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CN114845093B - 图像显示方法、图像显示装置以及计算机可读存储介质 - Google Patents

图像显示方法、图像显示装置以及计算机可读存储介质 Download PDF

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CN114845093B
CN114845093B CN202210268066.3A CN202210268066A CN114845093B CN 114845093 B CN114845093 B CN 114845093B CN 202210268066 A CN202210268066 A CN 202210268066A CN 114845093 B CN114845093 B CN 114845093B
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俞克强
刘硕
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Zhejiang Dahua Technology Co Ltd
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Abstract

本申请提供一种图像显示方法、图像显示装置以及计算机可读存储介质。该图像显示方法包括：获取显示屏可显示的动态范围；将目标图像的灰度直方图压缩至动态范围，并按照预设精度确定目标图像的像素点的压缩灰度值；将当前像素点预设精度之后的灰度值转换为抖动值；利用伪随机数生成算法生成一个伪随机数；判断当前像素点的抖动值是否大于等于伪随机数；若否，将压缩灰度值作为当前像素点的显示灰度值；若是，将压缩灰度值加1的值作为当前像素点的显示灰度值；确定所有像素点的显示灰度值后，按照显示灰度值在显示屏上显示目标图像。通过上述方式，图像显示方法采用伪随机数抖动的方法替代了有序抖动模板，有效地降低了人工纹理的产生。

Description

图像显示方法、图像显示装置以及计算机可读存储介质
技术领域
本申请涉及图像处理技术领域，特别是涉及一种图像显示方法、图像显示装置以及计算机可读存储介质。
背景技术
随着科技的发展，目前已进入信息爆炸的时代，尤其是图像视频类数据，由于其传递表达信息的直观，应用范围越来越广，其中信息展示的媒介LED(Light-Emitting Diode，发光二极管)显示技术的发展，因其成本低、功耗小、可视性高、组装自由等优点被应用到各种领域。
数字半色调技术是一种提升显示设备显示精度的方法，利用人眼在空间接近的部分视为整体的特性使低动态范围显示设备在显示时呈现出更多的灰度层次。时域抖动法作为数字半色调的一种，利用人眼的视觉暂留特性通过闪烁来提高显示器的显示精度，因其实现简单效果显著而被广泛使用。
然而，目前的数字半色调技术一般采用有序抖动模板的方式，容易产生人工纹理，导致图像显示效果不佳。
发明内容
本申请提供了一种图像显示方法、图像显示装置以及计算机可读存储介质。
本申请提供了一种图像显示方法，所述图像显示方法包括：
获取显示屏可显示的动态范围；
将目标图像的灰度直方图压缩至所述动态范围，并按照预设精度确定所述目标图像的像素点的压缩灰度值；
将当前像素点预设精度之后的灰度值转换为抖动值；
利用伪随机数生成算法生成一个伪随机数；
判断所述当前像素点的抖动值是否大于等于所述伪随机数；
若否，将所述压缩灰度值作为所述当前像素点的显示灰度值；
若是，将所述压缩灰度值加1的值作为所述当前像素点的显示灰度值；
遍历所述目标图像的所有像素点，确定所有像素点的显示灰度值后，按照显示灰度值在所述显示屏上显示目标图像。
其中，所述伪随机数的取值范围由所述当前像素点预设精度的数据位数决定；
所述伪随机数生成算法为线性同余法或马特赛特旋转演算法。
其中，所述图像显示方法还包括：
获取所述当前像素点的显示灰度值和压缩灰度值的误差；
利用预设误差扩散模板以及所述误差调整所述当前像素点的邻域像素点的显示灰度值。
其中，所述预设误差扩展模板为Basic误差扩展模板、Floyd-Steinberg误差扩散模板、Sierra误差扩散模板中的一个或多个。
其中，所述图像显示方法还包括：
获取所述目标图像的第一灰度数据；
通过反伽马变换将所述第一灰度数据转换为第二灰度数据，其中，所述第二灰度数据的数据位数大于所述第一灰度数据的数据位数；
基于所述目标图像的第二灰度数据建立灰度直方图。
其中，所述基于所述目标图像的第二灰度数据建立灰度直方图之后，所述图像显示方法还包括：
获取所述灰度直方图的动态范围；
将所述动态范围进行扩展，生成新的灰度直方图；
其中，所述新的灰度直方图的动态范围大于所述显示屏可显示的动态范围。
其中，所述将所述动态范围进行扩展，生成新的灰度直方图，包括：
将所述灰度直方图划分为若干部分，得到若干灰度直方子图，以及若干灰度直方子图的面积比例；
将所述灰度直方图的动态范围进行扩展时，基于所述新的灰度直方图的动态范围以及所述面积比例确定新的灰度直方子图，从而得到所述新的灰度直方图。
本申请还提供了一种图像显示装置，所述图像显示装置包括获取模块、压缩模块、转换模块、抖动模块以及显示模块；其中，
所述获取模块，用于获取显示屏可显示的动态范围；
所述压缩模块，用于将目标图像的灰度直方图压缩至所述动态范围，并按照预设精度确定所述目标图像的像素点的压缩灰度值；
所述转换模块，用于将当前像素点预设精度之后的灰度值转换为抖动值；
所述抖动模块，用于用伪随机数生成算法生成一个伪随机数；判断所述当前像素点的抖动值是否大于等于所述伪随机数；若否，将所述压缩灰度值作为所述当前像素点的显示灰度值；若是，将所述压缩灰度值加1的值作为所述当前像素点的显示灰度值；
所述显示模块，用于遍历所述目标图像的所有像素点，确定所有像素点的显示灰度值后，按照显示灰度值在所述显示屏上显示目标图像。
本申请还提供了另一种图像显示装置，所述图像显示装置包括处理器和存储器，所述存储器中存储有程序数据，所述处理器用于执行所述程序数据以实现如上述的图像显示方法。
本申请还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序数据，所述程序数据在被处理器执行时，用以实现上述的图像显示方法。
本申请的有益效果是：图像显示装置获取显示屏可显示的动态范围；将目标图像的灰度直方图压缩至动态范围，并按照预设精度确定目标图像的像素点的压缩灰度值；将当前像素点预设精度之后的灰度值转换为抖动值；利用伪随机数生成算法生成一个伪随机数；判断当前像素点的抖动值是否大于等于伪随机数；若否，将压缩灰度值作为当前像素点的显示灰度值；若是，将压缩灰度值加1的值作为当前像素点的显示灰度值；确定所有像素点的显示灰度值后，按照显示灰度值在显示屏上显示目标图像。通过上述方式，图像显示方法采用伪随机数抖动的方法替代了有序抖动模板，有效地降低了人工纹理的产生。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是本申请提供的图像显示方法一实施例的流程示意图；
图2是本申请提供的图像显示方法另一实施例的流程示意图；
图3是本申请提供的动态范围扩展的示意图；
图4是本申请提供的图像显示装置一实施例的结构示意图；
图5是本申请提供的图像显示装置另一实施例的结构示意图
图6是本申请提供的计算机可读存储介质一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1，图1是本申请提供的图像显示方法一实施例的流程示意图。
其中，本申请的图像显示方法应用于一种图像显示装置，其中，本申请的图像显示装置可以为服务器，也可以为由服务器和终端设备相互配合的系统。相应地，图像显示装置包括的各个部分，例如各个单元、子单元、模块、子模块可以全部设置于服务器中，也可以分别设置于服务器和终端设备中。
进一步地，上述服务器可以是硬件，也可以是软件。当服务器为硬件时，可以实现成多个服务器组成的分布式服务器集群，也可以实现成单个服务器。当服务器为软件时，可以实现成多个软件或软件模块，例如用来提供分布式服务器的软件或软件模块，也可以实现成单个软件或软件模块，在此不做具体限定。在一些可能的实现方式中，本申请实施例的图像显示方法可以通过处理器调用存储器中存储的计算机可读指令的方式来实现。
具体而言，如图1所示，本申请实施例的图像显示方法具体包括以下步骤：
步骤S11：获取显示屏可显示的动态范围。
在本申请实施例中，图像显示装置获取用于显示图像的显示屏可显示的精度。其中，显示屏可显示的精度一般设置为多个，用户可以事先在显示屏内设置所需的精度，也可以直接采用显示屏预设的精度显示图像。
步骤S12：将目标图像的灰度直方图压缩至动态范围，并按照预设精度确定目标图像的像素点的压缩灰度值。
在本申请实施例中，图像显示装置获取目标图像，并建立目标图像的灰度直方图。其中，灰度直方图是关于灰度级分布的函数，是对图像中灰度级分布的统计，灰度直方图是将数字图像中的所有像素，按照灰度值的大小，统计其出现的频率。
图像显示装置将目标图像的灰度直方图按比例压缩到显示屏可显示的动态范围，并保留p位精度。其中，p位精度可以由用户提前设定，也可以采用显示屏预设的显示精度，显示屏预设的显示精度由预设的动态范围决定。图像显示装置将保留p为精度的灰度值作为像素点的压缩灰度值。
步骤S13：将当前像素点预设精度之后的灰度值转换为抖动值。
在本申请实施例中，图像显示装置将灰度直方图压缩后像素点的灰度数据中的前p位精度的bit位作为该像素点的压缩灰度值，将其余精度无法显示的bit位作为抖动位，即预设精度之后的灰度值，并将其转换为十进制数s，作为抖动值s。
步骤S14：利用伪随机数生成算法生成一个伪随机数。
在本申请实施例中，图像显示装置对压缩后的像素点进行时域抖动处理。
具体地，图像显示装置通过预设的伪随机生成算法生成一个伪随机数q，其中，伪随机数q的取值范围由当前像素点预设精度的数据位数决定。例如，预设精度的数据位数为p位精度，则伪随机数q的取值范围为(0，2p-1)。
其中，本申请实施例所采用的伪随机数生成算法包括但不限于线性同余法、马特赛特旋转演算法等。
步骤S15：判断当前像素点的抖动值是否大于等于伪随机数。
在本申请实施例中，图像显示装置比对伪随机数q和抖动值s的大小。若抖动值s大于等于伪随机数q，则进入步骤17；若抖动值s小于伪随机数q，则进入步骤S16。
步骤S16：将压缩灰度值作为当前像素点的显示灰度值。
在本申请实施例中，图像显示装置在抖动值s小于伪随机数q时，按照压缩后的像素点的最小显示精度数据直接输出。
步骤S17：将压缩灰度值加1的值作为当前像素点的显示灰度值。
在本申请实施例中，图像显示装置在抖动值s大于等于伪随机数q时，将该像素点显示时在最小显示精度上加1后输出。
步骤S18：遍历目标图像的所有像素点，确定所有像素点的显示灰度值后，按照显示灰度值在显示屏上显示目标图像。
在本申请实施例中，图像显示装置按照从上到下、从左到右的顺序依次对目标图像中每个像素点进行上述步骤S14～步骤S17的处理逻辑，直至获取所有压缩后像素点的输出位置。
最终，图像显示装置按照每个像素点输出的显示灰度值在显示屏上显示图像。
进一步地，图像显示装置还可以通过将压缩灰度值和显示灰度值的误差按比例扩散到邻域像素点的方法进一步提升图像色调的连续性，使得目标图像在LED显示时有更好的表现。
具体地，图像显示装置计算步骤S16或步骤S17输出的显示灰度值与压缩后保留p位精度的压缩灰度值的差，即误差。然后，图像显示装置将该误差按照误差扩散模板的比例扩散到对应邻域的像素位置上并累加。其中，本申请实施例所采用的误差扩散模板可以选择Basic误差扩展模板、Floyd-Steinberg误差扩散模板、Sierra误差扩散模板。下面对每个误差扩散模板进行介绍：
表1 Basic误差扩展模板
X 3
3 2
表2 Floyd-Steinberg误差扩散模板
X 7
3 5 1
表3 Sierra误差扩散模板
X 7 5
3 5 7 5 3
1 3 5 3 1
在本申请实施例中，图像显示装置获取显示屏可显示的动态范围；将目标图像的灰度直方图压缩至动态范围，并按照预设精度确定目标图像的像素点的压缩灰度值；将当前像素点预设精度之后的灰度值转换为抖动值；利用伪随机数生成算法生成一个伪随机数；判断当前像素点的抖动值是否大于等于伪随机数；若否，将压缩灰度值作为当前像素点的显示灰度值；若是，将压缩灰度值加1的值作为当前像素点的显示灰度值；确定所有像素点的显示灰度值后，按照显示灰度值在显示屏上显示目标图像。通过上述方式，图像显示方法采用伪随机数抖动的方法替代了有序抖动模板，有效地降低了人工纹理的产生；画面静止时，伪随机数抖动方法能更好地降低图像闪烁的现象，保留的p位精度越多，该方法对比有序抖动的优势越明显，可以在保证画质的同时提高更多的显示精度；同时，通过将误差按比例扩散到邻域像素的方法进一步提升了图像色调的连续性，使图像在LED显示时有更好的表现。
请继续参阅图2，图2是本申请提供的图像显示方法另一实施例的流程示意图。
如图2所示，在图1所示图像显示方法之前，本申请提供的图像显示方法还包括以下步骤：
步骤S21：获取目标图像的第一灰度数据。
在本申请实施例中，图像显示装置获取目标图像的m位灰度数据，即第一灰度数据。其中，第一灰度数据为传输数据，是由原始的图像数据经过伽马变换得到的用于传输的数据。
步骤S22：通过反伽马变换将第一灰度数据转换为第二灰度数据，其中，第二灰度数据的数据位数大于第一灰度数据的数据位数。
在本申请实施例中，图像显示装置将目标图像的第一灰度数据通过反伽马变换得到线性化的n位灰度数据，即第二灰度数据。其中，n为LED显示屏的显示精度，n＞m。反伽马变换的公式如下：
其中，gamma为灰度系数，每个显示设备均有自己的gamma值；x为第一灰度数据中的灰度值，y为第二灰度数据中的灰度值。
步骤S23：基于目标图像的第二灰度数据建立灰度直方图。
在本申请实施例中，图像显示装置利用步骤S22得到的n位灰度数据建立灰度直方图，并基于灰度直方图的首尾，以等间距的方式将灰度直方图划分为若干灰度直方子图。具体请参阅图3，图3中的灰度直方图划分为4个部分，即得到4个灰度直方子图。
步骤S24：获取灰度直方图的动态范围。
在本申请实施例中，图像显示装置基于n位灰度数据获取灰度直方图的动态范围(0,2n-1)。
步骤S25：将动态范围进行扩展，生成新的灰度直方图。
在本申请实施例中，图像显示装置将原本的动态范围(0,2n-1)扩展至(0,2l-1)，即L个灰度级。其中，L＝2l，且L＞2n。
进一步地，图像显示装置通过L个灰度级以及若干灰度直方子图的面积比例求得每一个新的灰度直方子图，从而对灰度直方图进行均衡化，重新建立新的灰度直方图如图3所示。
具体地，灰度直方图均衡化的原理在于：保证动态范围扩展前后，若干部分的灰度直方子图之间的面积比例保持不变。
在本申请实施例中，图像显示装置通过对目标图像进行反伽马变换后将图像动态范围扩展，并在每个分段的灰度直方图中进行均衡化处理；同时，增加了动态范围扩展及分段直方图均衡的步骤，使图像进行逆色调映射后保留了更多的灰度层次，增加了图像的细节。
本领域技术人员可以理解，在具体实施方式的上述方法中，各步骤的撰写顺序并不意味着严格的执行顺序而对实施过程构成任何限定，各步骤的具体执行顺序应当以其功能和可能的内在逻辑确定。
为实现上述实施例的图像显示方法，本申请还提出了一种图像显示装置，具体请参阅图4，图4是本申请提供的图像显示装置一实施例的结构示意图。
本申请实施例的图像显示装置300包括获取模块31、压缩模块32、转换模块33、抖动模块34以及显示模块35。
其中，所述获取模块31，用于获取显示屏可显示的动态范围。
所述压缩模块32，用于将目标图像的灰度直方图压缩至所述动态范围，并按照预设精度确定所述目标图像的像素点的压缩灰度值。
所述转换模块33，用于将当前像素点预设精度之后的灰度值转换为抖动值。
所述抖动模块34，用于用伪随机数生成算法生成一个伪随机数；判断所述当前像素点的抖动值是否大于等于所述伪随机数；若否，将所述压缩灰度值作为所述当前像素点的显示灰度值；若是，将所述压缩灰度值加1的值作为所述当前像素点的显示灰度值。
所述显示模块35，用于遍历所述目标图像的所有像素点，确定所有像素点的显示灰度值后，按照显示灰度值在所述显示屏上显示目标图像。
为实现上述实施例的图像显示方法，本申请还提出了另一种图像显示装置，具体请参阅图5，图5是本申请提供的图像显示装置另一实施例的结构示意图。
本申请实施例的图像显示装置400包括存储器41和处理器42，其中，存储器41和处理器42耦接。
存储器41用于存储程序数据，处理器42用于执行程序数据以实现上述实施例所述的图像显示方法。
在本实施例中，处理器42还可以称为CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)。处理器42可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器42还可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Process)、专用集成电路(ASIC，ApplicationSpecific Integrated Circuit)、现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable GateArray)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器42也可以是任何常规的处理器等。
为实现上述实施例的图像显示方法，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，如图6所示，计算机可读存储介质500用于存储程序数据51，程序数据51在被处理器执行时，用以实现如上述实施例所述的图像显示方法。
本申请还提供一种计算机程序产品，其中，上述计算机程序产品包括计算机程序，上述计算机程序可操作来使计算机执行如本申请实施例所述的图像显示方法。该计算机程序产品可以为一个软件安装包。
本申请上述实施例所述的图像显示方法，在实现时以软件功能单元的形式存在并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在装置中，例如一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种图像显示方法，其特征在于，所述图像显示方法包括：
获取显示屏可显示的动态范围；
将目标图像的灰度直方图压缩至所述动态范围，并按照预设精度确定所述目标图像的像素点的压缩灰度值；
将当前像素点预设精度之后的灰度值转换为抖动值；
利用伪随机数生成算法生成一个伪随机数；
判断所述当前像素点的抖动值是否大于等于所述伪随机数；
若否，将所述压缩灰度值作为所述当前像素点的显示灰度值；
若是，将所述压缩灰度值加1的值作为所述当前像素点的显示灰度值；
遍历所述目标图像的所有像素点，确定所有像素点的显示灰度值后，按照显示灰度值在所述显示屏上显示目标图像；
所述图像显示方法还包括：
获取所述目标图像的第一灰度数据；
通过反伽马变换将所述第一灰度数据转换为第二灰度数据，其中，所述第二灰度数据的数据位数大于所述第一灰度数据的数据位数；
基于所述目标图像的第二灰度数据建立灰度直方图。
2.根据权利要求1所述的图像显示方法，其特征在于，
所述伪随机数的取值范围由所述当前像素点预设精度的数据位数决定；
所述伪随机数生成算法为线性同余法或马特赛特旋转演算法。
3.根据权利要求1所述的图像显示方法，其特征在于，
所述图像显示方法还包括：
获取所述当前像素点的显示灰度值和压缩灰度值的误差；
利用预设误差扩散模板以及所述误差调整所述当前像素点的邻域像素点的显示灰度值。
4.根据权利要求3所述的图像显示方法，其特征在于，
所述预设误差扩散模板为Basic误差扩散模板、Floyd-Steinberg误差扩散模板、Sierra误差扩散模板中的一个或多个。
5.根据权利要求1所述的图像显示方法，其特征在于，
所述基于所述目标图像的第二灰度数据建立灰度直方图之后，所述图像显示方法还包括：
获取所述灰度直方图的动态范围；
将所述动态范围进行扩展，生成新的灰度直方图；
其中，所述新的灰度直方图的动态范围大于所述显示屏可显示的动态范围。
6.根据权利要求5所述的图像显示方法，其特征在于，
所述将所述动态范围进行扩展，生成新的灰度直方图，包括：
将所述灰度直方图划分为若干部分，得到若干灰度直方子图，以及若干灰度直方子图的面积比例；
将所述灰度直方图的动态范围进行扩展时，基于所述新的灰度直方图的动态范围以及所述面积比例确定新的灰度直方子图，从而得到所述新的灰度直方图。
7.一种图像显示装置，其特征在于，所述图像显示装置包括获取模块、压缩模块、转换模块、抖动模块以及显示模块；其中，
所述获取模块，用于获取显示屏可显示的动态范围；
所述压缩模块，用于将目标图像的灰度直方图压缩至所述动态范围，并按照预设精度确定所述目标图像的像素点的压缩灰度值；
所述转换模块，用于将当前像素点预设精度之后的灰度值转换为抖动值；
所述抖动模块，用于用伪随机数生成算法生成一个伪随机数；判断所述当前像素点的抖动值是否大于等于所述伪随机数；若否，将所述压缩灰度值作为所述当前像素点的显示灰度值；若是，将所述压缩灰度值加1的值作为所述当前像素点的显示灰度值；
所述显示模块，用于遍历所述目标图像的所有像素点，确定所有像素点的显示灰度值后，按照显示灰度值在所述显示屏上显示目标图像；
所述压缩模块还用于，获取所述目标图像的第一灰度数据；通过反伽马变换将所述第一灰度数据转换为第二灰度数据，其中，所述第二灰度数据的数据位数大于所述第一灰度数据的数据位数；基于所述目标图像的第二灰度数据建立灰度直方图。
8.一种图像显示装置，其特征在于，所述图像显示装置包括处理器和存储器，所述存储器中存储有程序数据，所述处理器用于执行所述程序数据以实现如权利要求1-6任一项所述的图像显示方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储程序数据，所述程序数据在被处理器执行时，用以实现权利要求1-6任一项所述的图像显示方法。
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