CN1890692A - 使用色调绘制曲线的图像调整 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在显示装置上绘制具有改善质量的图像的方法。为了允许基于图像信息来调整像素辉度值，提出至少部分地分析所述图像的内容，基于所分析的图像内容确定色调绘制曲线并且根据所确定的色调绘制曲线调整所述图像中像素辉度值。

Description

使用色调绘制曲线的图像调整

技术领域

本发明涉及一种在显示装置上绘制具有改善质量的图像的方法。本发明还涉及一种将图像呈现给观看者的显示装置、一种驱动这种显示的显示装置驱动器和一种呈现具有改善质量的图像的系统。此外，本发明涉及一种计算机程序和一种计算机程序产品。

背景技术

众所周知，针对不同的显示装置提供有不同的色调绘制曲线(常称作伽马)。人们还知道，对于个人计算机或苹果麦金托什计算机，存在“标准”伽马值。特别地，在阴极射线管(CRT)上显示图像既强烈地依赖于它的亮度和对比度设置又强烈地依赖于环境光线。

这些显示所产生的像素辉度与像素的输入信号不直接成线性比例。在阴极射线管的情形下，输入信号增强50％仅导致亮度增强18％。可以按照一种指数关系来调整该输出信号，此处该亮度等于被提升到该色调绘制曲线值的幂的输入。该输出辉度值能按下式计算：

$I_{\mathrm{output}}={\left(\frac{D_{\mathrm{input}}}{255}\right)}^{\mathrm{\γ}}\×255$

这里，I表示像素的亮度输出值，D表示像素的输入值，而γ表示色调绘制曲线值。

从“Graphic Arts in Finland”(芬兰图像艺术)(第24卷第1期，Graphic Arts Research Foundation，Laihanen)中可以知道通过在不同色彩模式中处理像素值，可优化数字图像。这篇发表的文献提出使用色调绘制曲线来调整像素值，以改善图像质量。为了避免色彩分量的变化，提出了不同色彩模式。一般来说，可以使用任何色彩模式。尤其在HSV(色相，饱和度，纯度)模型中，提出只调整纯度而保持色相，并保持饱和度不变。根据这种HSV色彩模式，改变像素的亮度而不改变色彩分量是有可能的。

在上述这篇发表的文献中，还提出使用一种Lsα色彩模式，以通过根据色调绘制曲线来调整像素值的方式来改善图像质量。

然而，找出一个最佳色调绘制曲线是件困难的事。图像的质量，例如观看者所感知到像素的方式，以及他们关于质量的印象如何，强烈地依赖于内容和外部辉度。同样，装置的性能影响图像的质量和应该用色调绘制曲线调整像素值的方式。

发明内容

本发明提出通过至少部分地分析图像的内容、基于所分析的图像内容确定色调绘制曲线以及根据所确定的色调绘制曲线来调整所述图像中的像素辉度值的这些步骤，在显示装置上绘制所述图像。

本发明方法的优势之一是通过分析该图像内容，该图像自身可产生用于调整像素值的色调绘制曲线。既然小数值的伽马可以提升亮度，那么与亮图像相比暗图像需要数值更小的伽马。

通过基于所分析的图像内容确定色调绘制曲线，可以为每幅图像找到最优的色调绘制曲线。于是可根据图像的内容动态地调整对图像的处理。

特别地，提出分析像素的辉度值以确定合适的色调绘制曲线。这样，可以使用图像自身的辉度，例如使用该图像中的像素，来确定该最优色调绘制曲线。

由于图像的亮度对选择正确的色调绘制曲线而言很关键，因而提出分析图像的直方图以确定所述色调绘制曲线。所述图像直方图可以显示图像中像素的亮度分布，而根据此分布可以确定正确的色调绘制曲线。

也可在查找表中提供预定义色调绘制曲线。还可针对当前显示装置专门调整和优化这些预定义色调绘制曲线。在使用预定义色调绘制曲线的情况下，提出至少存储两条色调绘制曲线，并且然后可从所述存储器中提取所确定的色调绘制曲线。在分析该图像的内容之后，可选择最适合的色调绘制曲线。不过，也可在分析该图像后立即计算该色调绘制曲线，从而动态地根据该当前图像来采用色调绘制曲线。

为了说明某些显示属性，如使用了例如CRT、LCD、OLED等等中的何种显示技术和在显示器中为亮度、对比度或色彩选择了何种配置，提出根据所述显示属性来定制该色调绘制曲线。

为了避免色彩值失真，提出将所述色调绘制曲线应用到例如HSV或Lsα色彩空间这样的任意与装置无关的色彩空间中的像素的辉度值。从RGB值推导出辉度和色度分量，或者从RGB值推导出HSV(色相，饱和度，纯度)或Lsα分量是常识，并且在“Graphic Arts inFinland”(芬兰图像艺术)中进行了描述。

示范性地，在具有HSV或Lsα色彩空间模式的实施例中，人们已发现甚至当使用了非线性色调绘制曲线时，仅在改变纯度而不改变色相和饱和度的情况下，可维持RGB各分量间的关系。Lsα色彩空间中的L值近似等于像素的亮度(或明亮度)，并且能从下式计算：

$L=\frac{V}{V_{\max }+V_{\mathrm{plus}}}$

这里：

V＝k₁R+k₂G+k₃B，

V_max＝V/max(R，G，VB)

V_plus＝a(1-V_max)

a＝用户可定义的常数

k₁+k₂+k₃＝1

k₁，k₂，k₃，R，G，B和a∈[0，1]

当仅仅改变Lsα色彩空间中的这个L值时，甚至当将非线性色调绘制曲线应用到该L值时，图像的整个色彩效果维持不变。上面所提到的色彩空间模式仅仅示例性地描述一个可能的实施例。所使用的任何其他色彩空间模式都属于本发明的范围。在任何模式中，当仅被应用于辉度值时，可以使用非线性色调绘制曲线。

该图像效果可能还受该显示器的环境影响，尤其是受该显示器的环境光线影响。因此，提出获取环境光线信息，并提出基于所述环境光线信息来确定所述色调绘制曲线。那样，就可说明周围光线对图像质量所产生的效果。依赖于该光线条件，显示器的色调绘制曲线可以不同。

本发明的另一个方面是一种用于将图像呈现给观看者的显示装置，所述显示装置包括用于显示所述图像的屏幕、用于至少部分地分析所述图像内容的图像分析装置、用于基于所分析的图像内容来确定色调绘制曲线的色调绘制曲线确定装置以及用于根据所确定的色调绘制曲线来调整所述图像中的像素辉度值的图像调整装置。所述图像分析装置可以通过例如使用亮度直方图来分析该图像中的像素亮度。同样，所述图像的其它属性也可以被分析。所述色调绘制曲线确定装置可使用所述图像分析装置的信息并可确定最优色调绘制曲线。这可通过计算该色调绘制曲线或通过使用存储于存储器中的预定义色调绘制曲线来完成。

本发明的另外的一个方面是一种用于将图像呈现给观看者的显示装置，所述显示装置包括用于显示所述图像的屏幕、用于获取环境光线信息的环境光线获取装置、用于基于所获得的环境光线信息来确定色调绘制曲线的色调绘制曲线确定装置以及用于根据所述所确定的色调绘制曲线来调整所述图像中的像素辉度值的图像调整装置。所述环境光获取装置可以是光线传感器或任何其它用于检测环境光线信息的装置。

本发明的另一个方面是一种用于驱动显示装置的显示装置驱动器，该显示装置驱动器包括用于分析图像内容的图像分析装置、用于基于所分析的图像内容来确定色调绘制曲线的色调绘制曲线确定装置以及根据所获得的色调绘制曲线来调整所述图像中的图像像素辉度值的图像调整装置。

本发明另外的一个方面是一种用于将具有改善质量的图像呈现给观看者的系统，该系统包括之前描述的显示装置和用于提供环境光线信息的环境光线传感器，其中所述显示装置根据至少部分地从所述环境光线信息确定的色调绘制曲线来调整所述图像中的像素的辉度值。

此外，本发明另外的一个方面是一种用于驱动显示装置的计算机程序和一种在其上有形地存储有这种计算机程序的计算机程序产品，其中该计算机程序运行起来可让处理器完成之前已经描述的方法。

根据下列各图以及参考下列各图所进行的阐述，本发明的这些方面以及其它方面将更加显而易见。

附图说明

图1发明方法的流程图；

图2发明方法的另外一个流程图；

图3色调绘制曲线；

图4根据本发明的一种显示装置。

具体实施方式

图1描述了一种发明方法的流程图。在步骤2中，分析线4上的图像输入信号。在步骤2中分析该图像输入信号4的过程中，计算该图像的亮度直方图。在步骤6中处理产生自这个亮度直方图的信息，以确定一条最适合改善图像质量的色调绘制曲线。在所描述的该方法中，不同的色调绘制曲线存储于存储器8。不过，也可在步骤6中将获自步骤2的该亮度信息用于计算个别最适于该特定图像的色调绘制曲线

如所描述那样，在步骤6中确定该最适合的色调绘制曲线并从存储器8中取回它。然后，在步骤10中根据该色调绘制曲线信息调整该图像像素。对该图像像素的调整可导致每个像素辉度值的改变。这可通过增加或减少该辉度值来完成。可将该色调绘制曲线理解成一种确定如何调整某个特定值的像素的特征线。在调整该图像像素后，在线12上将该改进的图像作为输出信号提供。然后，针对来自信号4的下一输入图像，重复步骤2至步骤10。

图2描述了本发明方法的另一个流程图。同样的参考符号所指示的组件与图1中相同。步骤2中分析该输入图像之后，在步骤16中从环境光线传感器获得线14上的输入信号。环境光线传感器感应显示器附近的光线并处理线14上的结果以获取环境光线信息16。将步骤2和步骤16中所取回的信息处理给步骤6，这里合适的色调绘制曲线被确定。这条色调绘制曲线依赖于图像属性，例如该图像的亮度直方图和环境光线信息。接下来从存储器8中取回最合适的色调绘制曲线，并且在步骤10中根据该色调绘制曲线调整该图像像素。在线12上将最后得到的图像作为输出信号提供，并且针对下一幅图像执行步骤2至步骤16。

图3在图3a和图3b中描述了不同的色调绘制曲线。该坐标系统在它的横坐标上提供一个代表HSV色彩系统纯度的像素输入。该纵坐标代表针对该特定输入像素的该HSV色彩系统的输出纯度。可以从图3a的特征线看出，对于所有的输入纯度，该输出纯度都在减少。对于具有中等纯度的像素纯度减少值较大，而对于具有边界纯度的像素纯度减少值变小。

图3b描述了色调绘制曲线的不同特征线。将具有低输入纯度的像素以更加低的纯度输出，而将具有大输入纯度的像素以更大的纯度输出。图3a和图3b中所描述的色调绘制曲线仅仅示例性地表示可能的色调绘制曲线。色调绘制曲线的任何其它特征线都是可能的。

图4描述了连接到环境光线传感器22上的显示装置20。

显示装置20包括屏幕24、像素调整装置25、色调绘制曲线确定装置26、环境光线信息获取装置28、图像分析装置30和存储器装置32。

将环境光线传感器22所获得的信息提供给环境光线信息获取装置28。处理该所获信息并将该所获信息提供给色调绘制曲线确定装置26。向图像分析装置30提供图像输入信号。分析该图像输入信号并且将图像的亮度信息传递给色调绘制曲线确定装置26。所述色调绘制曲线确定装置26使用该环境光线信息和分别由环境光线信息获取装置28和图像分析装置30提供的亮度信息来确定该合适的色调绘制曲线。从存储器装置32中取回该合适的色调绘制曲线并将它提供给图像调整装置25。在图像调整装置25中，根据像素的纯度和所选色调绘制曲线来调整像素。在调整该像素亮度之后，在屏幕24上呈现该图像。

通过分析该图像，具体地，通过分析亮度和环境光线信息，选择一条合适的色调绘制曲线是可能的。使用色调绘制曲线确定装置26中的其它信息也是可能的。这种信息可包括该显示装置20的设置，具体的是该显示装置20的色彩、对比度和亮度设置。

通过使用从图像内容和环境光线信息动态确定的色调绘制曲线来处理图像纯度，有可能改善所感知的图像质量。由于图像的亮度是动态调整的，所以这种图像的观看者有一种更高质量图像的印象。

Claims (16)

1.一种用于在显示装置上绘制具有改善质量的图像的方法，该方法包括以下步骤：

至少部分地分析所述图像的内容，

基于所分析的图像内容确定色调绘制曲线，以及

根据所确定的色调绘制曲线调整所述图像中的像素辉度值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中分析像素的辉度值以确定所述色调绘制曲线。

3.根据权利要求1所述的方法，其中分析图像直方图以确定所述色调绘制曲线。

4.根据权利要求1所述的方法，其中至少存储两条不同的色调绘制曲线，并且其中从所述存储器中提取所确定的色调绘制曲线。

5.根据权利要求1所述的方法，其中根据所述显示装置的属性来定制所述色调绘制曲线。

6.根据权利要求1所述的方法，其中将所述色调绘制曲线应用到HSV或Lsα色彩空间中的所述像素辉度值上。

7.根据权利要求1所述的方法，其中获取环境光线信息，并且还基于所述环境光线信息来确定所述色调绘制曲线。

8.一种用于在显示装置上绘制具有改善质量的图像的方法，该方法包括下列步骤：

获得环境光线信息，

分析所述环境光线信息，

基于所述环境光线信息来确定色调绘制曲线，以及

根据所述已确定的色调绘制曲线来调整所述图像中的像素辉度值。

9.一种用于在显示装置上绘制具有改善质量的图像的方法，该方法包括下列步骤：

至少部分地分析所述图像的内容，

获得环境光线信息，

基于所述环境光线信息和所述图像内容来确定色调绘制曲线，以及

根据所述已确定的色调绘制曲线来调整所述图像中的像素辉度值。

10.一种用于根据权利要求1中的方法将图像呈现给观看者的显示装置，所述显示装置包括：

用于显示所述图像的屏幕，

用于至少部分地分析所述图像内容的图像分析装置，

用于基于所分析的图像内容来确定色调绘制曲线的色调绘制曲线确定装置，以及

用于根据所确定的色调绘制曲线来调整所述图像中的像素辉度值的图像调整装置。

11.一种用于根据权利要求1中的方法将图像呈现给观看者的显示装置，所述显示装置包括：

用于显示所述图像的屏幕，

用于获得环境光线信息的环境光线获取装置，

用于基于所获得的环境光线信息来确定色调绘制曲线的色调绘制曲线确定装置，以及

根据所述已确定的色调绘制曲线来调整所述图像中的像素辉度值的图像调整装置。

12.一种用于根据权利要求1中的方法将图像呈现给观看者的显示装置，所述显示装置包括：

用于显示所述图像的屏幕，

用于至少部分地分析所述图像内容的图像分析装置，

用于获得环境光线信息的环境光线获取装置，

用于基于所分析的图像内容和所获得的环境光线信息来确定色调绘制曲线的色调绘制曲线确定装置，以及

用于根据所述已确定的色调绘制曲线来调整所述图像中像素辉度值的图像调整装置。

13.一种用于驱动根据权利要求10的显示装置的显示装置驱动器，该驱动器包括：

用于分析图像内容的图像分析装置，

用于基于所分析的图像内容来确定色调绘制曲线的色调绘制曲线确定装置，以及

用于根据所获得的色调绘制曲线来调整所述图像中的像素辉度值的图像调整装置。

14.一种用于将具有改善质量的图像呈现给观看者的系统，该系统包括：

根据权利要求10的显示装置，以及

用于提供环境光线信息的环境光线传感器，

其中，所述显示装置根据至少部分地由所述环境光线信息确定的绘制曲线来调整所述图像中的像素辉度值。

15.一种用于驱动显示装置或显示装置驱动器的计算机程序，可用于使处理器执行根据权利要求1的方法。

16.一种在其中可有形地存储根据权利要求15的计算机程序的计算机程序产品。

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