专利名称：一种数字图像亮度对比度增强装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数字视频信号处理装置，特别涉及一种对数字视频信号的 增强处理装置。
背景技术：
在信息化的今天，人们对视频图像的显示要求越来越高，当前很多数字视 频系统中，除了从视频信号的信噪比和分辨率方面做出很大改善外，更发展出 许多针对人眼视觉特征改善图像质量的方法，从增强图像亮度、对比度、清晰 度等方面考虑，有效改善视频图像的显示质量。
一般来说，视频图像的增强处理不会增加视频数据中固有的信息内容，也 不要求对其数学模型化，而是对一个给定的图像序列进行处理，以改善其在一 个显示媒介上的表象。要对图像增强规定一个量化的标准往往是很困难的，因 此现有的视频增强技术一般根据研发人员的经验设计。
图像的亮度对比度增强是一种重要的视频增强技术，因为人类的眼睛对于 亮度的差异感知更敏感，远胜于对亮度绝对值本身的感知，因此增强图像的对 比度可以更好的提高图像的视觉效果，视频图像的对比度已经成为很多电子设 备一个基本的也是重要的性能指标。与轮廓增强和细节增强不同，对比度增强
i -
技术更注重于一个给定图像的整体表象，而不是诸如边缘的突出和锐化等局部 表象。
对比度增强有多种实现方式，目前常用的方法是通过手动配置某些固定亮 度区域的亮度映射曲线的斜率来达到这些亮度区域的对比度提升；也有根据图 像的亮度特征统计数据以及场景的检测信号，确定用于进行亮度映射的曲线， 然后对图像进行亮度映射，从而动态调整对比度的方法。
在2003年5月20日申请的美国专利US6826310中，提出了一种自动对比 度增强方法，它利用直方图统计图像的亮度特征，选择一定弧度的S曲线作为 亮度映射曲线的对比度调整方法，这种方法针对不同的亮度特征选择不同的曲 线，对图像的调整更符合实际情况，但是由于曲线的实现是通过查找表来实现，对整个亮度范围的曲线存取不仅耗费大量的存储空间，而且当一幅图像不同亮 度区域的亮度特征不同时，只采用一条S曲线则不够灵活准确。
在1995年10月30日申请的美国专利US6463173中，提出了一种基于图像 直方图的对比度增强系统及方法，将图像的直方图分成多段，每段进行直方图 拉伸的方法来调整图像的对比度，该方法可以根据图像的不同亮度特征段分开 调整，效果更好，但是没有采用曲线映射的方法，直接进行直方图均衡化，不 适用于硬件代码的实现，且很复杂。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的问题，提出了一种数字图像亮度对比度增
强装置，根据亮度直方图的形状特点，将整幅图像按亮度分成三个部分高亮 度段、中亮度段、低亮度段，生成可以对直方图产生拉伸效果的亮度映射曲线 来调整图像亮度，达到增强图像对比度的方法。
一种数字图像亮度对比度增强装置，该装置包括亮度信息统计模块101、第
一延迟模块1031、第二延迟模块1032、第三延迟模块1033、第四延迟模块1034、 亮度映射曲线生成模块104、场间亮度关系判断模块105以及亮度调整模块106;
其中，亮度信号Y一in输入到亮度信息统计模块(101)得到当前第k场的 直方图统计信息及亮度平均值，
所述直方图统计信息经第一延迟模块1031延迟后输入到亮度映射曲线生成 模块104，初步生成当前第k场的亮度映射曲线L—1，
第k-l场的亮度平均值依次经第二延迟模块1032和第三延迟模块1033延迟 后，与经过第二延迟模块1032的第k场的亮度平均值同时输入到场间亮度关系 判断模块105，得到比例系数R—new和R—old并与由亮度映射曲线生成模块104 得到的曲线L—1和由第四延迟模块1034得到的上一场的亮度映射曲线L—delay 进行加权，则得到所需的亮度映射曲线L一valid，
所述亮度映射曲线L—valid输入到亮度调整模块，对下一场第k+l场的亮度 信号Y—in进行调整即得到对比度调整过的图像。
所述装置还包括以下模块近似饱和度计算模块102和第五延迟模块1035， 所述近似饱和度计算模块102的输入信号为图像的色差信号所述近似饱和度计算模块102输出的图像平均近似饱和度经第五延迟模块 1035延迟后输入到亮度映射曲线生^^模块104，配合图像直方图信息从曲线列 表中选择合适的曲线。
所述亮度映射曲线生成模块104将所述亮度信息统计模块101得到的直方 图分为三段，每段均根据形状近似成三角形模版l: l，或三角形模版2:』，
或三角形组合模版3: M，或三角形组合模版4: ▲。
所述四种模版l、』、"i分别对应的直方图的拉伸曲线为^形、 ^形、Z形、^形。
所述亮度映射曲线生成模块104根据三段直方图得到三段拉伸曲线，并将
所述的三段拉伸曲线合成为一条完整的数字图像亮度对比度拉伸曲线。 所述四种直方图拉伸曲线可以有不同的幅度。 所述不同幅度的直方图拉伸曲线通过査找曲线列表，由曲线列表中存储的
点依次连接得到；所述査找曲线列表的依据是直方图梯度的大小。
所述四种直方图拉伸曲线每种至少有一条存储于所述的曲线列表中。 所述曲线列表的值可以通过I2C配置寄存器的方式进行调整。 所述亮度信息统计模块101和近似饱和度计算模块102中涉及的由参数 win_xl， win_x2， win_yl， win_y2确定的统计窗，其中，所述win—xl， win—x2， win_yl， winj2的值可以通过I2C配置寄存器的方式进行调整。
所述亮度信息统计模块IOI和近似饱和度计算模块102中可以不设置由参 数win—xl， win_x2， win_yl， win_jy2确定的统计窗，而取整幅图像参与计算。
所述第一延迟模块1031、第二延迟模块1032、第三延迟模块1033、第四延 迟模块1034、第五延迟模块1035为完全相同的模块。
本发明的有益效果在于传统的对比度调整方法多只用一条曲线对整幅图 像进行调整，难免顾此失彼，提升图像对比度的同时，图像亮度高的区域和亮 度很低的区域细节丢失，而本发明将图像按亮度分成三个部分分别调整，可以 根据不同亮度区域的亮度分布特点有针对性地调整，既使整幅图像的对比度得 到很好的提升，又避免在不需要调整的地方调整时导致的失真。
本发明的有益效果还在于图像的直方图反映了图像亮度分布情况，根据 直方图统计信息调整图像的对比度，更能够反映图像的对比度信息，调整更准确。
另外，由于直方图的统计、拉伸操作一般用于软件程序，在硬件描述语言 中不便于实现，且需要较大的存储空间，本发明所述的对比度调整装置在设计 中处处考虑到硬件的可实现性，降低实现复杂度，节省存储空间，因此便于集 成到芯片中。
值得注意的是，本发明在^^择对比度的调整曲线时，还考虑到图像饱和度 的影响，使本发明所述的对比度调整装置对彩色的图像调整效果更好；且对于 直方图统计窗口以及饱和度计算窗口均采用I2C配置寄存器的方法改变，使调整 更加方便灵活。
图1是本发明具体实现方式的整体结构框图。 图2是本发明具体实施例一采用的七段直方图的示意图。 图3是本发明具体实施方式
中将直方图近似为一组三角形组合的示意图。 图4是本发明具体实施方式
中将直方图近似为三角形后不同形状的三角形 所对应的拉伸曲线。
图5是本发明具体实施方式
中亮度对比度增强模块102的结构框图。 图6是本发明具体实施方式
中小曲线生成模块502的流程图。 图7是本发明具体实施方式
中生成亮度映射曲线的过程示意图。 图8是本发明具体实施方式
中将七点拟合成曲线的示意图。 图9是曲线生成模块中相邻两段小曲线的组合方法。 图IO是本发明具体实施例二的整体结构框图。 图11为本发明具体实施例一的曲线列表。 图12为本发明具体实施例二的曲线列表。
具体实施例方式
以下结合附图，对本发明的具体实施方式
进行详细描述。由于本发明所述 一种数字图像亮度对比度增强装置中输入视频信号的位数不同导致本发明具体 实施中所需参数的范围，本发明选择标准的8位视频输入信号的情况为例进行说明。
具体实施例一
图1为本实施例的整体结构框图，包括亮度信息统计模块101、第一延迟模 块1031、第二延迟模块1032、第三延迟模块1033、第四延迟模块1034、亮度 映射曲线生成模块104、场间亮度关系判断模块105以及亮度调整模块106，其 中，四个延迟模块1031至1034为相同的模块。
本具体实施例中亮度信号Y一in输入到亮度信息统计模块101得到当前场的 直方图统计信息及亮度平均值；所述直方图统计信息经过第一延迟模块1031后 得到延迟的直方图信息His一d输入到亮度映射曲线生成模块104，初步生成当前 场的亮度映射曲线L—1。同时，所述亮度平均值依次经过第二延迟模块1032和 第三延迟模块1033后输入到场间亮度关系判断模块105，得到比例系数R—new 和R一old，与由亮度映射曲线生成模块104得到的曲线L—1和由第四延迟模块 1034得到的上一场的亮度映射曲线L—delay加权，则得到所需的亮度映射曲线 L—valid,将该亮度映射曲线L—valid输入到亮度调整模块中，对下一场的亮度信 号Y—in调整即得到对比度调整过的图像，同时，所述亮度映射曲线L—valid经 过第四延迟模块1034作为下一场涉及的亮度映射曲线L一delay;所述当前场的 直方图统计信息经过第二延迟单元1032作为下一场涉及的延迟直方图信息 His—d。
以下分别描述各模块的功能。
亮度信息统计模块101负责两个任务，其一为计算当前场图像的亮度平均 值输入细U第二延迟模块1032;其二为统计当前场图像亮度的分布，得到图像的
直方图分布，在本实施例中，采用归一化的七段直方图来代替完整的直方图； 附图2描述了一般直方图和本发明使用的七段直方图的关系。在亮度信息统计 模块101中只统计16 47， 48 79， 80 111， 112 143， 144 175， 176 207， 208 235七段亮度范围内的亮度点数Hl， H2， H3， H4， H5， H6， H7，将所 述七段亮度范围的7个统计值都归一化到0 15 ，排列起来作为 一个七段直方图， 如附图2 (b)中所示。所得7个归一化数值均由一个4位寄存器存储。
图像直方图分布的另一种计算方法是采用归一化的九段直方图来代替完整的直方图，与所述七段直方图的统计方法相似，将视频图像的亮度范围分为九
段，分别为16 39， 40 63， 64 87， 88 111, 112 135， 136 159， 160 183， 184 207， 208 235。统计所述九个范围内的亮度点数hl到h9，同理归 一化到0 15，排列起来为一个九段直方图，由九个4位寄存器存储。
本发明不局限于上述七段和九段直方图统计方法，其它满足反映图像直方 图信息的统计方法均属于本发明的范围。
本实施例中，亮度信息统计模块101根据四个统计窗控制参数win_xl， win—x2， winjl， win_y2控制统计窗的大小。统计只涉及win—xl至lj win一x2行， win_yl至U win_y2歹U的亮度数据。win—xl， win—x2， win_yl， win_y2的数{直可 以通过I2C配置寄存器的方式调整，用户在调试时可以根据实际情况配置统计窗 的大小；可以为整幅图像的大小，也可以为整幅图像的一部分。
值得注意的是，所述直方图统计模块的统计窗的设置方法不局限于本发明 所述方法，不设置统计窗而直接取整幅图像的大小也属于本发明的范围。
四个延迟模块1031到1034的结构完全相同，负责将输入信号延迟一场的 时间。所述延迟模块均由一个场信号Vsyn控制，当检测到场信号Vsyn时，各 延迟模块更新输出，当还处于一场数据中时，各延迟模块维持当前输出不变。 由于直方图统计及亮度平均值的计算需要整幅图像的信息，因此对比度的调整 是采用第k-l场和第k-2场图像的统计信息生成的亮度映射曲线调整第k场图像 的亮度，对于连续场景的视频信号，这是可行的，虽然在场景变化时会出现瞬 间的闪烁，但基本不影响观赏效果。
亮度映射曲线生成模块104根据亮度信息统计模块101得到的直方图信息 生成适合当前图像的亮度映射曲线。
本发明中，亮度对比度的增强是通过拉伸亮度直方图实现的，图3和图4 描述了本发明所依据的直方图拉伸的原理。其中，如图3所示，直方图的形状 可以近似成由两种基本形状或其组合构成，其中两种基本形状为如图6模版1 和模版2所示的两种直角三角形，其组合为如图6模版3和模版4所示的两种 直角三角形的组合。而从图4可以看到，对于其中任何一种三角形，如果要对 其拉伸；则只需一个弧线型的亮度映射曲线就可以。本发明中，将直方图划分 为若干个三角形，然后根据图4的原理设计亮度转换曲线，并将所有的小三角形对应的曲线组合，则得到整个亮度空间的转换曲线，根据所述曲线修改图像 亮度，实现直方图拉伸。.
附图5为本实施例中亮度映射曲线生成模块104的结构框图。亮度映射曲 线生成模块104由直方图分段模块501、小曲线生成模块502、小曲线合成模块 503组成。本实施例中，直方图分段模块501将直方图分为低亮度区、中亮度区 和高亮度区3段。则小曲线生成模块502根据每段的亮度统计结果，通过査找 曲线列表(Curve—LUT)，生成所述曲线列表对应范围内的三条亮度映射曲线。 小曲线合成模块503将三段亮度范围的亮度映射曲线组合成对应全部亮度区域 的完整的亮度映射曲线。
附图7为本实施例中七段直方图时亮度映射曲线的形成原理示意图，得到 附图2 (b)所示的7段直方图后，直方图分段模块501将直方图的七段Hl到 H7分为三部分，其中Hl、 H2、 H3为低亮度段，H3、 H4、 H5为中亮度段，H5、 H6、 H7为高亮度段。对所述三部分中的任何一部分，都可以根据Hi、 Hi+1、 Hi+2 这3个值的高度排列来判断该部分直方图可以用哪种类型的三角形或者三角形 的组合。小曲线生成模块502根据每段亮度区域的三角形的形状特征，在曲线 列表中选择适当的曲线作为该亮度段的亮度映射曲线。小曲线合成模块503把 低、中、高三个亮度段的曲线组合起来，生成整个亮度空间的亮度映射曲线。
若所述亮度信息统计模块101得到的直方图为九段时，同七段直方图时唯 一区别的是，将直方图的九段G1到G9分为三部分时，其中G1、 G2、 G3为低 亮度段，G4、 G5、 G6为中亮度段，G7、 G8、 G9为高亮度段，而七段直方图分 为三部分时，H3和H5被重复使用。
图6描述了小曲线生成模块502的流程结构。取某段直方图的三个值分别 为Hi、 Hi+1、 Hi+2，由直方图分段模块501得到的直方图信息经过模版生成模块 601,得到的模版在比较模块602中与Hi、 Hi+1、 Hi+2进行比较，选择适合的模 版后进入曲线选择模块603得到该段直方图对应的转换曲线。以下对图6中各 个模块进行详细描述。
本发明中，采用如图6所示的四种模版来近似直方图的一部分。模版生成 模块601按如下步骤生成对应的四种类型的模版
步骤一:对Hi、 Hi+1、 Hi+2由小到大排序，分别用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)
步骤二 modell=[C，B,A]，如附图6所示模版1;
model2=[A，B,C],如附图6所示模版2; model3=[(C+B)/2，A,(C+B)/2],如附图6所示模版3; model4=[(A+B)/2,C,(A+B)/2]，如附图6所示模版4; 比较模块602分别计算每段直方图中Hi、 Hi+1、 Hj+2的和moddl、 model2、 model3、 modd4差的绝对值，选出绝对值最小的模版类型，作为当前段直方图 的类型，所述类型决定了曲线选择模块.603中曲线选择的类别以及曲线形成方 式。
曲线选择模块603根据得到的模版，在相应的曲线査找表中，根据该段直 方图的变化梯度从曲线列表中选择合适的曲线，作为该段直方图的小亮度转换 曲线。
所述曲线列表中曲线的条数不是唯一的，可以根据所述曲线幅度分为N条， 其中N为自然数。存储的曲线条数越多，则曲线精度越高，但占据的存储空间 也比较大；同样，存储的曲线条数越少，存储空间减小的同时精度也越低，综 合精度及存储空间两个因素的考虑，本实施例中，以曲线列表存放着两种极性、 3种幅度共6条曲线为例。两种极性，是指模版1型和模版2型对应的左弧曲线 和右弧曲线这两种基本曲线，而模版3型和模版4型对应的反S曲线和正S曲 线，可由所述两种基本曲线左弧曲线和右弧曲线组合而成。
本实施例中，为了便于硬件实现，取低亮度段为16 112，中亮度段为80 176，高亮度段为144 240，使每个亮度段都对应一个0 96的长度，方便统一 设计曲线。曲线列表只用七个点依次连接形成的折线来构成曲线，而两点之间. 的其他值由插值得到，在曲线列表中，每条曲线都是对应坐标[O， 16, 32, 48, 64, 80: 96]的七个高度值，如图8所示。
值得注意的是，图像高、中、低亮度的分段标准不局限于本实施例提出的 分段方式，其它16到235之间任意的分段都是可以的；另外，曲线列表的长度 和坐标也不局限于本实施例中0 96的长度及对应坐标「0, 16, 32, 48, 64. 80. 961，对应长度内也可以选择任意多点依次相连拟合成曲线，比如[O， 8， 16， 24， 32, 48， 64， 80， 96]，本实施例中的选择是基于降低硬件代码的实现复杂度以及设 计曲线的方便统一。
图11给出了本实施例中曲线列表的具体值，而且所述具体值可以通过I2C 适时地配置，因此可以根据具体情况配置合适的值，更加灵活准确。
本实施例中，设曲线表的三条曲线按幅度由大到小依次为Curve一a， Curve一b， Curve—c，曲线选择模块603根据当前段直方图的三角形梯度来选择曲 线，梯度越大，选择的曲线调整幅度越大，以下选择一种梯度划分方式对附图6 所述的四种模版对应的曲线的选择分别作详细说明，其中，设定hl、 h2、 h3为 当直方图特征符合模版1型和模版2型计算中的标志值，hll、 h12、 h13、 h21、 h22、 h23为当直方图特征符合模版3型和模版4型时的计算中的标志值。
(1) 模版1型和模版2型
若C/4> (B+A)/2或C/8>A时，hl=l ，否则hl-O;
若C/3〉(B+A)/2或者C/6〉A时，h2=l，否则h2-0;
若072>(8+八)/2或者((0=8)&&(0八+10))时，h3=l，否则h3=0;
若hl+h2+h3-3，则选择幅度最大的Curve—a;如果hl+h2+h3=2，则选择幅 度适中的Curve一b;如果hl+h2+h3=l ，则选择幅度最小的Curve_c;如果 hl+h2+h3=0,则选择默认曲线，即没有任何调整的曲线。
其中，模版1型在左弧曲线组中选择，模版2型在右弧曲线组中选择。
值得注意的是，本发明不局限于所述梯度划分方式，任何只要满足区分了 直方图的梯度的计算方法均属于本发明的范围；本发明也不局限于将梯度分为 三个等级，当需要从N条曲线中按照梯度选择一条曲线时，可以将梯度划分为 N个等级，其中，N为自然数。
(2) 模版3型
所述模版3的反S形曲线可以由左弧形曲线和右弧形曲线组合而成，其中， 前半段为左弧形，后半段为右弧形。 所述反S曲线前半段 若Hi/4〉Hw， hi 1=1，否则hll-0; 若Hi/2〉Hw， hl2=l，否则hl2-0;若Hi/3,Hw， hl3-l，否则hl3:0;
与(1)中的选择方法相同，根据WHhl2+h13的值，在Curve—a, Curve_b， Curve c中选择一条曲线，设其对应的七个点的值为Curve一templ-[CU， C12, C13,CM，C15，C16,C17。
所述反S曲线后半段 若Hm/4〉Hw， h21-l,否则h21-0; 若Hm/2〉Hw， h22-l，否则h22-0; 若Hm/3承2〉Hw, h23-l，否则h23-0;
与(1)中的选择方法相同，根据h21+h22+h23的值，在Curve_a， Curve一b， Curve—c中选择一条曲线，设其对应的七个点的值为Curve—temp2= [C21， C22， C23，C24， C25， C26, C27]。
由于两段曲线都是对应[O， 16, 32, 48, 64， 80， 96]，因此将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)得到两条新的曲线列表值，将两条曲线结合到0到96的范 围内
curve—new 1 = Curve—temp 1/2 ( 4 )
curve—newS- 48+Curve—temp2 / 2 ( 5 )
而图n和图12所示的曲线列表中，为节省存储空间，只存储中间5个点，
首尾点取默认值Cll-O; C17-96; C21-0; C27=96。
因此，得到
的点，为了和其他类型的曲线一致，选择抽取[O, 16， 32， 48， 64， 80， 96〗对 应的点，最终得到所需的曲线
。 (3)模版4型
本发明中正S形曲线和反S形曲线的形成方法相同，区别在于前半段选右 弧形曲线，后半段选左弧形曲线。
每段的小曲线生成后，小曲线合成模块503将3条小曲线合成为一条完整 的大曲线。由于低亮、中亮、高亮每段曲线都是由7个点组成，都有0 96的范围，且三段曲线之间相互有长度为32的重合区域(即3个重合点)。图9描 述了相邻两段曲线的组合方法。
假设查图11所示曲线列表得到三段亮度对应的曲线分别为
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]。
由于曲线列表是在0 96亮度范围内建立的，且分别对应16 112，80 176， 144 240，所以需要将曲线修正为
new—CL= ori_CL+16 ( 6 )
new—CM= ori—CL+80 ( 7 )
new—CH= ori一CL+144 ( 8 )
对曲线重合的3个点，则按一定原则加权平均，本实施例中对重合点取平 均值。最后得到的曲线共有15个点，分别为[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],分别对应的亮度原始值为[16， 32， 48， 64， 80， 96， 112， 128, 144， 160， 176， 192， 208， 224， 240]。所述15个相邻间距为16的点顺序相连则得到一条由折 线近似组成的曲线。
另外，视频信号的范围一般是确定的，以8位的系统为例，亮度信号的范 围为16 235，所以在曲线的生成过程中需要使曲线经过亮度的极限值，从而防 止高低亮度区域的信号损失。
得到所述三段合成的亮度转换曲线后，由于在同一场景的相邻图像，可能 会因为图像亮度分布的轻微差异，使得映射曲线生成模块104对前后两场连续 场景图像生成差异较大的亮度映射曲线。如果直接将生成的调整曲线作用于图 像，会导致同一场景中的所述两场相邻图像出现较大的亮度调整差异，若所述 情况连续出现，则会导致画面闪烁，因此本发明增加场间亮度关系判断模块105。 场间亮度关系判断模块105根据前后两场的平均亮度值来判断是否出现场 景切换，以决定如何组合由亮度映射曲线生成模块104生成的新的亮度映射曲 线和当前场的最终调整曲线以得到下一场的最终调整曲线。若场间亮度平均值说明书第12/14页
差异很大，则认为发生场景切换，下一场的最终调整曲线完全采用104生成的 新的亮度映射曲线，否则下一场的最终调整曲线取104生成的新的亮度映射曲 线和当前场的最终调整曲线的加权平均，使在同一场景中的相邻图像，亮度映 射曲线是渐变的，从而避免在相邻近似场景中出现由于曲线差异造成的闪烁现象。
场间亮度关系判断模块105的具体判断方法是基于被判断关系的两场图像 的平均亮度值Av—Yk-t和Av—Yk，将其带入公式(9)，得到相邻两场'图像的亮度 平均值差的绝对值-
dif_Av—Y=| Av—Yk—t—Av_Yk| (9 )
若dif_Av—Y>Y—th，则R—new=l， R—old=0;
否则R—new=dif_Av—Y/Y—th， R_old=l—R—new。
其中，以输入信号为8位的系统为例，Y—th为小于50亮度阈值，具体的实 现中可以根据实际情况配置。如图1所示，Rjiew与当前计算出的亮度映射曲 线L—1相乘，R—old与经第四延迟模块1034延迟的上一场计算出的最终的亮度 映射曲线L—delay相乘，两个乘积之和，则为当前场所得到的最终的亮度映射曲 线L—valid,用于调整下一场的图像亮度对比度，所述亮度映射曲线由[16,32,48, 64, 80， 96， 112, 128， 144, 160, 176, 192, 208， 224， 240]各点依次相连的折线拟合得 到。
亮度调整模块106根据所述得到的16 235整个亮度范围内的亮度映射曲 线修改图像每个像素的亮度，由此实现了图像的亮度对比度的调整。对应[16,32: 48, 64， 80， 96, 112， 128, 144, 160， 176, 192， 208, 224, 240]上各点的转换亮度值可 直接替换，其他亮度的转换需要由其左右两个已知亮度转换值插值计算得出。
具体实施例(二)
本实施例的整体结构框图如附图IO所示，与所述具体实施例一的整体结构 框图相同的是，包括亮度信息统计模块101、第一延迟模块1031、第二延迟模 块1032、第三延迟模块1033、第四延迟模块1034、亮度映射曲线生成模块104、 场间亮度关系判断模块105以及亮度调整模块106;不同的是，本实施例中还包 括近似饱和度计算模块102和第五延迟模块1035。由于增加所述近似饱和度计算模块102，本具体实施例中输入数据为亮度信 号Y一in，以及色差信号Cb一in和Cr—in，其中色差信号Cb—in和Cr—in输入到 近似饱和度计算模块102中得到图像的平均近似饱和度。
近似饱和度计算模块102负责统计图像色度信息，计算当前图像的色彩平 均近似饱和度，饱和度的计算公式如公式(10)，本实施例中，将公式(10)简 化为公式(11)，近似计算图像中每个点的色彩近似饱和度S，将所有统计点的 色彩近似饱和度S求均值则得到整幅图像的色彩平均近似饱和度Av_S。 S = A/Cb2+Cr2 (10) S = |Cb_128| + |Cr-128| (11)
本实施例中，近似饱和度计算模块102选择参与计算的图像范围和亮度信 息统计模块101的统计窗相同，选择win一xl行到win一x2行，winjl列到win_y2 列的统计窗内的色差信号Cb_in和Cr—in参与计算图像的平均近似饱和度。其 中win一xl， win_x2， winjl， winj2的数值可以通过I2C配置寄存器的方式调 整，用户在调试时可以根据实际情况配置统计窗的大小，可以为整幅图像的大 小，也可以为整幅图像的一部分。
基于所述由图像近似饱和度对曲线进行初步筛选的原理，本实施例与具体 实施例一不同的地方还在于，曲线列表存放着两种极性、5种幅度共10条曲线， 如图12所示，首先由曲线平均近似饱和度从五条曲线中选择所需的三条，再按 照具体实施例一所述的方法根据直方图的梯度信息选择本发明所需的调整图像 对比度的曲线。相应的，曲线选择步骤分为两步，相比具体实施例一附图6曲 线选择模块603中增加了一个步骤。所述增加的步骤为步骤一-
将所述色彩平均近似饱和度Av_S按阈值TS1和TS2分成三个区域，首先 根据图像的色彩平均近似饱和度Av一S縮小曲线选择的范围，其中，TS1和TS2 为寄存器可配置的值，具体的方法分以下三种情况S1、 S2、 S3:
Sl:当图像的色彩平均近似饱和度Av—S大于TS1时，曲线选择范围縮小 为Curve3 Curve5这3组幅度最小的曲线；
S2:当图像的色彩平均近似饱和度Av—S小于TS1且大于TS2时，曲线选 择范围縮小为Curve2~Curve4这3组幅度适中的曲线；
S3:当图像的色彩平均近似饱和度Av—S小于TS2时，曲线选择范围縮小为Curvel Curve3这3组幅度最大的曲线。
得到所述三条曲线后，进入步骤二，所述步骤二为具体实施例一中曲线选 择模块603中的步骤一。
以下的处理与具体实施例一中完全相同。
本实施例增加亮度近视饱和度模块102的有益效果在于在曲线选择模块中， 首先由图像的平均近似饱和度在曲线査找表中縮小选择范围，由于颜色鲜艳的 图像，色彩平均近似饱和度Av—S往往很大，此类图像不需要大幅度的亮度拉伸， 若采用饱和度作初步筛选，则可以防止所述颜色鲜艳的图像被大幅度拉伸反而 使图像显示效果变差的现象发生。
值得注意的是，本发明具体实施例二和具体实施例一中情况相同，所述直 方图统计模块不局限于所述七段和九段直方图统计方法，其它满足反映图像直 方图信息的统计方法均属于本发明的范围；所述近似饱和度计算模块的统计窗 的设置方法也不局限于本发明所述方法，不设置统计窗而直接取整幅图像的大 小也属于本发明的范围。
另外，本发明实施例一和实施例二均以8位系统为例，若输入信号为其它 位数n时，实施例中所涉及到得数据为本发明实施例中数的2S'n倍，其中，n为 自然数。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不 能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替 换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1、一种数字图像亮度对比度增强装置，其特征在于该装置包括亮度信息统计模块(101)、第一延迟模块(1031)、第二延迟模块(1032)、第三延迟模块(1033)、第四延迟模块(1034)、亮度映射曲线生成模块(104)、场间亮度关系判断模块(105)以及亮度调整模块(106)；其中，亮度信号Y_in输入到亮度信息统计模块(101)得到当前第k场的直方图统计信息及亮度平均值，所述直方图统计信息经第一延迟模块(1031)延迟后输入到亮度映射曲线生成模块(104)，初步生成当前第k场的亮度映射曲线L_1，第k-1场的亮度平均值依次经第二延迟模块(1032)和第三延迟模块(1033)延迟后，与经过第二延迟模块(1032)的第k场的亮度平均值同时输入到场间亮度关系判断模块(105)，得到比例系数R_new和R_old并与由亮度映射曲线生成模块(104)得到的曲线L_1和由第四延迟模块(1034)得到的上一场的亮度映射曲线L_delay进行加权，则得到所需的亮度映射曲线L_valid，所述亮度映射曲线L_valid输入到亮度调整模块，对下一场第k+1场的亮度信号Y_in进行调整即得到对比度调整过的图像。
2、 根据权利要求1所述的一种数字图像亮度对比度增强装置，其特征在于 所述装置还包括以下模块近似饱和度计算模块(102)和第五延迟模块(1035)， 所述近似饱和度计算模块(102)的输入信号为图像的色差信号。
3、 根据权利要求2所述的一种数字图像亮度对比度增强装置，其特征在于 所述近似饱和度计算模块(102)输出的图像平均近似饱和度经第五延迟模块(1035)延迟后输入到亮度映射曲线生成模块(104)，配合图像直方图信息从 曲线列表中选择合适的曲线。
4、 '根据权利要求1或2所述的一种数字图像亮度对比度增强装置，其特征 在于:所述亮度映射曲线生成模块(104)将所述亮度信息统计模块(101)得 到的直方图分为三段，每段均根据形状近似成三角形模版1: l,或三角形模版2:』，或三角形组合模版3:",或三角形组合模版4: ▲。
5、 根据权利要求4所述的一种数字图像亮度对比度增强装置，其特征在于 所述四种模版k、』、M、 A分别对应的直方图的拉伸曲线为^形、^ 形、Z形、7形。
6、 根据权利要求5所述的一种数字图像亮度对比度增强装置，其特征在于:所述亮度映射曲线生成模块(104)根据三段直方图得到三段拉伸曲线，并将所述的三段拉伸曲线合成为一条完整的数字图像亮度对比度拉伸曲线。
7、 根据权利要求5所述的一种数字图像亮度对比度增强装置，其特征在于:所述四种直方图拉伸曲线可以有不同的幅度。
8、 根据权利要求7所述的一种数字图像亮度对比度增强装置，其特征在于:所述不同幅度的直方图拉伸曲线通过查找曲线列表，由曲线列表中存储的点依次连接得到；所述査找曲线列表的依据是直方图梯度的大小。
9、 根据权利要求8所述的一种数字图像亮度对比度增强装置，其特征在于所述四种直方图拉伸曲线每种至少有一条存储于所述的曲线列表中。
10.根据权利要求8所述的一种数字图像亮度对比度增强装置，其特征在于所述曲线列表的值可以通过fC配置寄存器的方式进行调整。
11、 根据权利要求1或2所述的一种数字图像亮度对比度增强装置，其特征在于所述亮度信息统计模块(101)和近似饱和度计算模块(102)中涉及的由参数win—xl， win—x2， win_yl， win^y2确定的统计窗，其中，所述win—xl,win_x2， win_yl， win_y2的值可以通过I2C配置寄存器的方式进行调整。
12、 根据权利要求1或2所述的一种数字图像亮度对比度增强装置，其特征在于所述亮度信息统计模块(101)和近似饱和度计算模块(102)中可以不设置由参数win—xl， win—x2， win_yl， win_y2确定的统计窗，而取整幅图像参与计算。
13、 根据权利要求1或2所述的一种数字图像亮度对比度增强装置，其特征在于所述第一延迟模块(1031 )、第二延迟模块(1032)、第三延迟模块(1033)、第四延迟模块(1034)、第五延迟模块(1035)为完全相同的模块。
全文摘要
本发明提出了一种数字图像亮度对比度增强装置，该装置包括亮度信息统计模块、第一延迟模块、第二延迟模块、第三延迟模块、第四延迟模块、亮度映射曲线生成模块、场间亮度关系判断模块以及亮度调整模块，本发明将图像按亮度分成三个部分分别调整，可以根据不同亮度区域的亮度分布特点有针对性地调整，既使整幅图像的对比度得到很好的提升，又避免了在不需要调整的地方调整时导致的失真；本发明在实现中处处考虑到硬件的可实现性，降低其复杂度，节省存储空间，因此便于集成到芯片中；另外所述装置还包括近似饱和度计算模块和第五延迟模块，增加对图像饱和度的考虑使本发明所述的对比度调整装置对彩色图像的调整效果更好。
文档编号H04N5/57GK101472113SQ200710125619
公开日2009年7月1日 申请日期2007年12月29日 优先权日2007年12月29日
发明者官安全, 常军锋, 亮 彭, 琛 李, 杨维维, 岭 石, 涛 郑 申请人:深圳艾科创新微电子有限公司