处理视频信号的方法和系统转让专利
申请号 : CN200510113877.2
文献号 : CN100586159C
文献日 : 2010-01-27
发明人 : 斯蒂芬·R·奥戴 , 迈克尔·奥康奈尔 , 威廉·贝拉迪
申请人 : 伯斯有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种用于显示器的处理视频信号的方法，包括：
检测周围环境光线水平；
基于所检测到的周围环境光线水平，对所述视频信号执行局部对比度增强 处理，以提供经处理的视频信号；
向所述显示器呈现所述经处理过的视频信号，
其中所述局部对比度增强基于空间滤波器，所述空间滤波器基于所检测到 的周围环境光线水平而变化。
2.根据权利要求1的方法，其中，对所述视频信号的亮度分量执行局部对 比度增强。
3.根据权利要求2的方法，其中，所述亮度分量与物体的形状和纹理关联。
4.根据权利要求1的方法，其中，在逐个像素的基础上执行所述局部对比 度增强。
5.根据权利要求1的方法，其中，所述空间滤波器是二维空间滤波器。
6.根据权利要求1的方法，其中，所述局部对比度增强包括：全通滤波和 低通滤波所述视频信号，并从全通滤波的分量中减去低通滤波的分量，以得到 高频分量。
7.根据权利要求1的方法，其中，所述局部对比度增强处理还包括：依赖 于所检测到的周围环境光线水平为每个像素确定增强处理。
8.根据权利要求7的方法，其中，用静态增益来表征所述局部对比度增强 处理。
9.根据权利要求7的方法，其中，用动态增益来表征所述局部对比度增强 处理。
10.根据权利要求7的方法，其中，依赖于像素图像亮度与所检测的周围 环境光线水平的比较来调节所述局部对比度增强处理。
11.根据权利要求8的方法，其中，当像素中的图像亮度小于所检测到的 周围环境光线水平时，增加所述静态增益；当像素中的图像亮度大于所检测的 周围环境光线水平时，减少所述静态增益。
12.根据权利要求10的方法，其中，由增强控制变量控制所述增强处理的 调节。
13.根据权利要求12的方法，其中，所述增强控制变量具有带有值的函数 表达式，当像素中的图像亮度小于所检测的周围环境光线水平时，所述函数表 达式的值增加，当像素中的图像亮度大于所检测的周围环境光线水平时，所述 函数表达式的值减少。
14.根据权利要求7的方法，其中，所述增强处理还包括低通处理分量和 高通处理分量。
15.根据权利要求1的方法，其中，在执行局部对比度增强处理之后还有 亮度调节处理，所述亮度调节处理依赖于像素图像亮度和所检测的周围环境光 线水平的比较。
16.根据权利要求1的方法，其中，在执行局部对比度增强处理之前有亮 度调节处理，所述亮度调节处理依赖于像素图像亮度和所检测的周围环境光线 水平的比较。
17.根据权利要求1的方法，其中，在执行局部对比度增强处理的之前和 之后有两个亮度调节处理，所述亮度调节处理依赖于像素图像亮度和所检测的 周围环境光线水平的比较。
18.根据权利要求17的方法，其中，所述两个亮度调节处理基本互补。
19.根据权利要求15的方法，其中，根据依赖于所检测的周围环境光线水 平的输入-输出亮度映射表来控制所述亮度调节处理。
20.根据权利要求16的方法，其中，根据依赖于所检测的周围环境光线水 平的输入-输出亮度映射表来控制所述亮度调节处理。
21.根据权利要求17的方法，其中，根据依赖于所检测的周围环境光线水 平的输入-输出亮度映射表来控制所述亮度调节处理。
22.根据权利要求19的方法，其中所述输入-输出亮度映射表还包括一组 由函数表达式产生的映射曲线。
23.根据权利要求22的方法，其中，所述函数表达式是伽马函数。
24.根据权利要求1的方法，所述显示器带有用来呈现图像的屏幕，所述 检测周围环境光线水平包括：测量环绕所述屏幕周围的一个或多个的区域内的光线强度；
基于所述所测量的环绕光线强度并且基于所测量的环绕光线强度和所述周 围环境光线水平之间的关系，通过比较所述一个或多个区域中的所测量的环绕 光线强度和屏幕上的光线强度，估计落在所述屏幕上的周围环境光线水平。
25.根据权利要求24的方法，其中，由查找曲线确定所述关系。
26.根据权利要求24的方法，其中，当关掉显示器时，测量所述环绕光线 强度。
27.根据权利要求1的方法，所述显示器带有用来呈现图像的屏幕，所述 检测周围环境光线水平包括：监测所述屏幕上的光线强度；并且
通过从由所述显示器产生的光线中区分出周围环境光线，来从所述所监测 的光线强度中分离出周围环境光线强度。
28.根据权利要求27的方法，其中，所述分离使用光学方法来确定由所述 显示器产生的光的偏振角，并通过感知正交地偏振于所述偏振角的光线而分离所述周围环境光线强度。
29.根据权利要求27的方法，其中，所述分离使用光谱滤波方法确定所述 显示器的色彩，并通过从所监测的光线强度中封锁显示器的色彩而分离所述周 围环境光线强度。
30.根据权利要求1的方法，所述显示器带有用于呈现图像的屏幕，所述 检测周围环境光线水平包括：识别当所述屏幕的某一部分是黑色时的时间间隔；以及
在所述时间间隔期间，在所述屏幕的所述某一部分中测量周围环境光线强 度。
31.根据权利要求30的方法，其中，通过监测所述屏幕以识别当所述屏幕 是黑色时的所述时间间隔，来识别时间间隔。
32.根据权利要求30的方法，其中，通过监测所述视频信号以识别当所述 视频信号由消隐信号组成时的所述时间间隔，来识别时间间隔。
33.根据权利要求30的方法，其中所述部分是整个屏幕。
34.根据权利要求1的方法，所述显示器带有用来呈现视频图像的屏幕， 所述执行局部对比度增强处理还包括确定周围环境光线水平和显示器光线水平 之间的关系的方法，其包括：使用表示所述显示器的可利用的亮度强度范围的图像模式来驱动所述屏幕；
检测周围环境光线水平；以及
将在所述范围内的亮度强度水平映射到所检测的周围环境光线水平。
35.一种具有显示器和视频信号的视频处理系统，包括：设备，用来检测在所述显示器上的周围环境光线水平，并提供所检测到的 周围环境光线水平信号；
处理器，响应于所检测的周围环境光线水平信号以处理所述视频信号，基 于所检测的周围环境光线水平，对所述视频信号逐个像素地执行局部对比度增 强处理，以提供处理过的视频信号；以及显示设备，具有有效屏幕区域和环绕区域，该有效屏幕区域用于在所述显 示器上呈现所述处理过的视频信号；
其中所述局部对比度增强处理基于空间滤波器，所述空间滤波器基于所检 测到的周围环境光线水平而变化。
36.根据权利要求35的视频处理系统，其中，用来检测周围环境光线水平 的所述设备是照相机，用来对所述显示设备的有效屏幕区域和环绕区域的至少 之一进行成像。
37.根据权利要求35的视频处理系统，其中，用来检测周围环境光线水平 的所述设备由位于所述显示设备的有效屏幕区域附近的一个或多个光线传感器 组成。
38.根据权利要求35的视频处理系统，其中，所述处理器还包括二维高通 滤波器。
39.根据权利要求35的视频处理系统，其中，所述处理器还包括全通滤波 器和二维低通滤波器。
40.根据权利要求39的视频处理系统，其中，所述二维低通滤波器是响应 于所述所检测的周围环境光线水平信号的二维低通滤波器。
41.根据权利要求35的视频处理系统，其中，所述处理器还包括比较器， 用于将视频信号像素的亮度与所检测的周围环境光线水平进行比较，并基于所 述比较而提供基于像素的对比度增强处理信号。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种视频信号处理，更具体地说，涉及一种视频信号处理以 增强对比度。
背景技术
发明内容
根据本发明，处理用于显示的视频信号，包括：检测周围环境光线水平； 基于所检测到的周围环境光线水平，对视频信号执行局部对比度增强处理， 以提供所处理的视频信号；以及将处理过的视频信号呈现到显示器。可以对 视频信号的发光分量执行局部对比度增强。发光分量可能与物体的形状和纹 理关联。可以在逐个像素的基础上进行局部对比度增强，或者可以在能够是 二维空间滤波器的空间滤波器上进行局部对比度增强，所述二维空间滤波器 基于所检测到的周围环境光线水平而变化。局部对比度增强包括对视频信号 的全通滤波和低通滤波，以及从全通滤波的分量中减去低通滤波的分量，以 得到高频分量。局部对比度增强处理可以包括对依赖于所检测到的周围环境 光线水平的每个像素确定增强处理器。可以用静态增益和/或动态增益来表征 局部对比度增强。可以依赖于像素图像亮度与所检测到的周围环境光线水平 的比较来调节局部对比度增强。当像素中的图像亮度小于所检测到的周围环 境光线水平时，可以增加静态增益；当像素中的图像亮度大于所检测到的周 围环境光线水平时，可以减少静态增益。可以由增强控制变量来控制增强处 理的调节，所述增强控制变量具有函数表达式，即当像素中的图像亮度小于 所检测到的周围环境光线水平时，值增加，当像素中的图像亮度大于所检测 到的周围环境光线水平时，值减少。可以在基于像素图像亮度和所检测到的 周围环境光线水平的比较的两个发光调节处理之前或之后的局部对比度增强 处理，可以基本上是补充的并且根据基于所检测到的周围环境光线水平的输 入-输出发光映射表而被控制，所述所检测到的周围环境光线水平包括一组由 可以是伽马函数的函数表达式而产生的映射曲线。
显示设备可以是用来呈现图像的屏幕，且本发明可以包括测量环绕屏幕 周围的一个或多个的区域内的光线强度，并基于所测量到的环绕光线强度和 所测量到的环绕光线强度和周围环境光线水平之间的关系，通过比较所测量 的一个或多个的区域内的环绕光线强度和屏幕上的光线强度，估计落在屏幕 上的周围环境光线水平。当关掉显示设备时，可以测量环绕光线强度。可以 监测屏幕上的光线强度，并且通过从由显示设备产生的光线中区分出周围环 境光线，来从所监测的光线强度中分离出周围环境光线强度，所述显示设备 可以使用光学方法和/或光谱滤波方法，所述光学方法用于确定由显示设备产 生的光的偏振角、并通过检测对于偏振角正交地或衰减地偏振的光而分离周 围环境光线强度的，所述光谱滤波方法确定显示设备的色彩，并通过从所监 测的光线强度中封锁显示设备的色彩而分离周围环境光线强度。可以识别出 当屏幕的某一部分是黑色时的时间间隔，并在该部分中测量周围环境光线强 度。可以监测视频信号，以识别当视频信号由消隐信号组成时的时间间隔。 使用表示所显示的设备的可利用发光强度范围的图像模式，检测周围环境光 线水平，并将范围内的发光强度水平映射到所检测的周围环境光线水平，从 而驱动屏幕。
具有显示器和视频信号的视频处理系统可以包括：设备，用来在显示器 上检测周围环境光线水平，并提供所检测到的周围环境光线水平信号；处理 器，响应于所检测到的周围环境光线水平，用来处理视频信号，基于所检测 到的周围环境光线水平，对视频信号逐像素地执行对比度增强处理，以提供 处理过的视频信号；以及显示设备，具有用于在显示器上呈现处理过的视频 信号的有效屏幕区域。用来检测周围环境光线水平的设备可以是照相机，用 来对显示设备的有效屏幕区域和环绕区域之一进行成像，所述用来检测周围 环境光线水平的设备或者是位于显示设备的有效屏幕区域附近的一个或多个 光线传感器。所述处理还可以包括用可以响应于所检测到的周围环境光线信 号的二维高通滤波器和/或全通滤波器以及二维低通滤波器进行的处理。所述 处理器还可以包括比较器，用于将视频信号像素的亮度与所检测到的周围环 境光线水平进行比较，并提供根据该比较的基于像素的对比度增强处理信号。
在以下的附图和描述中阐述本发明的一个或更多的实施例的细节。从描 述、附图和权利要求中可以清晰地看出本发明的其它特征、目的和优点。
附图说明
图2(a)是使用照相机成像进行周围环境光线检测的方案；
图2(b)是使用光线传感器进行周围环境光线检测的另一种方案；
图3(a)是周围环境光线的有效屏幕区域监测的程序；
图3(b)是周围环境光线的有效屏幕区域监测的另一个程序；
图3(c)是周围环境光线的关掉屏幕的推断监测的程序；
图4(a)是校准程序；
图4(b)是示例校准曲线；
图5示出了包括高通滤波的发光处理的一个实施例；
图6是周围环境光线补偿控制变量查找曲线；
图7示出了高通滤波的另一个实施例；
图8(a)和8(b)是作为图像水平的函数的增强控制变量的图形表示；
图9(a)示出了一组示例伽马映射曲线；
图9(b)和图9(c)示出了使用伽马映射曲线进行适当的发光调节的实施例； 和
图9(d)示出了使用两个互补或近似互补的伽马映射曲线进行适当的发光 调节的实施例。
具体实施方式
“调谐”视觉物理心理(psychophysics)以检测边缘，通过图像亮度差来定 义所述边缘(例如，灰度柱状物的边界)。通过对视频序列的每一帧应用空间 高通滤波器来从视频图像亮度信号中增强与物体形状和纹理相关的亮度分 量。已知实现空间高通滤波的许多方法，它们当中的任何一个都可以在这里 使用。一个可选的实施例是通过使用低通和全通滤波器来产生高通滤波器的 功能。通过从全通滤波器的输出中减去低通滤波器的输出而实现空间高通滤 波器。可以在水平方向和垂直方向的任一维或最好两维中执行高通滤波。经 过对比度增强处理的信号由投影机60予以投影，并被呈现在显示屏幕70上。 典型地，逐个像素完成块50中的发亮度处理。
可以经由各种方案来检测由周围环境光线导致的显示屏幕亮度。下面将 出于说明的目的而描述两个这样的方案：1)照相机对有效区域和/或环绕在 屏幕周围的区域进行成像，尤其适合于前投影(projection)系统；2)在有效屏 幕区域附近放置一个或多个光线传感器，尤其适合于直观视图或后视图投影 系统。
图2(a)是使用诸如成像照相机的检测设备用于周围环境光线估计的方案 200。照相机220与视频投影机210一起放置。通过成像有效屏幕区域230的 区域和/或诸如屏幕罩240的有效屏幕区域外部的区域，可以检测周围环境光 线水平。该方案特别应用于前投影系统。
图2(b)是使用光线传感器的用于周围环境光线估计的另一种方案300。 将一个或多个光线传感器320、330、340和350安放在诸如屏幕边框的区域 内，接近和环绕于有效屏幕区域310的位置上。虽然该方案特别适合于直接 或后视图投影系统，但是其也能被使用在具有最好被从投影机的任何直接光 线屏蔽的传感器、或将检测限制在仅仅在视频消隐间隔期间才发生的传感器 的前投影系统中。
直接的周围环境光线的有效屏幕区域监测(例如图2(a))典型地包含了 检测系统，所述检测系统能够从所期望的由显示屏幕辐射出(或再辐射出或 产生)的光线能量中区分出有效屏幕区域内的周围环境光线能量。这能够通 过下述完成：1)这两个光源的光学分离；或者，2)能够监测所投影的图像， 视频处理能够确定整个图像或一部分图像是否是“黑的”并且测量与图像的 黑色部分对应的屏幕的那些部分，以估计周围环境光线。第二种方法与任何 类型的显示器都兼容。
图3(a)解释了用于通过从由显示设备辐射的(或再辐射的，或产生的) 所期望的光中分离出周围环境光线的周围环境光线的有效屏幕区域监测的程 序。该方法涉及在显示屏幕上投影图像405；用照相机或传感器监测有效显 示屏幕区域上的光线强度410；以及通过从由显示屏幕产生的光线中区分出 周围环境光线，从所监测到的光线中分离出周围环境光线420。可以通过执 行许多不同的方法来实现所述分离。一种光学方法确定由显示屏幕辐射的(或 再辐射的，或产生的)所期望的光的偏振角，并通过检测对于所期望的光的 偏振角正交偏振的光而从所期望的光线中分离出周围环境光线。另一种方法 根据所期望的光线的光谱内容的先验知识而执行光谱滤波。光谱滤波被用来 监测来自频域内的显示屏幕的光线，而不是所期望的光线出现其中的其他域。 显示设备通常使用三种或更多的彩色光源来再现全部范围的色彩(CRT和 LCD系统使用红、绿和蓝基色)。假定周围环境光线是宽带的，且为诸如照 相机的周围环境光线检测设备配备与封锁显示系统驱动色彩的滤波器。将在 块430中确定周围环境光线水平。可以连续监测周围环境光线水平432。应 当注意，虽然图3(a)中示出的是顺序流程，但是某些步骤可以同时发生。
图3(b)示出了用于周围环境光线的直接有效屏幕区域监测的另外的程 序，其不从由显示设备产生的光中分离周围环境光线。投影机在显示屏幕上 投影图像455。然后确定当整个显示屏幕或其一部分被驱动为黑色时的时间 间隔460。换句话说，当显示屏幕为消隐(或黑色)时，能够利用视频信号 内的可得到的消隐信号。然后通过在适当的时间(例如，当屏幕的所测量的 部分是黑色时)期间测量与图像的黑色部分对应的屏幕的那些部分，来确定 周围环境光线强度470。该方法适合于诸如包括作为色彩序列部分的“白” 光亮度的微镜(micro-mirror)(DLP)显示器的有序色彩显示系统。
对于关断屏幕的监测(例如图2(b))，可以建立落在有效显示屏幕上的周 围环境光线水平和所测量的落在屏幕的有效区域附近的无效区域上的光线水 平之间的关系，并将其存储在查找表内。然后通过测量显示屏幕附近的一个 或多个区域内的光线强度来估计落在有效屏幕区域上的周围环境光线水平。 对查找表参照关断屏幕的水平，以估计落在屏幕上的周围环境光线水平。图 3(c)示出了用于周围环境光线的关断屏幕监测的程序。投影机在显示屏幕上投 影图像485；测量环绕在显示屏幕周围的一个或多个区域内的光线强度490； 基于有效显示屏幕上的周围环境光线水平和所测量的光线水平之间的关系， 估计落在有效显示屏幕上的周围环境光线水平495。在投影系统在有效屏幕 区域上开始投影任何亮度之前，可以通过比较有效屏幕区域光线水平和所选 择的周围环境光线检测区域，用“开启”校准程序来确定以查找曲线表示的、 有效显示屏幕上的周围环境光线水平和所测量的光线水平之间的关系。可以 在开启或关断序列期间，或所显示的图像是统一的黑色域的任何时间进行该 比较。在当所显示的图像是统一的黑色域的时间期间执行比较允许系统适应 于在系统被使用的同时，随时间改变状态。
如下面将更详细地描述的，对比度增强处理基于周围环境光线和被显示 的视频发亮度信号之间的相对强度比较。为了便于使用所检测的周围环境光 线水平信号去调节对比度增强处理，有效屏幕区域内的周围环境光线信号水 平被映射到等价的视频输入驱动水平(正在被显示数字视频发亮度信号)。例 如，周围环境光线水平可能等价于100的数字发亮度驱动水平，所以将向发 亮度水平低于100的图像部分施加明显的处理，且较少施加于高于100的水 平的区域。以下所述的校准映射将为使用中的显示设备提供显示屏幕亮度水 平怎样与视频输入驱动水平相关的关系。根据一个映射，用由从0到255的 8位数字的范围产生的显示设备的可利用的亮度水平，能够将来自直接的有 效屏幕监测或来自关断屏幕监测的、如上述所检测的周围环境光线水平(表 示为显示屏幕亮度水平)映射到等价视频输入驱动水平。
参照图4(a)，在黑的周围环境光线条件下，使用表示显示设备的可利用 的亮度强度范围的视频图像模式驱动显示屏幕505。典型的，用步进(stepped) 的驱动水平来驱动投影系统，即，在0，32，64，…255的等级处的全屏灰度，其 中，以8位等级表示视频驱动水平。然后测量有效显示屏幕的亮度强度水平， 并且之后获得和保存校准曲线510。然后，所得到的视频输入驱动水平对于 显示亮度水平的关系能够被用来获得视频输入驱动等价周围环境光线水平。 图4(b)是示例的校准曲线，示出了所检测的周围环境光线水平怎样被映射到 等价视频输入驱动水平上。这里，将所检测的周围环境光线水平规格化为8 位的数值范围内。如图所示，所检测到的162.5的周围环境光线水平等价于 视频输出驱动水平100。除了所公开的校准曲线方法外，还存在许多不同的 表示校准关系的方法，诸如矩阵、表格或本领域技术人员所知的其它方法。
再次参照图1，在发亮度处理块50中，首先从视频源10中提取视频发 亮度信号以获得亮度信息。图5示出了包括高通滤波的局部对比度增强处理 的一个实施例。粗线代表涉及信号流的二维视频图像，而细线是标量。穿过 三角形和矩形的弯曲箭头表示可变输入。视频信号的发亮度分量600被分为 两个路径：一个流进二维低通滤波器610以获得信号分量607；另一个通过 二维全通滤波器602以获得信号分量605。从605中减去信号分量607，以得 到等价的高通滤波的信息615。也可以选择单独用高通滤波器来确定信息 615，而无需使用上述的全通滤波和低通滤波的组合。
然后，用可变的高通处理器620处理信号分量615，以执行局部对比度 增强。也可以用可变的低通处理器630处理低通信号分量。处理器620和630 可以是静态简单增益的形式，或者可以是诸如包括时间平滑或滞后的滤波器 的适应性动态系统的形式。然后，合并两个经处理过的信号，以得到发亮度 处理后的信号635，其是在显示屏幕70上投影的亮度的表示。可以将高通处 理器620和低通处理器630作为周围环境光线的函数(也可能是其它变量) 来控制。低通滤波器610也可依赖于周围环境光线或其它的变量。下面要详 细解释，还可以经由(还可以是基于像素和周围环境光线，或者是基于其它 变量)背景偏移信号640来进一步调节处理过的信号的整个亮度。图5示出 了利用跟随二维滤波器处理602和/或610的基于周围环境光线可变增益620 和630的实现。应当注意，在使得增益620和/或630不依赖于周围环境光线 的同时，能够在滤波器602和/或610内实现根据周围环境光线的特征。
在一个实施例中，根据在亮度处理块50中的实施，通过各种依赖于周围 环境光线水平的控制变量来控制局部对比度增强处理。例如，来自California 的San Diego的Digivision公司的可用于商业的HT70e亮度处理器可以用来实 现块50的对比度增强处理的一种形式。在基于Digivision HT70e的系统中， 两个控制变量，即对比度控制变量“c”和背景控制变量“b”，控制亮度处理。 特别的，高通处理器620和低通处理器630被作为依赖于周围环境光线的静 态增益而实现，这样就使得高通处理器620使用c，低通处理器630使用1-b。 调节经处理的信号的整个亮度的背景偏移信号640具有基(floor)值：FV 640＝b*M。这里，M是尺寸与表示统一的所期望的平均亮度的视频帧的尺寸 相等的量的矩阵。偏移信号被用来将图像的低强度部分移动到达到或高于周 围环境光线水平。
可以使用下列关系式，从发亮度输入信号X(图5中的600)中确定经 亮度处理过的信号Y(图5中的635)：
Y＝c(Xap-Xbar)+(1-b)Xbar+bM
其中，Xap605是输入600的全通部分，Xbar是经低通的图像发亮度(图5中 的607)，其由通过可变低通滤波器610的输入600形成，Xap-Xbar是等价的 经高通处理的图像发亮度(图5中的615)。低通滤波器610的角频率可以是 变化的，以适应周围环境光线或输入信号特性的变化。
依赖于周围环境光线的发亮度处理典型地包括步骤：动态监测和检测显 示屏幕70上的周围环境光线；执行局部对比度增强处理；以及用投影机60 在显示屏幕70上投影经处理过的信号。基于逐个像素来执行局部对比度增强 处理。
对于所说明的基于Digivision HT70e的实施例，可以从如图6中所示的 查找曲线中获得诸如对比度控制变量“c”和背景控制变量“b”的控制变量。 通过确定能在对比度方面给出最好的心理视觉效果的设置，可以通过实验的 方法而得到图6中的曲线。在图6中，纵轴表示控制变量值，横轴表示与所 检测到的周围环境光线水平(从图4(b)中确定)等价的视频输入驱动水平。 还可对所示出的用于Digivision HT70e的变量值进行归一化，以使b变量和c 变量的值在0到1之间。所检测到的周围环境光线的等价视频输入驱动水平 起到索引的作用，以查找对应的控制变量：对比度控制变量“c”和背景控制 变量“b”。如图所示，对于所检测的周围环境光线水平75，归一化的“c”变 量是0.31，且归一化的“b”变量是0.56。
到目前为止，所述的对比度增强处理基于总的所检测的周围环境光线水 平将统一的处理应用于整个视频帧。还可以通过将局部亮度信息合并到每个 像素而适应性地调节诸如高通和/或低通处理器的对比度增强处理来得到其 他的好处，从而基于周围环境光线的相对强度水平和所显示的像素图像亮度 来缩放(scale)局部化的图像对比度增强的量。由进入视频信号确定像素图 像亮度。该方法避免了向较亮的图像区域和较暗的图像区域两者施加相同的 增强量，施加相同的增强量可以导致当可能增强了图像的较暗区域时，图像 的较亮区域具有过量的对比度。可以用多种技术实现该方法，诸如下面将要 描述的用来调节处理器的增益控制变量或合成动态实时适应性方案。
图7示出了具有适应性增强控制变量650的实施例。所述增强控制块650 可以是其值在0到1之间变化的变量，其来源于表示像素图像亮度的局部图 像低通发亮度607和所检测的周围环境光线水平645的比较。当像素中的图 像亮度(经由低通处理的发亮度表示，图5中的607)小于所检测到的周围 环境光线时，增强控制变量增大；当像素中的图像亮度大于所检测到的周围 环境光线时，增强控制变量减小。增强控制变量可以被用来调节高通620和/ 或低通630处理器。
存在用来确定增强控制变量的多种可能函数表达式，所述增强控制变量 的特征是：当周围环境光线水平高于局部经低通处理过的图像亮度时，其值 为1；随着图像水平增加至接近或高于周围环境光线水平，其值降低；当周 围环境光线水平低于局部经低通处理过的图像亮度时，其值接近于0。为了 解释的目的，一个函数表达式可能是：
其中，Eg是增强控制变量，AL是周围环境光线水平645，IL是经低通处理的 局部图像亮度607，Eg、IL和AL都是具有图像帧尺寸的矩阵。在逐个像素的 基础上进行除法操作。Y和Eg之间的关系是：
Y(m，n)＝X(m，n)+GhpEg(m，n)[X(m，n)-Xbar(m，n)]+GlpEg(m，n)X(m，n)+K 其中，Y(m，n)是经过亮度处理的信号，Ghp是高通滤波器的增益，Eg(m，n)是增 强控制变量，X(m，n)是发亮度输入信号，Xbar(m，n)是经过低通的图像发亮度， Glp是低通滤波器的增益，K是附加常量。下标m和n指示图像中的像素位置。 在实现该概念的许多可能的方法之中，在该实施例中，增强作为对主信号流 X(m，n)的调节扰动(perturbation)而工作。所以，当调节是不必要(增强变为0) 时，图片将不变成黑色。
图8(a)示出了对应的增强控制变量，作为等于显示设备亮度水平峰值的 25％的示例的周围环境光线水平的经过低通处理的视频输入驱动水平(被校 准为如图4(b)所示的显示亮度水平)的函数。横轴是归一化(具有0到1之 间的值)的显示设备亮度水平。
可选择的函数表达式为：
其中k为正常数。
使用k＝2的该函数表达式，图8(b)示出了对应的增强控制变量，作为对 于等于显示设备亮度水平峰值的25％的周围环境光线水平的经过低通处理的 视频输入驱动水平的函数。
所公开的两个函数表达式定义了实时增强控制变量，其基于逐个像素而 控制高通和/或低通处理器。两个函数都降低了对发亮度水平大于等价的周围 环境光线水平的像素所施加的对比度增强的量。增强控制变量Eg的一种用法 是，在逐个像素的基础上，用Eg乘以先前定义的高通和低通静态增益。
降低像素发亮度水平大于等价的周围环境光线水平的图像区域内的过量 的对比度增强处理的不同的方法是：先于和/或在局部对比度增强后重新映射 图像发亮度信号。所使用的重新映射视频图像发亮度的函数基于周围环境光 线水平。众多可能的实施方法之一是使用诸如下面定义的伽马曲线形状的适 当函数表达式：
Y(x)＝xγ
其中，0＜x＜1，0＜γ＜1，x是归一化(被归一为具有在0到1之间的值)的视 频输入发亮度水平，Y是经调节的输出发亮度水平。
可以使用伽马曲线来产生亮度的预定的输入-输出映射，其响应于检测的 周围环境光线水平而变化。对于周围环境光线的低水平，该映射被构造为没 有变化地传递发亮度数据。随着周围环境光线水平的增加，该曲线被调节为 对于低输入发亮度水平增加发亮度映射的斜率，而对高输入发亮度水平降低 所述斜率。由显示器将周围环境光线水平规格化到等价的显示驱动亮度水平 (所辐射的、或再辐射的、或产生的)的范围。
图9(a)示出了一组示例的伽马映射曲线。由下式给出如图9(a)中所示的 映射曲线：
Y(x)＝xγ
其中，0＜x＜1，
图像和所估计的周围环境光线水平都被归一化到可利用的显示设备亮度 强度的范围。图9(a)示出了当周围环境光线水平分别等于显示设备亮度水平 峰值的0％(0)、10％(0.1)、20％(0.2)、30％(0.3)、40％(0.4)和50％(0.5)时，用 来将输入发亮度水平映射到输出发亮度水平的6条曲线。这些映射曲线能够 诸如上述地而被功能性地产生，或者可以预先计算所选择的曲线的设置，并 将其施加到预先确定的周围环境光线条件。
图9(b)示出了在局部对比度增强之后，使用伽马映射曲线进行适应的发 亮度调节的实施例。再参照图5，还可以基于伽马映射曲线643来调节局部 对比度增强的亮度信号635，所述伽马映射曲线643依赖于周围环境光线水 平645。经最后处理的发亮度信号作为信号636而输出。在图7中，在施加 局部对比度增强处理之前，发生信号的在先处理(基于周围环境光线的相对 强度水平和像素内所显示的图像亮度，由增强控制变量适应地调节高通和/或 低通处理器)。在图9(b)中，在局部对比度增强处理之后，基于周围环境光线 的相对强度水平和像素内所显示的图像亮度，进行后置处理——局部亮度调 节。
图9(c)示出了在局部对比度增强之前，使用伽马映射曲线进行适应的发 亮度调节的另一个实施例。
另外的方法可以使用如下所示的两个互补的或近似互补的伽马映射曲 线。如图9(d)所示，在局部对比度增强之前的向上弯曲的伽马映射对图像的 较亮区域降低有效的局部对比度增强，同时提升其黑色区域。第二个伽马映 射曲线恢复整个图像的水平。该方法可以被用来对图像的统一区域恢复原始 的图像发亮度。
已经描述了本发明的许多实施例。然而，应当理解，在不背离本发明的 精神和范围的情况下可以作出各种修改。因此，其他实施例在所附权利要求 的范围内。