[发明专利]通过调整插入帧/场局部亮度改变视频动态范围的方法

说明书

技术领域

发明涉及数字显示技术,数字视频处理技术，具体讲，涉及通过调整插入帧/场局部亮度改变视频动态范围的方法。

技术背景

自然界中景物的亮度值具有非常大的动态范围，一般可以达到10个数量级。人眼可观察到的对比度范围为10,000:1左右。普通LCD显示器可达到的对比度范围远远不能达到人眼的水平。目前测试显示器对比度的方法主要有两种。第一种方法先让显示设备全屏显示白色，测量亮度值；再全屏显示黑色，测量亮度值，得出对比度值，也叫全开全关(Full ON Full OFF)对比度。在这种测试方法下，目前市场上主流液晶显示器的对比度大多集中在400：1至600：1的水平上。第二种方法是美国国家标准委员会ANSI的测试方法，这种方法在显示器上显示16棋盘格黑白相间图案，分别在屏幕上各个方块处测定黑色亮度和白色亮度，以平均值得出的对比度值可称为ANSI对比度。此种方法下，普通LCD显示器测试的对比度只有大约270：1。而Akiko Yoshida等[1]通过大量的心理物理学实验来寻找人的喜好和图像的各种参数的关系时发现，当人们希望看到令人愉悦的图片时，人们往往会增大对比度来达到这种目的，有时对比度甚至会达到原图像的四倍之多。

因此，如何提高显示器对比度具有很大的研究价值。目前，已有解决方案分为两类，第一类是高动态范围(HDR)显示器方法。。Helge Seetzen等[2]提出了两种HDR显示系统设计方案。第一种采用LCD面板和DLP投影仪双屏显示系统，DLP作为背光通过菲涅尔透镜将光束投到LCD面板上，可以将显示系统的动态范围提高到54,000：1。但是这种方案体积庞大，造价也比较高。另一种方案采用LED作为背光源，设计LED-LCD双屏显示。从输入的HDR图像中分离出两路信号，分别驱动LED、LCD，两屏效果相叠加以提高显示器的动态范围。但是该方案受LED成本、散热等问题的限制。Gabriele Guarnieri等[3]提出LCD-LCD结构的双液晶显示系统，使后板图像变模糊，前板图像变得更为锐利。这种方法需要提高背光亮度，并且会产生视差问题。黄炳乐等[4]提出高动态范围显示系统方案，以场致发射背光作为液晶显示器的背光源，实现背光显示面板与液晶显示器的点对点控制，对HDR图像进行前后面板的分割。场致背光源目前仍需解决集成度较低问题，以适应大规模生产的需要。

第二类提高显示器对比度的方法是通过动态控制全黑场景下背光强度来动态调整对比度范围。此种方法在黑色场景时将背光亮度适当调低，从而使黑色场景足够黑。易造成整体忽明忽暗。且无法同时调整在同一画面上的黑暗区域与高光区域。此外，还需解决背光变化速度、即全黑画面下背光由正常变化转成最低亮度的时候所需要的时间长短问题。因此并未受到消费者广泛青睐。

可以看出，在传统的高动态范围显示系统中，采用投影仪、LED阵列等双屏结构的显示器往往存在体积庞大、造价昂贵等缺点。另外，也会产生因背光源分辨力低而导致功耗高、局部对比度低和光晕等问题。而动态调整全黑场景下背光强度的方法易造成整体忽明忽暗、且无法同时调整同一画面中黑暗区域与高光区域。

参考文献

[1]Yoshida A,Mantiuk R,Myszkowski K,et al.Analysis of Reproducing Real‐World Appear ance on Displays of Varying Dynamic Range[C]//Computer Graphics Forum.Blackwell Publishing,Inc,2006,25(3):415-426.

[2]Seetzen H,Heidrich W,Stuerzlinger W,et al.High dynamic range display systems[C]//ACM Transactions on Graphics(TOG).ACM,2004,23(3):760-768.

[3]Guarnieri G,Albani L,Ramponi G.Image-splitting techniques for a dual-layer high dynamic range LCD display[J].Journal of Electronic Imaging,2008,17(4):043009-043009-9.

[4]黄炳乐,郭太良,姚剑敏,等.一种高动态范围显示系统的设计[J].液晶与显示,2013,28(6):906-910.

发明内容