CN114783387A - 自适应环境光的彩色电润湿电子纸图像对比度增强方法 - Google Patents

自适应环境光的彩色电润湿电子纸图像对比度增强方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出自适应环境光的彩色电润湿电子纸图像对比度增强方法，所述方法包括以下步骤；步骤一、实时测量外界环境光，根据当前外界环境光亮度，基于预设的图像对比度模型进行计算，在对比度损失最小的约束条件下调整图像整体亮度值；步骤二、将亮度调整后的图像进行Gamma校正以提高其对比度，用原始图像的RGB值对Gamma校正后的灰度值进行色度补偿并将图像色域转换为CMY；步骤三、根据当前外界环境光亮度及对比度模型调整图像整体亮度，结合Gamma校正和色度补偿，增强彩色电润湿电子纸的显示效果；本发明能够在外界环境光较强的情况下对图像进行调制，提升显示图像对比度，增强电润湿电子纸显示设备的图像显示效果。

Description

自适应环境光的彩色电润湿电子纸图像对比度增强方法
技术领域
本发明涉及显示设备技术领域，尤其是自适应环境光的彩色电润湿电子纸图像对比度增强方法。
背景技术
电子纸显示器件因其观感效果类似于纸张，低功耗、环保等优点而备受关注。
最近华南师范大学成功研制出世界首台可以呈现全彩视频内容的逼真色彩效果的反射式显示器，该显示器以电润湿显示原理为基础，基于高对比度，低功耗，高色域等优点，可以播放全动态视频、能显示打印质量的彩色图像、同时具有低能耗和护眼特性。
由于彩色电润湿电子纸显示器是一种反射式显示器，显示器反射的亮度随着外界环境光增大而增大，虽然以此节省了能耗，但也带来显示效果易受外界环境光影响的缺点。因此，在外界环境光较强时，低灰阶区域像素反射了较强环境光导致未能显示出相应低灰阶，导致图像对比度下降、模糊不清等问题，大大影响了显示效果。
发明内容
本发明提出自适应环境光的彩色电润湿电子纸图像对比度增强方法，能够在外界环境光较强的情况下对图像进行调制，提升显示图像对比度，增强电润湿电子纸显示设备的图像显示效果。
本发明采用以下技术方案。
自适应环境光的彩色电润湿电子纸图像对比度增强方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤；
步骤一、实时测量外界环境光，根据当前外界环境光亮度，基于预设的图像对比度模型进行计算，在对比度损失最小的约束条件下调整图像整体亮度值；
步骤二、将亮度调整后的图像进行Gamma校正以提高其对比度，用原始图像的RGB值对Gamma校正后的灰度值进行色度补偿并将图像色域转换为 CMY；
步骤三、根据当前外界环境光亮度及对比度模型调整图像整体亮度，结合 Gamma校正和色度补偿，增强彩色电润湿电子纸的显示效果。
步骤一包括以下步骤；
步骤S1、实时测量外界环境光亮度LA，提取图像的亮度值L(i，j)；
步骤S2、将当前环境光下亮度LA和所提取的图像亮度值L(i，j)输入显示器对比度损失模型中，得到对比度损失亮度值Lloss(i，j)。
步骤三包括以下步骤；
步骤S3、根据当前环境光亮度LA和和对比度损失亮度值Lloss(i，j)对灰度图片进行亮度调整，将当前环境光亮度LA和和对比度损失亮度值Lloss(i，j)输入亮度调整模型，计算出亮度调整后图像亮度值Lenh(i，j)；其中亮度调整模型公式为：
argαmin||Con[L(i，j)]-Con[Lloss(i，j)+α*LA]||2 公式一；
Figure BDA0003661812590000021
Figure BDA0003661812590000022
Lenh＝Lloss(i，j)+α*LA 公式四；
其中σ为高斯函数标准差，取值为0.1；k为滤波半径，取值为5；
步骤S4：根据外界环境光亮度LA对Lenh(i，j)进行自适应边缘保持Gamma校正得到调制后的亮度图像Lcor(i，j)；其中Gamma校正公式为：
Figure BDA0003661812590000023
Figure BDA0003661812590000031
Figure BDA0003661812590000032
其中Lenh-guidefilter(i，j)为导向滤波器。
步骤S3中，σ取值为0.1；k取值为5；
步骤S4中，Lenh-guidefilter(i，j)的滤波半径取值为4，导向滤波的Eps参数为20。
所述基于预设的图像对比度模型进行计算，其方法为计算环境光下图像与原始图像的对比度，在对比度损失最小的约束下调整图像灰度，以达到增强图像对比度的目的。
步骤二中采用的具体方法为；
步骤S5：根据调制后的亮度图像Lcor(i，j)对其进行色度补偿，并转换为归一化的CMY色域；其中所用到的补偿公式为：
Figure BDA0003661812590000033
Figure BDA0003661812590000034
步骤三中，在通过电子纸显示图像时，采用下列方法；
步骤S6：查看要驱动的电润湿电子纸显示器驱动电压与CMY信号关系曲线，查询当前像素C、M、Y值所对应的三个信道的驱动电压，从而利用查询到的驱动电压显示出彩色图像。
所述对比度增强方法采用随环境光变化调整电润湿电子纸显示亮度的装置，所述装置包括电润湿显示屏、主控制器单元以及与其电性相连的光敏单元、原始像素信号及亮度提取单元、亮度调整单元、Gamma校正单元、色度补偿及色域转换单元、调制信号控制驱动电压输出单元；
所述电润湿显示屏即电润湿电子纸；
所述光敏单元与所述主控制器单元电性相连，用以检测外界环境光并将检测结果传输至主控制器单元；
所述原始像素信号及亮度提取单元与所述主控制器单元电性相连，用于提取当前显示图像的RGB信道信息及像素亮度信息，并将提取到的信息传递至所述主控制器单元；
所述亮度调整单元与所述主控制器单元电性相连，用于根据图像的亮度信息及外界环境光信息，结合电润湿电子纸光电传递函数，得到亮度调整后的图像亮度信息，并将其结果传输至主控制器单元；
所述Gamma校正单元与所述主控制器单元电性相连，用于根据亮度调整单元输出的亮度调整后的图像信息与光敏单元提取到的当前环境光亮度，进行 Gamma校正，得到校正后的图像亮度信息，并将其结果传输至主控制器单元；
所述色度补偿及色域转换单元与所述主控制器单元电性相连，用于根据 Gamma校正单元输出的校正后的图像亮度信息、原始像素信号及亮度提取单元输出的原始图像的RGB信息、亮度调整单元输出的亮度调整后的图像亮度信息，进行色度校正和色域转换，得到调制后的图像CMY信息，并将其结果传输至主控制器单元；
所述调制信号控制驱动电压输出单元与主控制器单元、电润湿显示屏电性相连，用以根据主控制器单元输入的调制后的图像CMY信息驱动电润湿显示屏的 CMY信道并显示图像；
所述随环境光变化调整电润湿电子纸显示亮度的装置，根据外界环境光，结合Gamma校正，提升图像显示效果时，其方法为：所述亮度调整单元根据外界环境光，结合对比度损失模型，得到原始图像调整后的亮度图像，所述Gamma校正单元根据调整后的亮度图像进行Gamma校正，所述色度补偿及色域转换单元对 Gamma校正后的图像进行色度补偿及转换色域得到调制后图像信号，所述调制信号控制驱动电压输出单元根据调制后图像信号查看查看要驱动的电润湿电子纸显示器驱动电压与CMY信号关系曲线，查询当前像素C、M、Y值所对应的三个信道的驱动电压，最后得到相应驱动电压，以该驱动电压驱动电子纸显示图像。
所述光敏单元的感应面设于电润湿显示屏的显示面旁侧处。
步骤S2中，显示器为基于电润湿显示原理的反射式显示器，即电润湿电子纸显示器，显示器对比度损失模型由在不同环境光下测量显示器输入输出灰阶而归纳得到。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明结合彩色电润湿显示器的特性，根据外界环境光对原始图像进行亮度调整、Gamma校正、色度补偿，能够有效增强彩色电润湿电子纸的图像显示效果。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1是本发明的流程示意图；
附图2是本发明的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图所示，自适应环境光的彩色电润湿电子纸图像对比度增强方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤；
步骤一、实时测量外界环境光，根据当前外界环境光亮度，基于预设的图像对比度模型进行计算，在对比度损失最小的约束条件下调整图像整体亮度值；
步骤二、将亮度调整后的图像进行Gamma校正以提高其对比度，用原始图像的RGB值对Gamma校正后的灰度值进行色度补偿并将图像色域转换为 CMY；
步骤三、根据当前外界环境光亮度及对比度模型调整图像整体亮度，结合 Gamma校正和色度补偿，增强彩色电润湿电子纸的显示效果。
步骤一包括以下步骤；
步骤S1、实时测量外界环境光亮度LA，提取图像的亮度值L(i，j)；
步骤S2、将当前环境光下亮度LA和所提取的图像亮度值L(i，j)输入显示器对比度损失模型中，得到对比度损失亮度值Lloss(i，j)。
步骤三包括以下步骤；
步骤S3、根据当前环境光亮度LA和和对比度损失亮度值Lloss(i，j)对灰度图片进行亮度调整，将当前环境光亮度LA和和对比度损失亮度值Lloss(i，j)输入亮度调整模型，计算出亮度调整后图像亮度值Lenh(i，j)；其中亮度调整模型公式为：
argαmin||Con[L(i，j)]-Con[Lloss(i，j)+α*LA]||2 公式一；
Figure BDA0003661812590000061
Figure BDA0003661812590000062
Lenh＝Lloss(i，j)+α*LA 公式四；
其中σ为高斯函数标准差，取值为0.1；k为滤波半径，取值为5；
步骤S4：根据外界环境光亮度LA对Lenh(i，j)进行自适应边缘保持Gamma校正得到调制后的亮度图像Lcor(i，j)；其中Gamma校正公式为：
Figure BDA0003661812590000071
Figure BDA0003661812590000072
Figure BDA0003661812590000073
其中Lenh-guidefilter(i，j)为导向滤波器。
步骤S3中，σ取值为0.1；k取值为5；
步骤S4中，Lenh-guidefilter(i，j)的滤波半径取值为4，导向滤波的Eps参数为20。
所述基于预设的图像对比度模型进行计算，其方法为计算环境光下图像与原始图像的对比度，在对比度损失最小的约束下调整图像灰度，以达到增强图像对比度的目的。
步骤二中采用的具体方法为；
步骤S5：根据调制后的亮度图像Lcor(i，j)对其进行色度补偿，并转换为归一化的CMY色域；其中所用到的补偿公式为：
Figure BDA0003661812590000074
Figure BDA0003661812590000081
步骤三中，在通过电子纸显示图像时，采用下列方法；
步骤S6：查看要驱动的电润湿电子纸显示器驱动电压与CMY信号关系曲线，查询当前像素C、M、Y值所对应的三个信道的驱动电压，从而利用查询到的驱动电压显示出彩色图像。
所述对比度增强方法采用随环境光变化调整电润湿电子纸显示亮度的装置，所述装置包括电润湿显示屏、主控制器单元以及与其电性相连的光敏单元、原始像素信号及亮度提取单元、亮度调整单元、Gamma校正单元、色度补偿及色域转换单元、调制信号控制驱动电压输出单元；
所述电润湿显示屏即电润湿电子纸；
所述光敏单元与所述主控制器单元电性相连，用以检测外界环境光并将检测结果传输至主控制器单元；
所述原始像素信号及亮度提取单元与所述主控制器单元电性相连，用于提取当前显示图像的RGB信道信息及像素亮度信息，并将提取到的信息传递至所述主控制器单元；
所述亮度调整单元与所述主控制器单元电性相连，用于根据图像的亮度信息及外界环境光信息，结合电润湿电子纸光电传递函数，得到亮度调整后的图像亮度信息，并将其结果传输至主控制器单元；
所述Gamma校正单元与所述主控制器单元电性相连，用于根据亮度调整单元输出的亮度调整后的图像信息与光敏单元提取到的当前环境光亮度，进行 Gamma校正，得到校正后的图像亮度信息，并将其结果传输至主控制器单元；
所述色度补偿及色域转换单元与所述主控制器单元电性相连，用于根据 Gamma校正单元输出的校正后的图像亮度信息、原始像素信号及亮度提取单元输出的原始图像的RGB信息、亮度调整单元输出的亮度调整后的图像亮度信息，进行色度校正和色域转换，得到调制后的图像CMY信息，并将其结果传输至主控制器单元；
所述调制信号控制驱动电压输出单元与主控制器单元、电润湿显示屏电性相连，用以根据主控制器单元输入的调制后的图像CMY信息驱动电润湿显示屏的 CMY信道并显示图像；
所述随环境光变化调整电润湿电子纸显示亮度的装置，根据外界环境光，结合Gamma校正，提升图像显示效果时，其方法为：所述亮度调整单元根据外界环境光，结合对比度损失模型，得到原始图像调整后的亮度图像，所述Gamma校正单元根据调整后的亮度图像进行Gamma校正，所述色度补偿及色域转换单元对 Gamma校正后的图像进行色度补偿及转换色域得到调制后图像信号，所述调制信号控制驱动电压输出单元根据调制后图像信号查看查看要驱动的电润湿电子纸显示器驱动电压与CMY信号关系曲线，查询当前像素C、M、Y值所对应的三个信道的驱动电压，最后得到相应驱动电压，以该驱动电压驱动电子纸显示图像。
所述光敏单元的感应面设于电润湿显示屏的显示面旁侧处。
步骤S2中，显示器为基于电润湿显示原理的反射式显示器，即电润湿电子纸显示器，显示器对比度损失模型由在不同环境光下测量显示器输入输出灰阶而归纳得到。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和 /或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.自适应环境光的彩色电润湿电子纸图像对比度增强方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤；
步骤一、实时测量外界环境光，根据当前外界环境光亮度，基于预设的图像对比度模型进行计算，在对比度损失最小的约束条件下调整图像整体亮度值；
步骤二、将亮度调整后的图像进行Gamma校正以提高其对比度，用原始图像的RGB值对Gamma校正后的灰度值进行色度补偿并将图像色域转换为CMY；
步骤三、根据当前外界环境光亮度及对比度模型调整图像整体亮度，结合Gamma校正和色度补偿，增强彩色电润湿电子纸的显示效果。
2.根据权利要求1所述的自适应环境光的彩色电润湿电子纸图像对比度增强方法，其特征在于：步骤一包括以下步骤；
步骤S1、实时测量外界环境光亮度LA，提取图像的亮度值L(i,j)；
步骤S2、将当前环境光下亮度LA和所提取的图像亮度值L(i,j)输入显示器对比度损失模型中，得到对比度损失亮度值Lloss(i,j)。
3.根据权利要求1所述的自适应环境光的彩色电润湿电子纸图像对比度增强方法，其特征在于：步骤三包括以下步骤；
步骤S3、根据当前环境光亮度LA和和对比度损失亮度值Lloss(i,j)对灰度图片进行亮度调整，将当前环境光亮度LA和和对比度损失亮度值Lloss(i,j)输入亮度调整模型，计算出亮度调整后图像亮度值Lenh(i,j)；其中亮度调整模型公式为：
argαmin||Con[L(i，j)]-Con[Lloss(i，j)+α·LA]||2 公式一；
Figure FDA0003661812580000011
Figure FDA0003661812580000012
Lenh＝Lloss(i，j)+α*LA 公式四；
其中σ为高斯函数标准差，取值为0.1；k为滤波半径，取值为5；
步骤S4：根据外界环境光亮度LA对Lenh(i,j)进行自适应边缘保持Gamma校正得到调制后的亮度图像Lcor(i,j)；其中Gamma校正公式为：
Figure FDA0003661812580000021
Figure FDA0003661812580000022
Figure FDA0003661812580000023
其中Lenh-guidefilter(i，j)为导向滤波器。
4.根据权利要求3所述的自适应环境光的彩色电润湿电子纸图像对比度增强方法，其特征在于：所述基于预设的图像对比度模型进行计算，其方法为计算环境光下图像与原始图像的对比度，在对比度损失最小的约束下调整图像灰度，以达到增强图像对比度的目的。
5.根据权利要求3所述的自适应环境光的彩色电润湿电子纸图像对比度增强方法，其特征在于：步骤二中采用的具体方法为；
步骤S5：根据调制后的亮度图像Lcor(i,j)对其进行色度补偿，并转换为归一化的CMY色域；其中所用到的补偿公式为：
Figure FDA0003661812580000024
Figure FDA0003661812580000031
6.根据权利要求5所述的自适应环境光的彩色电润湿电子纸图像对比度增强方法，其特征在于：步骤三中，在通过电子纸显示图像时，采用下列方法；
步骤S6：查看要驱动的电润湿电子纸显示器驱动电压与CMY信号关系曲线，查询当前像素C、M、Y值所对应的三个信道的驱动电压，从而利用查询到的驱动电压显示出彩色图像。
7.根据权利要求6所述的自适应环境光的彩色电润湿电子纸图像对比度增强方法，其特征在于：所述对比度增强方法采用随环境光变化调整电润湿电子纸显示亮度的装置，所述装置包括电润湿显示屏、主控制器单元以及与其电性相连的光敏单元、原始像素信号及亮度提取单元、亮度调整单元、Gamma校正单元、色度补偿及色域转换单元、调制信号控制驱动电压输出单元；
所述电润湿显示屏即电润湿电子纸；
所述光敏单元与所述主控制器单元电性相连，用以检测外界环境光并将检测结果传输至主控制器单元；
所述原始像素信号及亮度提取单元与所述主控制器单元电性相连，用于提取当前显示图像的RGB信道信息及像素亮度信息，并将提取到的信息传递至所述主控制器单元；
所述亮度调整单元与所述主控制器单元电性相连，用于根据图像的亮度信息及外界环境光信息，结合电润湿电子纸光电传递函数，得到亮度调整后的图像亮度信息，并将其结果传输至主控制器单元；
所述Gamma校正单元与所述主控制器单元电性相连，用于根据亮度调整单元输出的亮度调整后的图像信息与光敏单元提取到的当前环境光亮度，进行Gamma校正，得到校正后的图像亮度信息，并将其结果传输至主控制器单元；
所述色度补偿及色域转换单元与所述主控制器单元电性相连，用于根据Gamma校正单元输出的校正后的图像亮度信息、原始像素信号及亮度提取单元输出的原始图像的RGB信息、亮度调整单元输出的亮度调整后的图像亮度信息，进行色度校正和色域转换，得到调制后的图像CMY信息，并将其结果传输至主控制器单元；
所述调制信号控制驱动电压输出单元与主控制器单元、电润湿显示屏电性相连，用以根据主控制器单元输入的调制后的图像CMY信息驱动电润湿显示屏的CMY信道并显示图像。
8.根据权利要求7所述的自适应环境光的彩色电润湿电子纸图像对比度增强方法，其特征在于：所述随环境光变化调整电润湿电子纸显示亮度的装置，根据外界环境光，结合Gamma校正，提升图像显示效果时，其方法为：所述亮度调整单元根据外界环境光，结合对比度损失模型，得到原始图像调整后的亮度图像，所述Gamma校正单元根据调整后的亮度图像进行Gamma校正，所述色度补偿及色域转换单元对Gamma校正后的图像进行色度补偿及转换色域得到调制后图像信号，所述调制信号控制驱动电压输出单元根据调制后图像信号查看查看要驱动的电润湿电子纸显示器驱动电压与CMY信号关系曲线，查询当前像素C、M、Y值所对应的三个信道的驱动电压，最后得到相应驱动电压，以该驱动电压驱动电子纸显示图像。
9.根据权利要求7所述的自适应环境光的彩色电润湿电子纸图像对比度增强方法，其特征在于：所述光敏单元的感应面设于电润湿显示屏的显示面旁侧处。
10.根据权利要求2所述的自适应环境光的彩色电润湿电子纸图像对比度增强方法，其特征在于：步骤S2中，显示器为基于电润湿显示原理的反射式显示器，即电润湿电子纸显示器，显示器对比度损失模型由在不同环境光下测量显示器输入输出灰阶而归纳得到。
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