CN100562893C - 动态对比伸张电路与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动态对比伸张电路，包括灰度级统计单元、运算单元和转换单元。其中，灰度级统计单元会接收一画面，并且将上述画面的灰度级分布分成多个统计区间，以统计每一统计区间的像素的个数，并得到多个统计值。当这些统计值其中任一大于一阈值时，运算单元会依据超过阈值的统计值与阈值间的差值来调整每一统计值。因此，转换单元就可以依据调整后的统计值而产生一转换数据，以对上述画面进行动态对比伸张。

Description

动态对比伸张电路与方法

技术领域

本发明有关于一种动态对比伸张的方法，且特别有关于一种利用阈值(Threshold Value)来进行动态对比伸张的方法。

背景技术

动态对比伸张(Dynamic Contrast Enhancement)是指将输入影像的灰度级进行重新的分配，其最大的目的是增加影像重点部份的动态范围，并且提高在视觉上影像特性的对比。以8比特的256灰度级影像为例，其灰度级会在0-255的范围内平均分布。但在实际的应用上，通常影片中影像的灰度级分布并非一成不变。

以影像处理而言，统计直方图均衡化是很经典且有效的图像增强技术。当接收到一画面数据时，传统上会对此画面的影像特性经过一定的变换后，使其成为均匀。众所皆知的，图像的统计直方图是图像中各像素对应的灰度级等级分布的近似机率密度函数。直方均衡化的意义在于，画面通过处理之后可以使得分布在每一个灰度级等级上的像素个数相等或大致上相等。然而，由于电路的限制，并没有办法做到每个灰度级统计的情况。

因此，现有的技术是将接收到画面分段来进行统计。图1A为某个画面的灰度级分布图，图1B则是依据现有技术所得到的图1A进行动态对比伸张的转换曲线图。请合并参照图1A和1B，在现有的技术中，会先将画面灰度级分布分为几个区间，以图1A而论，是分为n1(0-63)、n2(64-127)、n3(128-191)、n4(192-255)四个区间。接着，统计每一区间内像素的个数，而得到图1B所绘示的直方图。

假设，每一区间的统计值分别是n1为575、n2为374、n3为393、n4为97。因此，每个区间平均来说，应该分到360个像素。此时，在现有的技术中，会将每个区间的统计值除以360，而得到每个区间最新的斜率。以n1区间来说，则是将上述区间的统计值575除以360，而获得1.6的斜率值。当每个区间的斜率值都计算出来后，就可以得到如图1B所绘示的转换曲线101。因此，每个区间的像素个数都可以依据此转换曲线进行调整，而对画面进行动态对比伸张。

然而，并不是每个影像的灰度级分布都有如图1A所绘示般。图2A绘示了另一画面的灰度级分布图。请参照图2A，在有些画面中，大部分的像素有可能集中在某一灰度级的范围中，而依据上述现有的技术，就会得到如图2B的转换曲线。

请参照图2B，可以很明显的看出，由于在图2A中，像素的个数都集中在灰度级分布的第一个区间内。因此，会导致转换曲线201在一开始就会急遽的上升。而在其他的区间内，转换曲线201的斜率几近为0。

图2C为依据图2B的转换曲线201而得到最新的灰度级分布图。请参照图2C，我们可以很清楚的看到，若是利用现有技术来进行对比伸张，灰度级分布的第一个区间内，像素个数的分布比例明显地与原来不同，这就是画面被过度伸张而导致的失真现象。

另外，现有的技术也不适合用来处理具有黑底区域的画面影像。图3为一种具有黑底区域的画面的示意图。在有些画面中，会有正常显示区域301，以及不会显示画面而以全黑显现的区域303和305，我们称这些全黑的区域303和305就是黑底区域。

在现有的技术中，当要计算出转换曲线以对具有黑底区域的画面进行动态对比伸张时，会将黑底区域的像素个数一并统计。由于黑底区域并不是一个有效的显示区域，因此现有技术将黑底区域的像素个数列入统计的动作，有可能会使会面在进行动态对比伸张时而产生严重的失真。

发明内容

因此，本发明供一种动态对比伸张电路，可以利用一阈值来对画面进行动态对比伸张，使之不会有过度伸张的情形发生。

本发明也提供一种动态对比伸张的方法，可以避免画面进行对比伸张而导致失真。

本发明又提供一种动态对比伸张的方法，可以适当地处理具有黑底区域的画面，而不会使画面失真。

本发明所提供的动态对比伸张电路，包括灰度级统计单元、运算单元和转换单元。其中，灰度级统计单元会接收一画面，并且将上述画面的灰度级分布分成多个统计区间，以统计每一统计区间的像素的个数，并得到多个统计值。当这些统计值其中任一大于一阈值时，运算单元会依据超过阈值的统计值与阈值间的差值来调整每一统计值。因此，转换单元就可以依据调整后的统计值而产生一转换数据，以对上述画面进行动态对比伸张。

在较佳的实施例中，本发明所提供的伸张电路还包括比较器、比例缩放单元和分配器。其中，比较器可以接收画面的各种色彩灰度级值，并将其中最大者送至转换单元，以依据转换数据而得到转换后的色彩灰度级值。另外，比例缩放单元可以接收所有的色彩灰度级值，并依据转换单元的输出而计算出最大色彩灰度级值的缩放倍率，再将所接收到的色彩灰度级值乘以此缩放倍率，以得到缩放后的色彩灰度级值。而分配器则是电性连接比例缩放单元和转换单元，以用来依据比较器的运算结果而将转换后的色彩灰度级值和缩放后的色彩灰度级值输出。

从另一观点来看，本发明提供一种动态对比伸张的方法，包括将一画面的灰度级分布分为N个统计区间，而N为正整数。另外，统计每一统计区间内像素的个数，并且得到多个统计值。当这些统计值其中任一大于一阈值时，则依据超过阈值的统计值与阈值之间的差值来调整每一统计值，以获得一转换数据来对画面进行动态对比伸张。

在本发明的一个实施例中，获得转换数据的步骤还包括将超过阈值的统计值减去阈值，而获得二者间的差值，并且将超过阈值的统计区间的统计值以阈值取代。另外，将所获得的差值除以N而得到一调整值，并且将每一统计值加上调整值而获得最新的统计值，使得本发明能依据最新的统计值而获得转换数据。

另外，本发明所提供的方法还包括接收画面的多个色彩灰度级数据，并且定义其中最大者为一最大灰度级数据，而其余的定义为多个较小灰度级数据。另外，本发明将最大灰度级数据依据转换数据进行转换，而得到最新的最大灰度级数据，并且也将最新的最大灰度级数据除以原始的最大灰度级数据，并获得一缩放倍率。因此，本发明就可以将较小灰度级数据乘以此缩放倍率，并得到最新的较小灰度级数据，并且输出最新的最大灰度级数据和较小灰度级数据。

从另一观点来看，本发明另外提供一种动态对比伸张的方法，适于处理具有一正常显示区域和一黑底区域的画面。本发明包括将正常显示区域的灰度级分布分为N个统计区间，以统计每一统计区间的像素的个数，并且获得多个统计值。另外，本发明也会统计黑底区域的像素的个数，并且得到一黑底统计值。本发明会将黑底统计值除以N而得到一黑底调整值，并且将每一统计值加上黑底调整值，以对画面进行动态对比伸张。

从另一观点来看，本发明所提供的方法包括接收一画面，并且检测此画面是否有一黑底区域。若是检测出画面中没有黑底区域时，则将画面的灰度级分布区分为N个统计区间，以统计每一统计区间内像素的个数，并且得到多个统计值。而当这些统计值其中任一大于一阈值时，则依据超过阈值的统计值与阈值之间的差值来调整每一统计值，以获得一转换数据来对画面进行动态对比伸张。

相对地，当检测画面具有上述黑底区域时，则将上述画面除了黑底区域之外的正常显示区域的灰度级分布分为N个统计区间，以统计每一统计区间的像素的个数，并且获得多个统计值。另外，本发明也会统计黑底区域的像素的个数，并且得到一黑底统计值。本发明会将黑底统计值除以N而得到一黑底调整值，并且将每一统计值加上黑底调整值，以对画面进行动态对比伸张。

从以上可知，由于本发明依据超过阈值的统计值与阈值之间的差值，来调整每一统计区间的统计值。因此，就可以避免画面因为过度伸张而产生的失真。另外，由于本发明会独立处理黑底区域的数据。因此，本发明在处理具有黑底区域的画面时，就可以避免失真。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A为某个画面的灰度级分布图。

图1B则为依据现有技术所得到的图1A进行动态对比伸张的转换曲线图。

图2A为另一画面的灰度级分布图。

图2B为依据现有技术所得到的图2A进行动态对比伸张的转换曲线图。

图2C为依据图2B的转换曲线而得到最新的灰度级分布图。

图3为一种具有黑底区域的画面的示意图。

图4为依照本发明的一较佳实施例的一种动态对比伸张的方法的步骤流程图。

图5为依照本发明的一较佳实施例的一种动态对比伸张的方法的示意图。

图6为依照本发明的一较佳实施例的一种获得转换数据的步骤流程图。

图7为依照本发明较佳实施例的一种转换曲线图。

图8为依照本发明另一较佳实施例的一种动态对比伸张的方法的步骤流程图。

图9为依照本发明一较佳实施例的一种动态对比调整电路的电路方块图。

图10为依照本发明一选择实施例的一种动态对比调整电路的电路方块图。

图11为依照本发明一较佳实施例的一种同时进行色彩转换的动态对比伸张的步骤流程图。

具体实施方式

图4为依照本发明一较佳实施例的一种动态对比伸张方法的步骤流程图，适于处理一画面信息。请参照图4，当接收到一画面时，本发明会如步骤S401所述，将接收的画面的灰度级分布分为N个统计区间，并且如步骤S403所述，统计每个统计区间内的像素的个数，并获得多个统计值。其中，N为正整数。

假设本发明要对图2A所描述的画面信息进行动态对比伸张时，会先将图2A的灰度级分布分为N个统计区间，以图2A来说，N等于4。也就是说，本发明可以将图2A中的灰度级分布分为n1、n2、n3和n4四个统计区间，然后再统计每个统计区间内的像素个数。虽然在本实施例中，是将灰度级分布分为四个统计区间，然而在此领域具有通常知识者应当知道，任何数目的统计区间都为本发明所包括。

图5为依照本发明一较佳实施例的一种动态对比伸张方法的示意图。请合并参照图4和图5，当统计完每个统计区间内像素的个数后，会产生多个统计值，例如图5中方块501、503、505和507，分别代表每个统计区间的统计值。接着，进行步骤S405，就是判断是否所有的统计值都不大于一阈值TH1。若是所有的统计值都不大于阈值TH1时，则如步骤S407所述，使上述画面进行现有的动态对比伸张。

相对地，假设有任何的统计值超过阈值，则如步骤S409所述，依据超过阈值TH1的统计值与阈值TH1之间的差值而获得一转换数据来对画面进行动态对比伸张。

图6为依照本发明一较佳实施例的一种获得转换数据的步骤流程图。请合并参照图5和图6，假设在图5中，每个统计区间的原始统计值如下所示：

n1：1360

n2：70

n3：5

n4：5

而阈值TH1假设为540。因此，统计区间n1的统计值明显高于阈值。此时，就如步骤S601所述，将超过阈值的统计值减去阈值而得到二者的差值。因此，将统计区间n1的统计值减去阈值TH1之后，可以得到二者的差值为820。接着，将此超过阈值的统计区间内的统计值，以阈值取代。因此，统计区间内的统计值就更改为540。

接着，进行步骤S603，就是将二者的差值除以N而获得一调整值。在本实施例中，N等于四。因此，差值除以4之后，可以得到统计值为205。接着，如步骤S605将每一统计值加上调整值而获得最新的统计值，例如图5中，方块511、513、515和517所代表的值。详细的计算式如下：

n1：540+205＝745

n2：70+205＝275

n3：5+205＝210

n4：5+205＝210

至此，本发明就可以如步骤S607所述，依据最新的统计值而获得转换数据。如图7所示，其为依照本发明较佳实施例的一种转换曲线图。请参照图7，转换曲线701是依照图5中最新的统计值所获得的转换曲线。与图2C所绘示的转换曲线201相比，本发明所获得的转换曲线更接近1∶1的比例。因此，画面较不易失真。

图8为依照本发明另一较佳实施例的一种动态对比伸张方法的步骤流程图。请参照图8，当本发明检测到所接收的画面具有黑底区域时，则可以先如步骤S801所述，将除了黑底区域之外其他正常显示画面的灰度级分布分为N个统计区间。同样地，本发明会先统计每一统计区间内像素的个数，并且获得多个统计值，也就是步骤S803所述。

接下来较特别的是，如步骤S805所述，统计黑底区域内像素的个数，并且得到一黑底统计值。假设，N等于4，也就是将所接收到的画面的灰度级分布分为四个统计区间(n1、n2、n3和n4)，而每个统计区间的统计值如下：

n1：560

n2：70

n3：5

n4：5

假设，黑底统计值为800。此时，800除以4就可以得到一黑底调整值200，就如步骤S807所述。接着，如步骤S809所述，将每一统计值都加上黑底调整值，而获得新的统计值，例如：

n1：560+200＝760

n2：70+200＝270

n3：5+200＝205

n4：5+200＝205

接着，本发明可以将每一统计区间内新的统计值如图4和图6所述的步骤流程进行处理，以对画面进行动态对比伸张。

图9为依照本发明一较佳实施例的一种动态对比调整电路的电路方块图。请参照图9，为了要实现上述的方法，本发明提出了动态对比调整电路900，包括灰度级统计单元902、运算单元904和转换单元906。

请继续参照图9，灰度级统计单元902用来接收一画面，并且将此画面的灰度级分布分为数个统计区间，并且统计每个统计区间内像素的个数，并且获得数个统计值数据。而灰度级统计单元902会将这些统计值数据ND送至运算单元904。

在有些选择实施例中，灰度级统计单元902还可以检测所接收的画面是否有黑底区域。若是检测出所接收的画面具有黑底区域时，则灰度级统计单元902还可以统计出黑底区域的像素个数，并且获得一黑底统计值BD给运算单元904进行处理。

当运算单元904接收到灰度级统计单元902所输出的统计数据后，就会将这些统计数据与阈值TH1进行如图4、图6或图8的处理，并且获得新的统计值数据C1给转换单元906。因此，转换单元906就可以依据新的统计值数据而获得例如转换曲线等的转换数据TD，以对画面进行动态对比伸张。

由于画面在进行动态对比伸张时，其色彩灰度级也有可能产生颜色的离异，而使得画面看起来非常的不自然。因此，图10为依照本发明一选择实施例的一种动态对比调整电路的电路方块图。请参照图10，在一些选择实施例中，动态对比调整电路900还可以包括比较器1002、比例缩放单元1004和分配器1006，用来同步处理画面的色彩灰度级的转换。

图11为依照本发明一较佳实施例的一种同时进行色彩转换的动态对比伸张的步骤流程图。请合并参照图10和图11，比较器1002是用来接收画面的各色彩灰度级数据。在本实施例中，这些色彩灰度级数据例如是红色色彩灰度级数据R、绿色色彩灰度级数据G和蓝色色彩灰度级数据B，然而本发明并不以此为限。另外，定义这些色彩灰度级数据中最大者为最大灰度级数据Max，而其余的色彩灰度级数据则定义为较小灰度级数据Min_a和Min_b，就如步骤S1101所述。

当比较器1002接收到这些色彩灰度级数据后，会将最大灰度级数据送至转换单元906。因此，转换单元906就如步骤S1103所述，依据转换数据来转换最大灰度级数据，而得到最新的最大灰度级数据，并且转换单元906将此最新的最大灰度级数据传送至比例缩放单元1004。

在本实施例中，比例缩放单元1004包括除法器1112和乘法器1114。当转换单元906将输出送至比例缩放单元1004时，除法器1112会如步骤S1105所述，将最新之最大灰度级数据除以原始之最大灰度级数据Max，而获得一缩放倍率K1，并且送至乘法器1114。因此，乘法器1114会进行步骤S1107，就是将较小灰度级数据乘以此缩放倍率K1，而得到最新的较小灰度级数据。

另外，比例缩放单元1004会如步骤S1109所述，输出最新的最大灰度级数据和较小灰度级数据给分配器1006。而分配器1006则依据比较器1002所产生的选择信号SEL，而将转换后的色彩灰度级数据R’、G’和B’输出。

综上所述，本发明至少有以下优点：

1.由于本发明是利用超过阈值之统计区间的统计值与阈值间的差值来产生转换数据，因此就可以使得画面在进行动态对比伸张时不致产生失真。

2.由于本发明另外对黑底区域的数据进行处理，因此也可以避免在处理具有黑底区域的画面时所造成的画面失真。

3.本发明同时也对各色彩灰度级进行同步的转换，因此画面较不会产生颜色的离异而造成失真。

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，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求所界定的为准。

Claims (15)

1.一种动态对比伸张电路，包括：

一灰度级统计单元，接收一画面，并将上述画面的灰度级分布分成多个统计区间，以统计每一统计区间的像素的个数，并得到多个统计值；

一运算单元，电性连接上述灰度级统计单元，用以当上述统计值其中任一大于一阈值时，将超过阈值的统计值减去上述阈值，而获得二者间的差值，并将超过上述阈值的统计区间的统计值以上述阈值取代，将上述差值除以N而获得一调整值，将每一上述统计值加上上述调整值而获得多个最新的统计值，其中每一上述统计值是指没有超过阈值的统计值以及已经被阈值取代的统计值，其中N为正整数；以及

一转换单元，电性连接上述运算单元，依据上述最新的统计值而产生一转换数据，以对上述画面进行动态对比伸张。

2.如权利要求1所述的动态对比伸张电路，其特征在于，还包括：

一比较器，接收上述画面的多个色彩灰度级值，并将上述色彩灰度级值的一最大色彩灰度级值送至上述转换单元，以使该转换单元依据上述转换数据而得到一转换后的最大色彩灰度级值；

一比例缩放单元，接收上述比较器的所有上述多个色彩灰度级值以及上述转换单元的上述转换后的最大色彩灰度级值，并依据上述转换单元的输出而计算出原始的上述最大色彩灰度级值与上述转换后的最大色彩灰度级值之间的一缩放倍率，再将上述比较器所接收的上述色彩灰度级值中除了上述最大色彩灰度级值外的其余色彩灰度级值乘以上述缩放倍率，以得到缩放后的色彩灰度级值；以及

一分配器，电性连接上述比例缩放单元和上述转换单元，用以依据上述比较器的运算结果而将上述转换后的最大色彩灰度级值和缩放后的色彩灰度级值输出。

3.如权利要求2所述的动态对比伸张电路，其特征在于，上述比例缩放单元包括：

一除法器，用以将上述转换后的最大的色彩灰度级值除以原始的上述最大色彩灰度级值，而获得上述缩放倍率；以及

一乘法器，将上述比较器所接收的上述色彩灰度级值中除了上述最大色彩灰度级值之外的其余色彩灰度级值乘以上述缩放倍率，而得到缩放后的色彩灰度级值。

4.如权利要求2所述的动态对比伸张电路，其特征在于，上述比较器所接收的上述色彩灰度级值包括红色色彩灰度级值、绿色色彩灰度级值和蓝色色彩灰度级值。

5.如权利要求1所述的动态对比伸张电路，其特征在于，上述转换数据包括一转换曲线。

6.一种动态对比伸张的方法，包括下列步骤：

将一画面的灰度级分布分为N个统计区间，其中N为正整数；

统计每一统计区间内像素的个数，并得到多个统计值；

当上述统计值其中任一大于一阈值时，将超过阈值的统计值减去上述阈值，而获得二者间的差值，并将超过上述阈值的统计区间的统计值以上述阈值取代；

将上述差值除以N而获得一调整值；

将每一上述统计值加上上述调整值而获得多个最新的统计值，其中每一上述统计值是指没有超过阈值的统计值以及已经被阈值取代的统计值；以及

依据上述最新的统计值而获得转换数据，以对上述画面进行动态对比伸张。

7.如权利要求6所述的动态对比伸张的方法，其特征在于，还包括下列步骤：

接收上述画面的多个色彩灰度级数据，并定义其中最大者为一最大灰度级数据，而其余的定义为多个较小灰度级数据；

将上述最大灰度级数据依据上述转换数据进行转换，而得到一最新的最大灰度级数据；

将上述最新的最大灰度级数据除以原始的上述最大灰度级数据，并获得一缩放倍率；

将上述较小灰度级数据乘以上述缩放倍率，并得到最新的上述较小灰度级数据；以及

输出上述最新的最大灰度级数据和上述最新的较小灰度级数据。

8.如权利要求7所述的动态对比伸张的方法，其特征在于，上述色彩灰度级数据包括红色色彩灰度级值、绿色色彩灰度级值和蓝色色彩灰度级值。

9.如权利要求6所述的动态对比伸张的方法，其特征在于，上述转换数据为一转换曲线。

10.一种动态对比伸张的方法，适于处理一画面，而上述画面分为一正常显示区域和一黑底区域，上述动态对比伸张的方法包括下列步骤：

将上述正常显示区域的灰度级分布分为N个统计区间，其中N为正整数；

统计每一统计区间的像素的个数，并获得多个统计值；

统计上述黑底区域的像素的个数，并得到一黑底统计值；

将上述黑底统计值除以N而得到一黑底调整值；以及

将上述多个统计值中的每一个加上上述黑底调整值，以对上述画面进行动态对比伸张。

11.如权利要求10所述的动态对比伸张的方法，其特征在于，还包括下列步骤：

接收上述画面的多个色彩灰度级数据，并定义其中最大者为一最大灰度级数据，而其余的定义为多个较小灰度级数据；

将上述最大灰度级数据依据转换数据进行转换，而得到一最新的最大灰度级数据，其中依据上述多个统计值中的每一个加上上述黑底调整值而得到的最新统计值获得上述转换数据；

将上述最新的最大灰度级数据除以原始的上述最大灰度级数据，并获得一缩放倍率；

将上述较小灰度级数据乘以上述缩放倍率，并得到最新的上述较小灰度级数据；以及

输出上述最新的最大灰度级数据和上述最新的较小灰度级数据。

12.如权利要求11所述的动态对比伸张的方法，其特征在于，上述色彩灰度级数据包括红色色彩灰度级值、绿色色彩灰度级值和蓝色色彩灰度级值。

13.如权利要求10所述的动态对比伸张的方法，其特征在于，上述转换数据为一转换曲线。

14.一种动态对比伸张的方法，包括下列步骤：

接收一画面；

检测上述画面中是否有一黑底区域；

当上述画面中没有上述黑底区域时，则包括下列步骤：

将上述画面的灰度级分布区分为N个统计区间，其中N为正整数；

统计每一统计区间内像素的个数，并得到多个统计值；

当上述统计值其中任一大于一阈值时，将超过阈值的统计值减去上述阈值，而获得二者间的差值，并将超过上述阈值的统计区间的统计值以上述阈值取代；

将上述差值除以N而获得一调整值；

将每一上述统计值加上上述调整值而获得多个最新的统计值，其中每一上述统计值是指没有超过阈值的统计值以及已经被阈值取代的统计值；以及

依据上述最新的统计值而获得转换数据，以对上述画面进行动态对比伸张。

15.如权利要求14所述的动态对比伸张的方法，其特征在于，包括下列步骤：

当检测上述画面具有上述黑底区域时，则包括下列步骤：

将上述画面除了上述黑底区域之外的正常显示区域的灰度级分布分为N个统计区间；

统计每一统计区间的像素的个数，并获得多个统计值；

统计上述黑底区域的像素的个数，并得到一黑底统计值；

将上述黑底统计值除以N而得到一黑底调整值；以及

将上述多个统计值中的每一个加上上述黑底调整值，以对上述画面进行动态对比伸张。

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