典型的显示设备通过使用固定的亮度等级范围来显示图像。对于许多显示而言，亮度范围具有从0到255均匀间隔的256个等级。通常分配图像代码值以直接地匹配于这些等级。
在许多带有大显示器的电子设备中，这些显示器是主要的功率消耗者。例如，在膝上型计算机中，显示器有可能消耗比该系统中任何其它部件都要多的功率。许多可用功率受限的显示器(比如靠电池供电的设备中的显示器)可以使用若干个照度或亮度等级来帮助管理功耗。系统可以在插入诸如A/C电源的功率源时使用完全-功率模式，在靠电池工作时使用功率-节省模式。
在一些设备中，显示器可以自动地进入功率-节省模式，其中减小显示器照明以节约电能。这些设备可以具有多个功率-节省模式，其中以步进的方式逐步地减小照明。通常，当减小显示器照明时，图像质量也下降了。当减小最大亮度等级时，降低了显示器的动态范围并且图像对比度变差。因此，在典型的功率-节省模式操作期间，对比度与其它图像质量下降了。
像液晶显示器(LCD)或数字微镜设备(DMD)等许多显示设备都使用光阀，这些光阀是以一种方式或另一种方式从后面被照亮、从侧面被照亮、或从前面被照亮。在从后面照亮的光阀显示器(比如LCD)中，背光源被置于液晶面板之后。背光源发出穿透LC面板的光，LC面板调制该光以探测图像。在彩色显示器中，亮度和颜色都可以被调制。单独的LC像素调制从背光源发出并穿透LC面板到达用户眼睛或某一其它目的地的光的量。在一些情况下，该目的地可以是光传感器，比如电荷耦合器件(CCD)。
一些显示器也可以使用光发射器以探测图像。这些显示器(比如发光二极管(LED)显示器和等离子体显示器)使用图片元件，这些图片元件发出光而非反射来自另一光源的光。

本发明的一些实施方式包括用于改变光阀调制像素的亮度调制等级以补偿减小的光源照明强度或以固定的光源照明等级来改善图像质量的系统和方法。
本发明的一些实施方式也可以与那些使用光发射器探测图像的显示器一起使用。这些显示器(比如发光二极管(LED)显示器和等离子体显示器)使用图片元件，这些图片元件发出光而非反射来自另一光源的光。可以用本发明的实施方式来增强这些设备所产生的图像。在这些实施方式中，可以调节像素的亮度，以增强特定的图像频带的动态范围、亮度范围和其它图像分割(subdivision)。
在本发明的一些实施方式中，根据图像特征，可以将显示器光源调节至不同的等级。当这些光源等级发生变化时，可以调节图像代码值以补偿亮度变化或以其它方式增强该图像。
本发明的一些实施方式包括环境光检测，在确定光源等级和图像像素值的过程中，这种环境光检测可以被用作输入。
本发明的一些实施方式包括失真相关光源和电池消耗控制。
本发明的一些实施方式包括用于产生和应用图像色调比例(tone scale)校正的系统和方法。
本发明的一些实施方式包括用于具有改进的色保真度的图像色调比例校正的方法和系统。
本发明的一些实施方式包括用于选择显示器光源照明等级的方法和系统。
本发明的一些实施方式包括用于形成面板色调曲线和目标色调曲线的方法和系统。这些实施方式中的一些形成了多个目标色调曲线，每个曲线与不同的背光源或光源照明等级有关。在这些实施方式中，可以选择背光源照明等级，并且与所选背光源照明等级有关的目标色调曲线可以被应用于待显示的图像。在一些实施方式中，性能目标可以实现色调曲线参数的选择。
结合附图，在考虑下面的详细描述时，可以更容易地理解本发明的上述和其它目的、特征和优点。

图1是示出了现有技术的从后面照亮的LCD系统；
图2A是示出了原始图像代码值与增强图像代码值之间的关系的图；
图2B是示出了原始图像代码值与带有剪切的增强图像代码值之间的关系的图；
图3是示出了针对各种代码值修改方案的与代码值相关联的亮度等级的图；
图4是示出原始图像代码值与根据各种修改方案修改后的图像代码值之间的关系的图；
图5是示出了典型的色调比例调节模型的产生的图；
图6是示出了色调比例调节模型的典型应用的图；
图7是示出了典型的色调比例调节模型和增益映射的产生的图；
图8是示出了典型的色调比例调节模型的图；
图9是示出了典型的增益映射的图；
图10是示出了将色调比例调节模型和增益映射应用于一图像的典型过程的流程图；
图11是示出了将色调比例调节模型应用于图像的一个频带并且将增益映射应用于该图像的另一个频带的典型过程的流程图；
图12是示出了当MFP改变时色调比例调节模型的变化的图；
图13是示出了典型的依赖于图像的色调比例映射方法的流程图；
图14是示出了典型的依赖于图像的色调比例选择实施方式的图；
图15是示出了典型的依赖于图像的色调比例映射计算实施方式的图；
图16是示出了包括光源等级调节和依赖于图像的色调比例映射的实施方式的流程图；
图17是示出了包括光源等级计算器和色调比例映射选择器的典型实施方式的图；
图18是示出了包括光源等级计算器和色调比例映射计算器的典型实施方式的图；
图19是示出了包括光源等级调节和依赖于光源等级的色调比例映射的实施方式的流程图；
图20是示出了包括光源等级计算器和依赖于光源等级的色调比例计算或选择的实施方式的图；
图21是示出了原始图像代码值与色调比例斜率的函数关系图；
图22是示出了包括单独的色度信道分析的实施方式的图；
图23是示出了包括环境照明的实施方式的图，其中环境照明被输入到图像处理模块；
图24是示出了包括环境照明的实施方式的图，其中环境照明被输入到光源处理模块；
图25是示出了包括环境照明的实施方式的图，其中环境照明被输入到图像处理模块和设备特性输入；
图26是示出了包括备选的环境照明的实施方式的图，其中环境照明被输入到图像处理模块和/或光源处理模块以及光源信号后处理器；
图27是示出了包括环境照明的实施方式的图，其中环境照明被输入到光源处理模块，该光源处理模块将该输入传递给图像处理模块；
图28是示出了包括环境照明的实施方式的图，其中环境照明被输入到图象处理模块，该图象处理模块可以将该输入传递给光源处理模块；
图29是示出了包括失真-适应性功率管理的实施方式的图；
图30是示出了包括恒定功率管理的实施方式的图；
图31是示出了包括适应性功率管理的实施方式的图；
图32A是示出了恒定功率模块和恒定失真模块的功耗比较的曲线图；
图32B是示出了恒定功率模块和恒定失真模块的比较的曲线图；
图33是示出了包括失真-适应性功率管理的实施方式的图；
图34是示出了对于典型的视频序列而言在各个失真边界处的背光源功率等级的图；
图35是示出了典型的功率/失真曲线的曲线图；
图36是示出了用于管理与失真标准有关的功耗的实施方式的流程图；
图37是示出了包括基于失真标准的光源功率等级选择实施方式的流程图；
图38A和38B是示出了包括失真测量的实施方式的流程图，该失真测量解释了亮度保持方法的效果；
图39是用于典型图像的功率/失真曲线；
图40是示出了固定的失真的功率图；
图41是示出了固定的失真的失真图；
图42是典型的色调比例调节曲线；
图43是图42所示色调比例调节曲线的模糊区域的放大视图；
图44是另一个典型的色调比例调节曲线；
图45是图44所示色调比例调节曲线的模糊区域的放大视图；
图46是示出了基于最大颜色信道值的图像代码值调节的图；
图47是示出了基于最大颜色信道代码值的多个颜色信道的图像代码值调节的图；
图48是基于上述颜色信道之一的代码值特征的多个颜色信道的图像代码值调节的图；
图49是示出了包括色调比例发生器的本发明的实施方式的图，该色调比例发生器接收最大颜色信道代码值并以其为输入；
图50是示出了包括频率分解和具有色调比例调节的颜色信道代码区分的本发明的实施方式的图；
图51是示出了包括频率分解、颜色信道区分和颜色保持剪切的本发明的实施方式的图；
图52是示出了基于颜色信道代码值特征的颜色保持剪切的本发明的实施方式的图；
图53是示出了包括低通/高通频率分离和最大颜色信道代码值的选择的本发明的实施方式的图；图54是示出了经处理的图像与显示模型之间的各种关系的图；
图55是典型图像的图像代码值的直方图；
图56是与图55的直方图相对应的典型失真曲线的图；
图57是示出了将典型优化标准应用于简短的DVD剪辑所得的结果图，该图画出了所选的背光源功耗与帧数之间的关系；
图58示出了针对实际显示的不同对比率最小MSE失真背光源的确定；
图59是示出了典型的面板色调曲线和目标色调曲线的图；
图60是示出了针对功率节省配置典型的面板色调曲线和目标色调曲线的图；
图61是示出了针对更低的黑色电平配置的典型的面板色调曲线和目标色调曲线的图；
图62是示出了针对亮度增强配置的典型的面板色调曲线和目标色调曲线的图；
图63是示出了针对增强图像配置的典型的面板色调曲线和目标色调曲线的图，在这种增强图像配置中，黑色电平降低了，亮度提高了；
图64是示出了用于黑色电平改进的一系列典型的目标色调曲线的图；
图65是示出了用于黑色电平改进和图像亮度提高的一系列典型的目标色调曲线的图；
图66是示出了包括目标色调曲线的确定以及失真-相关背光源的选择的典型实施方式的图；
图67是示出了包括性能-目的-相关参数的选择、目标色调曲线的确定以及背光源的选择的典型实施方式的图；
图68是示出了包括性能-目的-相关目标色调曲线的确定以及背光源的选择的典型实施方式的图；以及
图69是示出了包括性能-目的-相关和图像相关目标色调曲线的确定以及背光源的选择的典型实施方式的图。

参照附图，将最佳地理解本发明的实施方式，其中相同的部分是由相同的标号指定的。上文所罗列的图被明确包含在这里，作为本说明书的一部分。
很容易理解，一般性地描述并且在附图中示出的本发明的各个部件可以按照各种不同的配置来安排和设计。由此，下文关于本发明的方法和系统的实施方式的详细描述并不旨在限制本发明的范围，而是仅仅代表本发明的较佳实施方式。
本发明各实施方式的元件可以实施成硬件、固件和/或软件。尽管本文所揭示的典型实施方式可能仅仅描述了这些形式之一，但是应该理解，本领域的普通技术人员能够以这些形式中的任何形式来实现这些元件，同时还停留在本发明的范围之内。
使用光阀调制器(比如LC调制器和其它调制器)的显示设备可以是反射式的，其中光被照射到前表面(面对着观看者)上，并且在穿过调制面板层之后被反射回给观看者。显示设备也可以是透射式的，其中光被照射到调制面板层的背面，允许光穿过调制层且朝着观看者。一些显示设备也可以是透射反射式的，即反射与透射的组合，其中光可以从后到前穿过调制层，同时来自另一个光源的光在从调制层的前面进入之后被反射。在这些情况中的任一种情况中，调制层中的元件(比如单独的LC元件)可以控制所观察到的像素亮度。
在从后面照亮的显示器、从前面照亮的显示器和从侧面照亮的显示器中，光源可以是一系列荧光管、LED阵列或某种其它光源。一旦显示器大于约18”的典型尺寸，则该设备的大部分功耗都是因光源而导致的。对于某些应用而言，并且在某些市场中，功耗的减小是很重要的。然而，功率的减小意味着光源的光通量的减小，由此，意味着显示器的最大亮度的减小。
涉及到目前的伽玛(Gamma)校正光阀调制器的灰度等级代码值CV、光源等级Lsource以及输出光等级Lout的基本方程是：
方程1
Lout＝Lsource*g(CV+dark)：ambient
其中，g是校准增益，dark是光阀的暗电平，ambient是从房间条件下射入显示器中的光。根据该方程，可以看出，使背光源减小x％也就使光输出减小x％。
可以通过改变光阀的调制值来补偿光源等级的减小；特别是，提升光阀的调制值。事实上，可以精确地再现任何小于(1-x％)的光等级，而在没有另外的光源或增大光源强度的情况下不可能再现出任何大于(1-x％)的光等级。
设置从原始光源和减小的光源输出的光给出了下列基本的代码值校正，该校正可以被用于校正代码值以减小x％(假定dark和ambient都是0)：
方程2
Lout＝Lsource*g(CV)＝Lreduced*g(CVboost)
方程3
CVboost＝CV*(Lsource/Lreduced)1/＝CV*(1/x％)1/
图2A示出了这种调节。在图2A和2B中，原始显示值对应于沿着线12的那些点。当背光源或光源被置于功率-节省模式中且光源照明被减小时，需要提升显示代码值，以允许光阀抵消光源照明的减小。这些被提升的值与沿着线14的那些点相一致。然而，这种调节导致了代码值18高于显示器所能够产生的值(例如，对于8比特显示器而言即255)。结果，最终剪切了20这些值，如图2B所示。以这种方式调节的图像可能会有褪了色的加亮区域、不自然的外表以及通常所说的低品质。
通过使用这种简单的调节模型，将会以一种亮度等级显示剪切点15以下的代码值(在本实施方式中即输入代码值230)，该亮度等级等于处于减小的光源照明模式中的全功率光源所产生的等级。由功率节省所导致的较低功率来产生相同的亮度。如果图像的这组代码值被限定到剪切点15以下的范围，则操作功率节省模式对于用户而言是显而易见的。不幸的是，当值超过剪切点15时，减小了亮度并且丢失了细节。本发明的实施方式提供了一种算法，该算法可以改变LCD或光阀代码值以提供增大的亮度(或缺少功率节省模式中的亮度减小)，同时减小了可能在亮度范围较高一端处出现的剪切伪像。
本发明的一些实施方式通过针对重要的数值范围，让用低功率所显示的图像亮度匹配于用全功率所显示的图像亮度，就可以消除与减小显示光源功率相关联的亮度减小。在这些实施方式中，光源或背光源的功率减小使输出亮度除以一个特定的因子，通过使图像数据提升一个倒数因子来补偿这种光源或背光源的功率减小。
忽略动态范围限制，在全功率和减小的功率之下所显示的图像可以是完全一样的，因为在重要的范围上基本上抵消了上述除法(针对减小的光源照明)和乘法(针对提升的代码值)。当图像数据的乘法(针对代码值提升)超过显示器的最大值时，动态范围边界可能会引起剪切伪像。通过使代码值上端处的提升发生滚降(roll off)，就可以消除或减小动态范围限制所引起的剪切伪像。这种滚降可以始于最大保真度点(MFP)处，在该最大保真度点之上，亮度不再匹配于原始亮度。
在本发明的一些实施方式中，可以执行下面的步骤，以补偿光源照明减小或用于图像增强的虚拟减小：
1)根据亮度减小的百分比来确定光源(背光源)减小等级；
2)确定最大保真度点(MFP)，在该最大保真度点处，出现使减小的功率输出匹配于全功率输出的滚降；
3)确定补偿性的色调比例算子；
a.在MFP以下，提升色调比例以补偿显示亮度的减小；
b.在MFP以上，使色调比例逐渐地滚降(在一些实施方式中，保持连续的导数)；
4)将色调比例映射算子应用于图像；以及
5)发送至显示器。
这些实施方式的主要优点是：只对狭窄类别的图像做出很小的改变，就可以实现功率节省。(差异仅仅出现在MFP以上，并且由峰值亮度的减小和明亮细节的某些损失所构成。)可以按照功率节省模式显示MFP以下的图像值，其亮度等同于全功率模式，从而使图像中的这些区域与全功率模式没什么区别。
本发明的一些实施方式可以使用色调比例映射，该色调比例映射依赖于功率减小和重显灰度(display gamma)且与图像数据无关。这些实施方式可以提供两个优点。首先，因不同地处理多个帧而可能出现的闪烁伪像没有出现，其次，该算法实现起来的复杂性非常小。在一些实施方式中，可以使用离线色调比例设计和在线色调比例映射。加亮之处的剪切可以受到MFP的规范的控制。
可以结合图3描述本发明的实施方式的一些方面。图3是示出了在若干种情况下图像代码值与亮度之间的关系图。第一曲线32(以点示出)代表以100％功率操作的光源的原始代码值。第二曲线30(以点划线示出)代表当光源以全功率的80％操作时的原始代码值的亮度。第三曲线36(以短划线示出)代表在光源以全功率的80％操作的同时代码值被提升以匹配于100％光源照明所提供的亮度时的亮度。第四曲线34(以实线示出)代表被提升的数据，但是带有滚降曲线以减小该数据较高一端处剪切的效果。
在这个典型的实施方式中，如图3所示，使用代码值180处的MFP 35。注意到，在代码值180以下，被提升的曲线34匹配于原始100％功率显示的亮度输出32。在180以上，被提升的曲线平滑地过渡到上述80％显示所允许的最大输出。这种平滑度减小了剪切和量化伪像。在一些实施方式中，可以分段地定义色调比例函数，以在MFP 35所给出的过渡点处平滑地匹配。在MFP 35以下，可以使用被提升的色调比例函数。在MFP 35以上，一曲线平滑地与该MFP处的被提升的色调比例曲线的末端点相配合，并且还与最大代码值[255]处的末端点37相配合。在一些实施方式中，在MFP 35处，该曲线的斜率可以匹配于被提升的色调比例曲线/线条的斜率。这一点可以通过如下方式实现：通过使该线条的导数等于该MFP处的曲线函数以及通过使在该点处的线条的值与曲线函数相匹配，从而使该MFP以下的线条的斜率匹配于该MFP以上的曲线的斜率。关于该曲线函数的另一个限制可以是：应该迫使它穿过最大值点[255，255]37。在一些实施方式中，在最大值点37处，该曲线的斜率可以被设为0。在一些实施方式中，MFP值180可以对应于20％的光源功率减小。
在本发明的一些实施方式中，在最大保真度点(MFP)以下，可以通过带有增益g的线性关系来定义色调比例曲线。在该MFP以上，可以进一步定义色调比例，使得该曲线及其一阶导数在该MFP处是连续的。这种连续性暗示关于色调比例函数的下列形式：
$y=\left\{\begin{array}{cc}g·x& x<\mathrm{MFP}\\ C+B·(x-\mathrm{MFP})+A{(x-\mathrm{MFP})}^2& x\ge \mathrm{MFP}\end{array}\right.$
C＝g·MFP
B＝g
$A=\frac{\mathrm{Max}-(C+B·(\mathrm{Max}-\mathrm{MFP}))}{{(\mathrm{Max}-\mathrm{MFP})}^2}$
$A=\frac{\mathrm{Max}-g·\mathrm{Max}}{{(\mathrm{Max}-\mathrm{MFP})}^2}$
$A=\frac{\mathrm{Max}·(1-g)}{{(\mathrm{Max}-\mathrm{MFP})}^2}$
$y=\left\{\begin{array}{cc}g·x& x<\mathrm{MFP}\\ g·x+\mathrm{Max}·(1-g)·{\left(\frac{x-\mathrm{MFP}}{\mathrm{Max}-\mathrm{MFP}}\right)}^2& x\ge \mathrm{MFP}\end{array}\right.$
方程4
可以按照下列方程由重显灰度和亮度减小比率来确定增益：
方程5
$g={\left(\frac{\mathrm{FullPower}}{\mathrm{ReducedPower}}\right)}^{\frac{1}{\gamma }}$
在一些实施方式中，可以手动调谐MFP值，从而使加亮细节保持与绝对亮度保持相平衡。
通过强加在最大点处斜率应该是零这一限制，就可以确定MFP。这暗指：
方程6
$\mathrm{slope}=\left\{\begin{array}{cc}g& x<\mathrm{MFP}\\ g+2·\mathrm{Max}·(1-g)·\frac{x-\mathrm{MFP}}{{(\mathrm{Max}-\mathrm{MFP})}^2}& x\ge \mathrm{MFP}\end{array}\right.$
$\mathrm{slope}\left(\mathrm{Max}\right)=g+2·\mathrm{Max}·(1-g)·\frac{\mathrm{Max}-\mathrm{MFP}}{{(\mathrm{Max}-\mathrm{MFP})}^2}$
$\mathrm{slope}\left(\mathrm{Max}\right)=g+\frac{2·\mathrm{Max}·(1-g)}{\mathrm{Max}-\mathrm{MFP}}$
$\mathrm{slope}\left(\mathrm{Max}\right)=\frac{g·(\mathrm{Max}-\mathrm{MFP})+2·\mathrm{Max}·(1-g)}{\mathrm{Max}-\mathrm{MFP}}$
$\mathrm{slope}\left(\mathrm{Max}\right)=\frac{2·\mathrm{Max}-g·(\mathrm{Max}+\mathrm{MFP})}{\mathrm{Max}-\mathrm{MFP}}$
在一些典型的实施方式中，下面的方程可以被用于根据典型的实施方式分别计算简单的提升数据、带有剪切的提升数据以及校正数据的代码值。
方程7
ToneScaleboost(cv)＝(1/x)1/γ·cv


可以选定常数A、B和C以在该MFP处给出平滑的配合，并且使得该曲线穿过点[255，255]。图4示出了这些函数的图。
图4是原始代码值对经调节的代码值的图。原始代码值被显示成沿着原始数据线40的点，原始数据线40显示出当这些值是没有调节的原始值时经调节的值和原始的值之间的1∶1关系。根据本发明的实施方式，可以提升或调节这些值，以代表更高的亮度等级。根据上述“色调比例提升”方程的简单提升过程可以产生沿着提升线条42的值。因为这些值的显示将导致剪切，正如线条46处所示以及在数学上如上述“色调比例剪切”方程所示，所以这种调节可以从最大保真度点45沿着曲线44逐渐减弱到最大值点47。在一些实施方式中，可以在上述“色调比例校正”方程中以数学方式描述这种关系。
通过使用这些概念，具有以100％功率操作的光源的显示器所代表的亮度值就可以由具有以较低功率等级操作的光源的显示器来代表。这是通过色调比例的提升来实现的，色调比例的提升基本上打开光阀以进一步补偿光源照明的损失。然而，将这种提升简单地应用于整个代码值范围上就导致了在该范围较高的一端处出现剪切伪像。为了防止或减小这些伪像，可以平滑地滚降色调比例函数。可以通过MFP参数来控制这种滚降。大的MFP值在较宽的间隔上给出了亮度匹配，但是增大了代码值较高一端处的可见量化/剪切伪像。
本发明的实施方式可以通过调节代码值而进行操作。在简单的灰度显示模型中，代码值的缩放比例给出了亮度值的缩放比例，具有不同的比例因子。为了确定该关系在更现实的显示器模型中是否成立，我们可以考虑灰度偏置增益-鉴别力(GOG-F)模型。使背光源功率发生缩放对应于线性减小的方程，其中百分比p被应用于显示器的输出，而非周围环境。已观察到，使该增益减小一个因子p等价于使该增益不变且使该数据、代码值以及偏置缩放一个由重显灰度所确定的因子。从数学角度讲，如果适当地修改，可以将乘性因子拉入功率函数中。这种修改的因子可以使上述代码值以及偏置发生缩放。
方程8GOG-F模型
L＝G·(CV+dark)γ+ambient
方程9线性亮度减小
LLinear reduced＝p·G·(CV+dark)γ+ambient
LLinear reduced＝G·(p1/γ·(CV+dark))γ+ambient
LLinear reduced＝G·(p1/γ·CV+p1/γ·dark)γ+ambient
方程10代码值减小
LCV reduced＝G·(p1/γ·CV+dark)γ+ambient
可以参照图5描述本发明的一些实施方式。在这些实施方式中，可以在图像处理之前离线地设计或计算色调比例调节，或者在图像正被处理时在线地设计或计算上述调节。不管操作的定时如何，都可以基于重显灰度50、效率因子52和最大保真度点(MFP)54中的至少一个来设计或计算色调比例调节56。可以在色调比例设计过程56中处理这些因子，以产生色调比例调节模型58。色调比例调节模型可以采用算法、查询表(LUT)或可应用于图像数据的某一其它模型的形式。
一旦创建了调节模型58，它就可以应用于图像数据。可以参照图6描述调节模型的应用。在这些实施方式中，图像被输入62，色调比例调节模型58被应用于该图像64以调节图像代码值。该过程导致可以被发送至显示器的输出图像66。色调比例调节的应用过程64通常是在线的过程，但是在条件允许时可以在图像显示之前先执行。
本发明的一些实施方式包括用于增强在使用发光像素调制器的显示器(比如LED显示器、等离子体显示器和其它类型的显示器)上所显示的图像的系统和方法。可以用这些相同的系统和方法来增强在使用光阀像素调制器的显示器上所显示的图像，同时光源以全功率模式或其它方式工作。
这些实施方式与前述实施方式相似地工作，然而，并非补偿所减小的光源照明，这些实施方式简单地增大一系列像素的亮度，就好像光源已被减小一样。这样，图像的整体亮度就提高了。
在这些实施方式中，在重要的数值范围上提升原始代码值。可以按照上述其它实施方式那样实现这种代码值调节，不同之处在于没有发生实际的光源照明减小。因此，在很宽的代码值范围上，图像亮度显著地增大。
也可以参照图3解释这些实施方式中的一些。在这些实施方式中，原始图像的代码值被显示成沿着曲线30的点。这些值可以被提升或被调节成具有更高亮度等级的值。可以使这些被提升的值表示成沿着曲线34的点，曲线34从零点33延伸到最大保真度点35，然后逐渐减弱至最大值点37。
本发明的一些实施方式包括不鲜明的掩蔽过程。在这些实施方式中的一些实施方式中，不鲜明的遮蔽可以使用空间变化的增益。可以由图像值和修改的色调比例曲线的斜率来确定这种增益。在一些实施方式中，即使当显示器功率的限制导致图像亮度无法被复制时，增益阵列的使用也能够使图像对比度匹配。
本发明的一些实施方式可以采用下列处理步骤：
1.计算色调比例调节模型；
2.计算高通图像；
3.计算增益阵列；
4.用增益对高通图像进行加权；
5.低通图像以及经加权的高通图像的总和；以及
6.发送至显示器。
本发明的其它实施方式可以采用下列处理步骤：
1.计算色调比例调节模型；
2.计算低通图像；
3.计算高通图像，以之作为图像和低通图像之间的差异；
4.计算使用图像值的增益阵列以及经修改的色调比例曲线的斜率；
5.用增益对高通图像进行加权；
6.低通图像以及经加权的高通图像的总和；以及
7.发送至减小功率的显示器。
通过使用本发明的一些实施方式，只对狭窄类别的图像做出很小的改变，就可以实现功率节省。(差异仅仅出现在MFP以上，并且由峰值亮度的减小和明亮细节的某些损失所构成。)可以按照功率节省模式显示MFP以下的图像值，其亮度等同于全功率模式，从而使图像中的这些区域与全功率模式没什么区别。本发明的其它实施方式通过减小明亮细节的损失来提高该性能。
这些实施方式可以包括空间变化的不鲜明的遮蔽，以保持明亮的细节。如同其它实施方式那样，可以使用在线和离线部件。在一些实施方式中，除了色调比例函数以外，通过计算增益映射，就可以扩展离线部件。增益映射可以指定不鲜明的滤波增益以基于图像值来应用。可以使用色调比例函数的斜率来确定增益映射值。在一些实施方式中，可以计算特定点“P”处的增益映射值作为色调比例函数在该MFP以下的斜率与色调比例函数在点“P”处的斜率之比。在一些实施方式中，色调比例函数在该MFP以下是线性的，所以该增益在该MFP以下是统一的。
可以参照图7描述本发明的一些实施方式。在这些实施方式中，可以在图像处理之前离线地设计或计算色调比例调节，或者在图像正被处理时在线地设计或计算上述调节。不管操作的定时如何，都可以基于重显灰度70、效率因子72和最大保真度点(MFP)74中的至少一个来设计或计算色调比例调节76。可以在色调比例设计过程76中处理这些因子，以产生色调比例调节模型78。色调比例调节模型可以采用算法、查询表(LUT)或可应用于图像数据的某一其它模型的形式，正如结合上述其它实施方式所描述的那样。在这些实施方式中，还可以计算75独立的增益映射77。增益映射77可应用于比如频率范围的具体图像子分割。在一些实施方式中，增益映射可以应用于图像的频率-划分部分。在一些实施方式中，增益映射可以应用于高通图像子分割。它也可以应用于具体的图像频率范围或其它图像子分割。
可以参照图8描述示例性的色调比例调节模型。在这些示例性的实施方式中，选定函数转移点(FTP)84(相似于光源减小补偿实施方式中所使用的MFP)，并且选定增益函数，以为FTP 84以下的值提供第一增益关系82。在一些实施方式中，第一增益关系可以是线性的关系，但是，也可以用其它关系和函数将代码值转换成增强的代码值。在FTP 84以上，可以使用第二增益关系86。这种第二增益关系86可以是将FTP 84连接到最大值点88的函数。在一些实施方式中，第二增益关系86可以与第一增益关系82在FTP 84处的值和斜率相匹配，并且穿过最大值点88。其它关系(比如结合上文其它实施方式所描述的那些关系)以及再其它的关系也可以用作第二增益关系86。
在一些实施方式中，可以结合色调比例调节模型来计算增益映射77，如同图8所示。可以结合图9描述示例性的增益映射77。在这些实施方式中，增益映射函数涉及色调比例调节模型78，作为色调比例调节模型的斜率的函数。在一些实施方式中，由色调比例调节模型在FTP以下的任何代码值处的斜率与色调比例调节模型在该特定代码值处的斜率之比确定增益映射函数在特定代码值处的值。在一些实施方式中，在数学上可以用方程11来表示这种关系：
方程11
$\mathrm{Gain}\left(\mathrm{cn}\right)=\frac{\mathrm{ToneScaleSlope}\left(1\right)}{\mathrm{ToneScaleSlope}\left(\mathrm{cv}\right)}$
在这些实施方式中，增益映射函数等于该FTP以下的那个函数，其中色调比例调节模型导致了线性提升。对于该FTP以上的代码值，随着色调比例调节模型的斜率逐渐减小，增益映射函数迅速地增大。增益映射函数的这种鲜明的增大增强了那些应用了该函数的图像部分的对比度。
使用80％的显示百分比(光源减小)、2.2的重显灰度以及180的最大保真度点来计算图8所示的示例性色调比例调节因子以及图9所示的示例性增益映射函数。
在本发明的一些实施方式中，在应用色调比例调节模型之后，可以应用不鲜明的遮蔽操作。在这些实施方式中，用不鲜明的遮蔽技术来减小伪像。
可以结合图10描述本发明的一些实施方式。在这些实施方式中，输入原始图像102，将色调比例调节模型103应用于该图像。也用原始图像102作为增益映射过程105的输入，该增益映射过程105导致增益映射。然后，通过低通滤波器104来处理经色调比例调节后的图像，从而产生经低通调节后的图像。然后，从经色调比例调节后的图像中减去经低通调节后的图像以产生经高通调节后的图像。然后，这种经高通调节后的图像与增益映射中合适的值相乘107，以提供经增益调节后的高通图像，然后，该图像被加到上述经低通调节后的图像上，而该经低通调节后的图像是已经用色调比例调节模型调节过的。这种相加产生了输出图像109，该输出图像具有增大的亮度和提高的高频对比度。
在这些实施方式的一些实施方式中，对于该图像的每一个像素的每一个成分，根据增益映射与该像素处的图像值来确定增益值。在应用色调比例调节模型之前，可以用原始图像102确定上述增益。在被加回到低通图像之前，也可以通过相应的增益值缩放高通图像的每一个像素的每一个成分。在增益映射函数是1的那些点处，不鲜明的遮蔽操作并不修改图像值。在增益映射函数超过1的那些点处，对比度增大了。
本发明的一些实施方式在增大代码值亮度时通过将图像分解成多个频带，而解决高端(high-end)代码值的对比度损失。在一些实施方式中，色调比例函数可以应用于低通频带，从而增大图像数据的亮度，以补偿关于低功率设置的光源亮度减小，或者简单地增大所显示的图像的亮度。并行地，恒定的增益可以应用于高通频带，从而保持图像对比度，甚至是在因较低的显示功率导致平均绝对亮度减小的那些区域中。由下列给出示例性的算法的操作：
1.执行原始图像的频率分解
2.将亮度保持、色调比例映射应用于低通图像
3.将恒定的乘数应用于高通图像
4.低通和高通图像的总和
5.将结果发送至显示器
通过在原始图像的全功率显示与光源照明减小应用的处理图像的低功率显示之间产生光度测定的匹配，就可以离线地确定色调比例函数和恒定的增益。对于亮度增强应用，也可以离线地确定色调比例函数。
对于适度的MFP值，这些恒定的高通增益实施方式以及不鲜明的遮蔽实施方式在其性能方面是几乎没区别的。这些恒定的高通增益实施方式与不鲜明的遮蔽实施方式相比具有三个主要的优点：减小的噪声灵敏度；使用更大的MFP/FTP的能力；以及能够使用目前显示器系统中的处理步骤。不鲜明的遮蔽实施方式所使用的增益是色调比例曲线的斜率的倒数。当该曲线的斜率很小时，该增益招致很大的放大噪声。该噪声放大也可以对MFP/FTP的大小设置实际的限制。第二个优点是扩展至任意的MFP/FTP值的能力。第三个优点来自检查上述算法在系统中的放置情况。恒定的高通增益实施方式与不鲜明的遮蔽实施方式都使用频率分解。在频率分解之前，恒定的高通增益实施方式首先执行该操作，而一些不鲜明的遮蔽实施方式首先应用色调比例函数。一些系统处理(比如去-外形修整(de-contouring))将在亮度保持算法之前执行频率分解。在这些情况下，一些恒定的高通实施方式可以使用频率分解，由此消除了转换步骤，同时一些不鲜明的遮蔽实施方式必须使频率分解反转，必须应用色调比例函数并执行额外的频率分解。
本发明的一些实施方式通过在应用色调比例函数之前基于空间频率来分离该图像，从而防止高端代码值的对比度损失。在这些实施方式中，具有滚降的色调比例函数可以应用于该图像的低通(LP)成分。在光源照明减小补偿应用中，这将提供低通图像成分的整体亮度匹配。在这些实施方式中，均匀地提升高通(HP)成分(恒定的增益)。如有需要，可以重新组合和剪切经频率分解后的信号。保持细节，因为高通成分并没有穿过色调比例函数的滚降。低通色调比例函数的平滑滚降保留了用于添加经提升后的高通对比度的顶部空间(headroom)。没有发现在该最终组合过程中可能出现的剪切，以显著地减小细节。
可以参照图11描述本发明的一些实施方式。这些实施方式包括频率分离或分解111、低通色调比例映射112、恒定高通增益或提升116以及增强后的图像成分的总和或重新组合115。
在这些实施方式中，输入图像110被分解成空间频带111。在典型的实施方式中，使用两个频带，这可以通过使用低通(LP)滤波器111来执行。这种频率划分是这样执行的：通过滤波器111计算LP信号；从原始信号中减去113该LP信号，以形成高通(HP)信号118。在示例性的实施方式中，空间5x5滤波器可以被用于这种分解，尽管也可以使用另一种滤波器。
然后，通过应用色调比例映射，就可以处理该LP信号，正如针对上述实施方式所讨论的那样。在示例性的实施方式中，这可以用光度测定的匹配LUT来实现。在这些实施方式中，与一些上述不鲜明的遮蔽实施方式相比，可以使用MFP/FTP的更高的值，因为在滤波111中已经提取了大多数细节。通常，不应该使用剪切，因为通常已经保留了向其添加对比度的某一顶部空间。
在一些实施方式中，可以自动地确定MFP/FTP，并且可以设置成使得色调比例曲线的斜率在上限处是零。图12示出了以这种方式确定的一系列色调比例函数。在这些实施方式中，可以确定MFP/FTP的最大值，使得色调比例函数在255处具有斜率零。这是不引起剪切的最大MFP/FTP值。
在参照图11所描述的本发明的一些实施方式中，处理HP信号118与处理低通信号所使用的MFP/FTP的选择无关。用恒定的增益116处理HP信号118，当减小光源照明时或者当以其它方式提升图像代码值以提高亮度时，恒定的增益116将保持该对比度。在下面立刻给出以完全的和减小的背光源功率(BL)以及重显灰度来表示的用于HP信号增益116的公式，并且作为高通增益方程。HP对比度提升在对抗噪声方面很强，因为增益通常是很小的(例如，对于80％的功率减小和2.2的灰度而言，增益是1.1)。
方程12
$\mathrm{HighPassGain}={\left(\frac{{\mathrm{BL}}_{\mathrm{Full}}}{{\mathrm{BL}}_{\mathrm{Reduced}}}\right)}^{1/\gamma }$
在一些实施方式中，一旦通过LUT处理或其它方式已经将色调比例映射112应用于LP信号，并且已经将恒定的增益116应用于HP信号，则可以对这些频率成分求和115，在某些情况下，进行剪切。当添加到LP值的经提升后的HP值超过255时，剪切可能是必需的。通常，这仅仅对于具有高对比度的明亮信号是相关的。在一些实施方式中，通过色调比例LUT构建，确保LP信号不超过上述上限。HP信号可以导致上述总和的剪切，但是HP信号的负值将永远不会剪切，从而即使当剪切确实发生时也会维持某一对比度。
依赖于图像的光源实施方式
在本发明的一些实施方式中，根据所显示的图像、先前所显示的图像、对于所显示的图像接下来要显示的图像或它们的组合的特征，可以调节显示器光源照明等级。在这些实施方式中，可以根据图像特征来改变显示器光源照明等级。在这些实施方式中，这些图像特征可以包括图像亮度等级、图像色度等级、图像直方图特征以及其它图像特征。
一旦已经确定图像特征，就可以改变光源(背光源)照明等级，以增强一个或多个图像属性。在一些实施方式中，可以减小或增大光源等级，以增强较暗或较亮的图像区域中的对比度。也可以增大或减小光源照明等级，以增大该图像的动态范围。在一些实施方式中，可以调节光源等级，以优化每一个图像帧的功耗。
当已修改光源等级时，不管是何种原因，都可以使用色调比例调节来调节图像像素的代码值，以进一步改善该图像。如果已经减小光源等级以节省功率，则可以增大像素值，以重新获得损失的亮度。如果已经改变光源等级以增强特定亮度范围中的对比度，则可以调节像素值以补偿另一个范围中减小的对比度或者进一步增强该特定的范围。
在本发明的一些实施方式中，如图13所示，图像色调比例调节可以依赖于图像内容。在这些实施方式中，可以分析图像130，以确定图像特征。图像特征可以包括：亮度信道特征，比如平均图片等级(APL)，即图像的平均亮度；最大亮度值；最小亮度值；亮度直方图数据，比如平均直方图值、最频繁的直方图值和其它；以及其它亮度特征。图像特征也可以包括颜色特征，比如单独的颜色信道的特征(比如RGB信号中的R、G和B)。可以独立地分析每一个颜色信道，以确定颜色信道特定图像特征。在一些实施方式中，对于每一个颜色信道可以用分离的直方图。在其它实施方式中，团迹(blob)直方图数据包括关于图像数据的空间分布的信息，可以用该团迹直方图数据作为图像特征。图像特征也可以包括视频帧之间的时间变化。
一旦已经分析了130图像并且已经确定了特征，则可以基于图像特征的值从一组预先计算的映射中计算出或选出色调比例映射132。然后，这种映射可以应用于该图像134，以补偿背光源调节或以其它方式增强该图像。
可以结合图14描述本发明的一些实施方式。在这些实施方式中，图像分析器142接收图像140，并且确定可用于选择色调比例映射的图像特征。接下来将这些特征发送至色调比例映射选择器143，该色调比例映射选择器143基于这些图像特征来确定合适的映射。然后，可以将该映射选择发送到图像处理器145，以便将该映射应用于图像140。图像处理器145将接收上述映射选择以及原始图像数据，并且用所选的色调比例映射144来处理该原始图像，由此产生经调节后的图像，该图像被发送至显示器146以显示给用户。在这些实施方式中，存储一个或多个色调比例映射144，以便基于图像特征进行选择。可以作为表格或某一其它数据形式预先计算和存储这些色调比例映射144。这些色调比例映射144可以包括：简单的灰度转换表格；用上文结合图5、7、10、11所描述的方法创建的增强映射；或其它映射。
可以结合图15描述本发明的一些实施方式。在这些实施方式中，图像分析器152接收图像150，并且确定可用于计算色调比例映射的图像特征。接下来将这些特征发送至色调比例映射计算器153，该色调比例映射计算器153基于这些图像特征来计算合适的映射。然后，可以将计算出的映射发送到图像处理器155，以便将该映射应用于图像150。图像处理器155将接收上述计算出的映射154以及原始图像数据，并且用色调比例映射154来处理该原始图像，由此产生经调节后的图像，将该图像发送至显示器156以显示给用户。在这些实施方式中，基于图像特征，基本上实时地计算色调比例映射154。计算出的色调比例映射154可以包括：简单的灰度转换表格；用上文结合图5、7、10、11所描述的方法创建的增强映射；或另一种映射。
可以结合图16描述本发明的另一些实施方式。在这些实施方式中，光源照明等级可以依赖于图像内容，同时，色调比例映射也依赖于图像内容。然而，在光源计算信道和色调比例映射信道之间，可能并不必然有任何通信。
在这些实施方式中，分析160图像，以确定光源或色调比例映射计算所必需的图像特征。然后，用该信息计算适于该图像的光源照明等级161。然后，将该光源数据发送162至上述显示器，以便在显示图像时改变光源(背光源)。也将图像特征数据发送至色调比例映射信道，其中基于图像特征信息来选择或计算色调比例映射163。然后，将该映射应用164于该图像，以产生增强的图像，将该增强的图像发送至显示器165。针对图像计算出的光源信号与增强的图像数据同步，使得光源信号与增强的图像数据的显示相一致。
这些实施方式中的一些(如图17所示)使用了存储的色调比例映射，其中可以包括：简单的灰度转换表格；用上文结合图5、7、10、11所描述的方法创建的增强映射；或另一种映射。在这些实施方式中，将图像170发送至图像分析器172，以确定与色调比例映射和光源计算有关的图像特征。接下来将这些特征发送至光源计算器177，以便确定合适的光源照明等级。也可以将一些特征发送至色调比例映射选择器173，以便用于确定合适的色调比例映射174。然后，将原始图像170和映射选择数据发送至图像处理器175，图像处理器175检索所选的映射174并且将该映射174应用于该图像170以产生增强的图像。然后，将该增强的图像发送至显示器176，显示器176也接收来自光源计算器177的光源等级信号，并且使用该信号在正显示增强的图像的同时调制光源179。
这些实施方式中的一些(如图18所示)可以在传输过程中计算色调比例映射。这些映射可以包括：简单的灰度转换表格；用上文结合图5、7、10、11所描述的方法创建的增强映射；或另一种映射。在这些实施方式中，将图像180发送至图像分析器182，以确定与色调比例映射和光源计算有关的图像特征。接下来将这些特征发送至光源计算器187，以便确定合适的光源照明等级。也可以将一些特征发送至色调比例映射计算器183，以便用于计算合适的色调比例映射184。然后，将原始图像180和计算的映射184发送至图像处理器185，图像处理器185将映射184应用于图像180以产生增强的图像。然后，将该增强的图像发送至显示器186，显示器187也接收来自光源计算器177的光源等级信号，并且使用该信号在正显示增强的图像的同时调制光源189。
可以结合图19描述本发明的一些实施方式。在这些实施方式中，分析190图像，以确定与光源和色调比例映射计算和选择有关的图像特征。接下来用这些特征计算192光源照明等级。接下来用光源照明等级计算或选择色调比例调节映射194。然后，将该映射应用196于该图像，以产生增强的图像。接下来将该增强的图像和光源等级数据发送198至显示器。
可以参照图20描述一种用于结合图19所描述的方法的装置。在这些实施方式中，在图像分析器202处接收图像200，其中确定了图像特征。然后，图像分析器202可以将图像特征数据发送至光源计算器203，以确定光源等级。接下来可以将光源等级数据发送至色调比例映射选择器或计算器204，它可以基于光源等级来计算或选择色调比例映射。接下来可以将所选择的映射207或所计算的映射与原始图像一起发送至图像处理器205，以便将该映射应用于该原始图像。该过程将产生增强的图像，将该增强的图像与光源等级信号一起发送至显示器206，在正显示该图像的同时使用该光源等级信号来调制显示器光源。
在本发明的一些实施方式中，光源控制单元负责选择光源减小，该光源减小将维持图像质量。用在适应阶段能够保持图像质量的知识来引导光源等级的选择。在一些实施方式中，重要的是认识到，当图像是明亮的或者图像包含高度饱和的颜色(即具有代码值255的蓝色)时，需要高光源等级。仅使用亮度来确定背光源等级，可能导致伪像，图像亮度很低，但代码值很大(即饱和的蓝色或红色)。在一些实施方式中，可以检查每一个颜色平面，并且可以基于所有颜色平面的最大值来做出决定。在一些实施方式中，背光源设置可以是基于被剪切的像素的单一指定百分比的。在其它实施方式中，如图22所示，背光源调制算法可以使用两个百分比：被剪切的像素的百分比236；以及被扭曲的像素的百分比235。选择具有这些不同值的背光源设置，允许色调比例计算器有一定的空间使色调比例函数平滑地滚降，而非强加硬剪切。考虑到输入图像，确定每一个颜色平面的代码值的直方图。考虑到上述两个百分比PClipped 236和PDistored 235，检查每一个颜色平面的直方图221-223，以确定与这些百分比224-226相对应的代码值。这给出了CClipped(颜色)228和CDistorted(颜色)227。在不同的颜色平面中，可以用最大剪切的代码值234和最大扭曲的代码值233来确定背光源设置229。这种设置确保了对于每一个颜色平面而言，将剪切或扭曲最多指定百分比的代码值。
方程13
${\mathrm{Cv}}_{\mathrm{Clipped}}=\max \left(C_{\mathrm{Clipped}}^{\mathrm{color}}\right)$
${\mathrm{Cv}}_{\mathrm{Distorted}}=\max \left(C_{\mathrm{Distorted}}^{\mathrm{color}}\right)$
通过检查色调比例(TS)函数(将该函数用于补偿)并且选择BL百分比来确定背光源(BL)百分比，使得色调比例函数将在代码值CvClipped 234处在255处进行剪切。该色调比例函数在值CvDistorted(该斜率值将补偿BL减小)以下将是线性的，对于CvClipped以上的代码值在255处是恒定的，并且具有连续的导数。检查上述导数示出了如何选择更低的斜率和因此而选择了背光源功率，对于CvDistorted以下的代码值，这给出了无图像失真。
在TS导数图中，如图21所示，值H是未知的。对于将CvClipped映射到255的TS，该TS导数以下的区域必须是255。这一限制允许我们按照下式确定H的值。
方程14
$\mathrm{Area}=H·{\mathrm{Cv}}_{\mathrm{Clipped}}+\frac{1}{2}·H·({\mathrm{Cv}}_{\mathrm{Distorted}}-{\mathrm{Cv}}_{\mathrm{Clipped}})$
$\mathrm{Area}=\frac{1}{2}·H·({\mathrm{Cv}}_{\mathrm{Distorted}}+{\mathrm{Cv}}_{\mathrm{Clipped}})$
$H=\frac{2·\mathrm{Area}}{({\mathrm{Cv}}_{\mathrm{Distorted}}+{\mathrm{Cv}}_{\mathrm{Clipped}})}$
$H=\frac{2·255}{({\mathrm{Cv}}_{\mathrm{Distorted}}+{\mathrm{Cv}}_{\mathrm{Clipped}})}$
从代码值提升和重显灰度以及失真点以下的代码值的精确补偿标准中确定BL百分比。BL比率将在CvClipped处剪切并且允许从CvDistorted以下没有失真平滑地过渡，该BL比率是由下式给出的：
方程15
$\mathrm{BacklightRatio}={\left(\frac{(\mathrm{CvDistorted}+\mathrm{CvClipped})}{2·255}\right)}^{\gamma }$
为了另外解决BL变化的问题，对BL比率设置上限。
方程16
$\mathrm{BacklightRatio}=\mathrm{Min}({\left(\frac{(\mathrm{CvDistorted}+\mathrm{CvClipped})}{2·255}\right)}^{\gamma },\mathrm{MaxBacklightRatio})$
可以将时间低通滤波231应用于依赖于图像的BL信号，上面导出这种信号用于补偿LCD和BL之间缺乏同步的问题。图22示出了示例性的背光源调制算法的图，在其它实施方式中可以用不同的百分比和值。
色调比例映射可以补偿所选的背光源设置，同时使图像失真最小化。如上所述，背光源选择算法是基于相应的色调比例映射操作的能力来设计的。所选的BL等级允许一种色调比例函数，它针对第一指定百分位数以下的代码值来补偿背光源等级而没有失真，并且剪切第二指定百分位数以上的代码值。这两个指定的百分位数允许一种在无失真范围和剪切范围之间平滑地平移的色调比例函数。
环境光检测实施方式
本发明的一些实施方式包括环境照明传感器，它可以将输入提供给图像处理模块和/或光源控制模块。在这些实施方式中，图像处理包括色调比例调节、增益映射和其它修改，该图像处理可以与环境照明特征有关。这些实施方式也包括光源或背光源调节，这种调节与环境照明特征有关。在一些实施方式中，可以将光源和图像处理组合在单个处理单元中。在其它实施方式中，可以由分离的单元来执行这些功能。
可以结合图23描述本发明的一些实施方式。在这些实施方式中，可以用环境照明传感器270作为图像处理方法的输入。在一些示例性实施方式中，基于来自环境照明传感器270的输入以及光源268等级，就可以处理输入图像260。可以调制或调节光源268(比如用于照亮LCD显示器面板266的背光源)，以节省功率或用于其它原因。在这些实施方式中，图像处理器262可以接收来自环境照明传感器270和光源268的输入。基于这些输入，图像处理器262可以修改该输入图像，以解释环境条件和光源268照明等级。根据上文针对其它实施方式所描述的任何方法或其它方法，可以修改输入图像260。在示例性的实施方式中，可以将色调比例映射应用于上述图像，以增大与减小的光源照明和环境照明变化有关的图像像素值。接下来就可以将经修改的图像264表达在显示器面板266(比如LCD面板)上。在一些实施方式中，当环境光很低时，可以减小光源照明等级，当用色调比例调节或其它像素值操纵技术来补偿光源照明减小时，还可以进一步减小光源照明等级。在一些实施方式中，当环境照明减小时，可以减小光源照明等级。在一些实施方式中，当环境照明达到上阈值和/或下阈值时，可以增大光源照明等级。
可以结合图24描述本发明的另一些实施方式。在这些实施方式中，在图像处理单元282处接收输入图像280。输入图像280的处理可以依赖于来自环境照明传感器290的输入。这种处理也可以依赖于来自光源处理单元294的输出。在一些实施方式中，光源处理单元294可以接收来自环境照明传感器290的输入。一些实施方式也可以接收来自设备模式指示器292(比如功率模式指示器)的输入，该指示器可以指示设备功耗模式、设备电池条件或某一其它设备条件。光源处理单元294可以使用环境光条件和/或设备条件来确定光源照明等级，用该光源照明等级来控制光源288，光源288将照亮显示器(比如LCD显示器286)。光源处理单元也可以将光源照明等级和/或其它信息传递给图像处理单元282。
图像处理单元282可以使用来自光源处理单元294的光源信息，以确定用于处理输入图像280的处理参数。图像处理单元282可以应用色调比例调节、增益映射或其它处理过程，以调节图像像素值。在一些示例性的实施方式中，该处理过程将改善图像亮度和对比度，并且部分地或整体地补偿光源照明减小。图像处理单元282处理的结果是经调节后的图像284，可以将它发送至显示器286，它可以在此处被光源288照明。
可以结合图25描述本发明的其它实施方式。在这些实施方式中，在图像处理单元300处接收输入图像302。输入图像300的处理可以依赖于来自环境照明传感器310的输入。这种处理也可以依赖于来自光源处理单元314的输出。在一些实施方式中，光源处理单元314可以接收来自环境照明传感器310的输入。一些实施方式也可以接收来自设备模式指示器312(比如功率模式指示器)的输入，该指示器可以指示设备功耗模式、设备电池条件或某一其它设备条件。光源处理单元314可以使用环境光条件和/或设备条件来确定光源照明等级，用该光源照明等级来控制光源308，光源308将照亮显示器(比如LCD显示器306)。光源处理单元也可以将光源照明等级和/或其它信息传递给图像处理单元302。
图像处理单元302可以使用来自光源处理单元314的光源信息，以确定用于处理输入图像300的处理参数。图像处理单元302也可以使用来自环境照明传感器310的环境照明信息，以确定用于处理输入图像300的处理参数。图像处理单元302可以应用色调比例调节、增益映射或其它处理过程，以调节图像像素值。在一些示例性的实施方式中，该处理过程将改善图像亮度和对比度，并且部分地或整体地补偿光源照明减小。图像处理单元302处理的结果是经调节后的图像304，可以将它发送至显示器306，它可以在此处被光源308照明。
可以结合图26描述本发明的另一些实施方式。在这些实施方式中，在图像处理单元322处接收输入图像320。输入图像320的处理可以依赖于来自环境照明传感器330的输入。这种处理也可以依赖于来自光源处理单元334的输出。在一些实施方式中，光源处理单元334可以接收来自环境照明传感器330的输入。在其它实施方式中，可以从图象处理单元322接收到环境信息。光源处理单元334可以使用环境光条件和/或设备条件来确定中间的光源照明等级。可以将该中间的光源照明等级发送至光源后处理器332，光源后处理器332的形式可以是数字转换器、定时处理器或某一其它模块，并且可以根据具体设备的需求来调整该中间的光源照明等级。在一些实施方式中，光源后处理器332可以调整用于定时限制的光源控制信号，这些定时限制是光源328类型和/或成像应用(比如视频应用)所强加的。接下来可以用经后处理过的信号来控制将照亮显示器(比如LCD显示器326)的光源328。光源处理单元也可以将经后处理过的光源照明等级和/或其它信息传递给图像处理单元322。图像处理单元322可以使用来自光源后处理器332的光源信息，以确定用于处理输入图像320的处理参数。图像处理单元322也可以使用来自环境照明传感器330的环境照明信息，以确定用于处理输入图像320的处理参数。图像处理单元322可以应用色调比例调节、增益映射或其它处理过程，以调节图像像素值。在一些示例性的实施方式中，该处理过程将改善图像亮度和对比度，并且部分地或整体地补偿光源照明减小。图像处理单元322处理的结果是经调节后的图像344，可以将它发送至显示器326，它可以在此处被光源328照明。
本发明的一些实施方式可以包括分离的图像分析342、362以及图像处理343、363模块。尽管这些单元可以被集成在单个部件中或在单个芯片上，但是将它们示出且描述成分离的模块以更佳地描述它们的相互作用。
可以结合图27描述本发明的这些实施方式中的一些。在这些实施方式中，在图像分析模块342处接收输入图像340。该图像分析模块可以分析图像以确定图像特征，可以将这些图像特征传递到图像处理模块343和/或光源处理模块354。输入图像340的处理可以依赖于来自环境照明传感器330的输入。在一些实施方式中，光源处理模块354可以接收来自环境照明传感器350的输入。光源处理单元354也可以接收来自设备条件或模式传感器352的输入。光源处理单元354可以使用环境光条件、图像特征和/或设备条件来确定光源照明等级。可以将这种光源照明等级发送至将照亮显示器(比如LCD显示器346)的光源348。光源处理模块354也可以将经后处理过的光源照明等级和/或其它信息传递给图像处理模块343。
图像处理模块322可以使用来自光源处理模块354的光源信息，以确定用于处理输入图像340的处理参数。图像处理模块343也可以使用从环境照明传感器350穿过光源处理模块354而传递过来的环境照明信息。可以用这种环境照明信息来确定处理输入图像340的处理参数。图像处理模块343可以应用色调比例调节、增益映射或其它处理过程，以调节图像像素值。在一些示例性的实施方式中，该处理过程将改善图像亮度和对比度，并且部分地或整体地补偿光源照明减小。图像处理模块343处理的结果是经调节后的图像344，可以将它发送至显示器346，它可以在此处被光源348照明。
可以结合图28描述本发明的一些实施方式。在这些实施方式中，在图像分析模块362处接收输入图像360。该图像分析模块可以分析图像以确定图像特征，可以将这些图像特征传递到图像处理模块363和/或光源处理模块374。输入图像360的处理可以依赖于来自环境照明传感器370的输入。这种处理也可以依赖于来自光源处理模块374的输出。在一些实施方式中，可以从图像处理模块363中接收到环境信息，图像处理模块363可以接收来自环境传感器370的环境信息。这种环境信息可以在到达光源处理模块374的途中穿过图像处理模块363和/或被图像处理模块363处理。也可以将设备条件或模式从设备模块372传递到光源处理模块374。
光源处理模块374可以使用环境光条件和/或设备条件来确定光源照明等级。可以用这种光源照明等级来控制将照亮显示器(比如LCD显示器366)的光源368。光源处理单元374也可以将光源照明等级和/或其它信息传递给图像处理单元363。
图像处理模块363可以使用来自光源处理模块374的光源信息，以确定用于处理输入图像360的处理参数。图像处理模块363也可以使用来自环境照明传感器370的环境照明信息，以确定用于处理输入图像360的处理参数。图像处理模块363可以应用色调比例调节、增益映射或其它处理过程，以调节图像像素值。在一些示例性的实施方式中，该处理过程将改善图像亮度和对比度，并且部分地或整体地补偿光源照明减小。图像处理模块363处理的结果是经调节后的图像364，可以将它发送至显示器366，它可以在此处被光源368照明。
失真-适应性功率管理实施方式
本发明的一些实施方式包括用于解决功率需求、显示器特征、环境照明和显示设备(包括移动设备和应用)的电池限制的方法和系统。在一些实施方式中，可以使用三类算法：显示器功率管理算法；背光源调制算法；以及亮度保持(BP)算法。尽管在移动的靠电池供电的设备中功率管理具有更高的优先级，但是也可以将这些系统和方法应用于可从能量节省、热管理和其它目的的功率管理中获益的其它设备。在这些实施方式中，这些算法可以相互作用，但是它们各自的功能可以包括：
·功率管理-这些算法管理着横跨一系列帧的背光源功率以优化功耗，这些帧使用视频内容中的变化。
·背光源调制-这些算法选择用于各个帧的背光源功率等级并且采用图像内的统计信息来优化功耗。
·亮度保持-这些算法处理每一个图像以补偿减小的背光源功率并且保持图像亮度，同时避免伪像。
可以参照图29描述本发明的一些实施方式，图29包括用于指示这些实施方式的各个部件的相互作用的简化框图。在一些实施方式中，功率管理算法406可以管理视频、图像序列或其它显示任务的固定的电池资源402，并且可以保证指定的平均功耗，同时保持质量和/或其它特征。背光源调制算法410可以接收来自功率管理算法406的指令，并且选择受功率管理算法406限制的功率等级，以有效地表示每一个图像。亮度保持算法414可以使用选定的背光源等级415和可能的剪切值413，以处理该图像从而补偿减小的背光源。
显示器功率管理
在一些实施方式中，显示器功率管理算法406可以管理视频、图像序列或其它显示任务的功率使用的分配。在一些实施方式中，显示器功率管理算法406可以分配固定的电池能量，以提供有保证的工作寿命，同时保持图像质量。在一些实施方式中，功率管理算法的一个目的是确保电池寿命的下限，以增强移动设备的可用性。
恒定的功率管理
满足任意目标的一种功率控制形式是选择满足期望寿命的固定功率。图30示出了基于恒定功率管理的系统的框图。关键的要点是，功率管理算法436仅仅基于初始电池丰满度432和期望的寿命434来选择恒定的背光源功率。对每一个图像446，都执行用于该背光源等级444的补偿442。
方程17恒定的功率管理
$P_{\mathrm{Selected}}\left(t\right)=\frac{\mathrm{InitialCh}\arg e}{\mathrm{DesiredLifetime}}$
背光源等级444与功耗都与图像数据440无关。一些实施方式可以支持多个恒定的功率模式，从而允许基于功率模式来选择功率等级。在一些实施方式中，可以不用依赖于图像的背光源调制以简化系统实现方式。在其它实施方式中，可以基于操作模式或用户偏好来设置和选择一些恒定的功率等级。一些实施方式可以使用这种具有单一减小的功率等级(即最大功率的75％)的概念。
简单的适应性功率管理
可以结合图31描述本发明的一些实施方式。这些实施方式包括适应性功率管理算法456。将因背光源调制460而导致的功率减小455反馈给功率管理算法456，从而允许改进的图像质量，同时仍然提供期望的系统寿命。
在一些实施方式中，通过像方程18中那样随时间更新静态最大功率计算，就可以在功率管理算法中包括具有依赖于图像的背光源调制的功率节省。适应性功率管理可以包括：计算剩余电池丰满度(mA-Hrs)与剩余期望寿命(Hrs)之比，从而将功率上限(mA)传给背光源调制算法460。通常，背光源调制460可以选择在该最大值以下的实际功率，从而给出进一步的功率节省。在一些实施方式中，通过剩余电池电荷的变化值或者通过运行平均选中功率，可以以反馈的形式来反映因背光源调制所导致的功率节省，因此，可以影响后续的功率管理决定。
方程18适应性功率管理
$P_{\mathrm{Maximum}}\left(t\right)=\frac{\mathrm{RemainingCh}\arg e\left(t\right)}{\mathrm{RemainingLifetime}\left(t\right)}$
在一些实施方式中，如果电池状态信息是不可得的或不准确的，则通过计算显示器所使用的能量、对所选功率乘以工作时间进行平均并且从初始电池电荷中减去这个，就可以估计出剩余的电池电荷。
方程19估计剩余的电池电荷
DisplayEnergyUsed(t)＝AverageSelectedPower·t
Re mainingCh arg e(t)＝InitialCh arg e-DisplayEnergyUsed(t)
这后一种技术的优点在于，不需要与电池相互作用就能够完成。
功率-失真管理
发明人已观察到，在研究“失真对功率”的过程中，许多图像在同一功率处呈现出显著不同的失真。实际上可以以低功率更好地显示模糊的图像、那些对比度较差的图像(比如曝光不够的照片)，这是因为高功率使用所导致的黑色电平的上升所导致的。功率控制算法可以针对电池容量来权衡图像失真，而非直接的功率设置。在本发明的一些实施方式中，如图29所示，除了传递给背光源控制算法410的最大功率401以外，功率管理技术可以包括失真参数403(比如最大失真值)。在这些实施方式中，功率管理算法406可以使用来自背光源控制算法410的反馈，其形式是当前图像的功率/失真特征405。在一些实施方式中，可以基于当前帧的目标功率和功率-失真特性，来修改最大图像失真。在这些实施方式中，除了关于实际所选功率的反馈以外，功率管理算法可以选择并提供失真目标403，并且除了关于电池丰满度402的反馈以外，还可以接收关于相应图像失真405的反馈。在一些实施方式中，在功率控制算法中可以用额外的输入，比如：环境等级408，用户偏好，和工作模式(即视频/图形)。
本发明的一些实施方式可以尝试在视频序列上最佳地分配功率，同时保持显示质量。在一些实施方式中，对于给定的视频序列，可以使用两个标准在总的已用功率和图像失真之间选择权衡。可以使用最大图像失真和平均图像失真。在一些实施方式中，可以使这些术语最小化。在一些实施方式中，通过对序列中的每一个图像都使用相同的失真，就可以实现使该图像序列上的最大失真达到最小。在这些实施方式中，功率管理算法406可以选择该失真403，从而允许背光源调制算法410选择能满足该失真目标403的背光源等级。在一些实施方式中，当针对每一个图像所选择的功率使得功率失真曲线的斜率均相等时，就可以实现平均失真的最小化。在这种情况下，功率管理算法406可以选择依赖于背光源调制算法410的功率失真曲线的斜率，以选择合适的背光源等级。
可以用图32A和32B来示出当考虑到功率管理过程中的失真时的功率节省。图32A是图像序列的连续帧的光源功率等级的图。图32A示出了在多个帧之间维持恒定失真480所需的光源功率等级以及恒定失真图的平均功率482。图32B是上述图像序列的相同的连续帧的图像失真的图。图32B示出了恒定的功率失真484(因维持恒定的功率设置所导致的)、恒定的失真等级488(因在该序列期间维持恒定的失真而导致的)以及(在维持恒定的功率时的)平均恒定功率失真486。已选定上述恒定的功率等级为等于恒定的失真结果的平均功率。由此，这两种方法使用相同的平均功率。检查失真时，我们发现，恒定的功率484给出了显著的图像失真变化。还注意到，恒定功率控制的平均失真486比恒定失真算法的失真488大10倍，尽管都使用相同的平均功率。
在实践中，优化以使视频序列上的最大或平均失真达到最小可能对某些应用而言太复杂，因为必须在功率失真函数的每一点处计算原始的和减小的功率图像之间的失真从而估计功率-失真权衡。每一次失真估计可能都要求计算背光源减小和相应的补偿图像亮度，并将其与原始图像进行比较。结果，一些实施方式可以包括用于计算或估计失真特征的更简单的方法。
在一些实施方式中，可以使用一些近似。首先，我们观察到，从图像代码值(而非图像自身)的直方图中可以计算出点-方式失真度量(比如均方误差(MSE))，正如方程20所表达的那样。在该情况下，该直方图是仅具有256个值的一维信号，相反，分辨率为320x240的图像具有7680个样本。如有需要，通过对上述直方图进行二次采样，这可以被进一步减小。
在一些实施方式中，通过假定在补偿阶段用剪切来简单地缩放该图像而非应用实际的补偿算法，就可以做出近似。在一些实施方式中，将黑色电平上升项包括在失真度量中可能是有价值的。在一些实施方式中，使用这一项可能意味着整个黑色帧的最小失真出现在零背光源处。
方程20简化的失真计算
$\mathrm{Distortion}\left(\mathrm{Power}\right)=\underset{\mathrm{pixels}}{\Sigma }{\left|\right|\mathrm{Im}{\mathrm{age}}_{\mathrm{Original}}-\mathrm{Power}·\mathrm{Ima}{\mathrm{ge}}_{\mathrm{Brightened}}\left|\right|}^2$
$\mathrm{Distortion}\left(\mathrm{Power}\right)=\underset{\mathrm{cv}\in \mathrm{CodeValues}}{\Sigma }\mathrm{Histogram}\left(\mathrm{cv}\right){\left|\right|\mathrm{Display}\left(\mathrm{cv}\right)-\mathrm{Power}·\mathrm{Display}\left(\mathrm{Brightened}\left(\mathrm{cv}\right)\right)\left|\right|}^2$
在一些实施方式中，为了计算给定功率等级处的失真，对于每一个代码值，可以确定带有剪切的线性提升所导致的失真。然后，可以通过代码值的频率对该失真加权且求和，以给出在指定功率等级处的平均图像失真。在这些实施方式中，用于亮度补偿的简单线性提升没有给出可接受的图像显示质量，但是作为一个简单的源，可用于计算由背光源变化所导致的图像失真的估计量。
在一些实施方式中，如图33所示，为了控制功耗与图像失真两者，功率管理算法500不仅可以跟踪电池丰满度506和剩余寿命508，还可以跟踪图像失真510。在一些实施方式中，可以将功耗512和失真目标511的上限提供给背光源调制算法502。接下来背光源调制算法502可以选择与功率限制和失真目标两者相一致的背光源等级512。
背光源调制算法(BMA)
背光源调制算法502负责选择用于每一个图像的背光源等级。这种选择可以是基于待显示的图像以及来自功率管理算法500的信号的。通过遵守由功率管理算法500所提供的最大功率的限制512，可以在期望的寿命内管理电池506。在一些实施方式中，背光源调制算法502可以根据当前图像的统计信息，选择更低的功率。在特定的图像上，这可以是功率节省之源。
一旦选中了合适的背光源等级415，就将背光源416设为所选中的等级，并且将该等级415传递给亮度保持算法414以确定必要的补偿。对于一些图像和序列而言，允许少量的图像失真可以很大程度上减小所需的背光源功率。因此，一些实施方式包括允许可控的图像失真量的算法。
图34是曲线图，示出了针对若干失真容许度的、作为帧数函数的有关的样本DVD剪辑上的功率节省量。具有零失真的像素的百分比从100％变到97％，再变到95％，并且确定横跨该视频剪辑的平均功率。平均功率分别从95％延伸到60％。由此，允许在5％的像素中有失真，给出了额外的35％功率节省。这证明了通过允许小图像失真而可能获得的显著的功率节省。如果亮度保持算法可以在引入小失真的同时保持主观的质量，则可以实现显著的功率节省。
可以结合图30描述本发明的一些实施方式。这些实施方式也可以包括来自环境光传感器438的信息，并且针对移动应用可以在复杂性方面有所减小。这些实施方式包括由功率管理算法436提供的静态直方图百分位数限制和动态最大功率限制。一些实施方式可以包括恒定的功率目标，而其它实施方式可以包括更复杂的算法。在一些实施方式中，通过计算每一种颜色成分的直方图，就可以分析该图像。针对每一个颜色平面，可以计算在该直方图中出现指定百分位数处的代码值。在一些实施方式中，可以选定目标背光源等级，使得代码值的线性提升将会引起从上述直方图中选出的代码值的剪切。可以选择实际的背光源等级作为这种目标等级以及功率管理算法436所提供的背光源等级限制中的最小值。这些实施方式可以提供有保证的功率控制，并且在可以达到的功率控制限制的情况下，可以允许有限的图像失真量。
方程21基于直方图百分数位的功率选择
$P_{t\arg \mathrm{et}}={\left(\frac{\mathrm{CodeValu}{e}_{\mathrm{Percenile}}}{255}\right)}^{\gamma }$
PSelected＝min(Pt arg et，PMaximum)
基于图像-失真的实施方式
本发明的一些实施方式可以包括由功率管理算法所提供的失真限制和最大功率限制。图32B和34证明了在给定的背光源功率等级处的失真量根据图像内容剧烈变化。在背光源选择过程中，可以采用每个图像的功率-失真行为的性质。在一些实施方式中，通过计算每一种颜色成分的直方图，就可以分析当前的图像。通过使用方程20的第二表达式计算一系列功率值处的失真，就可以计算用于定义失真的功率失真曲线(比如MSE)。背光源调制算法可以选择在指定失真限制处或以下具有失真的最小功率，并以该最小功率为目标等级。接下来可以选择背光源等级作为这种目标等级以及功率管理算法所提供的背光源等级限制中的最小值。另外，可以将所选等级处的图像失真提供给功率管理算法，以引导失真反馈。可以减小功率失真曲线和图像直方图的采样频率以控制复杂性。
亮度保持(BP)
在一些实施方式中，BP算法基于所选的背光源等级使图像增亮，以补偿减小的照明。BP算法可以控制被引入到显示器中的失真，BP算法保持质量的能力指示了背光源调制算法可以尝试节省多少功率。一些实施方式可以通过使那些超过255的图像剪切值缩放，来补偿背光源减小。在这些实施方式中，在减小功率或恼人的剪切所引入的伪像方面，背光源调制算法必须是保守的，由此限制了可能的功率节省。一些实施方式被设计成以固定的功率减小来保持最苛求的的帧上的质量。这些实施方式中的一些补偿了单一的背光源等级(即75％)。可以将其它实施方式概括成与背光源调制一起工作。
亮度保持(BP)算法的一些实施方式可以使用从显示器输出的亮度的描述，作为背光源和图像数据的函数。通过使用该模型，BP可以确定对图像的修改，以补偿背光源的减小。使用透射反射型显示器时，可以修改BP模型，以包括显示器的反射方面的描述。来自显示器的亮度输出变为背光源、图像数据和环境的函数。在一些实施方式中，BP算法可以确定对图像的修改，以补偿在给定环境中背光源的减小。
环境影响
因为实现方式的约束，所以一些实施方式可以包括复杂性有限的算法以便确定BP参数。例如，开发一种完全运行于LCD模块上的算法，这限制了该算法可用的处理和存储器。在本示例中，对于一些BP实施方式，可以使用针对不同的背光源/环境组合产生的备选灰度曲线。在一些实施方式中，可能需要对灰度曲线的数目和分辨率给出限制。
功率/失真曲线
本发明的一些实施方式可以获得、估计、计算或以其它方式确定图像的功率/失真特征，这包括但不限于，视频序列帧。图35示出了用于四个示例性图像的功率/失真特征的图。在图35中，对于整个光源功率带，用于图像C的曲线520保持负的斜率。用于图像A、B和D的曲线522、524和526按负斜率下降，直到它们到达最小值，然后，按正斜率上升。对于图像A、B和D，增大光源功率将实际上增大这些曲线中具有正斜率528的特定范围处的失真。这可能是因显示器特征所导致的，比如但不限于，LCD泄漏或其它显示器不规则性，这些显示器特征导致所显示的图像(正如观看者所看到的那样)与代码值始终如一地不同。
本发明的一些实施方式可以使用这些特征来确定用于特定图像或图像类型的合适的光源功率等级。在失真参数计算过程中可以考虑显示器特征(例如，LCD泄漏)，它们被用于确定适于一图像的光源功率等级。
示例性的方法
可以结合图36描述本发明的一些实施方式。在这些实施方式中，建立530功率预算。这可以用简单的功率管理、适应性功率管理和上述其它方法来执行，或者通过其它方法来执行。通常，建立功率预算可以包括估计背光源或光源功率等级，这将允许完成显示任务(比如显示视频文件)，同时使用固定的功率资源(比如一部分电池电荷)。在一些实施方式中，建立功率预算可以包括确定平均功率等级，这将允许完成具有固定功率量的显示任务。
在这些实施方式中，也可以建立初始失真标准532。通过估计减小的光源功率等级(它将满足功率预算)并且测量在该功率等级处的图像失真，就可以确定这种初始失真标准。可以在如下图像上测量这种失真：未校正的图像；如上文所述用亮度保持(BP)技术修改过的图像；或用简化的BP处理修改过的图像。
一旦建立了初始失真标准，就使用能使所显示的一个或多个图像的失真特征符合该失真标准的光源功率等级，来显示上述显示任务的第一部分534。在一些实施方式中，可以针对视频序列的每一个帧，选择光源功率等级，使得每一个帧符合失真要求。在一些实施方式中，可以选定光源值，以维持恒定的失真或失真范围，使失真保持在指定的等级以下，或者以其它方式符合失真标准。
然后，可以估计功耗536，以确定显示上述显示任务的第一部分所使用的功率是否满足功率预算管理参数。对于每一个图像、视频帧或其它显示任务元素，可以用固定的量来分配功率。也可以这样分配功率，使得在一系列显示任务元素上所消耗的平均功率符合要求，同时每一个显示任务元素所消耗的功率也可以改变。也可以使用其它功率分配方案。
当功耗估计536示出了上述显示任务的第一部分的功耗并不满足功率预算要求时，可以修改上述失真标准538。在一些实施方式中(在这些实施方式中可以估计、假定、计算或以其它方式确定功率/失真曲线)，可以修改上述失真标准，以按需求允许更大或更小的失真，从而符合功率预算要求。尽管功率/失真曲线是和具体图像有关的，但是也可以使用：一序列的第一帧的功率/失真曲线；一序列中的示例性图像的功率/失真曲线；或代表上述显示任务的合成图像的功率/失真曲线。
在一些实施方式中，当将比预算的功率量要多的功率用于上述显示任务的第一部分并且功率/失真曲线的斜率是正的时候，可以修改上述失真标准以允许更少的失真。在一些实施方式中，当将比预算的功率量要多的功率用于上述显示任务的第一部分并且功率/失真曲线的斜率是负的时候，可以修改上述失真标准以允许更多的失真。在一些实施方式中，当将比预算的功率量要少的功率用于上述显示任务的第一部分并且功率/失真曲线的斜率是负或正的时候，可以修改上述失真标准以允许更少的失真。
可以结合图37描述本发明的一些实施方式。这些实施方式通常包括功率有限的靠电池供电的设备。在这些实施方式中，估计或测量电池丰满度或电荷540。也可以估计或计算显示任务功率要求542。也可以估计或以其它方式确定初始光源功率等级544。通过使用电池丰满度和显示任务功率要求(如上文针对恒定功率管理所描述的那样)，或者通过其它方法，可以确定这种初始光源功率等级。
也可以确定与初始光源功率等级相对应的失真标准546。该标准可以是在初始光源功率等级处针对示例性图像而出现的失真值。在一些实施方式中，上述失真值可以是基于下列图像的：未校正的图像；用实际的或估计的BP算法修改过的图像；或另一个示例性的图像。
一旦确定了失真标准546，就估计上述显示任务的第一部分，并且就选择使上述显示任务的第一部分的失真符合上述失真标准的光源功率等级548。然后，通过使用所选择的光源功率等级来显示上述显示任务的第一部分550，并且估计或测量该部分的显示期间所消耗的功率552。当该功耗不满足功率要求时，可以修改该失真标准554，以使功耗符合功率要求。
可以结合图38A和38B描述本发明的一些实施方式。在这些实施方式中，建立功率预算560，也建立失真标准562。通常是参照特定的显示任务(比如视频序列)来建立这两者的。然后，选择图像564，比如视频序列的帧或一组帧。然后，针对所选择的图像，估计减小的光源功率等级566，使得减小的光源功率等级所导致的失真符合上述失真标准。这种失真计算可以包括将所估计的或实际的亮度保持(BP)方法应用于所选择的图像的图像值。
然后，可以用BP方法来修改所选择的图像568，以补偿减小的光源功率等级。然后，可以测量经BP修改过的图像的实际失真570，并且可以确定这种实际的失真是否符合上述失真标准572。如果实际的失真不符合上述失真标准，则可以调节上述估计过程574，并且可以重新估计上述减小的光源功率等级566。如果实际的失真确实满足上述失真标准，则可以显示所选择的图像576。然后，测量图像显示期间的功耗578，并且与功率预算约束进行比较580。如果该功耗满足功率预算约束，则可以选择下一个图像(比如后续一组视频帧)584，除非显示任务完成了582，上述处理过程将会在这一点处结束。如果选择下一个图像584，则该处理过程将会返回到点“B ”，在点“B ”处，针对该图像，将会估计减小的光源功率等级566，并且将会像第一图像那样继续该处理过程。
如果所选图像的功耗不符合功率预算约束580，则可以修改失真标准586(正如上文针对其它实施方式所描述的那样)，并且将选择下一个图像584。
改进的黑色电平实施方式
本发明的一些实施方式包括用于显示黑色电平改进的系统和方法。一些实施方式使用指定的背光源等级，并且产生亮度匹配色调比例，它既能保持亮度，又能改进黑色电平。其它实施方式包括背光源调制算法，该算法包括在其设计方面的黑色电平改进。可以使一些实施方式实现成上文所描述的实施方式的扩展或修改。
改进的亮度匹配(目标匹配理想显示)
用上文方程7所呈现的亮度匹配表述来确定代码值的线性缩放，这种代码值的线性缩放补偿了背光源的减小。这在功率减小到低至75％的实验中已证明是有效的。在一些使用依赖于图像的背光源调制的实施方式中，针对暗帧，背光源可以显著地减小，例如减小10％以下。对于这些实施方式，从方程7中导出的代码值的线性缩放可能不是合适的，因为它可能过分地提升暗值。尽管使用这些方法的实施方式可以在减小的功率显示器上复制完全功率输出，但是这可能起不到优化输出作用。因为完全功率显示器具有升高的黑色电平，所以再现这种暗场景的输出并不实现可能用更低背光源功率设置完成的减小的黑色电平的益处。在这些实施方式中，可以修改匹配的标准，可以导出方程7中所给出的结果的替换。在一些实施方式中，式理想的显示器的输出匹配。理想的显示器可以包括零黑色电平和相同的最大输出，白色电平等于W，正如完全功率显示器那样。可以根据最大输出W、重显灰度和最大代码值在方程22中表达这种示例性的理想显示器对代码值cv的响应。
方程22理想显示器
$L_{\mathrm{ideal}}\left(\mathrm{cv}\right)=W·{\left(\frac{\mathrm{cv}}{{\mathrm{cv}}_{\mathrm{Max}}}\right)}^{\gamma }$
在一些实施方式中，示例性的LCD可以具有相同的最大输出W和灰度，但黑色电平B是非零的。通过使用上述用于完全功率输出的GOG模型，可以对这种示例性的LCD建模。在相对的背光源功率用于小于100％的功率时，该输出进行缩放。通过完全功率显示的最大输出W和黑色电平B，可以确定增益和偏置模型参数，正如方程23所示的那样。
方程23完全功率GOG模型
$L_{\mathrm{fullpower}}\left(\mathrm{cv}\right)={(\mathrm{Gain}·\left(\frac{\mathrm{cv}}{\mathrm{cvMax}}\right)+\mathrm{offset})}^{\gamma }$
$\mathrm{offset}=B^{\frac{1}{\gamma }}$ $\mathrm{Gain}=W^{\frac{1}{\gamma }}-B^{\frac{1}{\gamma }}$
通过用相对功率来调整完全功率结果，就可以确定在相对背光源功率为P时的减小的功率显示器的输出。
方程24实际LCD输出对功率和代码值的关系
$L_{\mathrm{actual}}(P,\mathrm{cv})=P·{((W^{\frac{1}{\gamma }}-B^{\frac{1}{\gamma }})·\left(\frac{\mathrm{cv}}{\mathrm{cvMax}}\right)+B^{\frac{1}{\gamma }})}^{\gamma }$
在这些实施方式中，可以修改代码值，使得在可能的情况下，理想的和实际的显示器的输出是相等的。(如果理想的输出不小于或大于在实际的显示器上具有给定功率的可能的输出的话)。
方程25用于匹配输出的标准
$L_{\mathrm{ideal}}\left(x\right)=L_{\mathrm{actual}}(P,\tilde{x})$
$W{\left(\frac{x}{{\mathrm{cv}}_{\mathrm{Max}}}\right)}^{\gamma }=P·{((W^{\frac{1}{\gamma }}-B^{\frac{1}{\gamma }})·\left(\frac{\tilde{x}}{\mathrm{cvMax}}\right)+B^{\frac{1}{\gamma }})}^{\gamma }$
一些计算根据x、P、W、B求解
方程26用于匹配输出的代码值关系
$·\tilde{x}=\frac{{\left(\frac{W}{P}\right)}^{\frac{1}{\gamma }}}{(W^{\frac{1}{\gamma }}-B^{\frac{1}{\gamma }})}·x-\frac{\mathrm{cvMax}·B^{\frac{1}{\gamma }}}{(W^{\frac{1}{\gamma }}-B^{\frac{1}{\gamma }})}$
$·\tilde{x}=\frac{{\left(\frac{1}{P}\right)}^{\frac{1}{\gamma }}}{(1-{\left(\frac{B}{W}\right)}^{\frac{1}{\gamma }})}·x-\frac{\mathrm{cvMax}}{({\left(\frac{W}{B}\right)}^{\frac{1}{\gamma }}-1)}$
$\tilde{x}=\frac{{\left(\frac{\mathrm{CR}}{P}\right)}^{\frac{1}{\gamma }}}{({\left(\mathrm{CR}\right)}^{\frac{1}{\gamma }}-1)}·x-\frac{\mathrm{cvMax}}{({\left(\mathrm{CR}\right)}^{\frac{1}{\gamma }}-1)}$
这些实施方式证明了用于使实际显示器上的理想输出匹配于非零黑色电平的代码值关系的一些性质。在这种情况下，在较高一端和较低一端处，都有剪切。这些对应于方程27所给出的xlow和xhigh处的剪切输入。
方程27剪切点
$x_{\mathrm{low}}\left(P\right)=\mathrm{cvMax}·{\left(\frac{P}{\mathrm{CR}}\right)}^{\frac{1}{\gamma }}$ $x_{\mathrm{high}}\left(P\right)=\mathrm{cvMax}·{\left(P\right)}^{\frac{1}{\gamma }}$
这些结果与我们先前针对其它实施方式所展开的相一致，其中假定该显示器具有零黑色电平，即对比度之比是无穷大。
背光源调制算法
在这些实施方式中，一种亮度匹配理论包括黑色电平考虑，通过在给定功率处的显示与具有零黑色电平的参考显示之间做出匹配，来确定背光源调制算法。这些实施方式使用一种亮度匹配理论，以确定当用功率P来显示时与理想显示器上所显示的相比，图像必须具有的失真。背光源调制算法可以使用最大功率限制和最大失真限制，以选择在指定最大失真以下导致失真的最少功率。
功率失真
在一些实施方式中，考虑到由完全功率处的黑色电平和最大亮度所指定的目标显示以及待显示的图像，可以计算在给定功率P处显示该图像时的失真。通过剪切比有限的功率显示器的亮度大的值，并且通过剪切在理想参考的黑色电平以下的值，就可以在理想参考显示器上模仿该显示器的有限功率和非零黑色电平。可以定义图像的失真为在原始的图像代码值和剪切的代码值之间的MSE，然而，在一些实施方式中可以使用其它失真测量。
具有剪切的图像是由依赖于功率的代码值来定义的，方程28中给出了方程27中所引入的剪切限制。
方程28剪切的图像
$\tilde{I}(x,y,c,P)=\left\{\begin{array}{cc}{x}_{\mathrm{low}}\left(P\right)& I(x,y,c)\le x_{\mathrm{low}}\left(P\right)\\ I(x,y,c)& x_{\mathrm{low}}\left(P\right)<I(x,y,c)<x_{\mathrm{high}}\left(P\right)\\ x_{\mathrm{high}}\left(P\right)& x_{\mathrm{high}}\left(P\right)\le I(x,y,c)\end{array}\right.$
在像素区域中，理想显示器上的图像与功率为P的显示器上的图像之间的失真变为：
$D(I,P)=\frac{1}{N}·\underset{x,y,c}{\Sigma }{\max }_c{|I(x,y,c)-\tilde{I}(x,y,c,P)|}^2$
观察到，这可以通过使用图像代码值的直方图来计算。
$D(I,P)=\underset{n,c}{\Sigma }\tilde{h}(n,c)·{\max }_c{\left|(n-\tilde{I}(n,P))\right|}^2$
可以用色调比例函数的定义来推导出这种失真测量的等价形式，正如方程29所示。
方程29失真测量
$D(I,P)=\underset{n<{\mathrm{cv}}_{\mathrm{low}}}{\Sigma }\tilde{h}(n,c)·{\max }_c{\left|(n-{\mathrm{cv}}_{\mathrm{low}})\right|}^2+\underset{n>{\mathrm{cv}}_{\mathrm{high}}}{\Sigma }\tilde{h}(n,c)·{\max }_c{\left|(n-{\mathrm{cv}}_{\mathrm{high}})\right|}^2$
这一测量包括在高和低的代码值处的剪切误差的加权求和。通过使用方程29的表达式，可以针对一图像构造出功率/失真曲线。图39示出了用于各种示例性图像的功率/失真曲线。图39示出了纯白色图像的功率/失真图590、黄色花朵的明亮特写镜头的功率/失真图592、一群人的黑暗低对比度图像的功率/失真图594、纯黑色图像的功率/失真图596以及波浪上的冲浪者的明亮图像的功率/失真图598。
从图39中可以看出，不同的图像可以具有相当不同的功率-失真关系。在极端情况下，黑色帧596在零背光源功率处具有最小失真，当功率增大至10％时，失真急剧地上升。相反，白色帧590在零背光源处具有最大失真，同时失真稳定地下降，直到在100％功率处迅速地下降到零。明亮的冲浪图像598示出了随着功率增大，失真稳定地减小。两个其它图像592和594示出了在中等功率等级处的最小失真。
本发明的一些实施方式可以包括背光源调制算法，该算法按照下列进行操作：
1.计算图像直方图
2.计算图像的功率失真函数
3.计算当失真在失真限制以下时的最少功率
4.(任选的)基于所提供的功率上限和下限，来限制所选的功率。
5.选择用于背光源的计算的功率
在结合图40和41所描述的一些实施方式中，可以将由BL调制算法所选择的背光源值604提供给BP算法，并且用于色调比例设计。示出了平均功率602和失真606。也示出了本实验中所使用的平均功率600的上界。因为平均功率使用是显著地低于该上界的，所以与简单地使用等于该平均限制的固定功率相比，背光源调制算法使用更少的功率。
平滑色调比例函数的形成
在本发明的一些实施方式中，平滑的色调比例函数包括两个设计方面。第一方面假定给出色调比例的参数，并且确定符合那些参数的平滑色调比例函数。第二方面包括用于选择上述设计参数的算法。
色调比例设计假定参数
当被剪切至有效范围[cvMin，cvMax]时，方程26所定义的代码值关系具有斜率不连续性。在本发明的一些实施方式中，可以定义在黑暗一端处的平滑的滚降，这类似于方程7中明亮一端处所作的那样。这些实施方式假定了最大保真度点(MFP)和最少保真度点(LFP)，在这两者之间，色调比例与方程26相一致。在一些实施方式中，可以将色调比例构造成连续的，并且在上述MFP和LFP处具有连续的一阶导数。在一些实施方式中，色调比例可以穿过极值点(ImageMinCV，cvMin)和(ImageMaxCV，cvMax)。在一些实施方式中，在高端和低端处可以从仿射的提升中修改上述色调比例。另外，可以用图像代码值的限制来确定极值点，而非使用固定的限制。在这种构造过程中，有可能使用固定的限制，但是大的功率减小可能会有问题。在一些实施方式中，这些条件唯一地定义了分段的二次色调比例，其被推导如下。
条件：
方程30色调比例定义
$\mathrm{TS}\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{cvMin}& \mathrm{cvMin}\le x\le \mathrm{ImageMinCV}\\ A·{(x-\mathrm{LFP})}^2+B·(x-\mathrm{LFP})+C& \mathrm{ImageMinCV}<x<\mathrm{LFP}\\ \alpha ·x+\beta & \mathrm{LFP}\le x\le \mathrm{MFP}\\ D·{(x-\mathrm{MFP})}^2+E·(x-\mathrm{MFP})+F& \mathrm{MFP}<x<\mathrm{ImageMaxCV}\\ \mathrm{cvMax}& \mathrm{ImageMaxCV}\le x\le \mathrm{cvMax}\end{array}\right.$
方程31色调比例斜率
${\mathrm{TS}}^{\prime }\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}2·A·(x-\mathrm{LFP})+B& 0<x<\mathrm{LFP}\\ \alpha & \mathrm{LFP}\le x\le \mathrm{MFP}\\ 2·D·(x-\mathrm{MFP})+E& x>\mathrm{MFP}\end{array}\right.$
迅速观察色调比例和一阶导数在LFP和MFP处的连续性就有所收获。
方程32用于色调比例参数B、C、E、F的解
B＝α
C＝α·LFP+β
E＝α
F＝α·MFP+β
末端点确定了常数A和D：
方程33色调比例参数A和D的解
$A=\frac{\mathrm{cvMin}-B·(\mathrm{ImageMinCV}-\mathrm{LFP})-C}{{(\mathrm{ImageMinCV}-\mathrm{LFP})}^2}$
$D=\frac{\mathrm{cvMax}-E·(\mathrm{ImageMaxCV}-\mathrm{MFP})-F}{{(\mathrm{ImageMaxCV}-\mathrm{MFP})}^2}$
在一些实施方式中，这些关系定义了色调比例的平滑延伸，从而假定了MFP/LFP和ImageMaxCV/ImageMinCV都是可用的。这使得需要选择这些参数。其它实施方式包括用于选择这些设计参数的方法和系统。
参数选择(MFP/LFP)
上文和有关申请所描述的本发明的一些实施方式仅仅解决具有等于255的ImageMaxCV的MFP，用cvMax来替代这些实施方式中所引入的ImageMaxCV。那些先前描述的实施方式在较低一端处具有线性的色调比例，因为上述匹配是基于完全功率显示器而非理想的显示器。在一些实施方式中，选择MFP，使得上述平滑的色调比例在上限ImageMaxCV处具有斜率零。从数学角度看，定义上述MFP如下：
方程34MFP选择标准
TS′(ImageMaxCV)＝0
2·D·(ImageMaxCV-MFP)+E＝0
这种标准的解使上述MFP关联于上剪切点和最大代码值：
方程35先前的MFP选择标准
MFP＝2·xhigh-ImageMaxCV
$\mathrm{MFP}=2·\mathrm{cvMax}·{\left(P\right)}^{\frac{1}{\gamma }}-\mathrm{ImageMaxCV}$
对于适度的功率减小(比如P＝80％)，这种先前的MFP选择标准很有效。对于大的功率减小，这些实施方式可以改进先前所描述的实施方式的结果。
在一些实施方式中，我们选择适于大功率减小的MFP选择标准。在方程35中直接使用上述值ImageMaxCV可能引起一些问题。在功率很低的图像中，我们期望很低的最大代码值。如果已知图像中的最大代码值ImageMaxCV是很小的，则方程35给出了合理的MFP值，但是在一些情况下，ImageMaxCV是未知的或者是很大的，这可能导致不合理的，即负的，MFP值。在一些实施方式中，如果最大代码值是未知的或太高，则可以选择备选值用于ImageMaxCV，并且应用于上述结果中。
在一些实施方式中，可以将k定义成这样一个参数，该参数定义了MFP可以具有的剪切值xhigh的最小部分。然后，可以用k来确定通过方程35所计算的MFP是否是合理的，即
方程36“合理的”MFP标准
MFP≥k·xhigh
如果计算出的MFP是不合理的，则可以定义MFP为最小合理值，并且可以确定ImageMaxCV的必要值，见方程37。然后，通过下文所述的内容，可以用MFP和ImageMaxCV的值来确定色调比例。
方程37校正ImageMaxCV
MFP＝k·xhigh
$k·x_{\mathrm{high}}=2·\mathrm{cvMax}·{\left(P\right)}^{\frac{1}{\gamma }}-\mathrm{ImageMaxCV}$
ImageMaxCV＝(2-k)·xhigh
概括一些实施方式的MFP选择的步骤如下：
1.通过使用ImageMaxCV(或CVMax，如果不可用的话)来计算候选的MFP
2.通过使用方程36来测试合理性
3.如果不合理，则基于剪切代码值的一部分k来定义MFP
4.通过使用方程37来计算新的ImageMaxCV
5.通过使用MFP、ImageMaxCV和功率，来计算平滑的色调比例函数
通过使用ImageMinCV和xlow，可以应用相似的技术以在黑暗一端处选择LFP。
图42-45示出了基于平滑色调比例设计算法和自动参数选择的示例性色调比例设计。图42和43示出了示例性的色调比例设计，其中已选中了11％的背光源功率等级。示出了线条616，它对应于在MFP 610和LFP 612之间的色调比例设计的线性部分。在MFP 610以上和LFP 612以下，色调比例设计614从线条616中弯曲地分离，但是在LFP 612和MFP 610之间则与线条616相一致。图41是图42的色调比例设计的模糊区域的放大图像。LFP 612是清晰可见的，可以看到色调比例设计的较低曲线620从线性延伸622中弯曲地分开。
图44和45示出了示例性的色调比例设计，其中已经选定背光源等级在最大功率的89％处。图44示出了与上述色调比例设计的线性部分相一致的线条634。线条634代表了理想的显示器响应。在MFP 630以上且在LFP 632以下，色调比例设计636从理想的线性显示器表示634中弯曲地离开636、638。图45示出了在LFP 640以下色调比例设计636的黑色端的放大图，其中色调比例设计642从理想的显示器延伸644中弯曲地分开。
在本发明的一些实施方式中，通过改变理想的和实际的显示图像之间的误差计算，可以修改失真计算。在一些实施方式中，可以用失真的像素之和来替代MSE。在一些实施方式中，可以对较高的和较低的区域处的剪切误差不同地加权。
本发明的一些实施方式可以包括环境光传感器。如果环境光传感器是可用的，则可以用该传感器来修改失真度量，该失真度量包括周围照明和屏幕反射的效果。这可以用来修改失真度量和背光源调制算法。通过指示在黑色端处的有关的感性的剪切点，还可以用环境信息来控制上述色调比例设计。
颜色保持实施方式
本发明的一些实施方式包括用于保持颜色特征同时增强图像亮度的系统和方法。在一些实施方式中，亮度保持包括将完全功率色移范围(gamut)映射成减小的功率显示的较小色移范围。在一些实施方式中，对颜色保持使用不同的方法。一些实施方式保持颜色的色调/饱和度，以替换亮度提升的减小。
上文所描述的一些非颜色保持实施方式处理每一个独立操作的颜色信道，以给出在每一个颜色信道上的亮度匹配。在那些非颜色保持实施方式中，高度饱和的颜色或加亮颜色可以变为欠饱和的，和/或在后续处理中改变色调。颜色-保持实施方式解决这些颜色伪像，但是在一些情况下可能稍微减小亮度提升。
当重新组合低通和高通信道时，一些颜色保持实施方式也可以使用剪切操作。独立地剪切每一个颜色信道可以再次导致颜色的变化。在使用颜色-保持剪切的实施方式中，可以用剪切操作来维持色调/饱和度。在一些情况下，这种颜色-保持剪切可以减小被剪切的值的亮度，使其低于其它非颜色保持实施方式的情况。
可以结合图46描述本发明的一些实施方式。在这些实施方式中，读取输入图像650，确定与指定像素位置的不同颜色信道相对应的代码值652。在一些实施方式中，输入图像可以处于这样一种形式之中，该形式具有在图像文件中记录的分离的颜色信道信息。在示例性的实施方式中，可以用红、绿和蓝(RGB)颜色信道来记录该图像。在其它实施方式中，可以以青色、品红色、黄色和黑色(CMYK)形式、标签(Lab)、YUV或另一种形式来记录图像文件。输入图像的形式可以包括分离的亮度信道(比如标签)，或者该形式不具有分离的亮度信道(比如RGB)。当图像文件不具有很容易获得的分离的颜色信道数据时，可以将该图像文件转换成具有颜色信道数据的形式。
一旦确定了每个颜色信道的代码值652，就确定了这些颜色信道代码值中最大的代码值654。然后，可以用该最大代码值来确定代码值调节模型656的参数。可以以许多方式产生该代码值调节模型。可以在一些实施方式中使用色调比例调节曲线、增益函数或其它调节模型。在示例性的实施方式中，可以使用一种色调比例调节曲线，该曲线响应于减小的背光源功率设置而增强图像的亮度。在一些实施方式中，上述代码值调节模型可以包括上文结合其它实施方式所描述的色调比例调节曲线。可以将上述代码值调节曲线应用于658每一个颜色信道代码值。在这些实施方式中，代码值调节曲线的应用将会导致将相同的增益值应用于每一个颜色信道。一旦执行了上述调节，则将会针对该图像中的每一个像素660继续进行该处理过程。
可以结合图47描述本发明的一些实施方式。在这些实施方式中，读取输入图像670，并选择第一像素位置672。针对所选的像素位置，确定674第一颜色信道的代码值，针对所选的像素位置，确定676第二颜色信道的代码值。然后，分析这些代码值，并且基于代码值选择标准来选择678它们中的一个。在一些实施方式中，可以选择最大代码值。接下来可以用这种被选择的代码值作为代码值调节模型发生器680的输入，该发生器将会产生一模型。然后，可以将该模型应用于682第一和第二颜色信道代码值，同时将基本上相等的增益应用于每一个信道。在一些实施方式中，可以将从调节模型中获得的增益值应用于所有的颜色信道。然后，该处理过程继续到下一个像素684，直到处理了整个图像。
可以结合图48描述本发明的一些实施方式。在这些实施方式中，将输入图像690输入到该系统中。然后，对该图像滤波692，以产生第一频率范围图像。在一些实施方式中，这可能是低通图像或某一其它频率范围图像。也可以产生第二频率范围图像694。在一些实施方式中，通过从输入图像中减去第一频率范围图像，就可以产生第二频率范围图像。在一些实施方式中，第一频率范围图像是低通(LP)图像，而第二频率范围图像可以是高通(HP)图像。针对一像素位置，可以确定696第一频率范围图像中的第一颜色信道的代码值，在该像素位置处，也可以确定第一频率范围图像中的第二颜色信道的代码值。然后，通过比较这些代码值或其特征，选择700颜色信道代码值之一。在一些实施方式中，可以选择最大代码值。然后，通过将所选择的代码值用作输入，就可以产生或访问702一调节模型。这可以产生一增益乘数，可以将它应用704于第一颜色信道代码值和第二颜色信道代码值。
可以结合图49描述本发明的一些实施方式。在这些实施方式中，可以将输入图像710输入到像素选择器712，它可以标识待调节的像素。第一颜色信道代码值读取器714可以读取第一颜色信道的所选像素的代码值。第二颜色信道代码值读取器716也可以读取在所选像素位置处的第二颜色信道的代码值。可以在分析模块718中分析这些代码值，其中基于代码值特征选择这些代码值之一。在一些实施方式中，可以选择最大代码值。接下来可以将这种被选择的代码值输入到模型发生器720或模型选择器，它可以确定增益值或模型。然后，可以将该增益值或模型应用722于两个颜色信道代码值，而不管该代码值是否被分析模块718选中。在一些实施方式中，可以在应用该模型的过程中读取728输入图像。然后，可以将控制传递726回像素选择器712，以在该图像中的其它像素处重复操作。
可以结合图50描述本发明的一些实施方式。在这些实施方式中，可以将输入图像710输入到滤波器730，以获得第一频率范围图像732和第二频率范围图像734。可以转换第一频率范围图像，以允许访问分离的颜色信道代码值736。在一些实施方式中，输入图像可以允许访问颜色信道代码值而不进行任何转换。可以确定第一频率范围的第一颜色信道的代码值738，可以确定第一频率范围的第二颜色信道的代码值740。
可以将这些代码值输入到代码值特征分析器742，它可以确定代码值特征。然后，代码值选择器744可以基于代码值分析，选择上述代码值之一。然后，可以将这种选择输入到调节模型选择器或发生器746，它将基于上述代码值选择来产生或选择增益值或增益映射。然后，针对被调节的像素处的两个颜色信道，可以将增益值或映射应用748于第一频率范围代码值。可以重复这一处理过程，直到已调节了整个第一频率范围图像750。也可以将增益映射应用753于第二频率范围图像734。在一些实施方式中，可以将恒定的增益因子应用于第二频率范围图像中所有的像素。在一些实施方式中，第二频率范围图像可以是输入图像710的高通版本。可以添加或以其它方式组合754经调节的第一频率范围图像750和经调节的第二频率范围图像753，以产生经调节的输出图像756。
可以结合图51描述本发明的一些实施方式。在这些实施方式中，可以将输入图像710发送至滤波器760或其它处理器，以便将该图像划分成多个频率范围图像。在一些实施方式中，滤波器760可以包括低通(LP)滤波器和处理器，用于从输入图像中减去用LP滤波器产生的LP图像，以产生高通(HP)图像。滤波器模块760可以输出两个或更多个特定频率的图像762、764，每个图像具有特定频率范围。第一频率范围图像762可以具有用于第一颜色信道766和第二颜色信道768的颜色信道数据。可以将这些颜色信道的代码值发送至代码值特征估计器770和/或代码值选择器772。这一处理过程将会导致选择上述颜色信道代码值之一。在一些实施方式中，将选择来自特定像素位置的颜色信道数据的最大代码值。可以将这一被选中的代码值传递给调节模型发生器774，它将产生一个代码值调节模型。在一些实施方式中，这种调节模型可以包括增益映射或增益值。接下来可以将这种调节模型应用776于所分析的像素的每一个颜色信道代码值。针对该图像中的每个像素，可以重复这一处理过程，从而产生第一频率范围调节图像778。
用分离的增益函数765可以任选地调节第二频率范围图像764，以提升其代码值。在一些实施方式中，可以不应用任何调节。在其它实施方式中，可以将恒定的增益因子应用于第二频率范围图像中所有的代码值。这种第二频率范围图像可以与经调节的第一频率范围图像778组合起来，以形成经调节的组合图像781。
在一些实施方式中，将调节模型应用于第一频率范围图像和/或将增益函数应用于第二频率范围图像，可能使一些图像代码值超过显示设备或图像格式的范围。在这些情况下，这些代码值可能需要被“剪切”至所需的范围。在一些实施方式中，可以使用颜色-保持剪切过程782。在这些实施方式中，可以以一种方式剪切落在指定范围之外的代码值，该方式保持诸多颜色值之间的关系。在一些实施方式中，针对被分析的像素，可以计算出一乘数，它不大于最大所需范围值除以最大颜色信道代码值。这将产生一“增益”因子，它小于1并且将“过大的”代码值减小到所需范围的最大值。可以将这种“增益”或剪切值应用于所有的颜色信道代码值，以保持像素的颜色，同时将所有的代码值都减小到小于或等于上述最大值或指定范围的数值。应用这种剪切处理产生了经调节的输出图像784，该图像的所有代码值都在指定范围内并且维持这些代码值的颜色关系。
可以结合图52描述本发明的一些实施方式。在这些实施方式中，用颜色-保持剪切来维持颜色关系，同时将代码值限定到指定的范围。在一些实施方式中，组合的调节的图像792可以对应于结合图51所描述的组合的调节的图像781。在其它实施方式中，组合的调节的图像792可以是任何其它图像，它具有需要被剪切至指定范围的代码值。
在这些实施方式中，针对指定的像素位置，确定第一颜色信道代码值794以及确定第二颜色信道代码值796。在代码值特征估计器798中估计这些颜色信道代码值794、796，以确定选择性代码值特征并且选择颜色信道代码值。在一些实施方式中，上述选择性特征将是最大值，并且选择更高的代码值作为调节发生器800的输入。可以用所选择的代码值作为输入，以产生剪切调节800。在一些实施方式中，这种调节将上述最大代码值减小到指定范围内的一数值。接下来可以将这种剪切调节应用于所有的颜色信道代码值。在示例性的实施方式中，将使第一颜色信道和第二颜色信道的代码值减小802相同的因子，由此，保持了这两个代码值的比率。将这种处理过程应用于图像中所有的像素，将产生一输出图像804，它所具有的代码值落在指定的范围中。
可以结合图53描述本发明的一些实施方式。在这些实施方式中，通过基于最大颜色成分操纵施加到所有三种颜色成分的增益，在RGB域中实现多种方法。在这些实施方式中，通过频率分解812，处理输入图像810。在示例性的实施方式中，将低通(LP)滤波器814应用于该图像，以产生LP图像820，然后，从输入图像810中减去该LP图像以产生高通(HP)图像826。在一些实施方式中，可以将空间5x5矩形滤波器用作上述LP滤波器。在LP图像820中的每一个像素处，选择816最大值或三种颜色信道(RGB)且输入到LP增益映射818，它选择将要应用于该特定像素的所有颜色信道值的合适的增益函数。在一些实施方式中，具有值[r，g，b]的像素处的增益可以是由max(r，g，b)所指示的1-D LUT来确定的。可以从上述光度测定匹配色调比例曲线中x除以x的值处推导出值x处的增益。
也可以将增益函数834应用于HP图像826。在一些实施方式中，增益函数834可以是恒定的增益因子。该修改后的HP图像与调节后的LP图像组合起来830，以形成输出图像832。在一些实施方式中，输出图像832可以包括在应用的范围之外的代码值。在这些实施方式中，可以如上文参照图51、52所解释的那样来应用剪切过程。在上文所描述的本发明的一些实施方式中，可以设计用于LP图像的代码值调节模型，使得针对那些其最大颜色成分低于一参数(比如最大保真度点)的像素，上述增益补偿了背光源功率等级的减小。在色移范围的边界处，低通增益以这样一种方式平滑地滚降到1，使得处理过的低通信号仍然在该色移范围之内。
在一些实施方式中，处理HP信号可以与处理低通信号的选择无关。在用于补偿减小的背光源功率的实施方式中，可以用恒定的增益来处理HP信号，该恒定的增益将会在功率减小时保持对比度。HP信号增益的公式是以完全的和减小的背光源功率以及重显灰度来表达的，该公式是在5中给出的。在这些实施方式中，HP对比度提升在对抗噪声方面是很强的，因为该增益通常是很小的，例如，对于80％功率减小和灰度2.2的情况该增益是1.1。
在一些实施方式中，对处理LP信号和HP信号的结果求和且进行剪切。可以将剪切应用于每一个像素处的RGB样本的整个向量，从而均等地缩放所有三种成分，使得最大的成分被缩放至255。剪切发生在被添加到LP值的提升的HP值超过255时，并且通常与仅具有高对比度的明亮信号有关。通常，确保LP信号不超过LUT构建的上限。HP信号可以引起上述求和中的剪切，但是HP信号的负值将永远不剪切，由此即使在剪切确实发生的时候也维持某一对比度。
本发明的实施方式可以尝试优化图像的亮度，或者它们可以尝试优化颜色保持或匹配，同时增大亮度。通常，当使亮度达到最大时，要权衡色移。当防止色移时，通常亮度将变差。本发明的一些实施方式可以通过形成如方程38所示的应用于每个颜色成分的加权增益，来尝试平衡在色移与亮度之间的权衡。
方程38加权的增益
WeightedGain(cvx，α)＝α·Gain(cvx)+(1-a)·Gain(max(cvR，cvG，cvB)
这种加权的增益在最大亮度匹配(α0处)和最小颜色伪像(在α1处)之间变化。注意到，当所有的代码值都在MFP参数以下时，所有三种增益都是相等的。
基于显示器模型的、与失真有关的实施方式
术语“背光源缩放”可以是指这样一种技术，该技术减小LCD背光源且同时修改被发送至LCD的数据以补偿该背光源减小。该技术的主要一方面是选择背光源等级。本发明的实施方式可以用背光源调制来选择LCD中的背光源照明等级，以便于功率节省或改进动态对比度。可以将用于解决该问题的方法分成依赖于图像的技术和不依赖于图像的技术。依赖于图像的技术可以具有这样一个目的，即限定后续背光源补偿图像处理所强加的剪切的量。
本发明的一些实施方式可以使用优化，以选择背光源等级。针对一图像，优化例程可以选择背光源等级，以使在假象参考显示器上出现的图像与在实际显示器上出现的图像之间的失真达到最小。
可以用下列术语来描述本发明的实施方式的诸多元素：
1.参考显示器模型：参考显示器模型可以代表来自显示器(比如LCD)的期望的输出。在一些实施方式中，参考显示器模型可以模拟具有零黑色电平的理想显示器或具有无限动态范围的显示器。
2.实际显示器模型：实际显示器的输出的模型。在一些实施方式中，针对不同的背光源等级，可以模拟实际的显示器输出，并且可以模拟实际的显示器为具有非零黑色电平。在一些实施方式中，背光源选择算法可以通过该参数而依赖于显示器对比率。
3.亮度保持(BP)：处理原始图像以补偿减小的背光源等级。实际显示器上出现的图像是在给定背光源等级处在增亮的图像上的显示器模型的输出。一些示例性的情况是：
·没有亮度保持：将未处理的图像数据发送至LCD面板。在这种情况下，背光源选择算法
·线性提升亮度补偿：用简单的仿射变换来处理该图像，以补偿背光源减小。尽管这种简单的亮度保持算法牺牲了图像质量(如果实际上被用于背光源补偿的话)，但是这是一种选择背光源值的有效的工具。
·色调比例映射：用色调比例映射来处理图像，该映射可以包括线性的和非线性的部分。可以用多个部分来限制剪切并增强对比度。
4.失真度量：可以用显示器模型和亮度保持算法来确定在实际显示器上出现的图像。接下来可以计算该输出与参考显示器上的图像之间的失真。在一些实施方式中，可以仅基于图像代码值来计算上述失真。上述失真依赖于误差度量的选择，在一些实施方式中可以使用均方误差。
5.优化标准：受不同约束的影响，上述失真可以达到最小。例如，在一些实施方式中，可以使用下列标准：
·使视频序列的每一个帧上的失真达到最小
·使经受平均背光源约束的最大失真达到最小
·使经受平均背光源约束的平均失真达到最小
显示器模式：
在本发明的一些实施方式中，可以用GoG模型作为参考显示器模型和实际显示器模型两者。基于背光源等级，可以修改这一模型，以进行缩放。在一些实施方式中，可以将参考显示器模拟成具有零黑色电平和最大输出W的理想显示器。可以将实际的显示器模拟成在完全背光源处具有相同的最大输出W以及在完全背光源处的黑色电平B。对比率是W/B。当黑色电平是零时，对比率是无穷大。在下面的方程中，通过用CVMax表示最大图像代码值，以数学方式表达这些模型。
方程39参考(理想)显示器输出的模型
$Y_{\mathrm{Ideal}}\left(\mathrm{cv}\right)=W·{\left(\frac{\mathrm{cv}}{{\mathrm{cv}}_{\mathrm{Max}}}\right)}^{\gamma }$
对于实际的LCD(在完全背光源等级即P＝1时，具有最大输出W和最小输出B)，将上述输出模拟成用相对背光源等级P来进行缩放。对比率CR＝W/B与背光源等级无关。
$Y_{\mathrm{Actual}}(P,\mathrm{cv})=P·{(\mathrm{Gain}·\frac{\mathrm{cv}}{{\mathrm{cv}}_{\mathrm{Max}}}+\mathrm{Offset})}^{\gamma }$
方程40实际LCD的模型
B(P)＝P·B W(P)＝P·W
CR＝W/B
亮度保持
在这种示例性实施方式中，使用基于简单的提升和剪切的BP处理过程，其中在可能的情况下，选择上述提升以补偿背光源减小。下面的推导示出了色调比例修改，这种修改在给定背光源处提供了参考显示器和实际显示器之间的亮度匹配。实际显示器的最大输出和黑色电平两者是用背光源来缩放的。我们注意到，将实际显示器的输出限制为低于经缩放的输出最大值且高于经缩放的黑色电平。这对应于剪切上述亮度，从而使色调比例输出匹配至0和CVmax。
方程41用于匹配输出的标准
Yideal(cv)＝Yactual(P，cv′)
$W·{\left(\frac{\mathrm{cv}}{{\mathrm{cv}}_{\mathrm{Max}}}\right)}^{\gamma }=P·{((W^{\frac{1}{\gamma }}-B^{\frac{1}{\gamma }})·\left(\frac{{\mathrm{cv}}^{\prime }}{\mathrm{cvMax}}\right)+B^{\frac{1}{\gamma }})}^{\gamma }$
${\mathrm{cv}}^{\prime }=\frac{\mathrm{cvMax}}{(W^{\frac{1}{\gamma }}-B^{\frac{1}{\gamma }})}·({(\frac{W}{P}-{\left(\frac{\mathrm{cv}}{{\mathrm{cv}}_{\mathrm{Max}}}\right)}^{\gamma })}^{\frac{1}{\gamma }}-B^{\frac{1}{\gamma }})$
${\mathrm{cv}}^{\prime }=\frac{1}{P^{\frac{1}{\gamma }}·(1-{\left(\frac{B}{W}\right)}^{\frac{1}{\gamma }})}·\mathrm{cv}-{\left(\frac{B}{W}\right)}^{\frac{1}{\gamma }}·\frac{\mathrm{cvMax}}{(1-{\left(\frac{B}{W}\right)}^{\frac{1}{\gamma }})}$
对cv’的剪切限制意味着对亮度匹配范围的剪切限制。
方程42剪切限制
$c{v}^{\prime }\ge 0$
$\Rightarrow$
$\frac{1}{P^{\frac{1}{\gamma }}·(1-{\left(\frac{B}{W}\right)}^{\frac{1}{\gamma }})}··\mathrm{cv}\ge {\left(\frac{B}{W}\right)}^{\frac{1}{\gamma }}·\frac{\mathrm{cvMax}}{(1-{\left(\frac{B}{W}\right)}^{\frac{1}{\gamma }})}$
$\mathrm{cv}\ge \mathrm{cvMax}·{\left(\frac{B}{W}\right)}^{\frac{1}{\gamma }}·P^{\frac{1}{\gamma }}$
${\mathrm{cv}}^{\prime }\le \mathrm{cvMax}$
$\Rightarrow$
$\frac{1}{P^{\frac{1}{\gamma }}·(1-{\left(\frac{B}{W}\right)}^{\frac{1}{\gamma }})}·\mathrm{cv}-{\left(\frac{B}{W}\right)}^{\frac{1}{\gamma }}·\frac{\mathrm{cvMax}}{(1-{\left(\frac{B}{W}\right)}^{\frac{1}{\gamma }})}\le \mathrm{cvMax}$
$\mathrm{cv}\le \mathrm{cvMax}·P^{\frac{1}{\gamma }}$
方程43剪切点
$x_{\mathrm{low}}\left(P\right)=\mathrm{cvMax}·{\left(\frac{P}{\mathrm{CR}}\right)}^{\frac{1}{\gamma }}$ $x_{\mathrm{high}}\left(P\right)=\mathrm{cvMax}·{\left(P\right)}^{\frac{1}{\gamma }}$
上述色调比例为最小值以上和最大值以下的代码值提供了输出匹配，其中最小值和最大值依赖于相对背光源功率P和实际的显示器对比率CR＝W/B。
失真计算
参照图54，可以描述在本发明的实施方式中创建并使用的各种修改的图像。在创建这些示例性的修改的图像的每一个的过程中，可以用原始图像I 840作为输入。在一些实施方式中，处理原始输入图像840842，以产生理想的输出YIdeal 844。理想的图像处理器，参考显示器842，可以假定理想的显示器具有零黑色电平。该输出YIdeal 844可以代表在参考(理想)显示器上看到的原始图像840。在一些实施方式中，假定给出了背光源等级，可以计算出通过在实际的LCD上表示具有这种背光源等级的图像所引起的失真。
在一些实施方式中，可以用亮度保持846从图像I 840中产生图像I’850。然后，可以将图像I’850与所选的背光源等级一起发送至实际的LCD处理器854。将所得的结果标记为Yactual 858。
通过使用输入图像I*852，参考显示器模型可以模拟实际的显示器的输出。
实际的LCD 854的输出是使原始图像I 840穿过亮度匹配色调比例函数846以获得图像I’850的结果。这可能无法精确地再现依赖于背光源等级的参考输出。然而，在参考显示器842上，可以模拟实际的显示器输出。图像I*852表示被发送到参考显示器842的图像数据，以模拟实际的显示器输出，由此产生Yemulated 860。通过将图像I 840剪切到由上文结合方程43所定义的剪切点所确定的范围和其他范围，产生图像I*852。在一些实施方式中，可以以数学方式描述I*如下：
方程44剪切的图像
$I^{*}(\mathrm{cv},P)=\left\{\begin{array}{cc}{x}_{\mathrm{low}}\left(P\right)& \mathrm{cv}\le x_{\mathrm{low}}\left(P\right)\\ \mathrm{cv}& x_{\mathrm{low}}\left(P\right)<\mathrm{cv}<x_{\mathrm{high}}\left(P\right)\\ x_{\mathrm{high}}\left(P\right)& x_{\mathrm{high}}\left(P\right)\le \mathrm{cv}\end{array}\right.$
在一些实施方式中，可以定义失真为具有图像I的参考显示器的输出与具有背光源等级P和图像I’的实际显示器的输出之间的差异。因为图像I*在参考显示器上模拟实际显示器的输出，所以参考与实际显示器之间的失真等于在参考显示器上图像I和I*两者之间的失真。
方程45
D(YIdeal，YActual)＝D(YIdeal，YEmulated)
因为这两个图像都在参考显示器上，所以仅在图像数据之间就可以测量上述失真，不需要显示器输出。
方程46
D(YIdeal，YEmulated)＝D(I；I*)
图像失真测量
上面的分析示出了：图像I 840在参考显示器上的表示与在实际显示器上的表示之间的失真就等价于图像I 840和I*852两者在参考显示器上的表示之间的失真。在一些实施方式中，可以用逐点的失真度量来定义图像之间的失真。考虑到逐点的失真d，可以通过对图像I和I*之差进行求和而计算图像之间的失真。因为图像I*模拟了亮度匹配，所以误差是由上限和下限处的剪切构成的。在一些实施方式中，可以用归一化的图像直方图h(x)来定义图像对背光源功率的失真。
方程47
$D(I,I^{*})=\underset{x}{\Sigma }d(x,T^{*}(x,P))$
$D(I,P)=\underset{x<{\mathrm{cv}}_{\mathrm{low}}\left(P\right)}{\Sigma }\tilde{h}\left(x\right)·d(x-{\mathrm{cv}}_{\mathrm{low}}\left(P\right))+\underset{x>{\mathrm{cv}}_{\mathrm{high}}\left(P\right)}{\Sigma }\tilde{h}\left(x\right)·d(x-{\mathrm{cv}}_{\mathrm{high}}\left(P\right))$
背光源对失真曲线
考虑到参考显示器、实际显示器、失真定义和图像，在一系列背光源等级处，可以计算失真。当被组合时，该失真数据可以形成“背光源对失真”曲线。通过使用样本帧(它是从暗橱中往外看的视图的模糊图像)以及具有零黑色电平的理想显示器模型、具有1000∶1对比率的实际LCD模型以及均方误差MSE误差度量，可以示出背光源对失真曲线。图55是用于这种示例性图像的图像代码值的直方图。
在一些实施方式中，通过计算使用直方图的一系列背光源值的失真，可以计算失真曲线。图56是与图55的直方图相对应的示例性失真曲线的图。对于这种示例性图像，在低背光源值处，亮度保持不能够有效地补偿减小的背光源，从而导致失真急剧增大880。在高背光源等级处，和理想的显示器相比，有限的对比率使黑色电平上升882。存在最小失真范围，在一些实施方式中，可以由最小失真算法来选择给出这种最小失真884的最低背光源值。
优化算法
在一些实施方式中，可以用失真曲线(比如图56所示的那个)来选择背光源值。在一些实施方式中，可以选择用于每一个帧的最小失真功率。在一些实施方式中，当最小失真值不是唯一的时候，可以选择给出这种最小失真的最少功率884。图57示出了将这种优化标准应用于简短的DVD剪切的结果，图57示出了所选的背光源功率对视频帧数。在这种情况下，平均所选背光源890大约是50％。
图像依赖性
为了示出本发明一些实施方式依赖于图像的本质，针对一系列背光源值，选中具有变化的内容的示例性测试图像，计算这些图像中的失真。图39是针对这些示例性图像的“背光源对失真”曲线的图。图39包括下列的图：图像A596，完全黑色的图像；图像B 590，完全白色的图；图像C 594，非常模糊的一群人的照片；以及图像D 598，冲浪者在波浪上的明亮图像。
注意到，曲线的形状强烈地取决于图像内容。这被预期为：背光源等级平衡了因亮度损失而导致的失真以及因上升的黑色电平而导致的失真。在低背光源处，黑色图像596具有最少的失真。在完全背光源处，白色图像590具有最少的失真。在中等背光源等级处，模糊的图像594具有最少的失真，该中等背光源等级使用了有限的对比率作为在上升的黑色电平和亮度减小之间的有效平衡。
对比率显示器对比率可以进入实际显示器的定义。图58示出了用于实际显示器的不同对比率的最小MSE失真背光源确定过程。注意到，在1∶1对比率900的边界处，最小失真背光源依赖于图像平均信号电平(ASL)。在无限对比率(零黑色电平)的相反极端处，最小失真背光源依赖于图像最大值902。
在本发明的一些实施方式中，参考显示器模型可以包括具有理想零黑色电平的显示器模型。在一些实施方式中，参考显示器模型可以包括由虚拟亮度模型所选择的参考显示器，在一些实施方式中，参考显示器模型可以包括环境光传感器。
在本发明的一些实施方式中，实际显示器模型可以包括具有有限黑色电平的透射型GoG模型。在一些实施方式中，实际的显示器模型可以包括用于透射反射型显示器的模型，其中模拟输出成为依赖于环境光和该显示器的反射部分两者。
在本发明的一些实施方式中，背光源选择过程中的亮度保持(BP)可以包括具有剪切的线性提升。在其它实施方式中，背光源选择过程可以包括具有平滑滚降的色调比例算子和/或双信道BP算法。
在本发明的一些实施方式中，失真度量可以包括在图像代码值中的均方误差(MSE)，并以之为逐点的度量。在一些实施方式中，失真度量可以包括逐点的误差度量，这包括绝对差值之和、许多剪切的像素和/或基于直方图的百分位数度量。
在本发明的一些实施方式中，优化标准可以包括选择背光源等级，它使每一个帧中的失真达到最小。在一些实施方式中，优化标准可以包括平均功率限制，它们使最大失真达到最小或者使平均失真达到最小。
LCD动态对比度实施方式
液晶显示器(LCD)通常对比率很有限。例如，显示器的黑色电平可能因背光源泄漏或其它问题而升高。这可能导致黑色区域看起来是灰色的，而非黑色的。通过降低背光源等级和相关联的泄漏，背光源调制可以减轻该问题，由此也减小了黑色电平。然而，在无补偿的使用情况下，该技术将具有不期望的减小显示器亮度的效果。可以用图像补偿来恢复因背光源变暗而损失的显示器亮度。通常限定补偿为恢复完全功率显示器的亮度。
上文所描述的本发明的一些实施方式包括背光源调制，该调制集中于功率节省。在那些实施方式中，目的是以较低的背光源等级再现出完全功率输出。这可以通过同时使背光源变暗并使图像增亮来实现。在那些实施方式中，黑色电平或动态对比度的改进是有利的边缘效应。在这些实施方式中，目的是实现图像质量改进。一些实施方式可以导致下面的图像质量改进：
1.因减小的背光源导致的更低的黑色电平，
2.因为通过减小背光源而导致泄漏减少，所以暗色的饱和度改进了，
3.亮度改进了，若使用了比背光源减小更强的补偿，
4.改进的动态对比度，即一序列的明亮帧的最大值除以暗帧的最小值，
5.暗帧中的帧内对比度。
本发明的一些实施方式可以通过两个关键技术实现这些益处中的一个或多个：背光源选择以及图像补偿。一个挑战是避免视频中的闪烁伪像，因为背光源和经补偿的图像将会在亮度方面变化。本发明的一些实施方式可以使用目标色调曲线，以减小闪烁的可能性。在一些实施方式中，目标曲线可以具有超过面板(具有固定的背光源)的对比率的对比率。目标曲线可以提供两个目的。首先，在选择背光源的过程中，可以使用该目标曲线。其次，可以使用该目标曲线来确定图像补偿。该目标曲线影响着上述图像质量的诸多方面。目标曲线可以从完全背光源亮度处的峰值显示值延伸到最低背光源亮度处的最小显示值。相应地，该目标曲线将延伸到用完全背光源亮度实现的典型显示值的范围以下。在一些实施方式中，背光源亮度或亮度等级的选择可以对应于目标曲线的间隔的选择，而目标曲线的间隔则对应于原来的面板对比率。这种间隔随着背光源变化而移动。在完全背光源处，无法在该面板上表现目标曲线的暗区。在低背光源处，无法在该面板上表现目标曲线的亮区。在一些实施方式中，为了确定背光源，给出了面板色调曲线、目标色调曲线以及至显示器的图像。可以选择背光源等级，使得具有所选背光源的面板的对比度范围最接近地匹配于在目标色调曲线之下的图像值的范围。
在一些实施方式中，可以修改或补偿图像，使得显示器输出尽可能地落在上述目标曲线上。如果背光源太高，则无法实现目标曲线的暗区。相似的是，如果背光源太低，则无法实现目标曲线的亮区。在一些实施方式中，通过使用上述补偿的固定目标，可以使闪烁达到最小。在这些实施方式中，背光源亮度和图像补偿发生变化，但是上述显示器输出接近上述固定的目标色调曲线。
在一些实施方式中，上述目标色调曲线可以概括上文所罗列的一个或多个图像质量改进。通过上述目标色调曲线，可以控制背光源选择和图像补偿两者。可以执行背光源亮度选择，以“最佳地”代表一图像。在一些实施方式中，上文所描述的基于失真的背光源选择算法可以与指定的目标色调曲线和面板色调曲线一起被应用。
在一些示例性的实施方式中，增益-偏置-灰度闪光(GOGF)模型可以用于色调曲线，如方程48a所示。在一些实施方式中，值2.2可以用于灰度，零可以用于偏置，留下了两个参数，即增益与闪光。用这两个参数可以指定面板和目标色调曲线。在一些实施方式中，最大亮度确定了上述增益，对比率确定了附加的闪光项，正如方程48b所示那样。
方程48a GOG-F色调曲线模型
T(c)＝G·((c-Offset)γ+Flare)
方程48b色调曲线模型
$T\left(c\right)=M·((1-\frac{1}{\mathrm{CR}})·c^{\gamma }+\frac{1}{\mathrm{CR}})$
在方程48b中定义参数模型色调曲线，其中CR是显示器的对比率，M是最大面板输出，c是图像代码值，T是色调曲线值，γ是灰度值。
为了实现动态对比度改进，目标色调曲线不同于面板色调曲线。在最简单的应用中，上述目标的对比率，CR，大于上述面板的对比率。在方程49中表示示例性的面板色调曲线，
方程49示例性的面板色调曲线
$T_{\mathrm{Panel}}\left(c\right)=M_{\mathrm{Panel}}·((1-\frac{1}{{\mathrm{CP}}_{\mathrm{Panel}}})·c^{\gamma }+\frac{1}{{\mathrm{CP}}_{\mathrm{Panel}}})$
其中CR是面板的对比率，M是最大面板输出，c是图像代码值，T是面板色调曲线值，γ是灰度值。
在方程50中表达示例性的目标色调曲线，
方程50示例性的目标色调曲线
$T_{T\arg \mathrm{et}}\left(c\right)=M_{T\arg \mathrm{et}}·((1-\frac{1}{{\mathrm{CR}}_{T\arg \mathrm{et}}})·c^{\gamma }+\frac{1}{{\mathrm{CR}}_{T\arg \mathrm{et}}})$
其中，CR是目标的对比率，M是最大目标输出(例如，在完全背光源亮度处的最大面板输出)，c是图像代码值，T是目标色调曲线值，以及γ是灰度值。
结合图60，可以描述一些示例性的色调曲线的诸多方面。图59是横轴上的代码值与纵轴上的相对亮度的对数-对数图。示出了三种色调曲线：面板色调曲线1000，目标色调曲线1001，以及幂定律曲线1002。目标色调曲线1000从面板黑点1003延伸到最大面板值105。目标色调曲线从目标黑点1004延伸到最大目标/面板值1005。目标黑点1004低于面板黑点1003，因为它从较低的背光源亮度中获益，然而，对于单个图像，无法用目标色调曲线的完整范围，因为对于任何给定的帧背光源只具有一个亮度等级，因此，当背光源亮度减小以获得更低的目标黑点1004时，无法实现最大目标/面板值1005。本发明的实施方式选择最适于所显示的图像和所期望的性能目标的目标色调曲线范围。
可以产生各种目标色调曲线，以实现不同的优先级。例如，如果功率节省是主要的目的，则可以设目标曲线的M和CR的值为等于面板色调曲线中相应的值。在这种功率节省实施方式中，目标色调曲线等于原来的面板色调曲线。用背光源调制来节省功率，同时所显示的图像几乎与具有完全功率的显示器上的图像相同，但该范围的顶端除外，在较低背光源设置处该顶端是不可获得的。
图60示出了示例性的功率节省色调曲线。在这些实施方式中，面板和目标色调曲线是完全一样的1010。减小背光源亮度，由此能够有更低的可能的目标曲线1011，然而，在这些实施方式中不使用潜在的黑色电平改进。相反，通过图像代码值的补偿，增亮了该图像，以匹配于面板色调曲线1010。当这是不可能的时候，在为了功率节省而减小背光源所导致的面板限制处1013，可以修整(round off)上述补偿1012，以避免剪切伪像。根据上文结合其它实施方式所描述的方法，可以实现这种修整。在一些实施方式中，可以允许剪切，或者可能因该图像中有限的动态范围而不发生剪切。在那些情况下，这种修整1012可能不是必要的，并且在上述范围的顶端处1014，目标色调曲线可以简单地遵循上述面板色调曲线。
在另一个示例性实施方式中，当更低的黑色电平是主要的目标时，可以设目标曲线的M值为等于面板色调曲线中相应的值，但是，可以设目标曲线的CR值为等于面板色调曲线中相应的值的4倍。在这些实施方式中，选择目标色调曲线以减小上述黑色电平。相对于完全功率显示器，显示器亮度是不变的。目标色调曲线具有与面板相同的最大值M，但是具有更高的对比率。在上述示例中，对比率是原来的面板对比率的4倍。或者，目标色调曲线可以包括在其范围的顶端处的修整。假定可以用4∶1的因子来调制背光源。
参照图61，可以描述一些将黑色电平减小列入优先的实施方式。在这些实施方式中，如上所述，使用方程49来计算面板色调曲线1020。也针对减小的背光源亮度等级和更高的对比率来计算目标色调曲线1021。在上述范围的顶端处，目标色调曲线1024可以沿着面板色调曲线延伸。或者，目标色调曲线可以使用修整曲线1023，针对减小的背光源等级，该修整曲线1023可以减小显示器边界1022处的剪切。
在另一个示例性实施方式中，当更亮的图像是主要的目标时，可以设目标曲线的M值为等于面板色调曲线中相应的值的1.2倍，但是，可以设目标曲线的CR值为等于面板色调曲线中相应的值。选择目标色调曲线，以增大亮度，从而保持相同的对比率。(注意到，提升了黑色电平。)目标最大值M大于面板最大值。将用图像补偿来增亮该图像，以实现这种增亮。
参照图62，可以描述一些将图像亮度列入优先的实施方式。在这些实施方式中，在上述范围的底端附近1030，面板色调曲线和目标色调曲线是基本上相似的。然而，在这种区域以上，面板色调曲线1032遵循典型的到最大显示器输出1033的路径。然而，目标色调曲线遵循提升的路径1031，该路径提供了在该区域中的更明亮的图像代码值。朝着该范围的顶端，目标曲线1031可以包括修整曲线1035，该曲线修整该目标曲线至点1033，在点1033处，显示器可以不再遵循上述目标曲线，因为背光源等级已减小。
在另一个示例性实施方式中，当具有更低的黑色电平和更明亮的中间范围的增强图像是主要的目标时，可以设目标曲线的M值为等于面板色调曲线中相应的值的1.2倍，但是，可以设目标曲线的CR值为等于面板色调曲线中相应的值的4倍。选择目标色调曲线，以增大亮度且减小黑色电平。目标最大值大于面板最大值M，对比率也大于面板对比率。这种目标色调曲线可以影响背光源选择和图像补偿。在暗帧中，背光源将减小，以实现上述目标的减小的黑色电平。即使在完全背光源处，也可以用图像补偿来实现增大的亮度。
参照图63，可以描述一些将图像亮度和更低的黑色电平列入优先的实施方式。在这些实施方式中，如上所述，使用方程49来计算面板色调曲线1040。也计算目标色调曲线1041，然而，目标色调曲线1041可以始于更低的黑点1045，以解释减小的背光源等级。目标色调曲线1041也可以遵循提升的路径，以增亮上述色调比例的中间范围和上部范围中的图像代码值。因为具有减小的背光源等级的显示器无法到达最大目标值1042或最大面板值1043，所以可以使用修整曲线1044。修整曲线1044可以使目标色调曲线1041终止于最大减小的背光源面板值1046。可以用上文结合其它实施方式所描述的各种方法来确定修整曲线特征。
结合图64，可以描述本发明的一些实施方式。在这些实施方式中，除了面板和目标色调曲线以外，可以计算多个候选色调曲线1127、1128和1129，并且基于图像特征、性能目标或一些其它标准，可以从这组计算出的候选色调曲线中作出选择。在这些实施方式中，针对具有提升的黑色电平的完全背光源亮度情景，可以产生面板色调曲线。目标色调曲线1128定义了改进的黑色电平1121，它低于面板黑色电平。也可以产生被定义在面板与目标色调曲线之间的候选色调曲线1129。候选色调曲线1129包括黑色电平过渡区域1122，其中一曲线过渡到黑色电平点。候选曲线1127、1128和1129也包括共同的区域，其中将来自任何候选色调曲线的输入点映射到相同的输出点。在一些实施方式中，这些候选色调曲线1127、1128和1129也可以包括亮度修整曲线1126，其中，一曲线修整到最大亮度等级1125，比如上文针对其它实施方式所描述的那样。基于图像特征，可以从这组候选色调曲线中选择一曲线。例如，并非限制，具有许多非常暗的像素的图像可以从更低的黑色电平和曲线1128中获益，可以选择变暗的背光源和更低的黑色电平用于该图像。具有许多明亮的像素值的图像可以影响曲线1127的选择，具有更高的最大亮度1124。视频序列的每一帧可能影响不同的候选色调曲线的选择。在无管理的情况中，不同色调曲线的使用可以在该序列中引起闪烁和不想要的伪像。然而，这些实施方式的所有候选色调曲线所共享的共同区域1123用于使瞬时效应稳定化并且减小闪烁和相似的伪像。
结合图65，可以描述本发明的一些实施方式。在这些实施方式中，可以产生一组候选色调曲线(比如候选色调曲线1105)。这些候选色调曲线可以包括不同的黑色电平过渡区域1102，它可以对应于不同的背光源亮度等级。这组候选色调曲线也包括增强的共同区域1101，其中这组中所有的曲线共享相同的映射。在一些实施方式中，这些曲线也可以包括亮度修整曲线1103，该曲线从上述共同的区域过渡到最大亮度等级。在示例性的增强候选色调曲线1109中，该曲线可以始于黑色电平点1105并且过渡到增强的共同区域1101，该曲线可以接下来从增强的共同区域过渡到具有修整曲线的最大亮度等级1106。在一些实施方式中，亮度修整曲线可能不存在。这些实施方式与结合图65所描述的差别在于，上述共同区域是在目标色调曲线以上的。这将输入像素值映射到更高的输出值，由此增亮了所显示的图像。在一些实施方式中，可以产生一组增强的候选色调曲线，并且选择性地用于图像序列的帧。这些实施方式共享了上述共同区域，它用于减小闪光和相似的伪像。在一些实施方式中，可以计算和存储一组候选色调曲线和一组增强的候选色调曲线，以便根据图像特征和/或性能目标进行选择性地使用。
结合图66，可以描述本发明的一些实施方式。在图66的方法中，确定1050目标色调曲线参数。在一些实施方式中，这些参数可以包括最大目标面板输出、目标对比率和/或目标面板灰度值。也可以用其它参数来定义目标色调曲线，可以用该曲线调节或补偿图像以产生性能目标。
在这些实施方式中，也可以计算面板色调曲线1051。显示了面板色调曲线以说明在典型面板输出和目标色调曲线之间的差异。面板色调曲线1051涉及了将要用于显示器的显示器面板的特征，并且可以用于产生一参考图像，根据该参考图像可以测量误差或失真。对于给定的显示器，可以基于最大面板输出M和面板对比率CR来计算这种曲线1051。在一些实施方式中，该曲线可以基于最大面板输出M、面板对比率CR、面板灰度值γ以及图像代码值c。
可以计算1052一个或多个目标色调曲线(TTC)。在一些实施方式中，可以用基于不同背光源等级的该组中的每一个成员来计算一组TTC。在其它实施方式中，可以改变其它参数。在一些实施方式中，通过使用最大目标输出M和目标对比率CR，可以计算目标色调曲线。在一些实施方式中，该目标色调曲线可以基于最大面板输出M、面板对比率CR、显示器灰度值γ以及图像代码值c。在一些实施方式中，目标色调曲线可以代表对图像的期望修改。例如，目标色调曲线可以代表下列中的一个或多个：更低的黑色电平；更明亮的图像区域；经补偿的区域；和/或修整曲线。可以将目标色调曲线表示为查询表(LUT)，可以通过硬件或软件计算的，或者可以通过其它方式表示的。
可以确定1050背光源亮度等级。在一些实施方式中，背光源等级选择可能受诸多性能目标的影响，比如功率节省、黑色电平标准或其它目的。在一些实施方式中，可以确定背光源等级，以使经处理的或增强的图像与假想的参考显示器上所显示的原始图像之间的失真或误差达到最小。当图像值是非常暗时，更低的背光源等级可能最适合图像显示。当图像值非常明亮时，更高的背光源等级可能是图像显示的最佳选择。在一些实施方式中，用面板色调曲线处理过的图像可以与用各种TTC处理过的图像进行比较，以确定合适的TTC和相应的背光源等级。
在本发明的一些实施方式中，在背光源选择和图像补偿选择方法中，也可以考虑特定的性能目标。例如，当已将功率节省标识为一个性能目标时，更低的背光源等级可以优先于图像特征优化。相反，当图像亮度是性能目标时，更低的背光源等级可能具有较低的优先级。
相对于目标色调曲线、假想的参考显示器或一些其它的标准，可以选择背光源等级1053，以使图像的误差或失真达到最小。在一些实施方式中，可以用发明人是Louis J.Kerofsky且题为“Methods and Systems for Enhancing DisplayCharacteristics with Ambient Illumination Input”的美国专利申请11/371,466所揭示的方法来选择背光源等级和补偿方法，该专利申请引用在此作为参考。
在目标色调曲线计算之后，可以用目标色调曲线来调节或补偿图像1054，以实现诸多性能目标或补偿减小的背光源等级。可以参照上述目标色调曲线来执行这种调节或补偿。
在背光源选择1053和补偿或调节1054之后，可以用所选的背光源等级来显示经调节或经补偿的图像1055。
结合图67，可以描述本发明的一些实施方式。在这些实施方式中，建立图像增强或处理目的1060。这种目的可以包括功率节省、更低的黑色电平、图像增亮、色调比例调节或其它处理或增强目的。基于上述处理或增强目的，可以选择目标色调曲线参数1061。在一些实施方式中，参数选择可以是自动的，并且基于上述增强或处理目的。在一些示例性的实施方式中，这些参数可以包括最大目标输出M和目标对比率CR。在一些示例性的实施方式中，这些参数可以包括最大目标输出M、面板对比率CR、显示器灰度值γ以及图像代码值c。
基于所选的目标色调曲线参数，可以计算1062目标色调曲线(TTC)。在一些实施方式中，可以计算一组候选色调曲线(CTC)。在一些实施方式中，这一组可以包括与变化的背光源等级相对应的曲线，但是具有共同的CTC参数。在其它实施方式中，可以改变其它参数。
可以选择1063背光源亮度等级。在一些实施方式中，可以参照图像特征来选择背光源等级。在一些实施方式中，可以基于性能目标来选择背光源等级。在一些实施方式中，可以基于性能目标和图像特征来选择背光源等级。在一些实施方式中，通过选择匹配于性能目标或误差标准的CTC并且使用对应于该CTC的背光源等级，就可以选择背光源等级。
一旦选择1063了背光源等级，就通过关联而选中与该等级所对应的目标色调曲线。现在，用该目标色调曲线可以调节、增强或补偿1064该图像。然后，通过使用所选的背光源等级，就可以在显示器上显示1065经调节的图像。
结合图68，可以描述本发明的一些实施方式。在这些实施方式中，标识1070图像显示性能目标。这可以通过用户界面来执行，由此，用户直接选择性能目标。这也可以通过用户询问来执行，由此用户标识从中产生性能目标的优先级。基于图像分析、显示设备特征、设备使用历史或其它信息，也可以自动地标识性能目标。
基于性能目标，可以自动地选择或产生1071目标色调曲线参数。在一些示例性的实施方式中，这些参数可以包括最大目标输出M和目标对比率CR。在一些示例性的实施方式中，这些参数可以包括最大目标输出M、目标对比率CR、显示器灰度值γ以及图像代码值c。
从上述目标色调曲线参数中，可以产生1072一个或多个候选色调曲线。可以将目标色调曲线或候选色调曲线表达成方程、一系列方程、表格(例如LUT)或一些其它表达。
在一些实施方式中，每一个CTC将对应于背光源等级。通过找到符合标准的相应的CTC，就可以选择1073背光源等级。在一些实施方式中，可以通过其它方法作出背光源选择。如果背光源的选择与CTC无关，则也可以选择该背光源等级所对应的CTC。
一旦选择1073了背光源等级和最终的CTC，则可以将该CTC应用1074于一图像，以增强、补偿或以其它方式处理该图像以便于显示。然后，可以显示1075经处理的图像。
结合图69，可以描述本发明的一些实施方式。在这些实施方式中，标识1080图像显示性能目标。这可以通过用户界面来执行，由此，用户直接选择性能目标。这也可以通过用户询问来执行，由此用户标识从中产生性能目标的优先级。基于图像分析、显示设备特征、设备使用历史或其它信息，也可以自动地标识性能目标。也可以执行1081图像分析，以标识图像特征。
基于性能目标，可以自动地选择或产生1082目标色调曲线参数。也可以选择背光源等级，可以对它直接进行标识，或者可以通过最大显示器输出值和对比率来表示。在一些示例性的实施方式中，这些参数可以包括最大目标输出M和目标对比率CR。在一些示例性的实施方式中，这些参数可以包括最大目标输出M、目标对比率CR、显示器灰度值γ以及图像代码值c。
从目标色调曲线参数中，可以产生1083目标色调曲线。可以将目标色调曲线表达成方程、一系列方程、表格(例如LUT)或一些其它表达。一旦产生1083了该曲线，就可以将它应用1084于一图像，以增强、补偿或以其它方式处理该图像以便于显示。接下来可以显示1085经处理的图像。
上文所使用的各种术语和表达是用于描述，而非限制，使用这些术语和表达并不意图排除上文所描述的诸多特征的等价方案，应该认识到，仅由后面的权利要求书来限定本发明的范围。
有关参考文献
本申请是2006年8月17日提交的题为“Methods and Systems for Selecting aDisplay Source Light Illumination Level”的美国专利申请11/465,436的继续部分；本申请还是2005年12月2日提交的题为“Methods and Systems forDetermining a Display Light Source Adjustment”的美国专利申请11/293,562的继续部分；本申请还是2005年9月12日提交的题为“Methods and Systems forImage-Specific Tone Scale Adjustment and Light-Source Control”的美国专利申请11/224,792的继续部分；本申请还是2005年6月15日提交的题为“Methods andSystems for Enhancing Display Characteristics with High Frequency ContrastEnhancement”的美国专利申请11/154,053的继续部分；专利申请11/224,792也是2005年6月15日提交的题为“Methods and Systems for Enhancing DisplayCharacteristics with Frequency-Specific Gain”的美国专利申请11/154,054的继续部分；专利申请11/224,792也是2005年6月15日提交的题为“Methods andSystems for Enhancing Display Characteristics”的美国专利申请11/154,052的继续部分；专利申请11/154,052、专利申请11/154,053以及专利申请11/154,054要求2005年4月11日提交的题为“Brightness Preservation with ContrastEnhancement”的美国临时专利申请60/670,749的权益，还要求2005年3月9日提交的题为“Contrast Preservation and Brightness Preservation in Low PowerMode of a Backlit Display”的美国临时专利申请60/660,049的权益，还要求2004年12月2日提交的题为“Luminance Matching for Power Saving Mode in BacklitDisplays”的美国临时专利申请60/632,776的权益，还要求2004年12月2日提交的题为“Brightness Preservation for Power Saving Modes in Backlit Displays”的美国临时专利申请60/632,779的权益；专利申请No.11/224,792也要求2005年8月23日提交的题为“Image Dependent Backlight Modulation”的美国临时专利申请60/710,927的权益；专利申请11/465,436也要求2006年6月26日提交的题为“Systems and Methods for Distortion-Based Source Light Modulation”的美国临时专利申请60/805,863的权益。本部分所罗列的所有申请都被引用在此以便参考。