专利名称：增强图像动态范围的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及增强图像动态范围的方法和装置，特别涉及一种增强图像信号亮度动态范围的方法。
背景技术：
亮度是一个从特定区域发出光的光强度或数量的度量值，然后亮度再转化成场景或图像的感知亮度。在现实世界里，亮度范围在亮度和时间上都是连续的，并从星光到阳光可能高达14个数量级(10的14次幂)。人眼可以观看5个数量级的亮度范围。产生高动态范围(HDR)的图像是很容易理解的。例如，通过采用多个曝光时间，照片可以包括场景的整个动态范围。能够捕捉高动态范围场景的数码相机变得越来越受欢迎。但是，大多数的显示装置仅能显示2到3个数量级的场景。亮度映射(luminance mapping)，也称为色调映射(tone mapping)，可以被用来将现实世界的动态范围映射到电子显示设备的较低动态范围。或者，也有许多算法和图像技术已经被开发用来将HDR场景的动态范围压缩到一个可显示范围。色调映射的一个优点是能够优化管线内视频流的数据量。IXD显示器技术的最新发展已经产生可以显示具有高亮度动态范围图像的显示器。但是，由于在图像在显示器上显示之前，很多图像被转换到一个更低的动态范围，所以需要一个提高数字图像亮度动态范围的逆过程，以便与这些高动态范围显示器一起使用。 扩大动态范围的最直接方法是仅将每个像素强度值乘以一个常数。但是，这种线性扩展没有考虑图像特征和人类视觉系统特性。而且，这种线性按比例放大的方法可能产生噪声，如在逐渐变化的区域产生轮廓效应(contouring effect)。还有一个趋势就是，要在便携式电子设备如移动电话、个人数字助理(PDAs)和游戏机上可以观看到视频和图像。尽管期望这些设备可以显示高分辨率和高动态范围的图像，但如成本、设计、限制和电池寿命等因素可能决定了便携式设备内使用的显示设备只能在一个比标准显示屏(如电视或计算机显示器)更低的分辨率和照明动态范围上运行。所以，本发明的目的是提供一种增强图像信号动态范围的方法和图像处理设备。
发明内容
在本发明里，一种将图像信号从初始动态范围转换成目标动态范围的方法包括 将初始动态范围和目标动态范围分割成多个对应的子范围，并将每个初始子范围映射到其对应的目标子范围。用来在每个初始子范围到对应目标子范围之间进行映射的映射函数或算法不需要并且最好不是相同的。为了获得子范围，其中一个动态范围，即是说或者初始动态范围或者目标动态范围，被分割成多个具有相等尺寸的子范围，而另一个动态范围被分割成对应的子范围，其每个子范围的尺寸是基于对应相等尺寸子范围特征。本发明也包括采用本方法的显示器、捕捉和图像处理装置。从以下仅通过范例的描述，本发明的其它方面将越发明显。
现通过范例并结合附图，描述本发明的典型例子，其中图1描述一种在色调映射之前将初始和目标动态范围分割成子范围的方法的第一典型实施例；图2描述图1子范围的色调映射；图3描述一种在色调映射之前将初始和目标动态范围分割成子范围的方法的第二典型实施例；图4是一个高动态范围显示装置的第一典型实施例的模块图；图5描述在图4显示装置内将一个低动态范围和目标高动态范围分割成子范围， 以及图6是一个高动态范围显示装置的第二典型实施例的模块图。
具体实施例方式现在将详细描述本发明的典型实施例，并结合附图描述例子。本方法涉及一种增强图像或图像信号的亮度动态范围的方法。图像或图像信号可以是静态图像或视频图像。 本方法通常是在转换图像的比特深度(bit-d印th)或每像素比特(bit-per-pixel)时使用，例如从8-比特图像转换成16-比特图像，反之亦然。但对本发明而言这不是最关键的， 本方法可以被用来增强图像的亮度动态范围，而不需要改变图像的比特深度。依照本发明，图1到图3描述一种增强图像亮度动态范围的方法。图像的比特深度不被考虑，并可能仍然保持不变或提高或降低。图1显示一个图像的统计直方图，沿着水平χ-轴在从最小值(Ο-min)到最大值(Ο-max)的图像初始的像素亮度动态范围。在垂直 y_轴上是从最小值(T-min)到最大值(T-max)的目标亮度动态范围。在直方图右边的第二 y-轴表示像素数量。亮度是从特别区域发出光的光强度或数量的一个量度，然后亮度转化成图像的感知亮度，其由每个像素亮度(Luma)或灰度级表示。直方图10表示在图像信号里一些数量的像素具有χ-轴上的亮度值。χ-轴上的亮度范围被分割成4个亮度子范围1、 2、3和4，每个亮度子范围有相等的大小(或尺寸)。落在每个子范围内的亮度值的像素数目都不同，这可以从图像直方图明显看出。在y_轴上目标动态范围被分割成对应的4个目标子范围5、6、7、8。每个目标子范围5、6、7、8的大小或尺寸是动态的，不一定相等。每个目标子范围的大小取决于初始子范围1、2、3、4的特征，在本实施例的例子里这个特征就是落在每个初始子范围1、2、3、4内亮度的像素数目。例如，在图1内，子范围2有最多数量的像素，从而对应的目标子范围6有最大的大小或尺寸。初始子范围3有第二多数量的像素，从而对应的目标子范围7有目标子范围的第二大大小或尺寸。同样，目标子范围5和8有一个基于对应初始子范围1和4内像素数量的大小或尺寸。换言之，每个目标子范围的大小是整个目标动态范围的一个对应的比例部分，对应于相应初始子范围内像素数目对图像内总像素数目的百分比。因此，依照此第一典型实施例，初始动态范围被分割成相等尺寸的子范围， 而目标动态范围被动态分割成一个对应数量的目标子范围，每个目标子范围的尺寸直接与具有相应初始子范围内强度值的像素数目成比例。 参照图1，假设初始动态范围被同等分割成4个子范围1、2、3、4，并假设落在子范围上的像素数目分别是N(I)、N⑵、N(3)和N(4)，目标子范围5、6、7和8的大小或尺寸分别是S (5)、S (6)、S (7)和S (8)，一种设置目标子范围尺寸的可能方法如下所示
权利要求
1.一种在图像处理设备内将图像信号从初始动态范围转换成目标动态范围的方法，本方法包括将目标动态范围分割成多个具有相等尺寸的目标子范围；将初始动态范围分割成多个初始子范围，每个初始子范围有一个对应的目标子范围， 每个初始子范围所含像素数目相同，以及将每个初始子范围映射到其对应的目标子范围。
2.根据权利要求1所述的方法，其中初始动态范围是图像像素的最小亮度与最大亮度之间的范围，目标动态范围是图像显示设备最小显示亮度和最大显示亮度之间的范围。
3.一种显示图像的显示装置，包括一个IXD面板，具有多个光传送显示元件；一个IXD控制器，用来控制光传送显示元件的光传送，以响应一个具有初始亮度动态范围的第一图像信号；一个LED背光板，具有多个发光设备用来背光照射光传送显示元件；一个背光控制器，根据具有目标亮度动态范围的第二图像信号，用来个别地控制发光设备的照射；一个图像处理器，可编程以执行权利要求1所述的方法，用来在初始亮度动态范围和目标亮度动态范围之间转换一个接收到的图像信号。
4.根据权利要求3所述的显示装置，其中初始动态范围是图像像素的最小亮度与最大亮度之间的范围，目标动态范围是图像显示设备最小显示亮度和最大显示亮度之间的范围。
5.一种在图像处理设备或图像显示设备内提高数字图像亮度动态范围以改善在图像内可视对比度和细节的方法，本方法包括将目标动态范围分割成多个具有相等尺寸的目标子范围；将初始动态范围分割成多个初始子范围，每个初始子范围有一个对应的目标子范围， 每个初始子范围所含像素数目相同，以及将每个初始子范围映射到其对应的目标子范围。
6.根据权利要求5所述的设备，初始动态范围是图像像素的最小亮度与最大亮度之间的范围，目标动态范围是图像显示设备最小显示亮度和最大显示亮度之间的范围。
全文摘要
本发明涉及一种增强图像动态范围的方法和装置。一种将图像信号从初始动态范围转换成目标动态范围的方法包括将初始动态范围和目标动态范围分割成多个对应的子范围，并将每个初始子范围映射到其对应的目标子范围。其中一个动态范围被分割成多个具有相等尺寸的子范围，而另一个动态范围被分割成对应的子范围，其每个子范围的尺寸是基于对应相等尺寸子范围特征。本发明可以被应用在显示器、图像捕捉和图像处理的装置内。
文档编号G09G3/36GK102354489SQ20111027554
公开日2012年2月15日 申请日期2008年5月8日 优先权日2008年5月8日
发明者张玮, 彭华军, 邱国平, 陈珉 申请人:香港应用科技研究院有限公司