专利名称：增强影像对比的方法
技术领域：
本发明涉及一种影像处理的方法，且特别是有关于一种加强影像对比的方法。
背景技术：
以往加强影像对比的方法仅是藉由统计画面中每个像素的灰度值出现个数，来决定加强此画面对比的程度。然而此种方法仅能在某种特定的情况下，提升画面中的影像对比。但在某些较最需要加强对比的情况下，例如观看DVD影片时，此种加强影像对比的方法会产生效果极差的影像。如图1所示，其为播放DVD影片时的画面示意图。DVD影片在播放时大多以16∶9的比例显示画面100，故在显示画面100(例如LCD屏幕)的上下两部份UP与DP均会显示黑画面。如此一来，以往加强影像对比的方法在对此画面100做对比加强时会因将UP与DP两部份的黑画面的灰度值统计进去，而造成对比加强后的画面100显得极不自然。此外，当前后两画面的灰度值统计曲线差异过大时，以往的加强影像对比的方法将造成影像画面闪烁的现象。
因此，如何能在加强对比的同时亦维持影像自然特性以及避免影像画面闪烁的现象便是目前需要解决的课题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种影像处理方法，其是在维持影像自然特性的条件下加强一影像的对比并维持影像画面的稳定。
根据本发明的目的，提出一种影像处理方法。此影像至少由一第一画面f(N)所呈现。此第一画面f(N)是由多个像素所组成。每个像素分别对应至一原始灰度值，本发明的影像处理方法叙述如下。根据相邻两像素彼此间的原始灰度值的差异统计出原始灰度值出现个数，并以一第一转移函数F(X)表示。根据此第一转移函数F(X)计算出一伽码曲线，以及根据此伽码曲线选择性地调整这些原始灰度值为多笔调整后灰度值。其中上述统计这些原始灰度值出现个数的步骤还包括当这些像素中的一第一像素的一第一原始灰度值与相邻的一第二像素的一第二原始灰度值差大于n时，n为0或正整数，第一原始灰度值与第二原始灰度值间的所有原始灰度值的统计个数或部份原始灰度值的统计个数均加1。
为使本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并结合附图详细说明如下。
图1为播放DVD影片时的画面示意图。
图2为本发明较佳实施例的影像处理方法的流程图。
图3A为某一现行画面(unspecified current frame)的示意图。
图3B为原始灰度值个数统计示意图。
图3C为原始灰度值个数统计示意图。
图4A为计算伽码曲线的流程图。
图4B为计算伽码曲线的示意图。
图5为调整第三转移函数部份上下限值的示意图。
具体实施例方式
本发明提出一种影像处理方法，其是在维持影像自然特性的条件下加强一影像的对比并维持影像画面的稳定。本发明的影像处理方法根据每个像素与其相邻像素间的原始灰度值差，来统计这些原始灰度值出现个数，之后并依据所统计出的灰度值个数以及前后两画面的对比变动幅度来决定现行画面的对比加强程度。
请参照图2，其为本发明较佳实施例的影像处理方法的流程图。一影像是由多张画面f(N)所呈现，N为正整数。每个画面f(N)是由多个像素所组成，例如由1028*768个像素所组成。每个像素均分别对应至一原始灰度值(graylevel)GL。本发明的影像处理方法包括下列步骤。于步骤200，根据每个像素与其相邻像素间的原始灰度值差，来统计这些原始灰度值出现个数并以第一转移函数Fi(X)表示，i为1至N间的正整数。于步骤202，根据第一转移函数Fi(X)计算出一伽码曲线(Gamma Curve)。之后于步骤204，根据此伽码曲线选择性地调整这些原始灰度值为多笔调整后灰度值。
进一步来说明步骤200的统计方法。请参照图3A，其为某一现行画面(unspecified current frame)的示意图。一第一画面f(1)为影像中的某一画面。第一画面f(1)中的每个空格代表一个像素P，而空格中所标示的数字代表每个像素P所对应到的原始灰度值GL。以第一画面f(1)中左上角3*3个像素P(1)～P(9)来说明统计此第一画面f(1)的原始灰度值出现个数的原则。此原则为「当每个像素与相邻像素彼此间的原始灰度值差大于n时，n为0或正整数的一预定值，将每个像素所对应到的原始灰度值与相邻像素所对应到的原始灰度值间的所有原始灰度值的统计个数或部份原始灰度值的统计个数均加1。」以n为0及以第九像素P9为例说明，第九像素P9与第六像素P6及第8像素P8相邻。第九像素P9与第六像素P6彼此间的原始灰度值差为21灰度(95-74＝21＞0)，故将原始灰度值74到95间的所有原始灰度值(74、75、76、...94、95)的统计个数均加1，如图3B所标示的实线箭头。图3B为原始灰度值个数统计示意图。而第九像素P9与第八像素P8彼此间的原始灰度值差为19灰度(93-74＝19＞0)，故将原始灰度值74到93间的所有原始灰度值(74、75、...92、93)的统计个数再加1，如图3B所标示的虚线箭头。以此原则对像素P1～P9的每笔原始灰度值GL作统计将得到此第一画面f(1)的部份灰度值个数统计图，即如图3C所示，其为原始灰度值个数统计示意图。
相较于以往的做法(即仅是统计画面中每个像素的原始灰度值出现个数)，本发明的统计原则考虑到相邻像素彼此间的原始灰度值差异。如此，统计出来的第一转移函数Fi(X)考虑到画面中影像边缘的灰度值差异，使得依据此第一转移函数Fi(X)所求出的伽码曲线，其所修正的影像在对比的表现上更为自然。此外，上述n亦可为1或其它正整数，而统计方式亦可以是将每个像素所对应到的原始灰度值与相邻像素所对应到的原始灰度值间的部份原始灰度值的统计个数均加1。以第九像素P9与第八像素P8为例，可将原始灰度值74到95间的差值为2的部份原始灰度值的统计个数加1，例如74、76、78...92、94、95，以此规则，可选择原始灰度值差值为3、4或其它差值的部分原始灰度值为统计对象，本发明并不局限差值的值。
接着说明计算出伽码曲线的方法。以上述统计方式对第一画面f(1)的所有像素的原始灰度值做统计以求出第一转移函数F1(X)后，于步骤202经由适当地计算求出一伽码曲线G(X)。请同时参照图4A与图4B。图4A为计算伽码曲线的流程图。图4B为计算伽码曲线的示意图。于步骤400，线性转换第一转移函数Fi(X)。为了限制第一转移函数Fi(X)输出值的范围，线性转换第一转移函数Fi(X)，例如对第一转移函数F1(X)开根号。接着于步骤402，累加(accumulate)经线性转换后的第一转移函数Fi(X)，以得到一第二转移函数F’i(X)。于步骤404，标准化(normalize)第二转移函数F’i(X)，以得到一第三转移函数F”i(X)。例如将第一画面f(1)的第二转移函数F’1(X)的统计个数标准化至最大灰度值(例如255灰度)，以得到第三转移函数F”1(X)。接着于步骤406，将第三转移函数F”i(X)乘上K再加上一参数P(X)以得到一伽码曲线G(X)。其中如图4B所示此参数P(X)例如为斜率为1-K的曲线，K是介于0～1间的任意值，可预先选定。至此，将可计算出第一画面f(1)的伽码曲线G1(X)。计算出伽码曲线G1(X)后，便可依据伽码曲线G1(X)调整第一画面f(1)的原始灰度值GL。
由于第一转移函数F1(X)考虑到画面中影像边缘的灰度值差异，因此当第一画面f(1)为16∶9的DVD影片时，依据此伽码曲线G1(X)调整后的第一画面f(1)将呈现出较佳的对比效果。
此外，为了维持画面的平稳性，即避免画面亮度的剧烈变动而造成影像不自然或影像闪烁的现象，可藉由限制上述各种转移函数F(X)的输出值以使得伽码曲线的变动率较为平稳。例如调整此第三转移函数F”i(X)的部份上下限值，以得到一第四转移函数Fi(X)。如图5所示，其为调整第三转移函数部份上下限值的示意图。第三转移函数F”(X)例如乘上两转移函数J1(X)与J2(X)以得一第四转移函数Fi(X)。当第三转移函数F”(X)大于转移函数J1(X)时，输出转移函数J1(X)，而转移函数F”(X)小于转移函数J2(X)时，输出转移函数J2(X)。之后依据此第四转移函数Fi(X)产生另一伽码曲线G’(X)。例如经由上述步骤406处理后为另一伽码曲线G’(X)。
或者根据第二转移函数F’i(X)来判断是否要根据伽码曲线G(X)调整现行画面的原始灰度值GL。即第二转移函数F’1(X)的累加最大值大于一第一默认值W1时，根据伽码曲线G(X)调整现行画面的原始灰度值。例如当第一画面f(1)的第二转移函数F’1(X)小于此第一默认值W1时，即累加个数未大于此默认值W1，则定义此第一画面f(1)为平滑场景，否则为一般场景。于平滑场景下，不使用上述伽码曲线G1(X)调整此第一画面f(1)的原始灰度值GL以使影像画面保持稳定。而于一般场景下，则使用上述伽码曲线G1(X)调整此第一画面f(1)的原始灰度值GL。此外，也可藉由伽码曲线G1’(X)调整第一画面f(1)的原始灰度值GL以使影像画面保持稳定。
或者，由于影像是由多个画面f(N)呈现，每个画面f(N)均会分别对应至一原始灰度值个数统计图，即第一转移函数Fi(X)。藉由比较前后两画面的两第一转移函数Fi(X)，以判断是否要根据现行画面的伽码曲线G(X)或前一画面的伽码曲线G(X)来调整现行画面的原始灰度值GL。该比较的方式可为比较前后两画面的同一像素或同一像素区的灰度差是否在一预定容忍值之外或之内。以第一画面f(1)及第一画面f(1)之前一画面，一第二画面f(0)，为例说明。第一画面f(1)对应至第一转移函数F1(X)，而第二画面f(0)对应至另一第一转移函数F0(X)。首先，积分第一画面f(1)的第一转移函数F1(X)，以得到一第一积分值E1。接着将第一画面f(1)的第一转移函数F1(X)减去第二画面f(0)的第一转移函数F0(X)后，取其绝对值并据以积分出一第二积分值E2。当第二积分值E2与第一积分值E1的比值大于一第二默认值时W2，则视现行的第一画面f(1)与第二画面f(0)具有显著的差异存在。具有显著的差异时，第一画面f(1)的原始灰度值GL根据第一转移函数F1(X)所产生的伽码曲线G1(X)做调整，否则第一画面f(1)的原始灰度值GL根据前一画面的第一转移函数F0(X)所产生的另一伽码曲线G0(X)做调整。
综上所述，上述方法均是根据各种不同形式的转移函数Fi(X)来调整伽码曲线的变动率或选择前一画面的伽码曲线，以避免画面亮度的剧烈变动而造成影像不自然或影像闪烁的现象。
此外，上述第三种做法是比较前后两画面对应的第一转移函数Fi(X)，以判断是否要根据现行画面的伽码曲线G(X)或前一画面的伽码曲线G(X)来调整现行画面的原始灰度值GL。还可藉由比较前后两画面的两第一像素转移函数Hi(X)，以判断是否要根据现行画面的伽码曲线G(X)或前一画面的伽码曲线G(X)来调整现行画面的原始灰度值GL。第一像素转移函数Hi(X)用以表示一画面所统计出的原始灰度值个数，即以往统计画面中每个像素的原始灰度值出现个数。进一步来说，亦以第一画面f(1)及第二画面f(0)为例做说明。首先统计第一画面f(1)中每笔原始灰度值出现个数，并以一第一像素转移函数H1(X)表示；以及统计第二画面f(0)的每笔原始灰度值出现个数，并亦以另一第二像素转移函数HN-1(X)表示。接着，积分第一像素转移函数HN(X)，为另一第一积分值E1’之后，将第一像素转移函数H1(X)与第二像素转移函数H0(X)相减后取绝对值并对其积分，以为一第二积分值E2’。当第二积分值E2’与第一积分值E1’的比值大于一第三默认值W2时，则视现行的第一画面f(1)与前一画面f(0)具有显著的差异存在。此时第一画面f(1)的原始灰度值GL根据第一转移函数FN(X)所产生的伽码曲线G(X)调整为调整后灰度值GL’，否则第一画面f(1)的原始灰度值GL根据前一画面的第一转移函数F0(X)所产生的另一伽码曲线G(X)调整为调整后灰度值GL’。因此，本发明亦可藉由以往的统计方式，即第一像素转移函数Hi(X)，来判断要使用现行画面或前一画面的伽码曲线来调整现行画面的原始灰度值GL，以避免画面亮度的剧烈变动而造成影像不自然或影像闪烁的现象。
除此之外，原始灰度值GL不论以上述何种伽码曲线，例如伽码曲线Gi(X)、G’i(X)、Gi-1(X)或G’i-1(X)做调整后，均有可能会造成某些像素的颜色产生色偏。例如原本呈现近似于红色的像素，其原始RGB灰度值GL为(255，12，12)。此像素经上述伽码曲线调整后，其RGB灰度值GL被调整成(255，30，30)，因而改呈现粉红色。因此，需经由一个称为“色纯度权重机制”的调整，例如降低对比加强的比例，以使画面f(N)看起来更自然。换句话说，此机制用以确保当像素中的RGB三种颜色中任何一种颜色接近饱和时，不会因为上述的影像处理方法造成色偏的现象。即避免像素的原始灰度GL(255，12，12)被调整成(255，30，30)的情况。此色纯度权重机制为GLnew＝〔GL*max(RGB)+GL’*(B-max(RGB))〕/B。其中B为正整数，GL为原始灰度值，而GL’是例如经伽码曲线GN(X)、G’N(X)、GN-1(X)或G’N-1(X)调整后的调整后灰度值GL’，以及式中的max(RGB)为原始灰度值GL中取最大的灰度值。以原始灰度值GL为(255，12，12)、调整后灰度值GL’为(255，30，30)及B为256为例做说明，则Lnew＝{(255，12，12)X255+(255，30，30)X(256-255)}/256，即GLnew近似于(255，12，12)。如此，当原始灰度值GL(255，12，12)经过上述各种伽码曲线调整后，由原本的红色变成近似于粉红色(255，30，30)时，再经由此色纯度权重机调整为近似于原本的彩度表现，即新的调整整后的灰度值GLnew(255，12，12)，使画面看起来更自然。
某些像素经过上述“色纯度权重机制”调整后，其新的调整后的灰度值GLnew的对比其实还可以再调得更高一些。因此本发明还包括另一色纯度权重机制。此色纯度权重机制叙述如下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亦为正整数，而color_gap为原始灰度值GL中取最大的灰度值与原始灰度值GL中取最小的灰度值的差。此色纯度权重机制用以当某些像素的颜色接近白色时，即RGB三色的灰度值彼此均很接近，可藉此公式增强对比度。即藉由第二色纯度权重机制，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时，亦调整RGB三色的灰度值以增强度对比度。换句话说，此“第二个色纯度权重机制在经”第一个色纯度权重机制”调整后，某些对比的比例可以调整更大的灰度值因为“第一个色纯度权重机制”调整而造成对比的比例下降时，重新将对比的比例再调高一点，以使影像的对比更明显。例如当GL(200，198，202)，其接近白色。此GL(200，198，202)的对比比例经“第一个色纯度权重机制”调整后，假设为GLnew(211，210，213)。但是，GLnew(200，198，202)的对比比例可以再更高一点，即也就是说，对比加强。因此经由“第二个色纯度权重机制”调整其比例为更大，使影像的对比更为加强。
本发明上述实施例所披露的影像处理方法，其是在维持影像自然特性的条件下加强一影像的对比并维持影像画面的稳定。
综上所述，虽然本发明已以一较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围以本发明的权利要求为准。
权利要求
1.一种影像处理方法，该影像至少由一第一画面f(N)所呈现，该第一画面f(N)是由多个像素所组成，各像素分别对应至一原始灰度值，该影像处理方法包括根据每一像素与该像素的一相邻像素彼此间的一原始灰度值差，统计这些原始灰度值的出现个数，并以一第一转移函数Fi(X)表示，i为1至N间的正整数；根据该第一转移函数Fi(X)计算出一伽码曲线；以及根据该伽码曲线选择性地调整这些原始灰度值为多笔调整后灰度值。
2.如权利要求1所述的影像处理方法，其中统计这些原始灰度值出现个数的步骤还包括当这些像素中的一第一像素的一第一原始灰度值与相邻的一第二像素的一第二原始灰度值差大于n时，n为0或正整数，该第一原始灰度值与该第二原始灰度值间的所有这些原始灰度值的统计个数或部份这些原始灰度值的统计个数均加1。
3.如权利要求1所述的影像处理方法，其中计算出该伽码曲线的步骤还包括线性转换该第一转移函数Fi(X)；累加经线性转换后的该第一转移函数Fi(X)，以得到一第二转移函数F’i(X)；标准化该第二转移函数F’i(X)，以得到一第三转移函数F”i(X)；以及将该第三转移函数F”i(X)乘上K再加上一参数P(X)以得到该伽码曲线，该参数P(X)为斜率为1-K的转移函数，K介于0～1间。
4.如权利要求1所述的影像处理方法，其中计算出该伽码曲线的步骤还包括线性转换该第一转移函数Fi(X)；累加经线性转换后的该第一转移函数Fi(X)，以得到一第二转移函数F’i(X)；标准化该第二转移函数F’i(X)，以得到一第三转移函数F”i(X)；调整该第三转移函数F”i(X)的部份上下限值，以得到一第四转移函数Fi(X)；以及将该第四转移函数Fi(X)乘上K再加上一参数P(X)以得到该伽码曲线，该参数P(X)为斜率为1-K的转移函数，K介于0～1间。
5.如权利要求3或4所述的影像处理方法，其中调整这些原始灰度值为这些调整后灰度值的步骤还包括当该第二转移函数F’i(X)的累加最大值大于一第一默认值时，这些原始灰度值根据该伽码曲线做调整。
6.如权利要求2所述的影像处理方法，其中，该影像还包括一第二画面f(N-1)，该第二画面f(N-1)是在该第一画面f(N)前出现，调整这些原始灰度值为这些调整后灰度值的步骤包括积分该第一画面f(N)的该第一转移函数FN(X)，以为一第一积分值；将该第一画面f(N)的第一转移函数FN(X)减去该第二画面f(N-1)的第一转移函数FN-1(X)后，取绝对值并据以积分出一第二积分值；以及当该第二积分值与该第一积分值的比值大于一第二默认值时，该第一画面f(N)的这些原始灰度值是根据该第一画面的第一转移函数FN(X)调整为这些调整后灰度值，否则该第一画面f(N)的这些原始灰度值是根据该第二画面f(N-1)的第一转移函数FN-1(X)调整为这些调整后灰度值。
7.如权利要求2所述的影像处理方法，其中，该影像还包括一第二画面f(N-1)，该第二画面f(N-1)是在该第一画面f(N)前出现，调整这些原始灰度值为这些调整后灰度值的步骤还包括统计该第一画面f(N)的这些原始灰度值出现个数，以一第一像素转移函数HN(X)表示；统计该第二画面f(N-1)的这些原始灰度值出现个数，以一第二像素转移函数HN-1(X)表示；积分该第一像素转移函数HN(X)，以为一第一积分值；将该第一像素转移函数HN(X)与该第二像素转移函数HN-1(X)相减后取绝对值并对其积分，以为一第二积分值；以及当该第二积分值与该第一积分值的比值大于一第三默认值时，该第一画面f(N)的这些原始灰度值是根据该第一画面的该第一转移函数FN(X)调整为这些调整后灰度值，否则该第一画面f(N)的这些原始灰度值是根据该第二画面f(N-1)的该第一转移函数FN-1(X)调整为这些调整后灰度值。
8.如权利要求2所述的影像处理方法，其中，这些原始灰度值分别对应至一原始红色灰度值、一原始绿色灰度值与一原始蓝色灰度值，该影像处理方法还包括依据该原始红色灰度值、该原始绿色灰度值或该原始蓝色灰度值对应于标准最大灰度值的比例，调整该调整后灰度值为一第一色纯度权重机制调整后灰度值。
9.如权利要求8所述的影像处理方法，其中，该影像处理方法还包括在调整该调整后灰度值的步骤后，还依据该该原始红色灰度值、该原始绿色灰度值与该原始蓝色灰度值彼此间的比例关系，调整该第一色纯度权重机制调整后灰度值为一第二色纯度权重机制调整后灰度值。
全文摘要
一种影像处理方法是根据一画面中每个像素与其相邻像素彼此间的原始灰度值差，统计原始灰度值出现个数，并依据所统计出的灰度值出现个数以及前后两画面的对比变动幅度来决定此画面的对比加强程度。
文档编号H04N5/202GK1809121SQ20061000423
公开日2006年7月26日 申请日期2006年2月13日 优先权日2006年2月13日
发明者周明忠, 谢曜任, 黎焕欣 申请人:友达光电股份有限公司