增强影像对比度的调整装置与其方法
专利名称：增强影像对比度的调整装置与其方法
技术领域：
本发明是有关于一种增强影像对比的方法及装置，且特别是有关于一种利 用遮罩处理器来降低存储器空间的增强影像对比的方法及装置。
背景技术：
近年来随着多媒体应用的快速发展，行动装置与多媒体技术的结合已日渐
普及，举例来说，现今的手机、个人数字助理(PDA)、数码相机、以及全球定 位系统(GPS)等行动装置，都具有影音播放的功能，在行动装置与多媒体技术 的结合中，行动装置必须具备各种影像处理的方法，例如影像的压縮、影像
锐利化、以及影像对比度的增强等，以致使用者能够观赏到高画质的影像。
其中，影像对比度的增强有助于影像质素的提升，主要的原因在于，提高 影像对比度不但可以清晰逼真的表现出画面中的每一个细节，更能够大幅地增 加影像的景深以及立体感，进而提供最完美的细致画面，所以如何在微型化的 行动装置中，结合增强影像对比度的装置，就成了一个重要的课题，以下简介
数种用来增强影像对比度的现有技术
第一种现有技术可见于1997年电机电子工程师协会(IEEE, Institute of Electrical and Electronic Engineers)的消费性电子期干lj(Transactions on Consumer Electronics)中，所发表的一篇名称为"Contrast enhancement using brightness preserving bi-histogram equalization"的论文。
此现有技术采用直方图等化(histogram equalization)的方法，来进行影像对 比度的增强，参照图1与图2所绘示的直方图来看，所谓的直方图等化就是先 将一整张影像做灰度分布的分析，以建立如图l所示的直方图，的后，再针对 由影像所构成的直方图进行分析与演算，以致使构成影像的较亮与较暗的像素 个数趋于相似，进而增强像素之间的对比度，换而言之，如图2所示，此时影 像在直方图中的亮度分布将较为平均，值得注意的是，传统直方图等化容易致
使影像的亮度过度失真，故此现有技术在进行直方图等化之前，会将影像的像 素区分成大于及小于平均灰度值的两区域，以分别对较亮与较暗的区域做直方 图等化的演算，进而减轻亮度失真的问题。
然而，此种现有技术虽然减轻了亮度过度失真的问题，但实际应用在行动 装置上，此种现有技术必须耗费行动装置中的大量存储器空间，以取得构成整 张影像的直方图，此外，为了进行两次直方图等化的演算，此种现有技术还会 增加行动装置的硬件复杂度。
第二种现有技术可见于2006年信息显示协会(Society for Information Display, SID)所发表的一篇名称为"Fuzzy Contrast Correction for Image Contrast Enhancement"的论文，以下利用图3及图4来解说本现有技术，图3绘示为分 析影像灰度所得的直方图，图4绘示为加强影像对比度的函数示意图，请同时 参照图3与图4，本现有技术利用平均值Av将图3所绘示的直方图，先区分出 较亮与较暗的两区块，之后，分别针对较亮与较暗的两区块，各别取出像素个 数最多的两个像素值(即图3所示的a、 b、 c、 d)，借此，利用所取得的像素值 a d，从图4所示的函数中选取出两区块所需的对照函数，进而予以增强对比 度。
然而，此种现有技术亦需要耗费行动装置中的大量存储器空间，以取得构 成整张影像的直方图，而且，实现本现有技术所需要的硬件配备，依然过于复 杂而难以搭配行动装置使用。
综上所述，上列现有技术在实际应用上都太过于庞杂，而且需要搭配大量 的存储器空间，故不符合对体积及成本极为敏感的行动装置。
发明内容
本发明提供一种增强影像对比度的调整装置，利用遮罩处理器对影像做区 域性的处理来降低调整装置的存储器空间，进而有效地降低调整装置的硬件面 积与系统成本。
本发明另提供一种增强影像对比度的调整方法，可使应用此调整方法的调 整装置，能符合中小尺寸行动装置低成本及小体积的要求。
本发明提出一种增强影像对比度的调整装置，用来调整影像的对比度，进
而让此影像更为清晰，此调整装置包括遮罩处理器、亮度检测单元、亮度调整 单元、比例计算单元、以及对比增强单元。
遮罩处理器用以依照其遮罩的大小(如m气)自影像中撷取出一像素矩阵， 也就是从一个影像中框出111*11个像素来当作像素矩阵，此外，遮罩处理器会搜 寻一特定位置所对应的像素，来输出作为一特定像素，亮度检测单元用以比较 上述像素矩阵中每一个子像素的像素值，以将比较所得的最大像素值输出当作 亮度基准值。之后，亮度调整单元则会通过提高亮度基准值来产生一亮度提升 值，并将亮度提升值与最大灰度值相比较，以依据比较结果输出亮度提升值或 最大灰度值。
另一方面，比例计算单元以第一临界值为基准来调整亮度调整单元的输 出，并将最大灰度值与亮度调整单元的输出进行除法运算，以取得调整比例值， 最后，对比增强单元以第二临界值为基准来调整特定像素中的每一个子像素的 像素值，并且把调整后的特定像素值跟调整比例值相乘，进而输出经本对比增 强方法演算后的像素值。
值得注意的是，随着遮罩处理器扫过整张影像，本调整装置将依序将影像 中的每一像素当作特定像素进行处理，进而达到增强整张影像对比度的目的。
从另一个观点来看，本发明提出一种增强影像对比度的调整方法，此调整 方法用来调整一影像的对比度，进而让此影像更为清晰，上述的调整方法包括 下列诸步骤，首先依照一个遮罩的大小从影像中撷取出一个像素矩阵，并且将 像素矩阵中某一个特定位置所对应的像素当作特定像素，接下来，比较像素矩 阵中每一子像素的像素值，以将比较所得的最大像素值当作一亮度基准值。
随着亮度基准值的取得，此调整方法更通过提高亮度基准值，来产生亮度 提升值。之后，更将亮度提升值与最大灰度值相比较，进而依据比较结果来提 供最大灰度值或亮度提升值。另一方面，为了适度地调整每一像素的明亮度， 此调整方法以第一临界值为基准，调整最大灰度值或亮度提升值，并将调整后 的数值与最大灰度值进行除法运算，以取得一调整比例值。之后，以第二临界 值为基准来调整特定像素中的每一子像素的像素值，并将调整后的特定像素值 与调整比例值相乘。最后，此调整方法将遮罩移动一个像素，并重复上述各步 骤，直到影像中的每一像素皆依序被视为特定像素为止。借此，影像中的每一像素将依序当作特定像素来进行处理，进而达到增强整张影像对比度的目的。
本发明因采用遮罩处理器来处理影像，与现有技术比较能有效地降低调整 装置所需的存储器空间，换而言之，本发明不仅能有效地增强影像的对比度， 还能使应用此调整装置的系统具备了低成本与微型化的功效。
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发 明的具体实施方式
作详细说明，其中
图1绘示为用以说明第一种现有技术的直方图示意图。 图2绘示为用以说明第一种现有技术的另一直方图示意图。 图3绘示为用以说明第二种现有技术的直方图示意图。 图4绘示为用以说明第二种现有技术的函数示意图。
图5绘示为依照本发明较佳实施例所示的增强影像对比度的调整装置。
图6绘示为用以说明图5所示实施例的影像示意图。 图7绘示为用以说明图5所示实施例的调整比例值AS与像素矩阵中的最 大像素值的相对关系曲线图。
图8绘示为用以说明图5所示实施例的另一影像示意图。 图9绘示为亮度调整单元630的功能方块图。 图10绘示为比例计算单元640的功能方块图。 图11绘示为对比增强单元650的功能方块图。 图12A 图16A为用以进行模拟的原始影像。
图12B 图16B为图12A 图16A所示的原始影像经由调整装置600处理后 的影像。
图17绘示为依照本发明较佳实施例所示的增强影像对比度的调整方法流 程图。
主要元件符号说明
600:增强影像对比度的调整装置 610:遮罩处理器 620:亮度检测单元
630:亮度调整单元 640:比例计算单元 650:对比增强单元
631、 641、 651:加法器 632:函数运算器 642:除法器 652:乘法器
S181 S188:用以说明图n实施例的各个子步骤
具体实施例方式
图5绘示为依照本发明较佳实施例所示的增强影像对比度的调整装置。请 参照图5，调整装置600包括遮罩处理器610、亮度检测单元620、亮度调整单 元630、比例计算单元640、以及对比增强单元650，其中，遮罩处理器610耦 接至亮度检测单元620与对比增强单元650，亮度检测单元620耦接至亮度调 整单元630，亮度调整单元630
耦接至比例计算单元640，而比例计算单元640则耦接至对比增强单元
650。
在增强原始影像IMG对比度的过程中，首先遮罩处理器610依据其遮罩 的大小自原始影像IMG撷取出一像素矩阵PTX，并将此像素矩阵PTX中一特 定位置所对应的像素当作一特定像素SP，特定位置可以是像素矩阵PTX的中 心像素，然熟习此技术者也可依设计所需，更改此特定位置与像素矩阵PTX的 相对关系。
举例而言，以图6所绘示的影像示意图为例，并请同时参考图5所示，其 中原始影像IMG包括多数个像素，例如已标示出的像素P71 P76，且每一像素 包括3个子像素，例如像素P74包括子像素(rl,gl,bl)，像素P75包括子像素 (r2,g2,b2)，而像素P76则包括子像素(r3,g3，b3)，当遮罩处理单元610的遮罩的 大小为1*3时，原始影像IMG输入3个像素后，遮罩处理单元610便会输出一 像素矩阵PTX，例如在某一时刻，遮罩处理单元610所输出的 PTX=[rl,gl，bl,r2,g2,b2,r3，g3,b3]，且像素矩阵PTX由像素P74~ P76所构成，
相对地，此时遮罩处理单元610依据像素矩阵PTX的中心像素，将像素P75 作为特定像素SP，以下将通过图6所绘示的影像示意图，对调整装置600的各 个子方块进行解说。
调整装置600是通过遮罩处理器610来接收原始影像IMG中的每一像素， 因此调整装置600所需处理的资料量是依据遮罩处理器610的遮罩的大小而决 定的，换而言之，与现有技术相比较之下，调整装置600不需花费大量的存储 器空间，来预先储存整张原始影像IMG，即可达到增强原始影像IMG对比度 的目的。
继续参照图5，当亮度检测单元620接收到像素矩阵PTX后，亮度检测单 元620将比较像素矩阵PTX中每一子像素的像素值，以将比较所得的最大像素 值，输出作为一亮度基准值LV ，艮卩LV=max[rl,gl,bl,r2，g2,b2,r3,g3,b3]。举例 而言，参照图6，当像素矩阵PTX呵100,125，85,70,72，77,100，101,110]时，亮度 检测单元620将比较子像素rl r3、 gl g3、以及bl b3的像素值。此时，若比 较结果为子像素gl的像素值(125)为最大，则亮度检测单元620所输出的亮度 基准值LV425。
借此，亮度调整单元630利用所接收到的亮度基准值LV，进行如以下式 (1) (3)的演算过程
LB = LV+PM (1) if LB>(2、1), RV = (2M) (2) else RV=LB (3)
其中，LB为亮度提升值； PM为常数值；
RV为亮度调整单元630所输出的数值。
且像素P71 P76中的子像素的灰度解析度为k位元，最大灰度值相等于 (2^1)， k为大于O的整数。
依上述的演算过程判定像素所需的增量，其中如式(l)所示的，亮度调整单 元630首先会提高亮度基准值LV，且利用常数值PM与亮度基准值LV相加的 方式，来获得亮度提升值LB。之后，则如式(2) (3)所示的，亮度调整单元630 会将亮度提升值LB与一最大灰度值(2、1)相比较，来判定数值RV为亮度提升
值LB或是最大灰度值(2、1)。
举例而言，假设原始影像IMG灰度解析度为8位元*=8)，也就是原始影 像IMG的最大灰度值为28-1=255的情况下，当亮度基准值LV=125时，且常 数值PM为80，则演算过程如下
LB = 125+80 = 205 (4) if LB > 255, RV = 255 (5) else RV= 205 (6)
如式(4)所示的，亮度调整单元630首先将亮度基准值LV(125)与一常数值 (80)相加，以产生亮度提升值LB(205)。
之后，如式(5) (6)所示的，由于亮度提升值LB(205)小于最大灰度值(255)， 故亮度调整单元630所输出的数值RV相等于亮度提升值LB(205)。
继续参照图5，当亮度调整单元630判别完像素所需的增量后，比例计算 单元640进行如下式(7)的演算过程，
AS = (2、1)/(RV-TH1) (7) 其中，AS为调整比例值，TH1为第一临界值。
比例计算单元640以第一临界值TH1为基准，来调整亮度调整单元630 所输出的数值RV，例如，将亮度调整单元630所输出的数值RV减去第一临 界值TH1。之后，将最大灰度值(2、1)与调整后的亮度调整单元630的输出 (RV-TH1)进行除法运算，进而取得一调整比例值AS。
举例而言，如图7所示的，假设亮度调整单元630所输出的数值RV=205， 亮度检测单元620所输出的亮度基准值LV为125，即当像素矩阵PTX中的最 大像素为125时，更进一步假设最大灰度值=255*=8)、第一临界值THh12， 则如式(8)所示，
AS = 255/(205-12)=255/193=1.32 (8)
比例计算单元640将利用第一临界值TH1(12)，来调整亮度调整单元630 所输出的数值RV(205)，即将亮度调整单元630所输出的数值RV(205)减去第 一临界值TH1(12)，以取得数值193，且比例计算单元640再将最大灰度值(255) 与数值193进行除法运算，进而取得数值为1.32的调整比例值AS。
在获取调整比例值AS后，调整装置600将可通过对比增强单元650适度
地调整每一像素的明亮度，对比增强单元650以第二临界值TH2为基准来调整 特定像素SP中的每一子像素，并将调整后的特定像素SP与调整比例值AS相 乘，以达输出特定像素SP经本对比增强方法处理后的像素值，且随着遮罩处 理器610扫过整张影像，调整装置600将依序将影像中的每一像素当作特定像 素SP进行处理，因而达到增强整张影像对比度的目的，最终调整装置600将 通过对比增强单元650产生增强对比度之后的影像IMG'。 举例而言，如下式(9) (12)所示，
r2， = (r2-TH2) = (70-12) = 58 ( 9)
g2 ， = (g2-TH2) = (72-12) = 60 (10)
b2， = (b2-TH2) = (77-12) = 65 (11)
P75，=( r2，，g2，，b2，"AS =(58, 60, 65)* 1.32
=(76.56, 79.2， 85.8) (12)
当第二临界值TH2为12，且遮罩处理单元610所输出的特定像素SP为图 6的像素P75—r2,g2,b2)—70, 72， 77)时，对比增强单元650将利用第二临界值 TH2(12)调整子像素r2、 g2、 b2的像素值，即子像素r2、 g2、 b2的像素值减去 第二临界值TH2(12)，以取得调整后的特定像素SP，=(r2，,g2，,b2，)= (58, 60, 65)。 之后，对比增强单元650将调整后的特定像素SP'与调整比例值AS(1.32)相乘， 以输出像素P75经本对比增强方法处理后的像素值P75' = ( 76.56, 79.2， 85.8 )。
此时调整比例值AS与像素矩阵中的最大像素值的相对关系曲线图，如图 7所示，当某一像素附近区域的最大像素值越小时，则代表此一区域的亮度偏 暗，因此可以求得较大的调整比例值AS，反之，如果当某一像素附近区域的 最大像素值越大时，则代表此一区域的亮度偏亮，因此可以求得较小的调整比 例值AS。
为了让熟习此技术者，能够依据本实施例的教示而推衍出本发明的所有技 术特征，以下将以图8所绘示的影像示意图为例，再次说明图5实施例的整体 操作流程。
请同时参照图5与图8，其中图8所绘示的原始影像IMG包括多数个像素， 例如已标示出的像素P81 P92，且每一像素包括3个子像素，例如像素P84包
括子像素(rl，gl,bl)，像素P85包括子像素(r2,g2,b2)，像素P86则包括子像素 (r3,g3,b3)，...，而像素P92则包括子像素(r9,g9,b9)，此外，在此假定图8所绘 示的原始影像IMG的灰度解析度为8位元，也就是最大灰度值为255的情况下， 对图5中的各个子方块进行说明。
在此，假定遮罩处理单元610的遮罩的大小为3*3，故当原始影像IMG输 入该遮罩范围内的9个像素后，遮罩处理单元610便会输出像素矩阵PTX，例 如在某一时刻遮罩处理单元610所输出的PTX=[rl,gl,bl,'",r9,g9,b9]，其中 像素矩阵ptx由像素p84 p92所构成，相对地，此时遮罩处理单元610依据 像素矩阵PTX的中心像素，将像素p88作为特定像素SP之后，亮度检测单元 620会根据像素矩阵PTX中的27个子像素的像素值，取出其中的最大值以作 为亮度基准值 LV， 此时的亮度基准值 LV=max(PTX)=max(r 1 ，g 1 ,b 1 ,r2,g2，b2,.. ,r9,g9,b9)。
借此，亮度调整单元630利用所接收到的亮度基准值LV，进行如式(13) (15) 的演算过程
LB-LV+PM (13)
if LB>255, RV=255 (14)
else RV=LB (15)
其中，LB为亮度提升值； pm为常数值；
rv为亮度调整单元630所输出的数值。
其中，在式(13)的演算过程中，亮度调整单元630利用常数值PM与亮度 基准值LV相加的方式，来产生亮度提升值LB，且亮度调整单元630利用式 (14) (15)，来判定数值RV相等于亮度提升值LB或是最大灰度值(255)。
之后，比例计算单元640进行如式(16)的演算过程，来产生调整比例值AS。 AS = 255/(RV-THl) (16)
其中，比例计算单元640是利用亮度调整单元630所输出的数值RV减去 第一临界值TH1的作法，来调整亮度调整单元630。的后，比例计算单元640 再将最大灰度值(255)与调整后的亮度调整单元630的输出(RV-TH1)进行除法 运算。
如此一来，参照图8，当遮罩处理单元610所产生的特定像素SP=(r5,g5,b5) 的情况下，对比增强单元650则可进行如式(17) (20)的演算过程，
r5， = (r5-TH2) (17)
g5、(g5-TH2) (18)
b5， = (b5-TH2) (19)
P88，=(r5，， g5，， b5，)承AS (20) 产生调整后的特定像素SP'=(r5'， g5', b5')，其中对比增强单元650是利用 子像素r5、 g5、 b5减去第二临界值TH2的作法，取得调整后的特定像素 SP，=(r5',g5',b5')，以便将调整后的特定像素SP，与调整比例值AS相乘，进而 输出像素P88经本对比增强方法处理后的像素值P88'。
接下来将以图9、图10及图11所绘示的功能方块图对图5中的子方块 630-650作进一步的说明。其中图9绘示为亮度调整单元630的功能方块图、 图10绘示为比例计算单元640的功能方块图，而图11则绘示为对比增强单元 650的功能方块图。
参照图9，亮度调整单元630包括加法器631与函数运算器632。其中， 加法器631与函数运算器632所进行的演算过程可参照式(1) (3)来看，在此， 加法器631将亮度基准值LV与一常数值PM进行相加，以产生亮度提升值LB 之后，函数运算器632将亮度提升值LB与最大灰度值相比较，以适当地输出 亮度提升值LB或最大灰度值，最大灰度值为一个影像当中明亮程度的上限， 所以如果当亮度提升值LB超过了最大灰度值，函数运算器632则以最大灰度 值来取代亮度提升值LB并允予输出，否则即输出亮度提升值LB。
接下来参考图10，比例计算单元640包括加法器641与除法器642，加法 器641将亮度调整单元630所输出的数值RV减去第一临界值TH1。之后，除 法器642将最大灰度值与加法器641的输出进行除法运算，进而产生调整比例 值AS。
最后请参考图ll，对比增强单元650包括加法器651与乘法器652。加法 器651用以将特定像素SP中的每一子像素与第二临界值TH2进行减法运算， 然后，乘法器652则用以将加法器651的输出与调整比例值AS进行乘法运算， 进而输出经由本调整装置600加强对比度之后的影像。为了验证本发明较佳实施例所举的调整装置600的可行性，故针对图12A~ 图16A所示的原始影像进行模拟，其中调整装置600的模拟环境设定为常数值 PM=80、第一临界值THK2、第二临界值TH242。
参照图12B 16B，在此，图12B所示的影像为图12A的原始影像经由调 整装置600处理后的影像，图13B所示的影像为图13A的原始影像经由调整装 置600处理后的影像，以此类推图14B 16B与图14A 16A的相对应关系。
从图12A 图16A与图12B 16B的比对结果来看，可明显地发现经由调整 装置600处理后的影像，其具备较高的影像清晰度。
另一观点来看，图17绘示为依照本发明较佳实施例所示的增强影像对比 度的调整方法流程图。请参考图17，在增强影像对比度的过程中，首先，于步 骤S181，依照一遮罩的大小自影像中撷取出一像素矩阵，并将此像素矩阵中一 特定位置所对应的像素作为一特定像素，由于本实施例的调整方法一次只须撷 取由数个相邻像素所构成的像素矩阵PTX即可进行处理，所以不需要耗费大量 的存储器空间先储存整张影像的资料。
之后，于步骤S182中，比较像素矩阵中每一子像素的像素值，以将比较 所得的最大像素值作为一亮度基准值。为了判定增强每一像素所需的增量，本 调整方法在步骤S183中，提高亮度基准值，并据以产生一亮度提升值。之后， 在步骤S184中，将亮度提升值与最大灰度值相比较，以依据比较结果来提供 最大灰度值或亮度提升值。
接着，于步骤S185中，以第一临界值为基准来调整最大灰度值或亮度提 升值，以将调整后的数值与最大灰度值进行除法运算，进而取得一调整比例值。
通过调整比例值的取得，本调整方法于步骤S186中，以第二临界值为基 准来调整特定像素中的每一子像素，并将调整后的特定像素与调整比例值相 乘，进而输出经本对比增强方法处理后的特定像素。
之后，于步骤S187中，判别整张影像中的每一像素是否已依序被视为特 定像素，假如还有像素未被视为特定像素做处理，本调整方法会于步骤S188 中，将影像所对应的遮罩移动一个像素，借此，依据移动过后的遮罩来重复步 骤S181 S187。如此一来，影像中的每一像素将依序被视为特定像素来进行处 理，进而达到增强整张影像对比度的目的。值得注意的是，第一临界值与第二临界值的设定，设计者可依调整装置所 需的应用需求，来任意调整此第一临界值与第二临界值的数值。至于本调整方 法的其他细节步骤，已包含在之前各个实施例中，在此就不多加叙述。
综上所述，本发明利用遮罩处理器对影像作区域性的处理，来有效地降低 调整装置所需的存储器空间。此外，与现有技术相比之下，本发明的调整装置 将适用于对硬件体积及成本极为敏感的移动装置。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本 领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善， 因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
权利要求
1.一种增强影像对比度的调整装置，用以调整一原始影像的对比度，该原始影像包括多数个像素，且每一像素包括多数个子像素，其特征在于，该调整装置包括一遮罩处理器，用以依照该遮罩处理器的遮罩的大小，自该原始影像撷取出一像素矩阵，并将该像素矩阵中一特定位置所对应的像素，输出作为一特定像素；一亮度检测单元，用以比较该像素矩阵中每一子像素的像素值，以将比较所得的最大像素值，输出作为一亮度基准值；一亮度调整单元，利用提高该亮度基准值来产生一亮度提升值，并将该亮度提升值与一最大灰度值相比较，以依据比较结果输出该亮度提升值或该最大灰度值；一比例计算单元，以一第一临界值为基准调整该亮度调整单元的输出，并将该最大灰度值与调整后的该亮度调整单元的输出进行除法运算，以取得一调整比例值；以及一对比增强单元，以一第二临界值为基准来调整该特定像素中的每一子像素，并将调整后的该特定像素与该调整比例值相乘，以输出经增强方法处理后的该特定像素。
2. 如权利要求1所述的增强影像对比度的调整装置，其特征在于，该亮度 调整单元通过该亮度基准值与一常数值相加，来产生该亮度提升值。
3. 如权利要求2所述的增强影像对比度的调整装置，其特征在于，该常数 值为80。
4. 如权利要求2所述的增强影像对比度的调整装置，其特征在于，当该亮 度基准值表示为LV，该常数表示为PM，且该些子像素的灰度解析度为k位元， 该最大灰度值为(24-l)时，k为大于0的整数，该亮度调整单元包括一加法器，用以将该亮度基准值LV与该常数值PM相加，并据以产生该 亮度提升值LB，其中LB用以表示该亮度提升值；以及一函数运算器，用以将该亮度提升值LB与该最大灰度值(2、1)相比较，当 该亮度提升值LB小于该最大灰度值时，该函数运算器输出该亮度提升值LB，反之，该函数运算器输出该最大灰度值，即该亮度调整单元是依据一第一演算法输出该亮度提升值LB或该最大灰 度值，其中，该亮度调整单元所输出的数值表示为RV，且该第一演算法为 LB = LV+PMif LB>(2、1)， RV = (2、1) else RV=LB。
5. 如权利要求4所述的增强影像对比度的调整装置，其特征在于，该k值为8。
6. 如权利要求1所述的增强影像对比度的调整装置，其特征在于，该比例 计算单元通过该亮度调整单元所输出的数值减去该第一临界值，来产生调整后 的该亮度调整单元的输出。
7. 如权利要求1所述的增强影像对比度的调整装置，其特征在于，该第一 临界值为12。
8. 如权利要求1所述的增强影像对比度的调整装置，其特征在于，当该调 整比例值表示为AS，该第一临界值表示为TH1，该亮度调整单元所输出的数 值表示为RV，且该些子像素的灰度解析度为k位元，该最大灰度值为(2、1) 时，k为大于0的整数，该比例计算单元包括一第一加法器，用以将该亮度调整单元所输出的数值RV与该第一临界值 TH1进行减法运算；以及一除法器，用以将该最大灰度值与该第一加法器的输出进行除法运算，即该比例计算单元是依据一第二演算法来取得该调整比例值AS，该第二 演算法为AS = (2、1)/(RV-TH1)。
9. 如权利要求1所述的增强影像对比度的调整装置，其特征在于，该对比 增强单元通过该特定像素中的每一子像素分别减去该第二临界值，来产生调整 后的该特定像素。
10. 如权利要求1所述的增强影像对比度的调整装置，其特征在于，该第二 临界值为12。
11. 如权利要求l所述的增强影像对比度的调整装置，其特征在于，每一像 素包括3个子像素，且该特定像素中的3个子像素分别表示为r、 g、 b，该第 二临界值表示为TH2，该调整比例值表示为AS，且经增强方法处理后的该特 定像素表示为P'，该对比增强单元包括一第二加法器，用以将该特定像素中的该些子像素r、 g、 b分别与该第二 临界值TH2进行减法运算；以及1一乘法器，用以将该第二加法器的输出与该调整比例值AS进行乘法运算，即该对比增强单元是依据一第三演算法，来取得经增强方法处理后的该特 定像素P'，该第三演算法为P，=(( r- TH2), (g- TH2), (b陽TH2))承AS。
12. 如权利要求l所述的增强影像对比度的调整装置，其特征在于，该些子 像素的灰度解析度为k位元，该最大灰度值为(2、1)， k为大于0的整数。
13. 如权利要求l所述的增强影像对比度的调整装置，其特征在于，该特定 位置为该像素矩阵的中心像素。
14. 一种增强影像对比度的调整方法，用以调整一原始影像的对比度，其中 该原始影像包括多数个像素，且每一像素包括多数个子像素，其特征在于，该 调整方法包括下列步骤依照一遮罩的大小自该原始影像撷取出一像素矩阵，并将该像素矩阵中一 特定位置所对应的像素作为一特定像素；比较该像素矩阵中每一子像素的像素值，以将比较所得的最大像素值作为 一亮度基准值；提高该亮度基准值，以产生一亮度提升值；将该亮度提升值与一最大灰度值相比较，以依据比较结果来提供该最大灰 度值或该亮度提升值；以一第一临界值为基准调整该最大灰度值或该亮度提升值，并将调整后的 数值与该最大灰度值进行除法运算，以取得一调整比例值；以一第二临界值为基准来调整该特定像素中的每一子像素，并将调整后的 该特定像素与该调整比例值相乘；以及将该遮罩移动一个像素，并重复上述各步骤，直到该原始影像中的每一像 素皆依序被视为该特定像素为止。
15. 如权利要求14所述的增强影像对比度的调整方法，其特征在于，当该 亮度基准值表示为LV时，提高该亮度基准值LV的步骤包括将该亮度基准值LV与一常数值PM相加，以产生该亮度提升值LB，即 LB = LV+PM，其中，PM用以表示该常数值，LB用以表示该亮度提升值。
16. 如权利要求15所述的增强影像对比度的调整方法，其特征在于，该常 数值PM为80。
17. 如权利要求15所述的增强影像对比度的调整方法，其特征在于，当该 亮度提升值与该最大灰度值相比较的结果表示为RV，该些子像素的灰度解析 度为k位元，该最大灰度值为(2、1)时，k为大于0的整数，依据比较结果来提 供该最大灰度值或该亮度提升值的步骤包括当该亮度提升值LB小于该最大灰度值时，提供该亮度提升值LB;以及 当该亮度提升值LB大于该最大灰度值时，提供该最大灰度值，即 if LB〉(2、1), RV = (2、1) else RV=LB。
18. 如权利要求17所述的增强影像对比度的调整方法，其特征在于，k=8。
19. 如权利要求14所述的增强影像对比度的调整方法，其特征在于，以该 第一临界值为基准调整该最大灰度值或该亮度提升值的步骤包括将该最大灰度值或该亮度提升值，与该第一临界值进行减法运算。
20. 如权利要求14所述的增强影像对比度的调整方法，其特征在于，以该 第二临界值为基准来调整该特定像素中的每一子像素的步骤包括将该特定像素中的每一子像素与该第二临界值进行减法运算。
21. 如权利要求14所述的增强影像对比度的调整方法，其特征在于，该些 子像素的灰度解析度为k位元，该最大灰度值为2、1， k为大于O的整数。
22. 如权利要求14所述的增强影像对比度的调整方法，其特征在于，该特 定位置为该像素矩阵的中心像素。
23. 如权利要求14所述的增强影像对比度的调整方法，其特征在于，该第 一临界值为12。
24. 如权利要求14所述的增强影像对比度的调整方法，其中该第二临界值 为12。
全文摘要
本发明涉及一种增强影像对比度的调整装置与其方法，此调整装置包括遮罩(mask)处理器、亮度检测单元、亮度调整单元、比例计算单元、以及对比增强单元。其中，遮罩处理器用以依照其遮罩的大小自一原始影像撷取出一像素矩阵，并将此像素矩阵中一特定位置所对应的像素，输出作为一特定像素。另一方面，亮度检测单元、亮度调整单元、以及比例计算单元相互串接，以利用像素矩阵中每一子像素的关系进行影像处理，进而产生一调整比例值。借此，对比增强单元将调整后的特定像素值与调整比例值相乘，进而达到增强影像对比度的目的。
文档编号G09G5/00GK101188101SQ20071016699
公开日2008年5月28日 申请日期2007年11月8日 优先权日2006年11月21日
发明者李俊贤, 罗新台, 翁瑞兴, 许景富 申请人:胜华科技股份有限公司
技术领域：
本发明是有关于一种增强影像对比的方法及装置，且特别是有关于一种利 用遮罩处理器来降低存储器空间的增强影像对比的方法及装置。
背景技术：
近年来随着多媒体应用的快速发展，行动装置与多媒体技术的结合已日渐
普及，举例来说，现今的手机、个人数字助理(PDA)、数码相机、以及全球定 位系统(GPS)等行动装置，都具有影音播放的功能，在行动装置与多媒体技术 的结合中，行动装置必须具备各种影像处理的方法，例如影像的压縮、影像
锐利化、以及影像对比度的增强等，以致使用者能够观赏到高画质的影像。
其中，影像对比度的增强有助于影像质素的提升，主要的原因在于，提高 影像对比度不但可以清晰逼真的表现出画面中的每一个细节，更能够大幅地增 加影像的景深以及立体感，进而提供最完美的细致画面，所以如何在微型化的 行动装置中，结合增强影像对比度的装置，就成了一个重要的课题，以下简介
数种用来增强影像对比度的现有技术
第一种现有技术可见于1997年电机电子工程师协会(IEEE, Institute of Electrical and Electronic Engineers)的消费性电子期干lj(Transactions on Consumer Electronics)中，所发表的一篇名称为"Contrast enhancement using brightness preserving bi-histogram equalization"的论文。
此现有技术采用直方图等化(histogram equalization)的方法，来进行影像对 比度的增强，参照图1与图2所绘示的直方图来看，所谓的直方图等化就是先 将一整张影像做灰度分布的分析，以建立如图l所示的直方图，的后，再针对 由影像所构成的直方图进行分析与演算，以致使构成影像的较亮与较暗的像素 个数趋于相似，进而增强像素之间的对比度，换而言之，如图2所示，此时影 像在直方图中的亮度分布将较为平均，值得注意的是，传统直方图等化容易致
使影像的亮度过度失真，故此现有技术在进行直方图等化之前，会将影像的像 素区分成大于及小于平均灰度值的两区域，以分别对较亮与较暗的区域做直方 图等化的演算，进而减轻亮度失真的问题。
然而，此种现有技术虽然减轻了亮度过度失真的问题，但实际应用在行动 装置上，此种现有技术必须耗费行动装置中的大量存储器空间，以取得构成整 张影像的直方图，此外，为了进行两次直方图等化的演算，此种现有技术还会 增加行动装置的硬件复杂度。
第二种现有技术可见于2006年信息显示协会(Society for Information Display, SID)所发表的一篇名称为"Fuzzy Contrast Correction for Image Contrast Enhancement"的论文，以下利用图3及图4来解说本现有技术，图3绘示为分 析影像灰度所得的直方图，图4绘示为加强影像对比度的函数示意图，请同时 参照图3与图4，本现有技术利用平均值Av将图3所绘示的直方图，先区分出 较亮与较暗的两区块，之后，分别针对较亮与较暗的两区块，各别取出像素个 数最多的两个像素值(即图3所示的a、 b、 c、 d)，借此，利用所取得的像素值 a d，从图4所示的函数中选取出两区块所需的对照函数，进而予以增强对比 度。
然而，此种现有技术亦需要耗费行动装置中的大量存储器空间，以取得构 成整张影像的直方图，而且，实现本现有技术所需要的硬件配备，依然过于复 杂而难以搭配行动装置使用。
综上所述，上列现有技术在实际应用上都太过于庞杂，而且需要搭配大量 的存储器空间，故不符合对体积及成本极为敏感的行动装置。
发明内容
本发明提供一种增强影像对比度的调整装置，利用遮罩处理器对影像做区 域性的处理来降低调整装置的存储器空间，进而有效地降低调整装置的硬件面 积与系统成本。
本发明另提供一种增强影像对比度的调整方法，可使应用此调整方法的调 整装置，能符合中小尺寸行动装置低成本及小体积的要求。
本发明提出一种增强影像对比度的调整装置，用来调整影像的对比度，进
而让此影像更为清晰，此调整装置包括遮罩处理器、亮度检测单元、亮度调整 单元、比例计算单元、以及对比增强单元。
遮罩处理器用以依照其遮罩的大小(如m气)自影像中撷取出一像素矩阵， 也就是从一个影像中框出111*11个像素来当作像素矩阵，此外，遮罩处理器会搜 寻一特定位置所对应的像素，来输出作为一特定像素，亮度检测单元用以比较 上述像素矩阵中每一个子像素的像素值，以将比较所得的最大像素值输出当作 亮度基准值。之后，亮度调整单元则会通过提高亮度基准值来产生一亮度提升 值，并将亮度提升值与最大灰度值相比较，以依据比较结果输出亮度提升值或 最大灰度值。
另一方面，比例计算单元以第一临界值为基准来调整亮度调整单元的输 出，并将最大灰度值与亮度调整单元的输出进行除法运算，以取得调整比例值， 最后，对比增强单元以第二临界值为基准来调整特定像素中的每一个子像素的 像素值，并且把调整后的特定像素值跟调整比例值相乘，进而输出经本对比增 强方法演算后的像素值。
值得注意的是，随着遮罩处理器扫过整张影像，本调整装置将依序将影像 中的每一像素当作特定像素进行处理，进而达到增强整张影像对比度的目的。
从另一个观点来看，本发明提出一种增强影像对比度的调整方法，此调整 方法用来调整一影像的对比度，进而让此影像更为清晰，上述的调整方法包括 下列诸步骤，首先依照一个遮罩的大小从影像中撷取出一个像素矩阵，并且将 像素矩阵中某一个特定位置所对应的像素当作特定像素，接下来，比较像素矩 阵中每一子像素的像素值，以将比较所得的最大像素值当作一亮度基准值。
随着亮度基准值的取得，此调整方法更通过提高亮度基准值，来产生亮度 提升值。之后，更将亮度提升值与最大灰度值相比较，进而依据比较结果来提 供最大灰度值或亮度提升值。另一方面，为了适度地调整每一像素的明亮度， 此调整方法以第一临界值为基准，调整最大灰度值或亮度提升值，并将调整后 的数值与最大灰度值进行除法运算，以取得一调整比例值。之后，以第二临界 值为基准来调整特定像素中的每一子像素的像素值，并将调整后的特定像素值 与调整比例值相乘。最后，此调整方法将遮罩移动一个像素，并重复上述各步 骤，直到影像中的每一像素皆依序被视为特定像素为止。借此，影像中的每一像素将依序当作特定像素来进行处理，进而达到增强整张影像对比度的目的。
本发明因采用遮罩处理器来处理影像，与现有技术比较能有效地降低调整 装置所需的存储器空间，换而言之，本发明不仅能有效地增强影像的对比度， 还能使应用此调整装置的系统具备了低成本与微型化的功效。
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发 明的具体实施方式
作详细说明，其中
图1绘示为用以说明第一种现有技术的直方图示意图。 图2绘示为用以说明第一种现有技术的另一直方图示意图。 图3绘示为用以说明第二种现有技术的直方图示意图。 图4绘示为用以说明第二种现有技术的函数示意图。
图5绘示为依照本发明较佳实施例所示的增强影像对比度的调整装置。
图6绘示为用以说明图5所示实施例的影像示意图。 图7绘示为用以说明图5所示实施例的调整比例值AS与像素矩阵中的最 大像素值的相对关系曲线图。
图8绘示为用以说明图5所示实施例的另一影像示意图。 图9绘示为亮度调整单元630的功能方块图。 图10绘示为比例计算单元640的功能方块图。 图11绘示为对比增强单元650的功能方块图。 图12A 图16A为用以进行模拟的原始影像。
图12B 图16B为图12A 图16A所示的原始影像经由调整装置600处理后 的影像。
图17绘示为依照本发明较佳实施例所示的增强影像对比度的调整方法流 程图。
主要元件符号说明
600:增强影像对比度的调整装置 610:遮罩处理器 620:亮度检测单元
630:亮度调整单元 640:比例计算单元 650:对比增强单元
631、 641、 651:加法器 632:函数运算器 642:除法器 652:乘法器
S181 S188:用以说明图n实施例的各个子步骤
具体实施例方式
图5绘示为依照本发明较佳实施例所示的增强影像对比度的调整装置。请 参照图5，调整装置600包括遮罩处理器610、亮度检测单元620、亮度调整单 元630、比例计算单元640、以及对比增强单元650，其中，遮罩处理器610耦 接至亮度检测单元620与对比增强单元650，亮度检测单元620耦接至亮度调 整单元630，亮度调整单元630
耦接至比例计算单元640，而比例计算单元640则耦接至对比增强单元
650。
在增强原始影像IMG对比度的过程中，首先遮罩处理器610依据其遮罩 的大小自原始影像IMG撷取出一像素矩阵PTX，并将此像素矩阵PTX中一特 定位置所对应的像素当作一特定像素SP，特定位置可以是像素矩阵PTX的中 心像素，然熟习此技术者也可依设计所需，更改此特定位置与像素矩阵PTX的 相对关系。
举例而言，以图6所绘示的影像示意图为例，并请同时参考图5所示，其 中原始影像IMG包括多数个像素，例如已标示出的像素P71 P76，且每一像素 包括3个子像素，例如像素P74包括子像素(rl,gl,bl)，像素P75包括子像素 (r2,g2,b2)，而像素P76则包括子像素(r3,g3，b3)，当遮罩处理单元610的遮罩的 大小为1*3时，原始影像IMG输入3个像素后，遮罩处理单元610便会输出一 像素矩阵PTX，例如在某一时刻，遮罩处理单元610所输出的 PTX=[rl,gl，bl,r2,g2,b2,r3，g3,b3]，且像素矩阵PTX由像素P74~ P76所构成，
相对地，此时遮罩处理单元610依据像素矩阵PTX的中心像素，将像素P75 作为特定像素SP，以下将通过图6所绘示的影像示意图，对调整装置600的各 个子方块进行解说。
调整装置600是通过遮罩处理器610来接收原始影像IMG中的每一像素， 因此调整装置600所需处理的资料量是依据遮罩处理器610的遮罩的大小而决 定的，换而言之，与现有技术相比较之下，调整装置600不需花费大量的存储 器空间，来预先储存整张原始影像IMG，即可达到增强原始影像IMG对比度 的目的。
继续参照图5，当亮度检测单元620接收到像素矩阵PTX后，亮度检测单 元620将比较像素矩阵PTX中每一子像素的像素值，以将比较所得的最大像素 值，输出作为一亮度基准值LV ，艮卩LV=max[rl,gl,bl,r2，g2,b2,r3,g3,b3]。举例 而言，参照图6，当像素矩阵PTX呵100,125，85,70,72，77,100，101,110]时，亮度 检测单元620将比较子像素rl r3、 gl g3、以及bl b3的像素值。此时，若比 较结果为子像素gl的像素值(125)为最大，则亮度检测单元620所输出的亮度 基准值LV425。
借此，亮度调整单元630利用所接收到的亮度基准值LV，进行如以下式 (1) (3)的演算过程
LB = LV+PM (1) if LB>(2、1), RV = (2M) (2) else RV=LB (3)
其中，LB为亮度提升值； PM为常数值；
RV为亮度调整单元630所输出的数值。
且像素P71 P76中的子像素的灰度解析度为k位元，最大灰度值相等于 (2^1)， k为大于O的整数。
依上述的演算过程判定像素所需的增量，其中如式(l)所示的，亮度调整单 元630首先会提高亮度基准值LV，且利用常数值PM与亮度基准值LV相加的 方式，来获得亮度提升值LB。之后，则如式(2) (3)所示的，亮度调整单元630 会将亮度提升值LB与一最大灰度值(2、1)相比较，来判定数值RV为亮度提升
值LB或是最大灰度值(2、1)。
举例而言，假设原始影像IMG灰度解析度为8位元*=8)，也就是原始影 像IMG的最大灰度值为28-1=255的情况下，当亮度基准值LV=125时，且常 数值PM为80，则演算过程如下
LB = 125+80 = 205 (4) if LB > 255, RV = 255 (5) else RV= 205 (6)
如式(4)所示的，亮度调整单元630首先将亮度基准值LV(125)与一常数值 (80)相加，以产生亮度提升值LB(205)。
之后，如式(5) (6)所示的，由于亮度提升值LB(205)小于最大灰度值(255)， 故亮度调整单元630所输出的数值RV相等于亮度提升值LB(205)。
继续参照图5，当亮度调整单元630判别完像素所需的增量后，比例计算 单元640进行如下式(7)的演算过程，
AS = (2、1)/(RV-TH1) (7) 其中，AS为调整比例值，TH1为第一临界值。
比例计算单元640以第一临界值TH1为基准，来调整亮度调整单元630 所输出的数值RV，例如，将亮度调整单元630所输出的数值RV减去第一临 界值TH1。之后，将最大灰度值(2、1)与调整后的亮度调整单元630的输出 (RV-TH1)进行除法运算，进而取得一调整比例值AS。
举例而言，如图7所示的，假设亮度调整单元630所输出的数值RV=205， 亮度检测单元620所输出的亮度基准值LV为125，即当像素矩阵PTX中的最 大像素为125时，更进一步假设最大灰度值=255*=8)、第一临界值THh12， 则如式(8)所示，
AS = 255/(205-12)=255/193=1.32 (8)
比例计算单元640将利用第一临界值TH1(12)，来调整亮度调整单元630 所输出的数值RV(205)，即将亮度调整单元630所输出的数值RV(205)减去第 一临界值TH1(12)，以取得数值193，且比例计算单元640再将最大灰度值(255) 与数值193进行除法运算，进而取得数值为1.32的调整比例值AS。
在获取调整比例值AS后，调整装置600将可通过对比增强单元650适度
地调整每一像素的明亮度，对比增强单元650以第二临界值TH2为基准来调整 特定像素SP中的每一子像素，并将调整后的特定像素SP与调整比例值AS相 乘，以达输出特定像素SP经本对比增强方法处理后的像素值，且随着遮罩处 理器610扫过整张影像，调整装置600将依序将影像中的每一像素当作特定像 素SP进行处理，因而达到增强整张影像对比度的目的，最终调整装置600将 通过对比增强单元650产生增强对比度之后的影像IMG'。 举例而言，如下式(9) (12)所示，
r2， = (r2-TH2) = (70-12) = 58 ( 9)
g2 ， = (g2-TH2) = (72-12) = 60 (10)
b2， = (b2-TH2) = (77-12) = 65 (11)
P75，=( r2，，g2，，b2，"AS =(58, 60, 65)* 1.32
=(76.56, 79.2， 85.8) (12)
当第二临界值TH2为12，且遮罩处理单元610所输出的特定像素SP为图 6的像素P75—r2,g2,b2)—70, 72， 77)时，对比增强单元650将利用第二临界值 TH2(12)调整子像素r2、 g2、 b2的像素值，即子像素r2、 g2、 b2的像素值减去 第二临界值TH2(12)，以取得调整后的特定像素SP，=(r2，,g2，,b2，)= (58, 60, 65)。 之后，对比增强单元650将调整后的特定像素SP'与调整比例值AS(1.32)相乘， 以输出像素P75经本对比增强方法处理后的像素值P75' = ( 76.56, 79.2， 85.8 )。
此时调整比例值AS与像素矩阵中的最大像素值的相对关系曲线图，如图 7所示，当某一像素附近区域的最大像素值越小时，则代表此一区域的亮度偏 暗，因此可以求得较大的调整比例值AS，反之，如果当某一像素附近区域的 最大像素值越大时，则代表此一区域的亮度偏亮，因此可以求得较小的调整比 例值AS。
为了让熟习此技术者，能够依据本实施例的教示而推衍出本发明的所有技 术特征，以下将以图8所绘示的影像示意图为例，再次说明图5实施例的整体 操作流程。
请同时参照图5与图8，其中图8所绘示的原始影像IMG包括多数个像素， 例如已标示出的像素P81 P92，且每一像素包括3个子像素，例如像素P84包
括子像素(rl，gl,bl)，像素P85包括子像素(r2,g2,b2)，像素P86则包括子像素 (r3,g3,b3)，...，而像素P92则包括子像素(r9,g9,b9)，此外，在此假定图8所绘 示的原始影像IMG的灰度解析度为8位元，也就是最大灰度值为255的情况下， 对图5中的各个子方块进行说明。
在此，假定遮罩处理单元610的遮罩的大小为3*3，故当原始影像IMG输 入该遮罩范围内的9个像素后，遮罩处理单元610便会输出像素矩阵PTX，例 如在某一时刻遮罩处理单元610所输出的PTX=[rl,gl,bl,'",r9,g9,b9]，其中 像素矩阵ptx由像素p84 p92所构成，相对地，此时遮罩处理单元610依据 像素矩阵PTX的中心像素，将像素p88作为特定像素SP之后，亮度检测单元 620会根据像素矩阵PTX中的27个子像素的像素值，取出其中的最大值以作 为亮度基准值 LV， 此时的亮度基准值 LV=max(PTX)=max(r 1 ，g 1 ,b 1 ,r2,g2，b2,.. ,r9,g9,b9)。
借此，亮度调整单元630利用所接收到的亮度基准值LV，进行如式(13) (15) 的演算过程
LB-LV+PM (13)
if LB>255, RV=255 (14)
else RV=LB (15)
其中，LB为亮度提升值； pm为常数值；
rv为亮度调整单元630所输出的数值。
其中，在式(13)的演算过程中，亮度调整单元630利用常数值PM与亮度 基准值LV相加的方式，来产生亮度提升值LB，且亮度调整单元630利用式 (14) (15)，来判定数值RV相等于亮度提升值LB或是最大灰度值(255)。
之后，比例计算单元640进行如式(16)的演算过程，来产生调整比例值AS。 AS = 255/(RV-THl) (16)
其中，比例计算单元640是利用亮度调整单元630所输出的数值RV减去 第一临界值TH1的作法，来调整亮度调整单元630。的后，比例计算单元640 再将最大灰度值(255)与调整后的亮度调整单元630的输出(RV-TH1)进行除法 运算。
如此一来，参照图8，当遮罩处理单元610所产生的特定像素SP=(r5,g5,b5) 的情况下，对比增强单元650则可进行如式(17) (20)的演算过程，
r5， = (r5-TH2) (17)
g5、(g5-TH2) (18)
b5， = (b5-TH2) (19)
P88，=(r5，， g5，， b5，)承AS (20) 产生调整后的特定像素SP'=(r5'， g5', b5')，其中对比增强单元650是利用 子像素r5、 g5、 b5减去第二临界值TH2的作法，取得调整后的特定像素 SP，=(r5',g5',b5')，以便将调整后的特定像素SP，与调整比例值AS相乘，进而 输出像素P88经本对比增强方法处理后的像素值P88'。
接下来将以图9、图10及图11所绘示的功能方块图对图5中的子方块 630-650作进一步的说明。其中图9绘示为亮度调整单元630的功能方块图、 图10绘示为比例计算单元640的功能方块图，而图11则绘示为对比增强单元 650的功能方块图。
参照图9，亮度调整单元630包括加法器631与函数运算器632。其中， 加法器631与函数运算器632所进行的演算过程可参照式(1) (3)来看，在此， 加法器631将亮度基准值LV与一常数值PM进行相加，以产生亮度提升值LB 之后，函数运算器632将亮度提升值LB与最大灰度值相比较，以适当地输出 亮度提升值LB或最大灰度值，最大灰度值为一个影像当中明亮程度的上限， 所以如果当亮度提升值LB超过了最大灰度值，函数运算器632则以最大灰度 值来取代亮度提升值LB并允予输出，否则即输出亮度提升值LB。
接下来参考图10，比例计算单元640包括加法器641与除法器642，加法 器641将亮度调整单元630所输出的数值RV减去第一临界值TH1。之后，除 法器642将最大灰度值与加法器641的输出进行除法运算，进而产生调整比例 值AS。
最后请参考图ll，对比增强单元650包括加法器651与乘法器652。加法 器651用以将特定像素SP中的每一子像素与第二临界值TH2进行减法运算， 然后，乘法器652则用以将加法器651的输出与调整比例值AS进行乘法运算， 进而输出经由本调整装置600加强对比度之后的影像。为了验证本发明较佳实施例所举的调整装置600的可行性，故针对图12A~ 图16A所示的原始影像进行模拟，其中调整装置600的模拟环境设定为常数值 PM=80、第一临界值THK2、第二临界值TH242。
参照图12B 16B，在此，图12B所示的影像为图12A的原始影像经由调 整装置600处理后的影像，图13B所示的影像为图13A的原始影像经由调整装 置600处理后的影像，以此类推图14B 16B与图14A 16A的相对应关系。
从图12A 图16A与图12B 16B的比对结果来看，可明显地发现经由调整 装置600处理后的影像，其具备较高的影像清晰度。
另一观点来看，图17绘示为依照本发明较佳实施例所示的增强影像对比 度的调整方法流程图。请参考图17，在增强影像对比度的过程中，首先，于步 骤S181，依照一遮罩的大小自影像中撷取出一像素矩阵，并将此像素矩阵中一 特定位置所对应的像素作为一特定像素，由于本实施例的调整方法一次只须撷 取由数个相邻像素所构成的像素矩阵PTX即可进行处理，所以不需要耗费大量 的存储器空间先储存整张影像的资料。
之后，于步骤S182中，比较像素矩阵中每一子像素的像素值，以将比较 所得的最大像素值作为一亮度基准值。为了判定增强每一像素所需的增量，本 调整方法在步骤S183中，提高亮度基准值，并据以产生一亮度提升值。之后， 在步骤S184中，将亮度提升值与最大灰度值相比较，以依据比较结果来提供 最大灰度值或亮度提升值。
接着，于步骤S185中，以第一临界值为基准来调整最大灰度值或亮度提 升值，以将调整后的数值与最大灰度值进行除法运算，进而取得一调整比例值。
通过调整比例值的取得，本调整方法于步骤S186中，以第二临界值为基 准来调整特定像素中的每一子像素，并将调整后的特定像素与调整比例值相 乘，进而输出经本对比增强方法处理后的特定像素。
之后，于步骤S187中，判别整张影像中的每一像素是否已依序被视为特 定像素，假如还有像素未被视为特定像素做处理，本调整方法会于步骤S188 中，将影像所对应的遮罩移动一个像素，借此，依据移动过后的遮罩来重复步 骤S181 S187。如此一来，影像中的每一像素将依序被视为特定像素来进行处 理，进而达到增强整张影像对比度的目的。值得注意的是，第一临界值与第二临界值的设定，设计者可依调整装置所 需的应用需求，来任意调整此第一临界值与第二临界值的数值。至于本调整方 法的其他细节步骤，已包含在之前各个实施例中，在此就不多加叙述。
综上所述，本发明利用遮罩处理器对影像作区域性的处理，来有效地降低 调整装置所需的存储器空间。此外，与现有技术相比之下，本发明的调整装置 将适用于对硬件体积及成本极为敏感的移动装置。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本 领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善， 因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
权利要求
1.一种增强影像对比度的调整装置，用以调整一原始影像的对比度，该原始影像包括多数个像素，且每一像素包括多数个子像素，其特征在于，该调整装置包括一遮罩处理器，用以依照该遮罩处理器的遮罩的大小，自该原始影像撷取出一像素矩阵，并将该像素矩阵中一特定位置所对应的像素，输出作为一特定像素；一亮度检测单元，用以比较该像素矩阵中每一子像素的像素值，以将比较所得的最大像素值，输出作为一亮度基准值；一亮度调整单元，利用提高该亮度基准值来产生一亮度提升值，并将该亮度提升值与一最大灰度值相比较，以依据比较结果输出该亮度提升值或该最大灰度值；一比例计算单元，以一第一临界值为基准调整该亮度调整单元的输出，并将该最大灰度值与调整后的该亮度调整单元的输出进行除法运算，以取得一调整比例值；以及一对比增强单元，以一第二临界值为基准来调整该特定像素中的每一子像素，并将调整后的该特定像素与该调整比例值相乘，以输出经增强方法处理后的该特定像素。
2. 如权利要求1所述的增强影像对比度的调整装置，其特征在于，该亮度 调整单元通过该亮度基准值与一常数值相加，来产生该亮度提升值。
3. 如权利要求2所述的增强影像对比度的调整装置，其特征在于，该常数 值为80。
4. 如权利要求2所述的增强影像对比度的调整装置，其特征在于，当该亮 度基准值表示为LV，该常数表示为PM，且该些子像素的灰度解析度为k位元， 该最大灰度值为(24-l)时，k为大于0的整数，该亮度调整单元包括一加法器，用以将该亮度基准值LV与该常数值PM相加，并据以产生该 亮度提升值LB，其中LB用以表示该亮度提升值；以及一函数运算器，用以将该亮度提升值LB与该最大灰度值(2、1)相比较，当 该亮度提升值LB小于该最大灰度值时，该函数运算器输出该亮度提升值LB，反之，该函数运算器输出该最大灰度值，即该亮度调整单元是依据一第一演算法输出该亮度提升值LB或该最大灰 度值，其中，该亮度调整单元所输出的数值表示为RV，且该第一演算法为 LB = LV+PMif LB>(2、1)， RV = (2、1) else RV=LB。
5. 如权利要求4所述的增强影像对比度的调整装置，其特征在于，该k值为8。
6. 如权利要求1所述的增强影像对比度的调整装置，其特征在于，该比例 计算单元通过该亮度调整单元所输出的数值减去该第一临界值，来产生调整后 的该亮度调整单元的输出。
7. 如权利要求1所述的增强影像对比度的调整装置，其特征在于，该第一 临界值为12。
8. 如权利要求1所述的增强影像对比度的调整装置，其特征在于，当该调 整比例值表示为AS，该第一临界值表示为TH1，该亮度调整单元所输出的数 值表示为RV，且该些子像素的灰度解析度为k位元，该最大灰度值为(2、1) 时，k为大于0的整数，该比例计算单元包括一第一加法器，用以将该亮度调整单元所输出的数值RV与该第一临界值 TH1进行减法运算；以及一除法器，用以将该最大灰度值与该第一加法器的输出进行除法运算，即该比例计算单元是依据一第二演算法来取得该调整比例值AS，该第二 演算法为AS = (2、1)/(RV-TH1)。
9. 如权利要求1所述的增强影像对比度的调整装置，其特征在于，该对比 增强单元通过该特定像素中的每一子像素分别减去该第二临界值，来产生调整 后的该特定像素。
10. 如权利要求1所述的增强影像对比度的调整装置，其特征在于，该第二 临界值为12。
11. 如权利要求l所述的增强影像对比度的调整装置，其特征在于，每一像 素包括3个子像素，且该特定像素中的3个子像素分别表示为r、 g、 b，该第 二临界值表示为TH2，该调整比例值表示为AS，且经增强方法处理后的该特 定像素表示为P'，该对比增强单元包括一第二加法器，用以将该特定像素中的该些子像素r、 g、 b分别与该第二 临界值TH2进行减法运算；以及1一乘法器，用以将该第二加法器的输出与该调整比例值AS进行乘法运算，即该对比增强单元是依据一第三演算法，来取得经增强方法处理后的该特 定像素P'，该第三演算法为P，=(( r- TH2), (g- TH2), (b陽TH2))承AS。
12. 如权利要求l所述的增强影像对比度的调整装置，其特征在于，该些子 像素的灰度解析度为k位元，该最大灰度值为(2、1)， k为大于0的整数。
13. 如权利要求l所述的增强影像对比度的调整装置，其特征在于，该特定 位置为该像素矩阵的中心像素。
14. 一种增强影像对比度的调整方法，用以调整一原始影像的对比度，其中 该原始影像包括多数个像素，且每一像素包括多数个子像素，其特征在于，该 调整方法包括下列步骤依照一遮罩的大小自该原始影像撷取出一像素矩阵，并将该像素矩阵中一 特定位置所对应的像素作为一特定像素；比较该像素矩阵中每一子像素的像素值，以将比较所得的最大像素值作为 一亮度基准值；提高该亮度基准值，以产生一亮度提升值；将该亮度提升值与一最大灰度值相比较，以依据比较结果来提供该最大灰 度值或该亮度提升值；以一第一临界值为基准调整该最大灰度值或该亮度提升值，并将调整后的 数值与该最大灰度值进行除法运算，以取得一调整比例值；以一第二临界值为基准来调整该特定像素中的每一子像素，并将调整后的 该特定像素与该调整比例值相乘；以及将该遮罩移动一个像素，并重复上述各步骤，直到该原始影像中的每一像 素皆依序被视为该特定像素为止。
15. 如权利要求14所述的增强影像对比度的调整方法，其特征在于，当该 亮度基准值表示为LV时，提高该亮度基准值LV的步骤包括将该亮度基准值LV与一常数值PM相加，以产生该亮度提升值LB，即 LB = LV+PM，其中，PM用以表示该常数值，LB用以表示该亮度提升值。
16. 如权利要求15所述的增强影像对比度的调整方法，其特征在于，该常 数值PM为80。
17. 如权利要求15所述的增强影像对比度的调整方法，其特征在于，当该 亮度提升值与该最大灰度值相比较的结果表示为RV，该些子像素的灰度解析 度为k位元，该最大灰度值为(2、1)时，k为大于0的整数，依据比较结果来提 供该最大灰度值或该亮度提升值的步骤包括当该亮度提升值LB小于该最大灰度值时，提供该亮度提升值LB;以及 当该亮度提升值LB大于该最大灰度值时，提供该最大灰度值，即 if LB〉(2、1), RV = (2、1) else RV=LB。
18. 如权利要求17所述的增强影像对比度的调整方法，其特征在于，k=8。
19. 如权利要求14所述的增强影像对比度的调整方法，其特征在于，以该 第一临界值为基准调整该最大灰度值或该亮度提升值的步骤包括将该最大灰度值或该亮度提升值，与该第一临界值进行减法运算。
20. 如权利要求14所述的增强影像对比度的调整方法，其特征在于，以该 第二临界值为基准来调整该特定像素中的每一子像素的步骤包括将该特定像素中的每一子像素与该第二临界值进行减法运算。
21. 如权利要求14所述的增强影像对比度的调整方法，其特征在于，该些 子像素的灰度解析度为k位元，该最大灰度值为2、1， k为大于O的整数。
22. 如权利要求14所述的增强影像对比度的调整方法，其特征在于，该特 定位置为该像素矩阵的中心像素。
23. 如权利要求14所述的增强影像对比度的调整方法，其特征在于，该第 一临界值为12。
24. 如权利要求14所述的增强影像对比度的调整方法，其中该第二临界值 为12。
全文摘要
本发明涉及一种增强影像对比度的调整装置与其方法，此调整装置包括遮罩(mask)处理器、亮度检测单元、亮度调整单元、比例计算单元、以及对比增强单元。其中，遮罩处理器用以依照其遮罩的大小自一原始影像撷取出一像素矩阵，并将此像素矩阵中一特定位置所对应的像素，输出作为一特定像素。另一方面，亮度检测单元、亮度调整单元、以及比例计算单元相互串接，以利用像素矩阵中每一子像素的关系进行影像处理，进而产生一调整比例值。借此，对比增强单元将调整后的特定像素值与调整比例值相乘，进而达到增强影像对比度的目的。
文档编号G09G5/00GK101188101SQ20071016699
公开日2008年5月28日 申请日期2007年11月8日 优先权日2006年11月21日
发明者李俊贤, 罗新台, 翁瑞兴, 许景富 申请人:胜华科技股份有限公司
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