用於圖像色階設計的方法和系統的製作方法

2023-05-09 19:10:36

專利名稱：用於圖像色階設計的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明諸實施例包括用於創建經修改的源光照度級補償曲線以及附加色階處理 的方法和系統，該補償曲線對降低的源光照度級作補償，而該附加色階處理在應用經修改 的源光照度級補償曲線之後應用。背景典型的顯示設備使用固定範圍的輝度級顯示圖像。對於許多顯示器而言，輝度範 圍具有從O到255均勻間隔的256級。一般分配圖像代碼值以直接匹配這些輝度級。在許多具有大顯示器的電子設備中，顯示器是主要的功率消耗者。例如，在膝上型 計算機中，顯示器可能比系統中的任一其它組件都消耗更多功率。可用功率有限的許多顯 示器，諸如電池供電設備中的顯示器，可使用若干照度或亮度級來幫助管理功耗。當系統接 入諸如交流電源的電源時可使用全功率模式，而在電池電源上操作時可使用節電模式。在一些設備中，顯示器可自動進入節電模式，在該模式中顯示器照度降低以節電。 這些設備可具有多個節電模式，在這些節電模式中照度逐步降低。一般而言，當顯示器照度 降低時，圖像質量也下降。當最大輝度級降低時，動態顯示範圍減小且圖像對比度受損。因 此，在典型的節電模式操作期間，對比度和其它圖像質量降低。諸如液晶顯示器(IXD)或數字微鏡器件(DMD)的許多顯示器件使用以一種或另一 種方式背面照射、側面照射或正面照射的光閥。在諸如LCD的背面照射光閥顯示器中，背光 定位於液晶面板後面。背光透過LC面板發光，LC面板調製該光以對準圖像。在彩色顯示 器中輝度和色彩兩者均可被調製。單個LC像素調製從背光透過LC面板傳輸到用戶眼睛或 一些其它目的地的光的量。在一些情形中，該目的地可以是諸如電荷耦合器件(CCD)的光 傳感器。一些顯示器還可使用光發射器來對準圖像。諸如發光二極體(LED)顯示器和等離 子顯示器的這些顯示器使用發光而不反射來自另一源的光的圖元。概述
本發明的一些實施例包括用於改變光閥調製像素的輝度調製級以補償降低的光 源發光強度或在固定光源照度級上改進圖像質量的系統和方法。本發明的一些實施例還可供使用光發射器來對準圖像的顯示器使用。諸如發光二 極管(LED)顯示器和等離子顯示器的這些顯示器使用發光而不反射來自另一源的光的圖 元。本發明的諸實施例可用來增強由這些設備產生的圖像。在這些實施例中，像素的亮度 可被調節以增強特定圖像頻帶的動態範圍、輝度範圍和其它圖像細分部分。在本發明的一些實施例中，可響應於圖像特性將顯示光源調節至不同級。當這些 光源級改變時，圖像代碼值可被調節以補償亮度的改變或以其它方式增強該圖像。本發明的一些實施例包括環境光感測，其可在確定光源級和圖像像素值時用作輸 入。本發明的一些實施例包括畸變相關的光源和電池消耗控制。本發明的一些實施例包括用於產生和應用圖像色階校正的系統和方法。本發明的一些實施例包括用於以改進色彩保真度進行圖像色階校正的方法和系 統。本發明的一些實施例包括用於選擇顯示源光照度級的方法和系統。本發明的一些實施例包括用於形成面板色調曲線和目標色調曲線的方法和系統。 這些實施例中的一部分供形成多條目標色調曲線之用，其中每條曲線與一不同的背光或源 光照度級相關。在這些實施例中，可選擇背光照度級並將與所選背光照度級相關的目標色 調曲線應用於要顯示的圖像。在一些實施例中，性能目標可影響色調曲線參數的選擇。本發明的一些實施例包括用於色彩增強的方法和系統。這些實施例中的一部分包 括膚色檢測、膚色映射細化、以及色彩處理。本發明的一些實施例包括用於位深擴展的方法和系統。這些實施例中的一部分包 括在位深縮減之前將空間和時間高通抖動模式(dither pattern)應用於圖像。本發明的一些實施例包括對視頻序列中場景刪節的存在性作出響應的源光照度 級信號濾波器。本發明的一些實施例包括基於映射至顯示模型屬性的圖像特性進行源光照度級 選擇。一些實施例在選擇或修改將圖像特性關聯到顯示模型屬性的映射時考慮環境光狀 況、用戶亮度選擇和手動用戶映射選擇。一些實施例還包括對選擇顯示亮度級的用戶輸入 作出響應的時間濾波器。本發明的一些實施例包括用於選擇顯示源光照度級的方法和系統。這些實施例的 一部分包括直方圖產生和操縱。在一些實施例中，可使用色彩權重因子來將二維直方圖轉 換成一維直方圖。本發明的一些實施例包括創建經修改的源光照度級補償曲線以及附加色階處理 的方法和系統，該補償曲線對降低的源光照度級作補償，而該附加色階處理在應用經修改 的源光照度級補償曲線後應用。在考慮了以下結合附圖進行的本發明的詳細描述之後，將更容易理解本發明的前 述和其它目的、特徵和優點。附圖簡述

圖1是示出現有技術背光IXD系統的示圖2A是示出原始圖像代碼值和增大的圖像代碼值之間的關係的圖表；圖2B是示出在削波情況下原始圖像代碼值和增大的圖像代碼值之間的關係的圖 表；圖3是示出針對各個代碼值修改方案的與代碼值相關聯的輝度級的圖表；圖4是示出原始圖像代碼值和根據各個修改方案的經修改圖像代碼值之間的關 系的圖表；圖5是示出示例性色階調節模型的產生的示圖；圖6是示出色階調節模型的示例性應用的示圖；圖7是示出示例性色階調節模型和增益映射的產生的示圖；圖8是示出示例性色階調節模型的圖表；圖9是示出示例性增益映射的圖表；圖10是示出其中色階調節模型和增益映射應用於圖像的示例性處理的流程圖；圖11是示出其中色階調節模型應用於圖像的一個頻帶且增益映射應用於該圖像 的另一個頻帶的流程圖；圖12是示出隨MFP改變的色階調節模型變化的圖表；圖13是示出示例性的圖像相關的色階映射方法的流程圖；圖14是示出示例性的圖像相關的色階選擇實施例的示圖；圖15是示出示例性的圖像相關的色階映射計算實施例的示圖；圖16是示出包括源光級調節和圖像相關的色階映射的實施例的流程圖；圖17是示出包括源光級計算器和色階映射選擇器的示例性實施例的示圖；圖18是示出包括源光級計算器和色階映射計算器的示例性實施例的示圖；圖19是示出包括源光級調節和源光級相關的色階映射的實施例的流程圖；圖20是示出包括源光級計算器和源光級相關的色階計算或選擇的實施例的示 圖；圖21是示出原始圖像代碼值與色階斜率之間的關係的標繪圖的示圖；圖22是示出包括單獨的色度通道分析的實施例的示圖；圖23是示出包括對圖像處理模塊的環境照度輸入的實施例的示圖；圖24是示出包括對源光處理模塊的環境照度輸入的實施例的示圖；圖25是示出包括對圖像處理模塊的環境照度輸入和器件特性輸入的實施例的示 圖；圖26是示出包括對圖像處理模塊和/或源光處理模塊以及源光信號後處理器的 替代環境照度輸入的實施例的示圖；圖27是示出包括對源光處理模塊的環境照度輸入的實施例的示圖，該源光處理 模塊將此輸入傳遞至圖像處理模塊；圖28是示出包括對圖像處理模塊的環境照度輸入的實施例的示圖，該圖像處理 模塊將此輸入傳遞至源光處理模塊；圖29是示出包括畸變自適應電源管理的實施例的示圖；圖30是示出包括恆定電源管理的實施例的示圖；圖31是示出包括自適應電源管理的實施例的示7
圖32A是示出恆定功率模型與恆定畸變模型的功耗的比較的曲線圖；圖32B是示出恆定功率模型與恆定畸變模型的畸變的比較的曲線圖；圖33是示出包括畸變自適應電源管理的實施例的示圖；圖34是示出針對示例性視頻序列在各個畸變限制下的背光功率電平的曲線圖；圖35是示出示例性功率/畸變曲線的曲線圖；圖36是示出管理與畸變標準相關的功耗的實施例的流程圖；圖37是示出包括基於畸變標準的源光功率電平選擇的實施例的流程圖；圖38A&B是示出包括說明亮度保持方法的效果的畸變測量值的實施例的流程圖；圖39是示例性圖像的功率/畸變曲線；圖40是示出固定畸變的功率曲線圖；圖41是示出固定畸變的畸變曲線圖；圖42是示例性色階調節曲線；圖43是圖42中所示的色階調節曲線的暗區的放大視圖；圖44是另一示例性色階調節曲線；圖45是圖44中所示的色階調節曲線的暗區的放大視圖；圖46是示出基於最大彩色通道值的圖像代碼值調節的圖表；圖47是示出基於最大彩色通道代碼值的多個彩色通道的圖像代碼值調節的圖 表；圖48是示出基於彩色通道之一的代碼值特性的多個彩色通道的圖像代碼值調節 的圖表；圖49是示出包括接收最大彩色通道值作為輸入的色階發生器的本發明實施例的 示圖；圖50是示出包括在色階調節的情況下進行頻率分解和彩色通道代碼辨別的本發 明實施例的示圖；圖51是示出包括頻率分解、彩色通道辨別和色彩保留剪輯的本發明實施例的示 圖；圖52是示出包括基於彩色通道代碼值特性的色彩保留剪輯的本發明實施例的示 圖；圖53是示出包括低通/高通分頻和最大彩色通道代碼值的選擇的本發明實施例 的示圖；圖54是示出經處理圖像和顯示模型之間的各種關係的示圖；圖55是示例性圖像的圖像代碼值的直方圖的曲線圖；圖56是與圖55的直方圖相對應的示例性畸變曲線的曲線圖；圖57是示出將示例性最優化標準應用於簡短的DVD剪輯的結果的曲線圖，該曲線 圖標繪所選背光功率與視頻幀數的關係；圖58示出針對實際顯示的不同對比率的最小MSE畸變背光確定；圖59是示出示例性面板色調曲線和目標色調曲線的曲線圖；圖60是示出針對節電配置的示例性面板色調曲線和目標色調曲線的曲線圖；圖61是示出針對較低黑色電平配置的示例性面板色調曲線和目標色調曲線的曲線圖；圖62是示出針對亮度增強配置的示例性面板色調曲線和目標色調曲線的曲線 圖；圖63是示出針對其中黑色電平被降低且亮度被增強的增強圖像配置的示例性面 板色調曲線和目標色調曲線的曲線圖；圖64是示出針對黑色電平改進的一系列示例性目標色調曲線的曲線圖；圖65是示出針對黑色電平改進和圖像亮度增強的一系列示例性目標色調曲線的 曲線圖；圖66是示出包括目標色調曲線確定和畸變相關背光選擇的示例性實施例的圖 表；圖67是示出包括性能目標相關參數選擇、目標色調曲線確定和背光選擇的示例 性實施例的圖表；圖68是示出包括性能目標相關的目標色調曲線確定和背光選擇的示例性實施例 的圖表；圖69是示出包括性能目標相關和圖像相關的目標色調曲線確定和背光選擇的示 例性實施例的圖表；圖70是示出包括在位深擴展的情況下進行頻率分解和色階處理的示例性實施例 的圖表；圖71是示出包括頻率分解和色彩增強的示例性實施例的圖表；圖72是示出包括色彩增強、背光選擇和高通增益處理的示例性實施例的圖表；圖73是示出包括色彩增強、直方圖生成、色階處理和背光選擇的示例性實施例的 圖表；圖74是示出包括膚色檢測和膚色映射細化的示例性實施例的圖表；圖75是示出包括色彩增強和位深擴展的示例性實施例的圖表；圖76是示出包括色彩增強、色階處理和位深擴展的示例性實施例的圖表；圖77是示出包括色彩增強的示例性實施例的圖表；圖78是示出包括色彩增強和位深擴展的示例性實施例的圖表；圖79是示出目標輸出曲線和多個面板或顯示輸出曲線的曲線圖；圖80是示出圖79的目標和顯示輸出曲線的誤差向量曲線的曲線圖；圖81是示出直方圖加權誤差曲線的曲線圖；圖82是示出包括基於直方圖加權誤差的源光照度級選擇的本發明的示例性實施 例的圖表；圖83是示出包括基於直方圖加權誤差的源光照度級選擇的本發明的替代示例性 實施例的圖表；圖84是示出包括場景剪切檢測器的示例性系統的圖表；圖85是示出包括場景剪切檢測器和圖像補償模塊的示例性系統的圖表；圖86是示出包括場景剪切檢測器和直方圖緩衝器的示例性系統的圖表；圖87是示出包括場景剪切檢測器和對該場景剪切檢測器作出響應的時間濾波器 的示例性系統的圖表；
9
圖88是示出其中濾波檢測基於場景剪切檢測的示例性方法的圖表；圖89是示出其中比較各幀以檢測場景剪切的示例性方法的圖表；圖90是示出在沒有濾波器的情況下的背光響應的圖表；圖91是示出典型的時間對比靈敏度函數的曲線圖；圖92是示出示例性濾波器的響應的曲線圖；圖93是示出經濾波和未經濾波的背光響應的曲線圖；圖94是示出場景剪切上的濾波響應的曲線圖；圖95是示出場景剪切上的未經濾波響應以及第一經濾波響應和第二經濾波響應 的曲線圖；圖95是示出未經濾波的、經濾波的、以及經場景剪切濾波的響應的曲線圖；圖96是示出包括直方圖緩衝器、時間濾波器和Y增益補償的實施例的系統圖；圖97是示出各種示例性Y增益曲線的曲線圖；圖98是示出示例性顯示模型的曲線圖；圖99是示出示例性顯示誤差向量曲線的曲線圖；圖100是示出示例性圖像直方圖的曲線的曲線圖；圖101是示出示例性圖像畸變與背光級的關係曲線的曲線圖；圖102是示出不同畸變度量的比較的曲線圖；圖103是示出包括場景剪切檢測和圖像補償的示例性系統的示圖；圖104是示出包括用以確定場景剪切的圖像分析和響應場景剪切的畸變計算的 示例性方法的示圖；圖105是示出包括圖像特性映射模塊的示例性系統的示圖；圖106是示出包括具有手動用戶映射選擇輸入的圖像特性映射模塊的示例性系 統的示圖；圖107是示出包括具有環境光傳感器輸入的圖像特性映射模塊的示例性系統的 示圖；圖108是示出包括具有用戶亮度選擇輸入的圖像特性映射模塊的示例性系統的 示圖；圖109是示出包括具有用戶亮度選擇輸入的圖像特性映射模塊和響應於用戶亮 度選擇的時間濾波器的示例性系統的示圖；圖110是示出包括具有用戶亮度選擇輸入、環境傳感器輸入和手動映射選擇的圖 像特性映射模塊的示例性系統的示圖；圖111是示出包括涉及圖像直方圖數據的圖像特性映射模塊的示例性系統的示 圖；圖112是示出示例性直方圖轉換方法的示圖；圖113是示出用於直方圖生成和轉換的示例性方法的示圖；圖114是示出包括直方圖轉換並用於映射和畸變模塊的示例性實施例的示圖；圖115是示出示例性直方圖動態範圍轉換的示圖；圖116是示出包括直方圖轉換和動態範圍轉換的示例性實施例的示圖；圖117是示出包括在基於修改圖像進行背光選擇的情況下的源光照度級補償處
10理和預補償處理的示例性系統的示圖；圖118是示出包括在基於原始輸入圖像進行背光選擇的情況下的源光照度級補 償處理和預補償處理的示例性系統的示圖；圖119是示出包括在基於原始輸入圖像進行背光選擇的情況下的經修改源光照 度級補償處理和後補償處理的示例性系統的示圖；以及圖120是示出創建經修改源光照度級補償曲線所涉及的處理的示圖。示例性實施例的詳細描述參照附圖本發明諸實施例將得到最佳的理解，在全部附圖中相同的部件由相同的 附圖標記標示。以上所列附圖被明確地納入為本說明書的一部分。將容易理解，如附圖中所一般描述和例示地，本發明的組件將以各種各樣的不同 配置進行排列和設計。因此，本發明的方法和系統的實施例的以下更詳細描述不旨在限制 本發明的範圍，而僅僅表示本發明的當前優選實施例。本發明諸實施例的要素可用硬體、固件和/或軟體實現。儘管本文中所公開的示 例性實施例可能僅描述這些形式之一，但可以理解本領域技術人員將能夠以這些形式的任 一種來實現這些要素且落在本發明的範圍之內。使用諸如LC調製器的光閥調製器和其它調製器的顯示設備可以是反射性的，其 中光被照射至正面(面對觀看者)並且在通過調製面板層之後向觀看者反射回。顯示設備 也可以是透射性的，其中光被照射至調製面板層的背面，且被允許通過調製層照向觀看者。 一些顯示設備也可以是透射反射性的，即反射性和透射性的組合，其中光可從背面向正面 地通過調製層，同時來自另一源的光在從調製層的正面進入之後反射。在這些情形的任一 個中，調製層中的元件(諸如各個LC元件)可控制像素的感知亮度。在背光、前光和側光顯示器中，光源可以是一串螢光管、LED陣列或某些其它源。一 旦顯示器大於約18"的典型尺寸，則該設備的大部分功耗是由光源引起的。對於特定應用， 並且在特定市場中，功耗的降低是重要的。然而，功率降低意味著光源的光通量的減少，由 此意味著顯示器最大亮度的降低。使電流Y校正光閥調製器的灰度電平代碼值、CV、光源級即Lig和輸出光能級Lfli 相關的基本方程是方程1L輸出=L源*g(CV+暗)Υ+環境其中g是校準增益，暗是光閥的暗電平，且環境是從室內條件命中顯示器的光。根 據此方程，可看出減少背光光源X %也將所輸出光減少X %。可通過改變光閥的調製值，具體而言增大它們來補償光源級的降低。實際上，低於 (1-χ% )的任何光能級可準確再現，而高於(1-χ% )的任何光能級在沒有附加光源或光源 強度不增加的情況下不能再現。設置從原始和簡約源輸出的光給出基本代碼值校正，其可用來針對的降低 (假設暗電平和環境光為0)校正代碼值方程 2L輸出=Lij^g(CV) Y = L簡約*g(CV升壓)γ方程 3
CV升壓=CV*(L源/L簡約= CV*(l/x% )圖2A示出此調節。在圖2A和2B中，原始顯示值對應於沿線12的點。當背光或 光源被置於節能模式且該光源照度降低時，顯示代碼值需要被增大以使光閥能抵消光源照 度的降低。這些增大值與沿線14的點相一致。然而，此調節導致代碼值18高於顯示器所 能夠產生的代碼值(例如對8位顯示器而言為255)。因此，這些值最終被削波20，如圖2B 所示。以此方式調節的圖像會遭受高亮模糊、偽外觀、以及一般低質量的問題。使用此簡單調節模型，低於削波點15的代碼值(在此示例性實施例中為輸入代碼 值230)將以與用全功率光源產生的輝度級相等的輝度級、但以降低的源光照明模式顯示。 該相同輝度以較低功率產生，從而導致節能。如果圖像的代碼值集合受限於低於削波點15 的範圍，則節能模式可對用戶透明地操作。不幸地是，當值超過削波點15時，輝度降低且細 節丟失。本發明諸實施例提供可改變LCD或光閥代碼值以提供增強亮度(或者在節能模式 下不減弱亮度)、同時減少會在輝度範圍高端發生的削波偽像的一種算法。本發明的一些實施例通過針對相當大範圍的值使以低功率顯示的圖像亮度與以
全功率顯示的圖像輝度相匹配，可消除與降低顯示光源功率相關聯的亮度降低。在這些實
施例中，源光或背光功率的將輸出輝度除以特定因子的降低由圖像數據增大倒數因子來補 m
te ο忽略動態範圍約束，在全功率和降低功率下顯示的圖像可以是相同的，因為除分 (對於降低的光源亮度)和倍增(對於增大的代碼值)在相當大範圍上實質上是抵消的。 在圖像數據的倍增(對於代碼值增大)超過顯示的最大值的任何時候，動態範圍限制可引 起削波偽像。動態範圍約束所引起的削波偽像可通過滾降在代碼值上端的該增大來消除或 減少。此滾降可在最大保真點(MFP)開始，超過該最大保真點則輝度不再與原始輝度相匹 配。在本發明的一些實施例中，可執行以下步驟來補償光源照度降低或虛擬降低以便 於圖像增強1)源光(背光)降低水平根據輝度減弱百分比來確定；2)確定最大保真點(MFP)，在該MFP處發生從匹配功率降低輸出到全功率輸出的 滾降。3)確定補償色階算子；a.在低於MFP之處，增大色階以補償顯示輝度的減弱；b.在高於MFP之處，逐漸地滾降色階(在一些實施例中，保持導數連續)；4)將色階映射算子應用於圖像；以及5)發送給顯示器。這些實施例的主要優點是可在僅對狹窄類別的圖像有小改變的情況下實現節能。 (差異僅在MFP之上出現，且由峰值亮度減弱和一些亮度細節的損失構成)。MFP之下的圖 像值能以節能模式用與全功率模式相同的輝度顯示，從而使得圖像的這些區域不能與全功 率模式作區分。本發明的一些實施例可使用取決於功率降低和顯示Y、並且與圖像數據無關的色 階映射。這些實施例可提供兩個優點。首先可能因不同地處理多個幀而產生的閃爍偽像沒 有產生，其次該算法具有極低的實現複雜性。在一些實施例中，可使用離線色階設計和在線色階映射。高亮中的削波可通過指定MFP來控制。本發明諸實施例的一些方面可相關於圖3進行描述。圖3是示出對於若干情形的 圖像代碼值與輝度的關係的曲線圖。示為虛線的第一曲線32表示以100%功率運行的光源 的原始代碼值。示為點劃線的第二曲線30表示當光源以全功率的80%運行時原始代碼值 的輝度。示為虛線的第三曲線36表示當代碼值被增大以匹配光源以全功率的80%操作時 以100%光源照度提供的輝度之時的輝度。示為實線的第四曲線34表示增大的數據，但其 中滾降曲線降低了數據高端上削波的效果。在如圖3所示的該示例性實施例中，使用代碼值180處的MFP 35。注意，在低於代 碼值180處，增大曲線34匹配原始100%功率顯示的輝度輸出32。在180以上，增大曲線 平滑過渡到80%顯示上所允許的最大輸出。該平滑性減少了削波和量化偽像。在一些實施 例中，色階函數可分段定義，以在由MFP 35給出的過渡點處平滑匹配。在MFP 35之下，可 使用增大的色階函數。在MFP 35之上，曲線平滑擬合至該MFP處增大色階曲線的終點，並 擬合至最大代碼值[255]處的終點37。在一些實施例中，該曲線的斜率在MFP 35處與增大 色階曲線/直線的斜率相匹配。這可通過使該MFP處直線和曲線函數的導數相等而使MFP 之下的直線斜率與MFP之上的曲線斜率相匹配、並且使該點處直線和曲線函數的值相等來 實現。對該曲線函數的另一約束可以是它被迫使通過最大值點[255，255]37。在一些實施 例中，曲線的斜率在最大值點37處可被設置成0。在一些實施例中，180的MFP值可對應於 20%的光源功率降低。在本發明的一些實施例中，色階曲線可由與最大保真點(MFP)之下的增益g的線 性關係來定義。該色階可在該MFP之上進一步定義，以使該曲線及其一階導數在MFP處連 續。該連續性表示關於色階函數的以下形式
方程4
該增益可通過顯示Y和亮度減弱比確定如下
方程5 在一些實施例中，該MFP值可通過手動平衡高亮細節保持和絕對亮度保持來調
諧C MFP可通過施加斜率在最大點應當為零的約束來確定。這意味著方程6 在一些示例性實施例中，以下方程可用來根據一示例性實施例分別計算簡單增大 數據的代碼值、具有削波的增大數據、以及經校正數據。方程 7色階增大(cv)= (l/x)1/Y -CV 係數A、B和C可被選擇成給出MFP處的平滑擬合以使曲線通過該點[255，255]。 這些函數的曲線在圖4中示出。 圖4是原始代碼值與經調節代碼值之間關係的曲線圖。原始代碼值被示為沿原始 數據線40的點，該數據線示出在值是原始的且沒有進行調節時經調節值與原始值之間的 1 1關係。根據本發明諸實施例，這些值可被增大或調節以表示更高的輝度級。根據以 上「色階增大」方程的簡單增大過程可產生沿增大線42的值。因為這些值的顯示將導致削 波，如線46上圖形地和以上「色階削波」方程中數學地所示，調節可從最大保真點45沿曲 線44逐漸過渡至最大值點47。在一些實施例中，此關係可在以上「經校正色階」方程中數學地描述。使用這些概念，由具有以100%功率運行的光源的顯示器所表示的輝度值可由具 有以低功率電平運行的光源的顯示器來表示。這通過色階的增大來實現，這實質上進一步 打開了光閥以補償光源照度的損失。然而，在整個代碼值範圍上簡單應用此增大導致該範 圍高端上的削波偽像。為防止或減少這些偽像，色階函數可被平滑滾降。此滾降可受到MFP 參數控制。大的MFP值在寬間隔上給出輝度匹配，但增加了代碼值高端上的可視量化/削 波偽像。本發明諸實施例可通過調節代碼值來操作。在簡單的Y顯示模型中，代碼值的縮 放給出具有不同縮放因子的輝度值的縮放。為了確定在更為真實的顯示模型中此關係是否 保持，可考慮Y偏移增益-雜光(GOG-F)模型。縮放背光功率對應於線性約簡方程，其中 百分比P被施加於顯示的輸出而非環境光。已觀察到，將增益縮減因子P等效於使增益不 作修改，並將數據、代碼值和偏置縮放由顯示Y確定的因子。在數學上，如果經適當修改， 倍乘因子可被拖入功率函數。該經修改因子可縮放代碼值和偏置兩者。方程8G0G-F模型L = G· (CV+暗)γ+環境方程9線性輝度降低L線性約簡=p-G· (CV+暗)Υ +環境L 線性約簡=G · (ρ17 γ · (CV+ 暗))Υ + 環境L 線性約簡=G · (ρ1/γ · CV+p1/Y 暗)Y + 環境方程10代碼值減小Lw _ = G · (pi" · CV+ 暗)Y + 環境本發明的一些實施例可參照圖5進行描述。在這些實施例中，可在圖像處理之前 離線地設計或計算色階調節，或者在對圖像進行處理時可在線地設計或計算該調節。不考 慮操作的定時，色階調節56可基於顯示Y 50、效率因子52和最大保真點(MFP) 54的至少之 一來設計或計算。這些因子可在色階設計過程56中處理以產生色階調節模型58。色階調 節模型可採取算法、查找表(LUT)或可應用於圖像數據的某其它模型的形式。—旦已創建了調節模型58，它就可應用於圖像數據。該調節模型的應用可參照圖 6進行描述。在這些實施例中，圖像被輸入(62)且色階調節模型58被應用(64)於該圖像 以調節圖像代碼值。此過程產生可被發送至顯示器的輸出圖像66。色階調節的應用64通 常是一在線過程，但可在條件允許時在圖像顯示之前進行。本發明的一些實施例包括用於增強在利用發光像素調製器的諸如LED顯示器、等 離子顯示器和其它類型顯示器的顯示器上顯示的圖像的系統和方法。這些相同的系統和方 法可用來增強在具有以全功率模式或其它方式運行的光源的利用光閥像素調製器的顯示 器上顯示的圖像。這些實施例與前述實施例相似地工作，但是這些實施例並不對降低的光源照度作 補償，而是像光源已減弱一樣簡單地增強一像素範圍的輝度。以此方式，圖像的整體亮度得 以改進。在這些實施例中，在相當大範圍的值上原始代碼值被增大。對於其它實施例，此代 碼值調節可如上所述地實現，不同之處在於不會有實際的光源照度降低發生。因此，圖像亮度在寬泛範圍的代碼值上顯著增強。這些實施例的一部分也可參照圖3進行說明。在這些實施例中，原始圖像的代碼 值被示為沿曲線30的點。這些值可被增大或調節成具有更高輝度級的值。這些增大的值 可被表示為沿曲線34的點，其從零點33延伸至最大保真點35、然後逐漸過渡至最大值點 37。本發明的一些實施例包括反銳化掩模(unsharp masking)處理。在這些實施例的 一部分中，反銳化掩模可使用空間變化增益。此增益可根據圖像值和經修改色階曲線的斜 率來確定。在一些實施例中，增益陣列的使用使得甚至在圖像亮度由於對顯示功率的限制 而不能倍增時也能匹配圖像對比度。本發明的一些實施例可採取以下處理步驟1.計算色階調節模型；2.計算高通圖像；3.計算增益陣列；4.按增益加權高通圖像；5.將低通圖像與加權高通圖像求和；以及6.發送給顯示器。本發明的其它實施例可採取以下處理步驟1.計算色階調節模型；2.計算低通圖像；3.將高通圖像計算為圖像與低通圖像之間的差異；4.利用圖像值和經修改色階曲線的斜率來計算增益陣列；5.按增益加權高通圖像；6.將低通圖像與加權高通圖像求和；以及7.發送給功率降低的顯示器。使用本發明的一些實施例，可在僅對狹窄類別的圖像有小改變的情況下實現節 能。(差異僅在MFP之上出現，且由峰值亮度減弱和一些亮度細節的損失組成。)MFP之下 的圖像值能以節能模式用與全功率模式相同的輝度顯示，從而使得圖像的這些區域不能與 全功率模式作區分。本發明的其它實施例通過減少亮度細節的損失來改善此性能。這些實施例可包括在空間上改變反銳化掩模以保持亮度細節。與其它實施例相 同，可使用在線和離線組件。在一些實施例中，離線組件可通過計算增益映射以及色階函數 來擴展。該增益映射可基於圖像值來指定要應用的反銳化濾波器。增益映射值可使用色階 函數的斜率來確定。在一些實施例中，特定點「P」處的增益映射值可被計算為MFP之下色 階函數的斜率與點「P」處的色階函數的斜率之比。在一些實施例中，色階函數在MFP之下 是線性的，因此增益在MFP之下為1。本發明的一些實施例可參照圖7進行描述。在這些實施例中，可在圖像處理之前 離線地設計或計算色階調節，或者在對圖像進行處理時可在線地設計或計算該調節。不考 慮操作的定時，色階調節76可基於顯示Y 70、效率因子72和最大保真點(MFP) 74的至少之 一來設計或計算。這些因子可在色階設計過程76中處理以產生色階調節模型78。色階調 節模型可採取算法、查找表(LUT)或可如上相關於其它實施例所述地應用於圖像數據的某些其它模型的形式。在這些實施例中，還計算(75)單獨的增益映射77。該增益映射77可 應用於特定的圖像細分部分，諸如頻率範圍。在一些實施例中，增益映射可應用於圖像的分 頻部分。在一些實施例中，增益映射可應用於高通圖像細分部分。它也可應用於特定的圖 像頻率範圍或其它圖像細分部分。示例性色階調節模型可參照圖8進行描述。在這些示例性實施例中，函數過渡點 (FTP) 84 (類似於光源減弱補償實施例中使用的MFP)被選擇，且增益函數被選擇成向低於 FTP 84的值提供第一增益關係82。在一些實施例中，該第一增益關係可以是線性關係，但 其它關係和函數可用來將代碼值轉變成增強代碼值。在FTP 84之上，可使用第二增益關係 86。該第二增益關係86可以是將FTP 84與最大值點88連結在一起的函數。在一些實施 例中，該第二增益關係86可在FTP 84處匹配第一增益關係82的值和斜率，並通過最大值 點88。如以上相關於其它實施例描述的其它關係以及另外的關係也可用作第二增益關係 86。在一些實施例中，增益映射77可相關於如圖8所示的色階調節模型來計算。示例 性增益映射77可相關於圖9進行描述。在這些實施例中，增益映射函數與色階調節模型78 相關，其作為色階調節模型的斜率的函數。在一些實施例中，特定碼值上增益映射函數的值 根據色階調節模型在FTP之下的任一代碼值處的斜率與色階調節模型在該特定代碼值處 的斜率之比來確定。在一些實施例中，此關係可用方程11來數學表達方程 11
、 色階斜率(1) 増益(CV)=色階斜率(CV)在這些實施例中，在FTP之下的增益映射函數等於1，在該FTP處色階調節模型產 生線性上升。對於FTP之上的代碼值，增益映射函數隨著色階調節模型的斜率遞減而快速 增大。此增益映射函數的急劇增大增強了其所應用的圖像部分的對比度。圖8所示的示例性色階調節因子和圖9所示的示例性增益映射函數使用80 %的顯 示百分比(源光減弱)、2. 2的顯示、和180的最大保真度點來計算。在本發明的一些實施例中，可在應用色階調節模型之後應用反銳化掩模操作。在 這些實施例中，用反銳化掩模技術來減少偽像。本發明的一些實施例可參照圖10進行描述。在這些實施例中，原始圖像102被輸 入且色階調節模型103被應用於該圖像。該原始圖像102還被用作產生增益映射的增益映 射處理105的輸入。色階調節圖像然後通過低通濾波器104處理，從而產生低通調節圖像。 該低通調節圖像然後從色階調節圖像減去(106)以產生高通調節圖像。此高通調節圖像然 後乘以(107)增益映射中的適當值以提供增益調節高通圖像，該增益調節高通圖像然後加 至(108)已用色階調節模型調節的低通調節圖像。此相加產生具有增強亮度和改善高頻對 比度的輸出圖像109。在這些實施例的一部分中，對於圖像的每個像素的每個分量，增益值根據該像素 處的增益映射和圖像值來確定。在應用該色階調節模型之前，原始圖像102可用來確定增 益。高通圖像的每個像素的每個分量在加回至低通圖像之前還可被縮放相應增益值。在增 益映射函數為1的點處，反銳化掩模操作沒有修改圖像值。在增益映射函數超過1的點處，
17對比度增大。本發明的一些實施例通過將圖像分解成多個頻帶來解決在增大代碼值亮度時高 端代碼值中對比度的損失。在一些實施例中，色階函數可應用於低通頻帶，從而增大圖像數 據的亮度以補償低功率設置上的源光輝度降低，或簡單地增大所顯示圖像的亮度。對應地， 恆定增益可應用於高通頻帶，從而甚至在由於較低顯示功率而使平均絕對亮度降低的區域 中保持圖像對比度。示例性算法的運算通過以下步驟給出1.執行原始圖像的頻率分解2.將亮度保持、色階映射應用於低通圖像3.將常數乘法器應用於高通圖像4.將低通圖像和高通圖像求和5.將結果發送給顯示器針對源光照度降低應用，色階函數和恆定增益可通過創建原始圖像的全功率顯示 與過程圖像的低功率顯示之間的光度匹配來離線確定。色階函數還可針對亮度增強應用來 離線確定。對於適中的MFP值，這些恆定高通增益實施例和反銳化掩模實施例在其性能方面 幾乎不可分辨。這些恆定高通增益實施例與反銳化掩模實施例相比具有三個主要優點降 低的噪聲敏感度、使用較大MFP/FTP的能力、以及使用當前顯示系統中的處理步驟。反銳化 掩模實施例使用作為色階曲線的斜率的倒數的增益。當此曲線的斜率較小時，此增益招致 大的放大噪聲。此噪聲放大還可對MFP/FTP的大小設置實際限制。第二優點是擴展至任意 MFP/FTP值的能力。第三優點來自對算法在系統內的放置的檢查。恆定高通增益實施例和 反銳化掩模實施例使用頻率分解。在頻率分解之前，恆定高通增益實施例首先執行此操作， 而一些反銳化掩模實施例則首先應用色階函數。諸如去輪廓的一些系統處理將在亮度保持 算法之前執行頻率分解。在這些情形中，頻率分解可由一些恆定高通實施例使用，由此消除 轉換步驟，而一些反銳化掩模實施例必須倒轉頻率分解、應用色階函數、以及執行附加頻率 分解。本發明的一些實施例通過在應用色階函數之前基於空間頻率拆分圖像來防止高 端代碼值中對比度的損失。在這些實施例中，具有滾降的色階函數可應用於圖像的低通 (LP)分量。在光源照度降低補償應用中，這將提供低通圖像分量的整體輝度匹配。在這些 實施例中，高通(HP)分量被均勻增大(恆定增益)。頻率分解信號可按需重組和削波。因 為高通分量沒有經過色階函數的滾降，所以細節得以保留。低通色階函數的平滑滾降保持 淨空以添加增大的高通對比度。沒有發現可能在此最終組合中發生的削波顯著地減少了細 節。本發明的一些實施例可參照圖11進行描述。這些實施例包括分頻或頻率分解 111、低通色階映射112、恆定高通增益或增大116、以及增強圖像分量的求和或重組115。在這些實施例中，輸入圖像110被分解成多個空間頻帶111。在使用兩個頻帶的示 例性實施例中，這可使用低通(LP)濾波器111來執行。通過經由濾波器111計算LP信號 和從原始信號減去(113)該LP信號以形成高通(HP)信號118來執行分頻。在示例性實施 例中，可將空間5x5整流濾波器用於此分解，儘管可使用另一濾波器。該LP信號然後可通過應用色階映射進行處理，如對先前所述實施例所討論地。在一示例性實施例中，這可用光度匹配LUT來實現。在這些實施例中，與一些先前所述的反銳 化掩模實施例相比，可使用MFP/FTP的較高值，因為大多數細節已在濾波111時提取。通常 不應當使用削波，因為通常應當保留用以添加對比度的一些淨空。在一些實施例中，MFP/FTP可自動被確定且可被設置成使色階曲線的斜率在上限 處為0。以此方式確定的一系列色階函數在圖12中示出。在這些實施例中，MFP/FTP的最 大值可被確定為使色階函數在255處的斜率為0。這是不會引起削波的最大MFP/FTP值。在如參照圖11所述的本發明的一些實施例中，處理HP信號118與在處理低通信 號時使用的MFP/FTP的選擇無關。該HP信號118用恆定增益116處理，該恆定增益116在功 率/光源照明降低時或圖像碼值以其它方式增大以改進亮度時將保持對比度。按照全背光 功率(BL)或降低背光功率的HP信號增益116的公式作為高通增益方程在以下立即給出。 HP對比度增大對噪聲是穩健的，因為增益通常較小(例如針對80%的功率降低和γ 2. 2，增 益為1. 1)。方程12 在一些實施例中，一旦已通過LUT處理或以其它方式將色階映射112應用於LP信 號，並且已將恆定增益116應用於HP信號，就可對這些頻率分量求和(115)並且在一些情 形中對其削波。當添加至LP值的增大HP值超過255時，削波可能是必要的。這通常僅對 具有高對比度的明亮信號相關。在一些實施例中，通過色階LUT結構確保LP信號不超出上 限。HP信號可引起總和中的削波，但HP信號的負值永不會削波，從而甚至在削波的確發生 時保持某個對比度。圖像相關源光實施例在本發明的一些實施例中，顯示光源照度級可根據所顯示圖像、先前顯示圖像、要 在所顯示圖像之後顯示的圖像或其它組合的特徵來調節。在這些實施例中，顯示光源照度 級可根據圖像特徵變化。在一些實施例中，這些圖像特徵可包括圖像輝度級、圖像色度級、 圖像直方圖特徵以及其它圖像特徵。一旦已查明圖像特性，光源(背光)照度級就可變化以增強一個或多個圖像屬性。 在一些實施例中，光源級可減小或增大以增強較暗或較亮的圖像區域中的對比度。光源照 度級也可增大或減小以增大圖像的動態範圍。在一些實施例中，光源級可被調節以最優化 每個圖像幀的功耗。當不管出自何因光源級已被修改時，圖像像素的代碼值可使用色階調節來調節以 進一步改進該圖像。如果光源級已被減小以保存功率，則像素值可被增大以重獲所丟失的 亮度。如果光源級已被更改以增強特定輝度範圍內的對比度，則像素值可被調節以補償另 一範圍內的降低對比度或進一步增強該特定範圍。在本發明的一些實施例中，如圖13所示，圖像色階調節可取決於圖像內容。在這 些實施例中，可分析(130)圖像以確定圖像特性。圖像特性可包括輝度通道特性，諸如作為 圖像平均輝度的平均圖片級(APL)、最大輝度值、最小輝度值、諸如直方圖均值的輝度直方 圖數據、最頻繁的直方圖值等、以及其它輝度特性。圖像特性還可包括色彩特性，諸如單個色彩通道(例如RGB信號中的R，G & B)的特性。每個色彩通道可被獨立分析以確定色彩 通道專屬圖像特性。在一些實施例中，對每個色彩通道可使用一單獨的直方圖。在其它實 施例中，結合有關於圖像數據的空間分布的團塊直方圖(blob histogram)數據可被用作圖 像特性。圖像特性還可包括視頻幀之間的時間改變。一旦已分析了(130)圖像且已確定了特性，就可基於該圖像特性的值計算色階映 射或從一組預先計算的映射中選擇一色階映射(132)。然後該映射可應用於(134)圖像以 補償背光調節或以其它方式增強該圖像。本發明的一些實施例可關於圖14進行描述。在這些實施例中，圖像分析器142接 收圖像140並確定可用來選擇色階映射的圖像特性。這些特性然後被發送至色階映射選擇 器143，其基於這些圖像特性確定適當的映射。此映射選擇然後可發送至圖像處理器145， 以供將該映射應用於圖像140。圖像處理器145將接收映射選擇和原始圖像數據，並用所選 色階映射144處理原始圖像，由此產生經調節圖像，該經調節圖像被發送至顯示器146以供 向用戶顯示。在這些實施例中，儲存一個或多個色階映射144以供基於圖像特性作出選擇。 這些色階映射144可預先被計算並儲存為表格或某其它數據格式。這些色階映射144可包 括簡單的Y轉換表、利用以上相關於圖5、7、10和11所述的方法創建的增強映射、或其它 映射。本發明的一些實施例可關於圖15進行描述。在這些實施例中，圖像分析器152接 收圖像150並確定可用來計算色階映射的圖像特性。這些特性然後被發送至色階映射計 算器153，其可基於這些圖像特性計算適當的映射。所計算的映射然後可發送至圖像處理 器155，以供將該映射應用於圖像150。圖像處理器155將接收所計算映射154和原始圖像 數據，並用該色階映射154處理該原始圖像，由此產生經調節圖像，該經調節圖像被發送至 顯示器156以供向用戶顯示。在這些實施例中，基於圖像特性基本上實時地計算色階映射 154。所計算的色階映射154可包括簡單的Y轉換表、利用以上相關於圖5、7、10和11所 述的方法創建的增強映射、或另一映射。本發明的其它實施例可關於圖16進行描述。在這些實施例中，光源照度級可取決 於圖像內容，而色階映射也取決於圖像內容。然而，源光計算通道和色階映射通道之間不一 定有任何通信。在這些實施例中，分析圖像(160)以確定源光或色階映射計算所需的圖像特性。 此信息然後被用來計算適於該圖像的源光照度級161。該源光數據然後被發送(162)至顯 示器以供在顯示圖像時變更源光(例如背光)。圖像特性數據還被發送至色階映射通道，在 其中基於圖像特性信息選擇或計算(163)色階映射。該映射然後被應用於(164)圖像以產 生發送至顯示器(165)的增強圖像。為圖像計算的源光信號與增強圖像數據同步，以使源 光信號與增強圖像數據的顯示相一致。如圖17所示的這些實施例的一部分採用所儲存的色階映射，這些色階映射可包 括簡單的、轉換表、利用以上相關於圖5、7、10和11所述的方法創建的增強映射、或另一 映射。在這些實施例中，圖像170被發送至圖像分析器172以確定與色階映射和源光計算 相關的圖像特性。這些特性然後被發送至源光計算器177以供確定適當的源光照度級。一 些特性還可被發送至色階映射選擇器173，以供在確定適當的色階映射174時使用。原始圖 像170和映射選擇數據然後被發送至圖像處理器175，該圖像處理器175取回所選映射174
20並將該映射174應用於圖像170以創建增強圖像。此增強圖像然後被發送至顯示器176，該 顯示器176還接收來自源光計算器177的源光級信號，並使用該信號來在顯示增強圖像時 調製源光179。圖18所示的這些實施例中的一部分可在傳輸過程中計算色階映射。這些映射可 包括簡單的、轉換表、利用以上相關於圖5、7、10和11所述的方法創建的增強映射、或另 一映射。在這些實施例中，圖像180被發送至圖像分析器182以確定與色階映射和源光計 算相關的圖像特性。這些特性然後被發送至源光計算器187以供確定適當的源光照度級。 一些特性還可被發送至色階映射計算器183，以供在計算適當的色階映射184時使用。原始 圖像180和所計算的映射184然後被發送至圖像處理器185，該圖像處理器185將映射184 應用於圖像180以創建增強圖像。此增強圖像然後被發送至顯示器186，該顯示器186還接 收來自源光計算器187的源光級信號，並使用該信號來在顯示增強圖像時調製源光189。本發明的一些實施例可參照圖19進行描述。在這些實施例中，分析圖像(190)以 確定相關於源光和色階映射計算與選擇的圖像特性。這些特性然後用來計算(192)源光照 度級。該源光照度級然後被用來計算或選擇色階調節映射(194)。此映射然後應用於(196) 該圖像以創建增強圖像。該增強圖像和源光級數據然後被發送(198)至顯示器。用於相關於圖19所述方法的裝置可參照圖20進行描述。在這些實施例中，在確 定圖像特性的圖像分析器202處接收圖像200。圖像分析器202然後可將圖像特性數據發 送至源光計算器203以供確定源光級。源光級數據然後可被發送至色階映射選擇器或計算 器204，該色階映射選擇器或計算器204可基於光源級計算或選擇色階映射。所選映射207 或所計算映射然後可連同原始圖像一起被發送至圖像處理器205，以供將該映射應用於原 始圖像。該過程將產生增強圖像，該增強圖像與源光級信號一起被發送至顯示器206，該源 光級信號被用來在顯示圖像時調製顯示源光。在本發明的一些實施例中，源光控制單元負責選擇源光減弱，這將維持圖像質量。 關於在自適應階段保持圖像質量的能力的知識用來引導對源光級的選擇。在一些實施例 中，重要的是意識到在圖像較亮或圖像包含高度飽和色彩即代碼值為255的藍色時需要高 源光級。僅使用輝度來確定背光級可在具有低輝度但大代碼值即飽和藍色或紅色的圖像的 情況下弓I起偽像。在一些實施例中，可檢查每個色彩面，並基於所有色彩面的最大值作出決 定。在一些實施例中，背光設置可基於經削波的單個特定百分比的像素。在圖22所示的 其它實施例中，背光調製算法可使用兩個百分比削波像素百分比236和畸變像素百分比 235。選擇具有這些不同值的背光設置向色階計算器提供平滑滾降色階函數而非強加硬削 波的空間。給定輸入圖像，確定每個色彩面的代碼值的直方圖。給定兩個百分比P._s236 和P 235，檢查每個色彩面221-223的直方圖以確定對應於這些百分比224-226的代碼 值。這給出了 (色彩)228和C (色彩)227。不同色彩面之中的最大經削波代碼值 234和最大經畸變代碼值233可用來確定背光設置229。此設置確保對於每個色彩面，至多 指定百分比的代碼值將被削波或畸變。方程 13 通過檢查將被用於補償的色階(TS)函數並選擇背光(BL)百分比以使該色階函數 將在代碼值Cv9m234下在255處削波，BL百分比得以確定。該色階函數在值Cvett (此斜 率之值將對BL減弱作補償)之下將是線性的，在255處對Cv9m之上的代碼值將是恆定的， 且具有連續導數。檢查這些導數闡明如何選擇較低斜率並因此闡明如何選擇背光功率，以 使對低於Cvb 的代碼值而言不會有圖像畸變。在如圖21所示的TS導數的曲線中，值H是未知的。對於將Cv肖_映射至255的 TS, TS導數之下的面積必須是255。該限制允許如下地確定H之值。方程14
BL百分比根據代碼值增大和顯示γ以及對畸變點之下代碼值的準確補償的標準來確定. 將在Cvhim處削波並允許從CVb 之下無畸變的平滑過渡的BL比由以下方程給出 方程15 另外為了解決BL變化的問題，對BL比設置上限。方程16 時間低通濾波231可應用於以上導出的圖像相關BL信號以補償IXD與BL之間同 步的缺失。示例性背光調製算法的示圖在圖22中示出，在其它實施例中可使用不同的百分 比和值。色階映射可補償所選背光設置，同時最小化圖像畸變。如上所述，背光選擇算法基 於對應色階映射運算的能力來設計。所選BL級允許色階函數補償背光級而對第一指定百 分比以下的代碼值無畸變，並對第二指定百分比以上的代碼值削波。該兩個指定百分比允 許色階函數在無畸變和削波範圍之間平滑轉換。環境光感測實施例本發明的一些實施例包括環境照度傳感器，其可向圖像處理模塊和/或源光控制模塊提供輸入。在這些實施例中，包括色階調節、增益映射和其它修改的圖像處理可與環境 照度特性相關。這些實施例還可包括與環境照度特性相關的源光或背光調節。在一些實施 例中，源光和圖像處理可在單個處理單元中組合。在其它實施例中，這些功能可由單獨的單 元來執行。本發明的一些實施例可參照圖23進行描述。在這些實施例中，環境照度傳感器 270可被用作圖像處理方法的輸入。在一些示例性實施例中，輸入圖像260可基於來自環境 照度傳感器270和源光268級的輸入來被處理。為了節電或出於其它原因，可調製或調節 諸如用於照亮IXD顯示面板266的背光的源光268。在這些實施例中，圖像處理器262可接 收來自環境照度傳感器270和源光268的輸入。基於這些輸入，圖像處理器262可修改輸 入圖像以應對環境條件和源光268照度級。輸入圖像260可根據以上針對其它實施例所述 方法的任一種方法或通過其它方法來修改。在一示例性實施例中，色階映射可應用於該圖 像以相對於降低的源光照度和環境照度變化來增大圖像像素值。經修改圖像264然後可在 諸如LCD面板的顯示面板266上配準。在一些實施例中，當環境光低時源光照度級可降低， 並且當色階調節或其它像素值處理技術被用來補償源光照度降低時，源光照度級可被進一 步降低。在一些實施例中，當環境照度降低時源光照度級可被降低。在一些實施例中，當環 境照度達到上閾值和/或下閾值時，源光照度級可被提高。本發明的一些實施例可參照圖24進行描述。在這些實施例中，在圖像處理單元 282處接收輸入圖像280。輸入圖像280的處理還可取決於來自環境照度傳感器290的輸 入。此處理還可取決於來自源光處理單元294的輸出。在一些實施例中，源光處理單元294 可接收來自環境照度傳感器290的輸入。一些實施例還可接收來自設備模式指示器292的 輸入，諸如可指示設備功耗模式、設備電池狀況或某些其它設備狀況的功率模式指示器。源 光處理單元294可使用環境光狀況和/或設備狀況來確定源光照度級，該源光照度級被用 來控制將照亮諸如IXD顯示器286的顯示器的源光288。源光處理單元還可將源光照度級 和/或其它信息傳遞給圖像處理單元282。圖像處理單元282可使用來自源光處理單元294的源光信息來確定用於處理輸入 圖像280的處理參數。該圖像處理單元282可應用色階調節、增益映射或其它過程來調節 圖像像素值。在一些示例性實施例中，此過程將改進圖像亮度和對比度，並且部分或全部地 補償光源照度減弱。圖像處理單元282處理的結果是經調節圖像284，該經調節圖像284可 被發送至可被源光288照亮的顯示器286。本發明的其他實施例可參照圖25進行描述。在這些實施例中，在圖像處理單元 302處接收輸入圖像300。輸入圖像300的處理可取決於來自環境照度傳感器310的輸入。 此處理還可取決於來自源光處理單元314的輸出。在一些實施例中，源光處理單元314可 接收來自環境照度傳感器310的輸入。一些實施例還可接收來自設備模式指示器312的輸 入，諸如可指示設備功耗模式、設備電池狀況或某其它設備狀況的功率模式指示器。源光處 理單元314可使用環境光狀況和/或設備狀況來確定源光照度級，該源光照度級被用來控 制將照亮諸如IXD顯示器306的顯示器的源光308。該源光處理單元還可將源光照度級和 /或其它信息傳遞給圖像處理單元302。圖像處理單元302可使用來自源光處理單元314的源光信息來確定用於處理輸入 圖像300的處理參數。圖像處理單元302還可使用來自環境照度傳感器310的環境照度信
23息來確定用於處理輸入圖像300的處理參數。該圖像處理單元302可應用色階調節、增益 映射或其它過程來調節圖像像素值。在一些示例性實施例中，此過程將改進圖像亮度和對 比度，並且部分或全部地補償光源照度減弱。圖像處理單元302處理的結果是經調節圖像 304，該經調節圖像304可被發送至可被源光308照亮的顯示器306。本發明的另一些實施例可參照圖26進行描述。在這些實施例中，在圖像處理單元 322處接收輸入圖像320。輸入圖像320的處理可取決於來自環境照度傳感器330的輸入。 此處理還可取決於來自源光處理單元334的輸出。在一些實施例中，源光處理單元334可接 收來自環境照度傳感器330的輸入。在其它實施例中，環境信息可從圖像處理單元322接 收。源光處理單元334可使用環境光狀況和/或設備狀況來確定中間源光照度級。此中間 源光照度級可被發送至源光後處理器332，該源光後處理器332可採取量化器、定時處理器 或可修改中間源光照度級以適應特定設備的需求的某其它模塊的形式。在一些實施例中， 源光後處理器332可針對光源328類型和/或諸如視頻應用程式的圖像處理應用程式所強 加的定時限制來修改光源控制信號。然後該經後處理的信號可被用來控制將照亮諸如LCD 顯示器326的顯示器的源光328。源光處理單元還可將經後處理的源光照度級和/或其它 信息傳遞給圖像處理單元322。圖像處理單元322可使用來自源光後處理器332的源光信息來確定用於處理輸入 圖像320的處理參數。圖像處理單元322還可使用來自環境照度傳感器330的環境照度信 息來確定用於處理輸入圖像320的處理參數。該圖像處理單元322可應用色階調節、增益 映射或其它過程來調節圖像像素值。在一些示例性實施例中，此過程將改進圖像亮度和對 比度，並且部分或全部地補償光源照度減弱。圖像處理單元322處理的結果是經調節圖像 344，該經調節圖像344可被發送至可被源光328照亮的顯示器326。本發明的一些實施例可包括單獨的圖像分析模塊342、362和圖像處理模塊343、 363。儘管這些單元可被集成在單個組件中或單個晶片上，但它們被例示和描述為單獨的模 塊以便於更佳地描述其交互。本發明的一些實施例可參照圖27進行描述。在這些實施例中，在圖像分析模塊 342處接收輸入圖像340。該圖像分析模塊可分析圖像以確定圖像特性，該圖像特性可被傳 遞至圖像處理模塊343和/或源光處理模塊354。輸入圖像340的處理可取決於來自環境 照度傳感器330的輸入。在一些實施例中，源光處理模塊354可接收來自環境照度傳感器 350的輸入。源光處理單元354也可接收來自設備狀況或模式傳感器352的輸入。源光處 理單元354可使用環境光狀況、圖像特性和/或設備狀況來確定源光照度級。此源光照度 級可被發送至將照亮諸如IXD顯示器346的顯示器的源光348。源光處理模塊354還可將 經後處理的源光照度級和/或其它信息傳遞給圖像處理模塊343。圖像處理模塊322可使用來自源光處理模塊354的源光信息來確定用於處理輸入 圖像340的處理參數。圖像處理模塊343還可使用通過源光處理模塊354從環境照度傳感 器350傳遞的環境照度信息。此環境照度信息可用來確定用於處理輸入圖像340的處理參 數。該圖像處理模塊343可應用色階調節、增益映射或其它過程來調節圖像像素值。在一些 示例性實施例中，此過程將改進圖像亮度和對比度，並且部分或全部地補償光源照度減弱。 圖像處理模塊343處理的結果是經調節圖像344，該經調節圖像344可被發送至可被源光 348照亮的顯示器346。
本發明的一些實施例可參照圖28進行描述。在這些實施例中，在圖像分析模塊 362處接收輸入圖像360。該圖像分析模塊可分析圖像以確定圖像特性，該圖像特性可被傳 遞至圖像處理模塊363和/或源光處理模塊374。輸入圖像360的處理可取決於來自環境 照度傳感器370的輸入。此處理還可取決於來自源光處理模塊374的輸出。在一些實施例 中，環境信息可從圖像處理模塊363接收，該圖像處理模塊363可接收來自環境傳感器370 的環境信息。此環境信息可通過中途的圖像處理模塊363傳遞和/或處理，並傳遞給源光 處理模塊374。設備狀況或模式也可從設備模塊372被傳遞至源光處理模塊374。源光處理單元374可使用環境光狀況和/或設備狀況來確定源光照度級。此源光 照度級可被用來控制將照亮諸如IXD顯示器366的顯示器的源光368。源光處理單元374 還可將源光照度級和/或其它信息傳遞給圖像處理單元363。圖像處理模塊363可使用來自源光處理模塊374的源光信息來確定用於處理輸入 圖像360的處理參數。圖像處理模塊363還可使用來自環境照度傳感器370的環境照度信 息來確定用於處理輸入圖像360的處理參數。該圖像處理模塊363可應用色階調節、增益 映射或其它過程來調節圖像像素值。在一些示例性實施例中，此過程將改進圖像亮度和對 比度，並且部分或全部地補償光源照度減弱。圖像處理模塊363處理的結果是經調節圖像 364，該經調節圖像364可被發送至可被源光368照亮的顯示器366。畸變自適應功率管理實施例本發明的一些實施例包括用於解決包括行動裝置和應用的顯示設備的功率需要、 顯示特性、周圍環境和電池限制的方法和系統。在一些實施例中，可使用三個族系的算法 顯示功率管理算法、背光調製算法、以及亮度保持(BP)算法。儘管功率管理在電池供電的 行動裝置中具有較高優先級，但這些系統和方法也可應用於其它設備，這些設備可受益於 出於節能、熱管理和其它目的的功率管理。在這些實施例中，這些算法可相互作用，但它們 的獨特功能可包括功率管理-這些算法利用視頻內容中的變化來管理一系列幀上的背光功率，從而 最優化功耗。背光調製_這些算法選擇要用於單個幀的背光功率電平，並利用圖像內的統計數 據來最優化功耗。亮度保持-這些算法處理每個圖像以補償降低的背光功率並保持圖像亮度，同時 避免偽像。本發明的一些實施例可參照圖29描述，圖29包括指示這些實施例的組件的交互 的簡化框圖。在一些實施例中，功率管理算法406可管理視頻、圖像序列或其它顯示任務上 的固定電池資源402，並可保證指定平均功耗同時保持質量和/或其它特性。背光調製算 法410可接收來自功率管理算法406的指令，並以功率管理算法406所定義的限制為依據 選擇功率電平來有效地表示每個圖像。亮度保持算法414可使用所選背光級415和可能的 削波值413來處理圖像，從而補償減弱的背光。顯示功率管理在一些實施例中，顯示功率管理算法406可管理視頻、圖像序列或其它顯示任務 上的功率使用分布。在一些實施例中，顯示功率管理算法406可分派電池的固定能量來提 供得到保證的工作壽命、同時保持圖像質量。在一些實施例中，功率管理算法的一個目標是
25提供得到保證的對電池壽命的較低限制，以確保行動裝置的可用性。恆定功率管理符合任意目標的一種形式的功率控制是要選擇將符合期望壽命的固定功率。示出 基於恆定功率管理的系統的系統框圖在圖30中示出。要點在於功率管理算法436僅基於 電池充滿度432和期望壽命434來選擇恆定背光功率。針對此背光級444的補償442對每 個圖像446執行。方程17恆定功率管理 背光級444以及因此功耗與圖像數據440無關c 模式，從而允許功率電平的選擇基於功率模式作出。在-不可用來簡化系統實現。在其它實施例中，一些恆定功率電平可基於工作模式或用戶偏好 設置和選擇。一些實施例可在單個降低功率電平即最大功率的75%的情況下使用此概念。簡單自適應功率管理本發明的一些實施例可參照圖31進行描述。這些實施例包括自適應功率管理算 法456。因背光調製460引起的功率降低455被反饋回功率管理算法456，從而使圖像質量 得以改進、同時仍然提供期望系統壽命。在一些實施例中，通過如方程18中隨時間更新靜態最大功率計算，圖像相關背光 調製情況下的節能可被包括在功率管理算法中。自適應功率管理可包括計算剩餘電池充滿 度(mA-Hr)與剩餘期望壽命(Hr)之比以向背光調製算法460給出功率上限(mA)。一般而
-些實施例可支持多個恆定功率 -些實施例中，圖像相關的背光調製
曰
背光調製460可選擇此最大值之下的實際功率，從而進一步節能。在一些實施例中，因 曰-光調製導致的節能可用通過剩餘電池電荷或運行中平均選擇功率的變化值的反饋的形 式來反映，並因此影響後續的功率管理決定。方程18自適應功率管理 在一些實施例中，如果電池狀態信息不可用或不準確，則通過計算顯示器所使用 的能量即平均所選功率乘以工作時間、並且從初始電池電荷減去此能量，可估計剩餘電池 電荷。方程19估計剩餘電池電荷顯示器所使用能量(t)=平均所選功率· t剩餘電荷⑴=初始電荷_顯示器所使用能量(t)後一技術具有不與電池交互即可完成的優點。功率-畸變管理髮明人已觀察到，在畸變與功率之間關係的研究中，許多圖像在相同功率下展現 極為不同的畸變。由於高功率使用產生的黑電平的上升，那些諸如曝光不足照片的具有低 對比度的暗淡圖像實際上在低功率下能顯示得更好。功率控制算法可能以圖像畸變來交換
26電池容量，而不是直接功率設置。在本發明的一些實施例中，如圖29所示，功率管理技術可 包括諸如最大畸變值的畸變參數403、以及給予背光控制算法410的最大功率401。在這些 實施例中，功率管理算法406可使用來自背光調製算法410的當前圖像的功率/畸變特性 405形式的反饋。在一些實施例中，最大圖像畸變可基於目標功率和當前幀的功率-畸變特 性而被修改。在這些實施例中，除關於實際所選功率的反饋之外，功率管理算法可選擇和提 供畸變目標403，且可接收關於相應圖像畸變405的反饋以及關於電池充滿度402的反饋。 在一些實施例中，可在功率控制算法中使用附加輸入，諸如環境電平408、用戶偏好、以及 工作模式(即視頻/圖形)。本發明的一些實施例可嘗試在一視頻序列上最佳地分派功率、同時保持顯示質 量。在一些實施例中，對於給定視頻序列，可將兩個標準用於在所用總功率與圖像畸變之間 選擇折衷。可使用最大圖像畸變和平均圖像畸變。在一些實施例中，這些項可被最小化。在 一些實施例中，最小化圖像序列上的最大畸變可通過對該序列中的每個圖像使用相同畸變 來實現。在這些實施例中，功率管理算法406可選擇此畸變403，從而使背光調製算法410 能選擇符合此畸變目標403的背光級。在一些實施例中，當對每個圖像選擇的功率使得功 率畸變曲線的斜率相等時，可實現最小化平均畸變。在此情形中，功率管理算法406可依賴 於背光調製算法410選擇功率畸變曲線的斜率，從而選擇適當的背光級。圖32A和32B可用來例示在功率管理過程中考慮畸變時的節能。圖32A是圖像序 列的連續幀的源光功率電平的曲線圖。圖32A示出維持多個幀之間的恆定畸變480所需的 源光功率電平與恆定畸變曲線的平均功率482。圖32B是圖像序列的相同連續幀的圖像畸 變的曲線圖。圖32B示出因維持恆定功率設置產生的恆定功率畸變484、在整個序列中因維 持恆定畸變產生的恆定畸變電平488、以及維持恆定功率時的平均恆定功率畸變486。恆定 功率電平已被選擇為等於恆定畸變結果的平均功率。由此，兩種方法使用相同的平均功率。 通過檢查畸變發現，恆定功率484給出圖像畸變中的顯著變化。還注意到，儘管兩者使用相 同平均功率，但恆定功率控制的平均畸變486是恆定畸變算法的畸變488的10倍以上。實際上，對於一些應用而言，因為原始與降低功率圖像之間的畸變必須在功率畸 變函數的每一點上計算以評估功率_畸變折衷，所以可以證明最優化來使得一視頻序列上 的最大或平均畸變最小化過於複雜。每次畸變評估可要求計算背光減弱和相應的補償性圖 像增亮，並將其與原始圖像作比較。因此，一些實施例可包括用於計算或估計畸變特性的更 簡單方法。在一些實施例中，可使用一些近似。首先，觀察到諸如均方差(MSE)的逐點畸變度 量可根據圖像代碼值的直方圖而非圖像本身計算，如在方程20中所表達的。在此情形中， 直方圖是相對於在320x240解析度下具有7680個樣本的圖像僅具有256個值的一維信號。 這可通過按需對直方圖進行二次採樣來進一步縮減。在一些實施例中，通過假設用在補償階段中削波而非應用實際補償算法圖像得以 簡單縮放，可作出近似。在一些實施例中，在畸變度量中包括黑電平升高項也可能是有價值 的。在一些實施例中，使用此項可能意味著針對全黑幀的最小畸變在零背光時發生。方程20簡化畸變計算 在一些實施例中，為了計算給定功率電平下的畸變，對於每個代碼值，可確定削波 情況下的線性增大所引起的畸變。該畸變然後可按代碼值的頻率加權並求和以給出指定功 率電平下的平均圖像畸變。在這些實施例中，用於亮度補償的簡單線性增大不會給出供圖 像顯示的可接受質量，但用作供計算背光變化所引起的圖像畸變的估計結果的簡單源。在如圖33所示的一些實施例中，為了控制功耗和圖像畸變兩者，功率管理算法 500不僅可跟蹤電池充滿度506和剩餘壽命508，而且也可控制圖像畸變510。在一些實施 例中，功耗上限512和畸變目標511可被提供給背光調製算法502。該背光調製算法502然 後可選擇符合功率限制和畸變目標兩者的背光級512。背光調製算法(BMA)背光調製算法502負責選擇用於每個圖像的背光級。此選擇可基於要顯示的圖像 和來自功率管理算法500的信號。通過尊重功率管理算法500所提供的對增大功率的限制 512，可在期望壽命期間管理電池506。在一些實施例中，背光調製算法502可依賴於當前圖 像的統計數據來選擇較低功率。這可以是對具體圖像的節能之源。一旦選擇了適當的背光級415，背光416即被設置成所選電平，且此電平415被給 予亮度保持算法414以確定必要補償。對於一些圖像和序列，允許少量的圖像畸變可大大 地降低所需背光功率。因此，一些實施例包括允許受控的圖像畸變量的算法。圖34是示出針對若干容限的畸變作為幀數的函數的樣本DVD剪輯上節能的量的 曲線圖。具有零畸變的像素的百分比從100%變到97%再變到95%，且該視頻剪輯上的平 均功率被確定。平均功率的範圍為從95%到60%。由此允許5%的像素畸變給出了附加 35%的節能。這表明通過允許少量的圖像畸變使顯著節能成為可能。如果亮度保持算法能 在引入少量畸變的同時保持主觀質量，則可獲得顯著的節能。本發明的一些實施例可參照圖30進行描述。這些實施例還可包括來自環境光傳 感器438的信息，並且可針對移動應用降低複雜性。這些實施例包括由功率管理算法436 提供的靜態直方圖百分比限制和動態最大功率限制。一些實施例可包括恆定功率目標，而 其它實施例可包括更為複雜的算法。在一些實施例中，可通過計算各個色彩分量的直方圖 來分析圖像。該直方圖中出現指定百分比的代碼值可針對每個色彩平面來計算。在一些實 施例中，目標背光級可被選擇成使代碼值中的線性增大將僅僅引起從直方圖中選出的代碼 值的削波。實際背光級可被選擇為此目標電平和功率管理算法436所提供的背光級限值中 的最小值。這些實施例可提供得到保證的功率控制，並且在可達到功率控制限制的情形中 可允許有限量的圖像畸變。方程21基於直方圖百分比的功率選擇 P臓=min(P目標，P最大值)基於圖像畸變的實施例本發明的一些實施例可包括由功率管理算法提供的畸變限制和最大功率限制。圖 32B和34示出給定背光功率電平下的畸變的量根據圖像內容來顯著地改變。每個圖像的功 率_畸變行為的屬性可在背光選擇過程中利用。在一些實施例中，可通過計算各個色彩分 量的直方圖來分析當前圖像。通過使用方程20的第二表達式計算一功率值範圍上的畸變， 可計算限定畸變(例如MSE)的功率畸變曲線。背光調製算法可選擇具有指定畸變限值處 或之下的畸變的最小功率作為目標電平。該背光級然後可被選擇為此目標電平和功率管理 算法所提供的背光級限值中的最小值。此外，所選電平下的圖像畸變可被提供給功率管理 算法以引導畸變反饋。功率畸變曲線和圖像直方圖的採樣頻率可被降低以控制複雜性。亮度保持(BP) 在一些實施例中，BP算法基於所選背光級來增亮圖像以補償減弱照度。BP算法可 控制引入到顯示中的畸變，並且BP算法保持質量的能力規定背光調製算法可嘗試節約多 少功率。一些實施例可通過縮放圖像並且削波超過255的值來補償背光減弱。在這些實施 例中，背光調製算法必須對降低功率持保守態度，否則煩擾的削波偽像將被引入，由此限制 可能的節能。一些實施例被設計成以固定的功率降低保持要求最高的幀上的質量。這些實 施例的一部分補償單個背光級(即75% )。其它實施例可被通用化以供背光調製之用。亮度保持(BP)算法的一些實施例可利用對作為背光和圖像數據的函數的從顯示 器輸出的輝度的描述。利用該模型，BP可確定對圖像的修改以補償背光的減弱。就透射反 射型顯示器而言，BP模型可被修改以包括顯示器反射方面的描述。從顯示器輸出的輝度成 為背光、圖像數據和環境的函數。在一些實施例中，BP算法可確定對圖像的修改以補償給 定周圍環境中背光的減弱。環境影響由於實現約束，一些實施例可包括用於確定BP參數的複雜性有限的算法。例如， 開發完全在LCD模塊上運行的算法限制了該算法可用的處理和存儲器。在該示例中，對不 同背光/環境組合產生替換Y曲線可用於一些BP實施例。在一些實施例中，可能需要對 Y曲線的數量和分辨度作出限制。功率/畸變曲線本發明的一些實施例可獲取、估算、計算或以其它方式確定包括但不限於視頻序 列幀的圖像的功率/畸變特性。圖35是示出4個示例性圖像的功率/畸變特性的曲線圖。 在圖35中，圖像C的曲線520對整個源光功率帶保持負斜率。圖像A、B和D的曲線522、 524和526以負斜率下降直至達到最小值，然後以正斜率上升。對於圖像A、B和D，增大源 光功率實際上將在曲線的具有正斜率528的特定範圍上增加畸變。這可能是由諸如但不限 於LCD滲漏、或使所顯示圖像在觀看者看來與代碼值始終不同的其它顯示不規則的顯示特 性引起的。本發明的一些實施例可使用這些特性來針對具體圖像或圖像類型確定適當的源 光功率電平。可在畸變參數計算中考慮顯示特性(例如IXD滲漏)，這些顯示特性用來針對 圖像確定適當的源光功率電平。示例性方法
技術領域：
本發明的一些實施例可關於圖36進行描述。在這些實施例中，建立功率預算 (530)。這可使用簡單功率管理、自適應功率管理和上述其它方法或通過其它方法來執行。 通常，建立功率預算可包括估算將允許諸如顯示視頻文件的顯示任務完成的背光或源光功 率電平，同時使用諸如電池電荷的一部分的固定功率資源。在一些實施例中，建立功率預算 可包括確定將允許在固定功率量的情況下完成顯示任務的平均功率電平。在這些實施例中，還可建立初始畸變標準(532)。通過估算將符合功率預算的降低 的源光功率電平並測量該功率電平下的圖像畸變，可確定此初始畸變標準。可在未經校正 的圖像上、已使用如上所述的亮度保持(BP)技術修改的圖像上、或已用簡化BP過程修改的 圖像上測量畸變。一旦建立了該初始畸變標準，即可使用源光功率電平顯示該顯示任務的第一部 分，這使得所顯示的一個或多個圖像的畸變特性遵照該畸變標準。在一些實施例中，可針對 視頻序列的每個幀選擇源光功率電平以使每個幀符合畸變要求。在一些實施例中，光源值 可被選擇成保持恆定畸變或畸變範圍、保持畸變低於指定水平、或以其它方式符合畸變標 準。然後可估算(536)功耗以判定用來顯示顯示任務的第一部分的功率是否滿足功 率預算管理參數。可通過對每個圖像、視頻幀或其它顯示任務元素使用固定量功率來分派 功率。還可分派功率以使在一系列顯示任務元素上所消耗的平均功率符合要求、而對每個 顯示任務元素消耗的功率可變化。也可使用其它功率分派方案。當功率消耗估算536顯示顯示任務的第一部分的功耗不符合功率預算要求時，可 修改畸變標準(538)。在可估算、假設、計算或以其它方式確定功率/畸變曲線的一些實施 例中，畸變標準可被修改以按需允許或多或少的畸變，從而符合功率預算要求。儘管功率/ 畸變曲線是圖像特定的，但可使用針對一序列的第一幀、針對一序列中的示例性圖像、或針 對代表顯示任務的合成圖像的功率/畸變曲線。在一些實施例中，當多於預算量的功率被用於顯示任務的第一部分且功率/畸變 曲線的斜率為正時，可修改畸變標準以允許更少畸變。在一些實施例中，當多於預算量的功 率被用於顯示任務的第一部分且功率/畸變曲線的斜率為負時，可修改畸變標準以允許更 多畸變。在一些實施例中，當少於預算量的功率被用於顯示任務的第一部分且功率/畸變 曲線的斜率為負或正時，可修改畸變標準以允許更少畸變。本發明的一些實施例可參照圖37進行描述。這些實施例通常包括具有有限功率 的由電池供電的設備。在這些實施例中，估計或測量電池充滿度或電荷(540)。還可估計或 計算顯示任務功率要求(542)。還可估計或以其它方式確定初始光源功率電平(544)。此 初始光源功率電平可使用如以上針對恆定功率管理所述的電池充滿度和顯示任務功率要 求或通過其它方法來確定。還可確定與初始光源功率電平相對應的畸變標準(546)。此標準可以是在初始光 源功率電平下對示例性圖像出現的畸變值。在一些實施例中，畸變值可基於未經校正圖像、 用實際或經估算BP算法修改的圖像、或另一示例性圖像。—旦確定了畸變標準(546)，就估算顯示任務的第一部分，並選擇(548)將使顯示 任務的第一部分的畸變符合畸變標準的源光功率電平。然後使用所選源光功率電平顯示 (550)該顯示任務的第一部分，並估算或測量(552)顯示該部分期間所消耗的功率。當此功
30耗不符合功率要求時，可修改(554)該畸變標準以使功耗順應功率要求。本發明的一些實施例可參照圖38A和38B進行描述。在這些實施例中，建立功率 預算(560)並且還建立畸變標準(562)。這些通常都是參照諸如視頻序列的具體顯示任務 建立的。然後選擇圖像(564)，諸如視頻序列的一個幀或一組幀。然後對所選圖像估算降低 源光功率電平(566)，以使因降低源光功率電平產生的畸變符合畸變標準。此畸變計算可包 括將估算或實際亮度保持(BP)方法應用於所選圖像的圖像值。然後可用BP方法修改所選圖像(568)以補償降低的光源功率電平。然後可測量 經BP修改圖像的實際畸變(570)並可關於此實際畸變是否符合畸變標準作出判定(572)。 如果實際畸變不符合畸變標準，則可調節估算過程(574)並可重新估算降低的光源功率電 平(566)。如果實際畸變的確符合畸變標準，則可顯示所選圖像(576)。然後可測量圖像顯 示期間的功耗(578)，並將其與功率預算約束580作比較。如果功耗符合功率預算約束，則 可選擇諸如視頻幀的後續集合(584)，除非顯示任務完成(582)，此時該過程將結束。如果 選擇了下一圖像(584)，則該過程將返回至點「B」，在此處將針對該圖像估算降低的光源功 率電平(566)，且該過程將與對第一圖像一樣地繼續。如果所選圖像的功耗不符合功率預算約束(580)，則可如以上針對其它實施例所 述地修改畸變標準(586)並且將選擇下一圖像(584)。經改進的黑色電平實施例本發明的一些實施例包括用於顯示器黑色電平改進的方法和系統。一些實施例使 用指定背光級並產生與色階相匹配的輝度，這既保持了亮度又改進了黑色電平。其它實施 例包括在其設計中包括黑色電平改進的背光調製算法。一些實施例可被實現為上述實施例 的擴展或修改。經改進的輝度匹配(目標匹配理想顯示)以上呈現的輝度匹配公式即方程7被用來確定代碼值的線性縮放，這對背光減弱 作出補償。這在功率降低至75%的試驗中被證明是有效的。在具有圖像相關背光調製的一 些實施例中，對於暗色幀可顯著減弱背光，例如低於10%。對於這些實施例，在方程7中導 出的代碼值的線性縮放可能並不恰當，因為它可過度地增大暗色值。儘管採用這些方法的 實施例可倍增功率降低顯示器上的全功率輸出，但這可能不用來最優化輸出。因為全功率 顯示具有上升的黑色電平，所以對暗色場景再現此輸出不能實現在較低背光功率設置的情 況下可能的降低黑色電平的益處。在這些實施例中，可修改匹配標準且可導出對方程7中 給出的結果的替換。在一些實施例中，理想顯示的輸出得到匹配。該理想顯示可包括零黑 色電平以及與全功率顯示相同的最大輸出，白色電平=W。此示例性理想顯示對代碼值cv 的響應在方程22中可用最大輸出W、顯示γ和最大代碼值的項來表達。方程22 理想顯示 在一些實施例中，示例性IXD可具有相同的最大輸出W和Y，但具有非零黑色電平 B。此示例性LCD可使用上述GOG模型針對全功率輸出建模。輸出隨功率小於100%的相關 背光功率縮放。增益和偏移模型參數可由全功率顯示的最大輸出W和黑色電平B確定，如方程23所示。
通過將全功率結果縮放相關功率倍數，可確定具有相關背光功率P的功率降低顯示器的輸出。
方程24 實際LCD輸出與功率和代碼值的關係
在這些實施例中，可修改代碼值以使理想和實際顯示的輸出在可能時相等。(如果理想輸出不小於或大於在實際顯示上給定功率情況下可能的輸出)
方程25 用於匹配輸出的標準
一些計算根據X，P，w，B求解36／。
方程26 用於匹配輸出的代碼值關係 這些實施例顯示用於將實際顯示器上的理想輸出與非零黑色電平相匹配的代碼值關係的一些屬性。在此情形中，在上端(天cvMax)和下端(天0)處都存在削波。這些對應於方程27所給出的Xis和1胃處的削波輸入。方程27削波點 這些結果與先前對其中顯示假設具有零黑色電平即對比率為無窮的其它實施例 的開發相一致。背光調製算法在這些實施例中，結合有黑色電平考慮的輝度匹配理論通過實現給定功率下顯示 和具有零黑色電平的基準顯示之間的匹配來確定背光調製算法。這些實施例使用輝度匹配 理論來確定在圖像以功率P顯示時相比於在理想顯示器上顯示而必須具有的畸變。背光調 制算法可使用最大功率限制和最大畸變限制來選擇產生低於指定最大畸變的畸變的最小 功率。功率畸變在一些實施例中，給定由全功率下黑色電平和最大亮度所指定的目標顯示和要求 顯示的圖像，可計算給定功率P下顯示圖像時的畸變。通過削波大於受限功率顯示的亮度 的值並削波小於理想基準的黑色電平的值，可在理想基準顯示器上仿真顯示的受限功率和 非零黑色電平。圖像的畸變可被定義為原始圖像代碼值和經削波代碼值之間的MSE，然而也 可在一些實施例中使用其它畸變度量。削波情況下的圖像由功率相關代碼值定義，且方程27中引入的削波限值在方程 28中給出。方程28經削波圖像 理想顯示上的圖像與像素域中以功率P顯示的圖像之間的畸變變成 觀察到這可使用圖像代碼值的直方圖來計算。 色階函數的定義可用來推導此畸變度量的等效形式，如方程29所示。方程29 畸變度量 此度量包括高代碼值和低代碼值處削波誤差的加權和。功率/畸變曲線可使用方 程29的表達式對圖像構建。圖39是示出各個示例性圖像的功率/畸變曲線的曲線圖。圖 39示出針對整體白色圖像的功率/畸變曲線590、針對黃花的明亮特寫的功率/畸變曲線592、針對一群人的暗色低對比度圖像的功率/畸變曲線594、針對整體黑色圖像的功率/畸 變曲線596、以及針對衝浪者在浪尖上的明亮圖像的功率/畸變曲線598。如從圖39可以看出，不同圖像可具有相當不同的/功率_畸變關係。在極值處， 黑色幀596在零背光功率下具有最小畸變，其中畸變在功率增至10%時急劇上升。相反，白 色幀590在零背光下具有最大畸變，其中畸變穩定下降直到在100%功率下快速降低為零。 明亮衝浪圖像598示出隨功率增加的畸變的穩定下降。另兩個圖像592和594在中間功率 電平下顯示最小畸變。
本發明的一些實施例可包括如下運算的背光調製算法
些實施例中，BL調製算法所選擇的背光值604可被提
1.計算圖像直方圖
2.計算圖像的功率畸變函數
3.計算具有低於畸變限值的畸變的最低功率
4.(可任選)基於所提供的功率上限和下限限制所選功率
5.選擇計算出的用於背光的功率 在關於圖40和41所述的
供給BP算法並用於色階設計。示出了平均功率602和畸變606。還示出了在此試驗中使用 的對平均功率的上限600。因為所使用的平均功率顯著低於此上限，所以背光調製算法使用 比簡單使用等於此平均限值的固定功率低的功率。平滑色階函數的導出在本發明的一些實施例中，平滑色階函數包括兩個設計方面。第一個方面設想色 階參數給定，並確定符合那些參數的平滑色階函數。第二個方面包括用於選擇設計參數的 算法。設想參數的色階設計方程26所定義的代碼值關係在削波至有效範圍[cvMin，cvMax]時具有斜率不連 續性。在本發明的一些實施例中，暗端處的平滑滾降可與方程7中明端處相似地定義。這些 實施例設想其間色階符合方程26的最大保真度點(MFP)和最小保真度點(LFP)兩者。在 一些實施例中，色階可被構建為連續並在MFP和LFP兩處具有連續一階導數。在一些實施 例中，色階可通過極值點(ImageMinCV，cvMin)和(ImageMaxCV，cvMax)。在一些實施例中， 在高端和低端兩處可從仿射增大修改色階。此外，圖像代碼值的限制可用來確定極值點而 不使用固定限值。有可能在此結構中使用固定限值，但在大功率降低的情況下會產生問題。 在一些實施例中，這些條件唯一地定義了分段二次色階，推導如下。
條件 TS(x)=
方程30色階定義
方程31色階斜率
LFP和MFP處的色階與一階導數的連續性的快速觀察產生。
方程32 色階參數B，C，E，F的解
]B—o
C—o。LFP+p
E—o
F—o。MFP+p
端點將常數A和D確定為
方程33 色階參數A和D的解
在一些實施例中，設想MFP／LFP和工mageMaXCV／工mageMinCV可用，這些關係式定義色階的平滑擴展。這使得選擇這些參數的需要懸而未決。其它實施例包括用於選擇這些設計參數的方法和系統。
參數選擇(MFP／LFP)
以上所述的相關應用中的本發明的一些實施例僅解決工mageMaXCV等於2551CVMaX用來替換這些實施例中所引入的工mageMaXCV的情況下的MFP。那些前述實施例由於基於全功率顯示而非理想顯示的匹配而在低端具有線性色階。在一些實施例中，MFP被選擇成使平滑色階在上限即工mageMaXCV處具有零斜率。在數學上，MFP通過以下方程未定義
方程34 MFP選擇標準
TS』 (工mageMaXCV)一o
2。D。(工mageMaXCV—MFP)+E—o
此標準的解使MFP相關於上削波點和最大代碼值
方程35 預先MFP選擇標準
MFP一2．X高一工mageMaXCV[1478] 對於諸如P一80％的適度功率降低，此預先MFP選擇標準適用。對於大功率降低，這些實施例可基於前述實施例的結果改進。
在一些實施例中，選擇適於大功率降低的MFP選擇標準。直接在方程35中使用值工mageMaXCV會引起問題。在功率低的圖像中，期望低的最大代碼值。如果圖像中的最大代碼值工mageMaXCV已知為小，則方程35給出MFP的合理值，但在一些情形中工mageMaXCV為未知或較大，其可導致不合理即負的MFP值。在一些實施例中，如果最大代碼值未知或過高，則可為工mageMaXCV選擇替換值並應用於以上結果。
在一些實施例中，k可被定義為定義MFP可具有的經削波值X高的最小部分的參數。然後，k可被用來判定通過方程35計算的MFP是否合理，即
方程36 「合理」 MFP標準MFP 彡 k· χ髙如果所計算的MFP不合理，則該MFP可被定義為最小合理值，並且可確定 ImageMaxCV的必要值(方程37)。MFP和ImageMaxCV的值然後可用來通過如上所述地確定 色階。方程 37 校正 ImageMaxCVMFP = k · χ 髙 ImageMaxCV = (2-k)*髙一些實施例的MFP選擇步驟歸納如下1.利用ImageMaxCV (或在其不可用時利用CVMax)計算候選MFP2.利用方程36測試合理性3.如果不合理，則基於削波代碼值的分數k定義MFP4.利用方程37計算新的ImageMaxCV5.利用MFP、ImageMaxCV和功率計算平滑色階函數可應用類似的技術來使用ImageMinCV和1低來選擇暗端處的LFP。基於色階設計算法和自動參數選擇的示例性色階設計如圖42-45所示。圖42和 43示出其中已選擇11%的背光功率電平的示例性色階設計。示出與MFP 610與LFP 612 之間的色階設計的線性部分相對應的線616。色階設計614在MFP 610之上和LFP 612之 下偏離線616，但在LFP 612與MFP 610之間與線616—致。圖43是圖42的色階設計的暗 區的放大圖像。LFP 612清晰可見，且可看到色階設計的較低部分曲線620偏離線性延伸部 分 622。圖44和45示出背光級選擇為89%的最大功率的示例性色階設計。圖44示出與 色階設計的線性部分相一致的線634。線634表示理想顯示響應。色階設計636在MFP 630 以上和LFP 632以下偏離(636、638)理想線性顯示表示634。圖45示出LFP 640以下的色 階設計636的暗端的放大視圖，其中色階設計642偏離理想顯示延伸部分644。在本發明的一些實施例中，畸變計算可通過改變理想和實際顯示圖像之間的誤差 計算來修改。在一些實施例中，可用畸變像素之和來替代MSE。在一些實施例中，高區和低 區的削波誤差可不同地加權。本發明的一些實施例可包括環境光傳感器。如果環境光傳感器可用，則該傳感器 可用來修改畸變度量，包括環境照明和屏幕反射的效果。這可用來修改畸變度量並因此修 改背光調製算法。環境信息可用來通過在黑端指示相關感知削波點來控制色階設計。色彩保持實施例本發明的一些實施例包括用於保持色彩特性同時增強圖像亮度的系統和方法。在 一些實施例中，亮度保持包括將全功率色域體(gamut solid)映射成功率降低顯示的較小 色域體。在一些實施例中，不同方法用來進行色彩保持。一些實施例保持色彩的色度/飽 和度，以替換輝度增大的減少。
上述一些非色彩保持實施例獨立地處理各個色彩通道，從而用來給出關於每個色 彩通道的輝度匹配。在那些非色彩保持實施例中，高度飽和或高亮色彩可變得飽和度降低 和/或在色度仿效處理中改變。色彩保持實施例解決了這些色彩偽像，但在一些情形中會 略微地降低輝度增大。在重組低通和高通通道時，一些色彩保持實施例也可採用削波操作。單獨地削波 每個色彩通道可再次產生色彩變化。在採用色彩保持削波的實施例中，削波操作可用來保 持色度/飽和度。在一些情形中，此色彩保持削波可將經削波值的輝度降至其它非色彩保 持實施例的輝度之下。本發明的一些實施例可參照圖46進行描述。在這些實施例中，讀取輸入圖像650 並確定指定像素位置的對應於不同色彩通道的代碼值(652)。在一些實施例中，輸入圖像可 以是具有記錄在圖像文件中的單獨色彩通道信息的格式。在一示例性實施例中，可就紅綠 藍(RGB)色彩通道記錄圖像。在其它實施例中，可以青、品紅、黃、黑(CMYK)格式、Lab(暗 室)、YUV或另一格式記錄圖像文件。輸入圖像可以是包括單獨輝度通道的諸如Lab的格 式、或沒有單獨輝度通道的諸如RGB的格式。當圖像文件沒有單獨的色彩通道數據可用時， 該圖像文件可被轉換成具有色彩通道數據的格式。一旦確定了每個色彩通道的代碼值(652)，就確定色彩通道代碼值中的最大代碼 值(654)。然後此最大代碼值可用來確定代碼值調節模型的參數(656)。該代碼值調節模型 可用許多方式產生。在一些實施例中，可使用色階調節曲線、增益函數或其它調節模型。在 一示例性實施例中，可使用響應於降低的背光功率設置增強圖像亮度的色階調節曲線。在 一些實施例中，代碼值調節模型可包括如上所述相關於其它實施例的色階調節曲線。代碼 值調節曲線然後可應用於(658)色彩通道代碼值的每一個。在這些實施例中，代碼值調節 曲線的應用將導致相同的增益值被應用於每個色彩通道。一旦執行調節，就對圖像中的每 個像素繼續該處理(660)。本發明的一些實施例可參照圖47進行描述。在這些實施例中，讀取輸入圖像 (670)並選擇第一像素位置(672)。對所選像素位置確定第一色彩通道的代碼值(674)，並 對所選像素位置確定第二色彩通道的代碼值(676)。然後分析這些代碼值並基於代碼值 選擇標準選擇這些代碼值之一(678)。在一些實施例中，可選擇最大代碼值。此所選代碼 值然後可被用作將產生模型的代碼值調節模型發生器680的輸入。然後該模型可被應用 於(682)第一和第二色彩通道代碼值，其中基本相等的增益被應用於每個通道。在一些實 施例中，從調節模型獲得的增益值可被應用於所有色彩通道。然後處理可繼續至下一像素 (684)，直至處理了整個圖像。本發明的一些實施例可參照圖48進行描述。在這些實施例中，輸入圖像690被輸 入至系統。該圖像然後被濾波(692)以創建第一頻率範圍圖像。在一些實施例中，這可以 是低通圖像或某其它頻率範圍圖像。還可產生第二頻率範圍圖像(694)。在一些實施例中， 可通過從輸入圖像減去第一頻率範圍圖像來創建第二頻率範圍圖像。在一些實施例中，當 第一頻率範圍圖像是低通(LP)圖像時，第二頻率範圍圖像可以是高通(HP)圖像。第一頻 率範圍圖像中第一色彩通道的代碼值然後可針對像素位置確定(696)，並且第一頻率範圍 圖像中第二色彩通道的代碼值也可在該像素位置上確定(698)。然後通過比較代碼值或其 特性來選擇(700)色彩通道代碼值之一。在一些實施例中，可選擇最大代碼值。然後可使用所選代碼值作為輸入來產生或訪問(702)調節模型。這可產生可應用於(704)第一色彩 通道代碼值和第二色彩通道代碼值的增益乘法器。本發明的一些實施例可參照圖49進行描述。在這些實施例中，輸入圖像710可被 輸入至可標識要調節像素的像素選擇器712。第一色彩通道代碼值讀取器714可讀取所選 像素的第一色彩通道的代碼值。第二色彩通道代碼值讀取器716也可讀取所選像素位置上 第二色彩通道的代碼值。這些代碼值可在分析模塊718中分析，其中將基於代碼值特性來 選擇代碼值之一。在一些實施例中，可選擇最大代碼值。此所選代碼值然後可被輸入至模型 生成器720或可確定增益值或模型的模型選擇器。此增益值或模型然後可被應用於(722) 兩個色彩通道的代碼值，而不管該代碼值是否被分析模塊718選擇。在一些實施例中，可在 應用該模型時訪問(728)輸入圖像。然後控制可被傳遞(726)回像素選擇器712以遍歷圖 像中的其它像素。本發明的一些實施例可參照圖50進行描述。在這些實施例中，輸入圖像710可被 輸入至濾波器730以獲取第一頻率範圍圖像732和第二頻率範圍圖像734。該第一頻率範 圍圖像可被轉換以允許訪問單獨的色彩通道代碼值736。在一些實施例中，輸入圖像可允許 在不經任何轉換的情況下訪問色彩通道代碼值。可確定第一頻率範圍的第一色彩通道的代 碼值738並且可確定第一頻率範圍的第二色彩通道的代碼值740。這些代碼值可被輸入至可確定代碼值特性的代碼值特性分析器742。然後代碼值 選擇器744可基於代碼值分析來選擇代碼值之一。此選擇然後可被輸入至調節模型選擇器 或發生器746，其將基於代碼值選擇產生或選擇增益值或增益映射。該增益值或映射然後 可應用於(748)所調節像素處的兩個色彩通道的第一頻率範圍代碼值。此過程可重複，直 至已調節了整個第一頻率範圍圖像(750)。增益映射也可應用於(753)第二頻率範圍圖像 734。在一些實施例中，恆定增益因數可被應用於第二頻率範圍圖像中的所有像素。在一些 實施例中，第二頻率範圍圖像可以是輸入圖像710的高通版本。經調節的第一頻率範圍圖 像750和經調節的第二頻率範圍圖像753可相加或以其它方式組合(754)以創建經調節的 輸出圖像756。本發明的一些實施例可參照圖51進行描述。在這些實施例中，輸入圖像710可被 發送至濾波器760或其它某處理器，以供將該圖像分成多個頻率範圍圖像。在一些實施例 中，濾波器760可包括低通(LP)濾波器和處理器，該處理器用於從輸入圖像減去用LP濾波 器創建的LP圖像以創建高通(HP)圖像。濾波器模塊760可輸出兩個或多個頻率特定圖像 762、764，每個圖像具有特定的頻率範圍。第一頻率範圍圖像762可具有第一色彩通道766 和第二色彩通道768的色彩通道數據。這些色彩通道的代碼值可被發送至代碼值特性估計 器770和/或代碼值選擇器772。此過程將導致色彩通道代碼值之一的選擇。在一些實施 例中，將從特定像素位置的色彩通道數據選擇最大代碼值。此所選代碼值可被傳遞至將產 生代碼值調節模型的調節模型生成器774。在一些實施例中，此調節模型可包括增益映射或 增益值。然後此調節模型可被應用於(776)所分析像素的每個色彩特定代碼值。此過程可 對圖像中的每個像素重複，從而產生第一頻率範圍經調節圖像778。可任選地第二頻率範圍圖像764可用單獨的增益函數765來調節以增大其代碼 值。在一些實施例中可不應用調節。在其它實施例中，恆定增益因數可被應用於第二頻率 範圍圖像中的所有代碼值。此第二頻率範圍圖像可與經調節的第一頻率範圍圖像778組合以形成經調節的組合圖像781。在一些實施例中，調節模型對第一頻率範圍圖像的應用和/或增益函數對第二頻 率範圍圖像的應用可使一些圖像代碼值超過顯示設備或圖像格式的範圍。在這些情形中， 代碼值可能需要被「削波」至所需範圍。在一些實施例中，可使用色彩保持削波過程782。 在這些實施例中，落於指定範圍外的代碼值可用保持這些色彩值之間的關係的方式來削 波。在一些實施例中，可針對所分析像素計算乘數，其不大於最大所需範圍值除以最大色彩 通道代碼值。這將導致「增益」因數小於1且將「過大」代碼值減至所需範圍的最大值。此 「增益」或削波值可被應用於所有色彩通道代碼值以保持像素的色彩，同時將所有代碼值減 至小於或等於最大值或指定範圍的值。應用此削波過程產生經調節的輸出圖像784，其具有 在指定範圍內的所有代碼值並且維持代碼值的色彩關係。本發明的一些實施例可關於圖52進行描述。在這些實施例中，色彩保持削波被用 於保持色彩關係，同時將代碼值限制於指定範圍。在一些實施例中，經組合的調節圖像792 可對應於相關於圖51所述的經組合的調節圖像781。在其它實施例中，經組合的調節圖像 792可以是具有需要被削波至指定範圍的代碼值的任何其它圖像。在這些實施例中，針對指定像素位置確定第一色彩通道代碼值794並確定第二色 彩通道代碼值796。這些色彩通道代碼值794和796在代碼值特性估算器798中估算以確 定選擇性代碼值特性並選擇色彩通道代碼值。在一些實施例中，該選擇性特性將是最大值， 而較高代碼值將被選擇為調節生成器800的輸入。所選代碼值可被用作輸入以生成削波調 節800。在一些實施例中，此調節將把最大代碼值減小為指定範圍內的值。然後可將此削波 調節應用於所有色彩通道代碼值。在一示例性實施例中，第一色彩通道和第二色彩通道的 代碼值將減小(802)相同倍數，由此保持兩個代碼值之比。此過程對圖像中所有像素的應 用將產生代碼值落於指定範圍內的輸出圖像804。本發明的一些實施例可參照圖53進行描述。在這些實施例中，通過基於最大色彩 分量操縱應用於所有三個色彩分量的增益，在RGB域中實現方法。在這些實施例中，輸入圖 像810通過頻率分解812被處理。在一示例性實施例中，低通(LP)濾波器814被應用於該 圖像以創建LP圖像820，該LP圖像然後從輸入圖像810減去以創建高通(HP)圖像826。 在一些實施例中，空間5x5整流濾波器可用於該LP濾波器。在LP圖像820中的每個像素 上，選擇(816)最大值或三個色彩通道(R、G和B)並輸入至LP增益映射818，該LP增益映 射818選擇要應用於該特定像素的所有色彩通道值的適當增益函數。在一些實施例中，具 有值[r，g，b]的像素上的增益可根據由max(r，g，b)索引的1維LUT確定。值χ處的增益 可從如上所述值χ處的光度匹配色階曲線的值除以χ來推導。增益函數834還可應用於HP圖像826。在一些實施例中，增益函數834可以是恆 定增益因數。此經修改的HP圖像與經調節的LP圖像組合(830)以形成輸出圖像832。在 一些實施例中，輸出圖像832可包括在應用範圍之外的代碼值。在這些實施例中，削波過程 可如上相關於圖51和52所述地應用。在如上所述的本發明的一些實施例中，LP圖像的代碼值調節模型可被設計成使 得對於其最大色彩分量低於例如最大保真度點的參數的像素，增益補償背光功率電平的降 低。在色域邊界，以經處理的低通信號在色域內保持的方式低通增益平滑滾降至1。在一些實施例中，處理HP信號可與處理低通信號的選擇無關。在補償降低背光功率的實施例中，HP信號可用恆定增益處理，這將在功率降低時保持對比度。用全背光功率 和降低背光功率以及顯示Y來表示的HP信號增益的公式在5中給出。在這些實施例中， HP對比度增大對噪聲是穩健的，因為增益通常較小(例如針對80%的功率降低和Y2.2增 益為1. 1)。在一些實施例中，將處理LP信號和HP信號的結果求和並削波。削波可應用於每 個像素處的RGB樣本的整個向量，從而相等地縮放三個分量以使最大分量縮放至255。當 添加至LP值的增大HP值超過255時削波發生，並且削波通常僅對具有高對比度的明亮信 號相關。通常，通過LUT結構確保LP信號不超出上限。HP信號可引起總和中的削波，但HP 信號的負值永不會削波，從而甚至在削波的確發生時保持某對比度。本發明諸實施例可嘗試最優化圖像的亮度，或者它們可嘗試最優化色彩保持或匹 配同時增大亮度。通常在最大化輝度或亮度時會有色移的折衷。在防止色移時，通常亮度 會受損。本發明的一些實施例可通過形成應用於每個色彩分量的加權增益來嘗試平衡色移 與亮度之間的折衷，如方程38所示。方程38加權增益加權增益(cvx，α ) = α ·增益(cvx) + (l_a ) ·增益(max(cvE, cvG, cvB)此加權增益在α 0處的最大輝度與α 1處的最小色彩偽像之間變化。注意，當所 有代碼值低於MFP參數時，所有三個增益相等。基於顯示模型的畸變相關實施例術語「背光縮放」可指用於減弱IXD背光且同時修改發送至IXD的數據以補償背 光減弱的技術。此技術的主要方面是選擇背光級。本發明諸實施例可利用背光調製來選擇 LCD中的背光照度級，以節能或改進動態對比度。用來解決此問題的方法可被分成圖像相關 技術和圖像無關技術。這些圖像相關技術可具有約束由後續背光補償圖像處理所強加的削 波量的目標。本發明的一些實施例可利用最優化來選擇背光級。給定一圖像，最優化例程可選 擇背光級，以使假設基準顯示上顯現的圖像與實際顯示上顯現的圖像之間的畸變最小。以下項可用來描述本發明諸實施例的元素1.基準顯示模型基準顯示模型可表示來自諸如IXD的顯示器的期望輸出。在一 些實施例中，基準顯示模型可建模具有零黑色電平的理想顯示或具有不受限動態範圍的顯
7J\ ο2.實際顯示模型實際顯示的輸出的模型。在一些實施例中，實際顯示輸出可對 不同背光級建模，並且實際顯示可被建模為具有非零黑色電平。在一些實施例中，背光選擇 算法可通過此參數取決於顯示對比率。3.亮度保持(BP)處理原始圖像以補償降低的背光級。實際顯示上顯現的圖像是 增亮圖像上給定背光級上顯示模型的輸出。一些示例性情形為 無亮度保持未經處理的圖像數據被發送至IXD面板。在此情形中，背光選擇算 法僅改變背光，相應地不保持亮度。 線性增大亮度補償。使用簡單仿射變換處理圖像以補償背光減弱。儘管此簡單 亮度保持算法在實際用於背光補償時犧牲了圖像質量，但這是選擇背光值的有效工具。 色階映射使用色階映射來處理圖像，該色階映射可包括線性和非線性分段。分段可用來限制削波並增強對比度。 4.畸變度量。顯示模型和亮度保持算法可用來確定在實際顯示上所顯現的圖像。 然後可計算此輸出和基準顯示上的圖像之間的畸變。在一些實施例中，畸變可僅基於圖像 代碼值來計算。此畸變取決於對誤差度量的選擇，在一些實施例中可使用均方差。
下標準
5.最優化標準。畸變可依照不同約束來最小化。例如，在一些實施例中，可使用以
最小化視頻序列的每一幀上的畸變 眷依據平均背光約束來最小化最大畸變 眷依據平均背光約束來最小化平均畸變 顯示模型
在本發明的一些實施例中，可將GoG模型用於基準顯示模型和實際顯示模型兩
-些實施例中，基準顯示可被建模為具有零背
者。此模型可被修改以基於背光級縮放。在-
光級和最大輸出W的理想顯示。實際顯示可被建模為具有全背光下的相同最大輸出W和全 背光下的黑色電平B。對比率為W/B。當黑色電平為零時對比率為無窮。這些模型可使用 cvMax來在數學上表達，以表示以下方程中的最大圖像代碼值。
方程39基準(理想)顯示輸出的模型
、想(α) =爐. 對於在全背光級即P = 1下具有最大輸出W和最小輸出B的實際LCD，輸出被建模
為隨相關背光級P縮放。
對比率CR = ff/Β與背光級無關。 方程40實際LCD的模型
r 亮度保持在此示例性實施例中，使用基於簡單增大和削波的BP過程，其中升壓被選擇以在 可能時補償背光減弱。以下推導示出色階修改，其提供給定背光下基準顯示和實際顯示之 間的輝度匹配。實際顯示的最大輸出和黑色電平兩者隨背光縮放。注意，實際顯示的輸出 被限制成低於經縮放的輸出最大值且高於經縮放的黑色電平。這對應於將輝度匹配色階輸 出削波成0和CVmax.方程41用於匹配輸出的標準
Y理想(CV) = Y實際(P，CV')
f f 丄 丄、 W^-By
W
CV
\r
cvMax
P
CV
cvMax
iV
Al
色階提供最小值以上最大值以下代碼值的輸出的匹配，其中最小值和最大值取決 於相關背光功率P和實際顯示對比率CR = W/B。畸變計算在本發明諸實施例中創建和使用的各個經修改圖像可參照圖54進行描述。在創 建這些示例性修改圖像的每一個時，原始圖像I 840可被用作輸入。在一些實施例中，原始 輸入圖像840被處理(842)以產生理想輸出YaiI844。理想圖像處理器即基準顯示842可 假設理想顯示具有零黑色電平。此輸出YaiI844可表示在基準(理想)顯示上看到的原始 圖像840。在一些實施例中，假設給定背光級，可計算通過將具有此背光級的圖像呈現在實 際IXD上所引起的畸變。
42
在一些實施例中，亮度保持846可用來從圖像I 840產生圖像1，850。圖像1，850 然後可連同所選背光級被發送至實際IXD處理器854。所得輸出被標記為Yipi 858。該基準顯示模型可通過使用輸入圖像1*852來仿真實際顯示的輸出。實際IXD 854的輸出是通過輝度匹配色階函數846傳遞原始圖像I 840以獲取圖 像I』 850的結果。這實際上不會根據背光級來再現基準輸出。然而，實際顯示輸出可在基 準顯示842上仿真。圖像1*852表示發送至基準顯示842以仿真實際顯示輸出從而創建Y 仿》860的圖像數據。通過將圖像I 840削波至由以上相關於方程43和在他處定義的削波 點確定的範圍而產生圖像1*852。在一些實施例中，I*在數學上可描述為方程44經削波圖像
I(cv,P) =
^ip) CV
⑶「低⑵ χ 低 CP)<cv <x高(屍)在一些實施例中，畸變可被定義為具有圖像I的基準顯示的輸出與具有背光級P 和圖像I』的實際顯示的輸出之間的差異。因為圖像I*仿真基準顯示器上實際顯示的輸出， 所以基準和實際顯示之間的畸變等於基準顯示上圖像I和I*之間的畸變。方程 45D(Y理想，Y實際)=D(Y理想，Y仿真)因為兩個圖像都在基準顯示上，所以可在僅圖像數據之間測量畸變而不需要顯示 輸出。
方程46
圖像畸變測量
以上分析示出了圖像I 840在基準顯示上的呈現與在實際顯示上的呈現之間的 畸變等效於圖像I 840和1*852在基準顯示上的呈現之間的畸變。在一些實施例中，逐點 畸變度量可用來定義圖像之間的畸變。給定逐點畸變d，可通過對圖像I和I*之間的差異 求和來計算圖像之間的畸變。因為圖像I*仿真輝度匹配，所以誤差由上限和下限處的削波 組成。在一些實施例中，標準化的圖像直方圖h(x)可被用來定義圖像畸變與背光功率之間 的關係
背光與畸變關係曲線
給定基準顯示、實際顯示、畸變定義和圖像，畸變可在一背光級範圍上計算。在組 合時，此畸變數據可形成背光與畸變關係曲線。背光與畸變關係曲線可使用樣本幀以及具 有零黑色電平的理想實際模型、具有1000 1對比率的實際IXD模型、以及均方差MSE誤
差度量來例示，該樣本幀是從暗室中向外看的視圖的昏暗圖像。圖55是示例性圖像的圖像代碼值的直方圖的圖表。在一些實施例中，畸變曲線可通過利用直方圖計算一背光值範圍的畸變來計算。 圖56是與圖55的直方圖相對應的示例性畸變曲線的圖表；對於此示例性圖像，在低背光值 處，亮度保持不能有效地補償減弱的背光，從而導致畸變的急劇增加880。在高背光級處，受 限的對比率使黑色電平相比於理想顯示升高882。最小畸變範圍存在，並且在一些實施例 中，給出此最小畸變884的最低背光值可通過最小畸變算法來選擇。最優化算法在一些實施例中，諸如圖56所示畸變曲線的畸變曲線可被用來選擇背光值。在一 些實施例中，可選擇每個幀的最小畸變功率。在一些實施例中，當最小畸變值不唯一時，可 選擇給出此最小畸變的最低功率884。將此最優化標準應用於簡短DVD剪輯的結果在圖57 中示出，其標繪出所選背光功率對視頻幀數的關係。在此情形中，平均所選背光890大致為 50%。圖像相關性為了例示本發明一些實施例的圖像相關性質，具有變化內容的示例性測試圖像被 選擇，並且對一背光值範圍計算這些圖像中的畸變。圖39是針對這些示例性圖像的背光與 畸變關係曲線的曲線圖。圖39包括多個曲線圖圖像A 596，全黑圖像；圖像B 590，全白圖 像；圖像C 594，一群人的極暗照片；以及圖像D 598，衝浪者在浪尖上的明亮圖像。注意該曲線的形狀極大地取決於圖像內容。這可在背光級平衡因亮度損失引起的 畸變和因黑色電平升高引起的畸變時預期。黑色圖像596在低背光時具有最小畸變。白色 圖像590在全背光時具有最小畸變。昏暗圖像594在中等背光級下具有最小畸變，其將有 限對比率作為升高黑色電平與亮度減弱之間的有效平衡。對比率顯示對比率可進入實際顯示的定義。圖58示出針對實際顯示的不同對比率的最 小MSE畸變背光確定。注意在1 1對比率限制900下，最小畸變背光取決於圖像平均信 號電平(ASL)。在無窮對比率(零黑色電平)的相反極值下，最小畸變背光取決於圖像最大 值 902。在本發明的一些實施例中，基準顯示模型可包括具有理想零黑色電平的顯示模 型。在一些實施例中，基準顯示模型可包括由視覺亮度模型選擇的基準顯示，並且在一些實 施例中，基準顯示模型可包括環境光傳感器。在本發明的一些實施例中，實際顯示模型可包括具有有限黑色電平的透射GoG模 型。在一些實施例中，實際顯示模型可包括用於透射反射型顯示器的模型，其中輸出被建模 為取決於環境光和顯示器的反射部分。在本發明的一些實施例中，背光選擇過程中的亮度保持(BP)可包括具有削波的 線性增大。在其它實施例中，背光選擇過程可包括用平滑滾降和/或雙通道BP算法的色階
運算器。在本發明的一些實施例中，畸變度量可包括圖像代碼值中的均方差(MSE)作為逐 點度量。在一些實施例中，畸變度量可包括含絕對差之和的逐點誤差度量、多個削波像素和 /或基於直方圖的百分比度量。在本發明的一些實施例中，最優化標準可包括選擇使每一幀中的畸變最小化的背光級。在一些實施例中，最優化標準可包括使最大畸變最小化或使平均畸變最小化的平均 功率限制。IXD動態對比度實施例液晶顯示器(IXD)通常因有限對比率而受損。例如，顯示器的黑色電平可因為背 光洩漏或其它問題而被升高。這可導致黑色區域看起來是灰色而非黑色。通過降低背光級 和相關聯洩漏從而也降低黑色電平，背光調製可減輕此問題。然而，在不補償的情況下使用 時，該技術將具有降低顯示亮度的非期望效果。圖像補償可用來恢復因背光調暗而損失的 顯示亮度。補償通常已被約束為恢復全功率顯示的亮度。如上所述的本發明的一些實施例包括集中於節能的背光調製。在那些實施例中， 目標是以低背光級呈現全功率輸出。這可通過同時調暗背光並增亮圖像來實現。黑色電平 或動態對比度的改進是那些實施例中的有利副作用。在這些實施例中，目標是實現圖像質 量改進。一些實施例可產生以下的圖像質量改進1.由於背光減弱的低黑色電平，2.通過減弱背光引起的洩漏減少而改進暗色的飽和度3.在使用比背光減弱強的補償時，亮度改進4.動態對比度即一序列的明亮幀中的最大值除以暗幀中的最小值的改進5.暗幀中的幀內對比度本發明的一些實施例可經由兩種基本技術實現這些益處的一種或多種背光選擇 和圖像補償。一種挑戰是避免視頻中的閃爍偽像，因為背光和經補償圖像兩者在亮度上都 將有變化。本發明的一些實施例可使用目標色調曲線來降低閃爍的可能性。在一些實施例 中，目標曲線可具有超過面板(具有固定背光)對比率的對比率。目標曲線可用於兩個目 的。首先，目標曲線可在選擇背光時使用。其次，目標曲線可用來確定圖像補償。目標曲線 影響以上提及的圖像質量方面。目標曲線可從全背光亮度下的顯示峰值延伸至最低背光亮 度下的最小顯示值。因此，目標曲線將延伸至用全背光亮度實現的典型顯示值的範圍之下。在一些實施例中，背光輝度或亮度級的選擇可對應於與自然面板對比率相對應的 目標曲線的區間的選擇。此區間隨背光變化而移動。在全背光下，目標曲線的暗區不能在 面板上呈現。在低背光下，目標曲線的亮區不能在面板上呈現。在一些實施例中，為了確定 背光，給出面板色調曲線、面板色調曲線、以及要顯示的圖像。背光級可被選擇成使具有所 選背光的面板的對比度範圍最接近地匹配目標色調曲線下圖像值的範圍。在一些實施例中，圖像可被修改或補償以使顯示輸出儘可能多地落在目標曲線 上。如果背光過高，則目標曲線的暗區不能實現。同樣如果背光低，則目標曲線的亮區不能 實現。在一些實施例中，可通過將固定目標用於補償來最小化閃爍。在這些實施例中，背光 亮度與圖像補償兩者變化，但顯示輸出逼近固定的目標色調曲線。在一些實施例中，目標色調曲線可歸納以上列出的圖像質量改進的一個或多個。 背光選擇與圖像補償兩者可通過目標色調曲線來控制。可執行背光亮度選擇以「最優地」呈 現圖像。在一些實施例中，上述的基於畸變的背光選擇算法可用指定目標色調曲線和面板 色調曲線來應用。在一些示例性實施例中，增益-偏移-Y雜光(GOGF)模型可用於色調曲線，如方 程49所示。在一些實施例中，2. 2的值可用於γ且0可用於偏移，從而留下兩個參數——增益和雜光。面板和目標色調曲線兩者都可用這兩個參數來指定。在一些實施例中，增益 確定最大亮度，而對比率確定加性雜光項。方程48色調曲線模型 其中CR是顯示的對比率，M是最大面板輸出，c是圖像代碼值，T是色調曲線值，而 Y是伽瑪值。為實現動態對比度改進，目標色調曲線與面板色調曲線不同。在最簡單應用中，目 標的對比率CR大於面板的對比率。示例性面板色調曲線在方程49中示出，方程49示例性面板色調曲線 其中CR是面板的對比率，M是最大面板輸出，c是圖像代碼值，T是面板色調曲線 值，而Y是伽瑪值。示例性面板色調曲線在方程50中示出，方程50示例性目標色調曲線 其中CR是目標的對比率，M是最大目標輸出(例如全背光亮度下的最大面板輸 出)，c是圖像代碼值，T是目標色調曲線值，而γ是伽瑪值。一些示例性色調曲線的方面可相關於圖60進行描述。圖59是水平軸上代碼值和 垂直軸上相對輝度的雙對數標繪圖。其中示出了三條色調曲線面板色調曲線1000、目標 色調曲線1001和冪定律曲線1002。面板色調曲線1000從面板黑色點1003延伸至最大面 板值105。目標色調曲線從目標黑色點1004延伸至最大目標/面板值1005。目標黑色點 1004因為受益於較低背光亮度而低於面板黑色點1003，但是，目標色調曲線的整個範圍不 能用於單個圖像，因為對於任意給定幀背光可僅具有一個亮度級，因此當背光亮度被減弱 以獲得較低目標黑色點1004時不能實現最大目標/面板值1005。本發明諸實施例選擇目 標色調曲線最適於所顯示圖像和期望性能目標的範圍。可產生多條目標色調曲線以實現不同優先級。例如，如果節能是主要目標，則針對 目標曲線M和CR的值可被設置成等於面板色調曲線中的相應值。在該節能實施例中，目標 色調曲線等於自然面板色調曲線。背光調製被用來節能，同時除該範圍的頂端外，所顯示圖 像實質上與全功率下顯示上的圖像相同，這在低背光設置下是不可獲得的。示例性節能色調曲線在圖60中示出。在這些實施例中，面板和目標色調曲線相同 1010。背光亮度被減弱，由此允許更低可能目標曲線1011的可能性，但是此可能性在這些 實施例中不使用。相反，通過補償圖像代碼值，圖像被增亮以匹配面板色調曲線1010。當這 不可能時，在由於為節能而減弱背光的面板限制1013下，補償可被捨入1012以避免削波偽像。此捨入可根據以上相關於其它實施例描述的方法來實現。在一些實施例中，可允許削 波或者可由於圖像中的受限動態範圍而不進行削波。在那些情形中，捨入1012可能不是必 要的，並且目標色調曲線在範圍頂端1014處可簡單地跟隨面板色調曲線。在另一示例性實施例中，當較低黑色電平是主要目標時，目標曲線的M的值可被 設置成等於面板色調曲線中的相應值，但目標曲線的CR的值可被設置成等於面板色調曲 線中相應值的4倍。在這些實施例中，目標色調曲線被選擇成降低黑色電平。顯示亮度相 對於全功率顯示不變。目標色調曲線具有與面板相同的最大值M，但具有更高的對比率。在 以上示例中，對比率是自然面板對比率的4倍。或者，目標色調曲線可包括其範圍頂端處的 捨入曲線。假設背光可被調製4 1的倍數。優先考慮黑色電平降低的一些實施例可相關於附圖61進行描述。在這些實施例 中，如上所述地例如利用方程49計算面板色調曲線1020。目標色調曲線1021也針對降低 背光亮度級和更高對比率來計算。在該範圍的頂端，目標色調曲線1024可沿面板色調曲線 延伸。可選地，目標色調曲線可採用捨入曲線1023，其可減少針對降低背光級的顯示限制 1022附近的削波。在另一示例性實施例中，當更明亮圖像是主要目標時，目標曲線的M的值可被設 置成等於面板色調曲線中的相應值的1.2倍，但目標曲線的CR的值可被設置成等於面板色 調曲線中的相應值。目標色調曲線被選擇成增加亮度，從而保持相同的對比率。(注意黑色 電平升高。)目標最大值M比面板最大值大。圖像補償將被用來增亮圖像以實現該增亮。優先考慮圖像亮度的一些實施例可相關於附圖62進行描述。在這些實施例中，面 板色調曲線和目標色調曲線在範圍底端1030附近基本上相似。然而，在此區域之上，面板 色調曲線1032跟隨至最大顯示輸出1033的典型路徑。然而，目標色調曲線跟隨升高路徑 1031，其在此區域中提供更明亮的圖像代碼值。朝向該範圍的頂端，目標曲線1031可包括 捨入曲線1035，其將目標曲線捨入至點1033，在該點處顯示因為降低背光級而不再跟隨目 標曲線。在另一示例性實施例中，當具有較低黑色電平和更明亮中頻的增強圖像是主要目 標時，目標曲線的M的值可被設置成等於面板色調曲線中相應值的1.2倍，但目標曲線的CR 的值可被設置成等於面板色調曲線中相應值的4倍。目標色調曲線被選擇成增大亮度並降 低黑色電平兩者。目標最大值大於面板最大值M且對比率也大於面板對比率。此面板色調 曲線可影響背光選擇和圖像補償兩者。背光將在暗幀中減弱以實現目標的降低黑色電平。 甚至在全背光下可使用圖像補償來實現增大亮度。優先考慮圖像亮度和較低黑色電平的一些實施例可相關於附圖63進行描述。在 這些實施例中，如上所述地例如利用方程49計算面板色調曲線1040。也計算目標色調曲線 1041，但是目標色調曲線1041可在較低黑色點1045處開始以負責降低背光級。目標色調 曲線1041還可跟隨升高路徑來增亮色階中程和上程中的圖像代碼值。因為具有降低背光 級的顯示不能達到最大目標值1042甚至最大面板值1043，所以可採用捨入曲線1044。此 捨入曲線1044可在最大降低背光面板值1046處終止面板色調曲線1041。以上相關於其它 實施例所述的各種方法可用來確定捨入曲線特性。本發明的一些實施例可關於圖64進行描述。在這些實施例中，可計算多條目標 色調曲線，並且可基於圖像特性、性能目標或某其它標準來從所計算曲線集合中作出選擇。
47在這些實施例中，面板色調曲線1127可針對具有升高黑色電平1120的全背光亮度情形產 生。目標色調曲線1128和1129也可產生。這些目標色調曲線1128和1129包括黑色電平 轉換區1122，其中曲線轉換至諸如黑色電平點1121的黑色電平點。這些曲線還包括公用 區，其中來自任一目標色調曲線的輸入點被映射至相同輸出點。在某實施例中，這些目標色 調曲線還可包括亮度捨入曲線1126，其中曲線捨入至諸如以上針對其它實施例所述的最大 亮度級1125。曲線可基於圖像特性從該目標色調曲線集中選擇。作為示例而非限制，具有 許多極暗像素的圖像可受益於較低黑色電平，且具有調暗背光和較低黑色電平的曲線1128 可被選擇用於此圖像。具有許多明亮像素值的圖像可影響具有更高最大亮度1124的曲線 1127的選擇。視頻序列的每個幀可影響對不同目標色調曲線的選擇。如果沒有受管制，不 同色調曲線的使用可引起序列中的閃爍和非期望偽像。然而，由這些實施例的所有目標色 調曲線所共享的公用區1123用來穩定瞬時效應並減少閃爍和類似偽像。本發明的一些實施例可關於圖65進行描述。在這些實施例中，可產生諸如目標色 調曲線1105的目標色調曲線集合。這些目標色調曲線可包括不同的黑色電平轉換區1102， 其可對應於不同的背光亮度級。該目標色調曲線的集合還包括該集合中的所有曲線共享相 同映射的增強公用區1101。在一些實施例中，這些曲線還可包括從公用區轉換至最大亮度 級的亮度捨入曲線1103。在示例性增強目標色調曲線1109中，曲線可在黑色電平點1105 開始並轉換至增強公用區1101，該曲線然後可從增強公用區隨捨入曲線轉換至最大亮度級 1106。在一些實施例中，可能不出現亮度捨入曲線。這些實施例與參照圖65所述的那些實 施例的不同之處在於公用區在面板色調曲線之上。這將輸入像素值映射至更高輸出值，由 此增亮所顯示圖像。在一些實施例中，增強目標色調曲線的集合可產生並選擇性地用於圖 像序列的幀。這些實施例共享用來減少閃爍和相似偽像的公用區。在一些實施例中，可計 算目標色調曲線集合和增強目標色調曲線集合併儲存，以供根據圖像特性和/或性能目標 選擇性地使用。本發明的一些實施例可關於圖66進行描述。在圖66的方法中，確定目標色調曲 線參數(1050)。在一些實施例中，這些參數可包括最大目標面板輸出、目標對比率和/或目 標面板Y值。其它參數還可被用來定義可用來調節或補償圖像以產生性能目標的目標色 調曲線。在這些實施例中，還可計算面板色調曲線(1051)。面板色調曲線被示出以例示典 型面板輸出與目標色調曲線之間的差異。面板色調曲線1051關聯要用於顯示的顯示面板 的特性，並且可用來創建根據其可作出誤差或畸變測量的基準圖像。此曲線1051可基於給 定顯示器的最大面板輸出M和面板對比率CR來計算。在一些實施例中，此曲線可基於最大 面板輸出M、面板對比率CR、面板伽瑪值γ、以及圖像代碼值C。可計算一個或多個目標色調曲線(TTC) (1052)。在一些實施例中，TTC族可在該 族的每一成員基於不同背光級的情況下計算。在其它實施例中，其它參數可不同。在一些 實施例中，可使用最大目標輸出M和目標對比率CR計算目標色調曲線。在一些實施例中， 此目標色調曲線可基於最大面板輸出M、面板對比率CR、面板伽瑪值γ、以及圖像代碼值C。 在一些實施例中，目標色調曲線可呈現圖像的期望變體。例如，目標色調曲線可呈現較低黑 色電平、較明亮圖像區域、經補償區域、和/或捨入曲線中的一個或多個。目標色調曲線可 被呈現為查尋表(LUT)、可經由硬體或軟體計算、或可通過其它手段來表示。
可確定背光亮度級(1053)。在一些實施例中，背光級選擇可受諸如節能的性能目 標、黑色電平標準或其它目標影響。在一些實施例中，背光級可被確定成最小化經處理或增 強圖像與如在假設基準顯示器上顯示的原始圖像之間的畸變或誤差。當圖像值主要極暗 時，較低背光級對於圖像顯示可能是最適當的。當圖像值主要明亮時，更高的背光級對於圖 像顯示可能是最佳選擇。在一些實施例中，用面板色調曲線處理的圖像可與用多個TTC處 理的圖像作比較以確定適當的TTC和相應的背光級。在本發明的一些實施例中，也可在背光選擇和圖像補償選擇方法中考慮具體性能 目標。例如，當節能已被標識為性能目標時，較低背光級可具有優於圖像性能最優化的優先 級。相反，當圖像亮度是性能目標時，較低背光級可具有較低優先級。背光級可被選擇(1053)成使圖像相對於目標色調曲線、假設基準顯示或某其它 標準的誤差或畸變最小化。在一些實施例中，在2006年7月28日提交的題為「用於畸變相 關源光管理的方法和系統」(Methods and Systems forDistortion-Related Source Light Management)的美國專利申請11/460，768中揭示的方法可用來選擇背光級和補償方法，該 專利申請通過引用結合於此。在目標色調曲線計算之後，可用目標色調曲線調節或補償(1054)圖像以實現性 能目標或對降低背光級作補償。此調節或補償可參照目標色調曲線執行。在背光選擇1053和補償或調節1054之後，經調節或補償的圖像可在所選背光級 1055下顯示。本發明的一些實施例可參照圖67進行描述。在這些實施例中，建立圖像增強或處 理目標(1060)。此目標可包括節能、較低黑色電平、圖像增亮、色階調節、或其它處理或增強 目標。基於該處理或增強目標，可選擇目標色調曲線參數(1061)。在一些實施例中，參數選 擇可被自動化並基於這些增強或處理目標。在一些示例性實施例中，這些參數可包括最大 目標輸出M和目標對比率CR。在一些實施例中，這些參數可包括最大目標輸出M、目標對比 率CR、顯示伽瑪值Y、以及圖像代碼值C。可基於所選目標色調曲線參數來計算目標色調曲線(TTC) (1062)。在一些實施例 中，可計算一個集合的TTC。在一些實施例中，該集合包括對應於變化背光級但具有公用 TTC參數的曲線。在其它實施例中，其它參數可不同。可選擇背光亮度級(1063)。在一些實施例中，背光級可參照圖像特性來選擇。在 一些實施例中，背光級可基於性能目標來選擇。在一些實施例中，背光級可基於性能目標和 圖像特性來選擇。在一些實施例中，背光級可通過選擇與性能目標或誤差標準相匹配的TTC 並使用與該TTC相對應的背光級來選擇。一旦選擇了背光級(1063)，就可通過關聯選擇與該級相對應的目標色調曲線。現 在可用目標色調曲線來調節、增強或補償(1064)該圖像。然後可使用所選背光級在顯示器 上顯示(1065)經調節圖像。本發明的一些實施例可參照圖68進行描述。在這些實施例中，標識圖像顯示性能 目標(1070)。這可通過用戶界面執行，用戶通過該用戶界面直接選擇性能目標。這也可通 過用戶查詢執行，用戶通過該用戶查詢標識根據其產生性能目標的優先級。性能目標也可 基於圖像分析、顯示設備特性、設備使用歷史或其它信息來自動標識。基於該性能目標，可自動選擇或產生目標色調曲線參數(1071)。在一些示例性實施例中，這些參數可包括最大目標輸出M和目標對比率CR。在一些實施例中，這些參數可包 括最大目標輸出M、目標對比率CR、顯示伽瑪值、、以及圖像代碼值C。可根據目標色調曲線參數產生(1072) —個或多個目標色調曲線。目標色調曲線 可被表示為方程、一系列方程、表格(例如LUT)或某其它表示。在一些實施例中，每個TTC將對應於一背光級。可通過發現符合標準的相應TTC來 選擇背光級(1073)。在一些實施例中，背光選擇可通過其它方法來作出。如果背光與TTC 無關地選擇，則也可選擇對應於該背光級的TTC。—旦選擇了最終的TTC(1073)，其就可應用於(1074)圖像以增強、補償或以其它 方式處理該圖像以供顯示。然後可顯示經處理圖像(1075)。本發明的一些實施例可參照圖69進行描述。在這些實施例中，標識圖像顯示性能 目標(1080)。這可通過用戶界面執行，用戶通過該用戶界面直接選擇性能目標。這也可通 過用戶查詢執行，用戶通過該用戶查詢標識根據其產生性能目標的優先級。性能目標也可 基於圖像分析、顯示設備特性、設備使用歷史或其它信息來自動標識。還可執行圖像分析 (1081)以標識圖像特性。基於該性能目標，可自動選擇或產生目標色調曲線參數(1082)。還可選擇背光級， 該背光級可被直接標識或者可經由最大顯示輸出值和對比率來表示。在一些示例性實施例 中，這些參數可包括最大目標輸出M和目標對比率CR。在一些實施例中，這些參數可包括最 大目標輸出M、目標對比率CR、顯示伽瑪值、、以及圖像代碼值C。可根據目標色調曲線參數產生(1083)目標色調曲線。目標色調曲線可被表示為 方程、一系列方程、表格(例如LUT)或某其它表示。一旦產生了此曲線(1083)，其就可應 用於(1084)圖像以增強、補償或以其它方式處理該圖像以供顯示。然後可顯示經處理圖像 (1085)。色彩增強和亮度增強本發明的一些實施例包括色彩增強和亮度增強或保持。在這些實施例中，具體色 彩值、範圍或區域可被修改以增強色彩方面以及亮度增強或保持。在一些實施例中，這些修 改或增強可對圖像的低通(LP)版本執行。在一些實施例中，可使用具體色彩增強過程。本發明的一些實施例可參照圖70進行描述。在這些實施例中，可用低通(LP)濾 波器對圖像1130濾波(1131)以產生LP圖像1125。此LP圖像1125可被減去(1134)或 以其它方式與原始圖像1130組合以產生高通(HP)圖像1135。然後用諸如亮度保持(BP) 過程或用於增亮圖像特徵的相似過程的色階過程1133來處理該LP圖像，從而補償降低的 背光級或以其它方式如以上相關於其它實施例所述地修改LP圖像1125。所得的經處理LP 圖像然後可與HP圖像1135組合以產生色階增強圖像，該色階增強圖像然後可用位深擴展 (BDE)過程1139處理。在BDE過程1139中，特別設計的噪聲模式或抖動模式可被應用於 圖像，以降低對因減少圖像位深的後續處理產生的等高線偽像的敏感性。一些實施例可包 括如2004年2月9日提交的且發明人為Scott J. Daly和Xiao-Fan Feng的題為「用於自 適應抖動結構的方法禾口系統」 (Methods and Systems for Adaptive Dither Structures) 的美國專利申請No. 10/775,012中所述的BDE過程，所述申請由此通過引用納入於此。一 些實施例可包括如2003年8月22日提交的且發明人為Xiao-Fan Feng和Scott J. Daly 的題為「用於抖動結構創建和應用的系統和方法」(Systems and Methods for DitherStructure Creation and Application)的美國專利申請 No. 10/645，952 中所述的 BDE 過 程，所述申請通過引用納入於此。一些實施例可包括如2003年9月30日提交的且發明 人為Xiao-Fan Feng和Scott J. Daly的題為「用於多維抖動結構創建和應用的系統和方 法，，(Systems and Methods for Dither Structure Creation and Application)白勺美國 專利申請No. 10/676,891中所述的BDE過程，所述申請由此通過引用納入於此。然後可顯 示或進一步處理所得的BDE增強圖像1129。BDE增強圖像1129將不太可能在其位深如以 上通過引用結合於此的申請中所述地減少時示出等高線偽像。本發明的一些實施例可參照圖71進行描述。在這些實施例中，可對圖像1130低 通(LP)濾波(1131)以產生圖像的LP版本。此LP版本可被發送至色彩增強模塊1132以 供處理。該色彩增強模塊1132可包括色彩檢測功能、色彩映射細化功能、色彩區域處理功 能和其它功能。在一些實施例中，色彩增強模塊1132可包括膚色檢測功能、膚色映射細化 功能和膚色區域處理以及非膚色區域處理。色彩增強模塊1132中的功能可導致圖像元的 修改色彩值，諸如像素強度值。在色彩修改之後，經色彩修改的LP圖像可被發送至亮度保持或亮度增強模塊 1133。該模塊1133與以上所述的其中圖像值用色階曲線或類似方法調節或修改以改進亮 度特性的許多實施例相似。在一些實施例中，色階曲線可與源光或背光級相關。在一些實 施例中，色階曲線可對降低背光級作出補償。在一些實施例中，色階曲線可增亮圖像或以其 它方式與任何背光級無關地修改圖像。然後經色彩增強、亮度增強的圖像可與圖像的高通(HP)版本組合。在一些實施例 中，圖像的HP版本可通過從原始圖像1130減去(1134) LP版本創建，從而產生圖像的HP版 本1135。經色彩增強、亮度增強的圖像與圖像的HP版本1135的組合1137產生經增強圖像 1138。本發明的一些實施例可包括圖像相關的背光選擇和/或對HP圖像的單獨增益處 理。這兩個附加元件是不相關的獨立元件，但可相關於包括圖72中所示兩個元件的實施例 進行描述。在此示例性實施例中，圖像1130可被輸入至其中可產生LP圖像1145的濾波器 模塊1131。然後可從原始圖像1130減去LP圖像1145以產生HP圖像1135。LP圖像1145 還可被發送至色彩增強模塊1132。在一些實施例中，原始圖像1130還可被發送至背光選擇 模塊1140，以用於確定背光亮度級。該色彩增強模塊1132可包括色彩檢測功能、色彩映射細化功能、色彩區域處理功 能和其它功能。在一些實施例中，色彩增強模塊1132可包括膚色檢測功能、膚色映射細化 功能和膚色區域處理以及非膚色區域處理。色彩增強模塊1132中的功能可導致圖像元的 修改色彩值，諸如像素強度值。亮度保持(BP)或亮度增強色階模塊1141可接收LP圖像1145，以供用色階操作進 行處理。色階操作可取決於從背光選擇模塊1140接收的背光選擇信息。當用色階操作實 現亮度保持時，背光選擇信息在確定色階曲線時有用。當在沒有背光補償的情況下僅執行 亮度增強時，可能不需要背光選擇信息。也可使用以上對相似實施例所述的方法在HP增益模塊1136中處理HP圖像1135。 HP增益模塊中的增益處理將產生經修改HP圖像1147。因色階模塊1141中的色階處理所產 生的經修改LP圖像1146然後可與經修改HP圖像1147組合(1142)以產生增強圖像1143。
增強圖像1143可利用用背光1144的背光調製在顯示器上顯示，背光1144已從背 光選擇模塊1140處接收到背光選擇數據。因此，圖像可以降低的或以其它方式調製的背光 設置、但以補償背光調製的經修改圖像值顯示。類似地，可以全背光亮度顯示包括LP色階 處理和HP增益處理的亮度增強圖像。本發明的一些實施例可參照圖73進行描述。在這些實施例中，原始圖像1130被 輸入至可產生LP圖像1155的濾波器模塊1150。在一些實施例中，濾波器模塊也可產生直 方圖1151。LP圖像1155可被發送至色彩增強模塊1156以及減法過程1157，在該減法過程 1157中將從原始圖像1130中減去LP圖像1155以形成HP圖像1158。在一些實施例中，HP 圖像1158也可進行去核(coring)處理1159，其中從HP圖像1158中去除一些高頻成分。 該去核處理將產生經去核的HP圖像1160，其然後可用增益映射1162處理(1161)以實現亮 度保持、增強或以上針對其它實施例所述的其它處理。增益映射處理1161將產生經增益映 射的HP圖像1168。可在色彩增強模塊1156中用色彩檢測功能、色彩映射細化功能、色彩區域處理功 能和其它功能來處理髮送至該模塊的LP圖像1155。在一些實施例中，色彩增強模塊1156 可包括膚色檢測功能、膚色映射細化功能和膚色區域處理以及非膚色區域處理。色彩增強 模塊1156中的功能可產生針對圖像元的經修改色彩值，諸如像素強度值，這些經修改色彩 值可被記錄為經色彩增強的LP圖像1169。經色彩增強的LP圖像1169然後可在BP色階或增強色階模塊1163中被處理。亮 度保持(BP)或亮度增強色階模塊1163可接收經色彩增強的LP圖像1169，以供用色階操作 進行處理。色階操作可取決於從背光選擇模塊1154接收的背光選擇信息。當用色階操作 實現亮度保持時，背光選擇信息在確定色階曲線時有用。僅當亮度增強在沒有背光補償的 情況下執行時，可能不需要背光選擇信息。在色階模塊1163內執行的色階操作可取決於圖 像特性、應用的性能目標以及其它參數，但與背光信息無關。在一些實施例中，圖像直方圖1151可被延遲(1152)以使色彩增強模塊1156和色 階模塊1163有時間執行其功能。在這些實施例中，經延遲的直方圖1153可被用來影響背 光選擇1154。在一些實施例中，來自前一幀的直方圖可被用來影響背光選擇1154。在一些 實施例中，來自當前幀的前兩個幀的直方圖可被用來影響背光選擇1154。一旦執行背光選 擇，就可由色階模塊1163使用背光選擇數據。一旦經色彩增強的LP圖像1169通過色階模塊1163處理，所得的經色彩增強、亮 度增強的LP圖像1176可與經增益映射的HP圖像1168組合(1164)。在一些實施例中，此 過程1164可以是一加法過程。在一些實施例中，從該組合過程1164產生的經組合的增強 圖像1177將是供圖像顯示的最終產物。此經組合的增強圖像1177可利用以從背光選擇模 塊1154接收的背光設置調製的背光1166在顯示器上顯示。本發明的一些色彩增強模塊可參照圖74進行描述。在這些實施例中，LP圖像 1170可被輸入至色彩增強模塊1171。在色彩增強模塊1171中各種處理可被應用於LP圖 像1170。膚色檢測處理1172可應用於LP圖像1170。膚色檢測處理1172可包括分析LP 圖像1170中每個像素的色彩並基於該像素色彩指派膚色可能性值。該處理可產生膚色可 能性映射。在一些實施例中，查找表(LUT)可用來確定色彩是一膚色的可能性。其它方法 也可用來確定膚色可能性。一些實施例可包括以上所述以及在通過引用結合於此的其它申請中所述的膚色檢測方法。所得的膚色可能性映射可通過膚色映射細化處理1173來處理。LP圖像1170也 可被輸入至此細化處理1173或被其訪問。在一些實施例中，此細化處理1173可包括圖像 驅動的非線性低通濾波器。在一些實施例中，細化處理1173可包括當相應圖像色彩值離 相鄰像素色彩值在特定色彩空間距離內時並且當圖像像素和相鄰像素在特定空間距離內 時對膚色映射值應用的取平均處理。通過此處理修改或細化的膚色映射然後可被用來標識 LP圖像內的膚色區域。該膚色區域外的區域也可被標識為非膚色區域。在色彩增強模塊1171中，LP圖像1170然後可通過僅對膚色區域應用色彩修改處 理1174來進行微分處理。在一些實施例中，色彩修改處理1174可僅應用於非膚色區域。在 一些實施例中，第一色彩修改處理可被應用於膚色區域，而第二色彩修改處理可被應用於 非膚色區域。這些色彩修改處理的每一個將產生經色彩修改或增強的LP圖像1175。在一 些實施例中，經增強的LP圖像可在色階模塊(例如BP)或增強色階模塊1163中進一步處 理。本發明的一些實施例可參照圖75進行描述。在這些實施例中，可對圖像1130低 通(LP)濾波(1131)以產生圖像的LP版本。此LP版本可被發送至色彩增強模塊1132以 供處理。該色彩增強模塊1132可包括色彩檢測功能、色彩映射細化功能、色彩區域處理功 能以及其它功能。在一些實施例中，色彩增強模塊1132可包括膚色檢測功能、膚色映射細 化功能和膚色區域處理以及非膚色區域處理。色彩增強模塊1132中的功能可導致圖像元 的經修改色彩值，諸如像素強度值。在色彩修改之後，經色彩修改的LP圖像可被發送至亮度保持或亮度增強模塊 1133。該模塊1133與以上所述的其中圖像值用色階曲線或類似方法調節或修改以改進亮 度特性的許多實施例相似。在一些實施例中，色階曲線可與源光或背光級相關。在一些實 施例中，色階曲線可對降低背光級作出補償。在一些實施例中，色階曲線可增亮圖像或以其 它方式與任何背光級無關地修改圖像。然後經色彩增強、亮度增強的圖像可與圖像的高通(HP)版本組合。在一些實施例 中，圖像的HP版本可通過從原始圖像1130減去(1134)LP版本來創建，從而產生圖像的HP 版本1135。經色彩增強、亮度增強的圖像與圖像的HP版本1135的組合1137產生經增強圖 像 1138。在這些實施例中，可對經增強圖像1138執行位深擴展(BDE)處理1139。此BDE處 理1139可減少當位深受限制時產生的可見偽像。一些實施例可包括如以上提及的通過引 用結合於此的專利申請中所述的BDE處理。本發明的一些實施例可參照圖76進行描述。這些實施例與參照圖73所述的那些 實施例相似，但包括附加的位深擴展處理。在這些實施例中，原始圖像1130被輸入至可產生LP圖像1155的濾波器模塊 1150。在一些實施例中，濾波器模塊也可產生直方圖1151。LP圖像1155可被發送至色彩 增強模塊1156以及減法過程1157，在該減法過程1157中將從原始圖像1130中減去LP圖 像1155以形成HP圖像1158。在一些實施例中，HP圖像1158也可進行去核(coring)處 理1159，其中從HP圖像1158中去除一些高頻成分。該去核處理將產生經去核的HP圖像 1160，其然後可用增益映射1162處理(1161)以實現亮度保持、增強或以上針對其它實施例所述的其它處理。增益映射處理1161將產生經增益映射的HP圖像1168。發送至色彩增強模塊1156的LP圖像1155可在該模塊中用色彩檢測功能、色彩映 射細化功能、色彩區域處理功能和其它功能來處理。在一些實施例中，色彩增強模塊1156 可包括膚色檢測功能、膚色映射細化功能和膚色區域處理以及非膚色區域處理。色彩增強 模塊1156中的功能可產生針對圖像元的經修改色彩值，諸如像素強度值，這些經修改色彩 值可被記錄為經色彩增強的LP圖像1169。經色彩增強的LP圖像1169然後可在BP色階或增強色階模塊1163中處理。亮度 保持(BP)或亮度增強色階模塊1163可接收經色彩增強的LP圖像1169，以供用色階操作進 行處理。色階操作可取決於從背光選擇模塊1154接收的背光選擇信息。當用色階操作實 現亮度保持時，背光選擇信息在確定色階曲線時有用。當在沒有背光補償的情況下僅執行 亮度增強時，可能不需要背光選擇信息。在色階模塊1163內執行的色階操作可取決於圖像 特性、應用的性能目標以及其它參數，但與背光信息無關。在一些實施例中，圖像直方圖1151可被延遲(1152)以使色彩增強模塊1156和色 階模塊1163有時間執行其功能。在這些實施例中，經延遲的直方圖1153可被用來影響背 光選擇1154。在一些實施例中，來自前一幀的直方圖可被用來影響背光選擇1154。在一些 實施例中，來自當前幀的前兩個幀的直方圖可被用來影響背光選擇1154。一旦執行背光選 擇，就可由色階模塊1163使用背光選擇數據。一旦經色彩增強的LP圖像1169通過色階模塊1163處理，所得的經色彩增強、亮 度增強的LP圖像1176可與經增益映射的HP圖像1168組合(1164)。在一些實施例中，此 過程1164可以是一加法過程。在一些實施例中，從此組合過程1164產生的經組合增強圖 像1177可用位深擴展(BDE)處理1165來處理。此BDE處理1165可減少位深受限制時產生 的可見偽像。一些實施例可包括如以上提及的通過引用結合於此的專利申請中所述的BDE 處理。在BDE處理1165之後，此經增強圖像1169可利用以從背光選擇模塊1154接收的 背光設置調製的背光1166在顯示器上顯示。本發明的一些實施例可參照圖77進行描述。在這些實施例中，可用低通(LP)濾 波器對圖像1180濾波(1181)以產生LP圖像1183。此LP圖像1183可被減去(1182)或以 其它方式與原始圖像1180組合以產生高通(HP)圖像1189。然後可用色彩增強模塊1184 來處理該LP圖像。在色彩增強模塊1184中，可對LP圖像應用各種處理。膚色檢測處理 1185可應用於LP圖像1183。膚色檢測處理1185可包括分析LP圖像1183中每個像素的 色彩並基於該像素色彩指派膚色可能性值。該處理可產生膚色可能性映射。在一些實施例 中，查找表(LUT)可用來確定色彩是一膚色的可能性。其它方法也可用來確定膚色可能性。 一些實施例可包括以上所述以及在通過引用結合於此的其它申請中所述的膚色檢測方法。所得的膚色可能性映射可通過膚色映射細化處理1186來處理。LP圖像1183也可 被輸入至此細化處理1186或被其訪問。在一些實施例中，此細化處理1186可包括圖像驅 動的非線性低通濾波器。在一些實施例中，細化處理1186可包括當相應圖像色彩值離相 鄰像素色彩值在特定色彩空間距離內時並且當圖像像素和相鄰像素在特定空間距離內時 對膚色映射中的值應用的取平均處理。通過此處理修改或細化的膚色映射然後可被用來標 識LP圖像內的膚色區域。膚色區域外的區域也可被標識為非膚色區域。
在色彩增強模塊1184中，LP圖像1183然後可通過僅對膚色區域應用色彩修改處 理1187來進行微分處理。在一些實施例中，色彩修改處理1187可僅應用於非膚色區域。在 一些實施例中，第一色彩修改處理可被應用於膚色區域，而第二色彩修改處理可被應用於 非膚色區域。這些色彩修改處理的每一個將產生經色彩修改或增強的LP圖像1188。此經增強的LP圖像1188然後可與HP圖像1189相加或以其它方式與之組合，從 而產生經增強圖像1192。本發明的一些實施例可參照圖78進行描述。在這些實施例中，可用低通(LP)濾 波器對圖像1180濾波(1181)以產生LP圖像1183。此LP圖像1183可被減去(1182)或以 其它方式與原始圖像1180組合以產生高通(HP)圖像1189。然後可用色彩增強模塊1184 來處理該LP圖像。在色彩增強模塊1184中，可對LP圖像應用各種處理。膚色檢測處理 1185可應用於LP圖像1183。膚色檢測處理1185可包括分析LP圖像1183中每個像素的 色彩並基於該像素色彩指派膚色可能性值。該處理可產生膚色可能性映射。在一些實施例 中，查找表(LUT)可用來確定色彩是一膚色的可能性。其它方法也可用來確定膚色可能性。 一些實施例可包括以上所述以及在通過引用結合於此的其它申請中所述的膚色檢測方法。所得的膚色可能性映射可通過膚色映射細化處理1186來處理。LP圖像1183也可 被輸入至此細化處理1186或通過其訪問。在一些實施例中，此細化處理1186可包括圖像 驅動的非線性低通濾波器。在一些實施例中，細化處理1186可包括當相應圖像色彩值離 相鄰像素色彩值在特定色彩空間距離內時並且當圖像像素和相鄰像素在特定空間距離內 時對膚色映射中的值應用的取平均處理。通過此處理修改或細化的膚色映射然後可被用來 標識LP圖像內的膚色區域。膚色區域外的區域也可被標識為非膚色區域。在色彩增強模塊1184中，然後可通過僅對膚色區域應用色彩修改處理1187來對 LP圖像1183進行微分處理。在一些實施例中，色彩修改處理1187可僅應用於非膚色區域。 在一些實施例中，第一色彩修改處理可被應用於膚色區域，而第二色彩修改處理可被應用 於非膚色區域。這些色彩修改處理的每一個將產生經色彩修改或增強的LP圖像1188。該經增強LP圖像1188然後可與HP圖像1189相加或以其它方式組合以產生經增 強圖像，該經增強圖像然後可用位深擴展(BDE)處理1191處理。在BDE處理1191中，特別 設計的噪聲模式或抖動模式可被應用於圖像，以降低對因減少圖像位深的後續處理產生的 等高線偽像的敏感性。一些實施例可包括如以上提及的通過引用結合於此的專利申請中所 述的BDE處理。然後可顯示或進一步處理所得的BDE增強圖像1193。經BDE增強的圖像 1193在如以上通過引用結合的申請中所述其位深被減小時將較不可能顯示等高線偽像。本發明的一些實施例包括在硬體實現的約束下實現高質量背光調製和亮度保持 的細節。這些實施例可參照圖73和76中所示的實施例進行描述。一些實施例包括駐留在圖73和76中的背光選擇塊1154和BP色階塊1163中的 元件。這些實施例的一部分可減少存儲器消耗和實時計算需求。直方圖計算在這些實施例中，對圖像代碼值而非輝度值計算直方圖。因而不需要色彩轉換。在 一些實施例中，初始算法可對圖像的所有樣本計算直方圖。在這些實施例中，直方圖計算直 到接收到圖像的最後一個樣本時才能完成。在背光選擇和補償色調曲線設計能夠完成之前 必須獲得所有樣本並且必須完成直方圖。
這些實施例具有若干複雜性問題 因為直到完成直方圖時才能對第一像素作補償，所以需要幀緩存器-RAM 因為其它功能元件被停止以等待結果，所以幾乎沒有時間可用於直方圖和背光 選擇運算-計算 必須處理以對所有圖像樣本計算一直方圖的大量圖像樣本_計算 對於10比特的圖像數據而言，10比特的直方圖需要相對大的存儲器來保存數 據，並需要在畸變最優化中檢查大量點-RAM和計算本發明的一些實施例包括用於克服這些問題的技術。為了消除對幀緩存器的需 要，前一幀的直方圖可被用作背光選擇算法的輸入。來自幀η的直方圖被用作幀n+1、n+2 或另一後續幀的輸入，由此消除對幀緩存器的需要。為了允許計算時間，可將直方圖延遲一個或兩個附加幀，從而來自幀η的直方圖 被用作供幀n+2、n+3等的背光選擇的輸入。這允許背光選擇算法有從幀η結束處至例如 n+2的後續幀開始處的時間來計算。在一些實施例中，背光選擇算法的輸出上的時間濾波器可用來降低對背光選擇中 相對於輸入幀的該幀延遲的敏感度。為了減少在計算每個直方圖時必須處理的樣本數量，一些實施例可使用一區塊而 非單獨的像素。對於每個色彩平面和每個區塊，計算最大樣本。可對這些區塊最大值計算 直方圖。在一些實施例中，最大值仍然在每個色彩平面上計算。由此，具有M個區塊的圖像 將具有對直方圖的3-M個輸入。在一些實施例中，可對量化到小比特範圍即6比特的輸入數據計算直方圖。在這 些實施例中，減少了保存直方圖所需的RAM。另外，在畸變相關實施例中，畸變搜索所需的操 作也減少。以下以函數1的代碼形式描述示例性直方圖計算實施例。函數1IlComputeHi stogramH基於區塊上的最大值計算直方圖//在定義中設置的區塊大小和直方圖位深//相關全局變量//gHistogramBlockSize//gN_HistogramBins//N_PIPELINE_CODEVALUESvoid ComputeHi stogram (SH0RT*pSource, IMAGE_SIZE size, UINT32*pHistogram){
SHORT cv ；SHORT bin ；SHORT r, c, k ；SHORT block ；SHORT cvMax ；SHORT BlockRowCount ；SHORT nHistogramBlocksffide ；nHistogramBlocksffide = size. width/gHistogramBlockSize ；/*清除直方圖*/for (bin = O ；bin < gN_HistogramBins ；bin++)pHistogram = O ；//將區塊上的最大值用於直方圖，不要混合色彩//跟蹤區塊的每一掃描行中的最大值，並且在掃描行上取最大值II初始化BlockRowCount = O ；for(k = O ;k < NC0L0RS ；k++)for(block = O ；block < nHistogramBlocksffide ；block++)MaxBlockCodeValue = O ；for (r = O ;r < size, height ；r++){//單個掃描行for (c = O ;c < size, width ；c++){block = c/gHistogramBlockSize ；for(k = O ;k MaxBlockCodeValue)MaxBlockCodeValue = cv ；}}//完成了成行的區塊？if (r == (gHistogramBlockSize* (BlockRowCount+1) -1)){//更新直方圖並遞增BlockRowCountfor(k = O ;k < NC0L0RS ；k++)for(block = O ；block < nHistogramBlocksffide ；block++){cvMax = MaxBlockCodeValue ；
bin = (SHORT)((cvMax*(int)gN_HistogramBins+(N_PIPELINE_C0DEVALUES/2))/ ((SHORT)N_PIPELINE_CODEVALUES))；pHistogram++ ；}BlockRowCount = BlockRowCount+1 ；//重置最大值for(k = O ;k < NCOLORS ；k++)for(block = O ；block < nHistogramBlocksffide ；block++)MaxBlockCodeValue = O ；}}return ；}目標和實際顯示模型在一些實施例中，畸變和補償算法取決於用來描述目標和基準顯示器的冪函數。
該冪函數或「Y」可以整數表示離線計算。在一些實施例中，該實時計算可利用Y冪函數 的預先計算的整數值。以下列示為函數2的樣本代碼描述一示例性實施例。函數 2void InitPowerOfGamma (void){inti ；//在此初始化ROM表格for(i = O ;i < N_PIPELINE_C0DEVALUES ；i++){PowerOfGamma = pow (i/((double) N_PIPELINE_C0DEVALUES_1)，GAMMA)；IntPowerOfGamma = (UINT32) ((1 < < N_BITS_INT_GAMMA) *Power0fGamma+0. 5)；}return ；}在一些實施例中，目標和實際顯示兩者可用雙參數GOG-F模型建模，該模型實時
地用來控制基於畸變的背光選擇過程和背光補償算法。在一些實施例中，目標(基準)顯 示和實際面板兩者可建模為具有帶加性偏移的2. 2 γ功率規則。該加性偏移可確定顯示的 對比率。畸變權重的計算在一些實施例中，對於每個背光級和輸入圖像，可計算期望輸出圖像與給定背光 級上的輸出之間的畸變。結果是對每個直方圖面元(bin)和每個背光級的權重。通過僅對 所需背光級計算畸變權重，所使用RAM的大小被保持於最小或減小水平。在這些實施例中， 在線計算使算法能適應對基準或目標顯示的不同選擇。該計算涉及兩個元素，即圖像直方 圖和畸變權重集合。在其它實施例中，所有可能背光值的畸變權重被離線計算並儲存在ROM
58中。為了降低ROM要求，畸變權重可針對每個幀的每個感興趣背光級計算。給定期望和面 板顯示模型以及背光級列表，可對每個幀計算這些背光級的畸變權重。以下示出作為函數 3的一示例性實施例的樣本代碼。函數 3/氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺
vl^ vl^ vl^ vl^ vL^ vL^ vL^ vL^ vL^ vL^ vL^ vL^ vL^ vL^ vL^ vL^ vL^ vL^ vL^//void ComputeBackLightDistortionffeightH計算畸變需要大的位深II針對所選背光級列表和面板參數計算畸變權重//相關全局變量//MAX_BACKLIGHT_SEARCH//N_BITS_INT_GAMMA//N_PIPELINE_CODEVALUES//IntPowerOfGamma//gN_HistogramBins氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺氺
vl^ vl^ vl^ vl^ vL^ vL^ vL^ vL^ vL^ vL^ vL^ vL^ vL^ vL^ vL^ vL^ vL^ /
/void ComputeBackLightDistortionWeight(SHC)RT nBackLightsSearched,SHORT Blackffeight,SHORT ffhiteffeight,SHORT PanelCR,SHORT TargetCR,SHORTBackLightLevelReference,SHORTBackLightLevelsSearched){SHORT b ；SHORT bin ；SHORT cvL, cvH ；—int64X, Y, D, Dmax ；Dmax = (1 << 30)；Dmax = Dmax*Dmax ;for (b = O ;b < nBackLightsSearched ；b++){SHORT r, q ；r = N_PIPELINE_CODEVALUES/gN_HistogramBins ；H找出所搜索的每個背光的低代碼值和高代碼值Il
PanelOutput = BackLightSearched*((I-PanelFlare)*y"Gamma+PanelFlare)IlTargetOutput = BackLightLevelReference*((I-TargetFlare)*x"Gamma+Targe tFlare)//對於cvL，找出使得最小面板輸出在目標輸出上實現的χ//TargetOutput(cvL) = min (P an e 1 Ou t ρ u t)=
BackLightSearched^PanelFlareIlBackLightLevelReference* ((I-TargetFlare)*cvL"Gamma+TargetFlare)= BackLightSearched/PaneICRIlBackLightLevelReference/TargetCR*((TargetCR-I)*cvL"Gamma+l)= BackLightSearched/PaneICRIlPanelCR^BackLightLevelReference* ((TargetCR-I) *cvL"Gamma+1)= TargetCR^BackLightSearchedIlPanelCR^BackLightLevelReference*((TargetCR-I)^IntPowerOfGamma+(1 << N_BITS_INT_GAMMA)) = TargetCR^BackLightSearched*(1 << N_BITS_INT_GAMMA))X = TargetCR ；X = X^BackLightLevelsSearched ；X = X*(l << N_BITS_INT_GAMMA)；for (cvL = 0 ；cvL < N_PIPELINE_CODEVALUES ；cvL++){Y = IntPowerOfGamma ；Y = Y* (TargetCR-I);Y = Y+(l << N_BITS_INT_GAMMA)；Y = Y^BackLightLevelReference ；Y = Y*PanelCR ；if (Χ <= Y)break ；}//對於cvH，找出使得最大面板輸出在目標輸出上實現的χ//TargetOutput(cvH) = max (PanelOutput) = BackLightSearched*lIlBackLightLevelReference* ((I-TargetFlare)*cvH"Gamma+TargetFlare)=
BackLightSearchedIlBackLightLevelReference/TargetCR*((TargetCR-I)*cvH"Gamma+l)=BackLightSearched//BackLightLevelReference ( (TargetCR-I) *cvH"Gamma+l)= TargetCR氺BackLightSearched//BackLightLevelReference((TargetCR-I)^IntPowerOfGamma+(1 < < N_BITS_ INT_GAMMA)) = TargetCR^BackLightSearched*(1 < < N_BITS_INT_GAMMA)X = TargetCR ；X = X氺BackLightLevelsSearched ；X = X*(l <= O ；cvH—){Y = IntPowerOfGamma ；Y = Y* (TargetCR-I)；Y = Y+(l <= Y)break ；}II建立畸變權重for (bin = O ；bin < gN_HistogramBins ；bin++){SHORT k ；D = 0；for(q = 0 ;q < r ；q++){k = r氺bin+q ;if (k = cvH)D+ = Whiteffeight*(k-cvH)*(k-cvH)；}if (D > Dmax)D = Dmax ；gBackLightDistortionffeights = (UINT32)D ；}}return ；}
對背光的二次採樣搜索在一些實施例中，背光選擇算法可包括使每個背光級上的目標顯示輸出和面板輸 出之間的畸變最小化的處理。為了減少必須估算的背光級的數量與必須計算和儲存的畸變 權重的數量兩者，可在搜索中使用背光級的子集合。在一些實施例中，可使用對搜索二次採樣的兩種示例性方法。在第一種方法中，可 能範圍的背光級被粗糙量化至例如4個比特。搜索該經量化級的子集以尋找最小畸變。在 一些實施例中，可使用絕對最小值和最大值來完成。在第二種方法中，使用發現用於最後一 幀的背光級附近的一範圍值。例如，搜索來自最後一幀的背光級的士4、士2、士 1和+0連同 絕對最小級和最大級。在該後一方法中，第二範圍中的限制對所選背光級中的變化施加某 限制。在一些實施例中，場景切換檢測被用來控制二次採樣。在一場景內，BL搜索以最後 一幀的背光周圍的小搜索窗口為中心。在場景切換邊界，搜索在可能BL值的範圍中分配少 量的點。同一場景中的後續幀使用以前一幀的BL周圍的搜索為中心的先前方法，直到檢測 到另一場景切換。單個BP補償曲線的計算在一些實施例中，可在操作期間使用若干不同背光級。在其它實施例中，用於背光 級的窮盡集合的補償曲線被離線地計算、然後儲存在ROM中以供實時圖像補償。通過注意 到在每個幀中僅需要單個補償曲線，可降低此存儲器要求。由此，針對每個幀計算補償色調 曲線並將其保存在RAM中。在一些實施例中，補償曲線的設計像在離線設計中使用一樣。一 些實施例可包括如上所述線性增大至最大保真度點(MFP)、然後平滑滾降的曲線。時間濾波器在具有背光調製的系統中的一個關注點是閃爍。這可通過使用圖像處理補償技術 來減少。然而，存在對補償的一些限制，其在背光變化快時會產生偽像。在一些情形中，黑 色和白色點跟蹤背光並且在所有情形中都不能得到補償。此外，在一些實施例中，背光選擇 可基於來自延遲幀的數據，並且由此可與實際幀數據不同。為了在背光計算中調節黑色/ 白色電平閃爍並使直方圖能被延遲，可使用時間濾波器來平滑發送至背光控制單元的實際 背光值和相應補償。納入亮度變化出於各種原因，用戶可能想要改變顯示的亮度。問題是在背光調製環境中如何這 樣做。因此，一些實施例可供操縱基準顯示的亮度之用，而使背光調製和亮度補償組件不 變。以下作為函數4描述的代碼例示了其中基準背光係數或者被設置為最大值，或者被設 置成取決於APL被用來改變最大顯示亮度時的平均圖片電平(APL)的值的一示例性實施 例。函數 4if(gStoredMode){BackLightIndexReference = N_BACKLIGHT_VALUES_1 ；}
else{APL = ComputeAPL(pHistogram)；//時間濾波器APLif (fir stFrame){for(i = (APL_FILTER_LENGTH-1) ；i >= 0 ；i—){APL_Hi story = APL ；}}for(i = (APL_FILTER_LENGTH-1) ；i >= 1 ；i—){APL_History = APL_History ；}APL_History = APL ； APL = 0 ；for(i = 0 ;i < APL_FILTER_LENGTH ；i++)APL = APL+APL_History*IntAplFilterTaps ；

APL= (APL+(1 < > APL_FILTER_SHIFT ；BackLightIndexReference = APL2BackLightIndex ；}加權誤差向量實施例本發明的一些實施例包括利用加權誤差向量來選擇背光或源光照度級的方法和 系統。在一些實施例中，選擇多個源光照度級，從中可作出最終選擇以供目標圖像的光照。 面板顯示模型然後可用來針對源光照度級中的每一個計算顯示輸出。在一些實施例中，如 相關於前述實施例所述的基準顯示模型或實際顯示模型可用來確定顯示輸出電平。還可產 生目標輸出曲線。然後可通過將面板輸出與目標輸出曲線作比較來對每個源光照度級確定 誤差向量。也可對目標圖像產生圖像直方圖或枚舉圖像值的類似結構。與圖像直方圖或結構 中的每個圖像代碼值相對應的值然後可被用來加權具體圖像的誤差向量。在一些實施例 中，直方圖面元中對應於特定代碼值的命中數量可乘以該代碼值的誤差向量值，從而產生 經加權的圖像專屬誤差向量值。加權誤差向量可包括圖像中每個代碼值的誤差向量值。該 圖像專屬的源光照度級專屬的誤差向量然後可被用作因對該特定圖像使用指定源光照度 級而產生的誤差的指示。每個源光照度級的誤差向量數據的比較可指示哪一個照度級將對該具體圖像產 生最小誤差。在一些實施例中，加權誤差向量代碼值的和可被稱為加權圖像誤差。在一些 實施例中，針對具體圖像的對應於最小誤差或最小加權圖像誤差的光源照度級可被選擇用 於顯示該圖像。在一視頻序列中，對每個視頻幀進行該處理，從而產生可對每個幀變化的動態源光照度級。本發明的一些示例性實施例的多個方面可關於圖79進行描述，圖79示出目標輸 出曲線2000和若干顯示輸出曲線2002-2008。目標輸出曲線2000表示圖像代碼值(在水平 軸上示出)和顯示輸出(在垂直軸上示出)之間的期望關係。還對從25%至100%的源光 照度級示出顯示輸出曲線2002-2008。在2002處示出25%背光的顯示輸出曲線。在2004 處示出50%背光的顯示輸出曲線。在2006處示出75%背光的顯示輸出曲線。在2008處 示出100%背光的顯示輸出曲線。在一些實施例中，顯示輸出曲線2002-2008與目標輸出曲 線2000之間的垂直差可表示與該位置處的代碼值相對應的誤差值，或與該誤差值成比例。 在一些實施例中，針對代碼值集合的這些誤差值的累積可被稱為誤差向量。本發明的一些示例性實施例的多個方面可關於圖80進行描述，圖80示出特定顯 示光源照度級的誤差向量曲線。該附圖中的誤差向量曲線對應於圖79的目標和顯示輸出 曲線2000-2008。在2016處示出25%背光的誤差向量曲線。在2014處示出50%背光的誤 差向量曲線。在2012處示出75%背光的誤差向量曲線。在2010處示出100%背光的誤差 向量曲線。在圖80中示出的這些示例性實施例中，利用均方誤差值來使所有的誤差值為正 數。在其它實施例中，誤差值可通過其它方法來確定，並且在一些情形中可存在負誤差值。在本發明的一些實施例中，誤差向量可與圖像數據組合以創建圖像特定的誤差 值。在一些實施例中，圖像直方圖可與一個或多個誤差向量相組合以創建直方圖加權誤差 值。在一些實施例中，特定代碼值的直方圖面元計數值可乘以與該代碼值相對應的誤差值， 從而產生經直方圖加權的誤差值。圖像在給定背光照度級下圖像的所有經直方圖加權的代 碼值的和可被稱為直方圖加權誤差。可針對多個背光照度級的每一個確定直方圖加權誤 差。背光照度級選擇可基於與背光照度級相對應的直方圖加權誤差。本發明的一些實施例的多個方面可關於圖81進行描述，圖81包括各個背光照度 級的直方圖加權誤差的曲線。第一圖像的直方圖加權誤差曲線2020示出誤差大小穩定降 至86%照度級附近的最小值2021，在86%照度級之後曲線隨背光值增大而上升。對於該具 體圖像，86%左右的照度級提供最低誤差。第二圖像的另一曲線2022穩定降至95%照度級 附近的最小值2023，在95%照度級之後曲線隨背光值增大而上升。對於該第二圖像，95% 左右的照度級提供最低誤差。以此方式，一旦對各個源光或背光照度級確定了直方圖加權 誤差，就可對具體圖像選擇背光照度級。本發明一些實施例的方面可相關於圖82進行描述。在這些實施例中，圖像2030 被輸入至產生圖像直方圖2032的直方圖計算過程2031。顯示面板也被分析以針對多個背 光照度級確定誤差向量數據2033。然後通過將直方圖數據2032與加權誤差向量數據2033 組合可產生(2034)加權誤差2035。在一些實施例中，通過將與代碼值相對應的誤差向量值 乘以與該代碼值相對應的直方圖計數值從而產生經直方圖加權的誤差向量值，可執行此組 合2034。針對圖像中所有代碼值的所有經直方圖加權的誤差向量值的和可被稱為經直方圖 加權的誤差2035。通過將每個背光照度級的誤差向量與適當的直方圖計數值組合，可對多個背光照 度級的每一個確定經直方圖加權的誤差。此處理可產生經直方圖加權的誤差陣列，其包括 針對多個背光照度級的經直方圖加權的誤差值。然後可分析經直方圖加權的誤差陣列中的 值以確定哪一個背光照度級最適用於圖像顯示。在一些實施例中，與最小直方圖加權誤差
642036相對應的背光照度級可被選擇用於圖像顯示。在一些實施例中，其它數據可影響背光 照度級判定，例如在一些實施例中節能目標可影響該判定。在一些實施例中，可選擇在最小 直方圖加權誤差值附近、但也符合某其它標準的背光照度級。一旦選擇了背光照度級2037， 此電平即可被發信號至顯示器。 本發明一些實施例的方面可相關於圖83進行描述。在這些實施例中，產生針對特 定顯示設備或顯示特性的目標輸出曲線(2040)。該曲線或其附隨數據表示該顯示器的期望 輸出。顯示輸出曲線也針對各個背光或源光照度級產生(2041)。例如，在一些實施例中，可 針對背光照度級以10%或5%的增量從0%到100%產生顯示輸出曲線。基於目標輸出曲線和顯示或面板輸出曲線，可計算照度級專屬誤差向量(2042)。 通過確定相應圖像代碼值處目標輸出曲線值和顯示器或面板輸出曲線值之間的差異來計 算這些誤差向量。誤差向量可包括針對圖像的每個代碼值或針對目標顯示的動態範圍中的 每個代碼值的誤差值。可針對多個源光照度級計算誤差向量。例如，可針對對該顯示器產 生的每個顯示輸出曲線計算誤差向量。一誤差向量集合可預先計算並儲存，以供在圖像顯 示期間用於「實時」計算或者可在其它計算中使用。為了使源光照度級適合特定圖像或圖像特性，圖像直方圖可產生(2043)並用於 照度級選擇過程。在一些實施例中，可使用其它數據結構來標識特定圖像中圖像代碼值出 現的頻率。在本說明書中這些其它結構可被稱為直方圖。在一些實施例中，與變化源光照度級相對應的誤差向量可用直方圖值加權(2044) 以使顯示誤差與圖像相關。在這些實施例中，誤差向量值可乘以相應代碼值的直方圖值，或 以其它方式與之相關。換言之，與給定圖像代碼值相對應的誤差向量值可乘以與給定代碼 值相對應的直方圖面元計數值。一旦確定了加權誤差向量值，給定誤差向量的所有加權誤差向量值就可相加 (2045)以針對對應於誤差向量的照度級創建直方圖加權的誤差值。直方圖加權的誤差值可 針對為其計算誤差向量的每個照度級計算。在一些實施例中，可檢查(2046)經直方圖加權的誤差值集合以確定集合特性。在 一些實施例中，此集合特性可以是最小值。在一些實施例中，此集合特性可以是某其它約束 內的最小值。在一些實施例中，此集合特性可以是符合功率約束的最小值。在一些實施例 中，線、曲線或其它結構可被擬合至該直方圖加權誤差值集合，並可用來在已知誤差值之間 插值或以其它方式表示直方圖加權誤差值的集合。基於直方圖加權誤差值和集合特性或其 它約束，可選擇源光照度級。在一些實施例中，與最小直方圖加權誤差值相對應的源光照度 級可被選擇。一旦已選擇了源光照度級，該選擇就可被發信號至顯示器或與圖像一起記錄以在 顯示時使用，從而該顯示器可使用所選照度級來顯示目標圖像。響應場景切換的顯示光源信號濾波器源光調製可改進動態對比度並降低顯示功耗，但是源光調製可引起顯示輝度中的 煩擾波動。圖像數據可如上所述地修改以補償許多源光變化，但此方法不能完全補償動態 範圍的極端處的源光變化。通過對源光信號進行時間低通濾波以減少源光電平的急劇變化 和相關聯波動，可減少此煩擾波動。該方法在控制黑色電平變化中會是有效的，並且在有足 夠長濾波器的情況下，黑色電平變化能有效地不被感知。
然而，可跨視頻序列的數個幀的長濾波器在場景切換時是有問題的。例如，從暗場 景到明亮場景的切換需要源光級的快速上升以從低黑色電平轉換至高亮度。源光或背光信 號的簡單時間濾波限制了顯示器的響應度，並導致從暗場景到明亮場景的切換之後圖像亮 度的煩擾漸次上升。利用足夠長以使該上升實質上不可見的濾波器導致切換之後的降低亮度。因此，本發明的一些實施例可包括場景切換檢測，而一些實施例可包括對視頻序 列中場景切換的出現作出響應的濾波器。本發明的一些實施例可參照圖84進行描述。在這些實施例中，圖像2050或其圖像 數據被輸入至場景切換檢測器2051和/或緩存器2052。在一些實施例中，這些模塊2051 和2052的一個或多個可產生圖像直方圖，該圖像直方圖也可被傳遞至另一個模塊2051或 2052。圖像2050和/或圖像數據然後可被傳遞至源光級選擇模塊2053，在其中可確定或選 擇適當的源光級。此選擇或確定可以如上所述的各種方法來執行。所選源光級然後被發信 號至時間濾波器模塊2054。場景切換檢測器模塊2051可使用圖像數據或圖像直方圖來判 定場景切換是存在於視頻序列中鄰接當前幀之處，還是存在於當前幀的特定鄰近度之內。 如果檢測到一場景切換，則可將其存在性發信號給時間濾波器模塊2054。該時間濾波器模 塊2054可包括源光信號緩存器以使一序列的源光級信號可被濾波。時間濾波器模塊2054 還可包括多個濾波器或一個或多個可變濾波器來對源光信號濾波。在一些實施例中，時間 濾波器模塊2054可包括無限衝激響應(IIR)濾波器。在一些實施例中，IIR濾波器的係數 可被改變以實施不同的濾波器響應和輸出。該時間濾波器模塊2054的一個或多個濾波器可以是場景切換相關的，藉此來自 場景切換檢測器2051的場景切換信號可影響濾波器的特性。在一些實施例中，當在接近當 前幀處檢測到一場景切換時濾波器可被完全旁路。在其它實施例中，濾波器特性可僅僅響 應於檢測到一場景切換來改變。在其它實施例中，可響應於在接近當前幀處檢測到一場景 切換應用不同的濾波器。在時間濾波器模塊2054已執行了任何必要濾波之後，源光級信號 可被傳送至源光操作模塊2055。本發明的一些實施例可參照圖85進行描述。在這些實施例中，場景切換檢測功能 和相關聯時間濾波功能可與圖像補償模塊耦合。在一些實施例中，圖像2060或其圖像數據 被輸入至場景切換檢測器2061、緩存器2062和/或圖像補償模塊2066。在一些實施例中， 這些模塊2061和2062的一個或多個可產生圖像直方圖，圖像直方圖可被傳遞至另一個模 塊2061或2062。圖像2060和/或圖像數據然後可被傳遞至源光級選擇模塊2063，在其中 可確定或選擇適當的源光級。此選擇或確定可以如上所述的各種方法來執行。所選源光級 然後被發信號至時間濾波器模塊2064。場景切換檢測器模塊2061可使用圖像數據或圖像 直方圖來判定場景切換是存在於視頻序列中鄰接當前幀之處，還是存在於當前幀的特定鄰 近度之內。如果檢測到一場景切換，則可將其存在性發信號給時間濾波器模塊2064。該時 間濾波器模塊2064可包括源光信號緩存器以使一序列的源光級信號可被濾波。時間濾波 器模塊2064還可包括多個濾波器或一個或多個可變濾波器來對源光信號濾波。在一些實 施例中，時間濾波器模塊2064可包括無限衝激響應(IIR)濾波器。在一些實施例中，IIR濾 波器的係數可被改變以實施不同的濾波器響應和輸出。該時間濾波器模塊2064的一個或多個濾波器可以是場景切換相關的，藉此來自
66場景切換檢測器2061的場景切換信號可影響濾波器的特性。在一些實施例中，當在接近當 前幀處檢測到一場景切換時，濾波器可被完全旁路。在其它實施例中，濾波器特性可僅僅響 應於檢測到一場景切換來改變。在其它實施例中，可響應於在接近當前幀處檢測到一場景 切換應用不同的濾波器。在時間濾波器模塊2064已執行了任何必要濾波之後，源光級信號 可被傳送至源光操作模塊2065和圖像補償模塊2066。該圖像補償模塊2066可使用源光 級信號來確定用於圖像2060的適當補償算法。該補償可通過以上所述的各種方法來確定。 一旦確定了圖像補償，就可將其應用於圖像2060，且可使用發送至源光操作模塊2065的源 光級來顯示經修改圖像2067。本發明的一些實施例可參照圖86進行描述。在這些實施例中，輸入圖像2070可 被輸入至圖像補償模塊2081和圖像處理模塊2071。在圖像處理模塊2071中，圖像數據可 被提取、縮減採樣或以其它方式處理以實現這些實施例的其它元件的功能。在一些實施例 中，圖像處理模塊2071可產生直方圖，該直方圖可被發送至背光選擇模塊(BLS) 2072，該背 光選擇模塊(BLS) 2072包括直方圖緩存器模塊2073和場景切換檢測器模塊2084以及畸變 模塊2074和時間濾波器模塊2075。在直方圖緩存器模塊2073中，可比較和分析來自圖像幀序列的直方圖。場景切換 檢測器模塊2084還可比較和分析直方圖以確定在接近當前幀處存在場景切換。直方圖數 據可被傳送至畸變模塊2074，在該畸變模塊2074中可針對一個或多個源光或背光照度級 計算(2077)畸變特性。可通過最小化(2078)畸變特性來確定特定源光照度級。該所選照度級然後可被發送至時間濾波器模塊2075。時間濾波器模塊還可接收來 自場景切換檢測器模塊2084的場景切換檢測信號。基於該場景切換檢測信號，時間濾波器 2079可被應用於該源光照度級信號。在一些實施例中，當在接近當前幀處檢測到一場景切 換時濾波器可不應用濾波器。在其它實施例中，存在場景切換時應用的濾波器將與場景切 換不接近時應用的濾波器不同。經濾波的源光照度級信號可被發送至源光操作模塊2080和圖像補償模塊2081。 圖像補償模塊可使用經濾波的源光照度級來確定適當的色階校正曲線或另一校正算法，以 補償源光照度級中的任何變化。在一些實施例中，可為此目的產生色階校正曲線或Y校正 曲線2082。然後此校正曲線可被應用於輸入圖像2070以創建經修改圖像2083。然後該經 修改圖像2083用發送至源光操作模塊2080的源光照度級來顯示。本發明的一些實施例可參照圖87進行描述。在這些實施例中，輸入圖像2090或 從中導出的數據被輸入至空間低通濾波器2096、緩存器/處理器2092、場景切換檢測器模 塊2091以及加法器2098。空間低通濾波器2096可創建低通圖像2097，該低通圖像2097 可被傳送至亮度保持色階產生模塊2101。該低通圖像2097還可被發送至加法器2098以供 與輸入圖像2090組合來形成高通圖像2009。場景切換檢測器模塊2091可使用輸入圖像或諸如直方圖的其數據、以及儲存在 緩存器/處理器2092中的數據來確定場景切換是否與當前幀接近。如果檢測到一場景切 換，則可將信號發送至時間濾波器模塊2094。輸入圖像2090或從其中推導的數據被發送至 緩衝器/處理器2092，其中可儲存和比較圖像、圖像數據和直方圖。該數據可被發送至源光 級選擇模塊2093，以供在計算適當的源光照度級時考慮。由源光級選擇模塊2093計算的級 可被發送至時間濾波器模塊2094以供濾波。用於此處理的示例性濾波器稍後在此文檔中描述。源光級信號的濾波可自適應於鄰近當前幀的場景切換的存在。如下所述，當場景切 換不鄰近時，時間濾波器模塊2094可更激進地濾波。在任意濾波之後，源光級可被發送至源光操作模塊2095以基於該源光級顯示輸 入圖像或經修改圖像。時間濾波模塊2094的輸出還可被發送至亮度保持色階產生模塊 2101，其然後將產生色階校正曲線並將該校正曲線應用於低通圖像2097。此經校正的低通 圖像然後可與高通圖像2099組合以形成經增強圖像2102。在一些實施例中，在與經校正低 通圖像組合之前還可用增益曲線處理高通圖像2099。本發明一些實施例的方面可參照圖88進行描述。在這些實施例中，確定當前幀的 源光照度級(2110)。還確定鄰近當前幀處場景切換的存在(2111)。如果場景切換鄰近，則 將第二時間濾波過程應用於(2112)當前幀的源光照度級信號。如果場景切換與當前幀不 鄰近，則將第一時間濾波過程應用於(2113)當前幀的源光照度級信號。在執行任何濾波之 後，源光照度級信號被發送至顯示器以指示(2114)當前幀的照度級。在一些實施例中，當 場景切換鄰近時第二濾波過程212可簡單地繞過任何濾波。本發明一些實施例的方面可參照圖89進行描述。在這些實施例中，分析圖像 (2120)以確定與源光級選擇相關的數據。此過程可包括直方圖產生和比較。適當的源光級 基於圖像數據來選擇(2121)。然後通過將來自一個或多個先前幀的圖像數據和來自當前 幀的圖像數據作比較(2122)可確定場景切換的存在。在一些實施例中，此比較可包括直方 圖比較。如果場景切換不存在(2123)，則第一濾波過程可應用於(2125)當前幀的源光級。 此過程可基於用於先前幀的源光級來調節針對當前幀的源光級的值。當檢測到一場景切換 (2123)時，第二濾波過程2124可應用於源光照度級。在一些實施例中，此第二濾波過程可 包括略去第一濾波過程或使用較不激進的濾波過程。在任何濾波之後，源光照度級可被發 送至顯示器以用於顯示當前幀。可參照具有測試視頻序列的示例性情形來例示本發明的一些實施例的方法和系 統。該序列由黑色背景與顯現和消失的白色物體構成。黑色值和白色值兩者都遵從背光，而 與圖像補償無關。按幀選擇的背光從黑色幀上的零值變至高值以實現白色幀，並變回至零 值。在圖90中示出源光或背光級與幀數的關係的曲線圖。所得圖像因黑色電平的變化受 損。視頻序列是有白色方塊顯現的黑色背景。起初，背光較低並且黑色場景極暗。當白色 方塊顯現時，背光上升並且可注意到黑色電平增至低灰度。當該方塊消失時，背光減弱並且 背景再次極暗。該黑色電平的變化可以是擾動的。存在兩種方式來消除此黑色電平變化 人工地提高暗色場景中的黑色或控制背光中的變化。提高黑色電平是不合需要的，因此本 發明的方法和系統控制背光變化以使該變化不那麼劇烈或不那麼顯著。時間濾波這些實施例的解決方案是通過控制背光信號中的變化來控制此黑色電平變化。人 類視力系統對輝度中的低頻變化不敏感。例如，在日出期間天空的亮度持續變化，但該變化 很慢足以使其不被人注意。定量測量被歸納在圖91中所示的時間對比度敏感函數(CSF) 中。在一些實施例中此概念可用於設計限制黑色電平變化的濾波器。在一些示例性實施例中，單極點IIR濾波器可用來「平滑」背光信號。該濾波器可 基於背光信號的歷史值。當將來值不可用時這些實施例很好地起作用。方程51 IIR濾波器
S(i) = α · S(i-l) + (l-a ) · BL(i) 0 ^ a ^ 1其中BL(i)是基於圖像內容的背光值，而S(i)是基於電流值和歷史的經平滑背光 值。此濾波器是在α處具有極點的IIR濾波器。此濾波器的傳遞函數可被表達為方程52濾波器傳遞函數 此函數的伯德圖在以下圖92中示出。該頻率響應圖示出該濾波器是低通濾波器。在本發明的一些實施例中，該濾波器可基於場景切換在接近當前幀處存在而變 化。在這些實施例的一部分中，可使用極點α的兩個值。這些值可取決於場景切換檢測信 號來切換。在一示例性實施例中，當沒有檢測到場景切換時推薦值為1000/1024。在一些示 例性實施例中，推薦1與1/2之間的值。然而，當檢測到場景切換時，可用128/1024替換該 值。在一些實施例中，1/2與0之間的值可用作此係數。這些實施例提供場景切換上更為有 限量的平滑，這被發現是有用的。圖93中的曲線示出示例性系統的響應，該示例性系統將時間背光濾波用於圖90 所示的序列，圖90包括在2141處的幀60與2143處的幀120之間的黑色背景上白色區域的 顯現。在白色區域顯現之前，未經濾波的背光從零2140a增至白色顯現的穩定高值2140b。 當在2143處白色區域從序列中消失時，未經濾波的背光然後瞬時又跌至零2140c。這具有 增亮明亮白色區域的效果，但還具有將黑色背景增至低灰度的副作用。由此當白色區域顯 現和消失時背景變化。經濾波的背光2142a、b和c限制背光的變化以使其變化不易被察 覺。經濾波的背光從白色區域在2141處顯現之前的零值2142a開始，然後隨著時間的流逝 更慢地增大2142b。當白色區域消失時，允許背光值以受控速率減小2142c。經濾波系統的 白色區域比未經濾波系統略暗，但背景中的變化更不易於被察覺。在一些實施例中，時間濾波器的響應度會是一個問題。這在與對背光的響應度無 這種限制的系統的並列比較中特別顯著。例如，當在場景切換上濾波時，背光的響應受用來 控制黑色電平波動的濾波器限制。該問題在圖94中示出。圖94的曲線模擬在2150處從 黑色急劇切換至白色之後系統的輸出。通過將背光從零2151a升高至升高電平2151b以獲 得明亮的白色，未經濾波的系統2151立即響應。在從黑色切換成白色之後，經濾波系統從 零2152a沿曲線2152b緩慢上升。在未經濾波系統中，圖像立即切換至灰度值。在經濾波 系統中，隨著背光緩慢增強，灰色緩慢升至白色。由此，經濾波系統對快速場景變化的響應 度降低。場景切換檢測本發明的一些實施例包括場景切換檢測處理。當檢測到場景切換時，可修改時間 濾波以允許背光的快速響應。在一場景內，背光中的變化受濾波限制，以控制黑色電平中的 變化。在場景切換時，由於人類視覺系統的遮蔽效果，視頻信號中的短暫偽像和變化是注意 不到的。在當前幀與前一幀極為不同時存在場景切換。當不出現場景切換時，連續幀之間 的差異較小。為有助於檢測場景切換，可定義兩個圖像之間差異的測量，且可設置閾值以將 場景切換與無場景切換區分開。在一些實施例中，場景切換檢測方法可基於直方圖差異的關聯。具體地，可計算兩
69個連續或接近幀H1和H2的直方圖。兩個圖像之間的差異可被定義為直方圖距離方程53示例性直方圖距離度量 其中i和j是面元索引，N是面元的數量，而H1G)是直方圖的第i個面元的值。 該直方圖被標準化以使面元值的總和等於1。概言之，如果每個面元的差異較大，則距離Dcot 較大。是與面元索引之間距離的平方相等的關聯權重。這表示如果兩個面元彼此接近， 例如第i個面元和第i+Ι個面元，則其乘積的貢獻極小；否則，貢獻大。直觀地，對於純黑和 純白圖像，兩個大的面元差異在第一面元和最後一個面元處，因為面元索引的距離大所以 直方圖的最終距離也大。但是對於黑色圖像的輕微輝度變化，儘管面元差異也大，但它們彼 此接近(第i個面元和第i+Ι個面元)，因此最終距離小。為了歸類場景切換，除圖像距離測量外還需要確定閾值。在一些實施例中，此閾值 可憑經驗確定並且可設置成0.001。在一些實施例中，在一場景內，可使用以上用來限制黑色電平波動的濾波。這些實 施例將簡單地採用對場景切換不作響應的固定濾波器系統。黑色電平中的可見波動不出 現，但是響應受限制。在一些實施例中，當檢測到場景切換時，濾波器可被切換至具有更快響應的濾波 器。這使得背光能在從黑色到白色的切換之後快速上升，但不像未經濾波信號一樣急劇上 升。如圖95所示，未經濾波信號可從零值跳至最大值2161，並且在2160處白色區域顯現之 後保持該值。在場景2163內使用的更激進濾波器對於場景切換而言切換得太慢，但是在場 景切換位置使用的經修改濾波器2162允許快速上升，然後是向最大值的逐漸增大。本發明的包括場景切換檢測和設計成使黑色電平中變化不易察覺的自適應時間 濾波的實施例可激進地應用於一場景內，同時用對自適應濾波器的改變來保持背光對具有 大亮度變化的場景切換的響應度。低複雜度Y增益實施例本發明的一些實施例被設計成在低複雜度系統內工作。在這些實施例中，源光或 背光級選擇可基於輝度直方圖，且畸變度量的最小化可基於此直方圖。在一些實施例中，補 償算法可使用Y增益特性。在一些實施例中，圖像補償可包括操縱參數以控制Y增益處理。 在一些情形中，Y增益處理可完全補償灰度圖像上的源光減弱，但將使得飽和圖像上的色彩 降低飽和度。一些實施例可控制Y增益特性以防止過度降低飽和度。一些實施例可採用Y 增益強度參數來控制飽和度降低。在一些實施例中，已證明25%的Y增益強度是有效的。本發明的一些實施例可參照圖96進行描述。在這些實施例中，可計算針對各種背 光照度級的畸變權重2174，並將其儲存在例如ROM中以供在在線處理期間訪問。在一些實 施例中，濾波係數2175或其它濾波特性或參數可被儲存在諸如ROM中以供在處理期間選 擇。在這些實施例中，輸入圖像2170被輸入至直方圖計算處理2071，其計算可儲存在
70直方圖緩存器2172中的圖像直方圖。在一些實施例中，前一幀的直方圖可被用來確定當前 幀的背光級。在一些實施例中，畸變模塊2176可使用來自直方圖緩存器2172的直方圖值 與畸變權重2174來確定各個背光照度級的畸變特性。畸變模塊2176然後可選擇減小或最 小化(2178)所計算畸變的背光照度級。在一些實施例中，方程54可用來確定畸變值。方程54示例性畸變度量 其中BL表示背光照度級，權重是與背光照度級和直方圖面元相關的畸變權重值， 而H是直方圖面元值。在選擇了背光照度級之後，可用濾波器模塊2179中的時間濾波器2180來濾波背 光信號。濾波器模塊2179可使用已預定並儲存的濾波係數或特性2175。一旦執行了任何 濾波，經濾波的最終背光信號就可被發送至顯示器或顯示背光控制模塊2181。經濾波的最終背光信號也可被發送至Y增益設計模塊2183，在該模塊中經濾波的 最終背光信號可被用於確定圖像補償處理。在一些實施例中，此補償處理可包括將色階曲 線應用於圖像的輝度通道。此Y增益曲線可用一個或多個點指定，在該一個或多個點之間 可進行插補。在一些實施例中，Y增益色階處理可包括最大保真度點(MFP)，在該MFP之上 可使用滾降曲線。在這些實施例中，一個或多個線性分段可定義MFP之下的色階曲線，且舍 入曲線關係可定義MFP之上的曲線。在一些實施例中，捨入曲線部分可由方程55定義。方程55捨入曲線的示例性斜率定義 這些實施例僅對輝度通道執行圖像補償，並提供對灰度圖像的全部補償，但此過 程可引起彩色圖像中飽和度的降低。為了避免彩色圖像飽和度的過度降低，一些實施例可 包括補償強度因子，其可在強度控制模塊2182中確定。因為Y增益設計模塊2183僅對輝 度數據運算，所以色彩特性是未知的，並且強度控制模塊必須在不知道實際色彩飽和度的 情況下操作。在一些實施例中，強度因子或參數可被結合到如方程56中所示的色階曲線定 義中。方程56色階曲線的示例性斜率定義 其中S是強度因子，BL是背光照度級，而γ是顯示伽瑪值。圖97中示出了示例 性色階曲線。有效計算實施例在本發明的一些實施例中，背光或源光選擇可基於最小化理想顯示器與諸如IXD 的有限對比率顯示器之間的誤差。理想和有限CR顯示器被建模。針對每個灰色電平的理 想和有限CR顯示器之間的誤差定義針對每個背光值的誤差向量。通過用每個背光級上的誤差向量來加權圖像直方圖，可定義圖像的畸變。在一些實施例中，顯示器可利用功率函數、Y、以及一加性項來建模以說明方程57 中給出的有限CR LCD中的雜光。這是利用顯示器對比率CR表示的偏移為零的Y-偏移-增 益雜光模型。方程57顯示模型 顯示模型在圖98中繪出。示出了理想顯示2200與有25%背光的有限CR顯示 2201和有75%背光的有限CR顯示2202。有限CR IXD的最大值和最小值定義理想顯示的上限和下限Xmax和Xmin，其可用圖 像補償實現。這些限制取決於背光bl、伽瑪值Y、以及對比率CR。由模型定義的這些削波 限制在方程58中歸納。方程58模型削波限制 在一些實施例中，可使用最大和最小限制來定義每個背光級的誤差向量。以下所 示的示例性誤差基於由削波引起的平方誤差。誤差向量的分量是在指定背光級下理想顯示 輸出與有限對比率顯示上的最接近輸出之間的誤差。在代數上這些在方程59中定義。方程59顯示誤差向量 樣本誤差向量在圖99中繪出。注意，100%背光3010具有由與理想顯示相比升高 的黑色電平所引起的低代碼處的誤差。這些與圖像數據無關，而僅取決於背光級和代碼值。在一些實施例中，具有背光調製和圖象補償的有限CR LCD的性能可用如上所定義 的針對每個背光的誤差向量集合歸納。每個背光值上圖像的畸變可被表達為圖像像素值的 畸變之和，見方程60。如圖所示，在這些實施例中，這可根據圖像直方圖計算。可通過用圖 像直方圖對每個背光bl的誤差向量加權來對bl計算圖像畸變。結果是每個背光級上圖像 畸變的度量。方程60圖像畸變與背光的關係 示例性實施例可用根據用於TV功率測量的最近IEC標準的三個幀來闡述。圖像 直方圖在圖100中示出。針對圖100的圖像直方圖和圖99的顯示誤差向量的畸變與背光 的關係曲線在圖101中示出。在一些實施例中，背光選擇算法可通過最小化理想和有限CR顯示之間的圖像畸 變來運算。[1025]本發明的一些實施例包括畸變框架，該畸變框架包括顯示對比率和包括不同誤差 度量的能力兩者。一些實施例可通過作為背光選擇過程的一部分或全部的最小化經削波像 素的數量來操作。圖102將IEC測試集合的一個幀上的示例性誤差平方和(SSE)畸變與經 削波像素的數量(#經削波)作比較。該SSE說明誤差的大小以及經削波像素的數量，並保 持圖像突出顯示。對於此圖像，與經削波像素數量的最小值相比，SSE最小值在高得多的背 光下發生。由於說明削波誤差的大小以及經削波像素的數量的SSE，此差異產生。表示多個 經削波像素的曲線不平滑且具有許多局部極小值。該SSE曲線是平滑的，且局部極小值是 作出對有效SSE最小值的二次採樣搜索的全局最小值。使用該畸變框架的計算不像它一開始顯現地那樣困難。在一些實施例中，背光選 擇可每幀執行一次，而不是以像素率執行。如上所述，顯示誤差權重僅取決於顯示參數和背 光，而非圖像內容。因而顯示建模和誤差向量計算可按需離線完成。在線計算可包括直方 圖計算、用圖像直方圖加權誤差向量、以及選擇最小畸變。在一些實施例中，在畸變最小化 中使用的背光值的集合可被二次採樣，並有效定位畸變最小值。在一示例性實施例中，測試 17個背光級。在本發明的一些實施例中，可在線執行顯示建模、誤差向量計算、直方圖計算、用 圖像直方圖加權誤差向量、以及為最小畸變進行的背光選擇。在一些實施例中，顯示建模和 誤差向量計算可在實際圖像處理之前離線地執行，而直方圖計算、用圖像直方圖加權誤差 向量、以及為最小畸變進行的背光選擇在線地執行。在本發明的一些實施例中，可離線計算 針對每個背光級的削波點，而誤差向量計算、直方圖計算、用圖像直方圖加權誤差向量、以 及為最小畸變進行的背光選擇可在線執行。在本發明的一些實施例中，在選擇用於圖像的源光照度級時，可考慮選擇整個範 圍的源光照度級的子集。在一些實施例中，該子集可通過量化整個範圍的照度級來選擇。在 這些實施例中，僅考慮選擇子集中的照度級。在一些實施例中，此照度級子集的大小可由存 儲器約束或一些其它資源約束規定。在一些實施例中，通過將從中作出選擇的子集值限制在與對前一幀選擇的照度級 相關的範圍，在處理期間可進一步限制此源光照度級子集。在一些實施例中，此受限子集可 被限於對最後一幀選擇的照度級的給定範圍內的值。例如，在一些實施例中，選擇源光照度 級可被限於先前所選照度級的任一側上的7個值的有限範圍。在本發明的一些實施例中，對源光照度級的範圍的限制可取決於場景切換檢測。 在一些實施例中，當接近當前幀處沒有檢測到場景切換時，源光照度級搜索算法可從照度 級子集內搜索有限範圍，而在檢測到一場景切換時，該算法可搜索整個照度級子集。本發明的一些實施例可參照圖103進行描述。在這些實施例中，來自原始輸入圖 像幀2250的圖像數據被輸入至場景切換檢測模塊2251，以確定場景切換是否接近當前輸 入幀2250。與鄰近當前幀的幀相關的圖像數據還可被輸入場景切換檢測模塊2251。在一 些實施例中，此圖像數據可包括直方圖數據。場景切換檢測模塊然後可處理此圖像數據以 確定場景切換是否接近當前幀。在一些實施例中，當前一幀的直方圖和當前幀的直方圖的 差異為一閾值量時可檢測到場景切換。場景切換檢測處理的結果然後被輸入至畸變模塊 2252，在該畸變模塊2252中，場景切換的存在可被用來確定在源光照度級選擇處理中考慮 什麼源光照度值。在一些實施例中，當場景切換鄰近時可考慮更寬範圍的照度級。在一些實施例中，與選擇用於最後一個圖像幀的照度級相關的有限照度級子集可用於該選擇過程。 因此，場景切換檢測過程影響在源光照度處理中考慮的值的範圍。在一些實施例中，當檢測 到場景切換時，在針對當前幀的選擇過程中考慮更大範圍的照度級。在一些實施例中，當檢 測到場景切換時，在針對當前幀的選擇過程中使用與選擇用於前一幀的照度級不相關的照 度級範圍，而當沒有檢測到場景切換時，在該選擇過程中使用框入選擇用於前一幀的照度 級的照度級範圍。—旦參照場景切換的存在確定了候選照度級的範圍或子集，就可確定針對每個 候選照度級的畸變值(2253)。然後可基於最小畸變值或某其它標準來選擇照度級之一 (2254)。此所選照度級然後可被傳送至源光或背光控制模塊2555，以供在顯示當前幀時使 用。所選照度級還可被用作圖像補償處理2256的輸入以供計算色階曲線或類似補償工具。 然後可顯示該處理所產生的經補償或增強圖像2257。本發明的一些實施例可參照圖104進行描述。在這些實施例中，分析(2260)圖像 或圖像序列以確定接近當前幀的場景切換的存在。如果檢測到場景切換(2263)，則可在源 光照度級選擇過程中考慮更大的源光照度級集合。此更大集合在大小上相對於在沒有檢測 到場景切換時使用的子集。在一些實施例中，此更大集合也可與用於前一幀的值無關。在 沒有檢測到場景切換時(2262)，可在選擇過程中使用照度級的有限子集。在一些實施例中， 此有限子集也可與用於前一幀的值相關。例如，在一些實施例中，此有限子集可以在框入 用於前一幀的值的子集。一旦確定了對照度級範圍的限制，就可從適當範圍或子集中選擇 (2264)源光照度級。映射模塊實施例本發明的一些實施例可包括映射模塊，該映射模塊將一個或多個圖像特性與顯示 模型屬性相關。在一些實施例中，這些圖像特性之一可以是圖像平均像素電平(APL)，其可 從圖像文件、圖像直方圖或其它圖像數據直接確定。在一些實施例中，該映射模塊可將圖像 APL映射到顯示模型縮放因子、顯示模型最大輸出值、特定顯示模型、或某其它顯示模型屬 性。在一些實施例中，除APL或另一圖像特性外的其它輸入可用來確定顯示模型屬性。例 如，在一些實施例中，環境光級別、用戶亮度選擇或用戶可選的映射選擇也可影響通過映射 模塊選擇的顯示模型屬性。本發明的一些實施例可參照圖105進行描述。在這些實施例中，圖像2270或圖像 數據可被輸入至映射模塊2271。映射模塊可包括將一個或多個圖像特性與一個或多個顯 示模型屬性相關的一個或多個映射或關聯結構。在一些實施例中，映射模塊2271可將圖像 APL與理想顯示最大輸出值或關於理想顯示最大輸出值的縮放因子相關。例如，映射模塊 2271可將圖像APL值或另一圖像特性與一縮放因子相關，該縮放因子可應用於公式57中所 述的理想顯示模型輸出。一旦已確定此顯示模型屬性，就可在顯示建模模塊2272中建立其它顯示模型參 數。顯示建模模塊2272可確定以特定源光照度級顯示時的模型削波限制、顯示誤差向量、 直方圖加權值、以及用於確定差異、誤差、畸變或圖像的其它性能度量的其它數據。性能度 量或畸變模塊2273然後可使用該數據來確定各個源光照度級的性能度量。在一些實施例 中，性能度量或畸變模塊2273還可接收諸如圖像直方圖的圖像數據，以供在確定性能度量 時使用。在一些實施例中，畸變模塊2273可將圖像直方圖數據與在建模模塊2272中確定的加權值組合以確定針對給定源光照度級的畸變值。然後源光級選擇模塊2274可基於諸如畸變的性能度量選擇適當的源光照度級。 此所選源光照度級然後可被傳送至圖像補償模塊2275，從而該圖像可對源光照度級中的任 何變化作出補償。該照度級還被發送至顯示源光控制模塊2276。從圖像補償處理2275產 生的經補償圖像然後可被發送至顯示器2277，該經補償圖像可使用選擇用於該圖像的源光 照度級在該顯示器2277處顯示。本發明的一些實施例可參照圖106進行描述。在這些實施例中，圖像2280或圖像 數據可被輸入至映射模塊2281。該映射模塊可包括將一個或多個圖像特性與一個或多個顯 示模型屬性相關的一個或多個映射或關聯結構，如以上相關於圖105中所示實施例所述。 在一些實施例中，手動映射選擇模塊2288也可影響映射選擇。當定義多個映射或關聯時， 用戶可用手動映射選擇模塊2288選擇優選映射。該所選映射可實施與預設映射或自動選 擇映射不同的關聯。在一些實施例中，映射可被儲存並指定用於特定觀看情形，諸如存儲顯 示、低或高環境光，或用於特定觀看內容，諸如電視觀看、電影觀看或打遊戲。一旦選擇了映 射或關聯，映射模塊2281就可將圖像特性與顯示模型屬性相關聯，並將此屬性發送至顯示 建模模塊2282。一旦已確定此顯示模型屬性，就可在顯示建模模塊2282中建立其它顯示模型參 數。顯示建模模塊2282可確定當以特定源光照度級顯示時的模型削波限制、顯示誤差向 量、直方圖加權值、以及用於確定差異、誤差、畸變或圖像的其它性能度量的其它數據。性能 度量或畸變模塊2283然後可使用該數據來確定各個源光照度級的性能度量。在一些實施 例中，性能度量或畸變模塊2283還可接收諸如圖像直方圖的圖像數據，以供在確定性能度 量時使用。在一些實施例中，畸變模塊2283可將圖像直方圖數據與在建模模塊2282中確 定的加權值組合以確定針對給定源光照度級的畸變值。然後源光級選擇模塊2284可基於諸如畸變的性能度量選擇適當的源光照度級。 此所選源光照度級然後可被傳送至圖像補償模塊2285，從而該圖像可對源光照度級中的任 何變化作出補償。該照度級還被發送至顯示源光控制模塊2286。從圖像補償處理2285產 生的經補償圖像然後可被發送至顯示器2287，該經補償圖像可使用選擇用於該圖像的源光 照度級在該顯示器2287處顯示。本發明的一些實施例可參照圖107進行描述。在這些實施例中，圖像2290或圖像 數據可被輸入至映射模塊2291。該映射模塊可包括將一個或多個圖像特性與一個或多個顯 示模型屬性相關的一個或多個映射或關聯結構，如以上相關於圖105中所示實施例所述。 在一些實施例中，環境光模塊2298也可影響映射選擇。環境光模塊2298可包括用於確定 諸如環境光強度、環境光色彩或環境光特性變化的環境光狀況的一個或多個傳感器。此環 境光數據可被傳送至映射模塊2291。當定義了多個映射或關聯時，映射模塊可基於從環境光模塊2298接收的數據選 擇一映射。該所選映射可實施與預設映射或自動選擇映射不同的關聯。在一些實施例中， 映射可被儲存並指定用於特定觀看情形，諸如低或高環境光或不同環境光模式。一旦選擇 了映射或關聯，映射模塊2291就可將圖像特性與顯示模型屬性相關聯，並將此屬性發送至 顯示建模模塊2292。一旦已確定此顯示模型屬性，就可在顯示建模模塊2292中建立其它顯示模型參數。顯示建模模塊2292可確定當以特定源光照度級顯示時的模型削波限制、顯示誤差向 量、直方圖加權值、以及用於確定差異、誤差、畸變或圖像的其它性能度量的其它數據。性能 度量或畸變模塊2293然後可使用該數據來確定各個源光照度級的性能度量。在一些實施 例中，性能度量或畸變模塊2293還可接收諸如圖像直方圖的圖像數據，以供在確定性能度 量時使用。在一些實施例中，畸變模塊2293可將圖像直方圖數據與在建模模塊2292中確 定的加權值組合以確定針對給定源光照度級的畸變值。然後源光級選擇模塊2294可基於諸如畸變的性能度量選擇適當的源光照度級。 此所選源光照度級然後可被傳送至圖像補償模塊2295，從而該圖像可對源光照度級中的任 何變化作出補償。該照度級還被發送至顯示源光控制模塊2296。從圖像補償處理2295產 生的經補償圖像然後可被發送至顯示器2297，該經補償圖像可使用選擇用於該圖像的源光 照度級在該顯示器2297處顯示。本發明的一些實施例可參照圖108進行描述。在這些實施例中，圖像2300或圖像 數據可被輸入至映射模塊2301。該映射模塊可包括將一個或多個圖像特性與一個或多個顯 示模型屬性相關的一個或多個映射或關聯結構，如以上相關於圖105中所示實施例所述。 在一些實施例中，用戶亮度選擇模塊2308也可影響映射選擇。用戶亮度選擇模塊2308可 接受指示顯示亮度的用戶輸入，並且可包括用於接受用戶選擇的用戶界面或其它裝置。在 一些實施例中，用戶亮度選擇輸入可被發送至映射模塊2301，在該模塊中輸入可被用來選 擇或修改映射或修改來自映射的輸出。然後此經修改輸出可被發送至建模模塊2302。在其 它實施例中，用戶亮度選擇輸入可被直接發送至建模模塊2302，其中該輸入可被用來修改 從映射模塊2301中接收的數據。—旦已確定符合用戶亮度輸入的顯示模型屬性，就可在顯示建模模塊2302中建 立其它顯示模型參數。顯示建模模塊2302可確定當以特定源光照度級顯示時的模型削波 限制、顯示誤差向量、直方圖加權值、以及用於確定差異、誤差、畸變或圖像的其它性能度量 的其它數據。性能度量或畸變模塊2303然後可使用該數據來確定各個源光照度級的性能 度量。在一些實施例中，性能度量或畸變模塊2303還可接收諸如圖像直方圖的圖像數據， 以供在確定性能度量時使用。在一些實施例中，畸變模塊2303可將圖像直方圖數據與在建 模模塊2302中確定的加權值組合以確定針對給定源光照度級的畸變值。然後源光級選擇模塊2304可基於諸如畸變的性能度量選擇適當的源光照度級。 此所選源光照度級然後可被傳送至圖像補償模塊2305，從而該圖像可對源光照度級中的任 何變化作出補償。該照度級還被發送至顯示源光控制模塊2306。從圖像補償處理2305產 生的經補償圖像然後可被發送至顯示器2307，該經補償圖像可使用選擇用於該圖像的源光 照度級在該顯示器2307處顯示。本發明的一些實施例可參照圖109進行描述。在這些實施例中，圖像2310或圖 像數據可被輸入至映射模塊2311。該映射模塊可包括將一個或多個圖像特性與一個或多 個顯示模型屬性相關的一個或多個映射或關聯結構，如以上相關於圖105中所示實施例所 述。在一些實施例中，用戶亮度選擇模塊2318也可影響映射選擇。用戶亮度選擇模塊2318 可接受指示優選顯示亮度的用戶輸入，並且可包括用於接受用戶選擇的用戶界面或其它裝 置。在一些實施例中，用戶亮度選擇輸入可被發送至映射模塊2311，其中輸入可被用來選擇 或修改映射或修改來自映射的輸出。然後此經修改輸出可被發送至建模模塊2312。在其它實施例中，用戶亮度選擇輸入可被直接發送至建模模塊2312，在該模塊中該輸入可被用來 修改從映射模塊2311接收的數據。在這些實施例中，用戶亮度選擇或已作出用戶亮度選擇 的指示符可被發送至時間濾波器模塊2319。—旦已確定符合用戶亮度輸入的顯示模型屬性，就可在顯示建模模塊2312中建 立其它顯示模型參數。顯示建模模塊2312可確定當以特定源光照度級顯示時的模型削波 限制、顯示誤差向量、直方圖加權值、以及用於確定差異、誤差、畸變或圖像的其它性能度量 的其它數據。性能度量或畸變模塊2313然後可使用該數據來確定各個源光照度級的性能 度量。在一些實施例中，性能度量或畸變模塊2313還可接收諸如圖像直方圖的圖像數據， 以供在確定性能度量時使用。在一些實施例中，畸變模塊2313可將圖像直方圖數據與在建 模模塊2312中確定的加權值組合以確定針對給定源光照度級的畸變值。然後源光級選擇模塊2314可基於諸如畸變的性能度量選擇適當的源光照度級。在這些實施例中，所選源光照度級然後可被發送至時間濾波器模塊2319，該模塊 對用戶亮度選擇作出響應。在一些實施例中，濾波器模塊可在接收到用戶亮度選擇時應用 一不同濾波器。在一些實施例中，可在沒有接收到用戶亮度選擇時選擇性地應用濾波器，而 在接收到用戶亮度選擇時不應用濾波器。在一些實施例中，可響應於接收到用戶亮度選擇 修改濾波器。在源光照度級信號的任何濾波之後，此經濾波信號然後可被傳送至圖像補償模塊 2315，從而可就源光照度級中的任何變化對該圖像作出補償。該經濾波照度級還被發送至 顯示源光控制模塊2316。從圖像補償處理2315產生的經補償圖像然後可被發送至顯示器 2317，該經補償圖像可使用選擇用於該圖像的經濾波源光照度級在該顯示器2317處顯示。本發明的一些實施例可參照圖110進行描述。在這些實施例中，圖像2330或圖像 數據可被輸入至映射模塊2331。該映射模塊可包括將一個或多個圖像特性與一個或多個顯 示模型屬性相關的一個或多個映射或關聯結構，如以上相關於圖105中所示實施例所述。 在一些實施例中，用戶亮度選擇模塊2338也可影響映射選擇。用戶亮度選擇模塊2338可 接受指示顯示亮度的用戶輸入，並且可包括用於接受用戶選擇的用戶界面或其它裝置。在 一些實施例中，用戶亮度選擇輸入可被發送至映射模塊2331，其中輸入可被用來選擇或修 改映射或修改來自映射的輸出。然後此經修改輸出可被發送至建模模塊2332。在其它實施 例中，用戶亮度選擇輸入可被直接發送至建模模塊2332，其中該輸入可被用來修改從映射 模塊2331接收的數據。這些實施例還可包括環境光模塊2198，該環境光模塊2198可包括用於確定諸如 環境光強度、環境光色彩或環境光特性變化的環境光狀況的一個或多個傳感器。此環境光 數據可被傳送至映射模塊2331。當定義了多個映射或關聯時，映射模塊可基於從環境光模塊2339接收的數據選 擇一映射。該所選映射可實施與預設映射或自動選擇映射不同的關聯。在一些實施例中， 映射可被儲存並指定用於特定觀看情形，諸如低或高環境光或不同環境光模式。這些實施例還可包括手動映射選擇模塊2340，其也可影響映射選擇。當定義多個 映射或關聯時，用戶可用手動映射選擇模塊2340選擇優選映射。該所選映射可實施與缺 省映射或自動選擇映射不同的關聯。在一些實施例中，映射可被儲存並指定用於特定觀看 情形，諸如存儲顯示、低或高環境光，或用於特定觀看內容，諸如電視觀看、電影觀看或打遊戲。在這些實施例中，從用戶亮度選擇模塊2338、手動映射選擇模塊2340和環境光模 塊2339接收的數據可被用來選擇映射、修改映射、或修改從映射獲得的結果。在一些實施 例中，來自這些模塊之一的輸入可具有優於其它模塊的優先級。例如，在一些實施例中，從 用戶輸入接收的手動映射選擇可基於環境光狀況超馳自動化映射選擇過程。在一些實施例 中，對映射模塊2331的多個輸入可被組合以選擇和修改映射或映射輸出。—旦選擇了映射或關聯，映射模塊2331就可將圖像特性與顯示模型屬性相關聯， 並將此屬性發送至顯示建模模塊2332。一旦已確定符合映射模塊2331中約束的顯示模型屬性，就可在顯示建模模塊 2332中建立其它顯示模型參數。顯示建模模塊2332可確定當以特定源光照度級顯示時的 模型削波限制、顯示誤差向量、直方圖加權值、以及用於確定差異、誤差、畸變或圖像的其它 性能度量的其它數據。性能度量或畸變模塊2333然後可使用該數據來確定各個源光照度 級的性能度量。在一些實施例中，性能度量或畸變模塊2333還可接收諸如圖像直方圖的圖 像數據，以供在確定性能度量時使用。在一些實施例中，畸變模塊2333可將圖像直方圖數 據與在建模模塊2332中確定的加權值組合以確定針對給定源光照度級的畸變值。然後源光級選擇模塊2334可基於諸如畸變的性能度量選擇適當的源光照度級。 此所選源光照度級然後可被傳送至圖像補償模塊2335，從而該圖像可對源光照度級中的任 何變化作出補償。該照度級還被發送至顯示源光控制模塊2336。從圖像補償處理2335產 生的經補償圖像然後可被發送至顯示器2337，該經補償圖像可使用選擇用於該圖像的源光 照度級在該顯示器2337處顯示。本發明的一些實施例可參照圖111進行描述。在這些實施例中，圖像2357或圖像 數據可由直方圖模塊2355處理以產生圖像直方圖。在一些實施例中，可產生輝度直方圖。 在其它實施例中，可產生色彩通道直方圖。圖像直方圖然後可被儲存在直方圖緩存器2356 中。在一些實施例中，直方圖緩存器2356可具有容納諸如來自先前視頻序列幀的直方圖的 多個直方圖的容量。然後這些直方圖可由系統的各個模塊用於若干目的。在一些實施例中，場景切換模塊2359可訪問直方圖緩存器並使用直方圖數據來 確定在視頻序列中是否存在場景切換。此場景切換信息然後可被發送至時間濾波器模塊 2364，在該模塊中該信息可被用來切換或修改濾波器或濾波參數。映射模塊2353還可訪問 直方圖緩存器2356，並使用直方圖數據來計算APL或另一圖像特性。該映射模塊可包括將一個或多個圖像特性與一個或多個顯示模型屬性相關的一 個或多個映射或關聯結構，如以上相關於圖105中所示實施例所述。在一些實施例中，用戶 亮度選擇模塊2351也可影響映射選擇。用戶亮度選擇模塊2351可接受指示顯示亮度的用 戶輸入，並且可包括用於接受用戶選擇的用戶界面或其它裝置。在一些實施例中，用戶亮度 選擇輸入可被發送至映射模塊2353，其中輸入可被用來選擇或修改映射或修改來自映射的 輸出。然後此經修改輸出可被發送至建模模塊2354。在其它實施例中，用戶亮度選擇輸入 可被直接發送至建模模塊2354，在該模塊中該輸入可被用來修改從映射模塊2353中接收 的數據。這些實施例還可包括環境光模塊2350，該環境光模塊2350可包括用於確定諸如 環境光強度、環境光色彩或環境光特性變化的環境光狀況的一個或多個傳感器。此環境光數據可被傳送至映射模塊2353。這些實施例還可包括手動映射選擇模塊2352，其也可影響映射選擇。當定義多個 映射或關聯時，用戶可用手動映射選擇模塊2352選擇優選映射。在這些實施例中，從用戶亮度選擇模塊2351、手動映射選擇模塊2352和環境光模 塊2350接收的數據可被用來選擇映射、修改映射、或修改從映射獲得的結果。在一些實施 例中，來自這些模塊之一的輸入可具有優於其它模塊的優先級。例如，在一些實施例中，從 用戶輸入接收的手動映射選擇可基於環境光狀況超馳自動化映射選擇過程。在一些實施例 中，對映射模塊2353的多個輸入可被組合以選擇和修改映射或映射輸出。一旦選擇了映射或關聯，映射模塊2353就可將圖像特性與顯示模型屬性相關聯， 並將此屬性發送至顯示建模模塊2354。一旦已確定符合映射模塊2353中約束的顯示模型屬性，就可在顯示建模模塊 2354中建立其它顯示模型參數。顯示建模模塊2354可確定當以特定源光照度級顯示時的 模型削波限制、顯示誤差向量、直方圖加權值、以及用於確定差異、誤差、畸變或圖像的其它 性能度量的其它數據。或者，一個或多個顯示模型參數可在性能度量模塊2362中建立，該 性能度量模塊2362可確定模型削波限制、顯示誤差向量、直方圖加權值和用於確定差異、 誤差、畸變或其它性能度量的其它數據。性能或畸變模塊2360然後可使用該數據來確定各個源光照度級的性能度量。然 後源光級選擇模塊2361可基於諸如畸變的性能度量選擇適當的源光照度級。該所選源光 照度級然後可被發送至時間濾波器模塊2364。時間濾波器模塊2364可對來自系統中其它模塊的輸入作出響應。具體而言，場景 切換模塊2359和用戶亮度選擇模塊2351可與時間濾波器模塊2364通信以指示場景切換 何時發生以及用戶何時選擇了手動亮度選擇。當這些事件發生時，時間濾波器模塊可通過 如上相關於場景切換響應實施例所述切換或修改濾波處理來作出響應。經濾波的源光照度級可被發送至顯示源光控制模塊2367和圖像補償計算模塊 2368。圖像補償計算模塊2368然後可將經濾波的源光照度級用於計算補償曲線或如上針 對各個實施例所述的另一補償處理。然後可向圖像補償模塊2358指示該補償曲線或處理， 在該模塊中曲線或處理可應用於原始圖像2357以創建經增強圖像2369。然後該經增強圖 像2369可被發送至顯示器2370，在該顯示器上可結合經濾波的源光照度級顯示圖像。混合色彩和色差直方圖實施例本發明的一些實施例可作調整以在具有有限資源和受限參數的系統內起作用。在 一些實施例中，可從不提供每個色彩通道的全部圖像數據的電路、晶片或處理中獲取圖像 信息。在一些實施例中，下遊處理可能需要將數據轉換成特定格式以便處理。在一些實施例中，複合色彩或色差直方圖從圖像中產生並用來向其它處理提供圖 像數據。在一些實施例中，色差直方圖可以是包括輝度值和色差值的二維直方圖。在一示 例性實施例中，直方圖輝度值可使用方程61來獲取。方程61直方圖輝度值Y = O. 29R+0. 59G+0. 12B其中Y是直方圖輝度值，R是紅色通道值，G是綠色通道值，而B是藍色通道值。在一示例性實施例中，直方圖色差值可使用方程62來獲取。[1080]方程62直方圖色差值C = max (R-Y, G-Y, B-Y)其中R、G和B是色彩通道值，Y是從方程61或以其它方式獲取的輝度值，而C是 直方圖中的色差值。在一些實施例中，二維色差直方圖可利用諸如通過方程61獲得的輝度值和諸如 通過方程62獲得的色差值產生。然而，在一些實施例中，通過其它方法獲得的輝度值和色 彩值可用來構建二維直方圖。用輝度通道和代表輸入圖像中的多個色彩通道的色彩通道產 生的、但不用色差值產生的直方圖可被稱為複合色彩直方圖。通過相加、相乘或以其它方式 組合色彩通道數據來將多個色彩通道數據組合到單個複合色彩通道中，可創建複合色彩通 道。本發明的一些實施例可包括需要一維直方圖作為輸入的處理。在這些實施例中， 二維色差直方圖或另一二維色彩_輝度直方圖可被轉換成一維直方圖。此直方圖轉換處理 可包括將多個二維直方圖面元相加成單個一維直方圖面元。一些示例性實施例可參照圖 112進行描述。在這些實施例中，二維直方圖面元在具有多個面元值2401的表格2400中示 出。二維直方圖表格2400中的每個面元可用與輝度和色彩面元數相對應的坐標索引。該 面元數向右向上增大，其中第一面元在左下側。例如，左下側二維面元2402可稱為H(l，l)， 因為其是最低輝度面元和最低色彩面元。類似地，二維面元2403可稱為H(2，3)，因為其是 第二輝度面元和第三色彩面元。為了將二維直方圖轉換或歸納成一維直方圖，求和處理可被設計成保持儘可能多 的信息，並考慮影響二維直方圖生成的因子。在一示例性實施例中，具有恆定(γ+c)值的二 維直方圖面元可相加以創建新的一維直方圖面元。例如，第一一維面元將對應於Y+C = 2， 其僅包括二維面元H(l，1)2402，因為沒有其它面元的坐標加起來是2。下一一維面元將對 應於Y+C = 3，其包括二維面元Hd，2)和H(2，1)。第三一維面元將對應於Y+C = 4，其包括 二維面元H(1，3)、H(2，2)和H(3，l)。此過程對每個Y+C值繼續，其中與特定Y+C值相對應 的所有二維面元的總和變成新的一維直方圖面元值。求和線2404例示該關聯。當輝度和 色彩對二維直方圖的貢獻被視為基本上相等時，此處理有效。然而，並非總是如此。在一些情形中，利用不同量化因子、不同位深、或給予色彩分量不同於相應輝度分 量的權重的其它因子來獲得二維色差直方圖或其它色彩/輝度直方圖中的輝度和色彩值。 在其它情形中，所得一維直方圖可在色彩或輝度對結果有更大影響的處理中使用。在這些 情形中，實施例可包括影響求和處理的色彩權重值。在一些實施例中，色彩權重值可用來改 變求和線2404的斜率，從而改變哪些面元相加以創建新的一維面元。例如，在色彩權重值 為4的情況下，求和線的斜率可被變成1 4，以使二維H(l，2)和H(4，l)的和是第二一維 面元值。一旦產生了一維直方圖，該直方圖或相關數據就可傳遞至其它系統模塊。在一些 實施例中，一維直方圖或相關數據可被傳遞至映射模塊、顯示建模模塊、或諸如畸變模塊的 性能度量模塊。一維直方圖還可由場景切換檢測模塊使用。本發明的一些示例性實施例可參照圖113進行描述。在這些實施例中，圖像2420 可被用作色差直方圖生成器2421的輸入。由該直方圖生成器2421產生的色差直方圖然後 可被傳遞給直方圖轉換模塊2423。直方圖轉換模塊2423還可接收色彩權重參數2422。基於色彩權重參數2422，直方圖轉換模塊2423可確定求和線斜率或用於將二維色差直方圖 轉換成一維直方圖的相似轉換參數。一旦設置了參數，就可執行如上所述的轉換，並且將創 建一維直方圖。此一維直方圖然後可被傳送至諸如性能度量模塊2425的不同模塊以供進 一步處理，諸如利用誤差向量的直方圖加權。本發明的其它實施例可參照圖114進行描述。在這些實施例中，圖像2430或圖像 數據可由色差直方圖模塊2431處理以產生二維色差直方圖。此二維色差直方圖然後可在 直方圖轉換模塊2432中被轉換成一維直方圖。此一維直方圖2433然後可被儲存在直方圖 緩存器2434中。在一些實施例中，直方圖緩存器2434可具有容納諸如來自先前視頻序列 幀的直方圖的多個直方圖的容量。然後這些直方圖可由系統的各個模塊用於若干目的。在一些實施例中，場景切換模塊2435可訪問直方圖緩存器並使用直方圖數據來 確定在視頻序列中是否存在場景切換。此場景切換信息然後可被發送至時間濾波器模塊 2445，在該模塊中該信息可被用來切換或修改濾波器或濾波參數。映射模塊2436還可訪問 直方圖緩存器2434，並使用直方圖數據來計算APL或另一圖像特性。該映射模塊可包括將一個或多個圖像特性與一個或多個顯示模型屬性相關的一 個或多個映射或關聯結構，如以上相關於圖105和其它附圖中所示實施例所述。在一些實 施例中，用戶亮度選擇模塊2439也可影響映射選擇。用戶亮度選擇模塊2439可接受指示 顯示亮度的用戶輸入，並且可包括用於接受用戶選擇的用戶界面或其它裝置。在一些實施 例中，用戶亮度選擇輸入可被發送至映射模塊2436，在該模塊中輸入可被用來選擇或修改 映射或修改來自映射的輸出。然後此經修改輸出可被發送至建模模塊2437。在其它實施例 中，用戶亮度選擇輸入可被直接發送至建模模塊2437，其中該輸入可被用來修改從映射模 塊2436中接收的數據。這些實施例還可包括環境光模塊2438，該環境光模塊2438可包括用於確定諸如 環境光強度、環境光色彩或環境光特性變化的環境光狀況的一個或多個傳感器。此環境光 數據可被傳送至映射模塊2436。這些實施例還可包括手動映射選擇模塊2440，其也可影響映射選擇。當定義多個 映射或關聯時，用戶可利用手動映射選擇模塊2440選擇優選映射。在這些實施例中，從用戶亮度選擇模塊2439、手動映射選擇模塊2440和環境光模 塊2438接收的數據可被用來選擇映射、修改映射、或修改從映射獲得的結果。在一些實施 例中，來自這些模塊之一的輸入可具有優於其它模塊的優先級。例如，在一些實施例中，從 用戶輸入接收的手動映射選擇可基於環境光狀況超馳自動化映射選擇過程。在一些實施例 中，對映射模塊2436的多個輸入可被組合以選擇和修改映射或映射輸出。—旦選擇了映射或關聯，映射模塊2436就可將圖像特性與顯示模型屬性相關聯， 並將此屬性發送至顯示建模模塊2437。—旦已確定符合映射模塊2436中約束的顯示模型屬性，就可在顯示建模模塊 2437中建立其它顯示模型參數。顯示建模模塊2437可確定當以特定源光照度級顯示時的 模型削波限制、顯示誤差向量、直方圖加權值、以及用於確定差異、誤差、畸變或圖像的其它 性能度量的其它數據。或者，一個或多個顯示模型參數可在性能度量模塊2441中建立，該 性能度量模塊2441可確定模型削波限制、顯示誤差向量、直方圖加權值和用於確定差異、 誤差、畸變或其它性能度量的其它數據。[1097]性能或畸變模塊2443然後可使用該數據來確定各個源光照度級的性能度量。然 後源光級選擇模塊2444可基於諸如畸變的性能度量選擇適當的源光照度級。該所選源光 照度級然後可被發送至時間濾波器模塊2445。時間濾波器模塊2445可對來自系統中其它模塊的輸入作出響應。具體而言，場景 切換模塊2435和用戶亮度選擇模塊2439可與時間濾波器模塊2445通信以指示場景切換 何時發生以及用戶何時選擇了手動亮度選擇。當這些事件發生時，時間濾波器模塊可通過 如上相關於場景切換響應實施例所述的切換或修改濾波處理來作出響應。經濾波的源光照度級可被發送至顯示源光控制模塊2448和圖像補償計算模塊 2449。圖像補償計算模塊2449然後可將經濾波的源光照度級用於計算補償曲線或如上針 對各個實施例所述的另一補償處理。然後可向圖像補償模塊2450指示該補償曲線或處理， 在該模塊中曲線或處理可應用於原始圖像2430以創建經增強圖像2451。然後該經增強圖 像2451可被發送至顯示器2452，在該顯示器上可結合經濾波的源光照度級顯示圖像。直方圖處理當前視頻處理系統和協議對所傳送的圖像數據設置了限制。在一些情形中，協議 要求諸如元數據和同步數據的附加數據要與視頻序列一起傳送。此附加淨空限制了可用於 傳送實際視頻內容的帶寬。在一些情形中，此淨空要求視頻內容的位深減小。例如，8位色 彩或輝度通道數據會被限制成7位以便於傳送。然而，許多顯示設備和過程能夠處理全8 位動態範圍。在一些實施例中，當直方圖在較低動態範圍的情況下產生或傳送時，直方圖可 在接收設備或模塊上接收時被擴展到更高動態範圍。在一些實施例中，低動態範圍直方圖可由直方圖模塊產生並傳送至諸如性能度量 模塊的另一模塊，其可使用誤差向量來加權直方圖作為畸變計算的一部分。然而，當直方圖 範圍與具有圖像的全動態範圍的誤差向量相匹配時，此處理較為容易。因此，性能度量模塊 可在加權處理之前將直方圖擴展到圖像的全動態範圍。本發明一些實施例的方面可參照圖115進行描述。在這些實施例中，原始動態範 圍線2460表示圖像的全動態範圍。在此情形中，範圍從值為0的低點2461跨越到作為全 8位範圍的值為255的高點2462。然而，具有此動態範圍的圖像和從該圖像創建的直方圖 由於處理或傳輸限制可被推入受限動態範圍內。此受限動態範圍可由受限動態範圍線2463 表示，其在一示例性實施例中從值為16的低點2464跨越到值為235的高點2465。一旦直 方圖被生成或被轉換至此受限動態範圍並且然後傳送至不具有此動態範圍限制的處理，該 直方圖就可被轉換回圖像的全動態範圍或符合對後一處理的限制的另一動態範圍。在此示 例性實施例中，由線2463表示的受限動態範圍被轉換回由範圍線2466表示的圖像的全動 態範圍，其從值為0的低點2467跨越到值為255的高點2468。轉換至全動態範圍可包括將 新值指派給低點和高點，並使用線性縮放來確定任何中間點。本發明的其它實施例可參照圖116進行描述。在這些實施例中，圖像2470或圖像 數據可由色差直方圖模塊2471處理以產生二維色差直方圖。此二維色差直方圖然後可在 直方圖轉換模塊2472中被轉換成一維直方圖。該一維直方圖然後可用直方圖範圍轉換器 2493進一步轉換，該轉換器2493可改變一維直方圖的動態範圍。在一些實施例中，直方圖 範圍轉換器2493可將從一維-二維直方圖轉換器2473接收的直方圖轉換成不同動態範 圍，諸如誤差向量或圖像的動態範圍。[1105]具有經轉換動態範圍的此一維直方圖2473然後可被儲存在直方圖緩存器2474 中。在一些實施例中，直方圖緩存器2474可具有容納諸如來自先前視頻序列幀的直方圖的 多個直方圖的容量。然後這些直方圖可由系統的各個模塊用於若干目的。在一些實施例中，場景切換模塊2475可訪問直方圖緩存器並使用直方圖數據來 確定在視頻序列中是否存在場景切換。此場景切換信息然後可被發送至時間濾波器模塊 2485，在該模塊中該信息可被用來切換或修改濾波器或濾波參數。映射模塊2476還可訪問 直方圖緩存器2474，並使用直方圖數據來計算APL或另一圖像特性。該映射模塊可包括將一個或多個圖像特性與一個或多個顯示模型屬性相關的一 個或多個映射或關聯結構，如以上相關於圖105和其它附圖中所示實施例所述。在一些實 施例中，用戶亮度選擇模塊2479也可影響映射選擇。用戶亮度選擇模塊2479可接受指示顯 示亮度的用戶輸入，並且可包括用於接受用戶選擇的用戶界面或其它裝置。在一些實施例 中，用戶亮度選擇輸入可被發送至映射模塊2476，其中輸入可被用來選擇或修改映射或修 改來自映射的輸出。然後此經修改輸出可被發送至建模模塊2477。在其它實施例中，用戶 亮度選擇輸入可被直接發送至建模模塊2477，其中該輸入可被用來修改從映射模塊2476 中接收的數據。這些實施例還可包括環境光模塊2478，該環境光模塊2478可包括用於確定諸如 環境光強度、環境光色彩或環境光特性變化的環境光狀況的一個或多個傳感器。此環境光 數據可被傳送至映射模塊2476。這些實施例還可包括手動映射選擇模塊2480，其也可影響映射選擇。當定義多個 映射或關聯時，用戶可用手動映射選擇模塊2480選擇優選映射。在這些實施例中，從用戶亮度選擇模塊2479、手動映射選擇模塊2480和環境光模 塊2478接收的數據可被用來選擇映射、修改映射、或修改從映射獲得的結果。在一些實施 例中，來自這些模塊之一的輸入可具有優於其它模塊的優先級。例如，在一些實施例中，從 用戶輸入接收的手動映射選擇可基於環境光狀況超馳自動化映射選擇過程。在一些實施例 中，對映射模塊2476的多個輸入可被組合以選擇和修改映射或映射輸出。一旦選擇了映射或關聯，映射模塊2476就可將圖像特性與顯示模型屬性相關聯， 並將此屬性發送至顯示建模模塊2477。一旦已確定符合映射模塊2476中約束的顯示模型屬性，就可在顯示建模模塊 2477中建立其它顯示模型參數。顯示建模模塊2477可確定當以特定源光照度級顯示時的 模型削波限制、顯示誤差向量、直方圖加權值、以及用於確定差異、誤差、畸變或圖像的其它 性能度量的其它數據。在一些實施例中，當以特定源光照度級顯示時的模型削波限制、顯示 誤差向量、直方圖加權值、以及用於確定差異、誤差、畸變或圖像的其它性能度量的其它數 據可在諸如權重計算模塊2482的性能度量/畸變模塊2481內確定。性能或畸變模塊2481然後可使用該數據來確定各個源光照度級的性能度量。然 後源光級選擇模塊2484可基於諸如畸變的性能度量選擇適當的源光照度級。該所選源光 照度級然後可被發送至時間濾波器模塊2485。時間濾波器模塊2485可對來自系統中其它模塊的輸入作出響應。具體而言，場景 切換模塊2475和用戶亮度選擇模塊2479可與時間濾波器模塊2485通信以指示場景切換 何時發生以及用戶何時選擇了手動亮度選擇。當這些事件發生時，時間濾波器模塊可通過如上相關於場景切換響應實施例所述的切換或修改濾波處理來作出響應。經濾波的源光照度級可被發送至顯示源光控制模塊2488和圖像補償計算模塊 2489。圖像補償計算模塊2489然後可將經濾波的源光照度級用於計算補償曲線或如上針 對各個實施例所述的另一補償處理。然後可向圖像補償模塊2490指示該補償曲線或處理， 在該模塊中曲線或處理可應用於原始圖像2470以創建經增強圖像2491。然後該經增強圖 像2491可被發送至顯示器2492，在該顯示器上可結合經濾波的源光照度級顯示圖像。用於附加處理的圖像補償設計在許多上述系統中，圖像補償是在顯示前要對圖像執行的最後處理。然而，在一些 系統中，可能需要執行補償後處理。這可能是因為晶片或處理架構或對系統的在圖像補償 之前排除了此處理的性能的其它約束。另外，在一些情形中，在圖像補償之前對圖像執行處 理會在圖像中弓I起偽像或誤差，這些偽像或誤差在圖像補償之後執行該處理則不會發現。在進行圖像補償之後執行處理時，圖像補償算法應當考慮補償後處理的影響。如 果不作考慮，則針對給定源光照度或其它條件，該圖像會被過校正或欠校正。因此，當將執 行後處理時，本發明的一些實施例將在設計圖像補償算法或處理時考慮該後處理過程。示例性圖像補償和源光照度級選擇系統在圖117中示出。此系統包括用於在圖像 補償前色階處理2501上接收輸入圖像2500。在初始處理2501之後，經修改圖像或經修改 圖像數據被發送至背光選擇模塊2502以供圖像相關背光選擇。經修改圖像還被發送至亮 度補償/圖像補償(BP/IC)模塊2503，該模塊還接收從背光選擇模塊2502產生的背光選 擇。亮度保持或圖像補償模塊2503產生BP/IC色階或類似處理以針對因背光選擇過程產 生的背光變化對圖像作出補償。此BP/IC色階或類似處理然後被應用於經修改圖像，從而 產生經補償圖像2505。該背光選擇還被發送至背光2504以控制其照度級。然後使用所選 背光照度級顯示經補償圖像2505。在此示例性系統中，背光選擇處理2502與背光保持/圖 像補償處理2503在同一圖像上操作。這些實施例可用作補償後處理和經修改補償處理的 參考。另一示例性系統在圖118中示出。在此系統中，輸入圖像2510被輸入至圖像補償 色階處理2513。該輸入圖像還被輸入至背光選擇模塊2512。從背光選擇過程2512產生的 選擇以及顯示背光2514被發送至亮度保持/圖像補償處理2513。亮度保持/圖像補償處 理2513接收圖像並產生亮度保持/圖像補償色階或類似處理以供圖像補償。該亮度保持 /圖像補償處理然後被應用於經修改圖像，從而產生經補償圖像，該經補償圖像然後被發送 至補償後處理2511。該補償後處理2511然後可通過另一色階操作或另一處理來進一步處 理經補償圖像。然後使用所選背光照度級顯示經補償圖像2515。經補償圖像的後處理可產生不當 的圖像補償。此外，在該示例性系統中，被引入補償色階處理2513的任何誤差可在補償後 處理2511中放大。在一些情形中，這些放大誤差可使得該系統不適於使用。再一示例性系統在圖119中示出。在此系統中，輸入圖像2520被輸入至背光選擇 過程2522和經修改的亮度保持/圖像補償處理2521，該亮度保持/圖像補償處理2521被 修改以供圖像補償後處理2523之用。從背光選擇過程2522產生的背光選擇還被發送至經 修改的亮度保持/圖像補償處理2521。該經修改的亮度保持/圖像補償處理2521知道圖 像補償後處理2523並能解決其對圖像的影響。因此，經修改的亮度保持/圖像補償處理2521可產生將對選擇用於圖像2520的背光照度級作出補償並將對圖像補償後處理2523的 影響作出補償的處理，並將該處理應用於圖像2520。此處理在圖像被發送至圖像補償後處 理2523之前應用於圖像。圖像然後用圖像補償後處理2523進行處理，其產生可用所選背 光照度級顯示的經補償和經修改的圖像2525。在此系統中，使用圖像補償後處理2523避免 因放大來自圖像補償前處理的誤差而產生的問題。本發明的一些實施例包括經修改的亮度保持/圖像補償處理，其解決在經修改的 亮度保持/圖像補償處理之後應用的另一色階處理的影響。此附加色階處理可被稱為補償 後處理。這些經修改處理可基於經修改的亮度保持/圖像補償處理MBP(X)和隨後的另一 色階處理TS(X)將具有與色階處理TS(X)和隨後的原始亮度保持/圖像補償處理BP(X)將 具有相同結果的原理。此原理可用如方程63的方程形式表達。方程63示例性經修改BP/IC處理TS (MBP (χ)) = BP (TS (χ))MBP (χ) = TS-1 (BP (TS (χ)))此原理可在圖120中圖形地描述，在該圖120中第一色階處理TS(X)由第一色階 曲線2530表示。對於輸入圖像代碼值Χ2531，此處理產生一輸出值W2532。第一色階曲線 的輸出w可被用作由第二色階曲線2534表示的BP/IC處理的輸入BP (w)。通過將w2532用 作BP/IC處理的輸入，此處理將產生輸出值Z2536。值z2536然後可被用來確定色階處理 TS02538的輸入值y2540，該色階處理將產生輸出z2536。該結果是y2540。在一些實施例 中，此最終處理可通過求解輸入來執行，這將產生期望的已知輸出。在其它實施例中，色階 逆運算TS—1可被獲取並用來利用Z2536確定最終值y2540。利用這些處理或者數學或函數等效物，可確定並映射(2541)輸入代碼值X2531和 最終值y2540之間的關係。在一些實施例中，通過確定擬合最終值y2540與初始輸入x2531 之間關係的多個點並在這些點之間插補以產生經修改的亮度保持/圖形補償曲線MBP(X)， 可傳達該關係。在前面說明書中採用的術語和表達是按照描述而非限制使用的，並且沒有意圖使 用這些術語和表達來排除所示和所描述特徵的等效物或其一部分，可以理解本發明的範圍 僅受所附權利要求限定和限制。
8權利要求
一種用於產生對源光照度級和補償後處理作出補償的圖像補償曲線的方法，所述方法包括a)選擇源光照度級；b)確定與輸入至所述補償後處理的多個圖像代碼值相對應的補償後處理輸出點；c)基於在所述選擇中所選的所述源光照度級產生源光照度級補償曲線；d)確定與所述補償後處理輸出點的輸入相對應的源光照度級補償曲線輸出點；e)確定將產生所述源光照度級補償曲線輸出點的輸出的所述補償後處理的輸入點；以及f)通過使所述多個圖像代碼值與所述補償後處理的所述輸入點相關來定義經修改的源光照度級補償曲線。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述補償後處理是色階曲線。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述補償後處理是用查找表(LUT)實現的。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述確定將產生所述源光照度級補償曲線 輸出點的輸出的補償後處理的輸入點包括使用逆LUT。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述選擇源光照度級包括產生顯示模型。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述選擇源光照度級包括產生圖像直方圖 和誤差向量。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述選擇源光照度級包括用所述誤差向量 加權所述圖像直方圖。
8.一種用於針對源光照度級降低和補償後處理對圖像作出補償的方法，所述方法包括a)針對輸入圖像創建圖像直方圖；b)基於所述圖像直方圖產生針對所述圖像的顯示模型；c)用所述顯示模型確定針對多個源光照度級的性能度量；d)基於所述性能度量選擇源光照度級；e)確定與輸入至所述補償後處理的多個圖像代碼值相對應的補償後處理輸出點；f)基於在所述選擇中所選的所述源光照度級產生源光照度級補償曲線；g)確定與所述補償後處理輸出點的輸入相對應的源光照度級補償曲線輸出點；h)確定將產生所述源光照度級補償曲線輸出點的輸出的所述補償後處理的輸入點；i)通過使所述多個圖像代碼值與所述補償後處理的所述輸入點相關來定義經修改的 源光照度級補償曲線；以及j)用所述經修改的源光照度級補償曲線處理所述圖像。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述補償後處理是色階曲線。
10.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述補償後處理是用查找表(LUT)實現的。
11.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述確定將產生所述源光照度級補償曲 線輸出點的輸出的補償後處理的輸入點包括使用逆LUT。
12.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述確定針對多個源光照度級的性能度量 包括確定針對所述源光照度級的每一個的誤差向量。
13.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述確定性能度量還包括用所述誤差向量加權所述直方圖以獲取針對所述源光照度級的每一個的畸變值。
14.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，所述選擇源光照度級包括選擇對應於最 低畸變值的源光照度級。
15.一種用於產生對源光照度級和補償後處理作出補償的圖像補償曲線的系統，所述 系統包括a)用於選擇源光照度級的選擇器；b)用於確定與輸入至所述補償後處理的多個圖像代碼值相對應的補償後處理輸出點 的補償後處理；c)基於由所述選擇器所選的所述源光照度級的源光照度級補償曲線，其中所述補償曲 線確定與補償後處理輸出點的輸入相對應的源光照度級補償曲線輸出點；d)用於確定將產生所述源光照度級補償曲線輸出點的輸出的所述補償後處理的輸入 點的補償後逆處理；以及e)通過使所述多個圖像代碼值與所述補償後處理的所述輸入點相關來產生經修改的 源光照度級補償曲線的經修改曲線生成器。
16.如權利要求15所述的系統，其特徵在於，所述經修改的曲線生成器通過在一個集 合的控制點之間插補來定義經修改的源光照度級補償曲線。
17.如權利要求15所述的系統，其特徵在於，所述補償後處理是用查找表(LUT)實現的。
18.如權利要求17所述的系統，其特徵在於，所述補償後逆處理包括使用逆LUT。
19.如權利要求15所述的系統，其特徵在於，所述用於選擇源光照度級的選擇器還包 括顯示模型。
20.如權利要求15所述的系統，其特徵在於，所述用於選擇源光照度級的選擇器還包括誤差向量計算器。
全文摘要
本發明包括用於圖像補償後處理的方法和系統。經修改的亮度保持/圖像補償處理(2521)知道圖像補償後處理(2523)並且可解決其對輸入圖像(2520)的影響。經修改的亮度保持/圖像補償處理(2521)能生成將對選擇用於圖像的背光照度級作出補償和將對圖像補償後處理(2523)的影響作出補償的處理並將其應用於輸入圖像(2520)。
文檔編號G09G3/20GK101911172SQ200880123308
公開日2010年12月8日 申請日期2008年12月19日 優先權日2007年12月26日
發明者L·J·科洛夫斯基 申請人:夏普株式會社