TWI651700B - 處理高動態範圍影像的方法與模組，以及採用此方法與模組的顯示裝置 - Google Patents

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Abstract

一種可根據照明度改善能見度的處理高動態範圍影像的方法和模組以及一種使用此方法和模組的一顯示裝置。 接收一照明度感測器感測到的照明度資訊，調整一感知量化電-光轉換函數（PQ-EOTF），以及利用調整後的PQ-EOTF，將一第一高動態範圍影像的灰階度資訊轉成一第二高動態範圍影像的亮度資訊。分析第二高動態範圍影像的亮度資訊，以計算在第二高動態範圍影像中亮度大於等於一顯示裝置的一目標峰值亮度的像素所佔的一高亮度率。利用一映射函數，對此第二高動態範圍影像進行亮度映射至適於顯示裝置的一第三高動態範圍影像，映射函數會根據高亮度率改變。

Description

處理高動態範圍影像的方法與模組，以及採用此方法與模組的顯示裝置
本發明是關於可根據照明度改善可見度的一種處理高動態範圍(high dynamic range，HDR)影像的方法與模組，以及使用此方法與模組的顯示裝置。
人類可感知道的廣亮度範圍(wide brightness range)大約在10-6~108尼特(cd/m2)左右，考量前述人類感知能力的高動態範圍技術，除了擴展至攝影領域以外，也已擴展至產生影像領域、顯示發展領域等。
高動態範圍影像是利用由SMPTE(Society of motion picture and television engineers，電影電視工程師協會)ST.2084所定義的一感知量化光-電轉換函數(以下稱為PQ-OETF)來編碼，並且具有介於0至10,000尼特之間的高動態範圍。
為了能高動態範圍影像顯示，顯示裝置就需要利用SMPTE ST.2084定義的一感知量化電-光轉換函數(PQ-EOTF)來進行影像處理程序。
然而，由於在顯示裝置的影像處理程序中所使用的感知量化電-光轉換函數是在暗室中推導出來的，因此不適用於亮室中的最小可覺差(just-noticeable difference，JND)。
為此，當在亮室內的顯示裝置要顯示歷經採用感知量化電-光轉換函數的影像處理程序的一高動態範圍影像時，會產生亮度飽和現象， 在影像的高亮度區域中導致灰階條帶效應(gray-level banding)的發生，使得可見度變差。
是以，本發明是針對一種處理高動態範圍影像的方法與模組，以及一種採用此方法與模組的顯示裝置，可實質地消除現有技術的限制及缺失而導致的一或多個問題。
本發明的其中一目的在於提供一種處理高動態範圍影像的方法與模組，所述的方法與模組可自適應地根據照明度改善高動態範圍影像的可見度，以及一種採用所述方法與模組的顯示裝置。
本發明額外的優點、目的和特徵的一部分將在隨後的描述中被闡述，且其中一部分將在本領域具有通常知識者透過以下的檢視而變得顯而易見，或者可經由實踐本發明而得知。本發明的目的和其它優點可透過書面陳述和申請專利範圍及附圖具體指出的結構而實現和獲得。
在一實施例的處理影像的方法與模組中，接收一照明度感測器感測到的照明度資訊，調整一感知量化電-光轉換函數，以及利用調整過的感知量化電-光轉換函數將一第一高動態範圍影像的灰階度資訊轉成一第二高動態範圍影像的亮度資訊。
在一實施例的處理影像的方法與模組中，分析第二高動態範圍影像的亮度資訊，以計算出在第二高動態範圍影像中亮度大於等於一顯示裝置的目標峰值亮度的像素所佔的一高亮度率。
在一實施例的處理影像的方法與模組中，利用一映射函數將第二高動態範圍影像亮度映射至適於該顯示裝置的一第三高動態範圍影像，此映射函數會根據該高亮度率改變。
在一實施例的處理影像的方法與模組中，利用一感知量化光-電轉換函數，將第三高動態範圍影像的亮度資訊轉成一第四高動態範圍影像的灰階度資訊，並輸出此灰階度資訊。
在一實施例的處理影像的方法與模組中，當此高亮度率超出一門檻值時，對第二高動態範圍影像中亮度小於等於目標峰值亮度的一第一亮度部分使用一第一線性映射函數，以及對亮度大於等於該目標峰值亮度的一第二亮度部分使用一第二非線性映射函數；而當此高亮度率等於或小於門檻值時，則使用第一線性映射函數。
在一實施例的處理影像的方法與模組中，當此高亮度率超出門檻值時，根據第二非線性映射函數，使第二高動態範圍影像的第二亮度部分的亮度在顯示裝置的目標峰值亮度至顯示裝置的最大亮度之間的範圍內增加；當此高亮度率等於或小於門檻值時，第二高動態範圍影像的第二亮度部分映射至目標峰值亮度。
一實施例的顯示裝置採用了上述的影像處理模組。
在本發明的實施例中，感知量化電-光轉換函數曲線可根據照明度進行調整，以調整高動態範圍影像的亮度；倘若調整後的高動態範圍影像的高亮度率等於或大於門檻值，等於或大於顯示裝置的目標峰值亮度的高亮度部分的亮度會增加，以提升高動態範圍影像的灰階區別度並降低亮度飽和，藉此改善可見度及影像品質。
本發明實施例的顯示裝置所顯示的高動態範圍影像的高亮度率若依據照明度被調整成小於門檻值，則高動態範圍影像的亮度會等於或小於顯示裝置的目標峰值亮度，藉此改善能見度和保持功率消耗的程度。
應當理解的是，本發明的前面的一般描述和以下的詳細描述皆是作為示例和解釋性說明，且意圖提供如所要求保護的本發明的進一步解釋。
100‧‧‧時序控制器
200‧‧‧資料驅動器
300‧‧‧閘極控制器
400‧‧‧顯示面板
500‧‧‧影像處理模組
502‧‧‧EOTF處理器
504‧‧‧亮度分析器
506‧‧‧亮度映射單元
508‧‧‧OETF處理器
600‧‧‧照明度感測器
Cst‧‧‧儲存電容
DL‧‧‧資料線
DT‧‧‧驅動薄膜電晶體
SP‧‧‧子像素
ST1‧‧‧第一開關薄膜電晶體
ST2‧‧‧第二開關薄膜電晶體
PL1‧‧‧供應線
PL2‧‧‧供應線
RL‧‧‧參考線
GLa‧‧‧閘極線
GLb‧‧‧閘極線
EVDD‧‧‧高電壓
EVSS‧‧‧低電壓
MF1‧‧‧第一線性映射函數
MF2‧‧‧第二非線性映射函數
Yout‧‧‧顯示裝置的輸出亮度
Ydisplay‧‧‧顯示裝置的正規化的亮度
Ymax‧‧‧最大亮度
Ytp‧‧‧顯示裝置的目標峰值亮度
Ycp‧‧‧剪切亮度
Yin‧‧‧輸入亮度
Ypq‧‧‧被正規化的亮度
所包括的附圖提供對本發明的進一步理解，並且被納入和構成了本申請的一部分，以圖解方式說明本發明的實施例，並搭配說明來解釋本發明的原理。
圖1為根據本發明一實施例所繪示用來呈現高動態範圍顯示裝置的架構的方塊示意圖。
圖2為根據本發明一實施例所繪示用來說明高動態範圍影像處理方法的流程圖。
圖3為根據本發明一實施例所繪示用來呈現高動態範圍影像處理模組的方塊圖。
圖4為根據本發明一實施例所繪示用來呈現亮度映射函數的圖表。
圖5為根據本發明一實施例所繪示利用感知量化電-光轉換函數曲線呈現高動態範圍顯示裝置的影像處理結果的圖示。
圖6為用以呈現本發明一實施例的高動態範圍顯示裝置在顯示高亮度率大於門檻值的高動態範圍影像時影像處理結果的圖示。
圖7為用以呈現本發明一實施例的高動態範圍顯示裝置在顯示高亮度率小於門檻值的高動態範圍影像時影像處理效果的圖示。
圖1為根據本發明一實施例所繪示用來呈現高動態範圍顯示裝置的架構的方塊示意圖。圖2為根據本發明一實施例所繪示用來說明高動態範圍影像處理方法的流程圖。
圖1所示的高動態範圍顯示裝置包含具有一影像處理模組500的一時序控制器100、作為面板驅動器的一資料驅動器200和一閘極控制器300、一顯示面板400、一照明度感測器600、一電源供應器、一枷馬電壓產生器等。
顯示面板400透過內有多個像素被排列成矩陣形式的一像素陣列顯示影像。基本像素可由至少三種子像素(W/R/G、B/W/R、G/B/W、R/G/B或W/R/G/B)所組成，這些子像素能藉由混合白色(W)、紅色(R)、綠色(G)和藍色(B)子像素的顏色而呈現白色。
可使用液晶顯示器(LCD)面板或有機發光二極體面板作為顯示面板400。以下，將假設顯示面板400為有機發光二極體面板。
若顯示面板400為有機發光二極體面板，每一個子像素SP包含一有機發光二極體元件以及一像素電路，其中有機發光二極體元件連接在高電壓EVDD的供應線PL1與低電壓EVSS的供應線PL2之間，像素電路包含至少第一開關薄膜電晶體ST1和第二開關薄膜電晶體ST2、一驅動薄膜電晶體DT和一儲存電容Cst以個別地驅動有機發光二極體元件，如圖1所示。像素電路可以有不同的設置方式，並且不限於圖1所示的結構。
有機發光二極體元件包含連接驅動薄膜電晶體DT的陽極、連接低電壓EVSS的供應線PL2的陰極以及位於陽極和陰極之間的發光層，發光層所發出的光線正比於經由驅動薄膜電晶體DT接收到的電流量。
第一開關薄膜電晶體ST1受一閘極線GLa的閘極訊號的驅動，以將來自一資料線DL的一資料電壓供應至驅動薄膜電晶體DT的閘極；並且，第二開關薄膜電晶體ST2受另一閘極線GLb的閘極訊號的驅動，以將來自一參考線RL的一參考電壓供應至驅動薄膜電晶體DT的源極。第二開關薄膜電晶體ST2在感測模式下可進一步地作為將電流從驅動薄膜電晶體(DT)輸出至參考線RL的路徑來使用。
連結在驅動薄膜電晶體DT的閘極與源極之間的儲存電容Cst會提供透過第一開關薄膜電晶體ST1供應至閘極的資料電壓與透過第二開關薄膜電晶體ST2供應至源極的參考電壓之間差動電壓作為驅動薄膜電晶體DT的驅動電壓。
驅動薄膜電晶體DT根據接收自儲存電容Cst的驅動電壓，控制接收自高電壓EVDD的供應線PL1的電流，以提供正比於驅動電壓的電流給有機發光二極體元件，藉此使有機發光二極體元件發光。
資料驅動器200從時序控制器100接收一資料控制訊號和影像資料。資料驅動器200根據資料控制訊號被驅動，以將接收自枷馬電壓產生器的一參考枷馬電壓組切割成多個灰階度電壓，並且資料驅動器200會利用經分割的這些灰階度電壓將數位影像資料轉成多筆類比資料訊號，然後供應這些類比資料訊號給顯示面板400的資料線。
資料驅動器200包含用以分組地驅動顯示面板400的資料線的多個資料驅動晶片。每一個資料驅動晶片可固定在一電路層上，此電路層例如將利用捲帶式自動接合(tape automated bonding，TAB)法附著於顯示面板400或者利用覆晶玻璃封裝(chip on glass，COG)法固定於顯示面板400的捲帶式晶片載體封裝(tape carrier package，TCP)、晶粒軟膜封裝(chip on film，COF)或可撓式印刷電路(flexible printed circuit，FPC)。
閘極控制器300利用接收自時序控制器100的一閘極控制訊號，驅動顯示面板400的多個閘極線。閘極控制器300在一掃描時段中會因應閘極控制訊號提供一閘極導通電壓的一掃描脈衝給每一個閘極線，而在其他時段中則供應一閘極關閉電壓。
閘極控制器300可包含至少一閘極晶片且可被固定在一電路層上，此電路層例如為利用一TAB法或一COG法被貼附於顯示面板400的一TCP、COF或FPC。或者，閘極控制器300可與用來配置顯示面板400的像素陣列的一薄膜電晶體陣列一起製作在一薄膜電晶體基板上，以板載閘極(gate-in-panel，GIP)的形式在顯示面板400的一非顯示區域內提供。
照明度感測器600被固定在顯示裝置中，以感測顯示裝置的外部照明度並且供應感測到的照明度資訊給影像處理模組500。
時序控制器100從一外部系統接收高動態範圍影像資料、多個時序訊號等。時序控制器100利用所接收到的時序訊號控制資料驅動器 200的驅動時序以及閘極控制器300的驅動時序。所述多個時序訊號包含一點時脈、一資料致能訊號、一垂直同步訊號和一水平同步訊號。所述多個時序訊號中也可省略垂直同步訊號和水平同步訊號。在此情況下，時序控制器100可根據點時脈計數資料致能訊號，以產生並使用一垂直同步訊號和一水平同步訊號。用來控制資料驅動器200的驅動動作的多種資料控制訊號可包含一源極起始脈衝、一源極取樣時脈、一源極輸出起始訊號等。用來控制閘極控制器300的驅動動作的多種閘極控制訊號可包含一閘極起始脈衝、一閘極移位時脈、一閘極輸出致能訊號等。
時序控制器100利用影像處理模組500針對高動態範圍影像進行不同的影像處理程序，並且供應影像處理的資料給資料驅動器200。影像處理模組500可藉由硬體的方式實現在時序控制器100中，或者也可以是指儲存在一記憶體內的一軟體形式的影像處理模組。同時，影像處理模組500可為與時序控制器100分開的一獨立晶片。在此情況下，影像處理模組500可位於時序控制器100的前一階。
以下，將參照圖1和2對影像處理模組500的影像處理方法進行說明。
影像處理模組500根據照明度調整一感知量化電-光轉換函數，以調整高動態範圍影像(S2和S4)的亮度。換句話說，影像處理模組500可利用感知量化電-光轉換函數將高動態範圍影像的灰階度資訊轉換成亮度資訊(S2)，並且可應用基於照明度的權重來調整亮度資訊(S4)。當照明度增加，權重也會增加，因而使高動態範圍影像的亮度增加。因此，顯示在顯示裝置上的高動態範圍影像的能見度得以改善。
影像處理模組500分析亮度根據照明度調整過的高動態範圍影像，以計算出在影像中亮度大於等於顯示裝置的一目標峰值的一高亮度部分所佔的一高亮度率(S6)。
一般來說，為了調整色溫，有機發光二極體顯示裝置可利用 四種顏色(W/R/G/B)的子像素中的三種顏色的子像素(W/R/G、B/W/R、G/B/W或R/G/B)來實現低於最大亮度的目標峰值亮度的白色。舉例來說，當有機發光二極體顯示裝置的最大亮度(rating value)為800尼特時，目標峰值亮度可設定為540尼特。
影像處理模組500在對高動態範圍影像的動態範圍進行亮度映射至顯示裝置的動態範圍時會在亮度小於等於一目標峰值的一第一亮度部分中使用一第一線性映射函數，並且選擇性地在亮度大於等於該目標峰值的一第二亮度部分中使用一第二非線性映射函數，第二非線性映射函數用以根據高動態範圍影像的高亮度率增加亮度。
更具體地說，影像處理模組500在高動態範圍影像的高亮度率超過門檻值(S8，Y)時會利用第一線性映射函數映射亮度小於等於目標峰值的第一亮度部分，並且利用第二非線性映射函數將亮度大於等於目標峰值的第二亮度部分(高亮度部分)的亮度增加至顯示裝置的最大亮度(rating value)(S10)。因此，高亮度部分的多個灰階度之間的區別度會增加，而亮度飽和會下降，藉此改善高動態範圍影像的品質。
相反的，當高動態範圍影像的高亮度率小於門檻值時，影像處理模組500利用第一線性映射函數映射亮度小於等於目標峰值的第一亮度部分，並將亮度大於等於目標峰值的第二亮度部分(高亮度部分)的亮度削減成/限制在目標峰值亮度，而不使用第二非線性映射函數(S12)。因此，會以小於等於目標峰值亮度的亮度顯示高動態範圍影像，藉此保持功率的損耗程度。
影像處理模組500透過該感知量化光-電轉換函數將映射至顯示裝置的動態範圍的高動態範圍影像的亮度資訊轉成灰階度資訊並提供此灰階度資訊給資料驅動器200(S16)。感知量化光-電轉換函數是感知量化電-光轉換函數的反函數。
影像處理模組500可更進一步在執行上述的影像處理程序 之前，先執行一影像處理程序，例如將高動態範圍影像的三種顏色(RGB)的資料轉乘四種顏色(WRGB)的資料。
本發明實施例的顯示裝置可根據照明度調整高動態範圍影像的亮度，並在調整後的高動態範圍影像的高亮度率等於或大於門檻值時增加高亮度部分的亮度，藉此提升高動態範圍影像的灰階區別度並降低亮度飽和度。因此，可改善可見度及影像品質。本發明實施例的顯示裝置可在根據照明度調整後的高動態範圍影像的高亮度率小於門檻值時，顯示亮度小於等於目標峰值的高動態範圍影像，藉此改善可見度並保持功率損耗量。
圖3為根據本發明一實施例所繪示用來呈現高動態範圍影像處理模組的方塊圖。圖4為根據本發明一實施例所繪示用來呈現亮度映射函數的圖表。
圖3所示的影像處理模組500包含一EOTF處理器502、一亮度分析器504、一亮度映射單元506和一OETF處理器508。這裡所述的術語“單元”和“器”表示用於處理至少一項功能或操作的方塊，其可以透過硬體來實現或者也可以是指儲存在記憶體中的軟體影像處理模組。
EOTF處理器502利用包含下列方程式1和方程式2的感知量化電-光轉換函數將接受到的高動態範圍影像的灰階度資訊轉成亮度資訊，並藉由根據接收自照明度感測器600的照明度資訊應用一權重來調整亮度資訊。
方程式2 C=10000L
在方程式1中，N代表一非線性顏色值，其意思是藉由將每一個子像素的顏色灰階值除以位元深度(bit-depth)所決定的一最大值(例如，在10位元的例子中最大值為1,023)並以0至1進行正規化所獲得的值；L代表介於0至1之間的一線性顏色值。m1~m2和c1~c3為常數。舉例來說，m1=(2610/4096)×(1/4)=0.1593017578125，m2=(2523/4096)×128=78.84375，c1=3424/4096=0.8359375=c3-c2+1，c2=(2413/4096)×32=18.8515625，以及c3=(2392/4096)×32=18.6875。
EOTF處理器502利用方程式1將每一個子像素的灰階度資訊轉成一線性顏色值L，並將線性顏色值L均分成0至10,000尼特的一高動態範圍內的絕對亮度C，藉此將每一個子像素的灰階度資訊轉成亮度資訊。
EOTF處理器502會根據照明度資訊，將每一個子像素的亮度資訊乘以權重，以進行調整動作。在影像處理模組500所使用的記憶體中，儲存有一查找表(look-up table，LUT)，此查找表具有根據接收自照明度感測器600的照明度資訊改變的權重。EOTF處理器502會從LUT中根據照明度資訊選擇一個權重，然後將每一個子像素的亮度資訊乘以所選擇的權重，並根據照明度調整此亮度資訊。當照明度增加時，權重也會增加，因而使亮度也增加。即使當照明度很高時，可見度仍可獲得改善。
亮度分析器504分析接收自EOTF處理器502的高動態範圍影像的亮度資訊，並計算在高動態範圍影像中亮度大於等於顯示裝置的目標峰值亮度的高亮度部分所佔的高亮度率。亮度分析器504至少以單位圖框(frame unit)分析高動態範圍影像的亮度資訊，並且計數在影像中亮度大於等於目標峰值亮度的高亮度像素的數量。亮度分析器504計算出高亮度像素的數量對總像素量的比值並輸出此高亮度率。亮度分析器504可偵測每一個像素的子像素的亮度值中的一最大值作為每一個像素的一代表值，然後比較每一個像素的代表值與目標峰值亮度，以及將代表值等於或 大於目標峰值亮度的像素算為高亮度像素。
亮度映射單元506從亮度分析器504接收高動態範圍影像以及高亮度率。亮度映射單元506根據高亮度率將高動態範圍影像的亮度資訊映射至此顯示裝置的動態範圍。
更具體地來說，亮度映射單元506將高動態範圍影像的絕對亮度，亦即進行亮度映射之前的輸入亮度Yin，除以此顯示裝置的最大亮度Ymax_display，並且進行轉換至正規化的亮度(relative luminance)Ypq。亮度映射單元506利用會根據高亮度率改變的一映射函數將對應高動態範圍影像的正規化的亮度Ypq的輸入亮度Yin映射至對應該顯示裝置的正規化的亮度Ydisplay的輸出亮度Yout。例如，若顯示裝置的最大亮度是800尼特，則高動態範圍的正規化的亮度Ypq介於0至12.5之間，並且顯示裝置的正規化的亮度Ydisplay介於0至1之間。
亮度映射單元506利用圖4所示的映射函數將高動態範圍影像的輸入亮度Yin映射至顯示裝置的輸出亮度Yout。此映射函數包含根據顯示裝置的目標峰值亮度Ytp切割的第一線性映射函數MF1和第二非線性映射函數MF2。亮度映射單元506選擇性地根據高亮度率應用第二非線性映射函數MF2。
舉例來說，若顯示裝置的最大亮度是800尼特並且目標峰值是540尼特，在圖4所示的映射函數中，目標峰值點Ytp可能會變成540/800=0.675。
亮度映射單元506利用第一線性映射函數MF1和第二非線性映射函數MF2將輸入亮度Yin映射至輸出亮度Yout，或者利用第一線性映射函數將輸入亮度Yin映射至輸出亮度Yout，這取決於高亮度率是否超過一門檻值TH。
若高動態範圍影像的高亮度率等於或小於門檻值TH，亮度映射單元506會利用第一線性映射函數(MF1：Yout=kYin)將輸入亮度 Yin映射至輸出亮度Yout。倘若將第一線性映射函數MF1中的梯度k設為1，則屬於亮度小於等於目標峰值亮度Ytp的子像素的輸入亮度Yin所映射的顯示裝置的輸出亮度Yout可能會等於輸入亮度Yin。亮度映射單元506將輸入亮度Yin超過目標峰值亮度Ytp的子像素映射至顯示裝置的目標峰值亮度Ytp。因此，具有高動態範圍影像的目標峰值的亮度會以被降低至顯示裝置的目標峰值亮度的狀態呈現，藉此保持功率損耗量。
若高動態範圍影像的高亮度率超過門檻值TH，亮度映射單元506會利用第一線性映射函數MF1和第二非線性映射函數MF2將輸入亮度Yin映射至輸出亮度Yout。亮度映射單元506利用如上所述的第一線性映射函數MF1(Yout=kYin)將屬於亮度小於等於目標峰值亮度Ytp的子像素的輸入亮度Yin映射至輸出亮度Yout。
亮度映射單元506會利用第二非線性映射函數MF2，將介於目標峰值亮度Ytp與最大亮度Ymax之間屬於高亮度部分的子像素的輸入亮度Yin映射至輸出亮度Yout，映射至輸出亮度Yout會在介於顯示裝置的目標峰值亮度Ytp與最大亮度Ymax之間的範圍內逐漸增加。因此，高動態範圍影像的亮度會增加，使得灰階度變得可區別，而不會使介於目標峰值亮度Ytp與最大亮度Ymax之間的高亮度部分飽和，因而改善了高動態範圍影像的品質。
圖4所示的第二非線性映射函數MF2可以定義成下列的程式3。
方程式3 Yout=Ytp+a(Yin-Ytp)1b a=(1-Ytp)/(Ycp-Ytp)1b
在方程式3中，Ytp代表顯示裝置的正規化的目標峰值亮度，Ycp代表輸入亮度Yin的經正規化、剪切的亮度，b為常數。當b值下降時，曲線會變得平緩。因此，b值可設為能經由實驗獲得一自然曲線 的值。輸入亮度Yin的剪切亮度Ycp可藉由將高動態範圍影像的最大亮度除以顯示裝置的最大亮度並執行正規化來獲得。高動態範圍影像的最大亮度為10000尼特。考量到顯示裝置的量度限制，在將內容創作公司掌控中一般所使用的4,000尼特除以顯示裝置的最大亮度(例如，800尼特)並執行正規化時，剪切亮度Ycp可設為5(4,000/8,00=5)。輸入亮度Yin的剪切亮度Ycp可設為顯示裝置的最大亮度Ymax。大於最大亮度Ymax的剪切亮度Ycp或輸入亮度Yin會被映射至顯示裝置的最大亮度Ymax。
OETF處理器508利用感知量化光-電轉換函數將接收自亮度映射單元506的每一個子像素的亮度資訊Yout轉成灰階度資訊，並輸出此灰階度資訊。感知量化光-電轉換函數為感知量化電-光轉換函數的反函數。
圖5為根據本發明一實施例所繪示利用感知量化電-光轉換函數曲線呈現高動態範圍顯示裝置的影像處理結果的圖示。
請參考圖5，高動態範圍顯示裝置可順著基本的感知量化電-光轉換函數曲線顯示輸入灰階度的輸出亮度並且表現出的灰階度高達顯示裝置的目標峰值亮度。就藉由施加基於照明度的權重來調整感知量化電-光轉換函數曲線來說，當基於照明度的權重增加，感知量化電-光轉換函數曲線會向左偏移。在根據基於照明度的權重偏移後的感知量化電-光轉換函數1曲線中，可以看出相較於基本感知量化電-光轉換函數曲線，輸出亮度會隨灰階度增加。若超過顯示裝置的目標峰值亮度(例如，540尼特)的像素在高動態範圍影像中所佔的高亮度率超出了門檻值TH，則會隨著一衰減(roll-off)曲線，該目標峰值亮度會逐漸增加到最大亮度而不會使對應等於或大於目標峰值亮度的高亮度的高灰階部飽和，藉此提升高動態範圍影像的灰階度的區別度並降低亮度飽和度。
圖6為用以呈現本發明一實施例的高動態範圍顯示裝置在顯示高亮度率大於門檻值的高動態範圍影像時影像處理結果的圖示。
請參考圖6，在此實施例的高動態範圍顯示裝置中，如果在明亮的戶外環境下顯示一原始高動態範圍影像a而不施加基於照明度的權重(b)，可見度會變差，但如藉由施加基於照明度的權重來調整感知量化電-光轉換函數曲線的結果(c)，在明亮的戶外環境下的可見度會獲得改善。此外，由於超過顯示裝置的目標峰值亮度(540尼特)的像素在影像中所佔的高亮度率(2%或27%)超過了門檻值TH(1.5%)，因此執行將高亮度(高灰階度)部的亮度從顯示裝置的目標峰值亮度提高到最大亮度的影像處理程序的結果d，可改善可見度並減少灰階條帶效應(gray-level banding)，因而使影像品質獲得改善。
圖7為用以呈現本發明一實施例的高動態範圍顯示裝置在顯示高亮度率小於門檻值的高動態範圍影像時影像處理效果的圖示。
參照圖7，在本實施例的高動態範圍顯示裝置中，如果在一明亮的戶外環境下顯示一原始高動態範圍影像a而不施加基於照明度的權重(b)，則可見度會變差，但如藉由施加基於照明度的權重來調整感知量化電-光轉換函數曲線的結果(c)，在明亮的戶外環境的可見度就會獲得改善。由於此影像的高亮度率(0.5%)小於門檻值TH(1.5%)，因此不會進行增加亮度的影像處理程序。
在本發明實施例中，根據照明度來調整感知量化電-光轉換函數曲線，進而調整高動態範圍影像的亮度，並且若調整後的高動態範圍影像的高亮度率等於或大於門檻值，則會提高大於或等於顯示裝置的目標峰值亮度的高亮度部分的亮度，以提升高動態範圍影像的灰階區別度並降低亮度飽和度，藉此改善能見度及影像品質。
若根據照明度調整後的高動態範圍影像的高亮度率小於門檻值，則本發明實施例的顯示裝置所顯示的高動態範圍影像的亮度會小於等於顯示裝置的目標峰值亮度，藉此改善能見度並保持功率損耗量。
本領域技術人員將理解的是，在不背離如申請專利範圍所公 開的本發明的範圍和精神的情况下可以進行各種修改和應用。此外，本發明的技術範圍不限於詳細描述，而應由所附的申請專利範圍來決定。

Claims (11)

  1. 一種影像處理方法，包含：接收由一照明度感測器感測到的照明度資訊；根據該照明度資訊調整一感知量化電-光轉換函數，並利用調整後的該感知量化電-光轉換函數將一第一高動態範圍影像的灰階度資訊轉成一第二高動態範圍影像的亮度資訊；分析該第二高動態範圍影像的該亮度資訊，並計算在該第二高動態範圍影像中亮度大於等於一顯示裝置的一目標峰值亮度的像素所佔的一高亮度率；利用一映射函數將該第二高動態範圍影像亮度映射至適於該顯示裝置一第三高動態範圍影像，該映射函數會根據該高亮度率改變；以及利用一感知量化光-電轉換函數將該第三高動態範圍影像的亮度資訊轉成一第四高動態範圍影像的灰階度資訊，並輸出該灰階度資訊。
  2. 如請求項1所述之方法，其中在進行亮度映射的過程中，當該高亮度率超過一門檻值時，對該第二高動態範圍影像中亮度小於等於該目標峰值亮度的一第一亮度部分使用一第一線性映射函數，以及對亮度大於等於該目標峰值亮度的一第二亮度部分使用一第二非線性映射函數，以及當該高亮度率等於或小於該門檻值時，則使用該第一線性映射函數。
  3. 如請求項2所述之方法，其中：當該高亮度率超過該門檻值時，該第二高動態範圍影像的該第二亮度部分的亮度根據該第二非線性映射函數在該顯示裝置的該目標峰值亮度至該顯示裝置的一最大亮度之間的一範圍內增加，以及當該高亮度率等於或小於該門檻值時，將該第二高動態範圍影像的該第二亮度部分映射至該目標峰值亮度。
  4. 一種影像處理模組，包含：一電-光轉換函數處理器，用以接收一照明度感測器感測到的照明度資訊，以調整一感知量化電-光轉換函數，以及用以利用調整過的該感知量化電-光轉換函數，將一第一高動態範圍影像的灰階度資訊轉成一第二高動態範圍影像的亮度資訊；一亮度分析器，用以分析該第二高動態範圍影像的該亮度資訊，以計算在該第二高動態範圍影像中亮度大於等於一顯示裝置的一目標峰值亮度的像素所佔的一高亮度率；一亮度映射單元，用以利用一映射函數將該第二高動態範圍影像映射至適於該顯示裝置的一第三高動態範圍影像，該映射函數會根據該高亮度率改變；以及一光-電轉換函數(OETF)處理器，用以利用一感知量化光-電轉換函數將該第三高動態範圍影像的該亮度資訊轉成一第四高動態範圍影像的灰階度資訊，並輸出該灰階度資訊。
  5. 如請求項4所述之影像處理模組，其中該亮度映射單元：在該高亮度率超出一門檻值時，對該第二高動態範圍影像中亮度小於等於該目標峰值亮度的一第一亮度部分使用一第一線性映射函數，以及對亮度大於等於該目標峰值亮度的一第二亮度部分使用一第二非線性映射函數；以及在該高亮度率等於或小於該門檻值時，使用該第一線性映射函數。
  6. 如請求項5所述之影像處理模組，其中該亮度映射單元：當該高亮度率超出該門檻值時，根據該第二非線性映射函數，在該顯示裝置的該目標峰值亮度至該顯示裝置的一最大亮度之間的一範圍內增加該第二高動態範圍影像的該第二亮度部分的亮度；以及當該高亮度率等於或小於該門檻值時，將該第二高動態範圍影像的該第二亮度部分映射至該目標峰值亮度。
  7. 如請求項5所述之影像處理模組，其中該亮度映射單元：在將該第二高動態範圍影像亮度映射至該第三高動態範圍影像之前，執行轉換至輸入亮度，該輸入亮度是藉由以該第二高動態範圍影像的該亮度資訊除以該顯示裝置的最大亮度的方式被正規化；以及利用該第一線性映射函數或該第二非線性映射函數，將該輸入亮度映射至該顯示裝置的正規化的輸出亮度。
  8. 一種顯示裝置，包含：一顯示面板；一影像處理模組；以及一顯示面板驅動器，用以驅動該顯示面板，使該顯示面板顯示接收自該影像處理模組的一高動態範圍影像；其中該影像處理模組包含：一電-光轉換函數處理器，用以接收一照明度感測器感測到的照明度資訊，以調整一感知量化電-光轉換函數，以及用以利用調整過的該感知量化電-光轉換函數，將一第一高動態範圍影像的灰階度資訊轉成一第二高動態範圍影像的亮度資訊；一亮度分析器，用以分析該第二高動態範圍影像的該亮度資訊，以計算出在該第二高動態範圍影像中亮度大於等於一顯示裝置的一目標峰值亮度的像素所佔的一高亮度率；一亮度映射單元，用以利用一映射函數，將該第二高動態範圍影像映射至適於該顯示裝置的一第三高動態範圍影像，該映射函數根據該高亮度率改變；以及一光-電轉換函數(OETF)處理器，用以利用該感知量化光-電轉換函數，將該第三高動態範圍影像的該亮度資訊轉成一第四高動態範圍影像的灰階度資訊，並輸出該灰階度資訊。
  9. 如請求項8所述之顯示裝置，其中該亮度映射單元：在該高亮度率超出一門檻值時，對該第二高動態範圍影像中亮度小於等於該目標峰值亮度的一第一亮度部分使用一第一線性映射函數以及對亮度大於等於該目標峰值亮度的一第二亮度部分使用一第二非線性映射函數；以及在該高亮度率等於或小於該門檻值時，使用該第一線性映射函數。
  10. 如請求項9所述之顯示裝置，其中該亮度映射單元：在該高亮度率超出該門檻值時，在該顯示裝置的該目標峰值亮度至該顯示裝置的一最大亮度之間的一範圍內根據該第二非線性映射函數，增加該第二高動態範圍影像的該第二亮度部分的亮度；以及在該高亮度率等於或小於該門檻值時，將該第二高動態範圍影像的該第二亮度部分映射至該目標峰值亮度。
  11. 如請求項9所述之顯示裝置，其中該亮度映射單元：在將該第二高動態範圍影像亮度映射至該第三高動態範圍影像之前，執行轉換至輸入亮度，該輸入亮度藉由以該第二高動態範圍影像的該亮度資訊除以該顯示裝置的最大亮度的方式被正規化；以及利用該第一線性映射函數或該第二非線性映射函數將該輸入亮度映射至該顯示裝置的正規化的輸出亮度。
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