张涛等：一种提高图像对比度和视觉质量的新型区域背光算法 ·1891· 图3比较原图与用初始背光信号调光的图像.()原图：(b)用初始背光信号补偿后的图像：（©）初始背光信号的分布 Fig.3 Comparison between the original and dimmed images:(a)original image:(b)dimmed image using the initial backlight luminance to com- pensate:(c)distribution of the initial backlight luminance 邻分区背光值的大小，将背光分区边界尽量平滑.目 像素做出精确的补偿，以解决液晶像素补偿后出现的 前常用的背光平滑方法主要有光扩散函数法6-切 块效应问题，具体步骤如下 (light spreading function,LSF)和模糊一扩散方法s-g (1)利用本文背光亮度计算方法计算出初始背光 (blur mask approach,BMA).LSF法的主要思想是将背 亮度矩阵，记为BLm,设其尺寸大小为M×N,如式 光信号矩阵与光扩散函数LSF卷积，来模拟背光模组 (5)所示. 各单元LED发出的光线扩散后的光强分布，再根据此 BLi BLi2 BL1.N-I BLI.N 卷积结果与原始像素确定图像像素补偿信号.由于卷 BL2. BL22 BL2.x- BL2.N 积的运算量大且复杂度高，这导致在实际应用系统中 BLinit 硬件载体的存储和计算要求非常之高，所以LSF法并 BLw-1 BLw-12 BLM-1.N-1 BLx-1.N 不实用.为降低计算复杂度并快速得到平滑效果较好 BLya BLw.2 BLy.s-1 BLx.N 的背光信号，BMA法被提出，该方法的核心思想是借 (5) 用低通滤波器对初始背光信号做平滑处理.本文借鉴 (2)对初始背光亮度矩阵BL的上、下、左、右四 文献19]中的BMA法，通过对区域背光光扩散性能 边做镜像处理，得到镜像后的背光亮度矩阵BL,其 的研究，建立分区背光扩散模型，模拟实际系统中对应 大小变为(M+2)×(N+2),如式(6)所示. 于输入图像每个像素点的背光信号分布，进而对原始 BLi BLi BL12 BL1.N-1 BL.N BLi.N BLi. BLi BL12 BLi.N-1 BLL.N BLi.N BL2. BL2. BL2.2 BL2.N-1 BL2.N BL2.N (6) BLv-1 BLw-1 BLw-1.2 …BLw-l.N-lBL-NBL-N BLv. BLM.1 BLx.2 BLM.N-1 BLM.N BLM.N BLy. BLx.1 BLx.2 BLy.s-1 BLM.N BLM.N (3)对镜像后的背光矩阵BL不包含四条边界 BLu=axBx(BLBL+ 的元素按照式(7)进行混光，得到混光矩阵BLd,如 c×(BLes+BLm)+d×(BL+ 式(8)所示. BLmw+BLm+BLm）, (7) BLain BLoinz BLaied.z BL BLd BLa BLai BLeisel: BLmised …BLmised BLmived BLaic BLrived= (8) BLaire BLnised BLaixed BLaicl BLaie BLmived. BLnived …BLmised BLaised. BLoi. BLBL BLoir一 BLnic 式中，a、b、c和d为低通滤波模板（模板大小为3×3）系数，如图4(a)所示.其中，a位于扩散模板的中心位张 涛等: 一种提高图像对比度和视觉质量的新型区域背光算法 图 3 比较原图与用初始背光信号调光的图像． ( a) 原图; ( b) 用初始背光信号补偿后的图像; ( c) 初始背光信号的分布 Fig． 3 Comparison between the original and dimmed images: ( a) original image; ( b) dimmed image using the initial backlight luminance to com￾pensate; ( c) distribution of the initial backlight luminance 邻分区背光值的大小，将背光分区边界尽量平滑． 目 前常用的背光平滑方法主要有光扩散函数法［16--17］ ( light spreading function，LSF) 和模糊--扩散方法［18--19］ ( blur mask approach，BMA) ． LSF 法的主要思想是将背 光信号矩阵与光扩散函数 LSF 卷积，来模拟背光模组 各单元 LED 发出的光线扩散后的光强分布，再根据此 卷积结果与原始像素确定图像像素补偿信号． 由于卷 积的运算量大且复杂度高，这导致在实际应用系统中 硬件载体的存储和计算要求非常之高，所以 LSF 法并 不实用． 为降低计算复杂度并快速得到平滑效果较好 的背光信号，BMA 法被提出，该方法的核心思想是借 用低通滤波器对初始背光信号做平滑处理． 本文借鉴 文献［19］中的 BMA 法，通过对区域背光光扩散性能 的研究，建立分区背光扩散模型，模拟实际系统中对应 于输入图像每个像素点的背光信号分布，进而对原始 像素做出精确的补偿，以解决液晶像素补偿后出现的 块效应问题，具体步骤如下． ( 1) 利用本文背光亮度计算方法计算出初始背光 亮度矩阵，记为 BLinit，设其尺寸大小为 M × N，如式 ( 5) 所示． BLinit = BL1，1 BL1，2 … BL1，N － 1 BL1，N BL2，1 BL2，2 … BL2，N － 1 BL2，N      BLM － 1，1 BLM － 1，2 … BLM － 1，N － 1 BLM － 1，N BLM，1 BLM，2 … BLM，N － 1 BLM，               N ． ( 5) ( 2) 对初始背光亮度矩阵 BLinit的上、下、左、右四 边做镜像处理，得到镜像后的背光亮度矩阵 BLmirr，其 大小变为( M + 2) × ( N + 2) ，如式( 6) 所示． BLmirr = BL1，1 BL1，1 BL1，2 … BL1，N － 1 BL1，N BL1，N BL1，1 BL1，1 BL1，2 … BL1，N － 1 BL1，N BL1，N BL2，1 BL2，1 BL2，2 … BL2，N － 1 BL2，N BL2，N        BLM － 1，1 BLM － 1，1 BLM － 1，2 … BLM － 1，N － 1 BLM － 1，N BLM － 1，N BLM，1 BLM，1 BLM，2 … BLM，N － 1 BLM，N BLM，N BLM，1 BLM，1 BLM，2 … BLM，N － 1 BLM，N BLM，                      N  ． ( 6) ( 3) 对镜像后的背光矩阵 BLmirr不包含四条边界 的元素按照式( 7) 进行混光，得到混光矩阵 BL' mixed，如 式( 8) 所示． BLmixedi，j = a × BLmirri，j + b × ( BLmirri，j － 1 + BLmirri，j + 1 ) + c × ( BLmirri － 1，j + BLmirri + 1，j ) + d × ( BLmirri － 1，j － 1 + BLmirri － 1，j + 1 + BLmirri + 1，j － 1 + BLmirri + 1，j + 1 ) ， ( 7) BL' mixed = BLmirr1，1 BLmirr1，2 BLmirr1，3 … BLmirr1，N BLmirr1，N + 1 BLmirr1，N + 2 BLmirr2，1 BLmixed2，2 BLmixed2，3 … BLmixed2，N BLmixed2，N + 1 BLmirr2，N + 2 BLmirr3，1 BLmixed3，2 BLmixed3，3 … BLmixed3，N BLmixed3，N + 1 BLmirr3，N + 2        BLmirrM，1 BLmixedM，2 BLmixedM，3 … BLmixedM，N BLmixedM，N + 1 BLmirrM，N + 2 BLmirrM + 1，1 BLmixedM + 1，2 BLmixedM + 1，3 … BLmixedM + 1，N BLmixedM + 1，N + 1 BLmirrM + 1，N + 2 BLmirrM + 2，1 BLmirrM + 2，2 BLmirrM + 2，3 … BLmirrM + 2，N BLmirrM + 2，N + 1 BLmirrM + 2，N                       + 2 ． ( 8) 式中，a、b、c 和 d 为低通滤波模板( 模板大小为 3 × 3) 系数，如图 4( a) 所示． 其中，a 位于扩散模板的中心位 · 1981 ·