色调对应方法及图像处理装置的制作方法

专利名称：：色调对应方法及图像处理装置的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种色调对应方法及图像处理装置，特别涉及一种可根据图像亮度及锐利度调整图像的对比度，并通过权重运算控制图像调整程度的色调对应方法及图像处理>J-Uρα装直。
背景技术：
：一般而言，数码图像可通过图像后制处理，以达到较理想的图像特性。例如，在利用数码相机捕捉图像时，可能因为周围场景不同，产生曝光不足(under-exposure)且整体图像对比度过低的情形。此时，可通过色调对应(tone-mapping)的图像处理技巧，分别将图像中的各亮度值对应至一新的亮度值，以调整图像的整体对比度。图像等化(equalization)为一种现有的色调对应方法，其可将一图像的亮度分布重新对应，使之均匀分布于一亮度范围上，以达到较佳的图像对比度。然而，现有图像等化技巧单纯将图像中的相对高亮度值调亮，并将图像中的相对低亮度值调暗，因此往往会出现过度校正的情形，如亮部被调整过亮，或暗部被调整过暗，以致细节损失。另外，现有等化技巧也无法控制对图像中具有不同锐利度的部分进行不同的程度的调整，因此处理后的图像中可能出现不连续的渐层轮廓(contour)现象。另一方面，在现有技术中，若欲调整色调对应的校正程度，需使用者自行调整如S-曲线(S-curve)等图像特性，以手动调整图像的动态范围(dynamicrange),但此举较耗时且不便利。因此，现有图像色调对应的方`法实有改进的必要。
发明内容本发明的主要目的在于提供一种色调对应方法及图像处理装置。为达成上述目的，本发明公开一种色调对应方法，用于调整一图像的一对比度，该色调对应方法包括有根据该图像的一亮度及一锐利度，产生对应于该图像的一亮度直方图；对该亮度直方图进行一直方图等化运算，以产生对应于该图像的一亮度转换函数；对该亮度转换函数及一线性函数进行一权重运算，以产生对应于该图像的一权重亮度转换函数；根据该权重亮度转换函数，产生对应于该图像的一色调对应查询表；以及根据该色调对应查询表，调整该图像的该亮度，以调整该图像的该对比度。为达成上述目的，本发明还公开一种图像处理装置，包括有一图像接收单元，用于接收一图像；一处理单元，用来执行一程序码以处理该图像；以及一储存单元，用来储存该程序码，该程序码包括有根据该图像的一亮度及一锐利度，产生对应于该图像的一亮度直方图；对该亮度直方图进行一直方图等化运算，以产生对应于该图像的一亮度转换函数；对该亮度转换函数及一线性函数进行一权重运算，以产生对应于该图像的一权重亮度转换函数；根据该权重亮度转换函数，产生对应于该图像的一色调对应查询表；以及根据该色调对应查询表，调整该图像的该亮度，以调整该图像的该对比度。图1为本发明实施例一流程的示意图。图2A为本发明实施例将一图像切割为多个区块的示意图。图2B为本发明实施例的亮度直方图。图2C为本发明实施例的亮度转换函数的示意图。图3为图2C的亮度转换函数进行一权重运算以产生一权重亮度转换函数的示意图。图4为本发明实施例的图像处理装置的示意图。其中，附图标记说明如下:10色调对应流程100、102、104、106、108、110、112步骤40图像处理装置400处理单元402图像接收单元404储存单元406程序码具体实施例方式请参考图1,图1为本发明实施例的一色调对应(ToneMapping)流程10的示意图。色调对应流程10可用来调整一图像MG的对比度，并包括有以下步骤:步骤100:开始。步骤102:根据图像MG的亮度LUMlLUMn及锐利度SHPlSHPn，产生对应于图像IMG的一亮度直方图H_LUM(x)。步骤104:对亮度直方图H_LUM(x)进行一直方图等化运算，以产生对应于图像MG的一亮度转换函数f(X)。步骤106:对亮度转换函数f(X)及一线性函数g(x)进行一权重运算，以产生对应于图像MG的一权重亮度转换函数h(x)。步骤108:根据权重亮度转换函数h(X)，产生对应于图像MG的一色调对应查询表T。步骤110:根据色调对应查询表T，调整图像MG的亮度LUMlLUMn，以调整图像IMG的对比度。步骤112:结束。根据流程10，本发明是先根据图像MG的亮度及锐利度，产生对应于图像MG中各不同亮度值及锐利度值的机率分布的亮度直方图H_LUM(x)，接着可对亮度直方图进行等化(equalization)运算，以得到一亮度转换函数f(X)，用来转换图像IMG的亮度,使图像IMG中各不同亮度值呈平均分布。进一步，可对亮度转换函数f(x)及另一线性函数g(x)进行权重运算(weighted),以得到权重亮度转换函数h(X)。其中，线性函数g(X)对应于一不进行转换的亮度转换函数(如g(x)=X)，即一亮度值k经过g(x)亮度转换后,所得的一新亮度值仍等于k。如此一来，可通过不同的权重值，控制图像调整的程度。最后，可根据权重亮度转换函数h(x)产生色调对应查询表(look-uptable)T，其包括有图像中每一个亮度值应被对应至的一新亮度值，以利后续可利用查表形式快速自动调整图像MG中每一像素的亮度，以调整图像IMG的对比度。简单而言，相较于现有图像等化技术无法针对图像细节处加强处理，并容易因过度校正而产生亮部/暗部细节损失的情形，本发明的色调对应流程10加入图像的锐利度资讯，并对亮度转换函数进行权重运算，因此在调整图像的对比时，可针对图像细节部分进行加强控制，并可控制图像的校正程度，以避免过度校正造成细节损失。详细而言，在步骤102中，图像MG的亮度LUMlLUMn及锐利度SHPlSHPn分别为对应于图像MG的每个像素的亮度资讯及锐利度资讯，其值介于一亮度区间内，如[O,255]。较佳地，如图2A所示，在统计图像MG的亮度及锐利度时，可先将图像MG分割为η个区块blbn，其长宽分别为W像素及H像素，且LUMk(i，j)代表第k区块bk中，于位置(i，j)的像素的亮度值。接着，计算区块bk包括的所有像素的亮度值平均，以得到区块bk的一区块平均亮度AvgLUMk=Σ(LUMk(i,j))/(W*H)。进一步地,可计算区块bk中所有相邻像素间的亮度值绝对差(absolutedifference)的平均，以得到区块bk的一区块平均锐利度AvgSHPk=E(|LUMk(i,j)-LUMk(i+1,j+1))/(W*H)。图像IMG的n个区块blbn的区块平均亮度AvgLUMlAvgLUMn及区块平均锐利度AvgSHPlAvgSHPn即可分别代表图像MG的亮度LUMlLUMn及锐利度SHPlSHPn。如此一来，即可不需对图像MG的所有像素进行个别运算，而可利用区块平均值来代表个别像素值，因此可大幅降低运算量，也可滤除运算过程图像中不必要的杂讯干扰。接着，可通过统计图像MG的亮度LUMlLUMn及锐利度SHPlSHPn的机率分布，以得到图像IMG的一区块平均亮度直方图H_AvgLUM(x)及一区块平均锐利度直方图H_AvgSHP(X)。区块平均亮度直方图H_AvgLUM(x)及区块平均锐利度直方图H_AvgSHP(x)是以亮度值为横轴，而区块数量为纵轴，分别代表图像IMG中，各亮度值及锐利度值的一机率分布情形。本发明的一实施例可通过将平均亮度直方及区块平均锐利度直方图H_AvgSHP(x)相加，以得对应于图像IMG的亮度直方图H_LUM(x)，如图2B所示。如此一来，亮度直方图H_LUM(x)同时包括有图像IMG的亮度及锐利度资讯，因此在后续处理时，可同时针对不同亮度及不同锐利度的区块进行不同程度的调整及补偿，并可针对细节部分进行加强控制。在步骤104中，为产生对应于该图像的亮度转换函数f(X)，需对亮度直方图H_LUM(x)进行一直方图等化(histogramequalization)运算。首先，将亮度直方图11_LUM(X)的区块数目沿着横轴方向(随着亮度值的增加)累加后所形成的曲线，即为累计(cumulativedistribution)亮度分布函数⑶F_LUM(x),其中累计亮度分布函数⑶F_LUM(255)即对应于图像MG的总区块数η。接着，可通过现有等化运算，将累计亮度分布函数⑶F_LUM(x)的函数值范围正规化(normalize)至亮度值区间内，以得到亮度转换函数f9x)=0^_1^*(255/0见_1^(255))，如图2(:所示。亮度转换函数f(x)可用来将图像MG的每一像素的亮度值进行转换，以得到调整过对比度后的图像MG’。换言之，对于一特定亮度值k，f(k)即为亮度值k经过亮度转换后的新亮度值。以图2C为例，原本在图像MG中亮度值为150的像素，将会在调整图像MG’中被转换为亮度值200的像素。通过累计亮度分布函数对直方图进行直方图等化运算，以得到亮度转换函数的方法为本领域所熟知，故不在此赘述。进一步地，在本发明的一实施例中，步骤106中对亮度转换函数f(X)及线性函数g(x)进行的权重运算可为一权重和(weightedsum)运算，即将亮度转换函数f(x)及线性函数g(x)分别乘上两个不同权重值后相加，以得到权重亮度转换函数h(x)，如图3所示。其中两权重值的和为一定值，例如I。线性函数g(x)对应于不进行转换的一亮度转换函数，例如g(x)=Xo因此，权重亮度转换函数h(x)可由下式表示:h(x)=f(x)*m+x*(In)其中m为亮度转换函数f(x)的权重值，为一介于OI间的值。而(Ι-m)为线性函数g(x)的权重值。以图3为例，亮度转换函数f(x)的权重值m约为0.2，但也可为任意值。因此，本发明可通过不同的权重值m，控制图像IMG的调整程度。当权重值m=O时，权重亮度转换函数h(x)等于不进行转换的线性函数g(x)=XjPh(X)不进行亮度转换。而当权重值m=I时，权重亮度转换函数h(x)等于线性函数f(x)，即h(x)调整的程度最高，且等同于对图像MG进行现有的等化运算。最后，在步骤108中，根据权重亮度转换函数h(x)，产生对应于该图像的色调对应查询表T。色调对应查询表T包括有亮度区间每一个亮度值对应的新亮度值。也就是说，色调对应查询表T中对应于一亮度值k的查询结果，即为亮度值k调整后的一新亮度值h(k)。根据色调对应查询表T，对图像IMG中所有像素进行亮度调整后，可得调整过对比度后的图像MG’。于另一实施例中，在根据权重亮度转换函数h(x)，产生对应于图像IMG的色调对应查询表T时，可进一步对对应查询表T进行一平滑(smoothing)运算，使得调整后的图像MG’能够更平滑。如此一来，可消除现有调整方法造成的轮廓(contour)现象。平滑亮度运算可包括一次取样(sub-sampling)运算，以及一内插(interpolation)运算。通过次取样运算，可去除对应查询表T中变异较大的数值。接着，可通过内插运算，将一变异较小的数值插入查询表T中被去除的点。举例而言，xl、x2及x3为色调对应查询表T中三个连续的亮度值，其分别对应至三个不同的调整后亮度值h(xl)、h(x2)及h(x3)。其中，若h(xl)及h(x2)间的差值与h(x2)及h(x3)间的差值两者过于悬殊，则代表h(x2)为相对变异性高的函数点。此时可将亮度值x2对应的调整亮度值h(x2)由查询表T中去除，接着将x2对应的调整亮度值取代为(h(x3)-h(xl))/2，并插入查询表T中。因此，经过内插后，xl、x2及x3三个连续的亮度值所对应的调整后亮度值h(xl)、h(x2)及h(x3)将会变异性较小，而调整后的图像MG’也能够更为平滑。关于色调对应流程10的实现，可将各步骤编译为对应程序码，以实现相关图像处理装置。请参考图4，图4为本发明实施例一图像处理装置40的示意图。图像处理装置40包括有一处理单元400、一图像接收单元402、一储存单元404及一程序码406。程序码406储存于储存单元404中，用以实现色调对应流程10，以指示处理单元400执行对应于色调对应流程10的功能及相关变化，从而处理图像接收单元402所接收的图像MG。通过程序码406实现色调对应流程10的技艺应是本领域技术人员所熟知，在此不赘述。值得注意的是，图像处理装置40的处理单元400、图像接收单元402、储存单元404可通过硬件、软体、韧体等方式实现，不在此限。图像处理装置40可用于数码相机、手机等电子产品，也可用于数码显示芯片或电视芯片中。而图像接收单元402可为感光耦合组件(Charge-coupledDevice,(XD)等图像感测组件。需注意的是，本发明的精神在于同时根据图像的亮度及锐利度，对图像进行等化，以加强调整过程中对于图像细节处的控制，并通过权重运算，自由调整对图像的对比加强程度，以避免现有等化运算过度校正，导致暗部或亮部细节损失的情形。另外，本发明也可通过区块运算及查表转换方式，降低运算量并改善处理速度，也可在建立查询表的过程中，加入平滑运算，使调整后图像较平顺，并避免现有等化过程造成轮廓现象。本领域技术人员当可据以进行修饰或变化，不在此限。例如，本发明是根据图像的亮度及锐利度进行等化运算，但也可包括更多图像特性，如白平衡(whitebalance)等，以达到不同的校正效果。而同时根据图像的亮度及锐利度产生图像的亮度直方图的方法也不限于直接将平均亮度直方图与平均锐利度直方图两者相加，也可通过别种运算(如权重和)达成，只要是能够同时综合考量图像的多个图像特性的运算方法皆可用于本发明。另外，本发明是以图像中相邻像素间的亮度值的绝对差(absolutedifference)量测图像的锐利度,但量测的方法不在此限，凡能够指示一图像中不同部分所包括细节程度，皆可作为量测锐利度的指标。权重值m的选择可为一固定值，但也没有所限。例如，当图像整体亮度及锐利度低于一特定值时，可自动选择一较高的权重值m，以提高校正程度。另一方面，也可提供使用者手动调整权重值m的方法。本发明实施例以线性(linear)内插方法进行平滑运算，但内插的方法也不在此限，例如可为更高次的非线性内插，只要能达到减少亮度转换函数的变异性，而更为平滑即可。综上所述，相较于现有图像等化技术无法针对图像细节处加强处理，并容易因过度校正而产生亮部/暗部细节损失的情形，本发明可同时根据图像的亮度及锐利度资讯，调整图像的对比度，并对亮度转换函数进行权重运算，因此在调整图像的对比时，可针对图像细节部分进行加强控制，并可控制图像的校正程度，以避免过度校正造成细节损失。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。权利要求1.一种色调对应方法，用于调整一图像的一对比度，其特征在于，该色调对应方法包括有:根据该图像的一亮度及一锐利度，产生对应于该图像的一亮度直方图；对该亮度直方图进行一直方图等化运算，以产生对应于该图像的一亮度转换函数；对该亮度转换函数及一线性函数进行一权重运算，以产生对应于该图像的一权重亮度转换函数；根据该权重亮度转换函数，产生对应于该图像的一色调对应查询表；以及根据该色调对应查询表，调整该图像的该亮度，以调整该图像的该对比度。2.如权利要求1所述的色调对应方法，其特征在于，对该亮度转换函数及该线性函数进行该权重运算，以产生对应于该图像的该权重亮度转换函数的步骤，包括:将该亮度转换函数乘上一第一权重值，以产生一第一权重亮度转换函数；将该线性函数乘上一第二权重值，以产生一第二权重亮度转换函数；以及将该第一权重亮度转换函数与该第二权重亮度转换函数相加，以产生该权重亮度转换函数；其中该第一权重值与该第二权重值的和为一定值。3.如权利要求1所述的色调对应方法，其特征在于，根据该图像的该亮度及该锐利度，产生对应于该图像的该亮度直方图的步骤，包括:将该图像分割为多个区块；分别统计该多个区块中每一区块所包括的像素的平均亮度，以产生对应于该多个区块的一区块平均亮度直方图；分别统计该多个区块中每一区块所包括像素的平均锐利度，以产生对应于该多个区块的一区块平均锐利度直方图；以及将该区块平均亮度直方图及该区块平均锐利度直方图相加，以产生对应于该图像的该亮度直方图。4.如权利要求1所述的色调对应方法，其特征在于，根据该权重亮度转换函数，产生对应于该图像的该色调对应查询表的步骤，包括:对该权重亮度转换函数进行一平滑运算，以产生一平滑亮度转换函数；以及根据该平滑亮度转换函数，产生该色调对应查询表。5.如权利要求4所述的色调对应方法，其特征在于，对该权重亮度转换函数进行该平滑运算，以产生该平滑亮度转换函数的步骤，包括:对该权重亮度转换函数进行一次取样运算，以产生一次取样亮度转换函数；以及对该次取样亮度转换函数进行一内插运算，以产生该平滑亮度转换函数。6.一种图像处理装置，其特征在于，该图像处理装置包括:一图像接收单元，用来接收一图像；一处理单元；以及一储存单元，用来储存一程序码，该程序码用来指示该处理单元执行以下步骤:根据该图像的一亮度及一锐利度，产生对应于该图像的一亮度直方图；对该亮度直方图进行一直方图等化运算，以产生对应于该图像的一亮度转换函数；对该亮度转换函数及一线性函数进行一权重运算，以产生对应于该图像的一权重亮度转换函数；根据该权重亮度转换函数，产生对应于该图像的一色调对应查询表；以及根据该色调对应查询表，调整该图像的该亮度，以调整该图像的该对比度。7.如权利要求6所述的图像处理装置，其特征在于，该程序码还指示该处理单元执行:将该亮度转换函数乘上一第一权重值，以产生一第一权重亮度转换函数；将该线性函数乘上一第二权重值，以产生一第二权重亮度转换函数；以及将该第一权重亮度转换函数与该第二权重亮度转换函数相加，以产生该权重亮度转换函数；其中该第一权重值与该第二权重值的和为一定值。8.如权利要求6所述的图像处理装置，其特征在于，该程序码还指示该处理单元执行:将该图像分割为多个区块；分别统计该多个区块中每一区块所包括的像素的平均亮度，以产生对应于该多个区块的一区块平均亮度直方图；分别统计该多个区块中每一区块所包括像素的平均锐利度，以产生对应于该多个区块的一区块平均锐利度直方图；以及将该区块平均亮度直方图及该区块平均锐利度直方图相加，以产生对应于该图像的该亮度直方图。9.如权利要求6所述的图像处理装置，其特征在于，该程序码还指示该处理单元执行:对该权重亮度转换函数进行一平滑运算，以产生一平滑亮度转换函数；以及根据该平滑亮度转换函数，产生该色调对应查询表。10.如权利要求9所述的图像处理装置，其特征在于，该程序码还指示该处理单元执行:对该权重亮度转换函数进行一次取样运算，以产生一次取样亮度转换函数；以及对该次取样亮度转换函数进行一内插运算，以产生该平滑亮度转换函数。全文摘要本发明公开了一种色调对应方法，用于调整一图像的一对比度，其包括有根据该图像的一亮度及一锐利度，产生对应于该图像的一亮度直方图；对该亮度直方图进行一直方图等化运算，以产生对应于该图像的一亮度转换函数；对该亮度转换函数及一线性函数进行一权重运算，以产生对应于该图像的一权重亮度转换函数；根据该权重亮度转换函数，产生对应于该图像的一色调对应查询表；以及根据该色调对应查询表，调整该图像的该亮度，以调整该图像的该对比度。文档编号G09G5/10GK103137098SQ20111039470公开日2013年6月5日申请日期2011年12月2日优先权日2011年12月2日发明者徐纬申请人:联咏科技股份有限公司