專利名稱：增強影像對比的方法
技術領域：
本發明涉及一種影像處理的方法，且特別是有關于一種加強影像對比的方法。
背景技術：
以往加強影像對比的方法僅是藉由統計畫面中每個像素的灰度值出現個數，來決定加強此畫面對比的程度。然而此種方法僅能在某種特定的情況下，提升畫面中的影像對比。但在某些較最需要加強對比的情況下，例如觀看DVD影片時，此種加強影像對比的方法會產生效果極差的影像。如圖1所示，其為播放DVD影片時的畫面示意圖。DVD影片在播放時大多以16∶9的比例顯示畫面100，故在顯示畫面100(例如LCD屏幕)的上下兩部份UP與DP均會顯示黑畫面。如此一來，以往加強影像對比的方法在對此畫面100做對比加強時會因將UP與DP兩部份的黑畫面的灰度值統計進去，而造成對比加強后的畫面100顯得極不自然。此外，當前后兩畫面的灰度值統計曲線差異過大時，以往的加強影像對比的方法將造成影像畫面閃爍的現象。
因此，如何能在加強對比的同時亦維持影像自然特性以及避免影像畫面閃爍的現象便是目前需要解決的課題。
發明內容
有鑒于此，本發明的目的是提供一種影像處理方法，其是在維持影像自然特性的條件下加強一影像的對比并維持影像畫面的穩定。
根據本發明的目的，提出一種影像處理方法。此影像至少由一第一畫面f(N)所呈現。此第一畫面f(N)是由多個像素所組成。每個像素分別對應至一原始灰度值，本發明的影像處理方法敘述如下。根據相鄰兩像素彼此間的原始灰度值的差異統計出原始灰度值出現個數，并以一第一轉移函數F(X)表示。根據此第一轉移函數F(X)計算出一伽碼曲線，以及根據此伽碼曲線選擇性地調整這些原始灰度值為多筆調整后灰度值。其中上述統計這些原始灰度值出現個數的步驟還包括當這些像素中的一第一像素的一第一原始灰度值與相鄰的一第二像素的一第二原始灰度值差大于n時，n為0或正整數，第一原始灰度值與第二原始灰度值間的所有原始灰度值的統計個數或部份原始灰度值的統計個數均加1。
為使本發明的上述目的、特征、和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，并結合附圖詳細說明如下。
圖1為播放DVD影片時的畫面示意圖。
圖2為本發明較佳實施例的影像處理方法的流程圖。
圖3A為某一現行畫面(unspecified current frame)的示意圖。
圖3B為原始灰度值個數統計示意圖。
圖3C為原始灰度值個數統計示意圖。
圖4A為計算伽碼曲線的流程圖。
圖4B為計算伽碼曲線的示意圖。
圖5為調整第三轉移函數部份上下限值的示意圖。
具體實施例方式
本發明提出一種影像處理方法，其是在維持影像自然特性的條件下加強一影像的對比并維持影像畫面的穩定。本發明的影像處理方法根據每個像素與其相鄰像素間的原始灰度值差，來統計這些原始灰度值出現個數，之后并依據所統計出的灰度值個數以及前后兩畫面的對比變動幅度來決定現行畫面的對比加強程度。
請參照圖2，其為本發明較佳實施例的影像處理方法的流程圖。一影像是由多張畫面f(N)所呈現，N為正整數。每個畫面f(N)是由多個像素所組成，例如由1028*768個像素所組成。每個像素均分別對應至一原始灰度值(graylevel)GL。本發明的影像處理方法包括下列步驟。于步驟200，根據每個像素與其相鄰像素間的原始灰度值差，來統計這些原始灰度值出現個數并以第一轉移函數Fi(X)表示，i為1至N間的正整數。于步驟202，根據第一轉移函數Fi(X)計算出一伽碼曲線(Gamma Curve)。之后于步驟204，根據此伽碼曲線選擇性地調整這些原始灰度值為多筆調整后灰度值。
進一步來說明步驟200的統計方法。請參照圖3A，其為某一現行畫面(unspecified current frame)的示意圖。一第一畫面f(1)為影像中的某一畫面。第一畫面f(1)中的每個空格代表一個像素P，而空格中所標示的數字代表每個像素P所對應到的原始灰度值GL。以第一畫面f(1)中左上角3*3個像素P(1)～P(9)來說明統計此第一畫面f(1)的原始灰度值出現個數的原則。此原則為「當每個像素與相鄰像素彼此間的原始灰度值差大于n時，n為0或正整數的一預定值，將每個像素所對應到的原始灰度值與相鄰像素所對應到的原始灰度值間的所有原始灰度值的統計個數或部份原始灰度值的統計個數均加1。」以n為0及以第九像素P9為例說明，第九像素P9與第六像素P6及第8像素P8相鄰。第九像素P9與第六像素P6彼此間的原始灰度值差為21灰度(95-74＝21＞0)，故將原始灰度值74到95間的所有原始灰度值(74、75、76、...94、95)的統計個數均加1，如圖3B所標示的實線箭頭。圖3B為原始灰度值個數統計示意圖。而第九像素P9與第八像素P8彼此間的原始灰度值差為19灰度(93-74＝19＞0)，故將原始灰度值74到93間的所有原始灰度值(74、75、...92、93)的統計個數再加1，如圖3B所標示的虛線箭頭。以此原則對像素P1～P9的每筆原始灰度值GL作統計將得到此第一畫面f(1)的部份灰度值個數統計圖，即如圖3C所示，其為原始灰度值個數統計示意圖。
相較于以往的做法(即僅是統計畫面中每個像素的原始灰度值出現個數)，本發明的統計原則考慮到相鄰像素彼此間的原始灰度值差異。如此，統計出來的第一轉移函數Fi(X)考慮到畫面中影像邊緣的灰度值差異，使得依據此第一轉移函數Fi(X)所求出的伽碼曲線，其所修正的影像在對比的表現上更為自然。此外，上述n亦可為1或其它正整數，而統計方式亦可以是將每個像素所對應到的原始灰度值與相鄰像素所對應到的原始灰度值間的部份原始灰度值的統計個數均加1。以第九像素P9與第八像素P8為例，可將原始灰度值74到95間的差值為2的部份原始灰度值的統計個數加1，例如74、76、78...92、94、95，以此規則，可選擇原始灰度值差值為3、4或其它差值的部分原始灰度值為統計對象，本發明并不局限差值的值。
接著說明計算出伽碼曲線的方法。以上述統計方式對第一畫面f(1)的所有像素的原始灰度值做統計以求出第一轉移函數F1(X)后，于步驟202經由適當地計算求出一伽碼曲線G(X)。請同時參照圖4A與圖4B。圖4A為計算伽碼曲線的流程圖。圖4B為計算伽碼曲線的示意圖。于步驟400，線性轉換第一轉移函數Fi(X)。為了限制第一轉移函數Fi(X)輸出值的范圍，線性轉換第一轉移函數Fi(X)，例如對第一轉移函數F1(X)開根號。接著于步驟402，累加(accumulate)經線性轉換后的第一轉移函數Fi(X)，以得到一第二轉移函數F’i(X)。于步驟404，標準化(normalize)第二轉移函數F’i(X)，以得到一第三轉移函數F”i(X)。例如將第一畫面f(1)的第二轉移函數F’1(X)的統計個數標準化至最大灰度值(例如255灰度)，以得到第三轉移函數F”1(X)。接著于步驟406，將第三轉移函數F”i(X)乘上K再加上一參數P(X)以得到一伽碼曲線G(X)。其中如圖4B所示此參數P(X)例如為斜率為1-K的曲線，K是介于0～1間的任意值，可預先選定。至此，將可計算出第一畫面f(1)的伽碼曲線G1(X)。計算出伽碼曲線G1(X)后，便可依據伽碼曲線G1(X)調整第一畫面f(1)的原始灰度值GL。
由于第一轉移函數F1(X)考慮到畫面中影像邊緣的灰度值差異，因此當第一畫面f(1)為16∶9的DVD影片時，依據此伽碼曲線G1(X)調整后的第一畫面f(1)將呈現出較佳的對比效果。
此外，為了維持畫面的平穩性，即避免畫面亮度的劇烈變動而造成影像不自然或影像閃爍的現象，可藉由限制上述各種轉移函數F(X)的輸出值以使得伽碼曲線的變動率較為平穩。例如調整此第三轉移函數F”i(X)的部份上下限值，以得到一第四轉移函數Fi(X)。如圖5所示，其為調整第三轉移函數部份上下限值的示意圖。第三轉移函數F”(X)例如乘上兩轉移函數J1(X)與J2(X)以得一第四轉移函數Fi(X)。當第三轉移函數F”(X)大于轉移函數J1(X)時，輸出轉移函數J1(X)，而轉移函數F”(X)小于轉移函數J2(X)時，輸出轉移函數J2(X)。之后依據此第四轉移函數Fi(X)產生另一伽碼曲線G’(X)。例如經由上述步驟406處理后為另一伽碼曲線G’(X)。
或者根據第二轉移函數F’i(X)來判斷是否要根據伽碼曲線G(X)調整現行畫面的原始灰度值GL。即第二轉移函數F’1(X)的累加最大值大于一第一默認值W1時，根據伽碼曲線G(X)調整現行畫面的原始灰度值。例如當第一畫面f(1)的第二轉移函數F’1(X)小于此第一默認值W1時，即累加個數未大于此默認值W1，則定義此第一畫面f(1)為平滑場景，否則為一般場景。于平滑場景下，不使用上述伽碼曲線G1(X)調整此第一畫面f(1)的原始灰度值GL以使影像畫面保持穩定。而于一般場景下，則使用上述伽碼曲線G1(X)調整此第一畫面f(1)的原始灰度值GL。此外，也可藉由伽碼曲線G1’(X)調整第一畫面f(1)的原始灰度值GL以使影像畫面保持穩定。
或者，由于影像是由多個畫面f(N)呈現，每個畫面f(N)均會分別對應至一原始灰度值個數統計圖，即第一轉移函數Fi(X)。藉由比較前后兩畫面的兩第一轉移函數Fi(X)，以判斷是否要根據現行畫面的伽碼曲線G(X)或前一畫面的伽碼曲線G(X)來調整現行畫面的原始灰度值GL。該比較的方式可為比較前后兩畫面的同一像素或同一像素區的灰度差是否在一預定容忍值之外或之內。以第一畫面f(1)及第一畫面f(1)之前一畫面，一第二畫面f(0)，為例說明。第一畫面f(1)對應至第一轉移函數F1(X)，而第二畫面f(0)對應至另一第一轉移函數F0(X)。首先，積分第一畫面f(1)的第一轉移函數F1(X)，以得到一第一積分值E1。接著將第一畫面f(1)的第一轉移函數F1(X)減去第二畫面f(0)的第一轉移函數F0(X)后，取其絕對值并據以積分出一第二積分值E2。當第二積分值E2與第一積分值E1的比值大于一第二默認值時W2，則視現行的第一畫面f(1)與第二畫面f(0)具有顯著的差異存在。具有顯著的差異時，第一畫面f(1)的原始灰度值GL根據第一轉移函數F1(X)所產生的伽碼曲線G1(X)做調整，否則第一畫面f(1)的原始灰度值GL根據前一畫面的第一轉移函數F0(X)所產生的另一伽碼曲線G0(X)做調整。
綜上所述，上述方法均是根據各種不同形式的轉移函數Fi(X)來調整伽碼曲線的變動率或選擇前一畫面的伽碼曲線，以避免畫面亮度的劇烈變動而造成影像不自然或影像閃爍的現象。
此外，上述第三種做法是比較前后兩畫面對應的第一轉移函數Fi(X)，以判斷是否要根據現行畫面的伽碼曲線G(X)或前一畫面的伽碼曲線G(X)來調整現行畫面的原始灰度值GL。還可藉由比較前后兩畫面的兩第一像素轉移函數Hi(X)，以判斷是否要根據現行畫面的伽碼曲線G(X)或前一畫面的伽碼曲線G(X)來調整現行畫面的原始灰度值GL。第一像素轉移函數Hi(X)用以表示一畫面所統計出的原始灰度值個數，即以往統計畫面中每個像素的原始灰度值出現個數。進一步來說，亦以第一畫面f(1)及第二畫面f(0)為例做說明。首先統計第一畫面f(1)中每筆原始灰度值出現個數，并以一第一像素轉移函數H1(X)表示；以及統計第二畫面f(0)的每筆原始灰度值出現個數，并亦以另一第二像素轉移函數HN-1(X)表示。接著，積分第一像素轉移函數HN(X)，為另一第一積分值E1’之后，將第一像素轉移函數H1(X)與第二像素轉移函數H0(X)相減后取絕對值并對其積分，以為一第二積分值E2’。當第二積分值E2’與第一積分值E1’的比值大于一第三默認值W2時，則視現行的第一畫面f(1)與前一畫面f(0)具有顯著的差異存在。此時第一畫面f(1)的原始灰度值GL根據第一轉移函數FN(X)所產生的伽碼曲線G(X)調整為調整后灰度值GL’，否則第一畫面f(1)的原始灰度值GL根據前一畫面的第一轉移函數F0(X)所產生的另一伽碼曲線G(X)調整為調整后灰度值GL’。因此，本發明亦可藉由以往的統計方式，即第一像素轉移函數Hi(X)，來判斷要使用現行畫面或前一畫面的伽碼曲線來調整現行畫面的原始灰度值GL，以避免畫面亮度的劇烈變動而造成影像不自然或影像閃爍的現象。
除此之外，原始灰度值GL不論以上述何種伽碼曲線，例如伽碼曲線Gi(X)、G’i(X)、Gi-1(X)或G’i-1(X)做調整后，均有可能會造成某些像素的顏色產生色偏。例如原本呈現近似于紅色的像素，其原始RGB灰度值GL為(255，12，12)。此像素經上述伽碼曲線調整后，其RGB灰度值GL被調整成(255，30，30)，因而改呈現粉紅色。因此，需經由一個稱為“色純度權重機制”的調整，例如降低對比加強的比例，以使畫面f(N)看起來更自然。換句話說，此機制用以確保當像素中的RGB三種顏色中任何一種顏色接近飽和時，不會因為上述的影像處理方法造成色偏的現象。即避免像素的原始灰度GL(255，12，12)被調整成(255，30，30)的情況。此色純度權重機制為GLnew＝〔GL*max(RGB)+GL’*(B-max(RGB))〕/B。其中B為正整數，GL為原始灰度值，而GL’是例如經伽碼曲線GN(X)、G’N(X)、GN-1(X)或G’N-1(X)調整后的調整后灰度值GL’，以及式中的max(RGB)為原始灰度值GL中取最大的灰度值。以原始灰度值GL為(255，12，12)、調整后灰度值GL’為(255，30，30)及B為256為例做說明，則Lnew＝{(255，12，12)X255+(255，30，30)X(256-255)}/256，即GLnew近似于(255，12，12)。如此，當原始灰度值GL(255，12，12)經過上述各種伽碼曲線調整后，由原本的紅色變成近似于粉紅色(255，30，30)時，再經由此色純度權重機調整為近似于原本的彩度表現，即新的調整整后的灰度值GLnew(255，12，12)，使畫面看起來更自然。
某些像素經過上述“色純度權重機制”調整后，其新的調整后的灰度值GLnew的對比其實還可以再調得更高一些。因此本發明還包括另一色純度權重機制。此色純度權重機制敘述如下GL’new＝(PLC*GL’+PL*GL)/B上述PL＝n*max(RGB)+m*color_gap，m+n＝1
而PLC＝B-PL，color_gap＝max(RGB)-min(RGB)。其中B亦為正整數，而color_gap為原始灰度值GL中取最大的灰度值與原始灰度值GL中取最小的灰度值的差。此色純度權重機制用以當某些像素的顏色接近白色時，即RGB三色的灰度值彼此均很接近，可藉此公式增強對比度。即藉由第二色純度權重機制，可以于某些像素的RGB三色的灰度值彼此很接近且RGB三色的灰度值接近255時，亦調整RGB三色的灰度值以增強度對比度。換句話說，此“第二個色純度權重機制在經”第一個色純度權重機制”調整后，某些對比的比例可以調整更大的灰度值因為“第一個色純度權重機制”調整而造成對比的比例下降時，重新將對比的比例再調高一點，以使影像的對比更明顯。例如當GL(200，198，202)，其接近白色。此GL(200，198，202)的對比比例經“第一個色純度權重機制”調整后，假設為GLnew(211，210，213)。但是，GLnew(200，198，202)的對比比例可以再更高一點，即也就是說，對比加強。因此經由“第二個色純度權重機制”調整其比例為更大，使影像的對比更為加強。
本發明上述實施例所披露的影像處理方法，其是在維持影像自然特性的條件下加強一影像的對比并維持影像畫面的穩定。
綜上所述，雖然本發明已以一較佳實施例披露如上，然其并非用以限定本發明，本領域的技術人員在不脫離本發明的精神和范圍的前提下可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護范圍以本發明的權利要求為準。
權利要求
1.一種影像處理方法，該影像至少由一第一畫面f(N)所呈現，該第一畫面f(N)是由多個像素所組成，各像素分別對應至一原始灰度值，該影像處理方法包括根據每一像素與該像素的一相鄰像素彼此間的一原始灰度值差，統計這些原始灰度值的出現個數，并以一第一轉移函數Fi(X)表示，i為1至N間的正整數；根據該第一轉移函數Fi(X)計算出一伽碼曲線；以及根據該伽碼曲線選擇性地調整這些原始灰度值為多筆調整后灰度值。
2.如權利要求1所述的影像處理方法，其中統計這些原始灰度值出現個數的步驟還包括當這些像素中的一第一像素的一第一原始灰度值與相鄰的一第二像素的一第二原始灰度值差大于n時，n為0或正整數，該第一原始灰度值與該第二原始灰度值間的所有這些原始灰度值的統計個數或部份這些原始灰度值的統計個數均加1。
3.如權利要求1所述的影像處理方法，其中計算出該伽碼曲線的步驟還包括線性轉換該第一轉移函數Fi(X)；累加經線性轉換后的該第一轉移函數Fi(X)，以得到一第二轉移函數F’i(X)；標準化該第二轉移函數F’i(X)，以得到一第三轉移函數F”i(X)；以及將該第三轉移函數F”i(X)乘上K再加上一參數P(X)以得到該伽碼曲線，該參數P(X)為斜率為1-K的轉移函數，K介于0～1間。
4.如權利要求1所述的影像處理方法，其中計算出該伽碼曲線的步驟還包括線性轉換該第一轉移函數Fi(X)；累加經線性轉換后的該第一轉移函數Fi(X)，以得到一第二轉移函數F’i(X)；標準化該第二轉移函數F’i(X)，以得到一第三轉移函數F”i(X)；調整該第三轉移函數F”i(X)的部份上下限值，以得到一第四轉移函數Fi(X)；以及將該第四轉移函數Fi(X)乘上K再加上一參數P(X)以得到該伽碼曲線，該參數P(X)為斜率為1-K的轉移函數，K介于0～1間。
5.如權利要求3或4所述的影像處理方法，其中調整這些原始灰度值為這些調整后灰度值的步驟還包括當該第二轉移函數F’i(X)的累加最大值大于一第一默認值時，這些原始灰度值根據該伽碼曲線做調整。
6.如權利要求2所述的影像處理方法，其中，該影像還包括一第二畫面f(N-1)，該第二畫面f(N-1)是在該第一畫面f(N)前出現，調整這些原始灰度值為這些調整后灰度值的步驟包括積分該第一畫面f(N)的該第一轉移函數FN(X)，以為一第一積分值；將該第一畫面f(N)的第一轉移函數FN(X)減去該第二畫面f(N-1)的第一轉移函數FN-1(X)后，取絕對值并據以積分出一第二積分值；以及當該第二積分值與該第一積分值的比值大于一第二默認值時，該第一畫面f(N)的這些原始灰度值是根據該第一畫面的第一轉移函數FN(X)調整為這些調整后灰度值，否則該第一畫面f(N)的這些原始灰度值是根據該第二畫面f(N-1)的第一轉移函數FN-1(X)調整為這些調整后灰度值。
7.如權利要求2所述的影像處理方法，其中，該影像還包括一第二畫面f(N-1)，該第二畫面f(N-1)是在該第一畫面f(N)前出現，調整這些原始灰度值為這些調整后灰度值的步驟還包括統計該第一畫面f(N)的這些原始灰度值出現個數，以一第一像素轉移函數HN(X)表示；統計該第二畫面f(N-1)的這些原始灰度值出現個數，以一第二像素轉移函數HN-1(X)表示；積分該第一像素轉移函數HN(X)，以為一第一積分值；將該第一像素轉移函數HN(X)與該第二像素轉移函數HN-1(X)相減后取絕對值并對其積分，以為一第二積分值；以及當該第二積分值與該第一積分值的比值大于一第三默認值時，該第一畫面f(N)的這些原始灰度值是根據該第一畫面的該第一轉移函數FN(X)調整為這些調整后灰度值，否則該第一畫面f(N)的這些原始灰度值是根據該第二畫面f(N-1)的該第一轉移函數FN-1(X)調整為這些調整后灰度值。
8.如權利要求2所述的影像處理方法，其中，這些原始灰度值分別對應至一原始紅色灰度值、一原始綠色灰度值與一原始藍色灰度值，該影像處理方法還包括依據該原始紅色灰度值、該原始綠色灰度值或該原始藍色灰度值對應于標準最大灰度值的比例，調整該調整后灰度值為一第一色純度權重機制調整后灰度值。
9.如權利要求8所述的影像處理方法，其中，該影像處理方法還包括在調整該調整后灰度值的步驟后，還依據該該原始紅色灰度值、該原始綠色灰度值與該原始藍色灰度值彼此間的比例關系，調整該第一色純度權重機制調整后灰度值為一第二色純度權重機制調整后灰度值。
全文摘要
一種影像處理方法是根據一畫面中每個像素與其相鄰像素彼此間的原始灰度值差，統計原始灰度值出現個數，并依據所統計出的灰度值出現個數以及前后兩畫面的對比變動幅度來決定此畫面的對比加強程度。
文檔編號H04N5/202GK1809121SQ20061000423
公開日2006年7月26日 申請日期2006年2月13日 優先權日2006年2月13日
發明者周明忠, 謝曜任, 黎煥欣 申請人:友達光電股份有限公司