液晶显示面板(LCD)架起了人与移动设备之间的重要桥梁,是现在应用范围最广的平板显示器件。当前移动终端显示面板在户外的应用越来越多,显示面积不断增大,耗能比重持续增加,人们在画质和能耗方面的要求也日益增加。背光的降低(节能模式)和户外环境光的影响都会导致显示设备对比度下降、画面质量降低。近年来,图像处理技术广泛应用于各个领域,通过图像处理可以有效改善图像质量,LCD行业人员也越来越关注通过该技术达到显示优化的目的。本文首先介绍了LCD的理论基础,分析了背光和环境光两种因素对显示画质的影响。在研究过程中发现,目前大多数针对背光或者环境光的算法,在亮度、细节和颜色上都有不尽如人意的地方,不能很好地与人类视觉系统相结合,再现原始输入图像的视觉效果。色调映射技术是在低动态显示设备中重建自然景象中高动态范围的场景,使观察者能够获得一致的视觉效果。而背光和环境光都会使显示设备的动态范围更低,本文基于色调映射思想,对其全局和局部算法进行深入研究,用更低的动态范围重现原始图像的感知质量,降低显示设备背光和环境光的影响。本文的主要工作有:(1)设计了一种基于人眼感知的快速全局显示优化算法。传统的算法大都直接对图像的亮度进行处理,不能很好模拟出人眼的敏感特性。本算法充分考虑了人类视觉系统对亮度的自适应响应特性,将亮度转换到锥细胞响应值上进行处理。然后,应用人眼感知模型保留人眼对亮度的感知响应差异,在保证图像整体质量的同时,更多的保留了人眼视觉感受。该算法复杂度低,实时性好,尤其适用于环境光较强的情况,且方便在硬件上的移植。(2)提出了一种最优化的局部色调映射算法。亮度信息主要存储在图像的低频层,动态范围的压缩也是发生在低频层。该算法先通过低通滤波对图像进行分层,在低频层设计一个最优化函数,最大限度保存图像的全局感知对比度和感知亮度信息。得到新的低频层后,与保留图像细节信息的高频层重构出新的图像。相较于传统图像增强算法,更好地重建了图像外观。其中,最优化函数通过拉格朗日理论进行求解,降低了算法复杂度。该算法相对于全局算法,时间复杂度高,但在保留图像局部细节信息上表现更好,且能在降低30%~50%能耗的同时,保证图像感知效果。(3)在局部算法中考虑了不同像素值对图像的失真影响不同,设计了一种更加合理的失真率模型,使图像的失真在人眼可接受的范围内,解决了传统算法中普遍存在的像素饱和,导致图像过增强、细节丢失的问题。(4)本文对各种算法进行了主观实验验证和客观指标分析。仿真结果和实验数据表明,本论文提出的显示优化算法可以较好的保持图像外观,有效保留感知对比度和感知亮度,降低能耗。