CN108090879A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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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：对每个像素点的亮度值，查找各场景下的色调映射对比度系数表，以得到每个像素点在各场景下的色调映射对比度系数；对同一像素点在各场景下的色调映射对比度系数进行加权；将加权后的色调映射对比度系数作为色彩补偿系数，对每个像素点进行色彩补偿并输出。

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。
计算机、液晶显示器、投影仪等媒介都只能显示有限的动态范围。即现有媒介的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：
对每个像素点的亮度值，查找各场景下的色调映射对比度系数表，以得到每个像素点在各场景下的色调映射对比度系数；所述色调映射对比度系数表中每个像素点的亮度值与每个像素点的亮度值和其色调映射对比度系数的乘积构成的色调映射表是基于各场景下第一预设亮度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第一预设亮度区间占总亮度区间的比例预设的，各第一预设亮度区间互不重叠且构成总亮度区间；
对同一像素点在各场景下的色调映射对比度系数进行加权；
将加权后的色调映射对比度系数作为色彩补偿系数，对每个像素点进行色彩补偿并输出。
第二方面，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：
对每个像素点的亮度值，查找各场景下的色调映射表，以得到每个像素点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第一预设亮度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第一预设亮度区间占总亮度区间的比例预设的，各第一预设亮度区间互不重叠且构成总亮度区间；
计算每个像素点在各场景下的色调映射值与该像素点亮度值的比值，以得到每个像素点在各场景下的色调映射对比度系数；
对同一像素点在各场景下的色调映射对比度系数进行加权；
将加权后的色调映射对比度系数作为色彩补偿系数，对每个像素点进行色彩补偿并输出。
第三方面，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或第二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，对每个像素点的亮度值，查找各场景下的色调映射对比度系数表，以得到每个像素点在各场景下的色调映射对比度系数；色调映射对比度系数表中每个像素点的亮度值与每个像素点的亮度值和其色调映射对比度系数的乘积构成的色调映射表是基于各场景下第一预设亮度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第一预设亮度区间占总亮度区间的比例预设的，各第一预设亮度区间互不重叠且构成总亮度区间；或者，对每个像素点的亮度值，查找各场景下的色调映射表，以得到每个像素点在各场景下的色调映射值；色调映射表是基于各场景下第一预设亮度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第一预设亮度区间占总亮度区间的比例预设的，各第一预设亮度区间互不重叠且构成总亮度区间；计算每个像素点在各场景下的色调映射值与该像素点亮度值的比值，以得到每个像素点在各场景下的色调映射对比度系数。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第一预设亮度区间的动态对比度，那么得到的色调映射对比度系数也就在对应场景的第一预设亮度区间得到了相应的变化。然后对同一像素点在各场景下的色调映射对比度系数进行加权。权重系数越大，说明图像中属于对应场景第一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。将加权后的色调映射对比度系数作为色彩补偿系数，对每个像素点进行色彩补偿并输出。色彩补偿又解决了颜色失真的问题。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。同时，对各像素点的亮度值查找各场景下色调映射对比度系数表或色调映射表的方法存储表的数量是对各像素点的三原色分量值，分别查找各场景下色调映射对比度系数表或色调映射表的方法存储表的数量的三分之一，这样可以节省存储空间。
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对输入的高动态范围图像进行处理的方法的流程图之一；
图3为本发明实施例提供的对输入的高动态范围图像进行处理的方法的流程图之二；
图4(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4(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5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6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7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8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。
本发明实施例中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本发明实施例中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
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。
本发明实施例的工作原理在于，以输入的信号为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。针对RGB图像中每个像素点R、G和B分量中最大分量值，先通过查找在各场景下的色调映射对比度系数表或通过查找在各场景下的色调映射表以及计算得到每个像素点的色调映射对比度系数，然后对同一像素点在各场景下的色调映射对比度系数进行加权；最后将加权后的色调映射对比度系数作为色彩补偿系数，对每个像素点进行色彩补偿并输出。这种方法在实现将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。
对于一帧图像而言，通常任一像素点具有三原色分量，例如：红色分量R、绿色分量G、以及蓝色分量B，可选的，本实施例中该像素点的亮度表征值(以下简称亮度值)记为L，可以是三原色分量中的最大值，用公式表达为：L＝Max(R，G，B)。当然，L也可以是三原色分量的平均值等，只要可表征一像素点亮度即可。
需要说明的是，上述是以RGB三分量为例而说明的，事实上，即便三原色分量不是RGB，例如可以是CMY(青、品红、黄)，此时也仍可取三原色分量的最大值作为亮度值。另外，若该像素点还有第四个分量，例如白色分量W，此时可以取三原色分量的最大值作为亮度值，还可以取四个色彩分量的最大值作为亮度值。
由于颜色编码方式除了上述的三原色分量颜色空间方式，还可以采用包含亮度和色度组成的颜色空间方式，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，由亮度和色度组成的颜色空间可以是YUV颜色空间、YCbCr颜色空间、HSI颜色空间、HSV颜色空间等。例如YCbCr方式，像素点的亮度值可以是该像素点的Y值，即L＝Y。
下面，简单介绍几种常用的包含亮度和色度的颜色空间。
YUV：其中Y表示亮度(Luminance或Luma)，也就是灰度值，而U和V则表示的是色度(Chrominance或Chroma)。在YUV中，Y值即为第一亮度值。
YCbCr：是YUV经过缩放和偏移的翻版。其中Y与YUV中的Y含义一致，Cb、Cr同样都指色彩，只是在表示方法上不同而已。在YUV家族中，YCbCr是在计算机系统中应用最多的成员，其应用领域很广泛，JPEG、MPEG均采用此格式。一般人们所讲的YUV大多是指YCbCr。在YCbCr中，Y值即为第一亮度值。
HSI：反映了人的视觉系统感知彩色的方式，以色调(H)、饱和度(S)和亮度(I)三种基本特征量来感知颜色。在HSI中，I值即为第一亮度值。
HSV：是根据颜色的直观特性创建的一种颜色空间，参数分别是：色调(H)，饱和度(S)，明度(V)。在HSV中，V值即为第一亮度值。
需要说明的是：在本发明实施例中，每个像素点的亮度值可以是三原色颜色空间图像中每个像素点三原色分量中的最大分量值，例如RGB图像中每个像素点R、G和B分量中最大分量值Max(R，G，B)；也可以是亮度和色度颜色空间图像中每个像素点的亮度值，例如YCbCr图像中每个像素点的Y分量值。在本发明实施例中，以输入的信号为RGB图像为例进行说明。
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。
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4(a)、图4(b)和图5-图7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。
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或图3所示，该方法包括以下步骤：
S101(可选的)、将每个像素点非线性的分量值转换为预设的线性的分量值。
目前采用的HDR标准有多种，如HDR10，HLG等，由于这些HDR标准采用了不同的光电转换函数，导致目前市面上的色调映射还不能很好的还原色彩。针对这一现象，本发明实施例为了支持多种HDR标准，提出了先根据各HDR标准的光电转换函数，把非线性信号转换为线性信号，然后在线性信号上进行色调映射的方法。由于光电转换函数涉及复杂的函数运算，且每种HDR标准的光电转换函数都不相同，同时考虑到对今后可能出现的新HDR标准的光电转换函数的支持，本发明实施例采用查找表的方式进行HDR光电函数转换。这样即降低了硬件实现复杂度，又使得本发明对不同HDR标准的兼容性好，系统具有可扩展性。
将每个像素点非线性的分量值转换为预设的线性的分量值，这里的转换关系要根据输入的HDR信号的标准来确定。例如若输入的HDR信号是HDR10标准的信号，那么转换关系就是依据HDR10标准的光电转换函数来预设的；若输入的HDR信号是HLG标准的信号，那么转换关系就是依据HLG标准的光电转换函数来预设的。具体的各HDR标准的光电转换函数参考现有技术，此处不再赘述。
示例的，将输入的非线性的RGB信号转换成预设的线性R’G’B’信号。具体的，本发明实施例为RGB三个色彩分量各建立一个依据HDR标准的光电转换函数预设的查找表(LUT)，为了节省硬件资源，对10bit位宽的HDR信号，LUT的表项个数为513项，每项位宽为16bit以增加信号的表现能力。转换算法说明如下：
设输入的HDR信号为R，G，B，输出为R’，G’，B’
G分量，B分量的转换算法均按上面的方法计算，在此不再赘述。
根据上述方法得到转换后的R’G’B’。
在本发明实施例中，要得到每个像素点在各场景下的色调映射对比度系数，有两种实现方式，一种是图2中的步骤S102a，另一种是图3中的步骤S102b-S102c，具体的参考以下实施例描述。
S102a、对每个像素点的亮度值，查找各场景下的色调映射对比度系数表，以得到每个像素点在各场景下的色调映射对比度系数。
对每个像素点的亮度值，分别查找各场景下的色调映射对比度系数表，以得到每个像素点亮度值在各场景下的色调映射对比度系数。具体的，对待显示图像的每个像素点的亮度值分别查找N种场景下的色调映射对比度系数表，以得到每个亮度值在N种场景下的N个色调映射对比度系数，其中N为大于1的正整数。示例的，对每个像素点的亮度值Max(R’，G’，B’)分别查找N种场景下的色调映射对比度系数表，以得到该亮度值在N种场景下的N个色调映射对比度系数。对每个像素点的亮度值Max(R’，G’，B’)，分别查找N种场景下的色调映射对比度系数表，只需在存储器中存储N个色调映射对比度系数表，而对每个像素点的三原色分量值R’，G’和B’，分别查找N种场景下的色调映射对比度系数表，需要在存储器中存储3N个色调映射对比度系数表。示例的，若N等于3，则对每个像素点的亮度值Max(R’，G’，B’)，分别查找3种场景下的色调映射对比度系数表，只需在存储器中存储3个色调映射对比度系数表，而对每个像素点的三原色分量值R’，G’和B’，分别查找3种场景下的色调映射对比度系数表，若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对比度系数表不同，则需要在存储器中存储9个色调映射对比度系数表。因此，本发明实施例提供的方法可以节省存储空间。
色调映射对比度系数表中每个像素点的亮度值与每个像素点的亮度值和其色调映射对比度系数的乘积构成的色调映射表是基于各场景下第一预设亮度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第一预设亮度区间占总亮度区间的比例预设的，各第一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，第一预设亮度区间是按照当将HDR信号映射到液晶屏上去显示时，需要保持亮度显示的亮度区间划分的，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的亮度区间作为该场景下的第一预设亮度区间。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亮度区间就是低亮场景下的第一预设亮度区间，普通亮场景要保持亮度显示的亮度区间就是普通亮场景下的第一预设亮度区间，高亮场景要保持亮度显示的亮度区间就是高亮场景下的第一预设亮度区间。
在本发明实施例中，任一像素点的色调映射对比度系数等于其色调映射值除以其亮度值。也就是说，任一像素点的亮度值和其色调映射对比度系数的乘积就是其色调映射值，那么，每个像素点的亮度值和其色调映射值就构成了色调映射表，且色调映射表是基于各场景下第一预设亮度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第一预设亮度区间占总亮度区间的比例预设的，各第一预设亮度区间互不重叠且构成总亮度区间。下面对色调映射表的特点进行具体的描述。
在本发明实施例中，处理前的第一预设亮度区间对应处理后的色调映射值区间，处理前的总亮度区间对应处理后的总色调映射值区间。具体的，以N-1个依次增大的第一预设亮度值为边界值将总亮度区间划分成N个连续的亮度值区间，且N个连续的亮度值区间依次为N种场景的第一预设亮度区间，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场景下第一预设亮度区间，第二场景下第一预设亮度区间，......，第N场景下第一预设亮度区间。则经处理后可以得到以N-1个依次增大的且与预设亮度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，且对于各像素点的亮度分量处理前的一场景下第一预设亮度区间与处理后映射值区间的次序是相同的。例如，处理前的第一场景下第一亮度值区间对应处理后的第一色调映射值区间，处理前的第二场景下第一亮度值区间对应处理后的第二色调映射值区间，......，处理前的第N场景下第一亮度值区间对应处理后的第N色调映射值区间。需要说明的是：作为边界值的第一预设亮度值和作为边界值的与第一预设亮度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。一场景下第一预设亮度区间是该场景的关注区间，其他场景下第一预设亮度区间是该场景的非关注区间。示例的，第三场景下第一预设亮度区间是第三场景的关注区间，其他场景(第一场景、第二场景、第四场景到第N场景)下第一预设亮度区间是第三场景的非关注区间，以此类推。
色调映射表是基于各场景下第一预设亮度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第一预设亮度区间占总亮度区间的比例预设的。以第一场景下的色调映射表为例说明，第一场景下第一预设亮度区间为第一场景的关注区间，其余场景下第一预设亮度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场景下第一预设亮度区间占总亮度区间的比例，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场景下第一预设亮度区间占总亮度区间的比例预设的。需要说明的是：总亮度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。
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，可以是早上)或高亮场景图像(如白天但亮度较高时，可以是阳光充足的正午)。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，且第一场景下第一预设亮度区间、第二场景下第一预设亮度区间以及第三场景下第一预设亮度区间在总亮度区间的次序依次增大。也就是说，总亮度区间包括上述三个连续的预设亮度区间，第一场景下第一预设亮度区间、第二场景下第一预设亮度区间和第三场景下第一预设亮度区间构成总亮度区间。
优选的，第一场景下色调映射表对应的曲线在第一预设亮度区间的斜率大于其他亮度区间的斜率；和/或，
第二场景下色调映射表对应的曲线在第一预设亮度区间的斜率不变，优选的第二场景下色调映射表对应的曲线在第一预设亮度区间的斜率不变且大于其他亮度区间的斜率；和/或，第三场景下色调映射表对应的曲线在第一预设亮度区间的斜率大于其他亮度区间的斜率。
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第一预设亮度区间的斜率是指各场景下色调映射表对应的曲线在各场景下第一预设亮度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第一预设亮度区间的斜率大于其他亮度区间的斜率是指一场景下色调映射表对应的曲线在第一预设亮度区间的各点的切线的斜率均大于其他亮度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，在不同场景下第一预设亮度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，第一场景下第一预设亮度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，在第一场景下第一预设亮度区间中随着自变量的增大而逐渐增大或不变的，在第二场景下第一预设亮度区间中随着自变量的增大而不变的，在第三场景下第一预设亮度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，第二场景下第一预设亮度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，在不同场景第一预设亮度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，第三场景下第一预设亮度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4(a)或图4(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第一预设亮度区间的函数为：y＝kx-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为亮度值，示例的，x为Max(R’，G’，B’)，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场景下第一预设亮度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场景下第一预设亮度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景下第一预设亮度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预设亮度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为亮度值，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＝2Q-1，b＝2S-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第一预设亮度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各场景下第一预设亮度区间占总亮度区间的比例。
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，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16bit，a＝b＝65535，k1＝k3＝k4＝k5＝1，参考图5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5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5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[x2,65535]的HDR信号映射到[y2,65535]。
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的低亮部分图像的像素点的亮度值差异放大，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的高亮部分图像的像素点的亮度值的差异放大，本发明采用下面所列的函数来处理，如图7所示。
其中m2＞1。
综上所述，色调映射对比度系数的计算公式为K＝y/x，具体的y和x参考上述描述，在此不再赘述。设置色调映射对比度系数表按上述公式K＝y/x设定。
对每个像素点的亮度值，查找各场景下的色调映射对比度系数表，以得到每个像素点在各场景下的色调映射对比度系数，具体的包括以下两种方法。
方法一
在色调映射表中，各索引号为总亮度区间的全部取值，各表项值为各索引号对应的色调映射对比度系数。对每个像素点的亮度值，分别查找各场景下的色调映射对比度系数表，以得到每个像素点在各场景下的色调映射对比度系数，即在对应场景下的色调映射对比度系数表中，查找与亮度值相同的索引号对应的色调映射对比度系数。
方法二
在色调映射表中，各索引号为总亮度区间的部分取值，各表项值为各索引号对应的色调映射对比度系数。那么当查找不到亮度值的色调映射对比度系数时，查找与亮度值最接近的两个亮度值的色调映射对比度系数，并对查找到的两个色调映射对比度系数进行插值运算，以得到亮度值的色调映射对比度系数。对每个像素点的亮度值，分别查找各场景下的色调映射对比度系数表，以得到每个像素点在各场景下的色调映射对比度系数，具体为在对应场景下的色调映射对比度系数表中，查找与亮度值最接近的两个索引号对应的两个色调映射对比度系数，根据查找到的两个色调映射对比度系数插值计算该亮度值的色调映射对比度系数。
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。
色调映射实现方法
1、普通亮场景映射对比度系数查找表算法
普通亮场景色调映射曲线是一条如图5所示的S型映射曲线，色调映射对比度系数曲线的关系式是K＝y/x，其中y和x分别是该色调映射曲线的因变量y和自变量x。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)来存储色调映射对比度系数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对比度系数曲线，在此不再赘述。本发明实施例为亮度Max(R’，G’，B’)分配一个513项每项16bit的表值，设输入的线性HDR信号为R’，G’，B’，输出为Kn，算法如下。
2、低亮场景映射对比度系数查找表算法
低亮场景的色调映射曲线是一条如图6所示的映射曲线，色调映射对比度系数曲线的关系式是K＝y/x，其中y和x分别是该色调映射曲线的因变量y和自变量x。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)来存储色调映射对比度系数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对比度系数曲线，在此不再赘述。本发明实施例为亮度Max(R’，G’，B’)分配一个513项每项16bit的表值，设输入的线性HDR信号为R’，G’，B’，输出为Kl，算法如下。
3、高亮场景映射对比度系数查找表算法
高亮场景的色调映射曲线是一条如图7所示的映射曲线，色调映射对比度系数曲线的关系式是K＝y/x，其中y和x分别是该色调映射曲线的因变量y和自变量x。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)来存储色调映射对比度系数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对比度系数曲线，在此不再赘述。本发明实施例为亮度Max(R’，G’，B’)分配一个513项每项16bit的表值，设输入的线性HDR信号为R’，G’，B’，输出为Kh，算法如下。
根据上述方法得到了亮度Max(R’，G’，B’)的三个色调映射对比度系数Kl、Kn和Kh。
S102b、对每个像素点的亮度值，查找各场景下的色调映射表，以得到每个像素点在各场景下的色调映射值。
对每个像素点的亮度值，分别查找各场景下的色调映射表，以得到每个像素点亮度值在各场景下的色调映射值。具体的，对待显示图像的每个像素点的亮度值分别查找N种场景下的色调映射表，以得到每个亮度值在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，对每个像素点的亮度值L分别查找N种场景下的色调映射表，以得到亮度值L在N种场景下的N个色调映射值。对每个像素点的亮度值，分别查找N种场景下的色调映射表，只需在存储器中存储N个色调映射表，而对每个像素点的三原色分量值，分别查找N种场景下的色调映射表，需要在存储器中存储3N个色调映射表。示例的，若N等于3，则对每个像素点的亮度值，分别查找3种场景下的色调映射表，只需在存储器中存储3个色调映射表，而对每个像素点的三原色分量值，分别查找3种场景下的色调映射表，若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，则需要在存储器中存储9个色调映射表。因此，本发明实施例提供的方法可以节省存储空间。
色调映射表是基于各场景下第一预设亮度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第一预设亮度区间占总亮度区间的比例预设的，各第一预设亮度区间互不重叠且构成总亮度区间。具体的对色调映射表的描述参考步骤S102a。
对每个像素点的亮度值，分别查找各场景下的色调映射表，以得到每个像素点亮度值在各场景下的色调映射值，具体的包括以下两种方法。
方法一
在色调映射表中，各索引号为总亮度区间的全部取值，各表项值为各索引号对应的色调映射值。对每个像素点的亮度值，分别查找各场景下的色调映射表，以得到每个像素点亮度值在各场景下的色调映射值，即在对应场景下的色调映射表中，查找与亮度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，各索引号为总亮度区间的部分取值，各表项值为各索引号对应的色调映射值。那么，当查找不到亮度值的色调映射值时，查找与亮度值最接近的两个亮度值的色调映射值，并对查找到的两个色调映射值进行插值运算，以得到亮度值的色调映射值。对每个像素点的亮度值，分别查找各场景下的色调映射表，以得到每个像素点亮度值在各场景下的色调映射值，具体为在对应场景下的色调映射表中，查找与亮度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亮度值的色调映射值。
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。
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5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。本发明为亮度Max(R’，G’，B’)分配一个513项每项16bit的表值，设输入的线性HDR信号为R’，G’，B’，输出为Ln，算法如下。
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。本发明为亮度Max(R’，G’，B’)分配一个513项每项16bit的表值，设输入的线性HDR信号为R’，G’，B’，输出为Ll，算法如下。
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7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。本发明为亮度Max(R’，G’，B’)分配一个513项每项16bit的表值，设输入的线性HDR信号为R’，G’，B’，输出为Lh，算法如下。
S102c、计算每个像素点在各场景下的色调映射值与该像素点亮度值的比值，以得到每个像素点在各场景下的色调映射对比度系数。
根据步骤S102b查表得到每个像素点的亮度值在各场景下的色调映射值，计算每个像素点在各场景下的色调映射值与该像素点亮度值的比值，以得到每个像素点在各场景下的色调映射对比度系数。
延续上述步骤S102b的示例，已得到每个像素点的亮度值L＝Max(R’，G’，B’)在三个场景下的色调映射值、Ln和Lh，则根据公式Kl＝Ll/L，Kn＝Ln/L，Kh＝Lh/L计算得到三个色调映射对比度系数Kl、Kn和Kh。
S103、对同一像素点在各场景下的色调映射对比度系数进行加权。
在对同一像素点在各场景下的色调映射对比度系数进行加权之前，先要计算同一像素点在各场景下的色调映射对比度系数的权重，具体的可以采用下面两种方法计算。
方法一
将图像中各场景下第二预设亮度区间中的各像素点的平均亮度值占所有场景下第二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
将图像中各场景下第二预设亮度区间中的像素点占所有像素点的比例作为权重。
第二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第二预设亮度区间。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第二预设亮度区间，普通亮场景对应的亮度区间就是普通亮场景下的第二预设亮度区间，高亮场景对应的亮度区间就是高亮场景下的第二预设亮度区间。各第二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个依次增大的场景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：作为边界值的场景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。同一场景下第二预设亮度区间与第一预设亮度区间可以相同，也可以不相同，具体的需要根据画质来调整同一场景下第二预设亮度区间和第一预设亮度区间。同一场景下第二预设亮度区间在总亮度区间的次序与第一预设亮度区间在总亮度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场景下第二预设亮度区间。
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第二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，以第一场景预设亮度值和第二场景预设亮度值为分界值，第一场景预设亮度值小于第二场景预设亮度值，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；Li(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分别为第一场景预设亮度值和第二场景预设亮度值，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Li(i,j)大于Thred_L，则L_Num加1，L_Sum加Li(i,j)；若Li(i,j)小于Thred_H，则H_Num加1，H_Sum加Li(i,j)；否则(Li(i,j)大于等于Thred_L且小于等于Thred_H)，则N_Num加1，N_Sum加Li(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对比度系数的权重计算如下：
WL(t)＝L_Mean/(L_Mean+N_Mean+H_Mean)；
普通亮场景的色调映射对比度系数的权重计算如下：
WN(t)＝N_Mean/(L_Mean+N_Mean+H_Mean)；
高亮场景的色调映射对比度系数的权重计算如下：
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，以第一场景预设亮度值和第二场景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；Li(i,j)是像素点的亮度，设图像的大小为W*H；Thred_L，Thred_H分别为第一场景预设亮度值和第二场景预设亮度值，且Thred_L<Thred_H。初始化，L_Num、N_Num和H_Num都为0，则若Li(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Li(i,j)小于Thred_H，则H_Num加1；否则(Li(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第二预设亮度区间中的像素点占所有像素点的比例，即为同一亮度值在各场景下的色调映射对比度系数的权重。
示例的，低亮场景的色调映射对比度系数的权重计算如下：
WL(t)＝L_Num/(W*H)；
普通亮场景的色调映射对比度系数的权重计算如下：
WN(t)＝N_Num/(W*H)；
高亮场景的色调映射对比度系数的权重计算如下：
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。
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，对图像中各场景下第二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，若当前帧图像在该场景下第二预设亮度区间的权重小于前一帧图像在该场景下第二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；当对图像中各场景下第二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，若当前帧图像在该场景下第二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该场景下第二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(或各场景下第二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(或各场景下第二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。
对各场景下第二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，若对各场景下第二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对比度系数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。
根据方法一或方法二求得的权重对同一亮度值在各场景下的色调映射对比度系数进行加权计算。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Kl、Kn和Kh进行加权求和计算出Kd。
根据上述求得的WL(t)、WN(t)和WH(t)对Kl、Kn和Kh进行加权求和计算出Kd，具体的，根据公式：
Kd(t)＝WL(t)*KL+WN(t)*KN(t)+WH(t)*KH(t)，求得Kd。
S104、将加权后的色调映射对比度系数作为色彩补偿系数，对每个像素点进行色彩补偿并输出。
在本步骤中，支持三原色颜色空间信号输入和包含亮度和色度颜色空间的信号的输入，但色彩补偿支持包含亮度和色度颜色空间的信号，因此，若输入的是三原色颜色空间信号时，需要先将三原色颜色空间信号转换为包含亮度和色度的颜色空间的信号。示例的，支持RGB信号输入和YCbCr信号输入。若输入为RGB信号时，先把RGB信号转换为YCbCr信号。在本步骤中，支持三原色颜色空间信号输出，因此需要把色彩补偿后的包含亮度和色度的颜色空间的信号转换为三原色颜色空间信号输出。示例的，支持RGB信号输出，需要先把YCbCr信号转换为RGB信号输出。具体的，颜色空间转换公式和色彩补偿公式参考现有技术，在此不再赘述。
延续上述实施例，输入的为线性的R’G’B’信号，将其转换成YCbCr信号，转换公式如下：
cij是转换系数，i，j为{0,1,2}。
将加权后的色调映射对比度系数Kd作为色彩补偿系数对每个像素点进行色彩补偿，色彩补偿的公式为：Y’＝Kd*Y，Cb’＝Kreg*Kd*Cb，Cr’＝Kreg*Kd*Cr，其中，Kreg用于控制色彩补偿的强度，取值范围一般为[0,4]，具体的取值需要本领域技术人员根据实际情况而定。
将Y’Cb’Cr’信号转换为Ro’Go’Bo’信号，转换公式如下：
Tij是转换系数，i，j为{0,1,2}。
需要说明的是：在本发明实施例中，采用上述步骤S103-S104描述的先对每个像素点在各场景下的色调映射对比度系数进行加权，然后用加权后的色调映射对比度系数作为色彩补偿系数对每个像素点进行色彩补偿的方法来实现的，但在本发明实施例的启示下，本领域技术人员很容易想到可以采用先用每个像素点在各场景下的色调映射对比度系数作为色彩补偿系数分别对每个像素点进行色彩补偿，然后对在各场景下色彩补偿后的每个像素点进行加权的方法来实现。
S105(可选的)、将每个像素点色彩补偿之后线性的分量值转换为预设的非线性的分量值。
为了支持多种HDR标准的输出，本发明实施例需要把步骤S104得到的线性信号转换为非线性信号，然后输出非线性信号。由于光电转换函数涉及复杂的函数运算，且每种HDR标准的光电转换函数都不相同，同时考虑到对今后可能出现的新HDR标准的光电转换函数的支持，本发明实施例采用查找表的方式进行HDR光电函数转换。这样即降低了硬件实现复杂度，又使得本发明对不同HDR标准的兼容性好，系统具有可扩展性。
将每个像素点线性的分量值转换为预设的非线性的分量值，这里的转换关系要根据媒介需要的输出的HDR信号的标准来确定。例如若媒介需要输出的HDR信号是HDR10标准的信号，那么转换关系就是依据HDR10标准的光电转换函数来预设的；若媒介需要输出的HDR信号是HLG标准的信号，那么转换关系就是依据HLG标准的光电转换函数来预设的。具体的各HDR标准的光电转换函数参考现有技术，此处不再赘述。
示例的，将线性的Ro’Go’Bo’信号转换成预设的非线性RoGoBo信号输出。具体的，本发明实施例为RGB三个色彩分量各建立一个依据HDR标准的光电转换函数预设的查找表(LUT)，为了节省硬件资源，对16bit位宽的HDR信号，LUT的表项个数为513项，每项位宽为16bit。转换算法说明如下：
设输入的HDR信号为Ro’，Go’，Bo’，输出为Ro，Go，Bo
G分量，B分量的转换算法均按上面的方法计算，在此不再赘述。
根据上述方法得到转换后的RoGoBo并输出。
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，对每个像素点的亮度值，查找各场景下的色调映射对比度系数表，以得到每个像素点在各场景下的色调映射对比度系数；色调映射对比度系数表中每个像素点的亮度值与每个像素点的亮度值和其色调映射对比度系数的乘积构成了色调映射表；或者，对每个像素点的亮度值，查找各场景下的色调映射表，以得到每个像素点在各场景下的色调映射值；色调映射表是基于各场景下第一预设亮度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第一预设亮度区间占总亮度区间的比例预设的，各第一预设亮度区间互不重叠且构成总亮度区间；然后对同一像素点在各场景下的色调映射对比度系数进行加权。将加权后的色调映射对比度系数作为色彩补偿系数，对每个像素点进行色彩补偿并输出。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。
实施例二
本发明实施例提供了一种显示设备，参考图8所示，包括：处理器11、存储器12和总线13；
存储器12用于存储计算机执行指令，处理器11与存储器12通过总线13连接，当显示设备运行时，处理器11执行存储器12存储的计算机执行指令，以使显示设备执行如实施例一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。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8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 (11)

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：
对每个像素点的亮度值，查找各场景下的色调映射对比度系数表，以得到每个像素点在各场景下的色调映射对比度系数；所述色调映射对比度系数表中每个像素点的亮度值与每个像素点的亮度值和其色调映射对比度系数的乘积构成的色调映射表是基于各场景下第一预设亮度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第一预设亮度区间占总亮度区间的比例预设的，各第一预设亮度区间互不重叠且构成总亮度区间；
对同一像素点在各场景下的色调映射对比度系数进行加权；
将加权后的色调映射对比度系数作为色彩补偿系数，对每个像素点进行色彩补偿并输出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述对同一像素点在各场景下的色调映射对比度系数进行加权之前，还包括：
将图像中各场景下第二预设亮度区间中的各像素点的平均亮度值占所有场景下第二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，将图像中各场景下第二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，各第二预设亮度区间互不重叠且构成总亮度区间，同一场景下第二预设亮度区间在总亮度区间的次序与第一预设亮度区间在总亮度区间的次序是相同的。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对每个像素点的亮度值，查找各场景下的色调映射对比度系数表，以得到每个像素点在各场景下的色调映射对比度系数，包括：
对每个像素点的亮度值，当查找不到所述亮度值的色调映射对比度系数时，查找与所述亮度值最接近的两个亮度值的色调映射对比度系数，并对查找到的两个色调映射对比度系数进行插值运算，以得到所述亮度值的色调映射对比度系数。
4.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，且第一场景下第一预设亮度区间、第二场景下第一预设亮度区间以及第三场景下第一预设亮度区间在总亮度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第一预设亮度区间的斜率大于其他亮度区间的斜率；和/或，
所述第二场景下色调映射表对应的曲线在第一预设亮度区间的斜率不变；和/或，
所述第三场景下色调映射表对应的曲线在第一预设亮度区间的斜率大于其他亮度区间的斜率。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对每个像素点的亮度值，查找各场景下的色调映射对比度系数表之前，还包括：
将每个像素点非线性的分量值转换为预设的线性的分量值；
在对每个像素点进行色彩补偿之后，还包括：
将每个像素点色彩补偿之后线性的分量值转换为预设的非线性的分量值。
6.一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：
对每个像素点的亮度值，查找各场景下的色调映射表，以得到每个像素点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第一预设亮度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第一预设亮度区间占总亮度区间的比例预设的，各第一预设亮度区间互不重叠且构成总亮度区间；
计算每个像素点在各场景下的色调映射值与该像素点亮度值的比值，以得到每个像素点在各场景下的色调映射对比度系数；
对同一像素点在各场景下的色调映射对比度系数进行加权；
将加权后的色调映射对比度系数作为色彩补偿系数，对每个像素点进行色彩补偿并输出。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述对同一像素点在各场景下的色调映射对比度系数进行加权之前，还包括：
将图像中各场景下第二预设亮度区间中的各像素点的平均亮度值占所有场景下第二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，将图像中各场景下第二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，各第二预设亮度区间互不重叠且构成总亮度区间，同一场景下第二预设亮度区间在总亮度区间的次序与第一预设亮度区间在总亮度区间的次序是相同的。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，对每个像素点的亮度值，查找各场景下的色调映射表，以得到每个像素点在各场景下的色调映射值，包括：
对每个像素点的亮度值，当查找不到所述亮度值的色调映射值时，查找与所述亮度值最接近的两个亮度值的色调映射值，并对查找到的两个色调映射值进行插值运算，以得到所述亮度值的色调映射值。
9.根据权利要求6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，且第一场景下第一预设亮度区间、第二场景下第一预设亮度区间以及第三场景下第一预设亮度区间在总亮度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第一预设亮度区间的斜率大于其他亮度区间的斜率；和/或，
所述第二场景下色调映射表对应的曲线在第一预设亮度区间的斜率不变；和/或，
所述第三场景下色调映射表对应的曲线在第一预设亮度区间的斜率大于其他亮度区间的斜率。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在对每个像素点的亮度值，查找各场景下的色调映射表之前，还包括：
将每个像素点非线性的分量值转换为预设的线性的分量值；
在对每个像素点进行色彩补偿之后，还包括：
将每个像素点色彩补偿之后线性的分量值转换为预设的非线性的分量值。
11.一种显示设备，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1-10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。
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