自适应对比强化装置以及方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明有关于一种自适应对比强化装置以及方法，特别是有关于一种自适应地将 较陡的映射函数分配给较暗的影像以及将较平缓的映射函数分配给较亮的影像以适当地 强化所有类型的影像的对比度的自适应对比强化装置以及方法。
【背景技术】
[0002] 在现有的对比强化方法中，输入影像信号根据一映射函数（例如伽马校正曲线 (gammacorrectioncurve))映射为输出影像信号以调整输入影像信号的低亮度区域以及 高亮度区域的相对亮度以调整影像的对比。然而，现有技术所利用的简单且具有固定函数 值的常规伽马校正曲线无法适当地强化具有相当不同的低亮度以及高亮度像素分布的各 种影像的对比。因此，需要一种可自适应于具有不同亮度分布的各种类型的影像一改良型 的对比强化方法。
【发明内容】
[0003] 为解决上述问题，本发明一实施例提供一种自适应对比强化方法，步骤包括：根据 一输入影像信号的多个像素的像素值计算一概率密度函数；根据上述多个像素的像素值将 像素区分为多个低亮度子集以及高亮度子集之一，其中低亮度子集的像素的像素值小于多 个界定值之一，以及高亮度子集的像素的像素值大于上述界定值之一；根据上述多个像素 在低亮度子集的概率以及上述多个像素在高亮度子集的概率决定一映射函数；以及根据映 射函数将输入影像信号映射为一输出影像信号。
[0004] 本发明另一实施例提供一种自适应对比强化装置，包括：一概率密度函数以及累 积分布函数计算器，用以根据一输入影像信号的多个像素的像素值计算一概率密度函数； 一映射函数计算器，用以根据上述多个像素的像素值将像素区分为多个低亮度子集以及高 亮度子集之一，以及根据上述多个像素在低亮度子集的概率以及上述多个像素在高亮度子 集的概率决定一映射函数，其中低亮度子集的像素的像素值小于多个界定值之一，以及高 亮度子集的像素的像素值大于上述界定值之一；一映射器，用以根据映射函数将输入影像 信号映射为一输出影像信号。
[0005] 本发明可使得具有不同亮度分布的影像可被适当地调整以产生令人满意的对比。
【附图说明】
[0006] 图1是显示根据本发明一实施例所述的自适应对比强化装置的示意图；
[0007] 图2A、2B是显示根据本发明一实施例所述的概率密度函数曲线以及累积分布函 数曲线的示意图；
[0008] 图3是显示根据本发明一实施例所述的映射函数的曲线的示意图；
[0009] 图4A、4B是显示根据本发明一实施例所述的概率密度函数曲线以及通过偏移像 素值所偏移后的概率密度函数曲线的示意图；以及
[0010] 图5是显示根据本发明另一实施例所述的自适应对比强化方法的流程图。
[0011] 其中，附图中符号的简单说明如下：
[0012] 100~自适应对比强化装置；102~色彩空间转换器；104~概率密度函数以及累 积分布函数计算器；106~映射函数计算器；108~偏移计算器；110~映射器；301~上区 段；302~下区段；401~像素值区域；S501-S506~步骤流程。
【具体实施方式】
[0013] 下列叙述用以显示本发明一些示范实施例。而下列叙述仅作为说明本发明的原理 但并非用以限制本发明的意义。本发明的保护范围应根据权利要求书所界定的为准。
[0014] 图1是显示根据本发明一实施例所述的自适应对比强化装置100的示意图。自 适应对比强化装置100包括色彩空间转换器102、概率密度函数（probabilitydensity function;PDF)以及累积分布函数（cumulativedistributionfunction;CDF)计算器 104、映射函数计算器106、偏移计算器108以及映射器110。自适应对比强化装置100自一 映像源（未显示）接收一输入影像信号，包括多个像素且可为静态影像或者视频的一帧，以 及输出对比强化的输出影像信号至一显示器或者一存储器装置，例如动态随机存取存储器 (DRAM)(未显示）。于一实施例中，色彩空间转换器102将以一第一色彩空间（例如RGB色 彩空间）表示的输入影像信号转换为以一第二色彩空间（例如YCbCr色彩空间）表示以提 供概率密度函数以及累积分布函数计算器104使用。在另一实施例中，例如当输入影像信 号已经是以YCbCr色彩空间表示或是当概率密度函数以及累积分布函数计算器104可直接 使用RGB色彩空间时，色彩空间转换器102可被省略并直接将输入影像信号输入至概率密 度函数以及累积分布函数计算器104。
[0015] 概率密度函数以及累积分布函数计算器104侦测输入影像信号的多个像素的像 素值，以及计算对应的概率密度函数。像素值可为三原色RGB的灰阶值、色差信号YCbCr的 灰阶值、亮度值（即亮度（Iuma)Y)等。于一实施例中，像素值以8位表示并分为256位阶。 接着，计算对应至输入影像信号的像素值的变化的概率密度函数。通过将累计的概率密度 函数转换为单调递增函数可取得输入影像信号的累积分布函数。图2A、2B是显示根据本发 明一实施例所述的概率密度函数曲线以及累积分布函数曲线的示意图。
[0016] 映射函数计算器106接着决定一映射函数以将输入影像信号映射为输出影像信 号。于一实施例中，如图3所示，映射函数可通过一线性像素值区分为两个区段，其中大于 线性像素值的映射函数的上区段301可为斜率为1的线性函数（即较亮部分的输出影像信 号的像素值与输入影像的像素值相同），以及小于线性像素值的映射函数的下区段302可 为一伽马校正曲线（即调整像素值使得输入影像信号的较暗部分的细节在输出影像信号 中被强调）。上述的映射函数可强化输入影像信号较暗的部分的对比，而不会造成较亮部分 的过度曝光（overexposure)。于一实施例中，若像素值表示为256位阶，线性像素值可设为 中间位阶127,以及伽马校正曲线的指数可为1/2. 2。值得注意的是，上述的线性像素值以 及指数可根据不同的需求设定，本发明并不以此为限。于上述的实施例中，映射函数可表示 为：
[0018] 其中，Lin为输入影像信号的像素值，以及Lciut为输出影像的像素值。图3是显示 上述映射函数的曲线。
[0019] 为了自适应地强化输入影像信号的对比，于一实施例中，映射函数计算器106可 根据输入影像的亮度将不同的伽马校正曲线分配至映射函数较低的区段，其中较陡的映射 函数分配给较暗的影像，以及较平缓的映射函数分配给较亮的影像，使得具有不同亮度分 布的所有类型的影像将可被适当地调整以产生令人满意的对比。于此实施例中，根据像素 的像素值将多个像素区分为低亮度子集以及高亮度子集，其中低亮度子集的像素的像素值 小于一界定值，以及高亮度子集的像素的像素值大于界定值。像素可根据多个界定值区分 为多个相对应的高亮度子集以及低亮度子集。举例来说，像素根据四个界定值16、32、64以 及 128 分别区分为（0-15, 16-255)、（0-31，32-255)、（0-63, 64-255)以及（0-127, 128-255)， 其中括号中两个区间分别代表低亮度子集以及高亮度子集的像素值区间。接着，概率密度 函数以及累积分布函数计算器104计算低亮度子集以及高亮度子集中像素的概率并互相 比较以决定映射函数下区段的伽马校正曲线。于一实施例中，通过比较四个低亮度子集以 及高亮度子集的概率以决定是否满足^^，对比因子XPhlgh)的条件。其中，Plciw以及Phlgh 分别代表像素在低亮度子集的概率以及像素在高亮度子集的概率，以及对比因子可根据不 同的需求决定（例如可为2或者4)。四个界定值16、32、64以及128可分别对应至不同的 伽马校正曲线指数1/2. 2、1/2. 0、1/1. 8以及1/1. 6。其中，较小的界定值对应至较小的伽马 校正曲线指数（即较陡的曲线）。有关界定值以及伽马校正曲线指数的信息可储存于存储 器装置（未显示）中，存储器装置耦接至自适应对比强化装置100以及可为固定的或者可 调的。低亮度子集以及高亮度子集满足⑴^对比因子XPhlgh)的条件的最小的界定值用 以决定映射函数。举例来说，当⑴^^对比因子XPhlgh)的条件在四个低亮度子集以及高亮 度子集（0-15, 16-255)、（0-31,32-255)、（0-63,64-255)以及（0-127, 128-255)皆满足时， 满足上述条件的最小界定值为16,于是根据上述最小界定值指定指数为1/2. 2的伽马校正 曲线给映射函数。于另一实施例中，当⑴^^对比因子XPhlgh)的条件仅在（0-63,64-255) 以及（0-127,128-255)被满足时，满足上述条件的最小界定值为64,于是根据上述最小界 定值指定指数为1/1. 8的伽马校正曲线给映射函数。满足上述条件的最小界定值越小，则 表示输入影像信号的像素相对暗的概率越高，因此通过映射函数计算器106分配较陡的映 射函数给较暗的影像（即最小界定值较小），以及分配较平缓的映射函数至较亮的影像（即 最小界定值较大）。
[0020] 可得知，若具有较小界定值的低亮度子集以及高亮度子集满足（PlOT>对比因 子XPhlgh)的条件，则所有具有较大界定值的低亮度子集以及高亮度子集亦皆满足（PlOT> 对比因子XPhlgh)的条件。举例来说，若像素在位阶区间0-31的概率高于像素在位阶区间 32-255的概率乘以对比因子，则像素在位阶区间0-63的概率显然亦高于像素在位阶区间 64-255的概率乘以对比因子，以此类推。因此，于另一实施例中，像素在多个低亮度子集以 及高亮度子集的概率由最小界定值开始依序比较至最大界定值以决定是否满足上述条件， 以及当某一界定值对应的低亮度子集以及高亮度子集满足上述条件时，则没有必要比较较 大的界定值对应的低亮度子集以及高亮度子集。
[0021] 当映射器11