JP2010536052A - シーンカット検出によるバックライト変調の為の方法 - Google Patents
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Abstract
Description
1)照明低減パーセントによって光源(バックライト)の低減レベルを決定する。
2)低減パワー出力とフルパワー出力との一致からのロールオフが生じる最大忠実ポイント(MFP)を決定する。
3)補償トーンスケール演算子を決定する。
a.MFPより下では、ディスプレイ輝度の低減を補償するように、トーンスケールをブーストする。
b.MFPより上では、トーンスケールを徐々にロールオフする(一部の実施例では、連続微分値を維持しながらこれを行う)。
4)トーンスケールマッピング演算子を画像に適用する。
5)ディスプレイに送る。
1.トーンスケール調節モデルを計算する。
2.ハイパス画像を計算する。
3.利得アレイを計算する。
4.利得によりハイパス画像に重みづけする。
5.ローパス画像と重みづけされたハイパス画像を合計する。
6.その合計をディスプレイに送る。
1.トーンスケール調節モデルを計算する。
2.ローパス画像を計算する。
3.画像とローパス画像との間の差として、ハイパス画像を計算する。
4.画像の値および変更されたトーンスケール曲線の傾きを使って利得のアレイを計算する。
5.ハイパス画像を利得で重みづけする。
6.ローパス画像と重みづけされたハイパス画像とを合計する。
7.これをパワーが低減されたディスプレイへ送る。
1.元の画像の周波数分解を実行する。
2.明るさ保存、すなわちトーンスケールマップをローパス画像に適用する。
3.ハイパス画像に対し、一定の乗数を適用する。
4.ローパス画像とハイパス画像とを合計する。
5.合計の結果をディスプレイに送る。
本発明の一部の実施例では、表示されている画像、前に表示された画像、表示された画像の後で表示すべき画像またはそれらの組み合わせの特性によって、ディスプレイ光源の照明レベルを調節できる。これらの実施例では、画像特性に従ってディスプレイ光源の照明レベルを変えることができる。一部の実施例では、これらの画像特性は、画像輝度レベル、画像クロミナンスレベル、画像ヒストグラム特性およびその他の画像特性を含む。
本発明の一部の実施例は、周辺照明センサを含み、このセンサは画像処理モジュールおよび/または光源制御モジュールに入力を提供する。これらの実施例では、トーンスケール調節、利得マッピングおよび他の変形を含む画像処理を周辺照明特性に関連させることができる。これら実施例は、周辺照明特性に関連する光源またはバックライト調節も含むことができ、一部の実施例では、単一処理ユニット内で光源と画像処理とを組み合わせることができ、別の実施例では、これら機能を別々のユニットで実行できる。
本発明の一部の実施例は、モバイルデバイスおよびアプリケーションを含むディスプレイデバイスの必要パワー、ディスプレイ特性、周辺環境およびバッテリー制限を解決する方法およびシステムを含む。一部の実施例では、3種のアルゴリズム、例えばディスプレイパワー管理アルゴリズム、バックライト変調アルゴリズムおよび明るさ保存(BP)アルゴリズムが使用される。パワー管理は移動するバッテリー給電デバイスで優先度が高いが、これらシステムおよび方法は、エネルギー保存、熱管理および他の目的のためにパワー管理から利益が得られる他のデバイスにも適用できる。これら実施例では、これらアルゴリズムは相互に作用するが、個々の機能として次の機能を挙げることができる。
・パワー管理−これらのアルゴリズムはパワー消費量を最適にするよう、ビデオコンテンツ内の変動を利用する一連のフレームにわたってバックライトのパワーを管理する。
・バックライト変調−これらのアルゴリズムはパワー消費量を最適にするよう、個々のフレームのために使用するバックライトパワーレベルを選択し、画像内の統計値を利用する。
・明るさ保存−これらのアルゴリズムは低下したバックライトパワーを補償し、アーティファクトを防止しながら、画像の明るさを保存するために、各画像を処理する。
一部の実施例では、ディスプレイのパワー管理アルゴリズム406は、ビデオ、画像シーケンスまたは他のディスプレイタスクにわたるパワー使用量の分配を管理できる。一部の実施例では、ディスプレイパワー管理アルゴリズム406は、バッテリーの固定されたエネルギーを割り当て、画質を維持しながら、保証された作動寿命を提供する。一部の実施例では、パワー管理アルゴリズムの1つの目標は、バッテリーの寿命に対する保証されたより低い限度を提供し、モバイルデバイスの利用可能性を高めることにある。
任意の目標を満たすパワー制御の一形態は、所望する寿命を満たす固定されたパワーを選択することである。図30には、一定パワー管理に基づくシステムを示すシステムブロック図が示されている。必須ポイントは、パワー管理アルゴリズム436が初期バッテリーの充電量432および所望する寿命434だけに基づき、一定のバックライトパワーを選択することである。各画像440において、このバックライトレベル444のための補償442が実行される。
図31を参照し、本発明の一部の実施例について説明する。これらの実施例は、適応型パワー管理アルゴリズム456を含み、バックライト変調460に起因するパワー低減量455が、パワー管理アルゴリズム456へフィードバックされ、所望するシステムの寿命を提供しながら、改善された画質を可能にする。
本発明者は、パワー対ディストーションの調整において、多くの画像は同じパワーでも大きく異なるディストーションを呈することを観察した。アンダー露出の写真のように、コントラストの貧弱なぼんやりした画像を、大パワーを使用する結果生じる黒レベルの上昇によって、小さいパワーでも実際に良好にディスプレイすることができる。パワー制御アルゴリズムは、画像のディストーションを直接パワー設定ではなく、バッテリー容量とトレードオフできる。図29に示された本発明の一部の実施例では、パワー管理技術はバックライト制御アルゴリズム410に与えられる最大パワー401の外に、最大ディストーション値のようなディストーションパラメータ403も含むことができる。これら実施例では、パワー管理アルゴリズム406は、そのときの画像のパワー/ディストーション特性の形態でバックライト変調アルゴリズム410からのフィードバックを使用できる。一部の実施例では、そのときのフレームのターゲットパワーおよびパワー−ディストーション特性に基づき、最大画像ディストーションは修正される。これら実施例では、実際に選択されたパワーに対するフィードバックの外に、パワー管理アルゴリズムはディストーションターゲット403を選択し、提供でき、バッテリーの充電度402へのフィードバックの外に、対応する画像ディストーション405に対するフィードバックを受信できる。一部の実施例では、パワー制御アルゴリズム内で別の入力、例えば周辺レベル408、ユーザーの好みおよび作動モード(例えばビデオ、グラフィックス)を使用できる。
バックライト変調アルゴリズム502は、各画像に対して使用されるバックライトレベルを選択する役割を果たす。この選択は、表示すべき画像およびパワー管理アルゴリズム500からの信号に基づいてなされる。パワー管理アルゴリズム500によって供給される最大パワーに関する限度512を考慮することにより、望ましい寿命にわたってバッテリー506が管理される。一部の実施例では、バックライト変調アルゴリズム502は、そのときの画像の統計値に応じたより低いパワーを選択できる。このことが特定の画像でのパワーを節約する源となり得る。
本発明の一部の実施例は、パワー管理アルゴリズムが供給するディストーション限度および最大パワー限度を含む。図32Bおよび34は、所定のバックライトパワーレベルでのディストーション量が画像のコンテンツに応じて大きく変化することを示している。各画像のパワーディストーション挙動の性質をバックライト選択プロセスで利用できる。一部の実施例では、各カラーコンポーネントに対するヒストグラムを計算することにより、そのときの画像を分析できる。式20のうちの第2の式を利用してパワー値の範囲でのディストーションを計算することによって、ディストーションを定めるパワーディストーション曲線(例えばMSE)を算出できる。バックライト変調アルゴリズムは、指定されたディストーション限度以下のディストーションをもつ最小のパワーをターゲットレベルとして選択する。このバックライトレベルは、ターゲットレベルの最小値として選択され、バックライトレベルの限度はパワー管理アルゴリズムによって与えられる。更に、選択されたレベルでの画像ディストーションは、ディストーションのフィードバックをガイドするために、パワー管理アルゴリズムに与えられる。パワーディストーション曲線のサンプリング周波数および画像ヒストグラムを、複雑さを制御するために低減することができる。
一部の実施例では、BPアルゴリズムは低下した照度を補償するために、選択されたバックライトレベルに基づき、画像を明るくする。BPアルゴリズムはディスプレイに生じるディストーションを制御し、画質を維持するBPアルゴリズムの能力はバックライト変調アルゴリズムがどれだけ多くのパワーを節約できるかを決定する。一部の実施例は、255を超える画像クリッピング値をスケーリングすることにより、バックライトの低下を補償する。これらの実施例では、バックライト変調アルゴリズムはパワーを低減するのに慎重でなければならない。そうしないと、不快なクリッピングアーティファクトが生じ、可能な省電力が制限されることになる。一部の実施例は、固定されたパワー低減量にて最も要求されるフレームでの画質を維持するように設計されている。これらの実施例の一部は、単一バックライトレベル(例えば75%)を補償する。別の実施例は、バックライト変調と共に働くように一般化できる。
実行が制限されているために、一部の実施例はBPパラメータを決定するための複雑度が制限されたアルゴリズムを含むことができる。例えばLCDモジュール上で完全に作動するアルゴリズムを開発すると、アルゴリズムに利用できる処理およびメモリが制限される。この例では、一部のBP実施例のために、異なるバックライトと周辺の組み合わせに対し、別のガンマ曲線を発生することが使用される。一部の実施例では、ガンマ曲線の数および分解能に対する制限が必要である。
本発明の一部の実施例は、ビデオシーケンスフレームを含むが、これだけに限定されない、画像に対するパワー/ディストーション特性を把み推定し、計算し、または決定する。図35は、4つの画像例に対するパワー/ディストーション特性を示すグラフである。図35では、画像Cに対する曲線520は、光源パワーバンド全体に対して負の傾きを維持し、画像A、BおよびDに対する曲線522、524および526は、これらが最低値に達するまで負の傾きで低下し、次に正の傾きで上昇する。画像A、BおよびDに対し、光源のパワーを増加すると、実際に曲線が正の傾き528を有するような曲線の特定範囲において、実際にディストーションが増加する。このことは、LCDの漏れまたはビューアーが見る表示された画像が画素値と一貫して異なるようにさせるその他のディスプレイの不規則性(これらだけに限定されない)のような表示特性に起因し得る。
図36を参照し、本発明の一部の実施例について説明する。これら実施例では、パワーバジェット(消費予定量)が確立される(530)。このことは、簡単なパワー管理、適応型パワー管理およびこれまで説明した他の方法、またはその他の方法によって実行できる。一般には、パワーバジェットを確立することは、例えばバッテリーの充電量の一部のような固定されたパワーリソースを使用しながら、ビデオファイルの表示のようなディスプレイタスクの完了を可能にするバックライトまたは光源のパワーレベルを推定することを含む。一部の実施例では、パワーバジェットを確立することは、固定された量のパワーでディスプレイタスクを完了できる平均パワーレベルを決定することを含む。
本発明の一部の実施例は、ディスプレイの黒レベルの改良のためのシステムおよび方法を含む。一部の実施例は、指定されたバックライトレベルを使用し、明るさを維持すると共に黒レベルを改良する。輝度マッチングトーンスケールを発生する。別の実施例は、構成中に黒レベルの改良を含むバックライト変調アルゴリズムを含む。上記実施例の拡張または変更として一部の実施例を実施できる。
上で示した輝度マッチング式、式7を使って、バックライトの低下を補償する画素値のリニアスケーリングを決定する。このことはパワーが75%まで低下した場合に実験で効果的であることが証明されている。画像に依存するバックライト変調を有する一部の実施例では、ダークフレームに対し、例えば10%より低くバックライトを大幅に低減できる。これらの実施例では、式7で誘導される画素値のリニアスケーリングは、ダーク値を過剰にブーストできるので適さない。これら方法を使用する実施例は、パワーが低減されたディスプレイでもフルパワー出力を再生できるが、出力を最適にするようには働かないことがある。フルパワーのディスプレイは、高くなった黒レベルを有するので、ダークシーンに対するこのような出力を再生することは、より低いバックライトパワーの設定で可能であった、低減された黒レベルの効果を生じない。これらの実施例では、マッチング基準を変更し、式7で与えられる結果に対する置換式を誘導できる。一部の実施例では、理想的ディスプレイの出力をマッチングする。この理想的ディスプレイは、ゼロ黒レベルと、フルパワーのディスプレイと同じ最大出力、ホワイトレベル=Wとを含むことができる。画素値cvに対するこの理想的(ideal)ディスプレイの一例のレスポンスは、最大出力、すなわちW、ディスプレイガンマおよび最大画素値により、式22で表記できる。
これらの実施例では、輝度マッチング理論は、所定のパワーでのディスプレイとゼロ黒レベルを有する基準ディスプレイとをマッチングさせることにより、バックライト変調アルゴリズムを決定するために黒レベルの検討事項を含む。これら実施例は、理想的ディスプレイで表示されるときのディストーションと比較し、パワーPで表示されるときに画像が有するはずのディストーションを決定するために、輝度マッチング理論を使用する。バックライト変調アルゴリズムは、指定された最大ディストーションよりも低いディストーションを結果として生じさせるような最小パワーを選択するために、最大パワー限度と最大ディストーション限度とを使用する。
一部の実施例において、フルパワーで黒レベルおよび最大の明るさで指定されるターゲットディスプレイおよび表示する画像を与えることによって、所定のパワーPで画像を表示する際のディストーションを計算できる。限られたパワーディスプレイの明るさよりも大きい値をクリップし、更に理想的な基準の黒レベルよりも低い値をクリップすることにより、理想的基準ディスプレイ上でディスプレイの限られたパワーおよびゼロでない黒レベルをエミュレートできる。画像のディストーションは、元の画像の画素値とクリップされた画素値の間のMSEとして定義できるが、一部の実施例では他のディストーションの尺度も使用できる。
1.画像のヒストグラムを計算する。
2.画像に対するパワーディストーション関数を計算する。
3.ディストーション限界より下のディストーションを有する最小パワーを計算する。
4.供給されるパワーの上限および下限に基づき、選択されるパワーを(オプションで)制限する。
5.バックライトに対して計算されたパワーを選択する。
本発明の一部の実施例では、スムーズなトーンスケール関数は2つの設計概念を有する。第1は、トーンスケールに対するパラメータは与えられるものとし、これらパラメータを満たすスムーズなトーンスケール関数を決定することである。第2は、デザインパラメータを選択するためのアルゴリズムを含むことである。
式26によって定められる画素値の関係は、有効レンジ「cvMin、cvMax]にクリップされるときに、傾きの不連続性を有する。本発明の一部の実施例では、式7におけるブライトエンドで行ったロールオフと同じように、ダークエンドでのスムーズなロールオフを定めることができる。これら実施例は、最大忠実ポイント(MFP)および最小忠実ポイント(LFP)(これらの間でトーンスケールは式26に一致する)の双方を仮定する。一部の実施例では、トーンスケールを連続となるように構築し、MFPとLFPの双方で連続的な1次微分値を有することができる。一部の実施例では、トーンスケールは端部のポイント(ImageMinCV、cvMin)および(ImageMaxCV、cmMax)を通過する。一部の実施例では、上端部および下端部の双方において、アフィンブースト(affine boost)から変形できる。更に、固定された限度を使用するのではなく、端部のポイントを決定するために画像の画素値の限度を使用することができる。この構築において、固定された限度を使用することが可能であるが、パワーが大きく低減される場合、問題が生じることがある。一部の実施例では、これら条件は次のように誘導される部分的に2次式のトーンスケールをユニークに定める。
上記及び関連する出願において説明した本発明の一部の実施例は、255に等しいImageMaxCVを有するMFPしか提示しておらず、これらの実施例で導入されたImageMaxCVの代わりに、cvMaxを使用した。これまで説明した実施例は、理想的なディスプレイではなくフルパワーのディスプレイに基づくマッチングに起因して、下端部でリニアトーンスケールを有していた。一部の実施例では、スムーズなトーンスケールが上限、すなわちImageMaxCVで傾きゼロを有するようにMFPを選択した。数学的にはMFPを次のように定義した。
1.ImageMaxCV(または利用できない場合はCVMax)を使って、候補MFPを計算する。
2.式36を使って妥当性をテストする。
3.妥当でない場合、クリッピング画素値の分数値kに基づき、MFPを定義する。
4.式37を使って新しいImageMaxCVを計算する。
5.MFP、ImageMaxCVおよびパワーを使ってスムーズなトーンスケール関数を計算する。
ImageMinCVおよびxlowを使って、ダークエンドでのLFPを選択するために、同様な技術を使用できる。
本発明の一部の実施例は、画像の明るさをエンハンスしながら、カラー特性を保存するためのシステムおよび方法を含む。一部の実施例では、明るさ保存は、フルパワーのベタ全域を低減されたパワーディスプレイのより狭いベタ全域にマッピングすることを含む。一部の実施例では、カラー保存のために異なる方法が使用される。一部の実施例は、輝度ブーストの低減に替えて、カラーの色相/飽和度を保存する。
バックライトのスケーリングなる用語は、LCDバックライトを低減すると共に、同時にLCDへ送られるデータを変更し、バックライトの低減を補償するための技術を意味する。この技術の主点は、バックライトレベルを選択することである。本発明の実施例は、省電力またはダイナミックコントラストを改善するために、バックライト変調を使用してLCD内のバックライト照明レベルを選択する。この問題を解決するのに使用される方法は、画像に依存した技術と、画像に依存しない技術とに分けることができる。画像に依存した技術は、その後のバックライト補償画像処理によって課されるクリッピング量を制限するという目的を有する。
1.基準ディスプレイモデル:基準ディスプレイモデルは、LCDのようなディスプレイからの所望する出力を意味する。一部の実施例では、基準ディスプレイモデルはゼロ黒レベルを有する理想的ディスプレイ、またはダイナミックレンジが限られていないディスプレイにのっとるものとする。
2.実際のディスプレイモデル:実際のディスプレイの出力のモデルである。一部の実施例では、異なるバックライトレベルに対して、実際のディスプレイの出力がモデル化され、実際のディスプレイではゼロでない黒レベルを有するものとしてモデル化される。一部の実施例では、バックライト選択アルゴリズムはこのパラメータを通してディスプレイのコントラスト比に依存する。
3.明るさ保存(BP):低減されたバックライトレベルを補償するための元画像への処理である。実際のディスプレイ上に現れるであろう画像は、明るくされた画像上の所定のバックライトレベルにおけるディスプレイモデルの出力であり、次のようなケースがある。
・明るさ保存なし:LCDパネルに、処理されていない画像データを送る。この場合、バックライト選択アルゴリズムはバックライトのみ変えるため、明るさは保存されない。
・リニアブースト明るさ補償。バックライトの低減を補償するために、簡単なアフィン変換を使用して画像を処理する。この簡単な明るさ保存アルゴリズムは、バックライト補償に実際に使用される場合、画質を犠牲にするが、このアルゴリズムはバックライト値を選択するための有効なツールである。
・トーンスケールマッピング:リニアセグメントと非リニアセグメントを含むトーンスケールマップを使用して画像を処理する。クリッピングを制限し、コントラストをエンハンスするためにこれらセグメントが使用される。
4.ディストーション計量値。実際のディスプレイに現れるであろう画像を決定するのに、ディスプレイモデルと明るさ保存アルゴリズムとを使用できる。この出力と基準ディスプレイ上の画像との間のディストーションが次に計算される。一部の実施例では、画素値だけに基づいてディストーションを計算できる。このディストーションは誤差計量値の選択に依存し、一部の実施例では、平均二乗誤差を使用できる。
5.最適化基準。異なる制限を受けることにより、ディストーションを最小にできる。例えば一部の実施例では、次の基準を使用できる。
・ビデオシーケンスの各フレームでのディストーションを最小にする。
・平均バックライト制限を受けた最大ディストーションを最小にする。
・平均バックライト制限を受けた平均ディストーションを最小にする。
本発明の一部の実施例では、基準ディスプレイモデルと実際のディスプレイモデルの双方に対し、GoGモデルを使用できる。このモデルは、バックライトレベルに基づいてスケーリングするように変更できる。一部の実施例では、ゼロ黒レベルおよび最大出力Wを有する理想ディスプレイとして基準ディスプレイをモデル化できる。実際のディスプレイはフルバックライトで同じ最大出力Wを有し、フルバックライトで黒レベルBを有するものとして実際のディスプレイをモデル化できる。このときコントラスト比はW/Bである。黒レベルがゼロのとき、このコントラスト比は無限大である。下記の式で最大画素値を示すCVMaxを使ってこれらモデルを数学的に表示できる。
この実施例では、単純なブーストおよびクリッピングに基づくBPプロセスを使用し、可能な場合にバックライトの低減を補償するためにブーストを選択する。次の誘導式は所定のバックライトで基準ディスプレイと実際のディスプレイとの間で輝度を一致させるトーンスケール変更を示す。実際のディスプレイの最大出力と黒レベルの双方は、バックライトにより徐々に増大する。実際のディスプレイの出力は、スケーリングされた出力の最大値より低く、スケーリングされた黒レベルよりも上となるように限定されていることに注目する。このことは、ゼロおよびCVMaxに輝度マッチングトーンスケール出力をクリッピングすることに対応する。
図54を参照し、本発明の実施例で作成され、使用される種々の変更された画像について説明する。これら変更された画像例の各々を作成する際の入力として、元の画像I840を使用できる。一部の実施例では、理想的な出力YIdeal844を生じるように、元の入力画像840を処理する(842)。この理想的画像プロセッサ、すなわち基準ディスプレイ842は、理想的ディスプレイが0黒レベルを有すると見なすことができる。この出力、すなわちYIdeal844は、基準(理想)ディスプレイで見た元の画像840を示す。一部の実施例では、バックライトレベルが与えられたと仮定して、実際のLCD上で、このバックライトレベルを有する画像を示すことによって生じるディストーションを計算する。
上記分析は、基準ディスプレイでの画像I840の表示と実際のディスプレイでの表示との間のディストーションが、基準ディスプレイでの画像I840の表示とI*852の表示との間のディストーションに等しいことを示している。一部の実施例では、画像の間のディストーションを定めるのに、点別のディストーション計量値を使用できる。点別のディストーションdを仮定すると、画像IとI*との間の差を合計することにより、画像間のディストーションを計算できる。画像I*は、輝度マッチをエミュレートするので、誤差は上限と下限におけるクリッピングから成る。一部の実施例では、バックライトパワーに対する画像のディストーションを定めるのに、正規化された画像ヒストグラムh(x)を使用できる。
基準ディスプレイ、実際のディスプレイ、ディストーションの定義および画像を仮定して、バックライトレベルのある範囲でディストーションを計算できる。このディストーションデータを組み合わせると、バックライトとディストーションとの関係を示す曲線が描かれる。暗い小部屋から外を撮った暗いサンプル画像およびゼロ黒レベルを有する理想的ディスプレイモデル、コントラスト比が1000:1の実際のLCDモデル、および平均二乗誤差MSE誤差計量値を使ってバックライトとディストーションの関係を示す曲線を表示できる。図55は、この画像例に対する画像の画素値のヒストグラムのグラフである。
一部の実施例では、図56に示されているようなディストーション曲線を用いて、バックライト値を選択できる。一部の実施例では、各フレームに対する最小ディストーションパワーが選択される。一部の実施例では、最低ディストーション値がただ1つだけでないとき、この最小ディストーションを与える最小パワー884を選択できる。図57には、簡単なDVDのクリップに、この最適化基準を適用した結果が示されており、この図57は、ビデオフレームの数に対する選択されたバックライトのパワーを作図したものである。この場合、選択された平均バックライト890は、ほぼ50%である。
本発明の一部の実施例の画像の依存性を説明するために、コンテンツが変化するテスト画像例を選択し、ある範囲のバックライト値に対して、これら画像におけるディストーションを計算した。図39は、これらの画像例に対するバックライト対ディストーション曲線である。図39は、全黒画像である画像A592、全白画像である画像B590、人のグループの暗い写真である画像C594および波の上のサーファーの明るい画像である画像D598のグラフを含む。
実際のディスプレイの定義にディスプレイのコントラスト比を入れることができる。図58は、実際のディスプレイの異なるコントラスト比に対する最小MSEディストーションバックライトを示す。1:1のコントラスト比の900において、最小ディストーションバックライトは、画像平均信号レベル(ASL)に依存する。これとは逆に無限大のコントラスト比(ゼロ黒レベル)では、最小ディストーションバックライトは画像の最大値902に依存する。
液晶ディスプレイ(LCD)は、一般にコントラスト比が限られているという問題がある。例えばバックライトの漏れまたは他の問題により、ディスプレイの黒レベルが高くなることがある。これによって黒領域が黒ではなくグレーに見えることがある。バックライトの変調は、バックライトレベルおよびバックライトの光漏れを減らし、よって黒レベルを低減することにより、この問題を緩和する。しかしながら、この技術は補償を行うことなく用いた場合、ディスプレイの明るさを下げるという望ましくない効果を生じさせる。画像の補償を使って、バックライトを暗くすることに起因して失われたディスプレイの明るさを回復することができる。補償は、一般にフルパワーディスプレイの明るさの回復に限定されている。
1.バックライトの低減に起因し、黒レベルが下がること。
2.バックライトを低減することによって生じる漏れが少なくなることに起因し、暗い色の飽和が改善されること。
3.バックライトの低減よりも強力な補償を使用する場合、明るさが改善されること。
4.ダイナミックコントラスト、すなわち明るいフレーム内の最大値割暗いフレーム内の最小値,が改善されること。
5.暗いフレーム内のコントラストが改善されること。
オフセットに対し0を使用でき、2つのパラメータ、GainとFlareは無視できる。これら2つのパラメータにより、パネルトーン曲線とターゲットトーン曲線の双方を指定できる。一部の実施例では、Gainは最大の明るさを決定し、コントラスト比は加算Flareを決定する。
本発明の一部の実施例は、カラーエンハンスメントおよび明るさエンハンスメント、または保存を含む。これら実施例では、明るさエンハンスメントまたは保存と共に、カラーをエンハンスするために、固有のカラー値、範囲または領域を変更する。一部の実施例では、これらの変更またはエンハンスメントは画像のローパス(LP)バージョンで実行される。一部の実施例では、固有のカラーエンハンスメントプロセスが使用される。
これらの実施例では、輝度値ではなく、画素値でヒストグラムを計算する。従って、カラー変換は不要である。一部の実施例では、初期のアルゴリズムは画像のすべてのサンプルでのヒストグラムを計算できる。これら実施例では、画像の最後のサンプルが受信されるまで、ヒストグラムの計算を完了できない。バックライトの選択およびトーン曲線設計の補償を行うことができる前に、すべてのサンプルを得て、ヒストグラムを完了しなければならない。
・フレームバッファの必要性。ヒストグラムを完了するまで、ピクセルとして補償できない−RAMの問題。
・他の計算部が停止するため、バックライト選択演算の時間はほとんどない。−計算の問題。
・すべての画像サンプルでのヒストグラムを計算するのに処理しなければならない多数の画像サンプルがある−計算の問題。
・10ビットの画像データでは、10ビットのヒストグラムはディストーションを最適化するのに必要なデータ保持に比較的大きいメモリと、多数の点での演算を必要とする−RAMおよび計算の問題。
/***************************************************************************************/
//
ComputeHistogram
// Comutes histogram based on maximum on block
// block size and histogram bitdepth set in defines
// Relevant Globals
// gHistogramBlockSize
// gN_HistogramBins
// N_PIPELINE_CODEVALUES
/***************************************************************************************/
void ComputeHistogram(SHORT *pSource[NCOLORS],IMAGE_SIZE size,UINT32
*pHistogram)
{
SHORT cv;
SHORT bin;
SHORT r,c,k;
SHORT block;
SHORT cvMax;
SHORT BlockRowCount;
SHORT nHistogramBlocksWide;
nHistogramBlocksWide=size.width/gHistogramBlockSize;
/* Clear histogram */
for(bin=0;bin<gN_HistogramBins;bin++)
pHistogram[bin]=0;
// use max over block for histogram don't mix colors
// track max in each scan line of block and do max over scanlines
// initialize
BlockRowCount=0;
for(k=0;k<NCOLORS;k++)
for(block=0;block<nHistogramBlocksWide;block++)
MaxBlockCodeValue[k][block]=0;
for(r=0;r<size.height;r++)
{
// single scan line
for(c=0;c<size.width;c++)
{
block=c/gHistogramBlockSize;
for(k=0;k<NCOLORS;k++)
{
cv=pSource[k][r*size.width+c];
if(cv>MaxBlockCodeValue[k][block])
MaxBlockCodeValue[k][block]=cv;
}
}
// Finished line of blocks?
if(r==(gHistogramBlockSize*(BlockRowCount+1)-1))
{
// update histogram and advance BlockRowCount
for(k=0;k<NCOLORS;k++)
for(block=0;block<nHistogramBlocksWide;block++)
{
cvMax=MaxBlockCodeValue[k][block];
bin=(SHORT)((cvMax*(int)gN_HistogramBins+(N_PIPELINE_CODEVALUES/2))/((SHO
RT)N_PIPELINE_CODEVALUES));
pHistogram[bin]++;
}
BlockRowCount=BlockRowCount+1;
// reset maximums
for(k=0;k<NCOLORS;k++)
for(block=0;block<nHistogramBlocksWide;block++)
MaxBlockCodeValue[k][block]=0;
}
}
return;
}
一部の実施例では、ディストーションおよび補償アルゴリズムは目標および基準ディスプレイを説明するのに使用したパワー関数に依存する。このパワー関数またはガンマは、整数表示でオフラインで計算される。一部の実施例では、このリアルタイムの計算はガンマ指数関数のあらかじめ計算された整数値を利用できる。関数2として下にリストアップしたサンプルコードは、一実施例を記述するものである。
void InitPowerOfGamma(void)
{
int i;
//Init ROM table here
for(i=0;i<N_PIPELINE_CODEVALUES;i++)
{
PowerOfGamma[i]=pow(i/((double)N_PIPELINE_CODEVALUES-1),GAMMA);
IntPowerOfGamma[i]=(UINT32)((1<<N_BITS_INT_GAMMA)*PowerOfGamma[i]+0.5);
}
return;
}
一部の実施例では、各バックライトレベルおよび入力画像に対し、所望する出力画像と所定のバックライトレベルでの出力との間のディストーションが計算される。この結果、各ヒストグラムのBinと各バックライトレベルに対する重みが得られる。必要なバックライトレベルに対するディストーションの重みだけを計算することにより、使用されるRAMのサイズを最小レベルまたは低減されたレベルに維持できる。これらの実施例では、オンラインの計算によりアルゴリズムは基準ディスプレイまたはターゲットディスプレイの異なる選択に適用できる。この計算は、2つの要素、すなわち画像のヒストグラムと一組のディストーション重み付けとを必要とする。別の実施例では、すべての可能なバックライトレベル値に対するディストーションの重み付けをオフラインで計算し、ROMに記憶した。ROMの必要性を低減するために、各フレームに対する当該各バックライトレベルに対するディストーションの重み付けが計算される。所望するディスプレイモデルおよびパネルディスプレイモデル並びにバックライトレベルのリストを仮定して、各フレームに対するこれらバックライトレベルのディストーションの重み付けが計算される。次の関数3に、一実施例のためのサンプルコードを示す。
/*********************************************************************
// void ComputeBackLightDistortionWeight
// computes distoriton needs large bitdepth
// comutes distortion weights for a list of selected backlight levels and panel parameters
// Relevant Globals
// MAX_BACKLIGHT_SEARCH
// N_BITS_INT_GAMMA
// N_PIPELINE_CODEVALUES
// IntPowerOfGamma
// gN_HistogramBins
***************************************************************************************/
void ComputeBackLightDistortionWeight(SHORT nBackLightsSearched,
SHORT BlackWeight,
SHORT WhiteWeight,
SHORT PanelCR,
SHORT TargetCR,
SHORT BackLightLevelReference,
SHORT BackLightLevelsSearched[MAX_BACKLIGHT_SEARCH])
{
SHORT b;
SHORT bin;
SHORT cvL,cvH;
__int64 X,Y,D,Dmax;
Dmax=(1<<30);
Dmax=Dmax*Dmax;
for(b=0;b<nBackLightsSearched;b++)
{
SHORT r,q;
r=N_PIPELINE_CODEVALUES/gN_HistogramBins;
// find low and high code values for each backlight searched
// PanelOutput=BackLightSearched*((1-PanelFlare)*y^Gamma+PanelFlare)
// TargetOutput=BackLightLevelReference*((1-TargetFlare)*x^Gamma+TargetFlare)
// for cvL, find x such that minimum paneloutput is achieved on targetoutput
// TargetOutput(cvL)=min(PanelOutput)=BackLightSearched*PanelFlare
// BackLightLevelReference*((1-
TargetFlare)*cvL^Gamma+TargetFlare)=BackLightSearched/PanelCR
// BackLightLevelReference/TargetCR*((TargetCR-
1)*cvL^Gamma+1)=BackLightSearched/PanelCR
// PanelCR*BackLightLevelReference*((TargetCR-
1)*cvL^Gamma+1)=TargetCR*BackLightSearched
// PanelCR*BackLightLevelReference*((TargetCR-
1)*IntPowerOfGamma[cvL]+(1<<N_BITS_INT_GAMMA))=TargetCR*BackLightSearche
d*(1<<N_BITS_INT_GAMMA))
X=TargetCR;
X=X*BackLightLevelsSearched[b];
X=X*(1<<N_BITS_INT_GAMMA);
for(cvL=0;cvL<N_PIPELINE_CODEVALUES;cvL++)
{
Y=IntPowerOfGamma[cvL];
Y=Y*(TargetCR-1);
Y=Y+(1<<N_BITS_INT_GAMMA);
Y=Y*BackLightLevelReference;
Y=Y*PanelCR;
if(X<=Y)
break;
}
// for cvH, find x such that maximum paneloutput is achieved on targetoutput
// TargetOutput(cvH)=max(PanelOutput)=BackLightSearched*1
// BackLightLevelReference*((1-
TargetFlare)*cvH^Gamma+TargetFlare)=BackLightSearched
// BackLightLevelReference/TargetCR*((TargetCR-
1)*cvH^Gamma+1)=BackLightSearched
// BackLightLevelReference((TargetCR-
1)*cvH^Gamma+1)=TargetCR*BackLightSearched
// BackLightLevelReference((TargetCR-
1)*IntPowerOfGamma[cvH]+(1<<N_BITS_INT_GAMMA))=TargetCR*BackLightSearche
d*(1<<N_BITS_INT_GAMMA)
X=TargetCR;
X=X*BackLightLevelsSearched[b];
X=X*(1<<N_BITS_INT_GAMMA);
for(cvH=(N_PIPELINE_CODEVALUES-1);cvH>=0;cvH--)
{
Y=IntPowerOfGamma[cvH];
Y=Y*(TargetCR-1);
Y=Y+(1<<N_BITS_INT_GAMMA);
Y=Y*BackLightLevelReference;
if(X>=Y)
break;
}
// build distortion weights
for(bin=0;bin<gN_HistogramBins;bin++)
{
SHORT k;
D=0;
for(q=0;q<r;q++)
{
k=r*bin+q;
if(k<=cvL)
D+=BlackWeight*(cvL - k)*(cvL - k);
else if(k>=cvH)
D+=WhiteWeight*(k-cvH)*(k-cvH);
}
if(D>Dmax)
D=Dmax;
gBackLightDistortionWeights[b][bin]=(UINT32)D;
}
}
return;
}
一部の実施例では、バックライト選択アルゴリズムは、各バックライトレベルにおけるターゲットディスプレイ出力とパネル出力との間のディストーションを最小にするプロセスを含むことができる。評価しなければならないバックライトレベルの数と、計算し、記憶しなければならないディストーション重み付けの数の双方を低減するために、このサーチではバックライトレベルの一部を使用できる。
一部の実施例では、操作中に、いくつかの異なるバックライトレベルを使用できる。別の実施例では、全バックライトレベルに対する補償曲線をオフラインで計算し、リアルタイムで画像を補償するためにROMに格納する。各フレームでは1つの補償曲線しか必要でないことに留意することにより、このメモリの必要性を低減できる。従って、フレームごとに補償トーン曲線を計算し、RAMにセーブする。一部の実施例では、補償曲線の設計はオフラインの設計で使用されているようなものである。一部の実施例は、最大忠実ポイント(MFP)までリニアにブーストアップし、その後、上記のようにスムーズに丸められる曲線を含むことができる。
バックライト変調を有するシステムにおける1つの問題は、フリッカーである。このフリッカーは、画像処理補償技術を使用することで低減できる。しかしながら、バックライトの変動が急速な場合に、結果としてアーティファクトを生じさせる補償の制限がいくつかある。ある状況では、ブラックポイントおよびホワイトポイントがバックライトをトラッキングするが、すべてのケースでは、これらポイントを補償することはできない。更に、一部の実施例では、バックライト選択は遅延されたフレームからのデータに基づくので、実際のフレームデータと異なることがある。ブラック/ホワイトレベルのフリッカーを制御し、バックライト計算においてヒストグラムを遅延できるようにするために、バックライト制御ユニットおよび対応する補償に送られる実際のバックライト値をスムーズにするのに、時間フィルタを使用できる。
種々の理由から、ユーザーはディスプレイの明るさを変えたいことがある。1つの問題は、バックライト変調環境内でこれをどのように行うかである。従って、一部の実施例は、バックライト変調および明るさ補償コンポーネントを変えないままにして、基準ディスプレイの明るさを操作できるようにしている。下記に関数4として記述するコードは、基準バックライトインデックスを最大値にセットするか、または平均ピクチャーレベル(APL)が、最大のディスプレイの明るさを変えるために使用される場合には、このAPLに応じた値にセットするかのいずれかである、一実施例を示す。
/*****************************************************************************
if(gStoredMode)
{
BackLightIndexReference=N_BACKLIGHT_VALUES-1;
}
else
{
APL=ComputeAPL(pHistogram);
// temporal filter APL
if(firstFrame)
{
for(i=(APL_FILTER_LENGTH-1);i>=0;i--)
{
APL_History[i]=APL;
}
}
for(i=(APL_FILTER_LENGTH-1);i>=1;i--)
{
APL_History[i]=APL_History[i-1];
}
APL_History[0]=APL;
APL=0;
for(i=0;i<APL_FILTER_LENGTH;i++)
APL=APL+APL_History[i]*IntAplFilterTaps[i];
APL=(APL+(1<<(APL_FILTER_SHIFT-1)))>>APL_FILTER_SHIFT;
BackLightIndexReference=APL2BackLightIndex[APL];
}
本発明の一部の実施例は、バックライトまたは光源照度レベルを選択するために重み付けされたエラーベクトルを利用する方法およびシステムに関する。一部の実施例では、ターゲット画像の照明のために最終選択を行う複数の光源照度レベルを選択する。次に、光源照度レベルの各々に対するディスプレイ出力を計算するのに、パネルディスプレイモデルを使用できる。一部の実施例では、前に説明した実施例を参照して説明したような基準ディスプレイモデルまたは実際のディスプレイモデルを使用して、ディスプレイ出力レベルを決定できる。ターゲット出力曲線も生成される。次に、パネル出力とターゲット出力曲線を比較することにより、各光源照度レベルに対するエラーベクトルを決定できる。
光源変調はダイナミックコントラストを改善し、ディスプレイの電力消費量を低減できるが、この光源変調はディスプレイの輝度に不快な変動を生じさせることがある。上記のように、光源の変化の大部分を補償するために画像データを変更できるが、この方法は、ダイナミックレンジの最端部での光源の変化を完全には補償できない。このような不快な変動は、ドラスティックな光源レベルの変化およびそれに付随する変動を低減するために光源信号を時間的にローパスフィルタリングすることによって低減できる。この方法は、黒レベルの変化を制御する際に有効であり、十分長いフィルタを用いることにより、この黒レベルの変化を効果的に感知できないようにできる。
これらの実施例の解決方法は、バックライト信号の変動を制御することによって、この黒レベルの変動を制御することである。人の視覚系は、輝度の低周波変動を検知できない。例えば日の出の間、空のブライトネス(明るさ)は確実に変化するが、この変化は、認識できるほど速くはない。図91に示される時間的コントラスト感度関数(CSF)では、定量的な測定が要約されている。一部の実施例では、黒レベルの変動を制限するフィルタを設計するのに、この概念を使用できる。
本発明の一部の実施例は、シーンカット検出プロセスを含む。シーンカットを検出すると、バックライトの急速応答を可能にするように時間フィルタリングを変更できる。シーン内では、黒レベルの変化を制御するようにフィルタリングすることにより、バックライトの変化を制限する。シーンカットでは、人の視覚系のマスキング効果によって、ビデオ信号内のちょっとしたアーティファクトおよび変化は感知されない。
下記の出願は参照することにより本書に組み込まれる。
2006年8月17日に出願された「ディスプレイの光源の照度レベルを選択する方法およびシステム」を発明の名称とする米国特許出願第11/465,436号;2005年12月2日に出願された「ディスプレイの光源調節を決定する方法およびシステム」を発明の名称とする米国特許出願第11/293,562号;2005年9月12日に出願された「画像固有のトーンスケール調節および光源制御の方法およびシステム」を発明の名称とする米国特許出願第11/224,792号;2005年6月15日に出願された「高周波コントラストエンハンスメントによりディスプレイの特性をエンハンスする方法およびシステム」を発明の名称とする米国特許出願第11/154,053号;2005年6月15日に出願された「周波数固有の利得でディスプレイの特性をエンハンスする方法およびシステム」を発明の名称とする米国特許出願第11/154,054号;2005年6月15日に出願された「ディスプレイ特性をエンハンスする方法およびシステム」を発明の名称とする米国特許出願第11/154,052号;2006年30日に出願された「肌色検出を使ったカラーエンハンスメント技術」を発明の名称とする米国特許出願第11/393,404号;2006年7月28日に出願された「ディストーションに関連する光源管理の方法およびシステム」を発明の名称とする米国特許出願第11/460,768号;2005年8月8日に出願された「マルチビューディスプレイにおける独立したビュー調節のための方法およびシステム」を発明の名称とする米国特許出願第11/202,903号;2006年3月8日に出願された「周辺照明入力によりディスプレイ特性をエンハンスするための方法およびシステム」を発明の名称とする米国特許出願第11/371,466号;2005年12月2日に出願された「ディスプレイモードに依存した明るさ保存のための方法およびシステム」を発明の名称とする米国特許出願第11/293,066号;2006年7月28日に出願された「画像トーンスケール補正を発生し、適用するための方法およびシステム」を発明の名称とする米国特許出願第11/460,907号;2006年7月28日に出願された「画像トーンスケール補正によりカラー保存するための方法およびシステム」を発明の名称とする米国特許出願第11/160,940号;2006年11月28日に出願された「低減された光源パワーレベルを補償するために画像のトーンスケールを調節するための方法およびシステム」を発明の名称とする米国特許出願第11/564,203号;2007年2月28日に出願された「スムーズな利得画像を使用して明るさ保存するための方法およびシステム」を発明の名称とする米国特許出願第11/680,312号;2007年8月27日に出願された「トーン曲線を発生し、選択し、適用するための方法およびシステム」を発明の名称とする米国特許出願第11/845,651号;および2006年11月28日に出願された「肌色検出を使用するカラーエンハンスメント技術」を発明の名称とする米国特許出願第11/605,711号。
Claims (20)
- シーンカット検出に基づき、光源照度レベル信号を選択的にフィルタリングする方法であって、前記方法は、
a)ビデオシーケンスにおけるシーンカットの存在を検出し、
b)前記ビデオシーケンスの現在のフレームの為の光源照度レベル値を、前記現在のフレームの画像特性に基づき決定し、
c)シーンカットが前記現在のフレーム付近で検出される場合、第1フィルタにより前記光源照度レベル値をフィルタリングし、更に
d)シーンカットが前記現フレーム付近で検出されない場合、第2フィルタにより前記光源照度レベル値をフィルタリングすることを含む方法。 - 前記検出は、前記現在のフレームのヒストグラムと前記現在のフレーム付近のフレームのヒストグラムとを比較することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記検出は、前記現フレームと前記現フレーム付近のフレームとの間のヒストグラムの距離を測定することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記検出は、前記ヒストグラムの距離とスレッショルド値とを比較することを含む、請求項3に記載の方法。
- 前記第1フィルタは前記第2フィルタよりも急峻でない、請求項1に記載の方法。
- 前記第1フィルタ及び前記第2フィルタは、異なる極を有する無限インパルス応答フィルタである、請求項1に記載の方法。
- αの前記値が、前記第2フィルタのおおよそ1/2から1の間である、請求項8に記載の方法。
- αの前記値が、前記第1フィルタのおおよそ0から1/2の間である、請求項8に記載の方法。
- シーンカット検出に基づき、光源照度レベル信号を選択的にフィルタリングする方法であって、前記方法は、
a)前のフレームに対するヒストグラムを生成し、
b)現在のフレームに対するヒストグラムを生成し、
c)前記前のフレームのヒストグラムと前記現在のフレームのヒストグラムとを比較してビデオシーケンスにおけるシーンカットの存在を検出し、
d)前記ビデオシーケンスの前記現在のフレームに対する光源照度レベル値を、前記現在のフレームの画像特性に基づいて決定し、
e)シーンカットが前記現在のフレーム付近で検出された場合、第1フィルタにより前記光源照度レベル値をフィルタリングし、更に
f)シーンカットが前記現在のフレーム付近で検出されない場合、第2フィルタにより前記光源照度レベル値をフィルタリングすることを含む方法。 - 前記検出は、前記現在のフレームと前記前のフレームとの間のヒストグラムの距離を測定することを含む、請求項11に記載の方法。
- 前記検出は、前記ヒストグラムの距離とスレッショルド値とを比較することを含む、請求項12に記載の方法。
- 前記第1フィルタは前記第2フィルタよりも急峻でない、請求項11に記載の方法。
- 前記第1フィルタ及び前記第2フィルタは、異なる極値を有する無限インパルス応答フィルタである、請求項11に記載の方法。
- αの前記値が、前記第2フィルタのおおよそ1000/1024である、請求項17に記載の方法。
- αの前記値が、前記第1フィルタのおおよそ128/1024である、請求項17に記載の方法。
- シーンカット検出に基づき、光源照度レベル信号を選択的にフィルタリングする方法であって、前記方法は、
a)前のフレームに対するヒストグラムを生成し、
b)現在のフレームに対するヒストグラムを生成し、
c)前記現在のフレームのヒストグラムと前記第2のフレームのヒストグラムとの間のヒストグラムの距離を測定し、
d)前記ヒストグラムの距離とスレッショルド値とを比較して、前記前フレームと前記現在のフレームとを含むビデオシーケンスにおけるシーンカットの存在を検出し、
e)前記ビデオシーケンスの前記現在のフレームに対する光源照度レベル値を、前記現フレームの画像特性に基づいて決定し、
f)シーンカットが前記現在のフレーム付近で検出される場合、第1極値を有する無限インパルス応答(IIR)フィルタにより光源照度レベル値をフィルタリングし、更に
g)シーンカットが前記現在のフレーム付近で検出されない場合、第2極値を有する前記無限インパルス応答(IIR)フィルタにより光源照度レベル値をフィルタリングすることを含む方法。
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