LUTH_R时地址：

Rlutp＝LUTH_R(idxp)；

Rlutn＝LUTH_R(idxn)；//读取对应的表项值：

RHo＝(Rlutp+Rlutn)/2；//插值计算出RHo

G分量，B分量均按上面的方法计算出GHo，BHo。

根据上述方法得到了R分量的三个色调映射值RLo、RNo和RHo；G分量的三个色调映射值GLo、GNo和GHo；B分量的三个色调映射值BLo、BNo和BHo。

S102、对同一分量值在各场景下的色调映射值进行加权，输出加权后每个像素点的各分量值。

在对同一分量值在各场景下的色调映射值进行加权之前，先要计算同一分量值在各场景下的色调映射值的权重，具体的可以采用下面两种方法计算。

方法一

将图像中各场景下预设亮度区间中的各像素点的平均亮度值占所有场景下预设亮度区间中的各像素点的平均亮度值之和的比例作为权重。

方法二

将图像中各场景下预设亮度区间中的像素点占所有像素点的比例作为权重。

其中，要想获得RGB图像各像素点的亮度，需将RGB图像转换成包含亮度和色度的颜色空间的图像，亮度也可以称为灰度值，色度包含色调和饱和度。在本发明实施例中，包含亮度和色度的颜色空间可以是YUV颜色空间、YCbCr颜色空间、HSI颜色空间、HSV颜色空间等颜色空间。RGB颜色空间与包含亮度和色度的颜色空间的具体转换关系参考现有技术。示例的，将RGB图像转换成YCbCr图像，其中Y值代表了亮度。简单的，可以将R、G和B分量值的平均值作为像素点的亮度。

预设亮度区间是按照自然界的场景来划分的，即用自然界中任一场景对应的亮度区间作为该场景下的预设亮度区间。示例的，若自然界中的场景分为低亮场景、普通亮场景和高亮场景，那么，低亮场景对应的亮度区间就是低亮场景下的预设亮度区间，普通亮场景对应的亮度区间就是普通亮场景下的预设亮度区间，高亮场景对应的亮度区间就是高亮场景下的预设亮度区间。各预设亮度区间互不重叠且构成总亮度区间，在本发明实施例中，总亮度区间是指Lhs～Lhm。具体的，以N-1个依次增大的预设亮度值为边界值将总亮度区间划分成N个连续的亮度区间，即从总亮度区间的最小亮度值开始到最大亮度值依次为第一亮度区间，第二亮度区

间，……，第N亮度区间。需要说明的是：作为边界值的预设亮度值要本领域技术人员根据实验选取，选取处理效果好的。同一场景下预设亮度区间在总亮度区间的次序与预设分量值区间在总分量值区间的次序是相同的。第一亮度区间，第二亮度区间，……，第N亮度区间依次为第一场景，第二场景，……第N场景下预设亮度区间。

延续上述实施例，N等于3，则第一场景，第二场景和第三场景依次为低亮场景，普通亮场景和高亮场景。本步骤中按照方法一计算权重的具体过程如下：

第一步，计算图像中各场景下预设亮度区间中的各像素点的平均亮度值。具体的，分析图像的各像素点，以第一预设亮度值和第二预设亮度值为分界值，根据像素点的亮度的大小把该像素点判断为低亮，普通亮和高亮像素点三种像素点，分别统计这三种像素点的个数和总亮度，计算三种像素点的平均亮度值。

示例的，设低亮像素点个数为L_Num，低亮像素点的总亮度L_Sum，低亮像素点的平均亮度值L_Mean，普通亮像素点个数N_Num，普通亮像素点的总亮度N_Sum，普通亮像素点的平均亮度值N_Mean，高亮像素点个数H_Num，高亮像素点的总亮度H_Sum，高亮像素点的平均亮度值H_Mean；Yi(i,j)是第i行第j列的像素点的亮度，设图像的大小为W*H；Thred_L，Thred_H分别为第一预设亮度值和第二预设亮度值，且Thred_L<Thred_H。初始化，L_Num、N_Num和H_Num以及L_Sum、N_Sum和H_Sum都为0，执行循环，当i大于等于0且小于W时，i++，当j大于等于0且小于H时，j++，则若Yi(i,j)大于Thred_L，则L_Num加1，L_Sum加Yi(i,j)；若Yi(i,j)小于Thred_H，则H_Num加1，H_Sum加Yi(i,j)；否则(Yi(i,j)大于等于Thred_L且小于等于Thred_H)，则N_Num加1，N_Sum加Yi(i,j)；循环结束之后，L_Mean＝L_Sum/L_Num，N_Mean＝N_Sum/N_Num，H_Mean＝H_Sum/H_Num。

第二步，然后进行权重计算。具体的，根据第一步的计算出的三种像素点的平均亮度值，分别计算三种像素点的平均亮度值占三种像素点的平均亮度值之和的比例，即为权重。

示例的，低亮场景的色调映射值的权重系数计算如下：

WL(t)＝L_Mean/(L_Mean+N_Mean+H_Mean)；

普通亮场景的色调映射值的权重系数计算如下：

WN(t)＝N_Mean/(L_Mean+N_Mean+H_Mean)；

高亮场景的色调映射值的权重系数计算如下：

WH(t)＝H_Mean/(L_Mean+N_Mean+H_Mean)；

本步骤中按照方法二计算权重的具体过程如下：

第一步，先分析图像的各像素点，以第一预设亮度值和第二预设亮度值为分界值，根据像素点的亮度的大小把该像素点判断为低亮，普通亮和高亮像素点三种情况，统计这三种像素点的个数。

示例的，设低亮像素点个数为L_Num，普通亮像素点个数N_Num，高亮像素点个数H_Num；Yi(i,j)是像素点的亮度，设图像的大小为W*H；Thred_L，Thred_H分别为第一预设亮度值和第二预设亮度值，且Thred_L<Thred_H。初始化，L_Num、N_Num和H_Num都为0，则若Yi(i,j)大于Thred_L，则L_Num加1；执行循环，当i大于等于0且小于W时，i++，当j大于等于0且小于H时，j++，若Yi(i,j)小于Thred_H，则H_Num加1；否则(Yi(i,j)大于等于Thred_L且小于等于Thred_H)，则N_Num加1。

第二步，然后进行权重计算。具体的，根据第一步的结果计算出各场景下预设亮度区间中的像素点占所有像素点的比例，即为同一分量值在各场景下的色调映射值的权重。

示例的，低亮场景的色调映射值的权重计算如下：

WL(t)＝L_Num/(W*H)；

普通亮场景的色调映射值的权重计算如下：

WN(t)＝N_Num/(W*H)；

高亮场景的色调映射值的权重计算如下：

WH(t)＝H_Num/(W*H)；

在上述两种方法中，t为待显示图像的出现时刻，若待显示图像是视频图像中的一帧，则第一帧图像的出现时刻为t＝t0，第二帧图像的出现时刻为t＝t0+dt，其中t0可以是任意值，dt是一帧图像与下一帧图像的间隔时间。示例的，若每秒钟闪现60帧图像，则dt＝1/60s。

根据方法一或方法二求得的权重对同一分量值在各场景下的色调映射值进行加权计算。具体的，根据上述得出的低亮场景、普通亮场景和高亮场景的3个场景下的权重对RLo、RNo、RHo进行加权求和计算出Ro；根据上述得出的低亮场景、普通亮场景和高亮场景的3个场景下的权重对GLo、GNo、GHo进行加权求和计算出Go；根据上述得出的低亮场景、普通亮场景和高亮场景的3个场景下的权重对BLo、BNo、BHo进行加权求和计算出Bo。

根据上述求得的WL(t)、WN(t)和WH(t)对RLo、RNo、RHo进行加权求和计算出Ro，具体的，根据公式：

Ro＝WL(t)*RLo+WN(t)*RNo+WH(t)*RHo求得Ro。

根据上述求得的WL(t)、WN(t)、WH(t)对GLo、GNo、GHo进行加权求和计算出Go，具体的，根据公式：

Go＝WL(t)*GLo+WN(t)*GNo+WH(t)*GHo求得Go。

根据上述求得的WL(t)、WN(t)、WH(t)对BLo、BNo、BHo进行加权求和计算出Bo，具体的，根据公式：

Bo＝WL(t)*BLo+WN(t)*BNo+WH(t)*BHo求得Bo。

当待显示图像是视频图像中的一帧时，优选的，若采用上述方法一计算图像中各场景下的权重，则可以对图像中各场景下的权重进行滤波，或，对图像中各场景下预设亮度区间中的各像素点的平均亮度值进行滤波；若采用上述方法二计算图像中各场景下的权重，则可以对图像中各场景下的权重进行滤波。通过滤波既可以防止场景切换时的权重系数突变引起的亮度突变又可以防止因光照波动、噪声等引起的闪烁。

滤波方法可以是现有技术中合理的任一种，优选的，当对图像中各场景下的权重进行滤波时，具体的为在同一场景下，若当前帧图像在预设亮度区间的权重小于前一帧图像在预设亮度区间的权重，则使用第一滤波器进行滤波，否则使用与第一滤波器不同的第二滤波器进行滤波；当对所述图像中各场景下预设亮度区间中的各像素点的平均亮度值进行滤波时，具体的为在同一场景下，若当前帧图像在预设亮度区间中的各像素点的平均亮度值小于前一帧图像在预设亮度区间中的各像素点的平均亮度值，则使用第一滤波器进行滤波，否则使用与第一滤波器不同的第二滤波器进行滤波。这种滤波方法一般称为双向时域滤波，双向时域滤波通常指根据当前值Value(t)与前一帧图像相同位置处值Value(t-1)进行比较，若Value(t)<Value(t-1)采用一种滤波方法，否则用另一种方法。在本发明实施例中，双向时域滤波为根据当前帧的权重(或各场景下预设亮度区间中的各像素点的平均亮度值)与前一帧的权重(或各场景下预设亮度区间中的各像素点的平均亮度值)的大小比较，来选择不同的滤波器，具体的就是当场景从黑到白选择一种滤波器，当场景从白到黑选择另一种滤波器。

示例的，对权重进行滤波：

若W(t)<Wm(t-1)，则Wm(t)＝Wm(t-1)+K0*W(t)；否则，Wm(t)＝Wm(t-1)+K1*W(t)。其中，K0，K1是滤波器常数，K0，K1都是大于等于0且小于等于1的数，具体根据实际需要选择，在此不做限定，Wm指WLm，WNm，WHm之一；W指WL，WN，WH之一。

对各场景下预设亮度区间中的各像素点的平均亮度值进行滤波：

若Mean(t)<MeanF(t-1)，则MeanF(t)＝MeanF(t-1)+K0*Mean(t)；否则，MeanF(t)＝MeanF(t-1)+K1*Mean(t)。其中，K0，K1是滤波器常数，Mean指L_Mean，N_Mean，H_Mean之一；MeanF指L_MeanF，N_MeanF，H_MeanF之一。

需要说明的是：在本发明实施例中，若对各场景下预设亮度区间中的各像素点的平均亮度值进行滤波，则在计算权重的时候，将公式中的L_Mean，N_Mean和H_Mean分别用L_MeanF，N_MeanF和H_MeanF替换。

需要说明的是：在进行双向时域滤波的过程中，若待显示图像是第一帧图像，则不对求得的色调映射值的权重系数进行双向时域滤波，直接作为第一帧图像的最终的权重系数。

输出上述加权求和后的图像RoGoBo。

本发明实施例提供了一种对输入的高动态范围图像进行处理的方法，通过先针对每个像素点的各颜色分量值，分别查找各场景下的色调映射表，以得到每个像素点各分量值在各场景下的色调映射值；然后将图像中各场景下预设亮度区间中的像素点占所有像素点的比例作为权重，对同一分量值在各场景下的色调映射值进行加权，输出加权后每个像素点的各分量值。解决了根据现有技术的方法在媒介上显示HDR图像或视频信号而导致的图像细节丢失，对比度下降，颜色失真等问题。

实施例二

本发明实施例提供了一种显示设备，参考图7所示，包括：处理器11、存储器12和总线13；

所述存储器12用于存储计算机执行指令，所述处理器11与所述存储器12通过所述总线13连接，当所述显示设备运行时，所述处理器11执行所述存储器12存储的所述计算机执行指令，以使所述显示设备执行如实施例一所述的对输入的高动态范围图像进行处理的方法。

需要说明的是，处理器11，例如可以是CPU，通用处理器，数字信号处理器DSP，专用集成电路ASIC，FPGA或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本发明公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。所述处理器也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等等。存储器12可以是一个存储装置，也可以是多个存储元件的统称，且用于存储可执行程序代码或接入网管理设备运行所需要参数、数据等。且存储器12可以包括随机存储器(英文全称：Random-Access Memory，英文简称：RAM)，也可以包括非易失性存储器(英文全称：non-volatile memory，英文简称：NVRAM)，例如磁盘存储器，闪存(Flash)等。总线13可以是工业标准体系结构(英文全称：Industry Standard Architecture，英文简称：ISA)总线、外部设备互连(英文全称：Peripheral Component，英文简称：PCI)总线或扩展工业标准体系结构(英文全称：Extended Industry Standard Architecture，英文简称：EISA)总线等。该总线13可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图7中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理包括，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种对输入的高动态范围图像进行处理的方法，其特征在于，包括：

针对每个像素点的各颜色分量值，分别查找各场景下的色调映射表，以得到每个像素点各分量值在各场景下的色调映射值；所述色调映射表是基于各场景下预设分量值区间对应的色调映射值区间占总色调映射值区间的比例大于预设分量值区间占总分量值区间的比例，同时其余色调映射值区间占总色调映射值区间的比例不大于其余分量值区间占总分量值区间的比例预设的，各预设分量值区间互不重叠且构成总分量值区间；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，同一像素点的不同颜色分量值所查找的同一场景下的色调映射表不同。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述对同一分量值在各场景下的色调映射值进行加权之前，还包括：

将图像中各场景下预设亮度区间中的各像素点的平均亮度值占所有场景下预设亮度区间中的各像素点的平均亮度值之和的比例作为权重；或，将图像中各场景下预设亮度区间中的像素点个数占所有像素点个数的比例作为权重；

其中，各预设亮度区间互不重叠且构成总亮度区间，同一场景下预设亮度区间在总亮度区间的次序与预设分量值区间在总分量值区间的次序是相同的。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述针对每个像素点的各颜色分量值，分别查找各场景下的色调映射表，以得到每个像素点各分量值在各场景下的色调映射值，包括：

针对每个像素点的各颜色分量值，当查找不到所述分量值的色调映射值时，查找与所述分量值最接近的两个分量值的色调映射值，并对查找到的两个色调映射值进行插值运算，以得到所述分量值的色调映射值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述场景包括第一、第二和第三场景，且第一场景下预设分量值区间、第二场景下预设分量值区间以及第三场景下预设分量值区间在总分量值区间的次序依次增大；

所述第一场景下色调映射表对应的曲线在预设分量值区间的斜率大于其他分量值区间的斜率；和/或，

所述第二场景下色调映射表对应的曲线在预设分量值区间的斜率不变；和/或，

所述第三场景下色调映射表对应的曲线在预设分量值区间的斜率大于其他分量值区间的斜率。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

所述第一场景下色调映射表对应的曲线函数为：

和/或，

所述第二场景下色调映射表对应的曲线在预设分量值区间的函数为：y＝k₂x-c；和/或，

所述第三场景下色调映射表对应的曲线函数为：

其中，x为分量值，y为色调映射值，a为x的最大值，b为y的最大值，m₁为小于1的正数，m₂为大于1的正数，k₂为大于b/a的正数，k₁、k₃和c均为大于0的正数。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：对图像中各场景下的权重进行滤波，或，对所述图像中各场景下预设亮度区间中的各像素点的平均亮度值进行滤波。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对图像中各场景下的权重进行滤波包括：在同一场景下，若当前帧图像在预设亮度区间的权重小于前一帧图像在预设亮度区间的权重，则使用第一滤波器进行滤波，否则使用与第一滤波器不同的第二滤波器进行滤波；

或者，所述对所述图像中各场景下预设亮度区间中的各像素点的平均亮度值进行滤波包括：在同一场景下，若当前帧图像在预设亮度区间中的各像素点的平均亮度值小于前一帧图像在预设亮度区间中的各像素点的平均亮度值，则使用第一滤波器进行滤波，否则使用与第一滤波器不同的第二滤波器进行滤波。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分量值为RGB分量值或CMY分量值。

10.一种显示设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和总线；

所述存储器用于存储计算机执行指令，所述处理器与所述存储器通过所述总线连接，当所述显示设备运行时，所述处理器执行所述存储器存储的所述计算机执行指令，以使所述显示设备执行如权利要求1-9中任一项所述的对输入的高动态范围图像进行处理的方法。