CN113364994B

CN113364994B - 一种背光补偿方法及背光补偿电路

Info

Publication number: CN113364994B
Application number: CN202110916133.3A
Authority: CN
Inventors: 李伟; 郁军军; 方伟
Original assignee: Zhejiang Xinsheng Electronic Technology Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Xinsheng Electronic Technology Co Ltd
Priority date: 2021-08-11
Filing date: 2021-08-11
Publication date: 2021-11-12
Anticipated expiration: 2041-08-11
Also published as: CN113364994A

Abstract

本发明提供一种背光补偿方法及背光补偿电路。背光补偿方法包括：根据输入像素的编码数据，计算所述输入像素对应的亮度和饱和度；根据所述亮度计算基础亮度、参考目标亮度、参考周围亮度；根据所述亮度，计算细节疑似度；根据所述亮度，计算亮度调节值；以及根据所述基础亮度、所述参考目标亮度、所述参考周围亮度、所述细节疑似度和所述亮度调节值，计算所述输入像素对应的输出亮度；所述饱和度有如上所述同样的方法，其中，饱和度与亮度的调整是可以同时进行不分先后，且本发明是综合考虑饱和度与亮度来做出饱和度与亮度的调整；最后将输出亮度和输出饱和度重新编码成为最终输出。

Description

一种背光补偿方法及背光补偿电路

技术领域

本发明涉及图像处理和显示技术领域，尤其涉及一种细节保护的背光补偿方法及背光补偿电路。

背景技术

背光补偿是在摄像机获取到的图像存在亮暗不均匀，存在一个曝光正常区域和过暗区域时采用的一种技术手段，用来提亮暗处，凸显暗处信息的方法。一般来说，这种现象出现在逆光拍摄环境，比如从室内拍窗口，从关掉灯的房间门口拍开着灯的房间，反光的雪地拍摄实体时或者对着天空逆光拍摄实体时经常会出现关注的重点不够亮，甚至完全看不清任何细节。一般在专注亮度调整时可能导致饱和度受到影响，所以作为提升图像整体质量的研究过程中，也需要考虑饱和度的调整以适应亮度变化。

饱和度调节是在摄像机获取的图像色彩灰暗、辨识度差、难以区分或者影响观感，或者经过亮度修正后饱和度与亮度不再匹配而产生观感有割裂感时采用的一种技术手段来提高色彩饱和度，改善图像细节辨识度和观感的方法。一般来说，这种现象是由于光线传输过程中混入了灰度信息或者亮度变化或其他原因导致色彩明度下降而出现饱和度丢失的情况，此时颜色灰暗，辨识度下降，影响分辨度和观感。

因此，如何提供一种背光补偿方法及背光补偿电路，用来优化图像的亮度和饱和度来改善图像细节辨识度和观感，实乃本领域的重要课题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种背光补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：根据输入像素的编码数据，计算所述输入像素对应的亮度；根据所述亮度，计算基础亮度、参考目标亮度和参考周围亮度；根据所述亮度，计算细节疑似度；根据所述亮度，计算亮度调节值；以及根据所述基础亮度、所述参考目标亮度、所述参考周围亮度、所述细节疑似度和所述亮度调节值，计算所述输入像素对应的输出亮度。

优选地，根据所述基础亮度、所述参考目标亮度、所述参考周围亮度、所述细节疑似度和所述亮度调节值，计算所述输入像素对应的所述输出亮度的步骤是根据如下函数来计算：

其中Y_OUT是所述输出亮度，Y_BASE是所述基础亮度，Y_REF是所述参考目标亮度，Y_SUR是所述参考周围亮度，DETAIL_R是所述细节疑似度，且LUMA_R是所述亮度调节值。

优选地，所述的背光补偿方法更包括：根据输入像素的编码数据，计算所述输入像素对应的饱和度；根据所述饱和度，计算基础饱和度、参考目标饱和度、参考周围饱和度；根据所述饱和度，计算饱和度调节值；以及根据所述基础饱和度、所述参考目标饱和度、所述参考周围饱和度、所述细节疑似度和所述饱和度调节值，计算所述输入像素对应的输出饱和度。

优选地，根据所述基础饱和度、所述参考目标饱和度、所述参考周围饱和度、所述细节疑似度和所述饱和度调节值，计算所述输入像素对应的所述输出饱和度的步骤是根据如下函数来计算：

其中S_OUT是所述输出饱和度，S_BASE是所述基础饱和度，S_REF是所述参考目标饱和度，S_SUR是所述参考周围饱和度，DETAIL_R是所述细节疑似度，且LUMA_SR是所述饱和度调节值。

优选地，所述的背光补偿方法更包括：根据所述输出亮度和所述输出饱和度，对所述输入像素重新编码，以产生输出像素。

本发明还提供一种背光补偿电路，背光补偿电路，其特征在于，包括输入模块、提取模块、亮度分析模块、细节映射模块、亮度映射模块以及亮度调整模块。所述输入模块用来接收并解析图像数据，以产生输入像素。所述提取模块连接所述输入模块，用来根据所述输入像素的编码数据，计算所述输入像素对应的亮度。所述亮度分析模块连接所述提取模块，用来根据所述亮度，计算基础亮度、参考目标亮度和参考周围亮度。所述细节映射模块连接所述提取模块，用来根据所述亮度，计算细节疑似度。所述亮度映射模块连接所述亮度分析模块，用来根据所述亮度，计算亮度调节值。所述亮度调整模块连接所述细节映射模块、所述亮度分析模块和所述亮度映射模块，用来根据所述基础亮度、所述参考目标亮度、所述参考周围亮度、所述细节疑似度和所述亮度调节值，计算所述输入像素对应的输出亮度。

优选地，所述亮度调整模块是根据如下函数来计算所述输出亮度：

优选地，所述提取模块更用来根据输入像素的编码数据，计算所述输入像素对应的饱和度；所述背光补偿电路更包括：饱和度分析模块，连接所述提取模块，用来根据所述饱和度，计算基础饱和度、参考目标饱和度、参考周围饱和度；饱和度映射模块，连接所述饱和度分析模块，用来根据所述饱和度，计算饱和度调节值；以及饱和度调整模块，连接所述细节映射模块、所述饱和度分析模块和所述饱和度映射模块，用来根据所述基础饱和度、所述参考目标饱和度、所述参考周围饱和度、所述细节疑似度和所述饱和度调节值，计算所述输入像素对应的输出饱和度。

优选地，所述饱和度调整模块是根据如下函数来计算所述输出饱和度：

优选地，所述背光补偿电路更包括输出模块，连接所述亮度调整模块和所述饱和度调整模块，用来根据所述输出亮度和所述输出饱和度，对所述输入像素重新编码，以产生输出像素。

采用本发明中提供的背光补偿方法和背光补偿电路，具有以下优点：（1）在进行背光亮度/饱和度补偿时，细节疑似度会被提取以用来抑制噪声（例如防止噪声在亮度/饱和度补偿增强之后被放大），以改善图像细节辨识度和观感；（2）提取出来的细节疑似度关联于细节大小，因此透过细节疑似度来调整亮度与饱和度可以在调节背光时合理保护细节；（3）综合探查了当前处理的输入像素的原始亮度、参考目标亮度、像素窗的参考周围亮度和完整图像帧的基础亮度在不同条件下，优化图像的亮度和饱和度的处理方式，进而改善图像细节辨识度和观感。

附图说明

图1为根据本发明实施例背光补偿方法的流程图。

图2为根据本发明实施例背光补偿电路的功能框图。

图3为根据本发明实施例图2的亮度/饱和度分析模块232的亮度分析模块的功能框图。

图4为根据本发明实施例图2的细节映射模块的映射函数的示意图。

图5为根据本发明实施例图2的亮度/饱和度映射模块的亮度映射模块的映射函数的示意图。

具体实施方式

下述的各实施例仅是本发明的多种实现方式的其中一者，实施例中有关于基础值、参考值、参考周边值、细节疑似度、亮度控制调节值的计算过程只是实施例的具体实施方法，但有关于于基础值、参考值、参考周边值、细节疑似度、亮度控制调节值的计算并不限于如下的实施方式。

图1为根据本发明实施例背光补偿方法的流程图。背光补偿方法包括以下步骤：

步骤S10：接收并解析图像数据，以产生包括多个输入像素的图像帧和相关控制参数。之后，进行步骤S10。

步骤S20：计算所述输入像素对应的亮度与饱和度，以便精准调节亮度和饱和度。之后，进行步骤S31、S32和S33。在此请注意，步骤S31、S32和S33之间的执行顺序没有限制，例如可以是并行执行或依序执行。

步骤S31：根据输入像素的图像帧和相关控制参数判定细节疑似程度，包括区分出噪声和细节大大小，进一步地说，此处被提取的细节疑似度可以用来抑制噪声（例如防止噪声在亮度/饱和度补偿增强之后被放大），以改善图像细节辨识度和观感，提取出来的细节疑似度关联于细节大小，因此透过细节疑似度来调整亮度与饱和度可以在调节背光时合理保护细节。之后，进行步骤S41和S42。

步骤S32：根据图像帧的各像素对应的亮度的亮度和相关控制参数了解所处理像素及其所在位置周边亮度情况且给出基础亮度，参考目标亮度，参考周围亮度和亮度控制调节值。之后，进行步骤S41和S42。

步骤S33：根据图像帧的各像素对应的饱和度和相关参数了解所处理像素及其所在位置周边饱和度情况且给出基础饱和度，参考目标饱和度，参考周围饱和度和饱和度调节值。之后，进行步骤S41和S42。在此请注意，步骤S41和S42之间的执行顺序没有限制，例如可以是并行执行或依序执行。

步骤S41：根据所述基础亮度、所述参考目标亮度、所述参考周围亮度、所述细节疑似度和所述亮度调节值计算所述输入像素对应的输出亮度，因为，所述细节拟似度同时关联于亮度与饱和度，因此，此步骤实质上是根据所述细节拟似度所综合判断出的亮度情况和饱和度情况计算所述输入像素对应的输出亮度。之后，进行步骤S50。

步骤S42：根据所述基础饱和度、所述参考目标饱和度、所述参考周围饱和度、所述细节疑似度和所述饱和度调节值，计算所述输入像素对应的输出饱和度，因为，所述细节拟似度同时关联于亮度与饱和度，因此，此步骤实质上是根据所述细节拟似度所综合判断出的亮度情况和饱和度情况计算所述输入像素对应的输出亮度。之后，进行步骤S50。

步骤S50：根据所述输出亮度和所述输出饱和度，对所述输入像素重新编码，以产生输出像素，也就是将根据调整后的各像素的亮度和饱和度所重建的图像帧作为输出。

图2为根据本发明实施例背光补偿电路2的功能框图。背光补偿电路2可配置在具有摄像机的装置（例如手机）内，用来根据从摄像机收到的图像数据进行图1的背光补偿方法。背光补偿电路2包括输入模块210、提取模块220、细节映射模块231、亮度/饱和度分析模块232、亮度/饱和度映射模块233、亮度调整模块241、饱和度调整模块242以及输出模块250。亮度/饱和度分析模块232包括亮度分析模块与饱和度分析模块(未绘示于图2)，以及亮度/饱和度映射模块233包括亮度映射模块与饱和度映射模块(未绘示于图2)。

输入模块210连接提取模块220，亮度/饱和度分析模块232的亮度分析模块与饱和度分析模块连接所述提取模块220，细节映射模块231连接所述提取模块220，亮度/饱和度映射模块233的亮度映射模块与饱和度映射模块连接所述亮度/饱和度分析模块232的亮度分析模块与饱和度分析模块，亮度调整模块241连接细节映射模块231、亮度/饱和度分析模块232的亮度分析模块与亮度/饱和度映射模块233的亮度映射模块，饱和度调整模块242连接细节映射模块231、亮度/饱和度分析模块232的饱和度分析模块与亮度/饱和度映射模块233的饱和度映像模块，以及输出模块250连接亮度调整模块241与饱和度调整模块242。

于步骤S10，输入模块210用来接收并解析图像数据，以产生图像帧和相关控制参数CP1、CP2、CP3、CP4、CP5给提取模块220。背光补偿电路2当前处理的输入像素以PX表示，每张图像帧包括M*N个像素，M、N是大于零的整数，且1≦X≦M*N。于一实施例中，控制参数CP1、CP2、CP3、CP4、CP5中的至少一者是背光补偿电路2的内部预设参数或是用户自定义参数。

于步骤S20，提取模块220用来根据输入像素PX的编码数据（例如RGB色彩空间编码数据），计算输入像素PX对应的亮度Y_SRC、目标亮度Y_MAX、饱和度S_SRC和目标饱和度S_MAX给亮度/饱和度分析模块232。于一实施例中，提取模块220将输入像素PX从RGB色彩空间编码转换为YUV色彩空间编码，以得到输入像素PX对应的亮度Y_SRC和饱和度S_SRC。

提取模块220更连接细节映射模块231，用来根据输入像素PX的编码数据，计算输入像素PX对应的窗亮度对比(或称局部区域亮度对比)Y_CONTRA给细节映射模块231。于一实施例中，在一张图像帧的局部区域（即当前处理的输入像素PX对应的像素窗）内，提取模块220更用来获取像素窗内的多个像素中的第一亮度W_MAX和第二亮度W_MIN，再计算第一亮度W_MAX和第二亮度W_MIN之间的差值来作为窗亮度对比Y_CONTRA，其可表示为如下函数（1）：

Y_CONTRA=W_MAX-W_MIN （1）

举例来说，假设像素窗是以输入像素PX为中心的a*b平方像素的局部区域（例如但不限于5*5平方像素），则提取模块220可获取a*b个像素中的第一亮度W_MAX和第二亮度W_MIN，再计算第一亮度W_MAX和第二亮度W_MIN之间的差值来作为窗亮度对比Y_CONTRA。于一实施例中，第一亮度W_MAX是像素窗中的a*b个像素中的最大亮度或次大亮度，而第二亮度W_MIN是像素窗中的a*b个像素中的最小亮度或次小亮度。于一实施例中，本领域的技术人员可以根据应用需求来选择第一亮度W_MAX和第二亮度W_MIN的值。

在此请注意，提取模块220也可以不提供窗亮度对比Y_CONTRA给细节映射模块231，而细节映射模块231自行计算窗亮度对比Y_CONTRA。再者，使用窗亮度对比Y_CONTRA来计算输入像素PX对应的细节疑似度DETAIL_R的做法也非用于限制本发明。输入像素PX对应的细节疑似度DETAIL_R可以采用其他算法，比如导向滤波、双边滤波等其他方式来计算，且提取模块220或细节映射模块231可以根据对应的算法取得计算输入像素PX对应的细节疑似度DETAIL_R所需要的数据。

于步骤S31，细节映射模块231用来根据窗亮度对比Y_CONTRA和控制参数CP1，计算输入像素PX对应的细节疑似度DETAIL_R给亮度调整模块241；关于细节疑似度DETAIL_R的其中一个计算方式，记载于图4的实施例。

于步骤S32，关于亮度补偿的计算，亮度/饱和度分析模块232的亮度分析模块根据亮度Y_SRC、目标亮度Y_MAX、控制参数CP2、CP3和CP4，计算输入像素PX对应的参考目标亮度Y_REF、参考周围亮度Y_SUR和基础亮度Y_BASE给亮度调整模块241。亮度/饱和度分析模块232的亮度分析模块更用来计算输入像素PX对应的像素窗的窗亮度平均W_M给亮度/饱和度映射模块233。亮度/饱和度映射模块233的亮度分析模块接着根据窗亮度平均W_M和控制参数CP1、CP5，计算输入像素PX对应的亮度调节值LUMA_R给亮度调整模块241。在此请注意，上述计算亮度调节值LUMA_R的方式仅是本发明其中一种作法，亮度调节值LUMA_R也可以是使用其他方式计算得到，且本发明不以此为限制。再者，关于亮度调节值LUMA_R的其中一个计算方式，记载于图5的实施例。

于步骤S33，关于饱和度补偿的计算，亮度/饱和度分析模块232的饱和度分析模块用来根据饱和度S_SRC、目标饱和度S_MAX、控制参数CP2、CP3和CP4，计算输入像素PX对应的参考目标饱和度S_REF、参考周围饱和度S_SUR和基础饱和度S_BASE给饱和度调整模块242。亮度/饱和度分析模块232的饱和度分析模块更用来计算输入像素PX对应的像素窗的窗饱和度平均W_SM给亮度/饱和度映射模块233。亮度/饱和度映射模块233的饱和度分析模块接着根据窗饱和度平均W_SM，计算输入像素PX对应的饱和度调节值LUMA_SR给饱和度调整模块242。在此请注意，上述计算饱和度调节值LUMA_SR的方式仅是本发明其中一种作法，饱和度调节值LUMA_SR也可以是使用其他方式计算得到，且本发明不以此为限制。再者，关于饱和饱和度调节值LUMA_SR的其中一个计算方式，记载于图5的实施例。

于步骤S41，亮度调整模块241用来根据细节疑似度DETAIL_R、参考目标亮度Y_REF、参考周围亮度Y_SUR、基础亮度Y_BASE和亮度调节值LUMA_R，计算输入像素PX对应的输出亮度Y_OUT给输出模块250。于一实施例中，亮度调整模块241根据如下函数（2）来进行亮度补偿：

（2）

根据函数（2）可知，输出亮度Y_OUT是基础亮度Y_BASE和亮度补偿值的加总，其中所述亮度补偿值等于参考目标亮度Y_REF扣除参考周围亮度Y_SUR后的占比（Y_REF-Y_SUR）/Y_REF乘以细节疑似度DETAIL_R和亮度调节值LUMA_R。值得注意的是，在进行背光亮度补偿时，细节疑似度DETAIL_R用来抑制噪声（例如，防止噪声在亮度补偿增强之后被放大）和不同细节大小的区别处理。在此请注意，函数(2)仅是本发明用于计算输入像素PX对应的输出亮度Y_OUT的其中一种函数，在其他实施例中，可以使用其他函数来计算输入像素PX对应的输出亮度Y_OUT，例如将函数(2)的结果加上一个偏移值或做珈玛修正等。总之，本发明的计算输入像素PX对应的输出亮度Y_OUT的做法不以函数(2)为限制。

于步骤S42，饱和度调整模块242用来根据细节疑似度DETAIL_R、参考目标饱和度S_REF、参考周围饱和度S_SUR、基础饱和度S_BASE和饱和度调节值LUMA_SR，计算输入像素PX对应的输出饱和度S_OUT给输出模块250。于一实施例中，饱和度调整模块242根据如下函数（3）来进行饱和度补偿：

（3）

根据函数（3）可知，输出饱和度S_OUT是基础饱和度S_BASE和饱和度补偿值的加总，其中所述饱和度补偿值等于参考周围饱和度S_SUR与参考目标饱和度S_REF之间的差值（S_SUR-S_REF）乘以细节疑似度DETAIL_R和饱和度调节值LUMA_SR。值得注意的是，在进行饱和度的亮度补偿时，细节疑似度DETAIL_R用来抑制噪声（例如，防止噪声在饱和度的亮度补偿增强之后被放大）和不同细节大小的区别处理。在此请注意，函数(3)仅是本发明用于计算输入像素PX对应的输出饱和度S_OUT的其中一种函数，在其他实施例中，可以使用其他函数来计算输入像素PX对应的输出饱和度S_OUT，例如将函数(3)的结果加上一个偏移值或做珈玛修正等。总之，本发明的计算输入像素PX对应的输出饱和度S_OUT的做法不以函数(3)为限制。

于一实施例中，假设输入像素PX的饱和度是由二进位制的八位元来表示（即2⁸=256），接着令基础饱和度S_BASE=S_HALF，参考目标饱和度S_REF=S_HALF，其中S_HALF为饱和度最大值的一半（即256/2=128）。需要注意的是，此处假设仅与基础饱和度S_BASE=S_HALF，参考目标饱和度S_REF=S_HALF的作法是为了简化方便说明而已，其假设与令定皆非用于限制本发明。根据上述假设与令定，函数（3）可简化与改写为如下函数（4）：

（4）

根据函数（4）可知，输入像素PX对应的输出饱和度S_OUT是从饱和度中间值S_HALF来增加或减少。具体来说，当参考周围饱和度S_SUR大于饱和度中间值S_HALF时，则需要增加输入像素PX的饱和度，以加强输入像素PX的色彩亮度。另一方面，当参考周围饱和度S_SUR小于饱和度中间值S_HALF时，则需要减少输入像素PX的饱和度，以避免输入像素PX的色彩过于突兀。

于步骤S50，输出模块250连接亮度调整模块241和饱和度调整模块242，用来根据输出亮度Y_OUT和输出饱和度S_OUT，产生输入像素PX对应的输出像素PX_OUT。于一实施例中，输出模块250将输出亮度Y_OUT和输出饱和度S_OUT从YUV色彩空间编码转换为RGB色彩空间编码，以产生输出像素PX_OUT，或者也可以是直接输出YUV色彩空间的输出像素PX_OUT。简单地说，输出模块250根据各像素输出亮度Y_OUT和输出饱和度S_OUT重建图像后，输出图像数据的编码格式(在那种类型的色彩空间)并非用于限制本发明。

图3为根据本发明实施例图2的亮度/饱和度分析模块232的亮度分析模块的功能框图。亮度/饱和度分析模块232包括加总单元30、帧算术单元31、窗单算术元32、多工复用器33、34和乘法器35。

加总单元30连接图2的提取模块220和帧算术单元31，用来计算帧亮度总和FSUM给帧算术单元31；例如，加总单元30用来加总一张图像帧的M*N个输入像素的M*N个亮度Y_SRC，以产生帧亮度总和FSUM。帧算术单元31连接加总单元30和多工复用器33，用来根据帧亮度总和FSUM，计算帧亮度平均FMN给多工复用器33；例如，FMN=FSUM/(M*N)。多工复用器33连接提取模块220、帧算术单元31和乘法器35，用来根据控制参数CP3，选取目标亮度Y_MAX或帧亮度平均FMN来作为参考目标亮度的基础给乘法器35。乘法器35连接提取模块220和多工复用器33，用来将目标亮度Y_MAX或帧亮度平均FMN乘以控制参数CP2，以计算参考目标亮度Y_REF。

加总单元30更连接窗算术单元32，用来计算窗亮度总和WSUM给窗算术单元32；例如，加总单元30用来加总当前处理的输入像素PX的像素窗的a*b个亮度Y_SRC，以产生窗亮度总和WSUM。窗单算术元32连接加总单元30和多工复用器34，用来根据窗亮度总和WSUM，计算参考周围亮度Y_SUR给多工复用器34。于一实施例中，参考周围亮度Y_SUR是窗亮度平均，也就是中值滤波器；例如，Y_SUR=WSUM/(a*b)。于一实施例中，窗单算术元32是高斯平滑滤波器，参考周围亮度Y_SUR是像素窗的a*b个原始亮度Y_SRC通过高斯平滑滤波器后得到的值。

多工复用器34连接提取模块220和窗单算术元32，用来根据控制参数CP4，选取当前处理的输入像素PX的原始亮度Y_SRC或窗亮度平均（即参考周围亮度Y_SUR）来作为基础亮度Y_BASE。

于一实施例中，饱和度补偿和亮度补偿的计算方式是类似的；具体来说，在图3的电路结构中，若将输入数据替换为原始饱和度S_SRC和目标饱和度S_MAX，亮度/饱和度分析模块232即可计算输入像素PX对应的参考目标饱和度S_REF、参考周围饱和度S_SUR和基础饱和度S_BASE。

于一实施例中，亮度/饱和度分析模块232用来先后进行亮度补偿和饱和度补偿的计算；也就是说，亮度/饱和度分析模块232的亮度分析模块与饱和度分析模块共享一个电路模块来先后进行亮度补偿和饱和度补偿的计算，如此可节省硬件面积。于另一实施例中，亮度/饱和度分析模块232用来同时进行亮度补偿和饱和度补偿的计算；具体来说，亮度/饱和度分析模块232的亮度分析模块与饱和度分析模块为两个独立的电路模块，如此可节省计算时间。附带说明的是，使用图3所绘示的电路模块来实现亮度/饱和度分析模块232的亮度分析模块与饱和度分析模块的方式仅是本发明的一种做法，且图3所绘示的电路模块非用于限制本发明的实施。

图4为根据本发明实施例图2的细节映射模块231的映射函数的示意图。如图4所示，当窗亮度对比Y_CONTRA小于临限点D1时，细节映射模块231映射出的细节疑似度DETAIL_R是较小的比率DR1；当窗亮度对比Y_CONTRA大于临限点D2时，细节映射模块231映射出的细节疑似度DETAIL_R是较大的比率DR2，于此D1＜D2。

在实际应用中，当像素窗内的多个像素中的最大亮度W_MAX和最小亮度W_MIN之间的差值太小的时候，表示像素窗内的图像没有太多细节（例如只有一种亮度和一种色调的图块），所以细节映射模块231映射出的细节疑似度DETAIL_R是较小的比率DR1。另一方面，当像素窗内的多个像素中的最大亮度W_MAX和最小亮度W_MIN之间的差值太大的时候，表示像素窗内的图像存在很多细节（例如有多种亮度和多种色调的线条或较小的图样），所以细节映射模块231映射出的细节疑似度DETAIL_R是较大的比率DR2。再者，当窗亮度对比Y_CONTRA介于临限点D1和临限点D2之间时，细节映射模块231映射出的细节疑似度DETAIL_R是等比例上升，也就是像素窗内的图像可能同时存在较大的图块、线条和较小的图样等不同大小的细节。附带说明的是，使用图4所绘示的映射函数来实现细节映像模块231的方式仅是本发明的一种做法，且图4所绘示的映射函数非用于限制本发明的实施，在其他实施例中，可能有其中不同类型的映像函数可以用来实现细节映射模块231。

于一实施例中，临限点D1和D2之间的范围是2^CP1，于此控制参数CP1是窗亮度对比Y_CONTRA和细节疑似度DETAIL_R的动态映射编码位元数。举例来说，当控制参数CP1越大，则窗亮度对比Y_CONTRA映射出的细节疑似度DETAIL_R的细致度越高，进而改善图像细节辨识度和观感。

图5为根据本发明实施例图2的亮度/饱和度映射模块233的亮度映射模块的映射函数的示意图。如图5所示，当窗亮度平均W_M小于临限点Y3时，亮度/饱和度映射模块233的亮度映射模块映射出的亮度调节值LUMA_R是较小的比率YR3；当窗亮度平均W_M介于临限点Y4和Y5之间时，亮度/饱和度映射模块233的亮度映射模块映射出的亮度调节值LUMA_R是最大的比率YR4；当窗亮度平均W_M大于临限点Y6时，亮度/饱和度映射模块233映射出的亮度调节值LUMA_R是小于最大比率YR4的比率YR5，于此Y3＜Y4＜Y5＜Y6。

在实际应用中，当窗亮度平均W_M太小的时候，表示像素窗内的图像整体是灰暗的，所以亮度/饱和度映射模块233的亮度映射模块映射出的亮度调节值LUMA_R是较小的比率YR3，不需要强调细节。另一方面，当窗亮度平均W_M太大的时候，表示像素窗内的图像整体上可能过度曝光了，所以亮度/饱和度映射模块233映射出的亮度调节值LUMA_R是小于最大比率YR4的比率YR5，以还原细节。再者，当窗亮度平均W_M在中间值附近的时候，表示像素窗内的图像整体是平淡的，所以亮度/饱和度映射模块233的亮度映射模块映射出的亮度调节值LUMA_R是最大比率YR4，所以需要强调细节。

进一步地，当窗亮度平均W_M介于临限点Y3和Y4之间时，亮度/饱和度映射模块233的亮度映射模块映射出的亮度调节值LUMA_R是等比例上升（斜率较大），也就是像素窗内的图像是灰暗又接近平淡的，需要逐步强调细节。于一实施例中，临限点Y3和Y4之间的范围是2^CP1，于此控制参数CP1是窗亮度平均W_M和亮度调节值LUMA_R的动态映射编码位元数。举例来说，当控制参数CP1越大，则在图像是灰暗又接近平淡的情况下，窗亮度平均W_M映射出的亮度调节值LUMA_R的细致度越高，进而改善图像细节辨识度和观感。

进一步地，当窗亮度平均W_M介于临限点Y5和临限点Y6之间时，亮度/饱和度映射模块233的亮度映射模块映射出的亮度调节值LUMA_R是等比例下降（斜率较小），也就是像素窗内的图像是平淡又接近过曝的，所以需要逐步还原细节。于一实施例中，临限点Y5和Y6之间的范围是2^CP5，于此控制参数CP5是窗亮度平均W_M和亮度调节值LUMA_R的动态映射编码位元数。举例来说，当控制参数CP5越大，则在图像是平淡又接近过曝的情况下,窗亮度平均W_M映射出的亮度调节值LUMA_R的细致度越高，进而改善图像细节辨识度和观感。

于一实施例中，饱和度调节值LUMA_SR和亮度调节值LUMA_R的映射方式是类似的；具体来说，在图5的映射函数中，若将窗亮度平均W_M替换为窗饱和度平均W_SM，亮度/饱和度映射模块233的亮度映射模块即可映射出相对应的饱和度调节值LUMA_SR。附带说明的是，使用图5所绘示的映射函数来实现亮度/饱和度映射模块233的亮度映射模块与饱和度映射模块的方式仅是本发明的一种做法，且图5所绘示的映射函数非用于限制本发明的实施，在其他实施例中，可能有其中不同类型的映像函数可以用来实现亮度/饱和度映射模块233的亮度映射模块与饱和度映射模块，另外，亮度/饱和度映射模块233的亮度映射模块与饱和度映像模块的映像函数可以彼此相同或不同。

综上所述，采用本发明中提供的背光补偿方法和背光补偿电路，具有以下优点：（1）在进行背光亮度/饱和度补偿时，细节疑似度会被提取以用来抑制噪声（例如防止噪声在亮度/饱和度补偿增强之后被放大），以改善图像细节辨识度和观感；（2）提取出来的细节疑似度关联于细节大小，因此透过细节疑似度来调整亮度与饱和度可以在调节背光时合理保护细节；（3）综合探查了当前处理的输入像素的原始亮度、参考目标亮度、像素窗的参考周围亮度和完整图像帧的基础亮度在不同条件下，优化图像的亮度和饱和度的处理方式，进而改善图像细节辨识度和观感。

以上所述仅是本发明的优选实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本实用发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种背光补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收并解析图像数据，以产生包括多个输入像素的图像帧和相关控制参数，其中图像帧的大小为M*N；

根据输入像素的编码数据，计算所述输入像素对应的亮度；

获取以输入像素为中心的a*b平方像素的像素窗亮度；

根据所述图像数据，计算参考目标亮度，在计算参考目标亮度时，采用以下步骤进行计算：加总一张图像帧M*N个输入像素的M*N个亮度，以产生帧亮度总和；根据帧亮度总和，计算帧亮度平均；将目标亮度或帧亮度平均乘以控制参数CP2，得到参考目标亮度Y_REF；

根据所述像素窗亮度，计算参考周围亮度、细节疑似度和亮度调节值，其中所述细节疑似度关联于细节大小；

计算所述参考周围亮度时，所述参考周围亮度Y_SUR为窗亮度平均或为像素窗的a*b个原始亮度通过高斯平滑滤波器后得到的值；计算窗亮度平均时，加总像素窗的a*b个亮度，以产生窗亮度总和，根据窗亮度总和计算窗亮度平均；

计算所述细节疑似度时，获取像素窗内a*b个像素中的第一亮度和第二亮度，计算第一亮度和第二亮度之间的差值来作为窗亮度对比，根据窗亮度对比和控制参数CP1，计算输入像素对应的细节疑似度DETAIL_R，其中，所述第一亮度为像素窗中a*b个像素中的最大亮度或次大亮度，所述第二亮度为像素窗a*b个像素中的最小亮度或次小亮度；

计算亮度调节值时，根据窗亮度平均和控制参数CP1、CP5，计算输入像素对应的亮度调节值LUMA_R；当窗亮度平均小于临限点Y3时，亮度调节值LUMA_R为较小的比率YR3；当窗亮度平均介于临限点Y4和Y5之间时，亮度调节值LUMA_R为最大的比率YR4；当窗亮度平均大于临限点Y6时，亮度调节值LUMA_R为小于最大比率YR4的比率YR5，其中Y3<Y4<Y5<Y6；

根据所述输入像素对应的亮度或所述像素窗亮度，计算基础亮度；

以及

根据所述基础亮度、所述参考目标亮度、所述参考周围亮度、所述细节疑似度和所述亮度调节值，计算所述输入像素对应的输出亮度；

计算所述输入像素对应的所述输出亮度的步骤是根据如下函数来计算：

2.如权利要求1所述的背光补偿方法，其特征在于，更包括：

根据输入像素的编码数据，计算所述输入像素对应的饱和度；

根据所述饱和度，计算基础饱和度、参考目标饱和度、参考周围饱和度；

根据所述饱和度，计算饱和度调节值；以及

根据所述基础饱和度、所述参考目标饱和度、所述参考周围饱和度、所述细节疑似度和所述饱和度调节值，计算所述输入像素对应的输出饱和度。

3.如权利要求2所述的背光补偿方法，其特征在于，根据所述基础饱和度、所述参考目标饱和度、所述参考周围饱和度、所述细节疑似度和所述饱和度调节值，计算所述输入像素对应的所述输出饱和度的步骤是根据如下函数来计算：

4.如权利要求2所述的背光补偿方法，其特征在于，更包括：

根据所述输出亮度和所述输出饱和度，对所述输入像素重新编码，以产生输出像素。

5.一种采用权利要求1中背光补偿方法的背光补偿电路，其特征在于，包括：

输入模块，用来接收并解析图像数据，以产生输入像素；

提取模块，连接所述输入模块，用来根据所述输入像素的编码数据，计算所述输入像素对应的亮度并计算以输入像素为中心的a*b平方像素的像素窗亮度；

亮度分析模块，连接所述提取模块，用来根据所述输入像素对应的亮度和像素窗亮度，计算基础亮度、参考目标亮度和参考周围亮度；

细节映射模块，连接所述提取模块，用来根据所述像素窗亮度，计算细节疑似度；

亮度映射模块，连接所述亮度分析模块，用来根据所述像素窗亮度，计算亮度调节值；以及

亮度调整模块，连接所述细节映射模块、所述亮度分析模块和所述亮度映射模块，用来根据所述基础亮度、所述参考目标亮度、所述参考周围亮度、所述细节疑似度和所述亮度调节值，计算所述输入像素对应的输出亮度。

6.如权利要求5所述的背光补偿电路，其特征在于，所述亮度调整模块是根据如下函数来计算所述输出亮度：

7.如权利要求5所述的背光补偿电路，其特征在于：

所述提取模块更用来根据输入像素的编码数据，计算所述输入像素对应的饱和度；

饱和度分析模块，连接所述提取模块，用来根据所述饱和度，计算基础饱和度、参考目标饱和度、参考周围饱和度；

饱和度映射模块，连接所述饱和度分析模块，用来根据所述饱和度，计算饱和度调节值；以及

饱和度调整模块，连接所述细节映射模块、所述饱和度分析模块和所述饱和度映射模块，用来根据所述基础饱和度、所述参考目标饱和度、所述参考周围饱和度、所述细节疑似度和所述饱和度调节值，计算所述输入像素对应的输出饱和度。

8.如权利要求7所述的背光补偿电路，其特征在于，所述饱和度调整模块是根据如下函数来计算所述输出饱和度：

9.如权利要求7所述的背光补偿电路，其特征在于，更包括：

输出模块，连接所述亮度调整模块和所述饱和度调整模块，用来根据所述输出亮度和所述输出饱和度，对所述输入像素重新编码，以产生输出像素。