CN100362545C - 用滑动窗口增强pdp综合图像质量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对等离子显示屏(PDP)所显示的动态图像进行实时处理的方法，该方法首先对PDP要显示的图像逐像素顺序进行计算，然后利用以被处理像素为中心的一个滑动的窗口，在窗口内对被处理像素进行非线性的直方图均化，再进行降噪、细节增强的综合处理，从而增强了图像质量，并起到了降低PDP图像伪轮廓的效果，具有简单易行的特点。

Description

用滑动窗口增强PDP综合图像质量的方法

一、技术领域

本发明涉及一种对等离子显示屏(PDP)所显示的图像进行质量增强的方法，特别涉及一种以小面积滑动窗对等离子显示屏(PDP)所显示的图像进行实时动态质量增强的方法。

二、背景技术

提高和改善PDP图像的显示质量是PDP产品开发的重要目标和核心技术之一。目前，在改进静止图片显示质量方面已经发展了多种比较有效的算法。在实时图像处理方面，主要有均值滤波法以及锐化增强方法。但是上述技术存在以下缺点：

1)对静止图片处理的方法虽然效果好，但是由于计算方法复杂、计算量大，处理速度慢，且有一定的局限性，其处理技术并不适合直接运用到诸如PDP显示这样的动态实时图像的显示技术中。

2)普通的均值降噪处理以及锐化增强方法其效果相互制约，都是针对某一方面的图像问题而处理的，如果要达到一定的效果，实现起来比较复杂，也需要增加很大的硬件成本。

3)当我们在利用一些数字图像处理算法改善图像的一种指标时，往往会导致另外的一些失真或损失。而我们追求的总是要提高图像的各个方面的表现效果，也就是要尽可能地考虑综合图像质量。比较理想的图像处理算法应当在提高图像对比度的同时，也要保持图像原有的总体对比关系，不致出现失真或损失；同时提高图像的细节感，以及抑制它的杂波，在此同时，也必须将它的动态伪轮廓效果减至最小。

三、发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出了一种用滑动窗口增强PDP综合图像质量的方法，可以在保持图像总体动态范围的情况下，增强各种场景细节表现能力，降低动态伪轮廓效应，提高图像的主观观看质量。

本发明的基本依据是：

1)、小滑动窗口内的直方图变换只和该窗口所涉及的局部像素内容有关，而不会受整体图像的亮度分布状况的影响，因而不改变整体图像的灰度分布的规律；

2)、通过滑动窗口内的像素亮度的统计结果而将被处理的窗口中心位置的像素的亮度值加以调整，这种调整是按照增大窗口内亮度分布概率的趋势增强其局部反差的规律进行的，因而突出了细节对比度，强调了图像的轮廓和细节。

3)、因为是结合了增强、减噪等综合处理，对图像内容不造成偏向某方面的过分影响。

4)、对图像信号的处理是对亮度信息的处理，因而不改变R、G、B三种基色信号之间的比例关系。

本发明的技术方案是：

用滑动窗口增强PDP综合图像质量的方法，首先对PDP要显示的图像逐像素顺序进行计算，然后利用以被处理像素为中心的一个滑动的小面积窗口，在窗口内对被处理像素进行非线性的直方图均化，再进行降噪、细节增强和降低伪轮廓。

所说的对PDP要显示的图像逐像素顺序进行统计计算的步骤是：首先统计出窗口内所有像素的亮度值，接着计算出它们的平均值、最小值和最大值。

所说的对被处理像素进行非线性的直方图均化的步骤是：所统计出的窗口内所有像素的亮度值、平均值、最小值和最大值，按照直方图均化的一般方法计算被处理像素的新的亮度值。

所说的降噪步骤是通过适应该处理窗口的一个二维数字低通滤波器对噪声进行降低处理。

所说的细节增强步骤是通过适应该处理窗口的一个二维数字高通滤波器对图像细节进行增强处理。

以上所说的降噪和细节增强步骤在实际实现时是合并成一个窗口处理器中的。在具体实现时，通过对低通和高通滤波器参数的综合选择达到降噪和细节增强的匹配。

所说的降低伪轮廓处理实际上是本发明的窗口处理的附加效果，它的意义是：因为伪轮廓现象是PDP显示器由于采用子场原理而产生的一种特殊效应，它在亮度值处于特殊数值时产生。经过本发明所论述的滑动窗两级处理后，对原来的亮度值已经进行了修改，在很大程度上随机地打乱了产生伪轮廓的特殊亮度值的分布，从而减轻了伪轮廓效应。

针对以往对PDP的图像数据处理系统的复杂处理方法，本发明提出了用简单的电路就可以实现的有效的综合动态实时滑动窗处理技术方法，可以直接利用PDP帧数据存储器或者多行存储器，只对原有的FPGA程序进行较少的修改或只增加较少的硬件设备而获得图像质量的改善效果。

本发明的方法也可以用来对其他显示系统或图像数据的动态数据进行实时处理，也可以用于对静止图片进行综合画质改善的各种应用场所。

与以往的方法相比，本发明具有以下特点：1)、可以改善综合图像质量；2)、适用于PDP的动态图像处理；3)、实现简单，成本低；4)、可以与其他的数字图像处理方法级联使用或组合使用。

四、附图说明

图1是本发明的原理框图。

图2是图1中的滑动窗口处理器(8)的算法组成框图。

图3是在一个滑动窗口内的像素分布的实施例。

图4是用本发明的方法对图3的图像进行处理的结果。

图5是用MATLAB软件对本方法进行图像处理进行模拟计算的效果，其中图5(a)是原图像；图5(b)是滑动窗处理的图像；图5(c)是原图像的直放图；图5(d)是滑动窗处理的直放图。

图6是滑动窗口处理器的一种具体实现方法。

附图说明如下：

参见图1，整个处理系统是被插入到图像信号的适当环节中的。首先将输入的数字信号R(1)、G(2)、B(3)通过亮度变换(4)转换成亮度信号Y(5)、红色差信号PR(6)和蓝色差信号PB(7)。亮度信号Y(5)被送入滑动窗口处理器(8)，经过处理后的增强了的亮度信号Y，(9)送入亮度逆变换(14)。色差信号PR(6)、PB(7)分别经过延时系统(10、11)，延时后的色差信号PR’(12)和PB’(13)也被送入亮度逆变换矩阵(14)，经过亮度逆变换矩阵(14)的处理后，最终输出处理后的数字信号R’(15)、G’(16)、B’(17)数字信号。

参见图2，这是图1中的滑动窗口处理器(8)的构成框图。整个处理器由两级窗口处理系统组成。其中窗口像素亮度值统计排序单元(18)、中心像素亮度值计算单元(19)和直方图约束条件单元(21)构成了第一级窗口处理，即窗口直方图均化处理。降噪/增强2维滤波综合算法单元(20)和降噪/增强约束条件单元(22)构成了第二级窗口处理，即降噪增强处理。

首先亮度信号Y(5)被送入窗口像素亮度值统计排序单元(1 8)，在这一单元中，对窗口内的各个像素的亮度值进行统计，并进行排序；并计算出它们的最大值、最小值、平均值。然后将窗口像素的亮度数据和计算出的数据全部传递给中心像素亮度值计算单元(19)。同时由直方图约束条件单元(21)将计算约束条件也传递给中心像素亮度值计算单元(19)。中心像素亮度值计算单元(19)完成窗口内的直方图的计算，从而计算出中心像素的处理后的亮度值。这样就完成了直方图均化处理。

被直方图均化处理后的第一级处理窗口数据(23)被传送到降噪/增强二维滤波综合算法单元(20)。同时由降噪/增强约束条件单元(22)将计算约束条件也传递给降噪/增强二维滤波综合算法单元(20)。降噪/增强二维滤波综合算法单元(20)完成窗口内的降噪/增强二维滤波综合算法的处理，获得第二级处理后的中心像素的新的亮度值。这样就完成了降噪增强处理。

图3是在一个滑动窗口内的像素分布的两个实际例子，图中的数字表示的是该位置像素的原来的亮度值。在图3a)中，左上部像素亮度值大，而右下部像素的亮度值小。由左上角至右下角呈现逐渐变暗的变化。在图3b)中，上部像素亮度值大，而下部像素的亮度值小。由上至下呈现逐渐变暗的变化。

图4a)、图4b)分别是用本发明的滑动窗口处理方法对图3a)、3b)的两种图像进行计算处理的结果。两种图像的动态范围都获得了不同程度的扩大，并增大了图像边缘细节的差别，因而提高了小面积范围内的细节对比度。窗口内图像的平均亮度没有大的变化，因而不对整体图像的亮度造成失真。

参见图5，是用MATLAB软件对本方法进行图像处理进行模拟计算的效果，其中图5a)是原图像，图5b)是图5a)的统计直方图。图5c)是滑动窗综合处理的结果，图5d)是图5c)的统计直方图。可以看出，处理后的图像在细节方面有比较明显的改善，在比较暗的部位，其灰度层次获得了展开，这在其直方图上可以明显看出。而就全图来说，其动态范围没有很大的区别。

参见图6，是滑动窗口处理器的一种具体实现方法的电路框图。整个处理系统是通过一个FPGA期间实现的。输入的数字信号R(1)、G(2)、B(3)通过亮度变换(4)转换成亮度信号Y(5)、红色差信号PR(6)和蓝色差信号PB(7)。亮度信号Y(5)被送入像素缓存(28)、1H缓存(29)和1H缓存(30)形成滑动窗口存储阵列数据。该数据被送入窗口像素亮度统计电路(31)进行统计计算后，被送给窗口处理1(32)进行中心像素直方图处理的计算，完成第一级窗口处理。被处理后的数据被送入窗口处理2(33)进行降噪增强处理的计算，完成第二级窗口处理，并产生全部处理完成后的新的亮度信号Y’(11)。

由预置电路(42)通过预置阈值(34)和预置阈值(35)给窗口处理1(32)和窗口处理2(33)发送控制信息，以对处理计算作必要的条件限制。

由系统来的时钟信号CLK(24)、同步信号H(25)和V(26)被送到地址产生电路(27)产生整个窗口处理器所需要的地址信号，该地址信号同时被送到各个延时电路里。

两种色差信号Pr(6)、Pb(7)分别通过由1H缓存(36)、1H缓存(37)、延时缓存(38)和由1H缓存(39)、1H缓存(40)、延时缓存(41)构成的时间匹配电路产生匹配后的色差信号Pr’(12)和Pb’(13)。

处理后的亮度信号Y’(11)、色差信号Pr’(12)和Pb’(13)经过亮度逆变换(14)产生输出信号R’(15)、G’(16)、B’(17)。

本发明创造的优点及积极效果

1)适用于PDP的动态图象的实时增强处理；

2)适用于自然图像，处理的图像对象不要求区分内容类别；保持图像原有的主要特性，进行自适应多目标处理，用于改善图像的综合质量；

3)、由于采用了二级窗口多种综合处理，一定程度上可改善PDP显示图象的伪轮廓效应；

4)、可以在现有电路和软件的基础上只增加附加的处理软件或硬件即可实现，实现较简单；

5)、也可以用于任何其他的数字图像信号显示系统和应用方面。

6)、可以与其他的数字图像处理方法级联使用或组合使用，以达到更多的效果。

Claims (6)

1.用滑动窗口增强PDP综合图像质量的方法，其特征是：

首先对PDP要显示的图像数据按照与屏幕显示的对应关系，逐像素地以被处理像素为中心的一个滑动的小面积窗口中的所有像素的亮度值进行统计计算，接着在窗口内对被处理像素进行非线性的直方图均化，再进行降噪、细节增强和降低伪轮廓的处理，按照对应于图像由左至右、由上至下地逐像素地进行处理，即滑动窗口处理，从而对整幅图像的数据实现综合处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所说的对PDP要显示的图像逐像素顺序进行统计计算的步骤是：统计出窗口内所有像素的亮度值，并计算出它们的平均值、最小值和最大值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所说的对被处理像素进行非线性的直方图均化的步骤是：根据所统计出的窗口内所有像素的亮度值、平均值、最小值和最大值，按照直方图均化的一般方法计算被处理像素的新的亮度值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所说的降噪步骤是：通过适应该处理窗口的一个二维数字低通滤波器对噪声进行降低处理。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所说的细节增强步骤是：通过适应该处理窗口的一个二维数字高通滤波器对图像细节进行增强处理。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征是，该方法的算法集成在一个FPGA器件内，这个FPGA可以是和PDP控制电路的FPGA共用一个器件；也可以单独另用一个FPGA器件实现。

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