[发明专利]一种基于LCD-LED双调制高动态显示器的HDR图像显示方法

说明书

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

技术领域

本发明涉及高动态图像显示领域，具体涉及一种基于LCD-LED双调制高动态显示器的 HDR图像显示方法。

背景技术

对于LCD-LED双调制显示器来说，一幅图像的亮度值由该像素液晶的穿透率和其对应 的背光亮度的乘积决定[3]。对于LED-LCD双调制显示器而言，因LCD分辨率比LED背光的分辨率大，图像局部像素的亮度可调节的范围会受到背光亮度的限制：在图像高亮区域附 近会出现“光晕”现象；反之，在图像暗区附近会出现因背光亮度过低出现图像亮度“截断”现 象。这些问题是LCD-LED双调制显示器结构决定，优化算法只能降低改善其影响，无法彻 底解决。

由于HDR图像动态范围高，像素间亮度会差异更大，若使用LED-LCD双调制显示系统 显示HDR图像，则这些问题会更加凸显。HDR图像主流存储格式为OpenExr格式[3]，像素点的RGB通道各自为16位浮点数，数值与真实世界的亮度是线性对应，HDR格式图像无法 直接在8bit显示器上显示，需要采用色调映射(tone mapping)的方式将HDR图像转化为可 以在LCD面板上显示的SDR图像。色调映射得到SDR图像会使得HDR图像的亮度信息损 失影响显示效果。为保持HDR的亮度信息，需要根据HDR图像得到LED亮度信息和LCD 亮度信息。

目前为止，针对HDR图像的区域调光算法并不多[1]，显示HDR图像需要依据HDR图像内容自主生成LCD图像和LED背光亮度，Seetzen H等[2]首次提出利用LCD-LED双调制 结构实现高动态显示器的方案，并首次给出了HDR图像显示算法，算法流程，如图1所示[2]。

首先，将HDR图像的亮度I的开平方并下采样得到背光区域目标亮度；然后，使用高斯 -赛德尔迭代方法解方程估计出LED实际亮度值IL；接下来，用高斯函数p1模拟LED的光扩散函数(PSF,Point Spread Function)与LED亮度值IL卷积并放大到LCD的分辨率得到背光 亮度图；最后用HDR图像I除以背光亮度图，得到LCD面板的显示图像。

Narwaria M等人0提出上述算法的改进方案：用RGB最大值作为图像亮度I；LED背光 亮度图由将LED背光亮度图改为由HDR图像亮度的α次幂得到，其中α属于0-1。使用背 光LED的调制光亮度与LED光扩散函数(PSF)模拟LED背光亮度，调整LED的调制光亮 度，逐步降低LED目标亮度于LED背光亮度的差。

上述算法在确定LED亮度步骤中，直接对图像下采样得到LED的目标亮度，没有考虑 显示器背光模组的参数。显示器背光模组可能无法正确地显示这样得到的LED目标亮度，容 易造成由于LED亮度与LCD透射率不匹配而形成的“光晕”和亮度“截断”效应。

参考文献：

[1]Narwaria M,Silva M P D,Callet P L.Dual modulation for LED-backlitHDR displays[M].High Dynamic Range Video:From Acquisition,to Display andApplications.2016.

[2]Seetzen H,Heidrich W,Stuerzlinger W,et al.High dynamic rangedisplay systems[J].Acm Transactions on Graphics,2004,23(3):760-768.