LCD-FED双屏结构高动态范围视频显示中的时空连续性研究

为显示高动态范围视频，色调映射算法和双屏显示设备是研究的两种技术路线。色调映射算法多对视频进行离散多通道分解并采取不同压缩处理，且较少考虑时间因素而易导致光晕、色彩偏离等时空不连续性；双屏结构由于屏间间隙而引入动态光晕等空间不连续性。本项目提出LCD-FED双屏显示结构，研究LCD、FED双屏图像的复合显示特性，借鉴色调映射的若干方法，对分块、分层、分时算法进行融合。针对离散多通道分解和屏间间隙导致的时空不连续，利用视觉累积效应，对FED背景屏进行纳秒级高速刷新，实现多通道图像的连续分解与显示，补偿光晕和色彩偏离；针对未考虑时间因素导致的时间不连续效应，研究时间连续性算子，提取视觉注意力特征作为双屏缓变背景。最后通过主观视觉和客观评价的方式分析各方法在亮度、颜色或细节等方面的优缺点，通过实验调整得到最优参数，并反馈于FED背光源设计工艺，预期研制成具有较佳成像效果的高动态范围视频显示单元。

本项目完成后已获得具有高速刷新速度和较好白色显示的FED背光源，获得具有较佳成像效果的高动态范围视频显示单元，显示单元对比度大于1000000:1；发表学术论文9篇，其中SCI、EI 论文6 篇，申请专利3 项；培养研究生6 名。获得的最主要研究成果为：.（1）首先，项目提出点对点式LCD-FED双屏结构高动态范围显示系统。系统中FED背光源像素点单独控制所对应的液晶像素点，背光源FED与液晶面板共用一块玻璃基板，减少FED背光源光线传播到所对应液晶像素点的距离，并调整黑底的长度来控制荧光粉发射光的角度。该系统能消除光晕且局部对比度提高到65025:1，点对点控制率达到100%。.（2）针对运动伪像问题，项目提出背光源延迟驱动的方法。针对LCD的保持型显示模式和FED的脉冲型显示模式，当液晶显示器件的响应达到当前帧的正常值时，FED的发射微尖开始发射电子。进入下一帧图像之前，关闭背光源，等待液晶显示器件转变到下一帧的正常值。实验证明，这种方法能够消除显示设备的部分运动伪像。.（3）项目提出了秀尔图像分割算法。首先对输入的高动态范围图像像素灰度值进行因式分解；然后检测质因子是否大于255，对大于255的质因子进行减1再因式分解处理；最后对这些质因子进行由小到大排列，奇数位质因子的乘积由前液晶面板显示，偶数位质因子的乘积由背光源FED显示。通过计算，该算法的显示灰阶提高到18726，是平方根图像分割算法显示灰阶的73.15倍。.（4）深入研究了高动态范围图像显示中的时间域连续性问题：色彩连续性。提出了一种颜色空间转换方法。该方法根据颜色空间的相互转换原理，将高动态图像转换到HSL空间，完成颜色信息与亮度信息的分离，并引入了视觉适应性模型。实验表明，空间转换与适应性模型的结合使用可以很好的处理亮度抖动问题。.（5）最后，研究了高动态范围图像显示中的空间域连续性问题：空间错位。针对LCD-FED双屏显示中的空间错位问题，项目提出了加权和优化算法。对于空间错位引入的视觉差与重构差，进行加权求和并进行最小化计算，最终得到双屏显示需要的前后屏图像。实验结果表明，可明显提高双屏系统的可视角，达到120°。. 实验结果表明，采用LCD-FED双屏系统进行高动态图像显示，以空间转换结合适应性模型处理时间域连续性问题，以加权和优化算法处理空间域连续性问题，可以较好地解决时空连续性问题。