專利名稱：一種數字圖像亮度對比度增強裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種數字視頻信號處理裝置，特別涉及一種對數字視頻信號的 增強處理裝置。
背景技術：
在信息化的今天，人們對視頻圖像的顯示要求越來越高，當前很多數字視 頻系統中，除了從視頻信號的信噪比和分辨率方面做出很大改善外，更發展出 許多針對人眼視覺特征改善圖像質量的方法，從增強圖像亮度、對比度、清晰 度等方面考慮，有效改善視頻圖像的顯示質量。
一般來說，視頻圖像的增強處理不會增加視頻數據中固有的信息內容，也 不要求對其數學模型化，而是對一個給定的圖像序列進行處理，以改善其在一 個顯示媒介上的表象。要對圖像增強規定一個量化的標準往往是很困難的，因 此現有的視頻增強技術一般根據研發人員的經驗設計。
圖像的亮度對比度增強是一種重要的視頻增強技術，因為人類的眼睛對于 亮度的差異感知更敏感，遠勝于對亮度絕對值本身的感知，因此增強圖像的對 比度可以更好的提高圖像的視覺效果，視頻圖像的對比度已經成為很多電子設 備一個基本的也是重要的性能指標。與輪廓增強和細節增強不同，對比度增強
i -
技術更注重于一個給定圖像的整體表象，而不是諸如邊緣的突出和銳化等局部 表象。
對比度增強有多種實現方式，目前常用的方法是通過手動配置某些固定亮 度區域的亮度映射曲線的斜率來達到這些亮度區域的對比度提升；也有根據圖 像的亮度特征統計數據以及場景的檢測信號，確定用于進行亮度映射的曲線， 然后對圖像進行亮度映射，從而動態調整對比度的方法。
在2003年5月20日申請的美國專利US6826310中，提出了一種自動對比 度增強方法，它利用直方圖統計圖像的亮度特征，選擇一定弧度的S曲線作為 亮度映射曲線的對比度調整方法，這種方法針對不同的亮度特征選擇不同的曲 線，對圖像的調整更符合實際情況，但是由于曲線的實現是通過查找表來實現，對整個亮度范圍的曲線存取不僅耗費大量的存儲空間，而且當一幅圖像不同亮 度區域的亮度特征不同時，只采用一條S曲線則不夠靈活準確。
在1995年10月30日申請的美國專利US6463173中，提出了一種基于圖像 直方圖的對比度增強系統及方法，將圖像的直方圖分成多段，每段進行直方圖 拉伸的方法來調整圖像的對比度，該方法可以根據圖像的不同亮度特征段分開 調整，效果更好，但是沒有采用曲線映射的方法，直接進行直方圖均衡化，不 適用于硬件代碼的實現，且很復雜。
發明內容
本發明針對上述現有技術存在的問題，提出了一種數字圖像亮度對比度增
強裝置，根據亮度直方圖的形狀特點，將整幅圖像按亮度分成三個部分高亮 度段、中亮度段、低亮度段，生成可以對直方圖產生拉伸效果的亮度映射曲線 來調整圖像亮度，達到增強圖像對比度的方法。
一種數字圖像亮度對比度增強裝置，該裝置包括亮度信息統計模塊101、第
一延遲模塊1031、第二延遲模塊1032、第三延遲模塊1033、第四延遲模塊1034、 亮度映射曲線生成模塊104、場間亮度關系判斷模塊105以及亮度調整模塊106;
其中，亮度信號Y一in輸入到亮度信息統計模塊(101)得到當前第k場的 直方圖統計信息及亮度平均值，
所述直方圖統計信息經第一延遲模塊1031延遲后輸入到亮度映射曲線生成 模塊104，初步生成當前第k場的亮度映射曲線L—1，
第k-l場的亮度平均值依次經第二延遲模塊1032和第三延遲模塊1033延遲 后，與經過第二延遲模塊1032的第k場的亮度平均值同時輸入到場間亮度關系 判斷模塊105，得到比例系數R—new和R—old并與由亮度映射曲線生成模塊104 得到的曲線L—1和由第四延遲模塊1034得到的上一場的亮度映射曲線L—delay 進行加權，則得到所需的亮度映射曲線L一valid，
所述亮度映射曲線L—valid輸入到亮度調整模塊，對下一場第k+l場的亮度 信號Y—in進行調整即得到對比度調整過的圖像。
所述裝置還包括以下模塊近似飽和度計算模塊102和第五延遲模塊1035， 所述近似飽和度計算模塊102的輸入信號為圖像的色差信號所述近似飽和度計算模塊102輸出的圖像平均近似飽和度經第五延遲模塊 1035延遲后輸入到亮度映射曲線生^^模塊104，配合圖像直方圖信息從曲線列 表中選擇合適的曲線。
所述亮度映射曲線生成模塊104將所述亮度信息統計模塊101得到的直方 圖分為三段，每段均根據形狀近似成三角形模版l: l，或三角形模版2:』，
或三角形組合模版3: M，或三角形組合模版4: ▲。
所述四種模版l、』、"i分別對應的直方圖的拉伸曲線為^形、 ^形、Z形、^形。
所述亮度映射曲線生成模塊104根據三段直方圖得到三段拉伸曲線，并將
所述的三段拉伸曲線合成為一條完整的數字圖像亮度對比度拉伸曲線。 所述四種直方圖拉伸曲線可以有不同的幅度。 所述不同幅度的直方圖拉伸曲線通過査找曲線列表，由曲線列表中存儲的
點依次連接得到；所述査找曲線列表的依據是直方圖梯度的大小。
所述四種直方圖拉伸曲線每種至少有一條存儲于所述的曲線列表中。 所述曲線列表的值可以通過I2C配置寄存器的方式進行調整。 所述亮度信息統計模塊101和近似飽和度計算模塊102中涉及的由參數 win_xl， win_x2， win_yl， win_y2確定的統計窗，其中，所述win—xl， win—x2， win_yl， winj2的值可以通過I2C配置寄存器的方式進行調整。
所述亮度信息統計模塊IOI和近似飽和度計算模塊102中可以不設置由參 數win—xl， win_x2， win_yl， win_jy2確定的統計窗，而取整幅圖像參與計算。
所述第一延遲模塊1031、第二延遲模塊1032、第三延遲模塊1033、第四延 遲模塊1034、第五延遲模塊1035為完全相同的模塊。
本發明的有益效果在于傳統的對比度調整方法多只用一條曲線對整幅圖 像進行調整，難免顧此失彼，提升圖像對比度的同時，圖像亮度高的區域和亮 度很低的區域細節丟失，而本發明將圖像按亮度分成三個部分分別調整，可以 根據不同亮度區域的亮度分布特點有針對性地調整，既使整幅圖像的對比度得 到很好的提升，又避免在不需要調整的地方調整時導致的失真。
本發明的有益效果還在于圖像的直方圖反映了圖像亮度分布情況，根據 直方圖統計信息調整圖像的對比度，更能夠反映圖像的對比度信息，調整更準確。
另外，由于直方圖的統計、拉伸操作一般用于軟件程序，在硬件描述語言 中不便于實現，且需要較大的存儲空間，本發明所述的對比度調整裝置在設計 中處處考慮到硬件的可實現性，降低實現復雜度，節省存儲空間，因此便于集 成到芯片中。
值得注意的是，本發明在^^擇對比度的調整曲線時，還考慮到圖像飽和度 的影響，使本發明所述的對比度調整裝置對彩色的圖像調整效果更好；且對于 直方圖統計窗口以及飽和度計算窗口均采用I2C配置寄存器的方法改變，使調整 更加方便靈活。
圖1是本發明具體實現方式的整體結構框圖。 圖2是本發明具體實施例一采用的七段直方圖的示意圖。 圖3是本發明具體實施方式
中將直方圖近似為一組三角形組合的示意圖。 圖4是本發明具體實施方式
中將直方圖近似為三角形后不同形狀的三角形 所對應的拉伸曲線。
圖5是本發明具體實施方式
中亮度對比度增強模塊102的結構框圖。 圖6是本發明具體實施方式
中小曲線生成模塊502的流程圖。 圖7是本發明具體實施方式
中生成亮度映射曲線的過程示意圖。 圖8是本發明具體實施方式
中將七點擬合成曲線的示意圖。 圖9是曲線生成模塊中相鄰兩段小曲線的組合方法。 圖IO是本發明具體實施例二的整體結構框圖。 圖11為本發明具體實施例一的曲線列表。 圖12為本發明具體實施例二的曲線列表。
具體實施例方式
以下結合附圖，對本發明的具體實施方式
進行詳細描述。由于本發明所述 一種數字圖像亮度對比度增強裝置中輸入視頻信號的位數不同導致本發明具體 實施中所需參數的范圍，本發明選擇標準的8位視頻輸入信號的情況為例進行說明。
具體實施例一
圖1為本實施例的整體結構框圖，包括亮度信息統計模塊101、第一延遲模 塊1031、第二延遲模塊1032、第三延遲模塊1033、第四延遲模塊1034、亮度 映射曲線生成模塊104、場間亮度關系判斷模塊105以及亮度調整模塊106，其 中，四個延遲模塊1031至1034為相同的模塊。
本具體實施例中亮度信號Y一in輸入到亮度信息統計模塊101得到當前場的 直方圖統計信息及亮度平均值；所述直方圖統計信息經過第一延遲模塊1031后 得到延遲的直方圖信息His一d輸入到亮度映射曲線生成模塊104，初步生成當前 場的亮度映射曲線L—1。同時，所述亮度平均值依次經過第二延遲模塊1032和 第三延遲模塊1033后輸入到場間亮度關系判斷模塊105，得到比例系數R—new 和R一old，與由亮度映射曲線生成模塊104得到的曲線L—1和由第四延遲模塊 1034得到的上一場的亮度映射曲線L—delay加權，則得到所需的亮度映射曲線 L—valid,將該亮度映射曲線L—valid輸入到亮度調整模塊中，對下一場的亮度信 號Y—in調整即得到對比度調整過的圖像，同時，所述亮度映射曲線L—valid經 過第四延遲模塊1034作為下一場涉及的亮度映射曲線L一delay;所述當前場的 直方圖統計信息經過第二延遲單元1032作為下一場涉及的延遲直方圖信息 His—d。
以下分別描述各模塊的功能。
亮度信息統計模塊101負責兩個任務，其一為計算當前場圖像的亮度平均 值輸入細U第二延遲模塊1032;其二為統計當前場圖像亮度的分布，得到圖像的
直方圖分布，在本實施例中，采用歸一化的七段直方圖來代替完整的直方圖； 附圖2描述了一般直方圖和本發明使用的七段直方圖的關系。在亮度信息統計 模塊101中只統計16 47， 48 79， 80 111， 112 143， 144 175， 176 207， 208 235七段亮度范圍內的亮度點數Hl， H2， H3， H4， H5， H6， H7，將所 述七段亮度范圍的7個統計值都歸一化到0 15 ，排列起來作為 一個七段直方圖， 如附圖2 (b)中所示。所得7個歸一化數值均由一個4位寄存器存儲。
圖像直方圖分布的另一種計算方法是采用歸一化的九段直方圖來代替完整的直方圖，與所述七段直方圖的統計方法相似，將視頻圖像的亮度范圍分為九
段，分別為16 39， 40 63， 64 87， 88 111, 112 135， 136 159， 160 183， 184 207， 208 235。統計所述九個范圍內的亮度點數hl到h9，同理歸 一化到0 15，排列起來為一個九段直方圖，由九個4位寄存器存儲。
本發明不局限于上述七段和九段直方圖統計方法，其它滿足反映圖像直方 圖信息的統計方法均屬于本發明的范圍。
本實施例中，亮度信息統計模塊101根據四個統計窗控制參數win_xl， win—x2， winjl， win_y2控制統計窗的大小。統計只涉及win—xl至lj win一x2行， win_yl至U win_y2歹U的亮度數據。win—xl， win—x2， win_yl， win_y2的數{直可 以通過I2C配置寄存器的方式調整，用戶在調試時可以根據實際情況配置統計窗 的大小；可以為整幅圖像的大小，也可以為整幅圖像的一部分。
值得注意的是，所述直方圖統計模塊的統計窗的設置方法不局限于本發明 所述方法，不設置統計窗而直接取整幅圖像的大小也屬于本發明的范圍。
四個延遲模塊1031到1034的結構完全相同，負責將輸入信號延遲一場的 時間。所述延遲模塊均由一個場信號Vsyn控制，當檢測到場信號Vsyn時，各 延遲模塊更新輸出，當還處于一場數據中時，各延遲模塊維持當前輸出不變。 由于直方圖統計及亮度平均值的計算需要整幅圖像的信息，因此對比度的調整 是采用第k-l場和第k-2場圖像的統計信息生成的亮度映射曲線調整第k場圖像 的亮度，對于連續場景的視頻信號，這是可行的，雖然在場景變化時會出現瞬 間的閃爍，但基本不影響觀賞效果。
亮度映射曲線生成模塊104根據亮度信息統計模塊101得到的直方圖信息 生成適合當前圖像的亮度映射曲線。
本發明中，亮度對比度的增強是通過拉伸亮度直方圖實現的，圖3和圖4 描述了本發明所依據的直方圖拉伸的原理。其中，如圖3所示，直方圖的形狀 可以近似成由兩種基本形狀或其組合構成，其中兩種基本形狀為如圖6模版1 和模版2所示的兩種直角三角形，其組合為如圖6模版3和模版4所示的兩種 直角三角形的組合。而從圖4可以看到，對于其中任何一種三角形，如果要對 其拉伸；則只需一個弧線型的亮度映射曲線就可以。本發明中，將直方圖劃分 為若干個三角形，然后根據圖4的原理設計亮度轉換曲線，并將所有的小三角形對應的曲線組合，則得到整個亮度空間的轉換曲線，根據所述曲線修改圖像 亮度，實現直方圖拉伸。.
附圖5為本實施例中亮度映射曲線生成模塊104的結構框圖。亮度映射曲 線生成模塊104由直方圖分段模塊501、小曲線生成模塊502、小曲線合成模塊 503組成。本實施例中，直方圖分段模塊501將直方圖分為低亮度區、中亮度區 和高亮度區3段。則小曲線生成模塊502根據每段的亮度統計結果，通過査找 曲線列表(Curve—LUT)，生成所述曲線列表對應范圍內的三條亮度映射曲線。 小曲線合成模塊503將三段亮度范圍的亮度映射曲線組合成對應全部亮度區域 的完整的亮度映射曲線。
附圖7為本實施例中七段直方圖時亮度映射曲線的形成原理示意圖，得到 附圖2 (b)所示的7段直方圖后，直方圖分段模塊501將直方圖的七段Hl到 H7分為三部分，其中Hl、 H2、 H3為低亮度段，H3、 H4、 H5為中亮度段，H5、 H6、 H7為高亮度段。對所述三部分中的任何一部分，都可以根據Hi、 Hi+1、 Hi+2 這3個值的高度排列來判斷該部分直方圖可以用哪種類型的三角形或者三角形 的組合。小曲線生成模塊502根據每段亮度區域的三角形的形狀特征，在曲線 列表中選擇適當的曲線作為該亮度段的亮度映射曲線。小曲線合成模塊503把 低、中、高三個亮度段的曲線組合起來，生成整個亮度空間的亮度映射曲線。
若所述亮度信息統計模塊101得到的直方圖為九段時，同七段直方圖時唯 一區別的是，將直方圖的九段G1到G9分為三部分時，其中G1、 G2、 G3為低 亮度段，G4、 G5、 G6為中亮度段，G7、 G8、 G9為高亮度段，而七段直方圖分 為三部分時，H3和H5被重復使用。
圖6描述了小曲線生成模塊502的流程結構。取某段直方圖的三個值分別 為Hi、 Hi+1、 Hi+2，由直方圖分段模塊501得到的直方圖信息經過模版生成模塊 601,得到的模版在比較模塊602中與Hi、 Hi+1、 Hi+2進行比較，選擇適合的模 版后進入曲線選擇模塊603得到該段直方圖對應的轉換曲線。以下對圖6中各 個模塊進行詳細描述。
本發明中，采用如圖6所示的四種模版來近似直方圖的一部分。模版生成 模塊601按如下步驟生成對應的四種類型的模版
步驟一:對Hi、 Hi+1、 Hi+2由小到大排序，分別用A， B， C表示。其中A=min(Hi、 Hi+1、 Hi+2) (1) C=max(Hi、 Hi+1、 Hi+2) (2) B= Hi+Hi+1+Hi+2 -A-C ( 3)
步驟二 modell=[C，B,A]，如附圖6所示模版1;
model2=[A，B,C],如附圖6所示模版2; model3=[(C+B)/2，A,(C+B)/2],如附圖6所示模版3; model4=[(A+B)/2,C,(A+B)/2]，如附圖6所示模版4; 比較模塊602分別計算每段直方圖中Hi、 Hi+1、 Hj+2的和moddl、 model2、 model3、 modd4差的絕對值，選出絕對值最小的模版類型，作為當前段直方圖 的類型，所述類型決定了曲線選擇模塊.603中曲線選擇的類別以及曲線形成方 式。
曲線選擇模塊603根據得到的模版，在相應的曲線査找表中，根據該段直 方圖的變化梯度從曲線列表中選擇合適的曲線，作為該段直方圖的小亮度轉換 曲線。
所述曲線列表中曲線的條數不是唯一的，可以根據所述曲線幅度分為N條， 其中N為自然數。存儲的曲線條數越多，則曲線精度越高，但占據的存儲空間 也比較大；同樣，存儲的曲線條數越少，存儲空間減小的同時精度也越低，綜 合精度及存儲空間兩個因素的考慮，本實施例中，以曲線列表存放著兩種極性、 3種幅度共6條曲線為例。兩種極性，是指模版1型和模版2型對應的左弧曲線 和右弧曲線這兩種基本曲線，而模版3型和模版4型對應的反S曲線和正S曲 線，可由所述兩種基本曲線左弧曲線和右弧曲線組合而成。
本實施例中，為了便于硬件實現，取低亮度段為16 112，中亮度段為80 176，高亮度段為144 240，使每個亮度段都對應一個0 96的長度，方便統一 設計曲線。曲線列表只用七個點依次連接形成的折線來構成曲線，而兩點之間. 的其他值由插值得到，在曲線列表中，每條曲線都是對應坐標[O， 16, 32, 48, 64, 80: 96]的七個高度值，如圖8所示。
值得注意的是，圖像高、中、低亮度的分段標準不局限于本實施例提出的 分段方式，其它16到235之間任意的分段都是可以的；另外，曲線列表的長度 和坐標也不局限于本實施例中0 96的長度及對應坐標「0, 16, 32, 48, 64. 80. 961，對應長度內也可以選擇任意多點依次相連擬合成曲線，比如[O， 8， 16， 24， 32, 48， 64， 80， 96]，本實施例中的選擇是基于降低硬件代碼的實現復雜度以及設 計曲線的方便統一。
圖11給出了本實施例中曲線列表的具體值，而且所述具體值可以通過I2C 適時地配置，因此可以根據具體情況配置合適的值，更加靈活準確。
本實施例中，設曲線表的三條曲線按幅度由大到小依次為Curve一a， Curve一b， Curve—c，曲線選擇模塊603根據當前段直方圖的三角形梯度來選擇曲 線，梯度越大，選擇的曲線調整幅度越大，以下選擇一種梯度劃分方式對附圖6 所述的四種模版對應的曲線的選擇分別作詳細說明，其中，設定hl、 h2、 h3為 當直方圖特征符合模版1型和模版2型計算中的標志值，hll、 h12、 h13、 h21、 h22、 h23為當直方圖特征符合模版3型和模版4型時的計算中的標志值。
(1) 模版1型和模版2型
若C/4> (B+A)/2或C/8>A時，hl=l ，否則hl-O;
若C/3〉(B+A)/2或者C/6〉A時，h2=l，否則h2-0;
若072>(8+八)/2或者((0=8)&&(0八+10))時，h3=l，否則h3=0;
若hl+h2+h3-3，則選擇幅度最大的Curve—a;如果hl+h2+h3=2，則選擇幅 度適中的Curve一b;如果hl+h2+h3=l ，則選擇幅度最小的Curve_c;如果 hl+h2+h3=0,則選擇默認曲線，即沒有任何調整的曲線。
其中，模版1型在左弧曲線組中選擇，模版2型在右弧曲線組中選擇。
值得注意的是，本發明不局限于所述梯度劃分方式，任何只要滿足區分了 直方圖的梯度的計算方法均屬于本發明的范圍；本發明也不局限于將梯度分為 三個等級，當需要從N條曲線中按照梯度選擇一條曲線時，可以將梯度劃分為 N個等級，其中，N為自然數。
(2) 模版3型
所述模版3的反S形曲線可以由左弧形曲線和右弧形曲線組合而成，其中， 前半段為左弧形，后半段為右弧形。 所述反S曲線前半段 若Hi/4〉Hw， hi 1=1，否則hll-0; 若Hi/2〉Hw， hl2=l，否則hl2-0;若Hi/3,Hw， hl3-l，否則hl3:0;
與(1)中的選擇方法相同，根據WHhl2+h13的值，在Curve—a, Curve_b， Curve c中選擇一條曲線，設其對應的七個點的值為Curve一templ-[CU， C12, C13,CM，C15，C16,C17。
所述反S曲線后半段 若Hm/4〉Hw， h21-l,否則h21-0; 若Hm/2〉Hw， h22-l，否則h22-0; 若Hm/3承2〉Hw, h23-l，否則h23-0;
與(1)中的選擇方法相同，根據h21+h22+h23的值，在Curve_a， Curve一b， Curve—c中選擇一條曲線，設其對應的七個點的值為Curve—temp2= [C21， C22， C23，C24， C25， C26, C27]。
由于兩段曲線都是對應[O， 16, 32, 48, 64， 80， 96]，因此將Curve—tempi映射 到[O， 8， 16， 24， 32， 40， 48〗，而把Curve—temp2映射到[48， 56， 64, 72, 82， 88， 96〗， 由公式(4)和(5)得到兩條新的曲線列表值，將兩條曲線結合到0到96的范 圍內
curve—new 1 = Curve—temp 1/2 ( 4 )
curve—newS- 48+Curve—temp2 / 2 ( 5 )
而圖n和圖12所示的曲線列表中，為節省存儲空間，只存儲中間5個點，
首尾點取默認值Cll-O; C17-96; C21-0; C27=96。
因此，得到
的點，為了和其他類型的曲線一致，選擇抽取[O, 16， 32， 48， 64， 80， 96〗對 應的點，最終得到所需的曲線
。 (3)模版4型
本發明中正S形曲線和反S形曲線的形成方法相同，區別在于前半段選右 弧形曲線，后半段選左弧形曲線。
每段的小曲線生成后，小曲線合成模塊503將3條小曲線合成為一條完整 的大曲線。由于低亮、中亮、高亮每段曲線都是由7個點組成，都有0 96的范圍，且三段曲線之間相互有長度為32的重合區域(即3個重合點)。圖9描 述了相鄰兩段曲線的組合方法。
假設查圖11所示曲線列表得到三段亮度對應的曲線分別為
ori—CL -[CL 1 ，CL2，CL3 ，CL4，CL5，CL6,CL7]，
ori一CM- [CM1，CM2，CM3，CM4，CM5， CM6,CM7]，
ori—CH=[CH1,CH2，CH3,CH4，CH5，CH6，CH7]。
由于曲線列表是在0 96亮度范圍內建立的，且分別對應16 112，80 176， 144 240，所以需要將曲線修正為
new—CL= ori_CL+16 ( 6 )
new—CM= ori—CL+80 ( 7 )
new—CH= ori一CL+144 ( 8 )
對曲線重合的3個點，則按一定原則加權平均，本實施例中對重合點取平 均值。最后得到的曲線共有15個點，分別為[CL1+16, CL2+16, CL3+16, CL4+16, CL5+16, ((CL6+16)+(CM2+80))/2, CM3+80, CM4+80, CM5+80, ((CM6+80)+(CH2+144))/2， CH3+144, CH4+144, CH5+144, CH6+144, CH7+144],分別對應的亮度原始值為[16， 32， 48， 64， 80， 96， 112， 128, 144， 160， 176， 192， 208， 224， 240]。所述15個相鄰間距為16的點順序相連則得到一條由折 線近似組成的曲線。
另外，視頻信號的范圍一般是確定的，以8位的系統為例，亮度信號的范 圍為16 235，所以在曲線的生成過程中需要使曲線經過亮度的極限值，從而防 止高低亮度區域的信號損失。
得到所述三段合成的亮度轉換曲線后，由于在同一場景的相鄰圖像，可能 會因為圖像亮度分布的輕微差異，使得映射曲線生成模塊104對前后兩場連續 場景圖像生成差異較大的亮度映射曲線。如果直接將生成的調整曲線作用于圖 像，會導致同一場景中的所述兩場相鄰圖像出現較大的亮度調整差異，若所述 情況連續出現，則會導致畫面閃爍，因此本發明增加場間亮度關系判斷模塊105。 場間亮度關系判斷模塊105根據前后兩場的平均亮度值來判斷是否出現場 景切換，以決定如何組合由亮度映射曲線生成模塊104生成的新的亮度映射曲 線和當前場的最終調整曲線以得到下一場的最終調整曲線。若場間亮度平均值說明書第12/14頁
差異很大，則認為發生場景切換，下一場的最終調整曲線完全采用104生成的 新的亮度映射曲線，否則下一場的最終調整曲線取104生成的新的亮度映射曲 線和當前場的最終調整曲線的加權平均，使在同一場景中的相鄰圖像，亮度映 射曲線是漸變的，從而避免在相鄰近似場景中出現由于曲線差異造成的閃爍現象。
場間亮度關系判斷模塊105的具體判斷方法是基于被判斷關系的兩場圖像 的平均亮度值Av—Yk-t和Av—Yk，將其帶入公式(9)，得到相鄰兩場'圖像的亮度 平均值差的絕對值-
dif_Av—Y=| Av—Yk—t—Av_Yk| (9 )
若dif_Av—Y>Y—th，則R—new=l， R—old=0;
否則R—new=dif_Av—Y/Y—th， R_old=l—R—new。
其中，以輸入信號為8位的系統為例，Y—th為小于50亮度閾值，具體的實 現中可以根據實際情況配置。如圖1所示，Rjiew與當前計算出的亮度映射曲 線L—1相乘，R—old與經第四延遲模塊1034延遲的上一場計算出的最終的亮度 映射曲線L—delay相乘，兩個乘積之和，則為當前場所得到的最終的亮度映射曲 線L—valid,用于調整下一場的圖像亮度對比度，所述亮度映射曲線由[16,32,48, 64, 80， 96， 112, 128， 144, 160, 176, 192, 208， 224， 240]各點依次相連的折線擬合得 到。
亮度調整模塊106根據所述得到的16 235整個亮度范圍內的亮度映射曲 線修改圖像每個像素的亮度，由此實現了圖像的亮度對比度的調整。對應[16,32: 48, 64， 80， 96, 112， 128, 144, 160， 176, 192， 208, 224, 240]上各點的轉換亮度值可 直接替換，其他亮度的轉換需要由其左右兩個已知亮度轉換值插值計算得出。
具體實施例(二)
本實施例的整體結構框圖如附圖IO所示，與所述具體實施例一的整體結構 框圖相同的是，包括亮度信息統計模塊101、第一延遲模塊1031、第二延遲模 塊1032、第三延遲模塊1033、第四延遲模塊1034、亮度映射曲線生成模塊104、 場間亮度關系判斷模塊105以及亮度調整模塊106;不同的是，本實施例中還包 括近似飽和度計算模塊102和第五延遲模塊1035。由于增加所述近似飽和度計算模塊102，本具體實施例中輸入數據為亮度信 號Y一in，以及色差信號Cb一in和Cr—in，其中色差信號Cb—in和Cr—in輸入到 近似飽和度計算模塊102中得到圖像的平均近似飽和度。
近似飽和度計算模塊102負責統計圖像色度信息，計算當前圖像的色彩平 均近似飽和度，飽和度的計算公式如公式(10)，本實施例中，將公式(10)簡 化為公式(11)，近似計算圖像中每個點的色彩近似飽和度S，將所有統計點的 色彩近似飽和度S求均值則得到整幅圖像的色彩平均近似飽和度Av_S。 S = A/Cb2+Cr2 (10) S = |Cb_128| + |Cr-128| (11)
本實施例中，近似飽和度計算模塊102選擇參與計算的圖像范圍和亮度信 息統計模塊101的統計窗相同，選擇win一xl行到win一x2行，winjl列到win_y2 列的統計窗內的色差信號Cb_in和Cr—in參與計算圖像的平均近似飽和度。其 中win一xl， win_x2， winjl， winj2的數值可以通過I2C配置寄存器的方式調 整，用戶在調試時可以根據實際情況配置統計窗的大小，可以為整幅圖像的大 小，也可以為整幅圖像的一部分。
基于所述由圖像近似飽和度對曲線進行初步篩選的原理，本實施例與具體 實施例一不同的地方還在于，曲線列表存放著兩種極性、5種幅度共10條曲線， 如圖12所示，首先由曲線平均近似飽和度從五條曲線中選擇所需的三條，再按 照具體實施例一所述的方法根據直方圖的梯度信息選擇本發明所需的調整圖像 對比度的曲線。相應的，曲線選擇步驟分為兩步，相比具體實施例一附圖6曲 線選擇模塊603中增加了一個步驟。所述增加的步驟為步驟一-
將所述色彩平均近似飽和度Av_S按閾值TS1和TS2分成三個區域，首先 根據圖像的色彩平均近似飽和度Av一S縮小曲線選擇的范圍，其中，TS1和TS2 為寄存器可配置的值，具體的方法分以下三種情況S1、 S2、 S3:
Sl:當圖像的色彩平均近似飽和度Av—S大于TS1時，曲線選擇范圍縮小 為Curve3 Curve5這3組幅度最小的曲線；
S2:當圖像的色彩平均近似飽和度Av—S小于TS1且大于TS2時，曲線選 擇范圍縮小為Curve2~Curve4這3組幅度適中的曲線；
S3:當圖像的色彩平均近似飽和度Av—S小于TS2時，曲線選擇范圍縮小為Curvel Curve3這3組幅度最大的曲線。
得到所述三條曲線后，進入步驟二，所述步驟二為具體實施例一中曲線選 擇模塊603中的步驟一。
以下的處理與具體實施例一中完全相同。
本實施例增加亮度近視飽和度模塊102的有益效果在于在曲線選擇模塊中， 首先由圖像的平均近似飽和度在曲線査找表中縮小選擇范圍，由于顏色鮮艷的 圖像，色彩平均近似飽和度Av—S往往很大，此類圖像不需要大幅度的亮度拉伸， 若采用飽和度作初步篩選，則可以防止所述顏色鮮艷的圖像被大幅度拉伸反而 使圖像顯示效果變差的現象發生。
值得注意的是，本發明具體實施例二和具體實施例一中情況相同，所述直 方圖統計模塊不局限于所述七段和九段直方圖統計方法，其它滿足反映圖像直 方圖信息的統計方法均屬于本發明的范圍；所述近似飽和度計算模塊的統計窗 的設置方法也不局限于本發明所述方法，不設置統計窗而直接取整幅圖像的大 小也屬于本發明的范圍。
另外，本發明實施例一和實施例二均以8位系統為例，若輸入信號為其它 位數n時，實施例中所涉及到得數據為本發明實施例中數的2S'n倍，其中，n為 自然數。
以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不 能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通 技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替 換，都應當視為屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1、一種數字圖像亮度對比度增強裝置，其特征在于該裝置包括亮度信息統計模塊(101)、第一延遲模塊(1031)、第二延遲模塊(1032)、第三延遲模塊(1033)、第四延遲模塊(1034)、亮度映射曲線生成模塊(104)、場間亮度關系判斷模塊(105)以及亮度調整模塊(106)；其中，亮度信號Y_in輸入到亮度信息統計模塊(101)得到當前第k場的直方圖統計信息及亮度平均值，所述直方圖統計信息經第一延遲模塊(1031)延遲后輸入到亮度映射曲線生成模塊(104)，初步生成當前第k場的亮度映射曲線L_1，第k-1場的亮度平均值依次經第二延遲模塊(1032)和第三延遲模塊(1033)延遲后，與經過第二延遲模塊(1032)的第k場的亮度平均值同時輸入到場間亮度關系判斷模塊(105)，得到比例系數R_new和R_old并與由亮度映射曲線生成模塊(104)得到的曲線L_1和由第四延遲模塊(1034)得到的上一場的亮度映射曲線L_delay進行加權，則得到所需的亮度映射曲線L_valid，所述亮度映射曲線L_valid輸入到亮度調整模塊，對下一場第k+1場的亮度信號Y_in進行調整即得到對比度調整過的圖像。
2、 根據權利要求1所述的一種數字圖像亮度對比度增強裝置，其特征在于 所述裝置還包括以下模塊近似飽和度計算模塊(102)和第五延遲模塊(1035)， 所述近似飽和度計算模塊(102)的輸入信號為圖像的色差信號。
3、 根據權利要求2所述的一種數字圖像亮度對比度增強裝置，其特征在于 所述近似飽和度計算模塊(102)輸出的圖像平均近似飽和度經第五延遲模塊(1035)延遲后輸入到亮度映射曲線生成模塊(104)，配合圖像直方圖信息從 曲線列表中選擇合適的曲線。
4、 '根據權利要求1或2所述的一種數字圖像亮度對比度增強裝置，其特征 在于:所述亮度映射曲線生成模塊(104)將所述亮度信息統計模塊(101)得 到的直方圖分為三段，每段均根據形狀近似成三角形模版1: l,或三角形模版2:』，或三角形組合模版3:",或三角形組合模版4: ▲。
5、 根據權利要求4所述的一種數字圖像亮度對比度增強裝置，其特征在于 所述四種模版k、』、M、 A分別對應的直方圖的拉伸曲線為^形、^ 形、Z形、7形。
6、 根據權利要求5所述的一種數字圖像亮度對比度增強裝置，其特征在于:所述亮度映射曲線生成模塊(104)根據三段直方圖得到三段拉伸曲線，并將所述的三段拉伸曲線合成為一條完整的數字圖像亮度對比度拉伸曲線。
7、 根據權利要求5所述的一種數字圖像亮度對比度增強裝置，其特征在于:所述四種直方圖拉伸曲線可以有不同的幅度。
8、 根據權利要求7所述的一種數字圖像亮度對比度增強裝置，其特征在于:所述不同幅度的直方圖拉伸曲線通過查找曲線列表，由曲線列表中存儲的點依次連接得到；所述査找曲線列表的依據是直方圖梯度的大小。
9、 根據權利要求8所述的一種數字圖像亮度對比度增強裝置，其特征在于所述四種直方圖拉伸曲線每種至少有一條存儲于所述的曲線列表中。
10.根據權利要求8所述的一種數字圖像亮度對比度增強裝置，其特征在于所述曲線列表的值可以通過fC配置寄存器的方式進行調整。
11、 根據權利要求1或2所述的一種數字圖像亮度對比度增強裝置，其特征在于所述亮度信息統計模塊(101)和近似飽和度計算模塊(102)中涉及的由參數win—xl， win—x2， win_yl， win^y2確定的統計窗，其中，所述win—xl,win_x2， win_yl， win_y2的值可以通過I2C配置寄存器的方式進行調整。
12、 根據權利要求1或2所述的一種數字圖像亮度對比度增強裝置，其特征在于所述亮度信息統計模塊(101)和近似飽和度計算模塊(102)中可以不設置由參數win—xl， win—x2， win_yl， win_y2確定的統計窗，而取整幅圖像參與計算。
13、 根據權利要求1或2所述的一種數字圖像亮度對比度增強裝置，其特征在于所述第一延遲模塊(1031 )、第二延遲模塊(1032)、第三延遲模塊(1033)、第四延遲模塊(1034)、第五延遲模塊(1035)為完全相同的模塊。
全文摘要
本發明提出了一種數字圖像亮度對比度增強裝置，該裝置包括亮度信息統計模塊、第一延遲模塊、第二延遲模塊、第三延遲模塊、第四延遲模塊、亮度映射曲線生成模塊、場間亮度關系判斷模塊以及亮度調整模塊，本發明將圖像按亮度分成三個部分分別調整，可以根據不同亮度區域的亮度分布特點有針對性地調整，既使整幅圖像的對比度得到很好的提升，又避免了在不需要調整的地方調整時導致的失真；本發明在實現中處處考慮到硬件的可實現性，降低其復雜度，節省存儲空間，因此便于集成到芯片中；另外所述裝置還包括近似飽和度計算模塊和第五延遲模塊，增加對圖像飽和度的考慮使本發明所述的對比度調整裝置對彩色圖像的調整效果更好。
文檔編號H04N5/57GK101472113SQ200710125619
公開日2009年7月1日 申請日期2007年12月29日 優先權日2007年12月29日
發明者官安全, 常軍鋒, 亮 彭, 琛 李, 楊維維, 嶺 石, 濤 鄭 申請人:深圳艾科創新微電子有限公司