CN110544457B

CN110544457B - 反Gamma动态映射算法

Info

Publication number: CN110544457B
Application number: CN201910864924.9A
Authority: CN
Inventors: 李强
Original assignee: Shenzhen Bo Bangcheng Optoelectronics Co ltd
Current assignee: Shenzhen Bo Bangcheng Optoelectronics Co ltd
Priority date: 2019-09-09
Filing date: 2019-09-09
Publication date: 2020-10-27
Anticipated expiration: 2039-09-09
Also published as: CN110544457A

Abstract

本发明涉及LED图像处理及显示技术领域，具体涉及反Gamma动态映射算法。包括包括以下步骤：S1、获取LED输入信号的灰度值Pin；S2、求出屏幕设定像素行段的灰度统计值Pout和最高灰度总和Pconst；S3、计算灰度比值S S＝Pout/Pconst×100％；S4、设定校正后的Gamma取值区间，得到反Gamma值区间和有限值Q；S5、求得反Gamma动态调整增量Δ＝QS；S6、根据反Gamma动态调整公式Pcorr＝1/(1+Δ)求得预补偿值调整值Pcorr。本发明可以提供动态调整公式来快速、高效地完成预补偿计算，以便为Gamma校正提供实时可带入的预补偿值。

Description

反Gamma动态映射算法

技术领域

本发明涉及LED图像处理及显示技术领域，具体涉及反Gamma动态映射算法。

背景技术

Gamma源于CRT(显示器/电视机)的响应曲线，即其亮度与输入电压的非线性关系。液晶电视机显示器由于液晶屏红绿蓝三色电光特性不一致，表现为各个灰阶的颜色差异较大，需要校正各个灰阶的颜色。尤其暗场的灰阶误差非常明显，无法通过白平衡调节来清除各灰阶的颜色误差。只有各灰阶的颜色一致后，方能通过亮暗场的白平衡调节，将色温调节到要求的色温。另一方面液晶电视机显示器的亮度比较高，为了增加液晶电视机显示器的透亮度，更好地表现颜色，需要对液晶电视机显示器的亮度进行非线性校正。这些，都需要通过对液晶电视机显示器进行Gamma校正来完成。校正Gamma曲线后，可以实现如下目的：暗场灰阶的颜色明显改善，各灰阶的颜色误差明显减少，暗场颜色细节分明，图像亮度颜色一致，透亮度好，对比明显。同一尺寸不同屏的电视对颜色表现的明显一致。

Gamma校正是指更改Gamma值以匹配监视器的中间灰度，Gamma校正补偿了不同输出设备存在的颜色显示差异，从而使图像在不同的监视器上呈现出相同的效果。Gamma值为1，对应一个“理想”监视器；也就是说，这个监视器具有从完美的白色通过灰色到黑色的连续线性渐变效果。然而，理想的显示设备是不存在的。电脑监视器是“非线性”的设备。Gamma值越高，非线性程度越大。NTSC视频的标准Gamma值为2.2。对于电脑监视器，Gamma值一般在1.5到2.0之间。

以传统CRT(Cathode Ray Tube)屏幕的特性而言，该曲线通常是一个乘幂函数，Y＝(X+e)^γ，其中，Y为亮度、X为输出电压、e为补偿系数、乘幂值(γ)为Gamma值，改变乘幂值(γ)的大小，就能改变CRT的Gamma曲线。典型的Gamma值是1.0/2.2，它会使CRT的影像亮度呈现线性。使用CRT显示器屏幕时，由于输入信号的发光灰度不是线性函数，而是指数函数，因此必需校正。

Gamma校正必须要执行的步骤包括归一化处理、补偿处理和反归一化处理，通过归一化处理、补偿处理和反归一化处理后，使图像中像素点取值经过校正后对应结果唯一，且仍落在0-255区间范围内(二进制8位数据标准区间)，但如果每次校正都进行归一化处理、补偿处理和反归一化处理的关联计算，其运算量较大，效率太低，难以达到实时的效果。面对这样的问题，可行的解决办法是为0-255区间的每个整数执行一次单独的预补偿计算,将其对应的预补偿值存入一个预先建立的Gamma正查找表，就可以使用该表对任何像素值在0-255之间的图像进行实时的Gamma校正，但是，还需要一种快速高效的算法来协助完成这样的预补偿计算。

发明内容

本发明目提供了反Gamma动态映射算法，其应用时，可以提供动态调整公式来快速、高效地完成预补偿计算，以便为Gamma校正提供实时可带入的预补偿值。

本发明所采用的技术方案为：

反Gamma动态映射算法，包括以下步骤：

S1、获取LED输入信号的灰度值Pin；

S2、根据灰度值Pin求出屏幕设定像素行段的灰度统计值Pout，并求得设定像素行段的最高灰度总和Pconst；

S3、根据设定像素行段的灰度统计值Pout和最高灰度总和Pconst计算得到灰度比值S,其中S＝Pout/Pconst×100％

S4、设定校正后的Gamma取值区间，根据Gamma取值区间得到反Gamma值区间，再根据反Gamma值区间计算得到有限值Q；

S5、根据有限值Q得到反Gamma动态调整增量Δ，Δ＝QS；

S6、设定反Gamma动态调整公式Pcorr＝1/(1+Δ)，将反Gamma动态调整增量Δ带入反Gamma动态调整公式Pcorr＝1/(1+Δ)中，计算获得Gamma校正预补偿调整值Pcorr。

作为上述技术方案的优选，所述步骤S1中，LED输入信号灰度值Pin的计算公式为：Pin＝R×0.299+G×0.587+B×0.114，即为图像从RGB色转换为灰度色的计算公式，其中R、G、B分别三原色中红色、绿色和蓝色的参量。

作为上述技术方案的优选，所述步骤S2中，屏幕设定像素行段为1至m行，每行像素点为n个。

作为上述技术方案的优选，所述步骤S2中，灰度统计值Pout的计算公式为：

作为上述技术方案的优选，所述步骤S2中，最高灰度总和Pconst的计算公式为：

作为上述技术方案的优选，所述m取值为10，n取值为1920。

作为上述技术方案的优选，所述步骤S4中，Gamma取值区间为[a，b]，其中a，b均不小于1，反Gamma值区间为[1/b，1/a]，有限值Q＝1/a-1/b。

作为上述技术方案的优选，所述a取1，b取1.4，Gamma取值区间为[1，1.4]，反Gamma值区间[0.7，1]，有限值Q＝0.3。

本发明的有益效果为：

本发明通过推导获得反Gamma动态调整公式，可反馈带入LED图像的Gamma校正中，来快速、高效地完成预补偿计算，以便为Gamma校正提供实时可带入的预补偿值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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为本发明的步骤示意图；

图2为标准LCD的Gamma曲线；

图3为实施例3中1/Gamma＝0.7时的LED灰阶曲线；

图4为实施例3中1/Gamma＝1时的LED灰阶曲线。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。

应当理解，术语第一、第二等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。尽管本文可以使用术语第一、第二等等来描述各种单元，这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。

应当理解，本文中术语“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，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

应当理解，在本发明的描述中，术语“上”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系，是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

应当理解，当将单元称作与另一个单元“连接”、“相连”或“耦合”时，它可以与另一个单元直相连接或耦合，或中间单元可以存在。相対地，当将单元称作与另一个单元“直接相连”或“直接耦合”时，不存在中间单元。应当以类似方式来解释用于描述单元之间的关系的其他单词(例如，“在……之间”对“直接在……之间”,“相邻”对“直接相邻”等等)。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并且不意在限制本发明的示例实施例。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解术语“包括”、“包括了”、“包含”、和/或“包含了”当在本文中使用时,指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性,并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。

还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如,取决于于所涉及的功能/动作,实际上可以实质上并发地执行,或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。

在下面的描述中提供了特定的细节,以便于对示例实施例的完全理解。然而,本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实施例中，可以不以非必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。

实施例1：

本实施例提供了反Gamma动态映射算法，如图1至所示：

包括包括以下步骤：

S1、获取LED输入信号的灰度值Pin；

S5、根据有限值Q得到反Gamma动态调整增量Δ，Δ＝QS；

实施例2：

作为对上述实施例的优化，所述步骤S1中，LED输入信号灰度值Pin的计算公式为：Pin＝R×0.299+G×0.587+B×0.114，即为图像从RGB色转换为灰度色的计算公式，其中R、G、B分别三原色中红色、绿色和蓝色的参量。

所述步骤S2中，屏幕设定像素行段为1至m行，每行像素点为n个，灰度统计值Pout的计算公式为：

最高灰度总和Pconst的计算公式为：

实施例3：

作为对上述实施例的优化，在应用于LED屏幕时，对m取值为10，n取值为1920，m取值为10即为LED屏幕1至10行像素行段，n取值为1920即LED屏幕每行像素点为1920，通过对该部分屏幕图像进行灰度统计和处理，可以实现对LED屏幕的边缘像素补偿，使屏幕整体最终的光亮度更均匀。这样取值过后，灰度统计值Pout的计算公式为：

最高灰度总和Pconst的计算公式为：

步骤S4中，Gamma取值区间为[a，b]，其中a，b均不小于1，反Gamma值区间为[1/b，1/a]，有限值Q＝1/a-1/b；典型的Gamma值是1.0/2.2，它会使LCD影像亮度呈现线性，这是LCD经过校正的值，但是用在LED上明显偏亮很多，经过多次实践验证得出，应用于LED屏幕时，取Gamma值在1-1.4范围内较为理想，因此a取1，b取1.4，Gamma取值区间为[1，1.4]，反Gamma值区间[0.7，1]，有限值Q＝0.3，即LED反Gamma动态调整公式Pcorr＝1/(1+0.3S)。其应用时，可快速、高效地完成预补偿计算，以便为Gamma校正提供实时可带入的预补偿值。

假设LED图像中有一个像素点A灰度值是200，那么对这个像素点进行校正必须执行如下步骤：归一化处理：将灰度值转换为0～1之间的实数。算法如下:(200+0.5)/256,这里包含1个除法和1个加法操作，对于像素点A而言,其对应的归一化值为0.783203；补偿处理：根据公式,求出像素归一化后的数据以1/Gamma为指数的对应值，这一步包含一个求指数运算，若Gamma值为2.2,则1/Gamma为0.454545,对归一化后的A值进行补偿的结果就为0.783203^0.454545＝0.894872；反归一化处理：将经过补偿的实数值反变换为8位图像灰度区间0～255之间的整数值，具体算法为:f*256-0.5此步骤包含一个乘法和一个减法运算，将A的补偿结果0.894872代入上式f,得到A补偿后对应的像素灰度值为228,这个228就是最后送入显示器的数据。如上所述如果直接按公式编程的话，假设图像的分辨率为1920*1080，对它进行Gamma校正，需要执行较多的浮点数乘法、除法和指数运算，效率太低，根本达不到实时的效果。确知8位图像任何一个像素值只能是0到255这256个整数中的某一个，在Gamma值已知的情况下,0～255之间的任一整数,经过归一化处理、补偿处理、反归一化处理后,所对应的结果是唯一的,并且也落在0～255这个范围内。基于上述原理，只需采用本算法为0～255之间每个整数的输入信号Pin值执行一次预补偿计算,将其对应的预补偿值存入一个预先建立的Gamma校正查找表,就可以使用该表对任何灰度值在0～255之间的图像进行Gamma校正，使用十分便捷高效。

具体应用时，动态调整以后的LED灰阶曲线在各层次灰阶都和如图2所示的标准LCD的Gamma曲线接近，呈现融为一体的画质；不进行动态调整的话，如图3所示，采用1/Gamma＝0.7固定在高亮度下的LED灰阶曲线过于平缓，如图4所示，1/Gamma＝1时，LED灰阶曲线低灰度部分太过陡峭。

本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims

1.反Gamma动态映射算法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取LED输入信号的灰度值Pin，LED输入信号灰度值Pin的计算公式为：Pin＝R×0.299+G×0.587+B×0.114，即为图像从RGB色转换为灰度色的计算公式，其中R、G、B分别三原色中红色、绿色和蓝色的参量；

S5、根据有限值Q得到反Gamma动态调整增量Δ，Δ＝QS；

2.根据权利要求1所述的反Gamma动态映射算法，其特征在于：所述步骤S2中，屏幕设定像素行段为1至m行，每行像素点为n个。

3.根据权利要求2所述的反Gamma动态映射算法，其特征在于：所述步骤S2中，灰度统计值Pout的计算公式为：

4.根据权利要求2所述的反Gamma动态映射算法，其特征在于：所述步骤S2中，最高灰度总和Pconst的计算公式为：

5.根据权利要求2所述的反Gamma动态映射算法，其特征在于：所述m取值为10，n取值为1920。

6.根据权利要求1所述的反Gamma动态映射算法，其特征在于：所述步骤S4中，Gamma取值区间为[a，b]，其中a，b均不小于1，反Gamma值区间为[1/b，1/a]，有限值Q＝1/a-1/b。

7.根据权利要求6所述的反Gamma动态映射算法，其特征在于：所述a取1，b取1.4，Gamma取值区间为[1，1.4]，反Gamma值区间[0.7，1]，有限值Q＝0.3。