专利名称：图像的对比度增强的制作方法
技术领域：
本发明涉及图像的对比度增强，并且更具体地但不是专门涉及彩色视频信号的运动图像的对比度增强。
背景技术：
图像的对比度增强广泛应用于静止和运动图像两者以提高被感知为具有次最佳 (suboptimal)对比度的图像的图像质量。传统的对比度增强方法通过例如应用使亮区域更亮并使暗区域更暗的非线性函数而修改图像的亮度(明亮度)特性而起作用。例如，可以通过应用动态范围扩展器函数来修改视频信号的亮度信号。但是，尽管此方法可以为许多应用提供适合的性能，但是其趋向于对许多彩色图像是次最佳的，并且在某些情境下可能导致图像质量恶化或者失真。例如，饱和红色和蓝色与固有的低亮度(通常分别大约20%和 10%的白色)相关联，并且传统的对比度增强技术趋向于导致所不希望的效果这样的颜色在明亮度方面进一步降低，导致非自然阴影区的引入。
在外界，当对象被光源照亮并且光被反射到观看者的眼睛中时，对象被观看者看到。反射光的光谱可以被计算为分别是光源的光谱与对象反射率的乘积。使用已知的颜色匹配函数，则可以根据进入眼睛的光的光谱计算CIE 1931 xy色度坐标。如果场景中的对象反射100%的光并且光源具有平坦光谱(或具有像太阳那样相对平坦的光谱)，则将看到白色对象。该对象具有场景中的所有反射对象中的最高可能的明亮度。当对象仅反射窄光谱带时，其将具有非常饱和的颜色(例如对于饱和红色为630nm)。但是，其明亮度将非常低，因为其他波长的所有光被吸收。此外，所感知的明亮度将取决于具体颜色，因为具有相同光强度的不同波长被感知为具有不同水平的明亮度。
因此，例如对于饱和颜色，即使相对亮的对象也将具有相对低的亮度值，并且对比度增强将趋向于进一步降低明亮度水平。从而，对于许多场景，对比度增强将趋向于降低图像质量，并且具体地可能引入另外的阴影效果并降低不同颜色之间的差别。
因此，用于图像的对比度增强的改善的系统将是有利的，并且特别是允许增加灵活性、便于操作或实现、改善图像质量和/或改善性能的系统将是有利的。
发明内容
因而，本发明寻求优选地单独或以任何组合减轻、缓和或消除上述缺点中的一个或多个。
根据本发明的第一方面，提供了用于彩色图像的对比度增强的装置，所述装置包括用于提供具有对于图像区域的颜色值的彩色图像的部件；以及对比度增强部件，用于响应于图像区域的颜色值，通过修改至少一些图像区域中的每个图像区域的亮度特性来进行彩色图像的对比度增强。
本发明可以允许图像的改进的对比度增强。具体地，本发明可以为具有对应于低感知明亮度的图像区域的图像提供改进的对比度增强，并且在许多实施例中可以防止或降低阴影效果和颜色感知降级。具体地，本发明可以允许提供改进的阴影区的变暗同时加强照亮的区域的对比度增强。在许多实施例中，该方法可以提供对比度增强对具体颜色值的改善的独立性。因而本发明可以允许提供由彩色图像描绘的场景的更鲜明又真实的表现的对比度增强。
每个图像区域可以对应于/包括一个或多个像素。此外，该至少一些图像区域可以覆盖整个图像区域和/或可以是非重叠的图像区域。具体地，该至少一些图像区域可以对应于数字彩色图像的所有像素。该彩色图像可以是静止图像或者可以是诸如视频信号帧的图像序列中的图像。颜色值可以由颜色表示或者组合的亮度和色度表示来表示。例如， 对于模拟视频信号，亮度值可以由亮度信号的信号值提供，并且颜色值可以对应于一个或多个色度信号的值。颜色值可以是包括不同颜色分量的单独值(诸如显示的多个原色的每个原色的值)的合成值。
根据本发明的可选特征，该对比度增强部件包括补偿部件，用于响应于所述至少一些图像区域中的每个区域的颜色值，产生所述每个区域的补偿后亮度值；以及用于对补偿后亮度值进行亮度对比度增强的部件。
该特征可以提供改进的和/或便利的对比度增强。具体地，该特征可以允许在许多场景下的改进的图像质量同时提供低复杂性实现和操作。
补偿后亮度值可以具体地反映对由颜色值表示的颜色的相对于其他颜色、具体地相对于白色的相对感知明亮度。
根据本发明的可选特征，所述补偿部件还包括标定亮度部件，用于将第一图像区域的标定亮度值确定为该第一图像区域的颜色值的函数；以及亮度确定部件，用于产生作为第一图像区域的亮度值和标定亮度值的函数的第一图像区域的补偿后亮度值。
该特征可以提供改进的和/或便利的对比度增强。具体地，该特征可以允许在许多场景下的改进的图像质量同时提供低复杂性实现和操作。
标定亮度值可以具体地反映对于图像区域的给定(预定)亮度水平，对由颜色值表示的颜色相对于其他颜色(具体地相对于白色)的相对感知明亮度。因此，颜色值可以被补偿为对应于具体亮度水平，并且标定亮度值可以指示对于此具体亮度水平对颜色的感知明亮度。具体地，对于多分量颜色值，标定亮度值可以对应于对于各个多分量颜色值的给定组合值的感知的相对明亮度。例如，标定亮度值可以对应于对由颜色值表示的但进维持多分量颜色值之间的相同关系的同时)具有预定幅度的颜色的感知的相对明亮度。
根据本发明的可选特征，所述补偿部件被布置为通过相对于所述标定亮度值对所述第一图像区域的亮度值标准化而产生所述第一图像区域的补偿后亮度值。
这可以提供对于图像的颜色变化的特别有利的补偿。
根据本发明的可选特征，所述标定亮度部件包括数据存储器，用于存储包括多个颜色值的标定亮度值的查找表，并且所述标定亮度部件被布置为通过在所述查找表中的表查找来确定标定亮度值。
这可以允许在许多实施例中的便利的操作和/或可以降低复杂性和/或资源消耗。查找表具体地可以包括对于具体颜色的预定亮度值。
根据本发明的可选特征，所述标定亮度值是所述第一图像区域的颜色值的最大亮度值。
这可以允许特别有利的对比度增强，并且具体地可以将针对感知明亮度变化的影响的高度有效的补偿提供为颜色的函数。替换地或者另外，可以提供便利的实现和/或操作，因为对于给定颜色值的最大亮度值可能相对容易确定。
根据本发明的可选特征，所述标定亮度部件被布置为将标定亮度确定为颜色值的多个线性颜色分量值的函数，每个颜色分量值对应于显示原色。
例如，颜色值可以由线性红色、绿色和蓝色原色分量值提供(即根据与具有1的伽马值的RGB颜色方案对应的线性RGB颜色方案)。该方法可以提供将反映感知明亮度变化的合适的标定亮度值确定为颜色的函数的有效方式。线性颜色分量值具体地可以用于确定颜色值的最大亮度值。
在一些实施例中，该装置可以包括用于将颜色值从非线性颜色分量值(比如例如具有不同于1的伽马值的RGB值)转换成线性颜色分量值的部件。
根据本发明的可选特征，所述标定亮度部件被布置为通过相对于所述线性颜色分量值的最大值对所述线性颜色分量值标准化来产生标准化的颜色分量值；以及将标定亮度确定为标准化的颜色分量值的组合，该组合包括与对应于线性颜色分量值的每个颜色的感知亮度贡献对应的加权。
这可以提供对标定亮度的特别有利的确定。具体地，可以实现对标定亮度的便利和/或改进的确定。
根据本发明的可选特征，所述标定亮度部件被布置为将所述第一图像区域的亮度值确定为线性颜色分量值的组合，该组合包括与对应于线性颜色分量值的每个颜色的感知亮度贡献对应的加权。
这可以提供对亮度值的特别有利的确定。具体地，可以实现对亮度值的便利和/ 或改进的确定。
根据本发明的可选特征，所述对比度增强部件还包括用于对从亮度对比度增强得到的对比度增强的亮度值去补偿的部件，该去补偿对应于所述补偿部件的逆操作。
该特征可以提供改进的和/或便利的对比度增强。具体地，该特征可以允许在许多场景下的改进的图像质量同时提供低复杂性实现和操作。
例如，去补偿可以使得得到的亮度值的相对修改对应于通过亮度对比度增强应用于补偿后亮度值的相对修改。
根据本发明的可选特征，所述对比度增强部件还包括用于对至少第一图像区域确定该第一图像区域的补偿后亮度值与从亮度对比度增强得到的增强的亮度值之间的关系的部件；以及修改部件，用于响应于所述关系而修改所述第一图像区域的颜色值。
该特征可以提供改进的和/或便利的对比度增强。具体地，该特征可以允许在许多场景下的改进的图像质量同时提供低复杂性实现和操作。
例如，去补偿可以使得得到的亮度值的相对修改对应于通过亮度对比度增强应用于补偿后亮度值的相对修改。
根据本发明的可选特征，所述修改部件被布置为将所述第一图像区域的颜色值的颜色分量值乘以所述第一图像区域的补偿后亮度值与所述第一图像区域的亮度值之间的比率，每个颜色分量值对应于显示原色。
这可以提供特别有效和低复杂性的操作。
6 根据本发明的可选特征，该装置还包括用于将非线性多颜色分量颜色值转换成线性多颜色分量颜色值的部件；以及其中所述亮度部件被布置为响应于所述线性多颜色分量颜色值而确定亮度值。
该特征可以提供改进的和/或便利的对比度增强。具体地，该特征可以允许在许多场景下的改进的图像质量同时提供低复杂性实现和操作。
根据本发明的可选特征，所述对比度增强部件包括用于响应于颜色值来确定每个图像区域的照度值并对所述照度值进行对比度增强的部件。
该特征可以提供改进的和/或便利的对比度增强。具体地，该特征可以允许在许多场景下的改进的图像质量同时提供低复杂性实现和操作。
根据本发明的另一方面，提供了彩色图像的对比度增强的方法，该方法包括提供具有用于图像区域的颜色值的彩色图像；以及响应于至少一些图像区域中的每个图像区域的颜色值，通过修改该图像区域的亮度特性来进行彩色图像的对比度增强。
本发明的这些和其他方面、特征和优点将从下文中所述的实施例变得明显，并将参考这些实施例来阐述。
将参考附图仅通过例子描述本发明的实施例，附图中图1是根据本发明的某些实施例的对比度增强装置的例子的图示； 图2是根据本发明的某些实施例的对比度增强处理器的例子的图示； 图3是对比度增强算法的亮度传递特性的例子的图示；以及图4是根据本发明的某些实施例的彩色图像的对比度增强方法的例子的图示。
具体实施例方式图1图示用于对一个或多个彩色图像进行对比度增强的对比度增强装置的例子。 以下，将关注单个数字静止彩色图像的对比度增强而描述该装置进行的对比度增强。但是， 将认识到，在其他实施例中，对比度增强可以例如应用于图像的序列，比如数字视频信号的视频帧，或者直接应用于彩色图像的模拟表示，比如模拟彩色视频信号。
对比度增强装置包括彩色图像源101，其被布置为提供彩色图像，在一个具体例子中，该彩色图像是由对于图像的每个像素的颜色值表示的数字静止图像。该颜色值具体地是与具体颜色空间对应的多分量颜色值的集合。因此，为显示的每个原色提供值以呈现图像。例如，颜色值可以包含与例如XYZ或者RGB颜色空间的颜色分量对应的三个多分量颜色值。
以下描述将关注其中每个像素的颜色值包含分别对于RGB颜色空间的红色、绿色和蓝色的三个驱动值的例子。但是，将认识到，可以在其他实施例中使用其他颜色表示。例如，在某些情景下，图像可以由进一步可以是模拟或数字表示的亮度和色度值表示。
还将认识到，在其他例子中，可以不为每个图像像素提供单独的颜色值，而是颜色值可以提供可以对应于多个像素的图像区域的颜色信息。例如，可以基于每像素地提供亮度数据，而基于每个像素块地提供颜色值，其中每个像素块包括多个像素(例如可以为四个像素的块提供颜色数据)。因此，图像区域可以是包括一个或多个像素的像素块。
彩色图像源101例如可以通过从诸如硬盘或其他存储部件的内部源取回彩色图像来提供该彩色图像，或者可以例如包括用于从外部源接收彩色图像的接收器。
彩色图像源101耦合到对比度增强处理器103，该对比度增强处理器103被布置为对图像进行对比度增强。对比度增强包括取决于各个图像区域的颜色值而修改至少一些图像区域的亮度特性。因此，对比度增强处理器103进行不仅考虑亮度信息而且也取决于被修改的图像区域的颜色的对比度增强。例如，像素值的调整不仅取决于该像素的明亮度而且取决于该像素的颜色。
具体地，对比度增强处理器103将图像区域的亮度特性标准化，使得在对比度增强之前关于图像区域的颜色的最大亮度而对该图像区域的亮度进行标准化。该标准化过程有效地提供了场景中的照度的近似。
然后，对比度增强处理器103通过变暗阴影区并增加照亮的区域的明亮度而不考虑颜色来对标准化后的图像继续进行对比度增强。然后可以对得到的对比度增强后的图像去标准化以提供与原始图像对应的对比度增强后的图像。
由于该对比度增强考虑了具体颜色的感知亮度的依赖性，因此该方法使得对比度增强适用于局部颜色情况以便提供改进的对比度增强。具体地，可以协调不同颜色的对比度增强以提供更一致的对比度增强。这具体地可以防止由于颜色而不是相对明亮度导致具有低亮度值的相对明亮的颜色的变暗。例如，与传统的对比度增强方法相比，与固有的低最大亮度相关联的饱和颜色(例如红色和蓝色)不比诸如绿色和黄色的具有高固有最大亮度的颜色变暗更多。结果可以是具有更真实的阴影效果和更清晰的颜色差别的更清晰和更逼真的图像。
亮度补偿具体地可以得到与图像区域的非颜色特有的照度而不是该图像区域的颜色特有亮度值对应的补偿后的亮度。因此，补偿后的亮度可以反映落在图像对象上的白光的强度而不是从被图像对象反射的光得到的感知的亮度。因此，在图2的例子中，对比度增强处理应用于照度值、而不是原始亮度值。
图2图示图1的对比度增强处理器103的更详细的元件。
在该例子中，对比度增强处理器103接收包括三个非线性分量值的多颜色分量颜色值形式的数据。三分量非线性颜色格式用在具体例子中，诸如例如MZ格式。以下描述将关注包括与呈现图像的显示的三原色对应的红色、绿色和蓝色分量的颜色值。具体地，各颜色值被提供为根据RGB颜色空间的RGB值。此外，RGB颜色空间在一个例子中是具有不同于1的伽马值的非线性颜色空间。典型的伽马值可以是例如2. 2。
因而对比度增强处理器103包括颜色方案转换器201，其从彩色图像源101接收非线性RGB图像数据。然后该颜色方案转换器201继续将该颜色方案转换成线性颜色方案， 在具体例子中其是线性RGB颜色方案。因此，颜色方案转换器201进行以下转换
其中&7，。和尾7分别表示在行i、像素位置j处的输入的红色、绿色和蓝色子像素驱动值，并且乂/"，Gi广私Bjin表示线性光域中的子像素驱动值。
颜色方案转换器201耦合到亮度补偿处理器203，其产生图像区域的补偿后的亮度值，其中补偿后的亮度值不仅取决于图像区域的亮度值而且取决于图像区域的颜色值。
亮度补偿处理器203包括标定亮度处理器205，其被布置为确定每个图像区域、具
8体地每个图像像素的标定亮度值。标定亮度值具体地是颜色相对于白色的相对亮度值。因此，标定亮度值可以反映颜色对于给定光强度的感知明亮度或者亮度水平。因此，不同的颜色将具有不同的标定亮度值，因为眼睛将感知具有不同明亮度的不同颜色而不管它们具有相同的光强度。例如，相同量的蓝色光将趋向于被感知为比相同量的绿色光明亮程度暗至十倍。
标定亮度处理器205例如可以包括数据存储器，其存储包括在给定光强度下不同颜色值的预定标定亮度值的查找表。然后，标定亮度处理器205可以将颜色值标准化到该光强度并进行识别最接近由该颜色值表示的颜色(或与之相同)的颜色的存储的标定亮度值的表查找。
在图2的具体例子中，标定亮度值是给定颜色的最大亮度值。因此，假设光强度处于可以由该颜色表示来表示的最大水平，标定亮度值是该颜色的感知的亮度值的相对值。
将认识到，在此情况下的最大亮度值可以反映颜色对感知的亮度的影响(由于眼睛和大脑对不同颜色的相对明亮度感知)以及颜色方案提供不同颜色的最大光强度的变化能力的影响两者。例如，对于RGB颜色方案，白色信号可以由分量值(1，1，1)表示，而例如对红色可以提供的最大光强度可以对应于(1，0，0)，即，相对于某些合成颜色，对于红色可以提供的最大光强度在此情况下将降低。
在具体例子中，标定亮度处理器205直接从线性多分量颜色值、即从线性RGB值计算颜色值的标定亮度值。该计算具体地包括颜色值相对于线性颜色分量值的最大值的初始标准化，其后是考虑到对于与线性颜色分量值对应的每个颜色的感知亮度贡献的标准化后的值的组合。
具体地，标定亮度处理器205通过用多个分量值中的最大者去除每个值来继续标准化线性RGB值
权利要求
1.一种用于彩色图像的对比度增强的装置，所述装置包括用于提供具有图像区域的颜色值的彩色图像的部件(101)；以及对比度增强部件(103)，用于响应于至少一些图像区域中的每个图像区域的颜色值，通过修改该图像区域的亮度特性来进行彩色图像的对比度增强。
2.如权利要求1的装置，其中所述对比度增强部件(103)包括补偿部件(203)，用于响应于所述至少一些图像区域中的每个区域的颜色值，产生针对该每个区域的补偿后亮度值；以及用于对补偿后亮度值进行亮度对比度增强的部件(211)。
3.如权利要求2的装置，其中所述补偿部件(203)还包括标定亮度部件(205)，用于将第一图像区域的标定亮度值确定为该第一图像区域的颜色值的函数；以及亮度确定部件(209)，用于产生作为第一图像区域的亮度值和标定亮度值的函数的第一图像区域的补偿后亮度值。
4.如权利要求3的装置，其中所述补偿部件(203)被布置为通过相对于所述标定亮度值对所述第一图像区域的亮度值标准化而产生所述第一图像区域的补偿后亮度值。
5.如权利要求3的装置，其中所述标定亮度部件(205)包括数据存储器，用于存储包括多个颜色值的标定亮度值的查找表，并且所述标定亮度部件(205)被布置为通过在所述查找表中的表查找来确定标定亮度值。
6.如权利要求3的装置，其中所述标定亮度值是所述第一图像区域的颜色值的最大亮度值。
7.如权利要求3的装置，其中所述标定亮度部件(205)被布置为将标定亮度确定为颜色值的多个线性颜色分量值的函数，每个颜色分量值对应于显示原色。
8.如权利要求7的装置，其中所述标定亮度部件(205)被布置为通过相对于所述线性颜色分量值的最大值对所述线性颜色分量值标准化来产生标准化的颜色分量值；以及将标定亮度确定为标准化的颜色分量值的组合，该组合包括与对应于线性颜色分量值的每个颜色的感知亮度贡献对应的加权。
9.如权利要求8的装置，其中所述标定亮度部件(205)被布置为将所述第一图像区域的亮度值确定为线性颜色分量值的组合，该组合包括与对应于线性颜色分量值的每个颜色的感知亮度贡献对应的加权。
10.如权利要求2的装置，其中所述对比度增强部件(103)还包括用于对从亮度对比度增强得到的对比度增强的亮度值去补偿的部件(213)，该去补偿对应于所述补偿部件的逆操作。
11.如权利要求2的装置，其中所述对比度增强部件(103)还包括用于对至少第一图像区域确定该第一图像区域的补偿后亮度值与从亮度对比度增强得到的增强的亮度值之间的关系的部件(215)；以及修改部件(217)，用于响应于所述关系而修改所述第一图像区域的颜色值。
12.如权利要求11的装置，其中所述修改部件(217)被布置为将所述第一图像区域的颜色值的颜色分量值乘以所述第一图像区域的补偿后亮度值与所述第一图像区域的亮度值之间的比率，每个颜色分量值对应于显示原色。
13.如权利要求1的装置，还包括用于将非线性多颜色分量颜色值转换成线性多颜色分量颜色值的部件(201);以及其中所述亮度部件被布置为响应于所述线性多颜色分量颜色值而确定亮度值。
14.如权利要求1的装置，其中所述对比度增强部件(103)包括用于响应于颜色值来确定每个图像区域的照度值并对所述照度值进行对比度增强的部件。
15.一种彩色图像的对比度增强的方法，该方法包括 一提供具有图像区域的颜色值的彩色图像；以及一响应于至少一些图像区域中的每个图像区域的颜色值，通过修改该图像区域的亮度特性来进行彩色图像的对比度增强。
全文摘要
一种装置被布置为对一个或多个彩色图像进行对比度增强。该装置包括图像源(101)，其提供具有图像区域的颜色值的彩色图像，其中每个图像区域可具体地对应于像素。对比度增强处理器(103)响应于图像区域的颜色值，通过修改至少一些图像区域中的亮度特性来对彩色图像进行对比度增强。对比度增强处理器(103)具体地可以通过相对于像素的颜色的标定亮度值对亮度值标准化而产生像素的补偿后亮度值。然后对补偿后亮度值进行亮度对比度增强。该方法可以允许改进的图像质量并具体地可以降低由于颜色变化引起的非自然阴影效果的引入。
文档编号H04N1/60GK102187657SQ200980140624
公开日2011年9月14日 申请日期2009年10月5日 优先权日2008年10月13日
发明者E·H·A·兰根迪克, R·T·J·穆伊斯, H·A·W·施梅茨, L·J·维尔索文 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司