Устройство и способ улучшения обмена данными изображения на основе нелинейности восприятия яркости между разными возможностями отображения

Устройство и способ улучшения обмена данными изображения на основе нелинейности восприятия яркости между разными возможностями отображения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Данная заявка испрашивает приоритет Предварительной патентной заявки США № 61/567579, поданной 6 декабря 2011 г.; Предварительной патентной заявки США № 61/674503, поданной 23 июля 2012 г.; и Предварительной патентной заявки США № 61/703449, поданной 20 сентября 2012 г., которые включены в настоящий документ посредством ссылки полностью для всех целей.

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Настоящее изобретение в целом относится к данным изображения. Конкретнее, вариант осуществления настоящего изобретения относится к обмену данными изображения на основе нелинейности восприятия между разными возможностями отображения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Успехи в технологии позволяют современным конструкциям дисплеев визуализировать содержимое изображения и видео со значительными улучшениями в различных характеристиках качества по сравнению с тем же содержимым, визуализированным на менее современных дисплеях. Например, некоторые более современные дисплеи допускают визуализацию содержимого с динамическим диапазоном (DR), который шире стандартного динамического диапазона (SDR) традиционных или стандартных дисплеев.

[0004] Например, некоторые современные жидкокристаллические дисплеи (LCD) имеют осветительный блок (блок задней подсветки, блок боковой подсветки и т.п.), который обеспечивает световое поле, в котором отдельные части могут модулироваться отдельно от модуляции состояний ориентации жидких кристаллов в активных LCD-элементах. Этот подход с двойной модуляцией является расширяемым (например, до N уровней модуляции, где N - целое число больше двух), например, с управляемыми промежуточными уровнями (например, несколькими уровнями отдельно управляемых LCD-уровней) в электрооптической конфигурации дисплея.

[0005] В отличие от этого некоторые существующие дисплеи имеют значительно более узкий динамический диапазон (DR), чем расширенный динамический диапазон (HDR). Мобильные устройства, компьютерные планшеты, игровые устройства, телевизионный (TV) и компьютерный монитор, которые используют типичную электронно-лучевую трубку (CRT), жидкокристаллический дисплей (LCD) с постоянной люминесцентной белой задней подсветкой или технологию плазменных экранов, могут быть ограничены в возможности визуализации DR приблизительно тремя порядками величины. Такие существующие дисплеи соответственно служат примером стандартного динамического диапазона (SDR), иногда также называемого (относительно HDR) "'узким' динамическим диапазоном" или "LDR".

[0006] Изображения, захваченные камерами с HDR, могут иметь отнесенный к сцене HDR, который значительно больше динамических диапазонов у большинства, если не у всех устройств отображения.

[0007] Изображения с отнесенным к сцене HDR могут содержать большие объемы данных и могут быть преобразованы в пост-производственные форматы (например, видеосигналы HDMI с 8-разрядными RGB, YCbCr или возможностями глубокой проработки цвета; видеосигналы SDI 1,5 Гбит/с с частотой дискретизации 4:2:2 на 10 разрядах; SDI 3 Гбит/с с частотой дискретизации 4:4:4 на 12 разрядах или 4:2:2 на 10 разрядах; и другие форматы видео или изображений) для упрощения передачи и хранения. Пост-производственные изображения могут содержать гораздо меньший динамический диапазон, нежели изображения с отнесенным к сцене HDR. Кроме того, когда изображения доставляются на устройства отображения конечных пользователей для визуализации, попутно совершаются характерные для устройства и/или характерные для производителя преобразования изображения, приводя к большим количествам заметных визуально ошибок в визуализированных изображениях по сравнению с исходными изображениями с отнесенным к сцене HDR.

[0008] Подходы, описанные в этом разделе, являются подходами, которые могли бы осуществляться, а не обязательно подходами, которые задуманы или осуществлены ранее. Поэтому, пока не указано иное, следует предполагать, что любой из подходов, описанных в этом разделе, называется предшествующим уровнем техники просто на основании их включения в этот раздел. Аналогичным образом, проблемы, установленные по отношению к одному или нескольким подходам, не следует предполагать признанными в любом предшествующем уровне техники на основе этого раздела, пока не указано иное.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0009] Настоящее изобретение в качестве примера, а не в качестве ограничения иллюстрируется на фигурах прилагаемых чертежей, на которых одинаковые ссылочные позиции относятся к аналогичным элементам, и на которых:

[00010] Фиг.1 иллюстрирует примерное семейство кривых функции контрастной чувствительности, которые охватывают множество уровней световой адаптации, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения;

[0010] Фиг.2 иллюстрирует примерный путь интегрирования в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения;

[0011] Фиг.3 иллюстрирует примерную функцию отображения серой шкалы в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения;

[0012]

[0013] Фиг.4 иллюстрирует кривую, изображающую дроби Вебера, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения;

[0014] Фиг.5 иллюстрирует примерную структуру обмена данными изображения с устройствами с разными GSDF в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения;

[0015] Фиг.6 иллюстрирует примерный блок преобразования в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения;

[0016] Фиг.7 иллюстрирует примерный дисплей с SDR в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения;

[0017] Фиг.8A и Фиг.8B иллюстрируют примерные последовательности операций в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения;

[0018] Фиг.9 иллюстрирует примерную аппаратную платформу, на которой можно реализовать компьютер или вычислительное устройство, которые описаны в этом документе, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения;

[0019] Фиг.10A иллюстрирует максимумы для кодовых ошибок в единицах JND на множестве кодовых пространств, причем каждое с разной разрядной длиной из одной или нескольких разных разрядных длин, в соответствии с некоторыми примерными вариантами осуществления;

[0020] Фиг.10B-10E иллюстрируют распределения кодовых ошибок в соответствии с некоторыми примерными вариантами осуществления; и

[0021] Фиг.11 иллюстрирует значения параметров в функциональной модели в соответствии с примерным вариантом осуществления.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0022] В этом документе описываются примерные варианты осуществления, которые относятся к обмену данными изображения на основе нелинейности восприятия яркости между дисплеями с разными возможностями. В нижеследующем описании для целей пояснения излагаются многочисленные характерные подробности, чтобы обеспечить всестороннее понимание настоящего изобретения. Однако станет очевидно, что настоящее изобретение может быть применено на практике без этих характерных подробностей. В других случаях общеизвестные структуры и устройства не описываются с исчерпывающими подробностями, чтобы избежать ненужного ограничения, затруднения понимания или запутывания настоящего изобретения.

[0023] Примерные варианты осуществления описываются в этом документе по следующему плану:

1. ОБЩИЙ ОБЗОР

2. МОДЕЛЬ ФУНКЦИИ КОНТРАСТНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ (CSF)

3. НЕЛИНЕЙНОСТЬ ВОСПРИЯТИЯ

4. ЗНАЧЕНИЯ ЦИФРОВОГО КОДА И УРОВНИ СЕРОГО

5. ПАРАМЕТРЫ МОДЕЛИ

6. ПЕРЕМЕННЫЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ЧАСТОТЫ

7. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МОДЕЛИ

8. ОБМЕН ДАННЫМИ ИЗОБРАЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ ЭТАЛОННОЙ GSDF

9. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭТАЛОННЫХ КОДИРОВАННЫХ ДАННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЯ

10. ПРИМЕРНЫЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ОПЕРАЦИЙ

11. МЕХАНИЗМЫ РЕАЛИЗАЦИИ - ОБЗОР АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ

12. ПРОНУМЕРОВАННЫЕ ПРИМЕРНЫЕ ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ, ЭКВИВАЛЕНТЫ, РАСШИРЕНИЯ, АЛЬТЕРНАТИВЫ И ПРОЧЕЕ

1. ОБЩИЙ ОБЗОР

[0024] Данный обзор представляет основное описание некоторых особенностей варианта осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что данный обзор не является всесторонним или исчерпывающим изложением особенностей варианта осуществления. Кроме того, следует отметить, что данный обзор не нужно понимать ни как устанавливающий какие-либо чрезвычайно важные особенности или элементы варианта осуществления, ни как очерчивающий какой-либо объем ни варианта осуществления в частности, ни изобретения в целом. Данный обзор всего лишь представляет в сжатом и упрощенном формате некоторые идеи, которые относятся к примерному варианту осуществления, и его нужно понимать просто как концептуальное вступление к более подробному описанию примерных вариантов осуществления, которое идет далее.

[0025] Зрение человека может не воспринимать разницу между двумя значениями яркости, если два значения яркости не достаточно отличаются друг от друга. Вместо этого зрение человека воспринимает разницу, только если значение яркости отличается не меньше, чем на порог различимости (JND). Вследствие нелинейности восприятия у зрения человека величины отдельных JND не однородны по размеру или масштабу в диапазоне уровней освещенности, а скорее меняются при разных отдельных уровнях освещенности. К тому же вследствие нелинейности восприятия величины отдельных JND не однородны по размеру или масштабу в диапазоне пространственных частот на конкретном уровне освещенности, а скорее меняются при разных пространственных частотах ниже предельной пространственной частоты.

[0026] Кодированные данные изображения с шагами квантования яркости равных размеров или линейно масштабированных размеров не соответствуют нелинейности восприятия у зрения человека. Кодированные данные изображения с шагами квантования яркости на фиксированной пространственной частоте также не соответствуют нелинейности восприятия у зрения человека. По этим методикам, когда назначаются кодовые слова для представления квантованных значений яркости, в конкретной области (например, яркой области) диапазона уровней освещенности может быть распределено слишком много кодовых слов, тогда как в другой области (например, темной области) диапазона уровней освещенности может быть распределено слишком мало кодовых слов.

[0027] В переполненной области множество кодовых слов может не создать разницу восприятия и поэтому фактически расходуется непроизводительно. В слабо заполненной области два соседних кодовых слова могут создать разницу восприятия гораздо больше JND и, возможно, создают визуальные артефакты в виде ложных контуров (также известные как полосатость).

[0028] По методикам, которые описаны в этом документе, модель функции контрастной чувствительности (CSF) может использоваться для определения JND в широком диапазоне уровней освещенности (например, от 0 до 12000 кд/м²). В примерном варианте осуществления максимальный JND в зависимости от пространственной частоты на конкретном уровне освещенности выбирается для представления кванта человеческого восприятия на конкретном уровне освещенности. Выбор максимальных JND согласуется со свойствами зрения человека, которое адаптируется к повышенному уровню визуальной восприимчивости, когда рассматривается фон с близкими, но разными значениями яркости, что в областях отображения видео и изображений иногда называется эффектом повышения резкости и/или эффектом повышения резкости Уиттла и как таковое может описываться в этом документе. При использовании в данном документе термин "уровень световой адаптации" может использоваться для ссылки на уровень освещенности, на котором выбирается/определяется JND (например, максимальный), предполагая, что зрение человека адаптируется к этому уровню освещенности. Максимальные JND, как описано в этом документе, меняются в пространственной частоте на разных уровнях световой адаптации.

[0029] При использовании в данном документе термин "пространственная частота" может относиться к скорости пространственной модуляции/изменения в изображениях (где скорость вычисляется относительно или на пространственном расстоянии, в отличие от вычисления скорости относительно времени). В отличие от традиционных подходов, которые могут фиксировать пространственную частоту в определенном значении, пространственная частота, как описано в этом документе, может меняться, например, в неком диапазоне. В некоторых вариантах осуществления максимальные JND могут быть ограничены конкретным диапазоном пространственной частоты (например, от 0,1 до 5,0, от 0,01 до 8,0 цикл./град., либо меньшим или большим диапазоном).

[0030] На основе модели CSF может формироваться эталонная функция отображения серой шкалы (GSDF). В некоторых вариантах осуществления для модели CSF предполагается очень широкое поле зрения для формирования эталонной GSDF, которая лучше поддерживает области развлекательного отображения. GSDF относится к набору значений эталонного цифрового кода (или эталонных кодовых слов), набору эталонных уровней серого (или эталонных значений яркости) и отображению между теми двумя наборами. В примерном варианте осуществления каждое значение эталонного цифрового кода соответствует кванту человеческого восприятия, который представлен JND (например, максимальным JND на неком уровне световой адаптации). В примерном варианте осуществления кванту человеческого восприятия может соответствовать равное количество значений эталонного цифрового кода.

[0031] GSDF можно получить путем накопления JND от некоего начального значения. В примерном варианте осуществления среднее значение кодового слова (например, 2048 для 12-разрядного кодового пространства) задается в качестве начального значения для эталонного цифрового кода. Начальное значение эталонного цифрового кода может соответствовать начальному эталонному уровню серого (например, 100 кд/м²). Другие эталонные уровни серого для других значений эталонного цифрового кода можно получить путем положительного накопления (сложения) JND, когда эталонный цифровой код последовательно увеличивается, и путем отрицательного накопления (вычитания) JND, когда эталонный цифровой код последовательно уменьшается. В примерном варианте осуществления при вычислении эталонных значений в GSDF вместо JND могут использоваться такие величины, как пороги контраста. Эти величины, фактически использованные при вычислении GSDF, могут задаваться как безразмерные отношения и могут отличаться от соответствующих JND только известными или определимыми множителями, коэффициентами деления и/или смещениями.

[0032] Кодовое пространство может выбираться для включения в GSDF всех значений эталонного цифрового кода. В некоторых вариантах осуществления кодовое пространство, в котором находятся все значения эталонного цифрового кода, может быть одним из 10-разрядного кодового пространства, 11-разрядного кодового пространства, 12-разрядного кодового пространства, 13-разрядного кодового пространства, 14-разрядного кодового пространства, 15-разрядного кодового пространства, или быть большим либо меньшим кодовым пространством.

[0033] Хотя большое кодовое пространство (>15 разрядов) может использоваться для вмещения всех значений эталонного цифрового кода, в конкретном варианте осуществления используется наиболее эффективное кодовое пространство (например, 10 разрядов, 12 разрядов и т.п.) для вмещения всех значений эталонного цифрового кода, сформированных в эталонной GSDF.

[0034] Эталонная GSDF может использоваться для кодирования данных изображения, например, захваченных или сформированных камерами с HDR, студийными системами или другими системами с отнесенным к сцене HDR, который значительно больше динамических диапазонов у большинства, если не у всех устройств отображения. Кодированные данные изображения могут предоставляться последующим устройствам широким спектром способов распространения или передачи (например, видеосигналы HDMI с 8-разрядными RGB, YCbCr или возможностями глубокой проработки цвета; видеосигналы SDI 1,5 Гбит/с с частотой дискретизации 4:2:2 на 10 разрядах; SDI 3 Гбит/с с частотой дискретизации 4:4:4 на 12 разрядах или 4:2:2 на 10 разрядах; и другие форматы видео или изображений).

[0035] В некоторых вариантах осуществления, поскольку соседние значения эталонного цифрового кода в эталонной GSDF соответствуют уровням серого, которые находятся в пределах JND, можно полностью или большей частью сохранить детали, различение которых допускает зрение человека, в кодированных на основе эталонной GSDF данных изображения. Дисплей, который полностью поддерживает эталонную GSDF, может визуализировать изображения по возможности без артефактов полосатости или ложных контуров.

[0036] Данные изображения, кодированные на основе эталонной GSDF (или эталонные кодированные данные изображения), могут использоваться для поддержки широкого спектра менее функциональных дисплеев, которые могут не полностью поддерживать все эталонные значения яркости в эталонной GSDF. Поскольку эталонные кодированные данные изображения содержат все воспринимаемые детали в поддерживаемом диапазоне яркости (который может быть спроектирован как надмножество того, что поддерживают дисплеи), значения эталонного цифрового кода можно оптимально и эффективно перекодировать в значения характерного для дисплея цифрового кода таким образом, чтобы сохранить столько деталей, сколько способен поддерживать определенный дисплей, и вызвать как можно меньше заметных визуально ошибок. Дополнительно и/или при желании можно выполнить устранение ложных контуров и сглаживание переходов в сочетании или как часть перекодирования из значений эталонного цифрового кода в значения характерного для дисплея цифрового кода, чтобы дополнительно повысить качество изображения или видео.

[0037] Методики, которые описаны в этом документе, не зависят от цветового пространства. Они могут использоваться в цветовом пространстве RGB, цветовом пространстве YCbCr или в другом цветовом пространстве. Кроме того, методики, которые выводят эталонные значения (например, значения эталонного цифрового кода и эталонные уровни серого) с использованием JND, которые меняются вместе с пространственной частотой, могут применяться к иному каналу (например, одному из каналов сигнала красного, зеленого и синего), нежели канал сигнала яркости в другом цветовом пространстве (например, RGB), которое может содержать или не содержать канал сигнала яркости. Например, эталонные значения синего можно вывести вместо эталонных уровней серого, используя JND, которые применимы к каналу синего цвета. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления серую шкалу можно заменить цветовой. Дополнительно и/или при желании также можно использовать другие модели CSF вместо модели Бартена. Поэтому можно использовать разные параметры модели для одной и той же модели CSF.

[0038] В некоторых вариантах осуществления механизмы, которые описаны в этом документе, образуют часть системы медийной обработки, включающей в себя, но не только: карманное устройство, игровой автомат, телевизор, переносной компьютер, нетбук, сотовый радиотелефон, электронную книгу, терминал торговой точки, настольный компьютер, рабочую станцию, информационный киоск или различные другие виды терминалов и блоков медийной обработки.

[0039] Специалистам в данной области техники будут без труда очевидны различные модификации к предпочтительным вариантам осуществления и общим принципам и признакам, описанным в этом документе. Таким образом, данное раскрытие изобретение не предназначено для ограничения показанными вариантами осуществления, а должно соответствовать самому широкому объему, согласующемуся с принципами и признаками, описанными в этом документе.

2. МОДЕЛЬ ФУНКЦИИ КОНТРАСТНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ (CSF)

[0040] Чувствительность зрения человека для пространственных структур в визуализированных изображениях лучше всего можно описать функциями контрастной чувствительности (CSF), которые описывают контрастную чувствительность в виде функций пространственной частоты (или скорости пространственной модуляции/изменения в изображениях, которая воспринимается человеком). При использовании в данном документе контрастная чувствительность, S, может рассматриваться как выигрыш от обработки нервных сигналов зрения человека, тогда как пороги контраста, C_T, могут определяться из обратной величины контрастной чувствительности, например:

Контрастная Чувствительность = S=1/C_T выражение (1)

[0041] При использовании в данном документе термин "порог контраста" может ссылаться или относиться к наименьшему значению (например, порогу различимости) (относительного) контраста, необходимого глазам человека для восприятия разницы в контрасте; в некоторых вариантах осуществления пороги контраста также могут изображаться в зависимости от порога различимости, деленного на уровень световой адаптации в неком диапазоне значений яркости.

[0042] В некоторых вариантах осуществления пороги контраста можно непосредственно измерить в экспериментах, без использования какой-либо модели CSF. Однако в некоторых других вариантах осуществления пороги контраста могут определяться на основе модели CSF. Модель CSF можно построить с некоторым количеством параметров модели, и ее можно использовать для выведения GSDF, чьи шаги квантования в уровнях серого зависят от и меняются вместе с уровнями освещенности, охарактеризованными значениями яркости и пространственной частотой. Примерный вариант осуществления можно реализовать на основе одной или нескольких из ряда моделей CSF, например, описанных в Peter G. J. Barten, "Contrast Sensitivity of the Human Eye and its Effects on Image Quality" (1999) (в дальнейшем - модель Бартена или модель CSF Бартена), или в Scott Daly, Chapter 17 in Digital Images and Human Vision, ed., by A. B. Watson, MIT Press (1993) (в дальнейшем - модель Дейли). В отношении примерных вариантов осуществления настоящего изобретения пороги контраста, используемые для формирования эталонной функции отображения серой шкалы (GSDF), можно вывести опытным путем, теоретически, с помощью модели CSF, или их сочетания.

[0043] При использовании в данном документе GSDF может относиться к отображению множества значений цифрового кода (например, 1, 2, 3, …, N) в множество уровней серого (L₁, L₂, L₃, …, L_N), где значения цифрового кода представляют индексные значения порогов контраста, а уровни серого соответствуют порогам контраста, как показано в Таблица 1.

Таблица 1
Значение цифрового кода	Уровень серого(Значение яркости)
1	L1
2	L2
3	L3
…	…
i-1	Li-1
I	Li
i+1	Li+1
…	…
N	LN

[0044] В варианте осуществления уровень серого (например, L_i), соответствующий значению цифрового кода (например, i), и соседний уровень серого (например, L_i+1) можно вычислить относительно контраста (например, C(i)) следующим образом:

C(i) = (L_i+1-L_i)/(L_i+1+L_i)

= (L_i+1-L_mean(i, i+1))/L_mean(i, i+1)

=~ ½ ΔL/L выражение (2)

где C(i) представляет контраст для диапазона яркости, который ограничен L_i и L_i+1. L_mean(i, i+1) содержит среднее арифметическое или среднее двух соседних уровней L_i и L_i+1 серого. Контраст C(i) арифметически связан с дробью ΔL/L Вебера через коэффициент 2. Здесь ΔL представляет (L_i+1-L_i), а L представляет одно из L_i, L_i+1 или промежуточное значение между L_i и L_i+1.

[0045] В некоторых вариантах осуществления генератор GSDF может устанавливать контраст C(i) в значение, равное или иным образом пропорциональное порогу контраста (например, C_T(i)) на уровне L яркости между L_i и L_i+1 включительно, следующим образом:

C(i) = k C_T(i) выражение (3),

где k представляет постоянный множитель. В отношении вариантов осуществления настоящего изобретения другие описательные статистики/определения (например, среднее геометрическое, среднее, мода, дисперсия или стандартное отклонение), и/или масштабирование (x2, x3, разделенное или умноженное на масштабный коэффициент, и т.п.), и/или смещение (+1, +2, -1, -2, уменьшенное или увеличенное на смещение, и т.п.), и/или взвешивание (например, назначение двум соседним уровням серого одинаковых или разных весовых коэффициентов), могут использоваться для связывания порогов контраста с контрастами с целью вычисления уровней серого в GSDF.

[0046] При вычислении в выражениях (1), (2) и (3) контрасты или пороги контраста могут содержать относительное значение, и соответственно могут содержать безразмерную величину (например, S также может быть безразмерной).

[0047] Модель CSF можно построить из основных измерений порога контраста или вычислений на основе CSF, которая изображает модель CSF. К сожалению, зрение человека является сложным, адаптивным и нелинейным, поэтому отсутствует единая кривая CSF, которая описывает зрение человека. Вместо этого на основе модели CSF может формироваться семейство кривых CSF. Даже при одной и той же модели CSF разные значения параметров модели создают разные графики для семействах кривых CSF.

3. НЕЛИНЕЙНОСТЬ ВОСПРИЯТИЯ

[0048] Фиг.1 иллюстрирует примерное семейство кривых CSF, которые охватывают множество уровней световой адаптации. Только с целью иллюстрации самая высокая кривая CSF, изображенная на Фиг.1, предназначена для уровня световой адаптации при значении яркости в 1000 кандел на квадратный метр (кд/м² или "нитов"), а остальные кривые с уменьшающейся высотой предназначены для уровней световой адаптации при уменьшающихся значениях яркости с последовательными коэффициентами в 10 сокращений. Примечательные особенности, которые можно понять из кривых CSF, состоят в том, что с увеличивающейся яркостью (увеличивающимися уровнями световой адаптации) увеличивается общая контрастная чувствительность, включающая в себя максимальную (или пиковую) контрастную чувствительность. Максимальная пространственная частота, при которой контрастная чувствительность достигает максимума на кривых CSF на Фиг.1, сдвигается к более высоким пространственным частотам. Аналогичным образом увеличивается максимальная воспринимаемая пространственная частота (предельная частота) на кривых CSF, которая является пересечением кривых CSF с горизонтальной осью (пространственная частота).

[0049] В примерном варианте осуществления функцию CSF, которая приводит к семейству кривых CSF, которое проиллюстрировано на Фиг.1, можно вывести с помощью модели CSF Бартена, которая принимает во внимание некоторое количество основных эффектов, относящихся к человеческому восприятию. Примерную CSF, S(u) (или обратную величину соответствующего порога контраста, m_t) по модели CSF Бартена можно вычислить так, как показано в Выражении (4) ниже.

выражение (4)

Примерные параметры модели, используемые в выражении (4) выше, содержат перечисленные ниже представления:

- 2 (числовой коэффициент) соответствует бинокулярному зрению (если монокулярное - 4);

- k представляет отношение сигнал/шум, например 3,0;

- T представляет время интегрирования у глаза, например, 0,1 секунды;

- X₀ представляет угловой размер объекта (например, квадратной формы);

- X_max представляет максимальный угловой размер области интегрирования у глаза (например, 12 градусов);

- N_max представляет максимальное количество циклов, которые накапливаются посредством сложения вероятностей, например 15 циклов;

- η представляет квантовую эффективность глаза, например 0,03;

- p представляет коэффициент конверсии фотона;

- E представляет освещенность сетчатки, например, в троландах;

- Ф₀ представляет спектральную плотность шума нейросенсорного происхождения, например 3×10^-8 секунд * градусы²; и

- u₀ представляет максимальную пространственную частоту для поперечного торможения, например 7 цикл./град.

Оптическая модуляционная передаточная функция, M_opt, может быть задана следующим образом:

выражение (5)

где σ представляет параметр модели, связанный со зрачком и/или уровнем освещенности.

[0050] Модель CSF Бартена, как обсуждалось выше, может использоваться для описания нелинейности восприятия относительно яркости. Для описания нелинейности восприятия также могут использоваться другие модели CSF. Например, модель CSF Бартена не учитывает эффект аккомодации, который обуславливает снижение предельной пространственной частоты в области высокой пространственной частоты у CSF. Этот эффект снижения вследствие аккомодации можно выразить в виде функции уменьшающегося расстояния наблюдения.

[0051] Например, для расстояний наблюдения свыше 1,5 метров можно достичь максимальной предельной пространственной частоты, которая изображена моделью CSF Бартена, не затрагивая эффективность модели Бартена как подходящей модели для описания нелинейности восприятия. Однако для расстояний меньше 1,5 метров эффект аккомодации начинает становиться существенным, уменьшая точность модели Бартена.

[0052] Таким образом, для дисплеев планшетов, которые имеют близкие расстояния наблюдения, например 0,5 метра, и смартфонов, которые могут иметь расстояния наблюдения почти 0,125 метра, модель CSF Бартена может быть настроена не оптимально.

[0053] В некоторых вариантах осуществления может использоваться модель CSF Дейли, которая принимает во внимание эффект аккомодации. В конкретном варианте осуществления модель CSF Дейли можно создать частично на основе CSF Бартена, S(u), в выражении (4) выше, например путем изменения оптической модуляционной передаточной функции, M_opt, в выражении (5).

4. ЗНАЧЕНИЯ ЦИФРОВОГО КОДА И УРОВНИ СЕРОГО

[0054] GSDF, как проиллюстрировано в ТАБЛИЦЕ 1, отображает нелинейность восприятия с использованием значений цифрового кода, чтобы представить уровни серого, привязанные к порогам контраста в зрении человека. Уровни серого, которые содержат все отображенные значения яркости, могут распределяться таким образом, что они оптимально расставлены для соответствия нелинейности восприятия у зрения человека.

[0055] В некоторых вариантах осуществления, когда максимальное количество уровней серого в GSDF достаточно большое относительно максимального диапазона значений яркости, значения цифрового кода в GSDF могут использоваться для достижения наименьшего количества (например, ниже 4096 значений цифрового кода) уровней серого, не вызывая видимости ступенчатого перехода уровней серого (например, видимого как ложный контур или полоса на изображении; или цветовой сдвиг в темных областях изображения).

[0056] В некоторых других вариантах осуществления ограниченное количество значений цифрового кода все же может использоваться для представления широкого динамического диапазона уровней серого. Например, когда максимальное количество уровней серой шкалы в GSDF не достаточно большое относительно максимального диапазона уровней серой шкалы (например, значения цифрового кода в 8-разрядном представлении с диапазоном уровней серой шкалы от 0 до 12000 нитов), GSDF все же может использоваться для достижения наименьшего количества (например, ниже 256 значений цифрового кода) уровней серого, чтобы уменьшить или минимизировать видимость ступенчатого перехода уровней серого. При такой GSDF количества/степени воспринимаемых ошибок/артефактов ступенчатого перехода можно равномерно распределить по всей иерархии относительно малого количества уровней серого в GSDF. При использовании в данном документе термин "уровень серой шкалы" или "уровень серого" может использоваться взаимозаменяемо и может относиться к представленному значению яркости (квантованному значению яркости, представленному в GSDF).

[0057] Уровни серого в GSDF можно вывести путем складывания или интегрирования порогов контраста по уровням световой адаптации (при разных значениях яркости). В некоторых вариантах осуществления шаги квантования между уровнями серого могут выбираться так, что шаг квантования между любыми двумя соседними уровнями серого попадает в JND. Порог контраста на конкретном уровне световой адаптации (или значении яркости) может не превышать порог различимости (JND) на том конкретном уровне адаптации. Уровни серого можно вывести путем интегрирования или складывания долей порогов контраста (или JND). В некоторых вариантах осуществления количества значений цифрового кода более чем достаточно для представления всех JND в представленном динамическом диапазоне яркости.

[0058] Пороги контраста или, наоборот, контрастные чувствительности, которые используются для вычисления уровней серой шкалы, могут выбираться из кривой CSF на пространственной частоте, отличной от фиксированной пространственной частоты для конкретного уровня световой адаптации (или значения яркости). В некоторых вариантах осуществления каждый из порогов контраста выбирается из кривой CSF на пространственной частоте, которая соответствует максимальной контрастной чувствительности (например, вследствие эффекта повышения резкости Уиттла) для уровня световой адаптации. К тому же пороги контраста могут выбираться из кривых CSF на разных пространственных частотах для разных уровней световой адаптации.

[0059] Примерное выражение для вычисления/складывания уровней серого в GSDF выглядит следующим образом:

выражение (6)

где f представляет пространственную частоту, которая может отличаться от фиксированного числа по методикам, которые описаны в этом документе; а L_A представляет уровень световой адаптации. L_min может быть наименьшим значением яркости во всех отображенных уровнях серого. При использовании в данном документе термин "нит" или его аббревиатура "нт" может относиться или ссылаться, синонимично или взаимозаменяемо, на единицу интенсивности, светлоты, яркости и/или яркости изображения, которая эквивалентна или равна одной (1) канделе на квадратный метр (1 нит = 1 нт = 1 кд/м²). В некоторых вариантах осуществления L_min может содержать значение нуля. В некоторых других вариантах осуществления L_min может содержать ненулевое значение (например, определенный уровень темного черного, 10^-5 нит, 10^-7 нит и т.п., который может быть ниже того, что обычно способны достичь устройства отображения). В некоторых вариантах осуществления L_min можно заменить иным значением помимо минимального начального значения, например промежуточным значением или максимальным значением, что делает возможным вычисления для складывания с вычитанием или отрицательным сложением.

[0060] В некоторых вариантах осуществления складывание JND для выведения уровней серого в GSDF выполняется путем суммирования, например, как показано в выражении (6). В некоторых других вариантах осуществления интеграл может использоваться вместо дискретного суммирования. Интеграл может интегрировать по пути интегрирования, определенному из CSF (например, выражение (4)). Например, путь интегрирования может содержать максимальные контрастные чувствительности (например, разные максимальные чувствительности, соответствующие разным пространственным частотам) для всех уровней световой адаптации в (эталонном) динамическом диапазоне для CSF.

[0061] При использовании в данном документе путь интегрирования может относиться к кривой видимого динамического диапазона (VDR), используемой для представления нелинейности восприятия у человека и для установления отображения между набором значений цифрового кода и набором эталонных уровней серого (квантованных значений яркости). Отображение может быть необходимо для соблюдения критериев, чтобы каждый шаг квантования (например, ра