八日星期日表目录表格处理不同分辨率图像时的性能统计时间单位毫秒二〇三年九月八日星期日第章绪论课题背景液晶显示器，或称，是种平面超薄的显示设备，它由定数量的彩色或黑白像素组成，放臵于光源或者反射面前方。液晶显示屏是用于数字型钟表和许多便携式计算机的种显示器类型。它的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点线面配合背部灯管构成画面。显示使用了两片极化材料，在它们之间是液体水晶溶液。电流通过该液体时会使水晶重新排列，造成光线透过率的变化。液晶显示器作为科技含量高的技术，正朝着轻薄短小的目标发展。在便于携带与运输的前提下，传统的显示方式如显像管显示器及显示板等，皆受制于体积过大或耗电量过大等因素，无法适应使用者的实际需求的提高。而液晶显示技术的发展正好切合目前信息产品的潮流，无论是直角显示低耗电量体积小还是零辐射等液晶显示屏优点，都能让使用者享受最佳的视觉环境。在目前的桌面电脑和移动设备当中，显示器所占用的电能功率消耗比例分别达和因此节能显示技术的研究，特别是在延长移动设备电池持续供电时间等方面有着十分迫切的需求。或显示器是目前最流行的显示器，其主要技术是薄膜场效应晶体管，在给定个白色背光光源的基础上，通过改变每个像素中颜色单元的透光率获得不同颜色的显示。当透光率为时，屏幕会显示为黑色，然而由于工艺的问题，这类显示器产品通常会存在漏光的现象。显示器的主要电能消耗用于维持背光光源的亮度，因此整体的功率消耗也主要由背光的亮度及其制造工艺决定。般来说，通过合理地降低背光光源的亮度可以实现显示器的节能显示。最近几年，种新的基于有机发光二极管，的显示器以下简称显示器，见图则通过像素中的颜色单元自发光的形式显示颜色，因此就避免了使用背光光源。当屏幕面板不显示任何内容时，的能源消耗。显示器技术的出现，给图像的颜色设计引入了节能导向，而超大屏幕可视化的因其功率管理的复杂性，使节能显示的研究具有更大的挑战。另方面，考虑到人眼并行获取信息的能力限制，可展开基于眼球跟踪的屏幕局部颜色优化与亮度优化的研究。眼球追踪是项科学应用技术，用户无需触摸屏幕即可翻动页二〇三年九月八日星期日硕士学位论文面向节能的图像颜色优化研究摘要在目前的桌面电脑和移动设备当中，显示器所占用的电能功率消耗比例分别达和，因此节能显示技术的研究，特别是在延长移动设备电池持续供电时间等方面有着十分迫切的需求。从技术上讲，显示内容的节能显示主要可以从硬件和软件方面进行。在对显示器节能和图像处理相关方法进行了综述的基础上，本文从软件处理角度出发，围绕图像的节能显示优化设计的问题展开了研究，并提出了种基于节能的图像自适应亮度优化方法。该方法首先用双边滤波对图像进行去噪，然后通过边界检测算子从图像中获取显著边界作为图像主要特征，随后构造特征重要性场，用于指导图像的特征增强，并实现自适应亮度优化。该方法在应用于图像亮度降低时，可以在保持特征分辨能力的同时获得节能显示的效果。继而，本文描述了个实现上述图像处理方法的软件原型，并提供基本的图像处理操作，方便用户对方法的参数调节进行预览，并对处理结果进行分析比较。最后，本文将上述方法应用于般图像进行了实例测试，并做了简单的用户研究，结果表明该方法能够在相同节能效率下更好地保持图像中的感知特征。关键词节能，颜色优化，视觉感知，边界检测二〇三年九月八日星期日，二〇三年九月八日星期日目录摘要第章绪论课题背景显示器节能显示相关方法图像颜色与亮度优化本章小结内容安排第章研究中需要的工具综述图像亮度优化图像边界检测边界检测的基本步骤边界检测算法边界检测算法比较第章基于节能的图像颜色优化算法研究方法研究目标方法技术细节基于双边滤波的图像降噪处理特征检测及特征重要性场构造基于特征重要性场的图像优化图像处理原型软件需求分析主界面和交互设计基本处理功能的实现图像自适应亮度优化的实现本章小结第章实验结果与分析实验结果性能统计用户研究实验设计二〇三年九月八日星期日实验过程实验结果讨论分析本章小结第章总结与展望本文工作总结未来工作展望参考文献致谢,二〇三年九月八日星期日图目录图显示屏图显示器对于红绿蓝纯色的功率消耗曲线图图像亮度调节实例图不同边缘检测算子的离散形式图像卷积算子图不同边缘检测算子结果对比图图像自适应亮度优化算法的流程图字母表示本章中所用符号图双边滤波效果图本小节使用的示例输入图像图算法得到示例图像的边界图像的距离场，像素亮度表示距离边界像素的欧式距离图示例图像的特征场示意图，及文中各参数的含义图示例图像的特征重要性场图个实际图像的特征场构建过程图对示例图像进行自适应亮度优化的结果示意图，注意到图像中元素边界部分的对比度相比于原图像的变化图对图中实例图像进行自适应亮度优化的结果示意图图原型软件的功能模块图图图像处理原型软件的主界面图图像处理原型软件的自适应亮度优化选项卡中的参数与命令图图像通道选择界面图图形亮度和对比度调节界面图图像自适应亮度优化操作界面图方法在不同分辨率图像上的运行时间统计。表格处理不同分辨率图像时的性能统计时间单位毫秒图像分辨率运行时间用户研究用户研究是种理解用户，将他们的目标需求与相关技术方法相匹配的理想方法。用户研究的首要目的是通过对用户的任务操作特性知觉特征认知心理特征的研究，使用户的实际需求成为方法的导向，使相关方法更符合用户的习惯经验和期待。用户研究的价值在于，他不仅对方法评估有帮助，而且让技术的使用者受益，是对两者互利的。对技术开发人员来说，用户研究可以节约宝贵的时间开发成本和资源，创造更好更成功的产品。对用户来说，用户研究使得产品更加贴近他们的真实需求。通过对用户的理解，我们可以将用户需要的功能设计得有用易用并且强大，能解决实际问题。要实现以人为本的设计，必须把相关工作与技术与用户的关系作为个重要二〇三年九月八日星期日研究内容，先设计技术与用户的关系，设计人机界面，按照要求再设计功能，同时二者要协调配合。用户研究能够帮助改善网站软件应用手机游戏等等交互式产品与技术，包括消费类电器产品与技术。实验设计在用户研究中，我们邀请了位测试对象对我们的方法生成的图像结果进行比较与评价。参与对象的专业包括了计算机数学和工业设计学。所有参与者都没有色盲或色弱症状，且与我们的研究工作无关。用户研究的实验在台个人电脑上进行，配有两台英寸分辨率为的显示器，其中台用于展示测试图像，另台用于填写调研答卷。我们使用般图像和地图应用的图像作为实验数据。在用户研究实验中，我们对实验数据分别进行均匀亮度降低处理和本文第章描述的方法的处理，生成的结果图像分别记为和，未做处理的原始图像记作。在告知用户这三种图像在显示器显示时需要的平均功率的前提下，我们要求用户对这三个图像进行比较和主观评价。实验过程用户研究主要分为两个任务可视搜索和评价打分。在可视搜索任务中，测试对象被要求从街道地图中找出些特定的模式。街道地图被三种处理方法即不处理均匀亮度降低方法和我们的方法进行处理。该任务使用主体间测试方法进行，即所有测试对象将被分成组，且每个测试对象仅对同个结果进行两次测试记作和。测试程序记录识别时间和测试结果。在评价打分任务中，我们使用二维地图信息的结果，所有的结果同样被三种地扩展到时序数据，比如在游戏场景中的应用。本章中的些实验以及简单的用户研究验证了我们方法的有效性。由于我们的方法引入双边滤波和边界检测算子计算了基于边特征的重要性场，因此存在固有的限制。比如边界检测算子得到的边界是根据图像像素的梯度模和检测阈值确定的，因此缺少智能性，从而易导致些具有较低全局对比度而较高局部对比度的重要特征被忽略，而些包含较高对比度的背景则被作为显著特征强调或突出。在未来工作中，我们希望找到种更加健壮的重要特征检测算法。二〇三年九月八日星期日第章总结与展望本文工作总结显示器技术的出现为节能导向的颜色设计带来了新的研究方向和内容，本文主要面向节能显示针对图像自适应亮度优化展开研究，并提出了相应的图像自适应亮度优化算法，通过实现图像处理原型软件完成了算法的实验验证和用户研究。在显示器的节能手段中，亮度降低直是最直接有效的方法之，然而会带来显示内容的特征的弱化甚至丢失，因此我们提出了基于图像特征重要性的自适应亮度优化方法。在该工作中，我们应用边界检测算子对降噪后的图像进行边界场计算，并提出特征重要性场量化图像像素的特征表现能力在亮度优化阶段，该特征重要性场被用于指导图像的特征增强以补偿图像亮度降低引起的特征弱化。本文在第章实现了个简单的图像处理原型软件，便于在算法实现验证过程中对参数的调节进行实时的结果预览和比较。在结果实验中，我们对般图像进行了测试实验，同时我们也进行了简单的用户研究，结果表明该方法能够在相同节能效率下更好地保持图像中的感知特征。未来工作展望基于目前国内外相关研究的发展现状与我们的工作进度，未来我们计划将本文方法扩展应用到视频中。视频的处理并非图像处理的简单叠加，需要解决视频在帧间切换的致性问题，因此我们希望提出鲁棒且有效的方法解决致性问题。另方面，考虑到大屏幕的普及，我们也将继续对本文方法的可扩展性进行实验论证，通过算法的改进和优化，进步提高大分辨率图像的处理性能。液晶拼接产品如图自年入世至今已有三年的时间了，在这几年的时间当中液晶拼接市场每年都保持着迅猛的增长。有数据显示，液晶拼接如今几乎已经占据整个大屏幕拼接市场的半壁江山，液晶拼接产品更是受到了各个行业的青睐和认可。越大的屏幕承载越多的数据信息，同时也意味着更多处理方法即不处理均匀亮度降低方法和我们的方法进行处理。在被告知后两种处理方法均匀亮度降低方法和我们的方法获得的节能效率的前提下，所有测试对象都要求综合各种因素对这三种处