[发明专利]扩展图像动态范围

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年8月25日提交的美国临时专利申请No.61/376,907和于2011年4月12日提交的美国临时专利申请No.61/474,644的优先权，为所有的目的将这两个申请通过引用全部并入本文中。

技术领域

本发明总体上涉及图像。更具体地，本发明的实施方式涉及扩展图像和视频的动态范围。

背景技术

如本文中所使用的，术语“动态范围”（dynamic range，DR）可以涉及人类心理视觉系统（human psychovisual system，HVS）感知如从最暗到最亮的图像强度（如亮度（luminance）、明度（luma））范围的能力。在这个意义上，DR涉及“涉及场景的”强度。DR还可以涉及显示装置的充分地或者近似地呈现具有具体的广度的强度范围的能力。在这个意义上，DR涉及“涉及显示器的”强度。在本文中，除非在说明书的任何地方明确指明了特定的意义以具有特定的含义，否则应当意指术语可以、例如可交换地以任何意义来使用。

如本文中所使用的，术语高动态范围（HDR）涉及跨越HVS的大约14至15个数量级的DR广度。例如，具有大体上的常态的良好适应的人（例如，在统计、计量生物学或眼科意义中的一个或多个意义上）具有跨越大约15个数量级的强度范围。适应的人可以感知仅少量光子的暗光源。然而，同样这些人可以感知沙漠、海洋或大雪中的正午太阳的几乎使人痛苦地明亮的亮度（或甚至是扫视太阳，然而是短暂的扫视以防止伤害）。然而，该跨度对于“适应的”人是可用的，如其HVS具有用于重置和调节的时间段的那些人。

相反，人可以同时感知强度范围中的广阔的广度的DR可能关于HDR在某种程度上被截短。如本文中所使用的，术语“视觉动态范围”或“可变动态范围”（VDR）可以单独地或者可交换地涉及同时由HVS可感知的DR。如本文中所使用的，VDR可以涉及跨越5至6个数量级的DR。因此，虽然可能相对于涉及真实场景的HDR在某种程度上较窄，然而，VDR表示宽的DR广度。如本文中所使用的，术语“同时动态范围”可以涉及VDR。

直到最近，显示器才具有了比HDR或VDR明显窄的DR。使用典型的阴极射线管（CRT）、具有恒定的荧光白色背光的液晶显示器（LCD）或等离子屏幕技术的电视机（TV）和计算机监视器设备的DR呈现能力可能被限制为大约三个数量级。因此，这样的传统显示器代表标准的动态范围（SDR），相对于VDR和HDR有时也被称为“低动态范围”或“LDR”。如本文中所使用的，术语“标准动态范围”和“低动态范围”和/或其相应的缩写“SDR”和“LDR”可以同义地和/或可交换地使用。

然而，其基础技术的进步使得更现代的显示器设计能够以比在不那么现代的显示器上呈现的同一内容显著改进的各种质量特征来呈现图像和视频内容。例如，更现代的显示装置能够呈现高清晰度（HD）内容和/或可以根据各种显示能力如图像缩放器来缩放的内容。此外，某些更现代的显示器能够呈现具有比传统的或标准的显示器的SDR高的DR的内容。

例如，某些现代LCD显示器具有包括发光二极管（LED）阵列的背光单元（BLU）。BLU阵列的LED可以与有源LCD元件的极化状态的调制分离地调制。这种双调制方法是可扩展的（如，可扩展至N调制层，其中，N包括大于2的整数），如通过BLU阵列与LCD屏幕元件之间的可控中间层。其基于LED阵列的BLU和双（或N）调制有效地增加了具有这样的特征的LCD监视器的参考显示器的DR。

这样的通常被称为“HDR显示器”（虽然实际上它们的能力可能更接近于VDR的范围）并且能够关于传统的SDR显示器实现其DR扩展的显示器在显示图像、视频内容和其他视觉信息的能力方面表现出显著的进步。这样的HDR显示器可以呈现的色域还可以显著地超过更多传统显示器的色域，甚至达到能够呈现宽色域（wide color gamut，WCG）的程度。涉及场景的HDR或VDR和WCG图像内容——如可以用“下一代”电影和TV照相机来生成的涉及场景的HDR或VDR和WCG图像内容——现在可以更如实且有效地用“HDR”显示器（下文中称为“HDR显示器”）来显示。如本文中所使用的，意思为第一色域“大于”第二色域的表述涉及第一色域比第二色域更广、更深、更大或具有更大的比特深度。如本文中所使用的，意思为第二色域“小于”第一色域的表述涉及第二色域比第一色域更窄、更浅、更低或具有更小的比特深度。