CN112419354B - 一种图像亮度处理方法及装置、电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种图像亮度处理方法及装置、电子设备、计算机可读存储介质，该方法包括：根据输入画面中各像素点的电平信息，确定输入画面的最大亮度值；根据采集的屏幕背光源亮度，将输入画面的最大亮度值与屏幕背光源亮度进行比较；若屏幕背光源亮度小于输入画面的最大亮度值，获取亮度分割阈值，亮度分割阈值是根据屏幕背光源亮度以及输入画面所属视频的视频亮度极值确定的；将输入画面中亮度值小于等于亮度分割阈值的信号，基于视频对应的编码曲线进行亮度还原，得到第一亮度数据，将亮度值大于亮度分割阈值的信号进行显示亮度压缩，得到随亮度值变化的第二亮度数据。该方案避免了画面细节丢失，提高了画面对比度。

Description

一种图像亮度处理方法及装置、电子设备
本申请是2018年01月22日提出的发明名称为“一种图像亮度处理方法及装置、电子设备”的中国发明专利申请201810060175.x的分案申请。
技术领域
本发明涉及视频处理技术领域，特别涉及一种图像亮度处理方法及装置、电子设备、计算机可读存储介质。
背景技术
HDR(High-Dynamic Range，高动态范围)是指一个影像产品或设备所能表达的最暗到最亮的范围。彩色电视诞生以来，受限于显示器件的显示能力，视频的动态范围远远低于人眼所能感知的范围。人眼对亮度的感知范围为0.001～20000nit，而目前的视频标准是0.117～100nit，因此，为了更真实的还原出自然界的景象，提出了HDR的概念。
传统方式实现HDR显示的转换函数主要有遵循SMPTE(电影电视工程师协会)主导的ST2084标准,即Perceptual Quantizer(感知量化)技术。这种技术基于EOTF(电光转换函数)传递函数，定义了最大亮度为10000nit(尼特，亮度单位)。HDR10目前是一种公开的编码方式，在HDR的推广中也应用范围最广，其量化感知曲线(即PQ曲线)是以绝对值的方式进行编码，真实还原自然界中物体的真实亮度，PQ曲线如图1所示。从图1中可以看出，当图像亮度达到1024灰阶时屏幕应达到10000nit亮度的画面显示。
目前的HDR10编码方式使用静态元数据，每一帧画面共用整个视频文件的元数据信息，也就是说，每一帧画面均按照同一条PQ曲线进行编码。由于目前液晶电视的背光设计大都集中于500nit以下，如果直接按照PQ曲线进行解码并显示会造成大于500nit的亮度信号丢失，因此可以根据视频文件的元数据信息设计一条视频解码曲线，利用该视频解码曲线对每一帧画面进行亮度压缩。但是对于亮度较低的画面，进一步对该画面进行亮度压缩，将造成该画面细节和对比度的损失，影响画面显示清晰度。
发明内容
为了解决相关技术中存在的由视频自带metadata信息确定的视频解码曲线对每一帧画面进行压缩，导致部分画面的细节和对比度损失的问题，本发明提供了一种图像亮度处理方法。
一方面，本发明提供了一种图像亮度处理方法，包括：
根据输入画面中各像素点的电平信息，确定所述输入画面的最大亮度值；
根据采集的屏幕背光源亮度，将所述输入画面的最大亮度值与所述屏幕背光源亮度进行比较；
若所述屏幕背光源亮度小于所述输入画面的最大亮度值，获取亮度分割阈值，所述亮度分割阈值是根据所述屏幕背光源亮度以及所述输入画面所属视频的视频亮度极值确定的；
将所述输入画面中亮度值小于等于所述亮度分割阈值的信号，基于所述视频对应的编码曲线进行亮度还原，得到第一亮度数据，将亮度值大于所述亮度分割阈值的信号进行显示亮度压缩，得到随亮度值变化的第二亮度数据。
另一方面，本发明还提供了一种图像亮度处理装置，包括：
最大亮度确定模块，用于根据输入画面中各像素点的电平信息，确定所述输入画面的最大亮度值；
亮度比较模块，用于根据采集的屏幕背光源亮度，将所述输入画面的最大亮度值与所述屏幕背光源亮度进行比较；
分割阈值确定模块，用于在所述屏幕背光源亮度小于所述输入画面的最大亮度值时，获取亮度分割阈值，所述亮度分割阈值是根据所述屏幕背光源亮度以及所述输入画面所属视频的视频亮度极值确定的；
亮度处理模块，用于将所述输入画面中亮度值小于等于所述亮度分割阈值的信号，基于所述视频对应的编码曲线进行亮度还原，得到第一亮度数据，将亮度值大于所述亮度分割阈值的信号进行显示亮度压缩，得到随亮度值变化的第二亮度数据。
进一步的，本发明还提供了一种电子设备，所述电子设备包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为执行上述图像亮度处理方法。
此外，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序可由处理器执行完成上述图像亮度处理方法。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明提供的技术方案，通过计算输入画面的最大亮度值；将输入画面的最大亮度值与屏幕背光源亮度进行比较；在屏幕背光源亮度小于输入画面的最大亮度值时，获取亮度分割阈值，将输入画面中亮度值小于等于亮度分割阈值的信号，基于视频的编码曲线进行亮度还原，将亮度值大于亮度分割阈值的信号进行显示亮度压缩，使显示亮度随信号亮度值的变化而变化。该方案仅对亮度较大的信号和画面进行显示亮度压缩，对于亮度较低的信号和画面可以不再进行亮度信号的压缩，而是直接基于视频的编码曲线进行解码显示，从而实现了真实亮度的还原，从而避免了细节丢失，提高了画面对比度。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并于说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是现有HDR10编码方式的量化感知曲线；
图2是根据本发明所涉及的实施环境的示意图；
图3是根据一示例性实施例示出的一种装置的框图；
图4是根据一示例性实施例示出的一种图像亮度处理方法的流程图；
图5是在图4对应实施例的基础上另一示例性实施例示出的图像亮度处理方法的流程图；
图6是根据一示例性实施例示出的受到屏幕背光源亮度限制不同标准映射曲线与本发明提供的映射曲线的显示结果对比图；
图7、8是根据一示例性实施例示出的受到屏幕背光源亮度限制，不同标准的映射曲线的输出结果对比图
图9是根据一示例性实施例示出的ST2084标准量化感知曲线和BT1886标准亮度映射曲线对比图；
图10是另一示例性实施例示出的一种图像亮度处理方法的流程图；
图11是根据一示例性实施例示出的一种图像亮度处理装置的框图；
图12是是图11对应实施例的分割阈值确定模块的细节框图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例执行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
图2是根据本发明所涉及的实施环境的示意图。该实施环境包括：智能设备110和服务器120。
智能设备110和服务器120之间通过有线或无线网络连接。智能设备110可以从服务器120获取视频文件，并对视频文件进行解码后显示，由于智能设备110所能显示的最大亮度有限，因此通常会对视频文件的亮度信号进行压缩，一旦压缩就不是真实还原，就会有细节丢失。如果某一帧画面的最大亮度低于液晶屏背光亮度，压缩亮度信号会给画面带来细节和对比度的损失。
由此，智能设备110可以采用本发明提供的图像亮度处理方法，根据输入画面的最大亮度值以及屏幕背光源亮度，仅对最大亮度值大于屏幕背光源亮度的输入画面且该画面中亮度值大于亮度分割阈值的信号进行压缩，其他信号可以直接按照输入画面所属视频的编码曲线直接进行解码显示，从而实现了亮度的真实还原，避免了细节的丢失，增加了画面的对比度。
图3是根据一示例性实施例示出的一种装置200的框图。例如，装置200可以是图2所示实施环境中的智能设备110。智能设备110比如可以是智能电视、智能电视机顶盒、智能冰箱以及智能摄像头等。
参照图3，装置200可以包括以下一个或多个组件：处理组件202，存储器204，电源组件206，多媒体组件208，音频组件210，传感器组件214以及通信组件216。
处理组件202通常控制装置200的整体操作，诸如与显示，电话呼叫，数据通信，相机操作以及记录操作相关联的操作等。处理组件202可以包括一个或多个处理器218来执行指令，以完成下述的方法的全部或部分步骤。此外，处理组件202可以包括一个或多个模块，便于处理组件202和其他组件之间的交互。例如，处理组件202可以包括多媒体模块，以方便多媒体组件208和处理组件202之间的交互。
存储器204被配置为存储各种类型的数据以支持在装置200的操作。这些数据的示例包括用于在装置200上操作的任何应用程序或方法的指令。存储器204可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(Static RandomAccess Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(ErasableProgrammable Read Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Red-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。存储器204中还存储有一个或多个模块，该一个或多个模块被配置成由该一个或多个处理器218执行，以完成下述图4、图5、图10任一所示方法中的全部或者部分步骤。
电源组件206为装置200的各种组件提供电力。电源组件206可以包括电源管理系统，一个或多个电源，及其他与为装置200生成、管理和分配电力相关联的组件。
多媒体组件208包括在所述装置200和用户之间的提供一个输出接口的屏幕。在一些实施例中，屏幕可以包括液晶显示器(Liquid Crystal Display，简称LCD)和触摸面板。如果屏幕包括触摸面板，屏幕可以被实现为触摸屏，以接收来自用户的输入信号。触摸面板包括一个或多个触摸传感器以感测触摸、滑动和触摸面板上的手势。所述触摸传感器可以不仅感测触摸或滑动动作的边界，而且还检测与所述触摸或滑动操作相关的持续时间和压力。屏幕还可以包括有机电致发光显示器(Organic Light Emitting Display，简称OLED)。
音频组件210被配置为输出和/或输入音频信号。例如，音频组件210包括一个麦克风(Microphone，简称MIC)，当装置200处于操作模式，如呼叫模式、记录模式和语音识别模式时，麦克风被配置为接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器204或经由通信组件216发送。在一些实施例中，音频组件210还包括一个扬声器，用于输出音频信号。
传感器组件214包括一个或多个传感器，用于为装置200提供各个方面的状态评估。例如，传感器组件214可以检测到装置200的打开/关闭状态，组件的相对定位，传感器组件214还可以检测装置200或装置200一个组件的位置改变以及装置200的温度变化。在一些实施例中，该传感器组件214还可以包括磁传感器，压力传感器或温度传感器。
通信组件216被配置为便于装置200和其他设备之间有线或无线方式的通信。装置200可以接入基于通信标准的无线网络，如WiFi(WIreless-Fidelity，无线保真)。在一个示例性实施例中，通信组件216经由广播信道接收来自外部广播管理系统的广播信号或广播相关信息。在一个示例性实施例中，所述通信组件216还包括近场通信(Near FieldCommunication，简称NFC)模块，以促进短程通信。例如，在NFC模块可基于射频识别(RadioFrequency Identification，简称RFID)技术，红外数据协会(Infrared DataAssociation，简称IrDA)技术，超宽带(Ultra Wideband，简称UWB)技术，蓝牙技术和其他技术来实现。
在示例性实施例中，装置200可以被一个或多个应用专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，简称ASIC)、数字信号处理器、数字信号处理设备、可编程逻辑器件、现场可编程门阵列、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行下述方法。
图4是根据一示例性实施例示出的一种图像亮度处理方法的流程图。该图像亮度处理方法的适用范围和执行主体，例如，该方法用于图2所示实施环境的智能设备110中。如图4所示，该图像亮度处理方法可以由智能设备110执行，可以包括以下步骤。
在步骤410中，根据输入画面中各像素点的电平信息，确定所述输入画面的最大亮度值。
其中，输入画面是指待播放的视频文件中的某一帧画面。该视频文件是指已经经过视频编码的视频文件，即已将拍摄场景的真实亮度按照视频编码曲线(例如图1的PQ曲线)映射为亮度码值。该视频文件采用的视频编码方式可以是HDR10编码，也就是说可以将拍摄场景的亮度划分为1024个等级。
智能设备110可以联网从服务器120获取视频文件。根据需要，该视频文件还可以存储在智能设备110的本地数据库中。智能设备110获取该视频文件后对每一帧画面进行解码并显示，而解码就是将每一帧画面的亮度码值按照特定的亮度映射曲线(即视频解码曲线)进行映射，得到每一帧画面每个像素点的显示亮度。
由于屏幕最大能够显示的亮度有限，因此会对视频文件的亮度信号(即亮度码值)进行压缩，通常视频文件起播前已经获取了视频文件的平均电平和最大电平值，因此会按照预设的亮度映射曲线对每一帧画面进行压缩并输出。但是当某一帧画面的最大电平对应的亮度码值低于屏幕最大显示亮度时，亮度信号可以不用压缩就可以完整体现，此时如果采取预设的亮度映射曲线进行压缩，会对画面细节有损失，同时影响整个画面的对比度。由此，本发明提供了一种新的图像亮度处理方法。
具体的，视频文件会在其码流中携带元数据(metadata，元数据就是视频文件拍摄场景亮度信息，元数据可以包括视频文件的最大亮度和平均亮度及颜色相关信息)。智能设备110可以从视频文件中通过芯片抓取要进行显示的每一帧输入画面各个像素点的电平信息，并基于输入画面的电平信息，确定输入画面的最大亮度值。
具体的，根据视频文件中某一帧输入画面各个像素点的电平信息以及该视频文件的最大亮度，计算出输入画面各个像素点的亮度值，进而得到输入画面的最大亮度值。需要说明的是，视频文件的电平最大值对应视频文件的最大亮度值，因此，根据输入画面的各个像素点的电平值，可以计算出输入画面各个像素点的亮度值，进而得到输入画面的最大亮度。
换句话说，
Figure GDA0003989128080000071
其中，Maxcllframe为画面的最大亮度，Lpixcel为该画面中每个像素的亮度，max表示取最大值，Maxfallframe为画面的平均亮度，avg表示取平均值。
在步骤420中，根据采集的屏幕背光源亮度，将所述输入画面的最大亮度值与所述屏幕背光源亮度进行比较。
其中，屏幕背光源亮度是指屏幕最大能够显示的亮度值，即背光源的最大亮度。屏幕背光源亮度可以提前存储在智能设备110中，也可以在屏幕上安装光感传感器，准确采集屏幕的最大显示亮度进行有效反馈。在步骤410计算出输入画面的最大亮度值后，可以将屏幕背光源亮度与输入画面的最大亮度值进行比较。
在步骤430中，若所述屏幕背光源亮度小于所述输入画面的最大亮度值，获取亮度分割阈值，所述亮度分割阈值是根据所述屏幕背光源亮度以及所述输入画面所属视频的视频亮度极值确定的；
通过比较屏幕背光源亮度与输入画面的最大亮度值，当屏幕背光源亮度小于输入画面的最大亮度值时，表示输入画面超出了屏幕所能显示的最大亮度。
需要说明的是，如果根据输入画面所属视频拍摄时的编码曲线对输入画面进行解码并显示，虽然能真实还原自然界中物体的真实亮度，但是对于高于屏幕背光源亮度的画面信息就会丢失，由此本发明旨在根据屏幕背光源亮度，对亮度较低的像素点亮度信号进行真实还原，从而充分还原自然的景象，对亮度较高的像素点亮度信号随着信号亮度值的变化进行显示亮度压缩，使显示亮度始终随信号亮度值变化而变化，从而可能减少画面细节的丢失，让画面对比度柔和地铺开，覆盖最暗到最亮的范围。为了确定对哪个亮度区段的信号进行真实还原，对哪个亮度区段的信号进行显示亮度压缩，需要确定亮度分割阈值。其中，亮度分割阈值可以根据屏幕背光源亮度以及输入画面所属视频的视频亮度极值确定。视频亮度极值指视频中所有像素点的亮度最大值。
在一种示例性实施例中，如图5所示，根据所述屏幕背光源亮度以及所述输入画面所属视频的视频亮度极值确定亮度分割阈值，包括：
在步骤501中，根据所述输入画面所属视频的视频亮度极值和屏幕背光源亮度确定BT.1886规范指定曲线；
举例来说，假设屏幕背光源亮度为500nit，视频亮度极值为1024灰阶，则按照BT.1886规范得到的映射曲线如图6中的BT.1886-Panel曲线所示。在已知屏幕背光源亮度和视频亮度极值时，得到BT.1886规范指定曲线的方式采用现有技术实现。本发明对此不作限定。
在步骤502中，基于所述屏幕背光源亮度和预设系数确定显示亮度拐点值，所述显示亮度拐点值在所述BT.1886规范指定曲线上对应得到的亮度等级，作为所述亮度分割阈值。
具体的，预设系数可以是20％、30％、40％等，假设预设系数是20％，屏幕背光源亮度是500nit。根据该BT.1886规范指定曲线，将该曲线中显示亮度(纵坐标)小于等于100nit(即500nit×20％，屏幕背光源亮度乘以预设系数作为显示亮度拐点值)对应的信号亮度值(横坐标)作为亮度分割阈值。例如，按照图6所示，在屏幕背光源亮度是500nit，视频亮度极值值是1024灰阶时，亮度分割阈值可以是500灰阶。
在步骤440中，将所述输入画面中亮度值小于等于所述亮度分割阈值的信号，基于所述视频对应的编码曲线进行亮度还原，得到第一亮度数据，将亮度值大于所述亮度分割阈值的信号进行显示亮度压缩，得到随亮度值变化的第二亮度数据。
其中，编码曲线是指将拍摄的真实场景经过编码得到视频的色调映射曲线。亮度还原是指将输入画面的亮度值解码成该图像拍摄时的场景真实亮度。而显示亮度压缩是指减小由输入画面的亮度值解码得到的显示亮度值，且显示亮度值随着输入画面中信号亮度值递增逐渐增加。
具体的，根据输入画面各像素点的信号亮度值以及亮度分割阈值，可以对输入画面所有像素点进行分区。将亮度值小于等于亮度分割阈值的像素点划分至还原区，将亮度值大于亮度分割阈值的像素点划分至压缩区。
进而可以对还原区的像素点亮度信号按照输入画面所属视频的编码曲线进行亮度还原，得到第一亮度数据。也就是说，小于等于亮度分割阈值的信号，可以根据输入画面所属视频拍摄时的编码曲线进行解码，真实还原自然界中物体的真实亮度。该编码曲线可以是图1所示的PQ(量化感知)曲线。
而对于大于亮度分割阈值的信号，需要对该信号解码得到的显示亮度进行显示亮度压缩，得到随输入信号亮度值变化而变化的第二亮度数据。以此避免因显示亮度大于屏幕背光源亮度而直接以屏幕背光源亮度进行显示，导致画面信息丢失的问题。其中，随着信号亮度值递增，对显示亮度的压缩程度越大。并且，随着信号亮度值递增，解码显示的显示亮度逐渐递增。较优的，对输入画面的最大亮度值在进行解码显示时，显示亮度是屏幕背光源亮度。而低于输入画面最大亮度值的亮度信号，在进行解码显示时，显示亮度始终低于屏幕背光源亮度。
举例来说，屏幕背光源亮度为500nit对应视频的最大亮度值1024灰阶，假设预设系数为20％，BT.1886曲线理论值为100nit(即显示亮度拐点值)时对应的信号亮度值为500灰阶，即亮度分割阈值为500灰阶。将500灰阶-1024灰阶的信号亮度值线性映射到100nit-500nit，得到信号亮度值大于亮度分割阈值时的亮度压缩曲线。
其中，假设编码曲线可以是图1所示的PQ(量化感知)曲线。如图6所示，result-panel曲线可以代表屏幕背光源亮度为500nit，视频的最大亮度值为1024灰阶时，按照编码曲线直接进行解码得到的亮度显示结果。从图中可以看出，显示亮度大于500nit的信号均以500nit进行显示，从而会导致画面大量细节的丢失。图6中的result曲线代表采用本发明提供的方案所得到的特定的亮度映射曲线。该亮度映射曲线包括两部分，一部分是亮度值小于等于亮度分割阈值的区间段，该区间段的曲线与输入画面编码曲线重合，实现亮度还原；另一部分是亮度值大于亮度分割阈值的区间段，该区间段的曲线就是亮度压缩曲线，实现亮度压缩。
如图6中的result曲线所示，将亮度值小于等于亮度分割阈值的信号按照编码曲线直接进行映射，而亮度值大于亮度分割阈值的信号按照亮度压缩曲线进行映射，分段映射，从而亮度较低的信号可以实现还原，而对于亮度较高的信号可以实现压缩，减少细节损失。
由于液晶电视表现的亮度范围不足以表现现实世界中的亮度域，而如果简单的将真实世界的整个亮度域线性压缩到液晶电视所能表现的亮度域内，则会在明暗两端同时丢失很多细节，Tone Mapping(色调映射技术)就是为了克服这一情况而存在的，它根据当前场景推算出场景的平均亮度和最大亮度，再根据这个平均亮度和最大亮度将整个场景映射到HDR(高动态范围)标准规定亮度域。
按照现有的Tone Mapping曲线直接进行图像解码的解码结果如图6中的result-panel曲线所示。该Tone Mapping曲线主要是从端到端的用户体验出发，如果根据该ToneMapping曲线进行解码，可以充分还原自然的景象。同时基于大部分场景的平均亮度在200nit左右，因此对200nit以下部分的编码占了很大比例，对于200nit以上的编码步长逐渐增大。但是很显然，如图6的result-panel曲线所示，解码后的显示亮度高于屏幕背光源亮度的信号直接按照屏幕背光源亮度进行显示，导致大量细节丢失。
本发明提供的技术方案，通过计算输入画面的最大亮度值；将输入画面的最大亮度值与屏幕背光源亮度进行比较；在屏幕背光源亮度小于输入画面的最大亮度值时，获取亮度分割阈值，将输入画面中亮度值小于等于亮度分割阈值的信号，基于视频的编码曲线进行亮度还原，将亮度值大于亮度分割阈值的信号进行显示亮度压缩，使显示亮度随信号亮度值的变化而变化。该方案仅对亮度较大的信号和画面进行显示亮度压缩，对于亮度较低的信号和画面可以不再进行亮度信号的压缩，而是直接基于视频的编码曲线进行解码显示，从而实现了真实亮度的还原，从而避免了细节丢失，提高了画面对比度。
在另一示例性实施例中，本发明提供的方法还可能包括以下步骤：
若所述屏幕背光源亮度大于等于所述输入画面的最大亮度值，将所述输入画面按照所述输入画面所属视频的编码曲线进行亮度还原。
如果屏幕背光源亮度大于等于当前输入画面的最大亮度值，也就是说当前输入画面的亮度信号不用压缩也可以完整体现，因此可以无需进行亮度信号的压缩，直接按照该输入画面所属视频在编码时的视频编码曲线，将当前输入画面各个像素点的亮度信号按照该视频编码曲线进行亮度还原(即解码)，从而对于整体亮度较低的画面(即暗场)不会存在细节丢失，提高暗场画面的对比度。
进一步的，上述步骤440中将亮度值大于所述亮度分割阈值的信号进行显示亮度压缩，得到随亮度值变化的第二亮度数据，具体包括：
将所述输入画面中亮度值大于所述亮度分割阈值的信号，基于所述BT.1886规范指定曲线和所述输入画面对应的编码曲线进行显示亮度压缩，得到随亮度值变化的第二亮度数据。
具体的，可以基于BT.1886规范指定曲线和输入画面所属视频对应的编码曲线得到对输入画面所属视频进行解码的亮度映射曲线。该亮度映射曲线包括亮度还原区段和亮度压缩区段。输入画面中亮度值大于亮度分割阈值的信号可以根据亮度映射曲线中的亮度压缩区段进行解码得到随信号亮度值变化的第二亮度数据。输入画面中亮度值小于等于亮度分割阈值的信号可以根据亮度映射曲线中的亮度还原区段进行解码得到第一亮度数据。
如图7、8所示，Maxcll曲线代表输入的亮度信号。假设屏幕背光源亮度为500nit，由于屏幕亮度较低，高于屏幕亮度的信号会被砍掉，result-panel曲线即受到屏幕亮度限制的编码曲线，受到屏幕最大亮度的限制，大于屏幕最大亮度的信号只能按照屏幕最大亮度显示，虽然保留了大多数信号，但是并不能尽可能多的还原细节。由于输入画面本身是为用户提供高动态范围的画质体验，如果大量信号丢失，则无法体现HDR的高动态范围。
由此本发明针对低亮度屏进行了亮度相关的mapping(映射)曲线优化，通过屏幕背光源亮度和视频亮度极值，得到与屏幕背光源亮度有关，即受屏幕背光源亮度限制的编码曲线，然后通过该编码曲线和BT.1886规范指定曲线设计出新的mapping曲线。如图6所示的result曲线为屏幕背光源亮度为500nit时新的mapping曲线。对于500灰阶至1024灰阶的信号不再按照现有编码曲线进行映射，而是随着亮度值变化进行了不同程度的压缩，从而在700灰阶至1024灰阶不再直接按照屏幕最大亮度进行显示，显示亮度随着信号亮度值的变化而变化，增加了细节表现。
其中，本发明进行解码所依据的亮度映射曲线满足以下公式，第一亮度数据和所述第二亮度数据通过以下关系式得出：
Yout＝βYout-BT.1886+(1-β)Yout-2084 (1)
其中：Yout-BT.1886为BT.1886规范指定曲线，如图9所示。
β为权重因子，取[0，1)，信号亮度值小于等于亮度分割阈值时β取0，实现亮度还原，Yout为所述第一亮度数据；信号亮度值大于亮度分割阈值时，β不为0，实现显示亮度压缩，得到第二亮度数据；
Yout-2084为与屏幕背光源亮度有关的编码曲线。例如图6中的result-panel曲线。
其中，
Figure GDA0003989128080000121
MAXCLL为输入画面所属视频的视频亮度极值，L为纵坐标经过归一化后的ST2084标准量化感知曲线，Lpanel为屏幕背光源亮度。ST2084标准量化感知曲线，如图9所示。
Figure GDA0003989128080000122
其中，N为输入信号亮度值，L代表归一化后的屏幕显示亮度；
Figure GDA0003989128080000123
m2＝2523/4096×128＝78.84375
c1＝3424/4096＝0.8359375＝c3-c2+1
c2＝2413/4096×32＝18.8515625
c3＝2392/4096×32＝18.6875
进一步的，如图10所示，本发明提供的图像亮度处理方法还包括：
在步骤1010中，基于所述屏幕背光源亮度和第二参数得到第二拐点值，所述第二拐点值在所述BT.1886规范指定曲线上映射得到的亮度等级，作为第二亮度阈值；所述第二参数大于所述预设系数。
需要说明的是，将屏幕背光源亮度乘以预设系数可以得到显示亮度拐点值，该显示亮度拐点值是第一个拐点值。将屏幕背光源亮度乘以第二参数可以得到第二拐点值。第二参数大于预设系数。第二参数可以是80％，预设系数可以是20％。在BT.1886规范指定曲线上找到显示亮度为80％LPanel映射的亮度等级，该亮度等级作为第二亮度阈值。
在步骤1020中，对于亮度值大于所述亮度分割阈值的信号，根据信号亮度值与所述第二亮度阈值之间的大小关系，确定不同的β值。
对于亮度值小于等于亮度分割阈值的信号，β值取0。对于亮度值大于所述亮度分割阈值的信号，β值随着信号亮度值的增加逐渐增加。信号亮度值大于亮度分割阈值小于等于第二亮度阈值时，β取a。信号亮度值大于第二亮度阈值时，β取b。0<a<b<1。
假设屏幕背光源亮度为500nit，预设系数为20％，第一参数为80％。举例来说，
当某个像素点亮度信号在Yout-BT.1886输出亮度小于等于100nit时，β＝0；
当某个像素点亮度信号在Yout-BT.1886输出亮度为100nit-80％LPanel时，β＝0.3；
当某个像素点亮度信号在Yout-BT.1886输出亮度大于80％LPanel时，β＝0.8
由于暗场细节较容易饱和，因此对暗场细节可以采取真实还原的方式，不对其进行压缩处理。如理论输出亮度小于100nit的信号可以认为是暗场，进行真实还原，而理论输出亮度大于100nit的信号进行分段压缩。由于自然界平均亮度大都集中于100nit-200nit，因此例如当屏幕亮度低于350nit时，进行分段映射，既可以使自然界真实亮度被还原，又可以减少细节丢失。以300nit画面为例：可以对180nit以下信号真实还原，180～250采取斜率为K1的压缩，250～300采取斜率为K1的压缩，从而输出亮度范围不变，只是进行亮度的压缩，可保证灰度完整性，真实还原HDR显示效果。
下述为本发明装置实施例，可以用于执行本发明上述智能设备110执行的图像亮度处理方法实施例。对于本发明装置实施例中未披露的细节，请参照本发明图像亮度处理方法实施例。
图11是根据一示例性实施例示出的一种图像亮度处理装置的框图，该图像亮度处理装置可以用于图2所示实施环境的智能设备110中，执行图4、图5、图10任一所示的图像亮度处理方法的全部或者部分步骤。如图11所示，该图像亮度处理装置包括但不限于：最大亮度确定模块1110、亮度比较模块1120、分割阈值确定模块1130以及亮度处理模块1140。
最大亮度确定模块1110，用于根据输入画面中各像素点的电平信息，确定所述输入画面的最大亮度值；
亮度比较模块1120，用于根据采集的屏幕背光源亮度，将所述输入画面的最大亮度值与所述屏幕背光源亮度进行比较；
分割阈值确定模块1130，用于在所述屏幕背光源亮度小于所述输入画面的最大亮度值时，获取亮度分割阈值，所述亮度分割阈值是根据所述屏幕背光源亮度以及所述输入画面所属视频的视频亮度极值确定的；
亮度处理模块1140，用于将所述输入画面中亮度值小于等于所述亮度分割阈值的信号，基于所述视频对应的编码曲线进行亮度还原，得到第一亮度数据，将亮度值大于所述亮度分割阈值的信号进行显示亮度压缩，得到随亮度值变化的第二亮度数据。
上述装置中各个模块的功能和作用的实现过程具体详见上述图像亮度处理方法中对应步骤的实现过程，在此不再赘述。
最大亮度确定模块1110比如可以是图3中的某一个物理结构通信组件处理器。
亮度比较模块1120、分割阈值确定模块1130以及亮度处理模块1140也可以是功能模块，用于执行上述图像亮度处理方法中的对应步骤。可以理解，这些模块可以通过硬件、软件、或二者结合来实现。当以硬件方式实现时，这些模块可以实施为一个或多个硬件模块，例如一个或多个专用集成电路。当以软件方式实现时，这些模块可以实施为在一个或多个处理器上执行的一个或多个计算机程序，例如图3的处理器218所执行的存储在存储器204中的程序。
进一步的，所述图像亮度处理装置还可以包括：
显示亮度还原模块，用于在所述屏幕背光源亮度大于等于所述输入画面的最大亮度值时，将所述输入画面按照所述输入画面所属视频的编码曲线进行亮度还原。
进一步的，如图12所示，分割阈值确定模块1130可以包括：
曲线确定单元1131，用于根据所述输入画面所属视频的视频亮度极值和屏幕背光源亮度确定BT.1886规范指定曲线；
阈值确定单元1132，用于基于所述屏幕背光源亮度和预设系数确定显示亮度拐点值，所述显示亮度拐点值在所述BT.1886规范指定曲线上对应得到的亮度等级，作为所述亮度分割阈值。
进一步的，亮度处理模块1140可以包括：
亮度压缩单元，用于将所述输入画面中亮度值大于所述亮度分割阈值的信号，基于所述BT.1886规范指定曲线和所述输入画面对应的编码曲线进行显示亮度压缩，得到随亮度值变化的第二亮度数据。
其中，所述第一亮度数据和所述第二亮度数据通过以下关系式得出：
Yout＝βYout-BT.1886+(1-β)Yout-2084
其中：Yout-BT.1886为BT.1886规范指定曲线；
β为权重因子，取[0，1)，信号亮度值小于等于亮度分割阈值时β取0，实现亮度还原，Yout为所述第一亮度数据；信号亮度值大于亮度分割阈值时，β不为0，实现显示亮度压缩，得到第二亮度数据；
Yout-2084为与屏幕背光源亮度有关的所述视频对应的编码曲线。
可选的，本发明还提供一种电子设备，该电子设备可以用于图2所示实施环境的智能设备110中，执行图4、图5、图10任一所示的图像亮度处理方法的全部或者部分步骤。所述装置包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为执行上述示例性实施例所述的图像亮度处理方法。
该实施例中电子设备的处理器执行操作的具体方式已经在有关该图像亮度处理方法的实施例中执行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
在示例性实施例中，还提供了一种存储介质，该存储介质为计算机可读存储介质，例如可以为包括指令的临时性和非临时性计算机可读存储介质。该存储介质存储有计算机程序，该计算机程序可由装置200的处理器218执行以完成上述图像亮度处理方法。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围执行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (5)

1.一种图像亮度处理方法，其特征在于，包括：
根据输入画面中各像素点的电平信息，确定所述输入画面的最大亮度值；
根据采集的屏幕背光源亮度，将所述输入画面的最大亮度值与所述屏幕背光源亮度进行比较；
若所述屏幕背光源亮度小于所述输入画面的最大亮度值，则根据所述输入画面所属视频的亮度极值和所述屏幕背光源亮度确定BT.1886规范指定曲线；基于所述屏幕背光源亮度和预设系数确定显示亮度拐点值，所述显示亮度拐点值在所述BT.1886规范指定曲线上得到对应的亮度等级，作为亮度分割阈值；
将所述输入画面中亮度值小于等于所述亮度分割阈值的信号，基于所述视频对应的编码曲线进行亮度还原，得到第一亮度数据，将所述输入画面中亮度值大于所述亮度分割阈值的信号，基于所述BT.1886规范指定曲线和所述输入画面对应的编码曲线进行显示亮度压缩，得到随亮度值变化的第二亮度数据；
若所述屏幕背光源亮度大于等于所述输入画面的最大亮度值，将所述输入画面按照所述输入画面所属视频的编码曲线进行亮度还原；
所述第一亮度数据和所述第二亮度数据通过以下关系式得出：
Yout＝βYout-BT.1886+(1-β)Yout-2084
其中：Yout-BT.1886为BT.1886规范指定曲线；
β为权重因子，取[0，1)，信号亮度值小于等于亮度分割阈值时β取0，实现亮度还原，Yout为所述第一亮度数据；信号亮度值大于亮度分割阈值时，β不为0，实现显示亮度压缩，得到第二亮度数据；
Yout-2084为与屏幕背光源亮度有关的所述视频对应的编码曲线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
基于所述屏幕背光源亮度和第二参数得到第二拐点值，所述第二拐点值在所述BT.1886规范指定曲线上对应得到的亮度等级，作为第二亮度阈值；所述第二参数大于所述预设系数；
对于亮度值大于所述亮度分割阈值的信号，根据信号亮度值与所述第二亮度阈值之间的大小关系，确定不同的β值。
3.一种图像亮度处理装置，其特征在于，包括：
最大亮度确定模块，用于根据输入画面中各像素点的电平信息，确定所述输入画面的最大亮度值；
亮度比较模块，用于根据采集的屏幕背光源亮度，将所述输入画面的最大亮度值与所述屏幕背光源亮度进行比较；
分割阈值确定模块，用于在所述屏幕背光源亮度小于所述输入画面的最大亮度值时，获取亮度分割阈值，具体的，根据所述输入画面所属视频的亮度极值和所述屏幕背光源亮度确定BT.1886规范指定曲线；基于所述屏幕背光源亮度和预设系数确定显示亮度拐点值，所述显示亮度拐点值在所述BT.1886规范指定曲线上得到对应的亮度等级，作为亮度分割阈值；
亮度处理模块，用于将所述输入画面中亮度值小于等于所述亮度分割阈值的信号，基于所述视频对应的编码曲线进行亮度还原，得到第一亮度数据，将亮度值大于所述亮度分割阈值的信号，基于所述BT.1886规范指定曲线和所述输入画面对应的编码曲线进行显示亮度压缩，得到随亮度值变化的第二亮度数据；
显示亮度还原模块，用于在所述屏幕背光源亮度大于等于所述输入画面的最大亮度值时，将所述输入画面按照所述输入画面所属视频的编码曲线进行亮度还原；
所述第一亮度数据和所述第二亮度数据通过以下关系式得出：
Yout＝βYout-BT.1886+(1-β)Yout-2084
其中：Yout-BT.1886为BT.1886规范指定曲线；
β为权重因子，取[0，1)，信号亮度值小于等于亮度分割阈值时β取0，实现亮度还原，Yout为所述第一亮度数据；信号亮度值大于亮度分割阈值时，β不为0，实现显示亮度压缩，得到第二亮度数据；
Yout-2084为与屏幕背光源亮度有关的所述视频对应的编码曲线。
4.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为执行权利要求1-2任意一项所述的图像亮度处理方法。
5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序可由处理器执行完成权利要求1-2任意一项所述的图像亮度处理方法。
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