基于分层色调映射的LED背光调制算法
LED背光源的色温调节与色彩饱和度控制技术
LED背光源的色温调节与色彩饱和度控制技术随着科技的不断进步，人们对光源的需求也在不断提高。
特别是在照明领域，LED背光源的广泛应用使得人们对色温调节和色彩饱和度控制技术有了更高的要求。
LED背光源的色温调节和色彩饱和度控制技术的研发和应用，可以使得照明效果更为优化，满足不同环境和场景的需求。
色温调节是指通过改变光源的色温值，来调节光源所呈现出的颜色效果。
在LED背光源中，色温调节可以通过控制不同颜色的LED灯珠来实现。
一般来说，较低的色温（2700K-3000K）呈现出暖黄色的光色，能够营造出温馨舒适的氛围；较高的色温（4000K-6500K）呈现出冷白色至蓝白色的光色，能够给人一种清爽明亮的感觉。
在LED背光源的色温调节技术中，最常用的方法是利用PWM（脉冲宽度调制）技术来调节LED灯珠的亮度。
PWM技术通过周期性地改变LED灯珠的亮度和暗度比例来实现调光效果。
在调节LED背光源的色温时，可以通过改变各个色温的LED灯珠的亮度比例来实现。
例如，增加暖黄色（低色温）LED灯珠的亮度比例，可以使光源整体呈现出暖黄色的效果，反之则呈现出冷白色或蓝白色的效果。
除了色温调节，色彩饱和度控制技术也是LED背光源中的重要一环。
色彩饱和度是指颜色的鲜艳度和纯度程度。
通过控制LED灯珠的亮度和RGB（红绿蓝）灯珠的配比，可以实现对颜色饱和度的控制。
增加RGB灯珠的亮度比例会增加颜色的饱和度，反之则会降低。
在LED背光源的色彩饱和度控制技术中，最常用的方法是对每个颜色单独调节。
通过改变RGB灯珠的亮度比例，可以调节不同颜色的鲜艳度和纯度，从而实现对色彩饱和度的控制。
例如，如果需要呈现出鲜艳的红色，可以增加红色LED灯珠的亮度比例，同时降低绿色和蓝色的亮度比例，以增强红色的饱和度。
为了更好地满足不同场景和需求，LED背光源的色温调节和色彩饱和度控制技术还可以实现智能化。
通过智能调光系统和传感器的配合，可以根据环境的变化自动调节LED背光源的色温和色彩饱和度，以便提供最佳的照明效果。
LED背光液晶电视区域调光技术简介
LED背光液晶电视区域调光技术简介节能及画质提升技术一直是彩电行业不断追求创新的领域，随着液晶电视的普及，区域调光技术成为集节能与画质提升于一身的最佳技术之一。
传统CRT电视因是平面光源，其发光要么整片点亮，要么整片变暗，无法实现按画面分区域调光。
液晶电视显示部分主要包括背光源和液晶显示单元，其中背光源主要采用直线光源CCFL和点光源LED，这就为实现区域调光提供了可能。
而液晶电视的背光是整机耗能最大的部分，所以通过各种方式调节背光亮度实现节能且提升画质的技术一直是业界不断攻克的难题。
液晶电视推出初期，其背光亮度是固定或用户通过菜单手动调节的，这与CRT的平面光源类似，要么整片变亮，要么整片变暗。
而CCFL是直线光源，所以分区调节在技术上是可行的，随着液晶电视逐渐占据市场主流，背光源亮度区域调节技术也得到迅速发展，经0次元（0D） Dimming、1次元（1D）Dimming发展到当前的2次元（2D）Dimming。
背光区域调节技术液晶电视背光区域调节技术即Local dimming技术，是指液晶电视系统将图像信号分成若干区域，并根据各区域图像亮度进行分析计算，然后自动控制各区域背光源的亮暗。
0D Dimming：指液晶电视系统对整个电视画面统一调节亮度，无论是CCFL背光源还是LED背光源，所有的CCFL灯管或LED在同一场画面下亮度一样，由系统统一控制，当下一场画面亮度变暗或变亮时，系统再自动将背光统一调暗或调亮。
一般算法是用软件计算整个画面的平均亮度，根据平均亮度的大小去调节背光亮暗。
例如当全黑画面（。
2D区域调光的优点2D Dimming能对LCD背光源作不同区域、不同程度明暗变化的调节，可大幅降低耗电量，提高显示画面对比度，增加灰阶数，减少残影，提升LCD显示器画质，是最佳的区域调光技术。
为何2D Dimming区域控制可大幅降低LCD显示器耗电量？这是因为不论平面光源、直线光源CCFL还是EEFL，其背光源一般都处在全亮状态，而当显示暗态画面时则通过降低液晶穿透率来实现，故它们对于降低耗电量没有帮助。
基于亮度分层的快速三边滤波器色调映射算法
ｆｌｅ ｉ ｌ ｏｒｔ ｉｔ ｒｎｇ ａ ｇ ｉｈｍ ｂ ｓ ｄ ａ ｅ ｏｎ ｎｔ ｎ ｉｙ ｌ ｙ ｒ ｅ ｏ ｐ ｉｉ ． Ｔｈｅ ｒ ｏｓ ｄ ｐｐ ｏａ ｈ ｃ ｅ ｅ ａ ｅ ｔ ｉ ｅ ｓｔ —ａ ｅ ｄ ｃ ｍ ｏｓｔｏｎ ｐ ｏｐ ｅ ａ ｒ ｃ ａ ｃ ｌｒ ｔ ｓ ｈｅ
ｇ ａ ｉ ｎ ｉｔ ｒｎ ｎ ｔ ｒ ｅ ｓ ａ ｓ ｄ ｃ ｍ ｐ ｓ ｎ ｈｅ ｉ ａ ｅ ｉ ｅ ｓｔ ｎｔ ｅ ｅ ａｌｌ ｙ ｒ ｒ ｄ ｅ ｔ ｆｌｅ ｉ ｇ ｉ ｈ ｅ ｔ ｇｅ ： ｅ ｏ ｏ ｉ ｇ ｔ ｍ ｇ ｎｔ ｎ ｉｙ ｉ ｏ ｓ ｖ ｒ ａ ｅ ｓ， ｃ ｍ ｐ ｉ ｗｏ ｏ ｕｔｎｇ ｔ ｉ ｔ ｒ ｅ ｉ ｔ ｍ ａ ｓ ｆ ａ ｈ ｌ ｙ ｒ ａ ｒｏｒ ｉ ａ ｓ ｉ ｎ ｆｌｅ ｉ ｇ ｏ ｈｅ ｅ ｉ ｅ ｍ ｅ ｉｔ ｍ ａ ｓ ｎ ｅ ｍ ｄ ａ ｅ ｉ ｇｅ ｏｒ ｅ ｃ ａ ｅ ， ｎｄ ｐｅ ｆ ｍ ｎｇ Ｇ ｕ ｓａ ｉｔ ｒｎ ｎ ｔ ｓ ｎｔ ｒ ｄ ａ ｅ ｉ ｇｅ ．
基 于 亮度 分层 的 快速 三 边滤 波 器 色调 映射 算 法
刘衡生， 沈建冰
（ 京理 工 大 学 智 能 信 息 技 术北 京 市重 点 实 验 室 北 京 １ ０ ８ ） 北 ０ ０ １
（ ｈ ｎｉｎｂｎ ｓ ｅ ｊａ ｉｇ＠ ｂｔ ｅ ｕ ｃ ｉ． ｄ ． ｎ）
摘
要 ：三 边 滤 波 器 是 在 双 边 滤 波 器 的 基 础 上 引 入 了梯 度 信 息 ， 够 为
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｂｙ ｉ ｒ ｄｕ ｉ ａ ｉ ｎ ｉ ｌ ｎｔ ｈｅ ｂｉａ ｅ ａ ｉｔ ｒ ｈｅｔ ｉａ ｅ ａ ｉ ｅ ａ ｒ ｂｌ ｒ ｓ ｒ ｓ ｎｔ ｏ ｃｎｇ ａ ｇｒ ｄ ｅ ｔｆｅ ｄ ｉ ｏ ｔ ｌ ｔ ｒ ｌｆｌｅ ，ｔ ｒｌ ｔ ｒ ｌｆｌ ｒｆ ｖｏ ａ ｙ ｐ ｅ ｅ ｖｅ ｔ ｉ ａ ｅ ｄｅ ａ ｌ ｔｔ ｏ ｔｏ ｇｈ ｃ ｍ ｐ ａ ｉ ｎａ ｏｎ ｕ ｐ ｉ ｎ． Ｉ ｈ ｓ ｐａ ｒ ｗｅ ｐｒ ｓ ｎ ａ ｔｔ ｉａ ｅ ａ ｍ ｇ ｔ ｉｓａ ｈｅｃ ｓ ｆｈｉ ｏ ｕｔ ｔｏ ｌｃ ｓ ｍ ｔｏ ｎ ｔ ｉ ｐｅ ， ｅ ｅ ｔａ ｆ ｓ ｒｌ ｔ ｒ ｌ
基于亮度分层的快速三边滤波器色调映射算法
基于亮度分层的快速三边滤波器色调映射算法1. 引言部分(1) 本文的目的及意义(2) 国内外相关调查的现状(3) 本文的研究思路和主要贡献2. 亮度分层的快速三边滤波器算法(1) 传统的三边滤波器算法的缺点(2) 亮度分层的思想和基本原理(3) 使用亮度分层的快速三边滤波器算法的具体步骤3. 色调映射(1) 色调映射的定义及作用(2) 色调映射与图像处理的关系(3) 色调映射的实现方法和常用算法4. 基于亮度分层的快速三边滤波器色调映射算法(1) 使用亮度分层的三边滤波器算法进行色调映射的基本思路(2) 基于亮度分层的快速三边滤波器色调映射算法的具体步骤(3) 实验结果及分析5. 结论与展望(1) 论文的总结(2) 本文算法的优点和不足(3) 后期研究方向建议1. 引言部分(1) 本文的目的及意义图像处理技术的不断发展，为我们提供了更多的工具和方法去处理和改变图像的特征以满足不同场景和需要。
其中，色调映射是图像处理领域重要的技术之一，可以通过色彩增强和色彩修正等方式改变图像色调，使图像获得更好的视觉效果。
然而，目前已有的色调映射算法存在的问题较多，例如效率低下、局部失真的现象普遍存在，且对于不同类型的图像，需要采用不同的算法才能达到最佳效果。
因此，为了解决这些问题，本文提出了一种基于亮度分层的快速三边滤波器色调映射算法。
(2) 国内外相关调查的现状在国内外图像处理领域，已经提出了许多基于不同算法的色调映射方法。
其中，基于全局调整的算法和基于局部区域调整的算法是最常用的方法。
然而，这些方法都存在着一些问题，如处理速度慢、处理效果不稳定等。
因此，本文提出了一种新的基于亮度分层的快速三边滤波器色调映射算法，旨在提高处理速度和稳定性。
(3) 本文的研究思路和主要贡献本文的研究思路是：在传统的三边滤波器算法的基础上，使用亮度分层的思想对该算法进行改进，进而实现快速且有效的色调映射处理。
具体的，首先对图像进行亮度分层，随后将每层图片进行三边滤波处理。
基于背光驱动控制的显示设备色彩校正技术研究
基于背光驱动控制的显示设备色彩校正技术研究在这个数码时代，显示设备已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
无论是电脑、手机、电视还是投影仪，都需要通过色彩校正技术来确保所显示的图像色彩准确、清晰。
而基于背光驱动控制的显示设备色彩校正技术正是为了提高显示效果而被广泛研究和应用的一种技术。
本文将对基于背光驱动控制的显示设备色彩校正技术进行深入研究和探讨。
一、背光驱动控制技术要了解基于背光驱动控制的显示设备色彩校正技术，首先需要了解背光驱动控制技术本身。
背光驱动控制技术主要是指通过调整背光模组驱动电路的工作方式，来控制显示设备背光的亮度和色彩输出。
背光模组通常由多个背光灯组成，这些背光灯的亮度和色温会直接影响到显示器的显示效果。
因此，通过对背光驱动控制进行精确调节，可以提高显示设备的色彩还原度和视觉效果。
二、色彩校正的原理和方法色彩校正是通过调整显示设备的各个色彩通道，使得所显示的图像色彩更加真实准确。
在基于背光驱动控制的显示设备色彩校正技术中，通常采用的方法是通过改变背光灯的亮度和色温来实现色彩校正。
1. 亮度校正亮度校正是指通过调整背光灯的亮度，使得所显示的图像亮度合适。
一般来说，亮度过暗或过亮都会对图像的观感造成不良影响。
通过在背光灯的驱动电路中加入亮度调节器，可以在一定范围内精确调整背光的亮度，从而达到亮度校正的目的。
2. 色温校正色温校正是指通过调整背光灯的色温，使得所显示的图像色彩更加准确。
不同的显示设备对应的背光灯色温可能有所不同，而色温的高低会直接影响到图像的色彩表现。
通过在背光灯的驱动电路中加入色温调节器，可以根据需求调整背光的色温，从而实现色温校正的目的。
三、基于背光驱动控制的色彩校正技术应用基于背光驱动控制的色彩校正技术已经广泛应用于各种显示设备中，如液晶电视、投影仪、电脑显示器等。
通过对背光的精确控制，可以提高显示设备的色彩还原度和视觉效果，使得所显示的图像更加真实、清晰。
1. 液晶电视对于液晶电视来说，背光驱动控制技术是非常重要的。
基于分层色调映射的LED背光调制算法
基于分层色调映射的LED背光调制算法欧海燕;郭太良;姚剑敏;林志贤;徐胜【摘要】为了在降低液晶显示器背光功耗的同时能够保持图像质量,提出了基于分层色调映射的LED背光调制算法.利用低通滤波对图像进行分层,通过亮度对数映射函数把低频部分映射到低动态范围,再与增益后的高频部分相结合为输出图像.将输出图像最大灰阶能够增加的数值作为LED背光因子降低值,采用动态背光缩放技术,降低背光强度值,并提高液晶透光率,对其亮度进行补偿.仿真实验结果表明,采用这种方法,在失真率为4.8%时,可节省功耗15.0%;在失真率为15.6%时,可节省功耗34.0%.%In order to cut down the power consumption of LCD backlight and maintain the image quality, a modulation algorithm based on hierarchical tone mapping for LED backlight is proposed.The image is layered by the low pass filter, then sent to the brightness logarithmic mapping function to map the low-frequency part to a lower dynamic range, and finally combined with the gained high-frequency part for ing the numerical value to which the maximum gray-scale of the image can increase as the value of number of the LED backlight factor that can be lowered, dynamic backlight scaling techniques are adopted to reduce the backlight intensity, improve the transmittance of LCD and compensate its brightness.Simulation results show that power consumption is reduced by 15.0％ and 34.0％ when the distortion rate is at 4.8％ and 15.6％respectively.【期刊名称】《液晶与显示》【年(卷),期】2011(026)002【总页数】4页(P246-249)【关键词】低通滤波;色调映射;LED背光调制【作者】欧海燕;郭太良;姚剑敏;林志贤;徐胜【作者单位】福州大学物理与信息工程学院,福建,福州,350002;福州大学物理与信息工程学院,福建,福州,350002;福州大学物理与信息工程学院,福建,福州,350002;福州大学物理与信息工程学院,福建,福州,350002;福州大学物理与信息工程学院,福建,福州,350002【正文语种】中文【中图分类】TN271 引言当今，液晶电视、笔记本电脑、掌上电脑和手机都配备了彩色薄膜晶体管液晶显示器（TFTLCD）。
基于PSNR的LCD区域动态背光调节方法
基于PSNR的LCD区域动态背光调节方法章小兵;刘欣;刘波;韩江洪;吴华夏【摘要】动态背光对于液晶显示器降低功耗具有重要意义.考虑到在降低功耗的同时更重要的是保证显示器画面的质量,本文提出了一种液晶显示器分区域动态背光的新方法.该方法认为峰值信噪比为30是图像保质的最低标准,将失真限制在一定范围内,采用倒推法得到背光亮度.与此同时,本文提出了简化运算时间的方法,就是以区域最大灰阶亮度值的0.7倍、0.8倍和0.9倍依次搜索,直到满足RpSNR≥30就停止.为了保证图像不过于昏暗,以区域最大灰阶亮度值的0.7倍最为最小背光亮度值.该方法大幅度节约了运算时间,便于硬件实现.%Dynamic backlight plays an important role in reducing power consumption of liquid crystal displays. Considering it is more important to make sure a high quality of the displayed image when reducing power consumption, a new algorithm was proposed for local backlight dimming of liquid crystal displays. According to the algorithm, PSNR (the peak signal-to-noise ratio) =30 was the lowest standard to guarantee the quality of image, by which the backlight luminance was gained and the distortion was controlled into a certain range. Meanwhile, a method is also proposed to simplify the calculation. Successive searches will be made on the basis of the 0.7, 0.8 and 0.9 times of the maximum luminance, and stop when RPSNR>30. In order to guarantee the quality of the image, the 0.7 times of the maximum luminance is used as the minimum backlight luminance. It saves much time in calculation and is better applied in hardware.【期刊名称】《光电工程》【年(卷),期】2012(039)008【总页数】6页(P129-134)【关键词】液晶显示器;背光;动态背光;峰值信噪比【作者】章小兵;刘欣;刘波;韩江洪;吴华夏【作者单位】中航华东光电有限公司国家特种显示工程实验室,安徽芜湖241002;中航华东光电有限公司现代显示国家重点实验室,安徽芜湖241002;合肥工业大学计算机与信息学院,合肥230009;安徽工业大学电气信息学院,安徽马鞍山243002;安徽工业大学电气信息学院,安徽马鞍山243002;中航华东光电有限公司国家特种显示工程实验室,安徽芜湖241002;中航华东光电有限公司现代显示国家重点实验室,安徽芜湖241002;合肥工业大学计算机与信息学院,合肥230009;中航华东光电有限公司国家特种显示工程实验室,安徽芜湖241002;中航华东光电有限公司现代显示国家重点实验室,安徽芜湖241002【正文语种】中文【中图分类】TN27;TN873背光源模块是液晶电视的主要耗能部件。
基于亮度分层的快速三边滤波器色调映射算法
第23卷第1期2011年1月计算机辅助设计与图形学学报Jo ur nal of Co mputer A ided Design &Computer G raphics V ol.23N o.1Jan.2011收稿日期:2010-07-13;修回日期:2010-09-13.基金项目:国家自然科学基金(60903068);北京理工大学优秀青年教师基金(2009Y0707);浙江大学CAD&CG 国家重点实验室开放课题基金(A0912).刘衡生(1987 ),男,硕士研究生,主要研究方向为高动态范围图像的色调映射技术;沈建冰(1978 ),男,博士,副教授,论文通讯作者,主要研究方向为纹理设计、高动态范围图像处理、视频的非真实感绘制、基于信号分析的数字媒体处理技术.基于亮度分层的快速三边滤波器色调映射算法刘衡生,沈建冰*(北京理工大学智能信息技术北京市重点实验室 北京 100081)(shenjian bing@)摘要:三边滤波器是在双边滤波器的基础上引入了梯度信息,能够很好地保留图像细节,但其时间开销较大.为此,提出了一种基于亮度分层的快速三边滤波算法.通过对三边滤波器中的梯度滤波阶段进行加速,把图像按照像素亮度值分成多层,并对每一层计算2幅中间图像,可在中间图像上进行高斯滤波得到梯度滤波的结果.实验结果表明,使用该算法进行高动态范围图像的色调映射,速度较原三边滤波器提高约10~15倍,而获得的低动态范围图像的视觉质量接近于原三边滤波器.关键词:高动态范围图像;快速三边滤波器;色调映射;亮度分层中图法分类号:T P391.41Tone Mapping Using Intensity Layer Decomposition based Fast Trilateral FilterLiu H engsheng and Shen Jianbing*(Beij ing L a borator y o f Intellig ent I nf or mation T echnolog y ,Beij ing Institute o f T ec hnology ,Be ij ing 100081)Abstract :By introducing a g radient field into the bilateral filter,the tr ilateral filter favo rably preserv es image details at the cost of high co mputatio nal consumptio n.In this paper,w e present a fast tr ilateral filtering alg orithm based on intensity lay er decomposition.The proposed approach accelerates the gradient filtering in three stages:decomposing the im age intensity into several layers,computing two intermediate im ag es for each lay er,and perform ing Gaussian filtering on these interm ediate images.Exper im ental results show that o ur approach is abo ut 10times faster than the standard solution in the contex t o f tone mapping,and achieves similar image quality.Key words :high dynam ic range imag e,fast trilateral filter,tone mapping,intensity layerdeco mpo sition1 高动态范围图像的色调映射技术动态范围是指图像中像素最大亮度与最小亮度的比值.传统的RGB 图像格式使用8位二进制整数表示每个颜色分量,其动态范围为100:1,而真实场景的动态范围(100000000:1)远远超出这一范围.传统图像格式无法真实地表达动态范围很高的场景,而高动态范围(high dynam ic range,H DR)图像是针对这一问题所设计的新型图像格式,它通常使用浮点数来表示每个颜色分量,这样能够表达更高的动态范围.目前,获取H DR 图像的主要方法是多曝光融合法[1].色调映射算法是H DR 图像研究中最为关键的部分,其主要原因在于目前占主导地位的有限动态范围媒介(如CRT 和LCD 显示器或者投影仪等)只能显示有限动态范围的图像,使人们不能观察H DR 图像的全部信息.色调映射是指将一幅H DR 图像转换为低动态范围图像的方法,它提供了如何将一种现实场景的亮度值映射到显示设备能显示的范围,除了压缩亮度范围之外,它还必须充分保留原始图像的感观质量,如保留对比度、图像细节等对于表现原始场景非常重要的信息.过去的十几年中,在计算机图形学领域已经有大量的H DR图像的色调映射算法,大致可以分为2种类型:一种是空域不变或者叫作全局色调映射(全局动态范围压缩).该类算法在对图像进行动态范围色调变换时,在每个像素上使用同一条变换曲线,变换曲线可以预先指定或者根据图像的内容获取;另外一种是空域变化或者叫作局部色调映射(局部动态范围压缩).该类算法针对图像的不同区域进行不同的变换.全局色调映射算法的优点在于整体架构简洁且运算效率高,缺点是会导致图像结果在细节、颜色、对比度及纹理信息的损失.Drag o等[2]提出了基于人类视觉系统与对数变换函数的算法.由于对数变换时基数的选择对色调映射的效果影响很大,该算法能自适应地根据每个像素点的亮度值来自动调整对数的基数,且能够处理非常大的动态范围,但却以牺牲H DR场景中的可见性为代价来保留亮度的差异程度信息,因此也会使得某些H DR图像在色调映射后变得非常模糊并丢失细节.Reinhard等[3]提出了基于模拟光感受器的亮度适应机制的色调映射算法,其计算速度较快,包含的若干独立参数可分别控制对比度、全局亮度等信息;H ateren等[4]利用基于视锥的静态 动态响应特性的量化模型来自适应地模拟H DR图像 视频的色调映射过程,同时考虑了视锥通道信息处理过程的若干影响因素,给出了一种利用视锥的静态 动态响应特性函数进行色调映射的方法.由于这些全局色调映射算法对H DR 图像中的每一像素点使用相同的变换,通常很难定义可以很好地适应图像中每个像素的色调映射曲线,所以导致结果图像在纹理、颜色、细节等信息有一定程度的损失.针对全局色调映射算法的不足与缺陷,研究人员提出了大量的、能产生更好的动态范围压缩效果的局部色调映射算法,对H DR图像中的不同区域进行不同的线性或者非线性变换.Fattal等[5]在梯度域上对亮度图像进行多尺度的衰减,再对新梯度图像通过求解一个偏微分方程来获得低动态范围图像;但直接对修改过的梯度图像进行偏微分方程的求解可能会引起色调映射后的结果出现视觉上的瑕疵(如物体边缘产生的光晕).宋明黎等[6]提出一种基于概率模型的方法,分别对局部像素的色调能量分布与梯度变化约束建立概率统计模型,并通过求解最大后验概率将色调映射过程转化为一个能量最小化问题,能够避免光晕,但有时会引起较严重偏色.Durand等[7]提出了基于双边滤波器的局部色调映射算法,将输入H DR图像分解为基本层和细节层来操作,对输入的H DR图像使用双边滤波器算法进行滤波得到基本层,然后用原图像减去基本层可得到细节层,细节层中保留了图像的细节信息;保持细节层,将基本层进行对比度的压缩,即可完成动态范围压缩的工作.虽然双边滤波器算法具有保持边缘的优良特性,但是不能对高梯度和高曲率的图像区域进行很好的滤波,因此也可能会在色调映射后的图像中引入视觉上的瑕疵.Choudhury等[8]在双边滤波器的基础上,从信号分析的理论着手,提出了基于三边滤波器的H DR图像的色调映射算法,但该算法比较耗时,处理一幅H DR图像往往需要好几分钟或者好几十分钟的计算时间.本文在快速双边滤波器算法[9]的基础上,提出了一种新的基于亮度分层的快速三边滤波器的色调映射算法,其速度比已有的基于常规三边滤波器的色调映射算法快10~15倍.2 HDR图像的三边滤波器色调映射算法2.1 双边滤波器Durand等[7]使用双边滤波器将一幅H DR图像分成基本层和细节层,其中图像经双边滤波器滤波后的结果作为基本层,原图像与基本层的差作为细节层;在保留细节层的同时大比例压缩基本层的动态范围,以达到色调映射的目的.双边滤波器含有2个权函数,分别通过衡量空间距离和亮度相似度在空间域和亮度域上对邻域像素进行衰减,其形式都是高斯函数.双边滤波器的定义为I out(x)=1k(x)!!I in( )c( -x)s(I in( )-I in(x))d (1) k(x)=!!c( -x)s(I in( )-I in(x))d (2)其中I ou t表示图像I in经过双边器进行滤波后的结果.双边滤波器的特点在于引入了亮度项,与传统的高斯滤波器相比,双边滤波器具有良好的边缘保持特性,但仍不能对高梯度和高曲率的图像区域进行很好的滤波.2.2 三边滤波器Choudhur y等[8]在双边滤波器的基础上提出了三边滤波器,除了空间位置和亮度外,三边滤波器又引入了图像的梯度信息,具有∀梯度保持#特性,因此能够精确地区分基本层和细节层.双边滤波器的滤波窗口为矩形,而三边滤波器使用倾斜的滤波窗口.86计算机辅助设计与图形学学报 第23卷三边滤波器主要包括2步,每一步都是经修改的双边滤波.下面简要介绍三边滤波器.第一步称为梯度滤波.计算输入图像I 的梯度I,这里使用前向差分计算梯度,对I进行双边滤波得到较平滑的梯度G (x)=1k (x)!!I in( )c( -x)s(I in( )-I in(x))d ,k (x)=!!c( -x)s(I in( )-I in(x))d .图1 快速三边滤波器流程第二步称为细节滤波.使用倾斜的滤波窗口,对每一个像素x,倾斜角度为G (x),亮度域核函数衡量邻域内每一个像素 到滤波窗口中轴的距离,这与原始的双边滤波器不同.根据G (x)计算其邻域内每一个像素 的估计值P(x, ),即P(x, )=I in(x)+G (x)∃( -x).定义 处的局部细节值I(x, )为像素 实际值和估计值的差,I(x, )实际就是 到滤波窗口中轴的距离I(x, )=I in( )-P(x, ).像素x经三边滤波的最终结果I out(x)=I in(x)+1 k(x)!!I(x, )c( -x)s(I(x, ))f (x, )d(3)k(x)=!!c( -x)s(I(x, ))f (x, )d (4)式(3)(4)中f (x, )为取值为0或1的二值函数,其作用是对邻域内的像素进一步加以区;若像素 与像素x的梯度差异过大,则在对x滤波时忽略 . f(x, )定义为f (x, )=1,if G ( )-G (x)<R 0,otherw ise.3 基于亮度分层的快速三边滤波器三边滤波器的主要问题在于速度,应主要关注如何加速对梯度滤波阶段,因为这一阶段占据了三边滤波器的大部分时间开销.本文借鉴了文献[9]中提出的亮度分层方法.对于一幅传统的低动态范围图像,图像亮度I in(x)是离散整数值,假定I in(x)%[0,N-1],N是总的灰度级数.假定I in(x)=k,对于每一个像素 和每一个可能的亮度值k,令W k( )=s(I in( )-k),J k( )=W k( )∃I in( );W k和J k实际上是2组根据k计算出的新图像,这一过程相当于对原图像按像素亮度分层.则式(1)(2)分别可写成I out(x)=1k Iin(x)(x)!!c( -x)J Iin(x)( )d ,k Iin(x)(x)=!!c( -x)W Iin(x)( )d .现在双边滤波器已经被表示成对一组图像进行高斯滤波的过程,本文使用Der iche[10]提出的迭代法来近似计算高斯滤波.需要注意的是,上述方法局限于像素值为整数的情况.在H DR图像中,图像的像素值和梯度均为浮点数,我们使用线性插值来处理这一问题.对于一幅H DR图像,其最大亮度为I max,最小亮度为I min,把它等分成m个亮度级,分别是I0,I1,&, I m 1,则有I k=I min+k∃(I max-I min) (m-1),k=0,1&,m-1.对于每一个I k,计算J Ik和W Ik.当I in(x)%[I L, I L+1]时,使用线性插值来计算I out(x),即I out(x)=I L+1-I in(x)k L(x)(I L+1-I L)!!c( -x)J IL(x)( )d +I in(x)-I Lk L+1(x)(I L+1-I L)!!c( -x)J IL+1(x)( )d (5) Deriche迭代法近似计算高斯函数能够在常数时间内完成,因此本文算法中梯度滤波阶段的时间复杂度为O(mn).其中,n是图像的像素个数;m值意味着速度和精度的取舍,可作为用户设定的参数.使用较小的m可以提高算法速度,但图像细节损失较大.本文把一幅H DR图像按亮度分成m层,对每一层计算2幅中间图像J和W,如果在算法运行过程中保存所有m层的中间图像,则需要占用2m倍输入图像大小的内存.本文中,算法运行的任何时刻都只保留相邻两层的中间图像.首先计算I0和I1的中间图像,并利用式(5)对所有亮度I in(x)%[I0, I1]的像素进行计算;然后丢弃I0的中间图像,计算I2的中间图像,并对所有亮度I in(x)%[I1,I2]的像素进行计算;依次进行,直到所有层都计算完毕.本文提出的快速三边滤波器流程如图1所示.87第1期刘衡生,等:基于亮度分层的快速三边滤波器色调映射算法4 实验结果与讨论图2所示为由本文提出的快速三边滤波器进行H DR 图像色调映射流程中每一详细步骤示例图.图3所示为使用m =10对本文算法与原三边滤波器进行H DR 图像色调映射的效果以及时间开销对比,此时约有10~15倍的加速,而2种算法结果的视觉质量一致.图3中所使用H DR 图像的版权依次属于麻省理工学院的Fr do Durand 和H DRsoft公司.利用本文算法对多幅H DR 图像进行实验的结果表明,取m =10已能获得视觉效果满意的图像细节和加速性能.由于H DR 图像中的浮点数像素值的存在,在过于接近的亮度层之间进行插值并无意义,因此取过大的m 值并不能获得更多的图像细节.图4所示为m 分别取2,4,6,8,10时结果图像的细节对比,所使用H DR 图像的版权属于南加州大学的PaulDebevec.图2 本文算法步骤示例图图3 本文算法与原三边滤波器法的结果对比88计算机辅助设计与图形学学报 第23卷图4 m 取不同值时结果图像细节对比图5所示为本文算法与其他几种色调映射算法的色调映射结果对比,由图可见,本文算法较好地保留了原三边滤波器的细节保持特性,其所使用H DR 图像的版权属于麻省理工学院的Fr do Durand.图5 4种算法实验结果对比图6 利用本文算法得到的更多实验结果图6所示为本文算法在更多场景类型图像上的结果.其中,图6e 所使用H DR 图像的版权属于中佛罗里达大学的Erik Reinhard;图6b,6d,6g 所使用H DR 图像的版权属于H DRsoft 公司;图6h 所89第1期刘衡生,等:基于亮度分层的快速三边滤波器色调映射算法使用H DR图像的版权属于南加州大学的Paul Debevec;图6i所使用H DR图像的版权属于诺基亚研究中心的Kimm o Ro im ela.可以看出,本文算法对于大多数场景都能产生高质量的结果,然而对于一些极端场景,例如动态范围很大而绝大多数像素亮度集中在较小的区间,使用第3节所述的均匀分层然后在相邻层之间线性插值的方法会导致较大误差.我们相信,使用基于直方图统计的非均匀分层能够改善这一问题;使用更复杂的插值方法应能改善结果,但这也要求在算法运行时保存更多的层,增大了空间开销.表1所示为本文算法与原三边滤波器在这些图像上的时间开销对比,设m=10.表1 计算时间统计表H DR图像名称图像大小计算时间 s文献[2]算法本文算法Vin esun set720∋48054.05 5.39M emorial512∋76858.27 4.66Foyer120∋800146.911.25S unset819∋59175.617.16M tT amWest1214∋732138.0612.33T rees640∋47144.3 2.63W indow1296∋972199.6717.47Grandcanal1200∋800146.7213.25Landscape800∋1200132.3012.255 总结与展望本文提出了一种基于亮度分层的快速三边滤波器,以及利用该滤波器对H DR图像进行快速色调映射的算法.该算法主要通过对常规三边滤波器中的梯度滤波阶段进行加速,即通过把图像按照亮度分成多层,对于每一层计算2幅中间图像,梯度滤波的结果由在中间图像上进行高斯滤波得到.利用本文算法对H DR图像进行色调映射,速度较基于常规三边滤波器的色调映射算法提高约10~15倍,而实验结果可以与基于常规三边滤波器的方法相媲美,证明了本文算法的有效性和快速性.虽然本文算法目前较常规的三边滤波器算法已经有了较大的计算速度的提高,但是利用该算法在处理一幅100M左右的高分辨率H DR图像时,还是需要1min左右的计算时间,仍旧不能满足实时图形处理和交互式图形编辑的应用场合.在今后的研究工作中,我们希望通过GPU技术和信号分析技术来实现能满足交互编辑应用场合的实时三边滤波器,及其对H DR图像进行实时色调映射的算法.参考文献(References):[1]Debevec P E,M alik J.Recovering high dynam ic rangeradiance maps from photog raph s[C] Computer Graphics Proceedings,Ann ual Conference S eries,AC M SIGGRAPH.New York:ACM Press,1997:369-378[2]Drago F,M y szkow ski K,Annen T.Adaptive logarithmicmapping for displaying high contrast s cen es[J].Computer Graph ics Forum,2003,22(3):419-426[3]Reinhard E,Devlin K.Dynamic range redu ction ins pired byphotoreceptor p hysiology[J].IEEE T ran saction s on Visualization and Computer Graphics,2005,11(1):13-24[4]Van H ateren J H.Encoding of high dynamic ran ge video w itha model of human cones[J].ACM Trans actions on Graphics,2006,25(4):1380-1399[5]Fattal R,L ischin ski D,Werman M.Gradient domain hig hdynamic ran ge compression[C] Computer Graphics Proceedings,Ann ual Conference S eries,AC M SIGGRAPH.New York:ACM Press,2002:249-256[6]Song M ingli,W an g Hu iqion g,Chen Chun,et al.Tonemapping for high dynamic range image us ing a probabilis tic model[J].Journal of Softw are,2009,20(3):734-743(in Chin ese)(宋明黎,王惠琼,陈 纯,等.基于概率模型的高动态范围图像色调映射[J].软件学报,2009,20(3):734-743)[7]Du rand F,Dorsey J.Fast bilateral filtering for th e display ofhigh dynamic range imag es[C] Computer Graphics Proceedings,Ann ual Conference S eries,AC M SIGGRAPH.New York:ACM Press,2002:257-266[8]Choudh ury P,T umb lin J.T he trilateral filter for hig hcontrast images and mes hes[C] Proceedings of the14th Eurographics W orksh op on Ren dering.Aire la ville:Eurographics Association Press,2003:186-196[9]Yang Q X,T an K H,Ahu ja N.Real time O(1)b ilateralfiltering[C] Proceedings of IE EE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition.Wash ington D C:IEE E Computer S ociety Press,2009:557-564[10]Derich e R.Recursively im plem enting th e Gaussian and itsderivatives[C] Proceeding s of the2nd International Conference on Im age Proces sing.Sin gapore:World Scientific,1992:263-267[11]Reinhard E,Stark M,Shirley P,e t al.Ph otographic tonereproduction for digital images[C] Computer Graphics Proceedings,Ann ual Conference S eries,AC M SIGGRAPH.New York:ACM Press,2002:267-27690计算机辅助设计与图形学学报 第23卷。
彩色 LED 背光源调频调光与混色方法
彩色 LED 背光源调频调光与混色方法杨宗阳;刘波;章小兵;祁凌云【期刊名称】《液晶与显示》【年(卷),期】2015(000)005【摘要】A kind of panel display module source using RGB LED as backlight is introduced in this pa-per.Frequency diming method is used to adjust backlight brightness.The final standard white light is gained by RGB diming pulse high level mixing color method.And besides,RGB diming pulse high level timing is tuned according to data from color ing the method,backlight brightness, color varies and coordinates drifts caused by temperature varies can be effectively improved.%介绍了一种使用橙、绿、蓝三基色 LED 灯作为背光灯的平板显示模块背光源。
本背光源亮度的调节通过变频调光技术实现。
最终的标准白色光利用这种三色灯的调光脉冲高电平时间ã色的方法得到，并按照光传感器输出的数据来微调三色灯调光脉冲高电平时间。
这种调光与ã色的方法可以有效改善由于温度变化带来的背光源亮度、色温变化与色坐标漂移。
【总页数】5页(P872-876)【作者】杨宗阳;刘波;章小兵;祁凌云【作者单位】总参陆航部军事代表局驻南京地区军事代表室，江苏南京 211100;中航华东光电有限公司，安徽芜湖 241002; 特种显示国家工程实验室，安徽芜湖241002; 国家特种显示工程技术研究中心，安徽芜湖 241002;中航华东光电有限公司，安徽芜湖 241002; 特种显示国家工程实验室，安徽芜湖 241002; 国家特种显示工程技术研究中心，安徽芜湖 241002; 安徽工业大学电气信息学院，安徽马鞍山 243002;中航华东光电有限公司，安徽芜湖 241002; 特种显示国家工程实验室，安徽芜湖 241002; 国家特种显示工程技术研究中心，安徽芜湖 241002【正文语种】中文【中图分类】TN141.9【相关文献】1.基于时间混色方式的冷暖双色LED调光调色光源 [J], 李楠;潘永雄;苏成悦;黄明旭2.基于平均值法的LED背光源动态调光二次修正算法 [J], 杨雷;李纯怀;陈宥烨;李浩;何振伟;朱立伟;屠震涛;张小宁3.新型LED背光源液晶彩色显示器电源与背光电路 [J], 廖吾清4.LED灯具混色系统及其调光方案 [J], 唐小土5.Diodes智能照明LED驱动器为可调白色及彩色LED灯泡提供无闪烁调光功能[J],因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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ｗｈ ｃ ｈ ｘｍ ｕ ｇ ａ －ｃ ｌ ｆｔ ｅｉ ａ ｅｃ ｎ ｉｃ ｅ ｓ ｓｔ ｅｖ ｌ ｅｏ ｕ ｂ ｒｏ ｈ ＥＤ ｉｈ ｔ ｅｍａ ｉ ｍ ｒ ｙｓ ａｅｏ ｈ ｇ ａ ｎ ｒ ａ ｅａ ｈ ａｕ ｆｎ ｍ ｅ ｆｔ ｅ Ｌ ｍ ｂ ｃ ｌ ｈ ａ ｔ ｒ ｔ ａ ａ ｅ ｌｗｅ ｅ ， ｄ ｎ ｍｉ ａ ｋ ｉｈ ｃ ｌ ｇ ｔｃ ｎ ｑ ｅ ｒ ｄ ｐ ｅ ｏ ａ ｋ ｉ ｔｆｃｏ ｈ ｔ ｃｎ ｂ ｏ ｒ ｄ ｇ ｙ ａ ｃ ｂ ｃ ｌ ｔ ｓ ａｉ ｅ ｈ ｉｕ ｓ ａ ｅ ａ ｏ ｔｄ ｔ ｇ ｎ ｒｄ ｃ ｈ ａｋ ｉｈ ｎ ｅ ｓｔ ，ｉ ｒ ｖ ｈ ｒ ｎ ｍ ｉ ａ ｃ ｆＬ ｅ ｕ ｅｔ ｅｂ ｃ ｌ ｔｉ ｔｎ ｉｙ ｍｐ ｏ ｅｔ ｅｔａ ｓ ｔ ｎ ｅｏ ＣＤ ｎ ｏ ｅ ｓ ｔ ｓｂ ｉｈ — ｇ ｔ ａ ｄｃ ｍｐ ｎ ａ ｅｉ ｒｇ ｔ ｔ
基 于 分 层 色 调映 射 的 Ｌ Ｄ背 光 调 制 算 法 Ｅ
欧 海 燕 ，郭 太 良 ， 剑 敏 ， 志 贤 ， 姚 林 徐 胜
（ 福州大学 物理与信息工程学 院， 福建 福州 ，５ ０ ２ Ｅ ｍ ｉ ｏ ｈｉ ｎ ７ ＠１ ３ ｃｒ ３ ０ ０ ， — ａ ：ｕ ａ ａ ｌ４ ６． ｏ ） ｌ ｙ ｎ
文献标识码 ： Ａ Ｄ Ｉ ０３ ８ ／ Ｊ ＸＳ ０ １６ ２ ０ ４ Ｏ ：１． ７ ８ Ｙ Ｙ ２ １２ ０ ． ２６ 中 图分 类 号 ： ２ ＴＮ ７
Ｍ ｏ ｕ ａ ｉｎ ｏ ｄ ｌ ｔｏ ｆＬＥＤ ｃ ｉ ｈｔＢａ ｅ ｎ Ｂａ ｋｌｇ ｓ ｄ ｏ
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第２ ６卷
第２ 期
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显
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２ １ 年 ４月 ０１
Ｃｈｎ ｓ ｏ ｒ ａ ｆＬｉｕｄＣｒ ｓａｓａ ｄ Ｄｉｐａ ｓ ｉｅｅＪ ｕ ｎ ｌ ｑ ｉ ｙ ｔｌ ｎ ｓ ｌｙ ｏ
文章 编号 ：０ ７２ ８ （０ １０ —２ ６０ １０ —７ ２ １ ） ２０ ４—４
ＯＵ ａ— ａ Ｈ ｉ ｎ，ＧＵＯ ｉ ｉｎ ，ＹＡｏ ｎ ｍｉ ｙ Ｔａ— ａ ｇ ｌ Ｊａ － ｎ，ＬＩ Ｚ ｉ ｉｎ，ＸＵ ｈ ｎ ｉ Ｎ ｈ— ａ ｘ Ｓ ｅｇ
（ ｏ ｌｇ ｆ Ｐｈ ｓ ｓ ｎ ｎ ｏ ｍａ ｉｎＥｎ ｉｅｒｎ Ｆｕ ｈ ｕＵｎｖ ｒｉ Ｃ ｌ ｅ ｙ ｉ ｄ Ｉ ｆ ｒ ｔ ｇ ｎ ｅ ｉｇ， ｚ ｏ ｉｅ ｓ ｙ， ｅ ｏ ｃａ ｏ ｔ
态背光缩放技术 ， 降低背光强度值 ， 并提高液 晶透光率 ， 其亮度进行补偿 。仿 真实验结果表 明， 对 采用这种 方 法， 在失真率为 ４ ８ 时 ， ． 可节省功耗 １． ； ５ｏ 在失真率为 １． 时 ， ５６ 可节省功耗 ３ ． ％。 ４Ｏ 关 键 词 ：低通 滤波 ； 色调映射 ； Ｅ Ｌ Ｄ背光调制
ｍ ｉ ｍａ ｐｎ ｕ ｃｉｎ ｔ ａ ｈ ｏ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｐ ｒ ｏ ａ ｌｗｅ ｙ ａ ｉ ｒ ｎ ｅ ｎ ｉａｌ ｃ ｐ ｉｇ ｆ ｎ ｔ ｏ ｍ ｐ ｔ ｅ ｌｗ—ｒ ｑ ｅ ｃ ａ ｔｔ ｏ ｒｄ ｎ ｍ ｃ ａ ｇ ，ａ ｄ ｆｎ ｌ ｏ ｙ
ｃ ｍ ｂ ｎ ｄ ｗｉｈ ｔ ｅ ｇ ｉ ｅ ｉ ｈ ｆ ｅ ｕ ｎ ｙ ｐ ｒ ｏ ｕ ｐ ｔ ｉ ｇ Ｕｓｎ ｈ ｕ ｅ ｉ ａ ｖ ｌ ｅ ｔ ｏ ｉ ｅ ｔ ｈ ａ ｎ ｄ ｈ ｇ － ｒ ｑ ｅ ｃ ａ ｔ ｆ ｒ ｏ ｔ ｕ ｔｎ ． ｉ ｇ ｔ ｅ ｎ ｍ ｒｃ ｌ ａ ｕ ｏ
ｎ ｓ ． Ｓ ｍｕ ａ ｉｎ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｈ ｔ ｐ ｗｅ ｏ ｓ ｍ ｐ ｉ ｎ ｉ ｒ ｄ ｃ ｄ ｂ ０ ｅ ｓ ｉ ｌ ｔ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｔ ａ ｏ ｒ ｃ ｎ ｕ ｔｏ ｓ ｅ ｕ ｅ ｙ １ ｏ ｓ ５
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Ａｂ ｔ ａ ｔ ｎ ｏ ｄ ｒ ｔ ｕ ｏ ｈ ｏ ｒ ｃ ｎ ｕ ｐ ｉ ｎ ｏ ｓｒ ｃ ：Ｉ ｒ ｅ ｏ ｃ ｔ ｄ ｗｎ ｔ ｅ ｐ ｗｅ ｏ ｓ ｍ ｔ ｆ ＬＣＤ ａ ｋ ｉ ｈ ｎ ａｎ ａｎ ｔ ｅ ｏ ｂ ｃ ｌ ｔａ ｄ ｍ ｉｔｉ ｈ ｇ
摘
要 ： 了在降低液晶显示 器背光 功耗 的同时能够保 持图像质量 ， 出了基于分层 色调映射 的 Ｌ Ｄ背光 为 提 Ｅ
调制算法。利用低通滤波对图像进行分层 ， 通过亮度对数 映射 函数把低 频部分映射 到低 动态范围 ， 与增 益 再
后的高频部分相结合为输出图像 。将输 出图像最大灰 阶能够 增加的数值作为 Ｌ Ｄ背光因子 降低 值 ， Ｅ 采用 动