图像显示方法以及图像处理方法
图像显示方法以及图像处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及图像处理及显示技术领域，尤其涉及一种图像显示方法以及一种图像 处理方法。
【背景技术】
[0002] 显示设备的动态范围是一个重要的指标。动态范围指显示设备的最大对比度，即 最高亮度和最低亮度的比值。具备高动态范围的显示设备才能够展现更逼近真实世界的显 示场景。同时，高动态范围意味着显示设备显示的图像可以具备更好的全局对比度，图像的 前景和后景区分度更高，图像层次感更好。低动态范围则压缩了图像可以显示的对比度空 间，让图像显得灰蒙蒙的，缺乏足够的层次感和对比度。
[0003] LED显示屏作为一种多场合使用的传媒工具，使用场合复杂多变。其动态范围的提 升主要依靠两种方式:提升显示设备最大亮度，或者降低显示设备的面罩反射率。前者受到 LED亮度和节能需求的约束，后者则受到材料工艺水平的限制。视觉错视的研究发现，人类 视觉对于对比度的感知主要依靠两个物体的边缘梯度。以图la和图lb中的错视现象为例， 图la中可以看到由中心向外圆环的亮度越来越大，感知到的亮度变化近似为1:2:4(由内及 外）而形成了一种强烈的对比度变化的感觉，人眼可以感受到很大的动态范围。而实际上， 它们的亮度是一样的。用黑色的圆圈覆盖等亮度圆环邻近的锐利边缘如图lb所示，会看到 所有的圆环都是等亮度的，感知亮度变化为1:1:1。
[0004] 因此，如果合理地利用该视觉错视效果，在显示设备动态范围不变的前提下就可 以在视觉感知上获得一个更大的动态范围，使得图像的层次感更好、景深更大，也即获得一 个更好的全局感知对比度，提升图像的显示效果，是目前有待解决的技术问题。
【发明内容】
[0005] 因此，为克服现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提出一种图像显示方法以及 一种图像处理方法。
[0006] 具体地，本发明实施例提出的一种图像显示方法，应用于一种显示设备。所述图像 显示方法包括步骤：（i)接收输入视频图像；（ii)对所述输入视频图像进行图像分割处理以 得到所述输入视频图像的大尺度边缘；（iii)对所述输入视频图像进行边缘锐化处理以在 所述输入视频图像的大尺度边缘处形成锐利的边缘台阶，进而得到在人眼关注锐利边缘形 成的错视效应下具有增强感知对比度的目标视频图像；以及(iv)输出所述目标视频图像至 目标显示屏进行图像显示。
[0007] 在本发明的一个实施例中，所述步骤(ii)包括:利用K-means聚类算法将所述输入 视频图像分割成前景区域和背景区域;所述步骤(iii)包括:对所述输入视频图像进行反荫 着色(Countershading)处理以所述前景区域和所述背景区域交界的大尺度边缘处形成锐 利的边缘台阶。
[0008] 在本发明的一个实施例中，所述反荫着色处理基于以下公式实现：
[0009]
[0010]其中，L、为所述目标视频图像的亮度值，Lu为所述输入视频图像中每一个像素 点的亮度值，α为代表亮度衰减的快慢的常量，d代表所述输入视频图像中像素点（i，j)距离 大尺度边缘的最小距离且为归一化值，σ为表示大尺度边缘处亮度衰减的规模的常量， segmentA和segmentB分别代表所述输入视频图像的大尺度边缘两边的所述背景区域和所 述前景区域。
[0011] 在本发明的一个实施例中，所述锐利的边缘台阶为锐利的边缘亮度台阶、边缘饱 和度台阶或边缘色调台阶。
[0012] 在本发明的一个实施例中，所述步骤（ii)包括:利用边缘保留滤波器对所述输入 视频图像的亮度通道进行模糊得到包含大尺度边缘的模糊图像;所述步骤(iii)包括:从所 述输入视频图像的亮度通道减去所述模糊图像得到模板图像，以及将所述输入视频图像的 亮度通道加上所述模板图像的权重部分得到处理后图像并满足公式：
[0013] g(x,y)=f(x,y)+k*gmask(x,y)
[0014] 其中，f (X, y)表示所述输入视频图像，gmask (X, y)表示所述模板图像，g (X, y)表示 所述处理后图像，k为权重因子。
[0015] 在本发明的一个实施例中，所述权重因子k = l，以抑制振铃效果。
[0016] 在本发明的一个实施例中，所述目标显示屏为LED显示屏。
[0017] 此外，本发明实施例提出的一种图像处理方法，包括步骤：（a)获取原始图像；（b) 对所述原始图像进行图像分割处理以得到所述原始图像的大尺度边缘；以及(c)对所述原 始图像进行边缘锐化处理以在所述原始图像的大尺度边缘处形成锐利的边缘台阶，进而得 到在人眼关注锐利边缘形成的错视效应下具有增强感知对比度的目标图像。
[0018] 在本发明的一个实施例中，所述步骤(b)包括:将所述原始图像分割成前景区域和 背景区域;所述步骤(c)包括:对所述原始图像进行反荫着色处理以所述前景区域和所述背 景区域交界的大尺度边缘处形成锐利的边缘台阶且所述反荫着色处理基于以下公式实现：
[0019]
[0020] 兵屮，L，ij73尸ΖΓ还曰称囹傢的凭反俚，Lij73尸ΖΓ还保妬?傢屮母一个像素点的亮度 值，α为代表亮度衰减的快慢的常量，d代表所述原始图像中像素点（i，j)距离大尺度边缘的 最小距离且为归一化值，σ为表示大尺度边缘处亮度衰减的规模的常量，segmentA和 segmentB分别代表所述原始图像的大尺度边缘两边的所述背景区域和所述前景区域。
[0021] 在本发明的一个实施例中，所述步骤(b)包括:利用边缘保留滤波器对所述原始图 像的亮度通道进行模糊得到包含大尺度边缘的模糊图像;所述步骤(c)包括:从所述原始图 像的亮度通道减去所述模糊图像得到模板图像，以及将所述原始图像的亮度通道加上所述 模板图像的权重部分得到处理后图像并满足公式：
[0022] g(x,y)=f(x,y)+k*gmask(x,y)
[0023]其中，f (x,y)表示所述原始图像，gmask(x，y)表示所述模板图像，g(x,y)表示所述 处理后图像，k为权重因子且等于1。
[0024]由上可知，本发明实施例通过在图像大尺度边缘处适当的增大边缘台阶例如边缘 亮度台阶，得到一个相对锐利的边缘轮廓，从而可以利用人眼关注锐利边缘形成的错视效 应增加图像感知深度、增加显示图像的景深，进而提高显示图像的人眼感知对比度。
[0025]通过以下参考附图的详细说明，本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知 道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定。还应当知道，除非另 外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。
【附图说明】
[0026]下面将结合附图，对本发明的【具体实施方式】进行详细的说明。
[0027] 图la和图lb示出一种视觉错视现象。
[0028]图2a为本发明第一实施例利用反荫着色（countershading)处理创造出锐利的边 缘亮度台阶的原理示意图。
[0029]图2b为经过图2a所示反荫着色处理后的图像的人眼感知对比度示意图。
[0030]图3a、图3b和图3c分别为原始图像显示效果、原始图像亮度通道反荫着色处理后 前景和背景亮度变化示意图以及对原始图像进行反荫着色处理后获得的显示效果图。
[0031] 图4a至图4d示出本发明第二实施例的非锐化遮蔽机理。
【具体实施方式】
[0032] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明 的【具体实施方式】做详细的说明。
[0033] 具体地，本发明下述实施例利用人眼关注锐利边缘这一视觉错视效应，使人眼能 够获得一个更大的动态范围的感知，从而可以避免通过提升显示设备最大亮度或者降低显 示设备的面罩反射率这种提升动态范围方法的限制。
[0034]【第一实施例】
[0035] 本发明第一实施例对原始图像进行图像分割处理找出原始图像中的大尺度边缘， 然后在大尺度边缘处增大边缘台阶，以得到相对锐利的边缘轮廓，进而得到全局对比度增 加的目标图像，具体步骤例如为：
[0036] 首先，获取原始图像并对获取的原始图像进行图像分割处理以获取原始图像中的 大尺度边缘。
[0037] 大尺度边缘的获取方法有很多种，例如采用K-means聚类算法对原始图像进行分 割，K = 2,也就是说将原始图像分割为两块以获得原始图像的前景和背景区域，即可获得原 始图像的大尺度边缘。
[0038]然后，利用反荫着色(Countershading)方法对原始图像进行边缘锐化处理以在前 景和背景区域的大尺度边缘处得到锐利的边缘台阶。图2a中实线部分表示原始图像前景和 背景区域亮度曲线，点划线部分和虚线部分分别表示对前景和背景区域进行反荫着色处理 后得到的前景和背景亮度曲线；由图2a可知，利用反荫着色处理可在前景和背景大尺度边 缘处得到锐利的边缘亮度台阶。图2b经过图2a所示反荫着色处理后的图像的人眼感知对比 度示意图。
[0039] 承上述，反荫着色处理的实现算法例如是:根据获取的大尺度边缘对原始图像进 行不重叠的分块，从大尺度边缘处开始对原始图像的大尺度边缘亮度进行调整，实现这样 处理的方法可以有多种，其中一种处理方法为：
[0040]
[0041]其中l/u为获得的目标图像的亮度值，为原始图像中每一个像素点的亮度值。 原始图像各个像素点的亮度值的获取可以是将RGB原始图像转换至LAB空间，LAB空间的L分 量就是原始图像中各个像素点的亮度值，α代表亮度衰减的快慢的常量且α = 2(1-1)，1 < 1， d代表原始图像中像素点（i，j)距离大尺度边缘的最小距离且为归一化值(也即0<cKl)，〇 表示大尺度边缘处亮度衰减的规模的常量且〇 < σ < 1 degmentA和segmentB分别代表原始 图像的大尺度边缘两边的图像较亮部分(背景区域)和较暗部分(前景 区域）。这里举一组参 数值为例:α = 0.2，σ = 0.5。
[0042] 亮度变化的区域及大小如图3b所示，图像分为前景(暗灰色区域)和背景(亮灰色 和黑色区域），亮灰色区域与暗灰色区域的交界处即是找出的大尺度边缘;其暗灰色和亮灰 色区域的图像利用Countershading创造出一个边缘亮度台阶，由于前景比背景暗，为了得 到一个锐利的前景和背景边缘轮廓，如图2a所示，前景(对应图2a点划线部分)和背景(对应 图2a虚线部分)之间创造出一个锐利的亮度台阶。人眼感知到的对比度如图2b所示，人眼在 全局上获得了一个更大动态范围的感知，图像的前景和背景景深加大，图像层次感加强。
[0043] 最后，将调整后的颜色分量(也即亮度分量)和其他未调整的颜色分量(也即色度 分量)进行合并即可得到感知全局对比度增强的目标图像，如图3c所示。前景变暗，背景变 亮，人眼会觉得图像的层次感加强，景深变大，人眼感知到的全局对比度变大。图3c相比直 接显示的原始图像图3a，图像不但拥有更多的细节还有更好的图像层次感，看起来更加接 近真实场景。
[0044] 值得一提的是，本发明第一实施例所述的图像处理方法并不限于前述利用反荫着 色处理方法在大尺度边缘处调整原始图像的亮度通道，其也可以替换成调整原始图像的颜 色饱和度或者色调通道，相应地可以在大尺度边缘处得到锐利的边缘饱和度台阶或边缘色 调台阶。
[0045] 【第二实施例】
[0046] 第二实施例与前述第一实施例的不同之处在于:大尺度边缘处增大(或称锐化)边 缘亮度台阶的实现方法，其是采用非锐化掩蔽(Unsharpening Mask)方法来增强图像大尺 度边缘处亮度台阶的强度。具体可为：
[0047] 首先，对原始图像的亮度通道进行模糊得到模糊图像，也即分割出原始图像亮度 通道(或称亮度分量）中包含大尺度边缘的基础层，具体可以采用5*5的高斯滤波器(其为一 种边缘保留图像滤波器)对原始图像进行低通滤波处理，滤除原始图像亮度通道中的高频 部分，而得到对应原始图像低频部分的包含大尺度边缘的基础层，从而实现了图像的分割 处理并获得了大尺度边缘信息。
[0048] 然后，从原始图像的亮度通道中减去模糊图像得到模板图像(或称差值图像）；具 体实现方法为：
Pf(x，y)为原始图像，/(U)为由 原始图像低通滤波后得到的模糊图像，gmask(X，y)为模板图像。
[0049]之后，将原始图像的亮度通道加上模板图像的权重部分得到非锐化遮蔽处理后图 像：
[0050] g(x,y)=f(x,y)+k*gmask(x,y)
[0051] 下面结合图4a至图4d来说明非锐化掩蔽的机理：
[0052]图4a为原始图像的亮度曲线，图4b为模糊图像的亮度曲线，图4c为原始图像减去 模糊图像后的模板图像的亮度曲线，以及图4d为原始图像加上模板图像的权重部分后得到 的非锐化遮蔽处理后的图像的亮度曲线；比较图4d和图4a可以发现，非锐化掩蔽处理后的 图像的大尺度边缘处的边缘亮度台阶有所增强，其将使得最终得到的目标图像的感知全局 对比度增强;值得一提的是，本发明前述第一实施例只是在大尺度边缘处进行边缘锐化处 理，而本发明第二实施例在边缘锐化处理过程中不区分大尺度边缘和小尺度边缘。此外，需 要说明的是，模板图像的权重因子k值越大，边缘亮度台阶增强的程度越大，但如果k值过 大，将产生严重的振铃效果，所以优选地k值取1。
[0053]最后，将调整后的颜色分量(也即亮度分量)和其他未调整的颜色分量(也即色度 分量)进行合并即可得到感知全局对比度增强的目标图像。
[0054] 综上所述，对于前述第一实施例和第二实施例，以创建锐利的边缘亮度台阶为例， 其对原始图像的处理方法大致为:对原始图像进行图像分割处理得到大尺度边缘，然后在 大尺度边缘处增大边缘亮度台阶得到相对锐利的边缘轮廓，如此可以利用人眼关注锐利边 缘时形成的错视效应增加图像人眼感知深度，提升目标图像的人眼感知对比度，图像层次 感得以加强。
[0055] 另外，值得一提的是，前述对原始图像的处理方法可应用于所有户外可能使用的 显示设备例如DLP投影仪、LED显示屏系统、手机终端等的图像显示过程，从而各种显示设备 在接收到输入视频图像后，利用本发明前述实施例的图像处理方法对输入视频图像进行边 缘锐化处理以得到目标视频图像输出至目标显示屏进行显示，如此可以提升显示屏的显示 质量。
[0056]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽 然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人 员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰 为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对 以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【主权项】
1. 一种图像显示方法，应用于一种显示设备;其特征在于，包括步骤： (i) 接收输入视频图像； (ii) 对所述输入视频图像进行图像分割处理以得到所述输入视频图像的大尺度边缘； (iii) 对所述输入视频图像进行边缘锐化处理以在所述输入视频图像的大尺度边缘处 形成锐利的边缘台阶，进而得到在人眼关注锐利边缘形成的错视效应下具有增强感知对比 度的目标视频图像;以及 (iv) 输出所述目标视频图像至目标显示屏进行图像显示。2. 如权利要求1所述的图像显示方法，其特征在于，所述步骤(ii)包括:利用K-means聚 类算法将所述输入视频图像分割成前景区域和背景区域;所述步骤(iii)包括:对所述输入 视频图像进行反荫着色处理以所述前景区域和所述背景区域交界的大尺度边缘处形成锐 利的边缘台阶。3. 如权利要求2所述的图像显示方法，其特征在于，所述反荫着色处理基于以下公式实 现：其中，IZlj为所述目标视频图像的亮度值，Llj为所述输入视频图像中每一个像素点的亮 度值，α为代表亮度衰减的快慢的常量，d代表所述输入视频图像中像素点（i，j)距离大尺度 边缘的最小距离且为归一化值，σ为表示大尺度边缘处亮度衰减的规模的常量，segmentA和 segmentB分别代表所述输入视频图像的大尺度边缘两边的所述背景区域和所述前景区域。4. 如权利要求1所述的图像显示方法，其特征在于，所述锐利的边缘台阶为锐利的边缘 亮度台阶、边缘饱和度台阶或边缘色调台阶。5. 如权利要求1所述的图像显示方法，其特征在于，所述步骤（ii)包括:利用边缘保留 滤波器对所述输入视频图像的亮度通道进行模糊得到包含大尺度边缘的模糊图像;所述步 骤(iii)包括:从所述输入视频图像的亮度通道减去所述模糊图像得到模板图像，以及将所 述输入视频图像的亮度通道加上所述模板图像的权重部分得到处理后图像并满足公式： g(x,y)=f (x,y)+k*gmask(x,y) 其中，f (x, y)表示所述输入视频图像，gmask (x, y)表示所述模板图像，g (x, y)表示所述处 理后图像，k为权重因子。6. 如权利要求5所述的图像显示方法，其特征在于，所述权重因子k=l，以抑制振铃效 果。7. 如权利要求1所述的图像显示方法，其特征在于，所述目标显示屏为LED显示屏。8. -种图像处理方法，其特征在于，包括步骤： (a) 获取原始图像； (b) 对所述原始图像进行图像分割处理以得到所述原始图像的大尺度边缘；以及 (c) 对所述原始图像进行边缘锐化处理以在所述原始图像的大尺度边缘处形成锐利的 边缘台阶，进而得到在人眼关注锐利边缘形成的错视效应下具有增强感知对比度的目标图 像。9. 如权利要求8所述的图像处理方法，其特征在于，所述步骤(b)包括:将所述原始图像 分割成前景区域和背景区域;所述步骤(C)包括:对所述原始图像进行反荫着色处理以所述 前景区域和所述背景区域交界的大尺度边缘处形成锐利的边缘台阶且所述反荫着色处理 基于以下公式实现：其中，IZlj为所述目标图像的亮度值，Llj为所述原始图像中每一个像素点的亮度值，α为 代表亮度衰减的快慢的常量，d代表所述原始图像中像素点（i，j)距离大尺度边缘的最小距 离且为归一化值，σ为表示大尺度边缘处亮度衰减的规模的常量，segmentA和segmentB分别 代表所述原始图像的大尺度边缘两边的所述背景区域和所述前景区域。10.如权利要求8所述的图像处理方法，其特征在于，所述步骤(b)包括:利用边缘保留 滤波器对所述原始图像的亮度通道进行模糊得到包含大尺度边缘的模糊图像;所述步骤 (c)包括:从所述原始图像的亮度通道减去所述模糊图像得到模板图像，以及将所述原始图 像的亮度通道加上所述模板图像的权重部分得到处理后图像并满足公式： g(x,y)=f (x,y)+k*gmask(x,y) 其中，f(x,y)表示所述原始图像，gmask(x,y)表示所述模板图像，g(x,y)表示所述处理后 图像，k为权重因子且等于1。
【专利摘要】本发明涉及一种图像显示方法及其图像处理方法，所述图像显示方法包括步骤：(i)接收输入视频图像；(ii)对输入视频图像进行图像分割处理以得到输入视频图像的大尺度边缘；(iii)对输入视频图像进行边缘锐化处理以在输入视频图像的大尺度边缘处形成锐利的边缘台阶，进而得到在人眼关注锐利边缘形成的错视效应下具有增强感知对比度的目标视频图像；以及(iv)输出目标视频图像至目标显示屏进行图像显示。本发明通过在图像大尺度边缘处适当的增大边缘台阶例如边缘亮度台阶，得到一个相对锐利的边缘轮廓，从而可以利用人眼关注锐利边缘形成的错视效应增加图像感知深度、增加显示图像的景深，进而提高显示图像的人眼感知对比度。
【IPC分类】G06T7/00, G06T5/00
【公开号】CN105488793
【申请号】CN201510836150
【发明人】杨城, 袁胜春, 宗靖国
【申请人】西安诺瓦电子科技有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月26日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及图像处理及显示技术领域，尤其涉及一种图像显示方法以及一种图像 处理方法。
【背景技术】
[0002] 显示设备的动态范围是一个重要的指标。动态范围指显示设备的最大对比度，即 最高亮度和最低亮度的比值。具备高动态范围的显示设备才能够展现更逼近真实世界的显 示场景。同时，高动态范围意味着显示设备显示的图像可以具备更好的全局对比度，图像的 前景和后景区分度更高，图像层次感更好。低动态范围则压缩了图像可以显示的对比度空 间，让图像显得灰蒙蒙的，缺乏足够的层次感和对比度。
[0003] LED显示屏作为一种多场合使用的传媒工具，使用场合复杂多变。其动态范围的提 升主要依靠两种方式:提升显示设备最大亮度，或者降低显示设备的面罩反射率。前者受到 LED亮度和节能需求的约束，后者则受到材料工艺水平的限制。视觉错视的研究发现，人类 视觉对于对比度的感知主要依靠两个物体的边缘梯度。以图la和图lb中的错视现象为例， 图la中可以看到由中心向外圆环的亮度越来越大，感知到的亮度变化近似为1:2:4(由内及 外）而形成了一种强烈的对比度变化的感觉，人眼可以感受到很大的动态范围。而实际上， 它们的亮度是一样的。用黑色的圆圈覆盖等亮度圆环邻近的锐利边缘如图lb所示，会看到 所有的圆环都是等亮度的，感知亮度变化为1:1:1。
[0004] 因此，如果合理地利用该视觉错视效果，在显示设备动态范围不变的前提下就可 以在视觉感知上获得一个更大的动态范围，使得图像的层次感更好、景深更大，也即获得一 个更好的全局感知对比度，提升图像的显示效果，是目前有待解决的技术问题。
【发明内容】
[0005] 因此，为克服现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提出一种图像显示方法以及 一种图像处理方法。
[0006] 具体地，本发明实施例提出的一种图像显示方法，应用于一种显示设备。所述图像 显示方法包括步骤：（i)接收输入视频图像；（ii)对所述输入视频图像进行图像分割处理以 得到所述输入视频图像的大尺度边缘；（iii)对所述输入视频图像进行边缘锐化处理以在 所述输入视频图像的大尺度边缘处形成锐利的边缘台阶，进而得到在人眼关注锐利边缘形 成的错视效应下具有增强感知对比度的目标视频图像；以及(iv)输出所述目标视频图像至 目标显示屏进行图像显示。
[0007] 在本发明的一个实施例中，所述步骤(ii)包括:利用K-means聚类算法将所述输入 视频图像分割成前景区域和背景区域;所述步骤(iii)包括:对所述输入视频图像进行反荫 着色(Countershading)处理以所述前景区域和所述背景区域交界的大尺度边缘处形成锐 利的边缘台阶。
[0008] 在本发明的一个实施例中，所述反荫着色处理基于以下公式实现：
[0009]
[0010]其中，L、为所述目标视频图像的亮度值，Lu为所述输入视频图像中每一个像素 点的亮度值，α为代表亮度衰减的快慢的常量，d代表所述输入视频图像中像素点（i，j)距离 大尺度边缘的最小距离且为归一化值，σ为表示大尺度边缘处亮度衰减的规模的常量， segmentA和segmentB分别代表所述输入视频图像的大尺度边缘两边的所述背景区域和所 述前景区域。
[0011] 在本发明的一个实施例中，所述锐利的边缘台阶为锐利的边缘亮度台阶、边缘饱 和度台阶或边缘色调台阶。
[0012] 在本发明的一个实施例中，所述步骤（ii)包括:利用边缘保留滤波器对所述输入 视频图像的亮度通道进行模糊得到包含大尺度边缘的模糊图像;所述步骤(iii)包括:从所 述输入视频图像的亮度通道减去所述模糊图像得到模板图像，以及将所述输入视频图像的 亮度通道加上所述模板图像的权重部分得到处理后图像并满足公式：
[0013] g(x,y)=f(x,y)+k*gmask(x,y)
[0014] 其中，f (X, y)表示所述输入视频图像，gmask (X, y)表示所述模板图像，g (X, y)表示 所述处理后图像，k为权重因子。
[0015] 在本发明的一个实施例中，所述权重因子k = l，以抑制振铃效果。
[0016] 在本发明的一个实施例中，所述目标显示屏为LED显示屏。
[0017] 此外，本发明实施例提出的一种图像处理方法，包括步骤：（a)获取原始图像；（b) 对所述原始图像进行图像分割处理以得到所述原始图像的大尺度边缘；以及(c)对所述原 始图像进行边缘锐化处理以在所述原始图像的大尺度边缘处形成锐利的边缘台阶，进而得 到在人眼关注锐利边缘形成的错视效应下具有增强感知对比度的目标图像。
[0018] 在本发明的一个实施例中，所述步骤(b)包括:将所述原始图像分割成前景区域和 背景区域;所述步骤(c)包括:对所述原始图像进行反荫着色处理以所述前景区域和所述背 景区域交界的大尺度边缘处形成锐利的边缘台阶且所述反荫着色处理基于以下公式实现：
[0019]
[0020] 兵屮，L，ij73尸ΖΓ还曰称囹傢的凭反俚，Lij73尸ΖΓ还保妬?傢屮母一个像素点的亮度 值，α为代表亮度衰减的快慢的常量，d代表所述原始图像中像素点（i，j)距离大尺度边缘的 最小距离且为归一化值，σ为表示大尺度边缘处亮度衰减的规模的常量，segmentA和 segmentB分别代表所述原始图像的大尺度边缘两边的所述背景区域和所述前景区域。
[0021] 在本发明的一个实施例中，所述步骤(b)包括:利用边缘保留滤波器对所述原始图 像的亮度通道进行模糊得到包含大尺度边缘的模糊图像;所述步骤(c)包括:从所述原始图 像的亮度通道减去所述模糊图像得到模板图像，以及将所述原始图像的亮度通道加上所述 模板图像的权重部分得到处理后图像并满足公式：
[0022] g(x,y)=f(x,y)+k*gmask(x,y)
[0023]其中，f (x,y)表示所述原始图像，gmask(x，y)表示所述模板图像，g(x,y)表示所述 处理后图像，k为权重因子且等于1。
[0024]由上可知，本发明实施例通过在图像大尺度边缘处适当的增大边缘台阶例如边缘 亮度台阶，得到一个相对锐利的边缘轮廓，从而可以利用人眼关注锐利边缘形成的错视效 应增加图像感知深度、增加显示图像的景深，进而提高显示图像的人眼感知对比度。
[0025]通过以下参考附图的详细说明，本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知 道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定。还应当知道，除非另 外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。
【附图说明】
[0026]下面将结合附图，对本发明的【具体实施方式】进行详细的说明。
[0027] 图la和图lb示出一种视觉错视现象。
[0028]图2a为本发明第一实施例利用反荫着色（countershading)处理创造出锐利的边 缘亮度台阶的原理示意图。
[0029]图2b为经过图2a所示反荫着色处理后的图像的人眼感知对比度示意图。
[0030]图3a、图3b和图3c分别为原始图像显示效果、原始图像亮度通道反荫着色处理后 前景和背景亮度变化示意图以及对原始图像进行反荫着色处理后获得的显示效果图。
[0031] 图4a至图4d示出本发明第二实施例的非锐化遮蔽机理。
【具体实施方式】
[0032] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明 的【具体实施方式】做详细的说明。
[0033] 具体地，本发明下述实施例利用人眼关注锐利边缘这一视觉错视效应，使人眼能 够获得一个更大的动态范围的感知，从而可以避免通过提升显示设备最大亮度或者降低显 示设备的面罩反射率这种提升动态范围方法的限制。
[0034]【第一实施例】
[0035] 本发明第一实施例对原始图像进行图像分割处理找出原始图像中的大尺度边缘， 然后在大尺度边缘处增大边缘台阶，以得到相对锐利的边缘轮廓，进而得到全局对比度增 加的目标图像，具体步骤例如为：
[0036] 首先，获取原始图像并对获取的原始图像进行图像分割处理以获取原始图像中的 大尺度边缘。
[0037] 大尺度边缘的获取方法有很多种，例如采用K-means聚类算法对原始图像进行分 割，K = 2,也就是说将原始图像分割为两块以获得原始图像的前景和背景区域，即可获得原 始图像的大尺度边缘。
[0038]然后，利用反荫着色(Countershading)方法对原始图像进行边缘锐化处理以在前 景和背景区域的大尺度边缘处得到锐利的边缘台阶。图2a中实线部分表示原始图像前景和 背景区域亮度曲线，点划线部分和虚线部分分别表示对前景和背景区域进行反荫着色处理 后得到的前景和背景亮度曲线；由图2a可知，利用反荫着色处理可在前景和背景大尺度边 缘处得到锐利的边缘亮度台阶。图2b经过图2a所示反荫着色处理后的图像的人眼感知对比 度示意图。
[0039] 承上述，反荫着色处理的实现算法例如是:根据获取的大尺度边缘对原始图像进 行不重叠的分块，从大尺度边缘处开始对原始图像的大尺度边缘亮度进行调整，实现这样 处理的方法可以有多种，其中一种处理方法为：
[0040]
[0041]其中l/u为获得的目标图像的亮度值，为原始图像中每一个像素点的亮度值。 原始图像各个像素点的亮度值的获取可以是将RGB原始图像转换至LAB空间，LAB空间的L分 量就是原始图像中各个像素点的亮度值，α代表亮度衰减的快慢的常量且α = 2(1-1)，1 < 1， d代表原始图像中像素点（i，j)距离大尺度边缘的最小距离且为归一化值(也即0<cKl)，〇 表示大尺度边缘处亮度衰减的规模的常量且〇 < σ < 1 degmentA和segmentB分别代表原始 图像的大尺度边缘两边的图像较亮部分(背景区域)和较暗部分(前景 区域）。这里举一组参 数值为例:α = 0.2，σ = 0.5。
[0042] 亮度变化的区域及大小如图3b所示，图像分为前景(暗灰色区域)和背景(亮灰色 和黑色区域），亮灰色区域与暗灰色区域的交界处即是找出的大尺度边缘;其暗灰色和亮灰 色区域的图像利用Countershading创造出一个边缘亮度台阶，由于前景比背景暗，为了得 到一个锐利的前景和背景边缘轮廓，如图2a所示，前景(对应图2a点划线部分)和背景(对应 图2a虚线部分)之间创造出一个锐利的亮度台阶。人眼感知到的对比度如图2b所示，人眼在 全局上获得了一个更大动态范围的感知，图像的前景和背景景深加大，图像层次感加强。
[0043] 最后，将调整后的颜色分量(也即亮度分量)和其他未调整的颜色分量(也即色度 分量)进行合并即可得到感知全局对比度增强的目标图像，如图3c所示。前景变暗，背景变 亮，人眼会觉得图像的层次感加强，景深变大，人眼感知到的全局对比度变大。图3c相比直 接显示的原始图像图3a，图像不但拥有更多的细节还有更好的图像层次感，看起来更加接 近真实场景。
[0044] 值得一提的是，本发明第一实施例所述的图像处理方法并不限于前述利用反荫着 色处理方法在大尺度边缘处调整原始图像的亮度通道，其也可以替换成调整原始图像的颜 色饱和度或者色调通道，相应地可以在大尺度边缘处得到锐利的边缘饱和度台阶或边缘色 调台阶。
[0045] 【第二实施例】
[0046] 第二实施例与前述第一实施例的不同之处在于:大尺度边缘处增大(或称锐化)边 缘亮度台阶的实现方法，其是采用非锐化掩蔽(Unsharpening Mask)方法来增强图像大尺 度边缘处亮度台阶的强度。具体可为：
[0047] 首先，对原始图像的亮度通道进行模糊得到模糊图像，也即分割出原始图像亮度 通道(或称亮度分量）中包含大尺度边缘的基础层，具体可以采用5*5的高斯滤波器(其为一 种边缘保留图像滤波器)对原始图像进行低通滤波处理，滤除原始图像亮度通道中的高频 部分，而得到对应原始图像低频部分的包含大尺度边缘的基础层，从而实现了图像的分割 处理并获得了大尺度边缘信息。
[0048] 然后，从原始图像的亮度通道中减去模糊图像得到模板图像(或称差值图像）；具 体实现方法为：
Pf(x，y)为原始图像，/(U)为由 原始图像低通滤波后得到的模糊图像，gmask(X，y)为模板图像。
[0049]之后，将原始图像的亮度通道加上模板图像的权重部分得到非锐化遮蔽处理后图 像：
[0050] g(x,y)=f(x,y)+k*gmask(x,y)
[0051] 下面结合图4a至图4d来说明非锐化掩蔽的机理：
[0052]图4a为原始图像的亮度曲线，图4b为模糊图像的亮度曲线，图4c为原始图像减去 模糊图像后的模板图像的亮度曲线，以及图4d为原始图像加上模板图像的权重部分后得到 的非锐化遮蔽处理后的图像的亮度曲线；比较图4d和图4a可以发现，非锐化掩蔽处理后的 图像的大尺度边缘处的边缘亮度台阶有所增强，其将使得最终得到的目标图像的感知全局 对比度增强;值得一提的是，本发明前述第一实施例只是在大尺度边缘处进行边缘锐化处 理，而本发明第二实施例在边缘锐化处理过程中不区分大尺度边缘和小尺度边缘。此外，需 要说明的是，模板图像的权重因子k值越大，边缘亮度台阶增强的程度越大，但如果k值过 大，将产生严重的振铃效果，所以优选地k值取1。
[0053]最后，将调整后的颜色分量(也即亮度分量)和其他未调整的颜色分量(也即色度 分量)进行合并即可得到感知全局对比度增强的目标图像。
[0054] 综上所述，对于前述第一实施例和第二实施例，以创建锐利的边缘亮度台阶为例， 其对原始图像的处理方法大致为:对原始图像进行图像分割处理得到大尺度边缘，然后在 大尺度边缘处增大边缘亮度台阶得到相对锐利的边缘轮廓，如此可以利用人眼关注锐利边 缘时形成的错视效应增加图像人眼感知深度，提升目标图像的人眼感知对比度，图像层次 感得以加强。
[0055] 另外，值得一提的是，前述对原始图像的处理方法可应用于所有户外可能使用的 显示设备例如DLP投影仪、LED显示屏系统、手机终端等的图像显示过程，从而各种显示设备 在接收到输入视频图像后，利用本发明前述实施例的图像处理方法对输入视频图像进行边 缘锐化处理以得到目标视频图像输出至目标显示屏进行显示，如此可以提升显示屏的显示 质量。
[0056]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽 然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人 员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰 为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对 以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【主权项】
1. 一种图像显示方法，应用于一种显示设备;其特征在于，包括步骤： (i) 接收输入视频图像； (ii) 对所述输入视频图像进行图像分割处理以得到所述输入视频图像的大尺度边缘； (iii) 对所述输入视频图像进行边缘锐化处理以在所述输入视频图像的大尺度边缘处 形成锐利的边缘台阶，进而得到在人眼关注锐利边缘形成的错视效应下具有增强感知对比 度的目标视频图像;以及 (iv) 输出所述目标视频图像至目标显示屏进行图像显示。2. 如权利要求1所述的图像显示方法，其特征在于，所述步骤(ii)包括:利用K-means聚 类算法将所述输入视频图像分割成前景区域和背景区域;所述步骤(iii)包括:对所述输入 视频图像进行反荫着色处理以所述前景区域和所述背景区域交界的大尺度边缘处形成锐 利的边缘台阶。3. 如权利要求2所述的图像显示方法，其特征在于，所述反荫着色处理基于以下公式实 现：其中，IZlj为所述目标视频图像的亮度值，Llj为所述输入视频图像中每一个像素点的亮 度值，α为代表亮度衰减的快慢的常量，d代表所述输入视频图像中像素点（i，j)距离大尺度 边缘的最小距离且为归一化值，σ为表示大尺度边缘处亮度衰减的规模的常量，segmentA和 segmentB分别代表所述输入视频图像的大尺度边缘两边的所述背景区域和所述前景区域。4. 如权利要求1所述的图像显示方法，其特征在于，所述锐利的边缘台阶为锐利的边缘 亮度台阶、边缘饱和度台阶或边缘色调台阶。5. 如权利要求1所述的图像显示方法，其特征在于，所述步骤（ii)包括:利用边缘保留 滤波器对所述输入视频图像的亮度通道进行模糊得到包含大尺度边缘的模糊图像;所述步 骤(iii)包括:从所述输入视频图像的亮度通道减去所述模糊图像得到模板图像，以及将所 述输入视频图像的亮度通道加上所述模板图像的权重部分得到处理后图像并满足公式： g(x,y)=f (x,y)+k*gmask(x,y) 其中，f (x, y)表示所述输入视频图像，gmask (x, y)表示所述模板图像，g (x, y)表示所述处 理后图像，k为权重因子。6. 如权利要求5所述的图像显示方法，其特征在于，所述权重因子k=l，以抑制振铃效 果。7. 如权利要求1所述的图像显示方法，其特征在于，所述目标显示屏为LED显示屏。8. -种图像处理方法，其特征在于，包括步骤： (a) 获取原始图像； (b) 对所述原始图像进行图像分割处理以得到所述原始图像的大尺度边缘；以及 (c) 对所述原始图像进行边缘锐化处理以在所述原始图像的大尺度边缘处形成锐利的 边缘台阶，进而得到在人眼关注锐利边缘形成的错视效应下具有增强感知对比度的目标图 像。9. 如权利要求8所述的图像处理方法，其特征在于，所述步骤(b)包括:将所述原始图像 分割成前景区域和背景区域;所述步骤(C)包括:对所述原始图像进行反荫着色处理以所述 前景区域和所述背景区域交界的大尺度边缘处形成锐利的边缘台阶且所述反荫着色处理 基于以下公式实现：其中，IZlj为所述目标图像的亮度值，Llj为所述原始图像中每一个像素点的亮度值，α为 代表亮度衰减的快慢的常量，d代表所述原始图像中像素点（i，j)距离大尺度边缘的最小距 离且为归一化值，σ为表示大尺度边缘处亮度衰减的规模的常量，segmentA和segmentB分别 代表所述原始图像的大尺度边缘两边的所述背景区域和所述前景区域。10.如权利要求8所述的图像处理方法，其特征在于，所述步骤(b)包括:利用边缘保留 滤波器对所述原始图像的亮度通道进行模糊得到包含大尺度边缘的模糊图像;所述步骤 (c)包括:从所述原始图像的亮度通道减去所述模糊图像得到模板图像，以及将所述原始图 像的亮度通道加上所述模板图像的权重部分得到处理后图像并满足公式： g(x,y)=f (x,y)+k*gmask(x,y) 其中，f(x,y)表示所述原始图像，gmask(x,y)表示所述模板图像，g(x,y)表示所述处理后 图像，k为权重因子且等于1。
【专利摘要】本发明涉及一种图像显示方法及其图像处理方法，所述图像显示方法包括步骤：(i)接收输入视频图像；(ii)对输入视频图像进行图像分割处理以得到输入视频图像的大尺度边缘；(iii)对输入视频图像进行边缘锐化处理以在输入视频图像的大尺度边缘处形成锐利的边缘台阶，进而得到在人眼关注锐利边缘形成的错视效应下具有增强感知对比度的目标视频图像；以及(iv)输出目标视频图像至目标显示屏进行图像显示。本发明通过在图像大尺度边缘处适当的增大边缘台阶例如边缘亮度台阶，得到一个相对锐利的边缘轮廓，从而可以利用人眼关注锐利边缘形成的错视效应增加图像感知深度、增加显示图像的景深，进而提高显示图像的人眼感知对比度。
【IPC分类】G06T7/00, G06T5/00
【公开号】CN105488793
【申请号】CN201510836150
【发明人】杨城, 袁胜春, 宗靖国
【申请人】西安诺瓦电子科技有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月26日
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