一种基于LCD-LED双调制高动态显示器的HDR图像显示方法技术

本发明专利技术公开了一种基于LCD‑LED双调制高动态显示器的HDR图像显示方法，包括以下步骤：(1)对HDR图像进行预处理，并依据高动态显示器参数确定LED亮度范围；(2)计算背光LED亮度；具体包括：a.确定单个像素的LED亮度权重；b.统计累计LED的亮度辐射区域内不同LED发光强度等级的权重，取权重最大者作为该背光LED亮度。本发明专利技术旨在使显示器能够达到HDR图像要求的亮度，使用LCD‑LED双调制高动态显示器正确显示图像各像素点的HDR图像要求的亮度和颜色信息。

【技术实现步骤摘要】
一种基于LCD-LED双调制高动态显示器的HDR图像显示方法
本专利技术涉及高动态图像显示领域，具体涉及一种基于LCD-LED双调制高动态显示器的HDR图像显示方法。
技术介绍
对于LCD-LED双调制显示器来说，一幅图像的亮度值由该像素液晶的穿透率和其对应的背光亮度的乘积决定[3]。对于LED-LCD双调制显示器而言，因LCD分辨率比LED背光的分辨率大，图像局部像素的亮度可调节的范围会受到背光亮度的限制：在图像高亮区域附近会出现“光晕”现象；反之，在图像暗区附近会出现因背光亮度过低出现图像亮度“截断”现象。这些问题是LCD-LED双调制显示器结构决定，优化算法只能降低改善其影响，无法彻底解决。由于HDR图像动态范围高，像素间亮度会差异更大，若使用LED-LCD双调制显示系统显示HDR图像，则这些问题会更加凸显。HDR图像主流存储格式为OpenExr格式[3]，像素点的RGB通道各自为16位浮点数，数值与真实世界的亮度是线性对应，HDR格式图像无法直接在8bit显示器上显示，需要采用色调映射(tonemapping)的方式将HDR图像转化为可以在LCD面板上显示的SDR图像。色调映射得到SDR图像会使得HDR图像的亮度信息损失影响显示效果。为保持HDR的亮度信息，需要根据HDR图像得到LED亮度信息和LCD亮度信息。目前为止，针对HDR图像的区域调光算法并不多[1]，显示HDR图像需要依据HDR图像内容自主生成LCD图像和LED背光亮度，SeetzenH等[2]首次提出利用LCD-LED双调制结构实现高动态显示器的方案，并首次给出了HDR图像显示算法，算法流程，如图1所示[2]。首先，将HDR图像的亮度I的开平方并下采样得到背光区域目标亮度；然后，使用高斯-赛德尔迭代方法解方程估计出LED实际亮度值IL；接下来，用高斯函数p1模拟LED的光扩散函数(PSF,PointSpreadFunction)与LED亮度值IL卷积并放大到LCD的分辨率得到背光亮度图；最后用HDR图像I除以背光亮度图，得到LCD面板的显示图像。NarwariaM等人0提出上述算法的改进方案：用RGB最大值作为图像亮度I；LED背光亮度图由将LED背光亮度图改为由HDR图像亮度的α次幂得到，其中α属于0-1。使用背光LED的调制光亮度与LED光扩散函数(PSF)模拟LED背光亮度，调整LED的调制光亮度，逐步降低LED目标亮度于LED背光亮度的差。上述算法在确定LED亮度步骤中，直接对图像下采样得到LED的目标亮度，没有考虑显示器背光模组的参数。显示器背光模组可能无法正确地显示这样得到的LED目标亮度，容易造成由于LED亮度与LCD透射率不匹配而形成的“光晕”和亮度“截断”效应。参考文献：[1]NarwariaM,SilvaMPD,CalletPL.DualmodulationforLED-backlitHDRdisplays[M].HighDynamicRangeVideo:FromAcquisition,toDisplayandApplications.2016.[2]SeetzenH,HeidrichW,StuerzlingerW,etal.Highdynamicrangedisplaysystems[J].AcmTransactionsonGraphics,2004,23(3):760-768.[3]KainzF,BogardR.TechnicalIntroductiontoOpenEXR[J].2009.
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于LCD-LED双调制高动态显示器的HDR图像显示方法，旨在使显示器能够达到HDR图像要求的亮度，本方法使用LCD-LED双调制高动态显示器正确显示图像各像素点的HDR图像要求的亮度和颜色信息。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于LCD-LED双调制高动态显示器的HDR图像显示方法，包括以下步骤：(1)对HDR图像进行预处理，并依据高动态显示器参数确定LED亮度范围；具体包括以下步骤：a.将HDR图像从RGB空间转换至HSV空间，分离HDR图像的亮度和色度信息，避免图像亮度分解对色度信息的影响；b.将图像的亮度V线性量化到0-65535的范围内，匹配HDR图像亮度最大值与显示器显示亮度的最大值，最大化利用显示器动态范围，同时避免原图数据出现上溢和下溢失真现象；c.自主生成LED亮度矩阵与LCD面板显示图像，将HDR图像亮度分解为LED透射率于LED亮度的乘积显示HDR图像，建立HDR图像亮度与LED亮度范围对应关系；(2)计算背光LED亮度；具体包括以下步骤：a.确定单个像素的LED亮度权重；b.统计累计LED的亮度辐射区域内不同LED发光强度等级的权重，取权重最大者作为该背光LED亮度。与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：本方法在处理图像之前，先根据显示器的背光的参数，得到HDR亮度与LED取值范围的关系。计算LED前已经将显示器的背光参数考虑进去，利用这样得到LED亮度值，去处理HDR图像生成LCD显示图像的步骤，可以降低由于LED亮度与LCD透射率不匹配造成的“光晕”和亮度截断效应，更真实地还原HDR图像。附图说明图1是基于LED的显示器的HDR图像显示算法。图2是本专利技术提出的方法流程图。图3是HDR图像亮度对应LED亮度调制范围。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的描述。本专利技术方法整体流程图如图2所示。首先，建立HDR图像亮度与LED亮度范围对应关系，使用光扩散函数作为背光LED亮度取值范围的权重。然后，统计累计LED的亮度辐射区域内不同LED发光强度等级的权重，取权重最大者作为该背光LED亮度。具体如下：1.确定LED亮度范围：若使用LCD-LED双调制结构显示HDR图像，需要对HDR图像进行预处理：从RGB空间转换至HSV空间，分离HDR图像的亮度和色度信息，避免图像亮度分解对色度信息的影响。其次，将图像的亮度V线性量化到0-65535的范围内，匹配HDR图像亮度最大值与显示器显示亮度的最大值，最大化利用显示器动态范围，同时避免原图数据出现上溢和下溢失真现象。显示HDR图像，需要自主生成LED亮度矩阵与LCD面板显示图像，需要将HDR图像亮度分解为LED透射率于LED亮度的乘积。LCD透射率与LED亮度的调整范围会随着亮度的提高而降低。显示HDR图像的亮度时，应尽量增加LCD透射率，降低LED的亮度。因为LCD决定图像的亮度细节和颜色，若LCD透射率过低，该像素颜色的饱和度也会相应的下降，同时LCD“漏光”现象凸显，降低显示效果，所以当图像亮度较低时，应限制LED亮度的最大值。LED最大值与LED最小值关于HDR图像亮度的曲线如图3所示。图中，实线为LED最小值曲线，虚线为LED最大值曲线。纵坐标为LED的亮度值等级0-255，横坐标为HDR图像像素的亮度等级0-65535，每个HDR图像像素的亮度等级都对应一组背光LED亮度的最大值和最小值。LED最小值为满足HDR图像亮度要求，LCD透射率达到最大值(RGB最大值为255)时的LED亮度等级，由公式(1)确定：其中，LEDmin为LED亮度范围的最小值；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于LCD‑LED双调制高动态显示器的HDR图像显示方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对HDR图像进行预处理，并依据高动态显示器参数确定LED亮度范围；具体包括以下步骤：a.将HDR图像从RGB空间转换至HSV空间，分离HDR图像的亮度和色度信息，避免图像亮度分解对色度信息的影响；b.将图像的亮度V线性量化到0‑65535的范围内，匹配HDR图像亮度最大值与显示器显示亮度的最大值，最大化利用显示器动态范围，同时避免原图数据出现上溢和下溢失真现象；c.自主生成LED亮度矩阵与LCD面板显示图像，将HDR图像亮度分解为LED透射率于LED亮度的乘积显示HDR图像，建立HDR图像亮度与LED亮度范围对应关系；(2)计算背光LED亮度；具体包括以下步骤：a.确定单个像素的LED亮度权重；b.统计累计LED的亮度辐射区域内不同LED发光强度等级的权重，取权重最大者作为该背光LED亮度。

【技术特征摘要】
1.一种基于LCD-LED双调制高动态显示器的HDR图像显示方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对HDR图像进行预处理，并依据高动态显示器参数确定LED亮度范围；具体包括以下步骤：a.将HDR图像从RGB空间转换至HSV空间，分离HDR图像的亮度和色度信息，避免图像亮度分解对色度信息的影响；b.将图像的亮度V线性量化到0-65535的范围内，匹配HDR图像亮度最大值与显示器显示亮度的最大值，最...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏寒松，王骁，刘高华，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12