CN100571406C

CN100571406C - 图像处理装置

Info

Publication number: CN100571406C
Application number: CNB2007100877723A
Authority: CN
Inventors: 高旭彬; 单益嘉; 高旭佳; 许凯翔
Original assignee: Marketech International Corp
Current assignee: Marketech International Corp
Priority date: 2007-03-19
Filing date: 2007-03-19
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2027-03-19
Also published as: CN101272504A

Abstract

本发明披露一种图像处理装置，用于调整输入图像的亮度。图像处理装置包含第一处理模块、第二处理模块、第三处理模块以及第四处理模块。第一处理模块用于产生关于输入图像的亮度直方图，并且根据亮度直方图，决定最大亮度值以及平均亮度值。第二处理模块用于根据最大亮度值以及对照表，决定第一增益值以及第二增益值。第三处理模块用于根据平均亮度值，选取亮度调整曲线。第四处理模块用于产生对应输入图像的输出亮度。

Description

图像处理装置

技术领域

本发明涉及一种图像处理装置(Image processing apparatus)，且特别涉及一种用以调整输入图像(Input image)的亮度(Lightness)的图像处理装置。

背景技术

一般而言，图像的对比度是指图像中亮区与暗区的亮度比。增强对比度有时会使图像些微失真，但对大多数人而言，适当地增强对比度可得到较令人喜欢的图像。

大多数显示器可供使用者调整对比度设定，或是提供Gamma参数供使用者选取以改善对比度，但是固定的对比度设定通常不适用于不同的图像。举例而言，对于整体亮度偏高的图像，使用者可能选择较大的Gamma系数或是改变对比度设定使图像对比度增强，但是同样的对比度设定用于亮度更低的图像，却可能使图像低亮度的部分太暗而失去细节，造成图像品质变差。

因此，本发明的主要方面在于提供一种图像处理装置，以解决上述问题。

发明内容

本发明的一方面在于提供一种图像处理装置，用以调整输入图像的亮度，进而改善输入图像的对比度。

根据一较佳具体实施例，本发明的图像处理装置用于调整输入图像的亮度。图像处理装置包含第一处理模块、第二处理模块、第三处理模块以及第四处理模块。

第一处理模块用于产生关于输入图像的亮度直方图，并且根据亮度直方图，决定最大亮度值以及平均亮度值。

第二处理模块与第一处理模块相耦接，并且包含第一存储单元。第一存储单元用于存储第一对照表。第二处理模块用于根据最大亮度值以及第一对照表，决定第一增益值以及第二增益值。

第三处理模块与第一处理模块相耦接，并且包含第二存储单元。第二存储单元用于存储多条亮度调整曲线。第三处理模块用于根据平均亮度值，从多条亮度调整曲线中选取一条亮度调整曲线。

第四处理模块分别与第二处理模块以及第三处理模块相耦接，并且包含处理单元、第一乘法器、第二乘法器以及第三乘法器。第一乘法器用于将输入图像的亮度乘以第一增益值，以产生第一暂时亮度。处理单元用于根据第一暂时亮度以及选取的亮度调整曲线，决定第三增益值。第二乘法器用于将第一暂时亮度乘以第三增益值，以产生第二暂时亮度。第三乘法器用于将第二暂时亮度乘以第二增益值，以产生对应输入图像的输出亮度。

其中，该第一对照表记录多个亮度值、多个第一增益值以及多个第二增益值，每一所述亮度值分别对应所述第一增益值的其中之一以及所述第二增益值的其中之一，亮度调整曲线用于调整输入图像的亮度，进而改变输入图像的对比度，其中，横坐标以及纵坐标分别代表输入亮度值以及输出亮度值。

因此，本发明的图像处理装置可根据具有不同内容的输入图像，动态地调整输入图像的亮度，进而改善输入图像的对比度。

关于本发明的优点与精神可以藉由以下的发明详述及附图得到进一步的了解。

附图说明

图1示出了根据本发明一较佳具体实施例的图像处理装置的功能方块图；

图2示出了图1中第一对照表的示意图；

图3示出了图1中亮度调整曲线的示意图；

图4示出了图3的亮度调整曲线经转换而成的第二对照表的示意图；

图5示出了图1中第一处理模块所产生的亮度直方图的示意图。

附图符号说明

10：第一转换器 12：平滑处理模块

14：第一处理模块 16：第二处理模块

18：第三处理模块 20：第四处理模块

22：第二转换器 24：误差扩散模块

160：第一存储单元 LUT1：第一对照表

180：第二存储单元 LC：亮度调整曲线

200：第一乘法器 202：处理单元

204：第二乘法器 206：第三乘法器

Img：输入图像 L：亮度

GA：第一增益值 GB：第二增益值

GC：第三增益值 L_out：输出亮度

L_max：最大亮度值 L_avg：平均亮度值

TL1：第一暂时亮度 TL2：第二暂时亮度

LUT2：第二对照表 140：亮度直方图

具体实施方式

请参阅图1，图1示出了根据本发明一较佳具体实施例的图像处理装置1的功能方块图。在此实施例中，图像处理装置1用于调整输入图像Img的亮度L，进而改善输入图像Img的对比度。

如图1所示，图像处理装置1包含第一转换器10、平滑处理模块12、第一处理模块14、第二处理模块16、第三处理模块18、第四处理模块20、第二转换器22以及误差扩散模块24。第一转换器10分别与平滑处理模块12以及第四处理模块20相耦接。第二处理模块16以及第三处理模块18分别与第一处理模块14相耦接。第四处理模块20分别与第二处理模块16以及第三处理模块18相耦接。第二转换器22分别与第一转换器10以及第四处理模块20相耦接。误差扩散模块24与第二转换器22相耦接。

第二处理模块16进一步包含第一存储单元160，用以存储第一对照表LUT1。第三处理模块18进一步包含第二存储单元180，用以存储多条亮度调整曲线LC。第四处理模块20进一步包含第一乘法器200、处理单元202、第二乘法器204以及第三乘法器206。

请参阅图2，图2示出了图1中第一对照表LUT1的示意图。如图2所示，第一对照表LUT1记录多个亮度值L、多个第一增益值GA以及多个第二增益值GB，并且每一亮度值L分别对应所述第一增益值GA的其中之一以及所述第二增益值GB的其中之一。

请参阅图3以及图4，图3示出了图1中亮度调整曲线LC的示意图。图4示出了图3的亮度调整曲线LC经转换而成的第二对照表LUT2的示意图。在此实施例中，亮度调整曲线LC用于调整输入图像Img的亮度L，进而改变输入图像Img的对比度，其中，横坐标以及纵坐标分别代表输入亮度值以及输出亮度值，如图3所示。举例而言，调整曲线LC₀可为一斜率为1的直线，表示亮度不做任何调整；亮度调整曲线LC₁可为一Gamma曲线，可用以调整整体亮度较高的输入图像Img；亮度调整曲线LC₂可为一反曲线，可使输入图像Img中亮的部份更亮，暗的部份更暗，并且可调整其振幅以适用于中等亮度或低亮度的输入图像Img。在实际应用时，第四处理模块20可将选取的亮度调整曲线LC转换为第二对照表LUT2，其中，第二对照表LUT2记录多个亮度值L以及多个第三增益值GC，每一亮度值L分别对应所述第三增益值GC的其中之一，如图4所示。

需注意的是，上述的第一对照表LUT1以及亮度调整曲线LC可根据不同的实际应用，而有不同的设定。

在上述的实施例中，输入图像Img符合RGB色彩空间(第一色彩空间)。请再参阅图1，第一转换器10用于将输入图像Img由RGB色彩空间转换为亮度与色彩分离的第二色彩空间，其中，第二色彩空间选自下列群组的其中之一：YCbCr、Yuv、YIQ、CIELab以及Luv色彩空间，并且第二色彩空间定义亮度元素L以及色彩元素C1、C2。此外，输入图像Img必须满足红、绿、蓝三颜色的灰阶值与亮度值为线性关系的状况，方可将输入图像Img由RGB色彩空间转换为Lab色彩空间。因此，必须先将输入图像Img进行必要的Gamma转换。Gamma转换为现有技术之人可轻易达成，在此不再赘述。

在此实施例中，平滑处理模块12利用屏蔽(如[121]/4、[12221]/8、...等)对输入图像Img进行平滑处理。平滑处理的目的乃在于避免后续制作亮度直方图时，取到噪声，造成判断画面的误差值变大。平滑处理为现有技术的人可轻易达成，在此不再赘述。需注意的是，平滑处理模块12只对将传送至第一处理模块14的输入图像Img进行平滑处理，并不对将传送至第四处理模块20的输入图像Img进行平滑处理。因此，图像的清晰度不会受到影响。

请参阅图5，图5示出了图1中第一处理模块14所产生的亮度直方图140的示意图。在此实施例中，第一处理模块14用于产生关于输入图像Img的亮度直方图140，并且根据亮度直方图140，决定最大亮度值L_max以及平均亮度值L_avg，如图1以及图5所示。亮度直方图140的产生方式对输入图像Img的所有像素(未显示)的亮度值进行数量统计。在实际应用时，L_max可定义为亮度直方图140右边0.5％面积处所对应的亮度值，但不以此为限；L_avg可定义为亮度直方图140面积的重心处所对应的亮度值，但不以此为限。此外，亮度直方图140的产生方式亦可对输入图像Img的采样像素的亮度值进行数量统计。藉此，可以节省硬件资源。

请再参阅图1，第二处理模块16用于根据最大亮度值L_max以及第一对照表LUT1，决定第一增益值GA以及第二增益值GB。在此实施例中，第一增益值GA可设定为大于或等于1，且第二增益值GB可设定为小于或等于1。

在实际应用时，第二处理模块16可进一步将输入图像Img所得出的第一增益值GA，与前K-1张输入图像所得出的第一增益值进行平均值运算，以求得新的第一增益值GA，K为一自然数。第二增益值GB的计算方法与第一增益值相同，不再赘述。藉此，可避免经由图像处理装置1调整的输入图像Img产生闪烁感。此外，当输入图像Img所得出的第一增益值GA与前一张输入图像得出的第一增益值的差值大于一门坎值，则不对第一增益值GA进行平均值运算，并且令前K-1张输入图像所得出的第一增益值为GA，其中，门坎值可由设计者根据实际应用而设计之。第二增益值GB的判断方法与第一增益值相同，不再赘述。藉此，可避免当前后二输入图像的亮度值变化很大时，产生图像渐亮或渐暗的感觉。

请再参阅图1，第三处理模块18用于根据平均亮度值L_avg，选取所述亮度调整曲线LC的其中之一。

第四处理模块20中的第一乘法器200用于将输入图像Img的亮度L乘以第一增益值GA，以产生第一暂时亮度TL1。处理单元202用于根据第一暂时亮度TL1以及选取的亮度调整曲线LC，决定第三增益值GC。在实际应用时，处理单元202可根据第一暂时亮度TL1以及第二对照表LUT2，决定第三增益值GC。第二乘法器204用于将第一暂时亮度TL1乘以第三增益值GC，以产生第二暂时亮度TL2。第三乘法器206用于将第二暂时亮度TL2乘以第二增益值GB，以产生关于输入图像Img的输出亮度L_out。藉此，输入图像Img的亮度L即藉由图像处理装置1动态地调整为输出亮度L_out，进而改善输入图像Img的对比度。

接着，第二转换器22将输入图像Img由第二色彩空间(如Lab色彩空间)转换为第一色彩空间(如RGB色彩空间)。

在实际应用时，图像处理装置1可进一步藉由误差扩散模块24对输入图像Img进行误差扩散处理。误差扩散处理为现有技术的人可轻易达成，在此不再赘述。

相较于先前技术，根据本发明的图像处理装置，藉由调整输入图像的亮度，进而改善输入图像的对比度。此外，本发明的图像处理装置是针对不同亮度的输入图像，动态地选取图像调整曲线并用以调整图像的亮度。藉此，不同亮度的图像可以得到适当的亮度调整，图像的对比度也得到改善，进而增进图像的品质。

藉由以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。因此，本发明所申请的专利范围的范畴应该根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。

Claims

1.一种图像处理装置，用以调整一输入图像的一亮度，该图像处理装置包含：

一第一处理模块，用以产生关于该输入图像的一亮度直方图，并且根据该亮度直方图，决定一最大亮度值以及一平均亮度值；

一第二处理模块，与该第一处理模块相耦接，该第二处理模块包含一第一存储单元，用以存储一第一对照表，该第二处理模块用以根据该最大亮度值以及该第一对照表，决定一第一增益值以及一第二增益值；

一第三处理模块，与该第一处理模块相耦接，该第三处理模块包含一第二存储单元，用以存储多条亮度调整曲线，该第三处理模块用以根据该平均亮度值，从所述亮度调整曲线中选取一亮度调整曲线；

一第四处理模块，分别与该第二处理模块以及该第三处理模块相耦接，包含：

一第一乘法器，用以将该输入图像的该亮度乘以该第一增益值，以产生一第一暂时亮度；

一处理单元，用以根据该第一暂时亮度以及该选取的亮度调整曲线，决定一第三增益值；

一第二乘法器，用以将该第一暂时亮度乘以该第三增益值，以产生一第二暂时亮度；以及

一第三乘法器，用以将该第二暂时亮度乘以该第二增益值，以产生对应该输入图像的一输出亮度，

其中，该第一对照表记录多个亮度值、多个第一增益值以及多个第二增益值，每一所述亮度值分别对应所述第一增益值的其中之一以及所述第二增益值的其中之一，

亮度调整曲线用于调整输入图像的亮度，进而改变输入图像的对比度，其中，横坐标以及纵坐标分别代表输入亮度值以及输出亮度值。

2.如权利要求1所述的图像处理装置，进一步包含一平滑处理模块，与该第一处理模块相耦接，该平滑处理模块利用一屏蔽对该输入图像进行平滑处理。

3.如权利要求1所述的图像处理装置，其中，该第一增益值大于或等于1，且该第二增益值小于或等于1。

4.如权利要求1所述的图像处理装置，其中，该亮度调整曲线为一Gamma曲线

5.如权利要求1所述的图像处理装置，其中，该第四处理模块可将该选取的亮度调整曲线转换为一第二对照表，该第二对照表记录多个亮度值以及多个第三增益值，每一所述亮度值分别对应所述第三增益值的其中之一。

6.如权利要求1所述的图像处理装置，进一步包含一第一转换器，分别与该第一处理模块以及该第四处理模块相耦接，该输入图像符合一第一色彩空间，该第一转换器用以将该输入图像由该第一色彩空间转换为一第二色彩空间。

7.如权利要求6所述的图像处理装置，进一步包含一第二转换器，分别与该第一转换器以及该第四处理模块相耦接，该第二转换器用以将该输入图像由该第二色彩空间转换为该第一色彩空间。

8.如权利要求7所述的图像处理装置，进一步包含一误差扩散模块，与该第二转换器相耦接，用以将该输入图像进行误差扩散处理。

9.如权利要求6所述的图像处理装置，其中，该第一色彩空间为RGB色彩空间，且该第二色彩空间选自下列群组的其中之一：YCbCr、Yuv、YIQ、CIELab以及Luv色彩空间。