CN100590478C - 影像对比修正方法及其系统 - Google Patents

Abstract

一种显示器影像对比修正的方法与其系统，通过模糊理论分析液晶显示器即将显示的影像，通过模糊规则以及模糊决策分析，将修正强度分为复数个等级，依照目前影像的特性，调整影像的色彩。由于所有的影像分析、修正判断以及对比修正皆在一个画面时间内完成，因此可达到即时修正影像的功能。利用此对比修正方法，可避免发生过度修正或修正不足的情形发生，能正确的提升影像对比。本发明的目的是解决在有限亮度内做最大的影像颜色调整，使液晶显示器有较好的色彩品质。

Description

影像对比修正方法及其系统

技术领域

本发明涉及一种影像对比修正方法及其系统，特别是一种适用于液晶显示器影像对比修正方法及系统。

背景技术

液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)是一种重量轻、体积小、可节省更多空间、而低耗电、无辐射、低闪烁的屏幕装置。但在影像显示上有对比过低的缺点，使LCD所显示的画面无法与等离子屏幕(Plasma Display Panel，PDP)或者是阴极射线管显示器(Cathode RayTube，CRT)所呈现出的鲜明色彩品质相抗衡。对比太低的成因，是因为LCD在呈现黑画面时，液晶无法完全遮蔽背光光源，使得黑画面有漏光的现象，而产生黑画面不够暗的情形。因此，当LCD的黑画面不够暗时，若再加上因亮度不足所造成的白画面不够亮，则将导致LCD的对比不足。已知用来修正LCD对比的方法，大多是利用修正图像对比的方式，让画面色彩分布较为居中的色阶能被修正至更暗或更亮，使画面中偏亮或偏暗的色彩增加，呈现较为鲜明的色彩，以修正LCD先天对比的不足。

已知一种用来修正LCD对比的方法，是利用累计分布函数(Cumulative Distribution Function，CDF)分析输入的影像，然而累计分布的计算时间约略须耗费1～2个画面时间，因此不仅无法即时输出修正后的图像，亦需要增加大量的电子储存装置以方便函数计算。

已知另一种用来修正LCD对比的方法，是修正源极驱动集成电路的驱动电压，使得灰阶能呈现更亮或更暗的品质，利用此方法不须增加额外的生产成本、不浪费硬件空间。然而，外部硬件电路的数字模拟转换器(Digital-Analog Converter，DAC)部分的反应速度会限制画面分辨率的大小。且数字模拟转换器的消耗功率非常的大。

在液晶显示器中，对比决定了呈像品质的好坏，因此，如何在有限亮度内做最大的影像颜色调整，使液晶显示器有较好的色彩品质为一重要的课题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明之一目的在于提供一种液晶显示器影像对比修正的方法及其系统，藉由模糊理论分析液晶显示器即将显示的影像，并通过模糊决策规则，决定该影像所需的对比修正强弱。

本发明目的之一在于提供一种液晶显示器影像对比修正的方法及其系统，藉由模糊理论判断影像是否需要调整，再决定调整的幅度，可改善所有影像皆须用同一制式化的修正强度来调整修正。

本发明再一目的在于提供一种液晶显示器影像对比修正的方法及其系统，藉由模糊分析，将修正的强度分成数级，可避免发生过度修正或修正不足的情形发生，能正确的提升影像对比，使液晶显示器画面色彩更加鲜明，进而增加产品竞争力。

本发明又一目的在于提供一种液晶显示器影像对比修正的方法及其系统，藉由将影像画面分成两个部分：暗态及亮态，并利用模糊理论及分析决定修正的函数，使影像维持平均亮度不变，但呈色效果更好。

本发明又一目的在于提供一种液晶显示器影像对比修正的方法及其系统，藉由模糊理论及模糊决策分析，调整画面的影像色彩，所有的影像分析及修正判断皆在一个画面时间内完成，因此可节省运算时间，又可达到即时修正显示影像的对比，以补偿液晶显示器先天对比不足的缺点。

本发明又一目的在于提供一种液晶显示器影像对比修正的方法及其系统，利用画面抹除处理动作的同时进行模糊分析及决策判断，当下一个影像传送进来之前，便可将已修正的目前影像呈现，进而达到即时修正画面的目的。

本发明又一目的在于提供一种液晶显示器影像对比修正的方法及其系统，利用指数型影像修正函数进行影像修正，可维持画面该有的特性轮廓，在修正亮态及暗态的情况时，可避免失真的情况发生。

本发明又一目的在于提供一种液晶显示器影像对比修正的方法及其系统，通过即时模糊运算及模糊决策分析，建立一与待修正画面相对应的影像修正函数，灵活的将待修正画面的色彩修正至更鲜明。

为了达到上述目的，本发明提供了一种液晶显示器影像对比修正方法，包含以下步骤：

分析一影像的步骤，以建立该影像的一影像亮度分布直方图并储存该影像；

模糊化判断步骤，包含一第一模糊决策分析及一第二模糊决策分析，根据该影像亮度分布直方图的主要峰值以决定该影像的一修正强度函数，其中所述第一模糊决策分析是对该影像亮度分布直方图进行取样，以找出该影像亮度分布直方图中的该主要峰值，并利用一第一模糊决策规则表，判断该影像的一第一阶段模糊值，其中所述第二模糊决策分析包含一亮态模糊决策分析及一暗态模糊决策分析，是利用一第二模糊决策规则表，决定该影像所需的修正强度，该修正强度函数为指数方式呈现；

利用该修正强度函数进行该影像的亮度修正步骤；及

输出经过亮度修正的该影像的步骤。

为了达到上述目的，本发明提供了一种液晶显示器影像对比修正系统，包含：

一影像输入单元，其输入原始的一影像；

一模糊修正系统，进行一第一模糊决策分析及一第二模糊决策分析，用以分析上述影像及根据该影像的亮度分布直方图的主要峰值决定该影像的一修正强度函数，并根据该修正强度函数修正该影像的对比，其中所述的第一模糊决策分析是对该亮度分布直方图进行取样，以找出该亮度分布直方图中的该主要峰值，并利用一第一模糊决策规则表，判断该影像的一第一阶段模糊值，其中所述的第二模糊决策分析包含一亮态模糊决策分析及一暗态模糊决策分析，是利用一第二模糊决策规则表，决定该影像所需的修正强度，该修正强度函数为指数方式呈现；以及

一影像输出单元，将经过对比修正后的影像输出至一液晶显示器上。

通过上述技术特征，本发明的模糊系统将画面影像资料通过整体平均灰阶模糊化，接着从模糊决策规则库中决定修正的强度后，再搭配修正函数达到即时修正影像对比、补偿液晶显示器先天对比不足的功能。

以下借助于具体实施例配合所示附图详加说明，以便更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1为根据本发明一实施例的模糊修正系统硬件方块示意图。

图2为根据本发明一实施例的系统处理流程图。

图3为根据本发明一实施例的修正函数示意图。

图4为根据本发明一实施例的时序流程示意图。

图5A为根据本发明一实施例的亮度分布直方图。

图5B为根据本发明一实施例的模糊决策分析流程示意图。

图6为根据本发明一实施例的第一次模糊决策规则表。

图7为根据本发明一实施例的第二次模糊决策规则表。

图8为根据本发明的又一实施例的系统处理流程图。

图中符号说明

10                                   模糊修正系统

101                                  直方图储存单元

102                                  影像储存单元

103                                  平均亮度分析单元

104                                  模糊系统单元

105                                  修正单元

20、22                               步骤

201、202、203、204、205、206         步骤

30                                   影像平均亮度值

32                                   H修正函数曲线

34                                   M修正函数曲线

36                                   L修正函数曲线

38                                   N修正函数曲线

40                                   影像输入流程

401、402、403、404、405              时序

50                                   时序处理流程

501、502、503、504、505、506、507    时序

60                                   影像输出流程

601、602                             时序

70                                   亮度分布直方图

701、702                             峰值

703                                  平均亮度

704、705                             峰值

71                                   第一次模糊决策分析

710                                  峰值701的模糊决策分析

711                                  峰值702的模糊决策分析

712                                  峰值704的模糊决策分析

713                                  峰值705的模糊决策分析

72                              第二次模糊决策分析

720                             暗态模糊决策分析

721                             亮态模糊决策分析

80、82                          步骤

801、802、803、804、805、806    步骤

具体实施方式

以下以一较佳实施例来说明本发明之一实施例的液晶显示器影像对比修正方法及其系统。

请参阅图1，为根据本发明一实施例的模糊修正系统硬件方块示意图。如图所示，于本实施例中，模糊修正系统10包括一平均亮度分析单元103，用以分析输入的影像，并将影像亮度分布资料以及输入的影像分别储存至一直方图储存单元101以及一影像储存单元102中；待影像输入、分析、储存完毕后，模糊系统单元104开始利用模糊化分析影像，并决定影像所应修正的强弱。待模糊系统单元104决定修正强度后，修正单元105即会从影像储存单元102读出该影像，并利用经过模糊系统单元104决定的修正强度函数进行影像亮度修正，将修正后的影像呈现在液晶显示器面板上。另外，平均亮度分析单元103、直方图储存单元101、影像储存单元102、模糊系统单元104、以及修正单元105可结合成一模糊影像修正专用的可程序化(programmable)集成电路(IC)，不会增加液晶显示器的体积。

请参阅图2，为根据本发明一实施例的系统处理流程图。如图所示，于本实施例中，当影像输入(步骤20)时，分析输入的影像资料，从中找出影像画面的整体平均灰阶值并建立该影像的亮度分布直方图(步骤202)。并将亮度分布直方图以及所输入的影像分别储存(步骤201)；待影像输入(步骤20)、分析(步骤202)、储存(步骤201)完毕后，开始对亮度分布直方图进行取样动作，找出该亮度分布直方图中主要灰阶分布的峰值(步骤203)，并将该峰值与整体平均灰阶利用模糊化推导成一模糊集合(步骤204)，接着利用对照模糊决策规则，决定此画面欲修正的强弱(步骤205)。待决定修正强度后，即利用修正强度所对应的修正强度函数，进行影像亮度修正，加强对比(步骤206)，并将修正过后的影像输出至液晶显示器面板上(步骤22)。

于此实施例中，本发明根据所得的数据，建立一影像修正函式库并将的储存于一电子储存装置(如随机存取存储器RAM或只读存储器ROM)内，以供修正单元依照此影像修正函数进行影像对比修正。当模糊系统单元经过模糊运算以及模糊决策分析的后，会根据目前影像的特性，至预先储存的影像修正函式库中，寻找一最适当的影像修正函数，用以修正所有可能的影像。请参阅图3，为根据本发明一实施例的修正函数示意图。如图所示，影像修正函式库中所预先建立的影像修正函数，以原始输入亮度为X轴、修正后的输出亮度为Y轴，绘制出四条影像修正函数曲线，分别为H修正函数曲线32、M修正函数曲线34、L修正函数曲线36、N修正函数曲线38，其中，修正强度由大到小的排列为H修正函数曲线32＞M修正函数曲线34＞L修正函数曲线36＞N修正函数曲线38；换言之，若有一影像须利用H修正函数曲线32进行修正，即代表其影像色彩对比不足。再者，影像修正函数曲线32、34、36、38根据影像平均亮度值30为基准进行影像修正。举例说明：若有一影像的亮度分布主要皆分布于暗态(如夜景)，且须利用H修正函数曲线32进行影像修正，则影像中暗的部分便不需要再进行修正，因此，所有亮度落在影像平均亮度值30右侧的影像，皆需利用H修正函数曲线32上半部(平均亮度值30右侧的曲线)的曲线进行修正，将不够亮的影像调整至更亮，拉大暗态与亮态之间的对比。且，影像修正函数利用指数方式修正影像，能维持原本影像该有的特性轮廓，在修正亮态及暗态的情况下，不会有失真的情况发生。

请参阅图4，为根据本发明一实施例的时序流程示意图。如图所示，于此实施例中，影像输入流程40将第一画面的影像、第二画面的影像、第三画面的影像…等依序输入(时序401、时序403、时序405…等)，在影像输入流程40进行的同时，时序处理流程50、影像输出流程60也同步进行。举例说明：当第一画面的影像被传送进来时(时序401)，时序处理流程50开始同步计算影像平均亮度(时序502)以及储存影像及直方图(时序501)。当第一画面的影像传送(时序401)完毕时，液晶显示器面板会进行一画面抹除动作以俾利第二画面的影像传送(时序403)。当影像输入流程40进行第一画面的画面抹除处理(时序402)时，时序处理流程50同步进行亮度峰值取样(时序503)、模糊化(时序504)、模糊决策判断(时序505)及加强影像对比(时序506)的复数个动作；由于一般液晶显示器的画面抹除动作须耗费3000个时钟时间，然而，本发明的硬件架构处理亮度峰值取样(时序503)、模糊化(时序504)、模糊决策判断(时序505)及加强影像对比(时序506)的复数个动作只需花费500个时钟时间，因此，在第二画面的影像传送(时序403)进来之前，所有影像修正前所需的分析判断动作已完全处理完毕。待第二画面的影像传送(时序403)进来的同时，将第一画面修正后的影像输出(时序507)，影像输出流程60便将修正后的第一画面影像输出(时序601)呈现在液晶显示器上。可以理解的，第二画面的画面抹除处理(时序404)进行的同时，第二画面的影像(时序403)正在进行影像修正前所须的分析与判断(亮度峰值取样(时序503)、模糊化(时序504)、模糊决策判断(时序505)及加强影像对比(时序506))，待第三画面的影像传送(时序405)进来的同时，将第二画面修正后的影像输出(时序507)，影像输出流程60便将修正后的第二画面影像输出(时序602)呈现在液晶显示器上，依序将所有影像呈现。

请同时参阅图5A及图5B，为根据本发明一实施例的亮度分布直方图及模糊决策分析流程示意图。于此实施例中，将影像的亮度分布绘制成一以影像亮度与像素数量为坐标的亮度分布直方图70，利用亮度分布直方图70中主要峰值的高低与分布位置，通过模糊分析及模糊决策判断来决定修正的强弱。如图5A中所示，亮度分布直方图70中，依照平均亮度703为基准，上下各取两个主要峰值：峰值701、峰值702、峰值704、峰值705；接着分别将4个峰值701、702、704、705模糊化，并依据第一次模糊决策规则表(请参考图6，为根据本发明一实施例的第一次模糊决策规则表)进行第一次的模糊决策分析71(峰值701的模糊决策分析710、峰值702的模糊决策分析711、峰值704的模糊决策分析712、峰值705的模糊决策分析713)，以取得一第一阶段模糊值。待第一次模糊决策分析71后，再次进行第二次模糊决策分析72(暗态模糊决策分析720、亮态模糊决策分析721)分别决定暗态及亮态的修正强度：将暗态模糊决策分析720所得到的修正强度及亮态模糊决策分析721所得到的修正强度，利用第二次模糊决策规则表(请参考图7，为根据本发明一实施例的第二次模糊决策规则表)，以查表对照的方式，找出合适的修正函数。换言的，亦就是将影像画面分成两个部分：暗态及亮态，并利用模糊理论及分析决定修正的函数，使影像维持平均亮度不变，但呈色效果更好。

请参考图8，为根据本发明的又一实施例的系统处理流程图。如图所示，于本实施例中，当影像输入(步骤80)后，分析所输入的影像资料，从中找出画面的整体平均灰阶并建立该影像的亮度分布直方图(步骤802)。并将亮度分布直方图以及输入的影像资料分别储存(步骤801)；待影像输入(步骤80)、分析(步骤802)、储存(步骤801)完毕后，开始对亮度分布直方图进行取样动作，找出该亮度分布直方图中主要灰阶分布的峰值(步骤803)，其特征在于：将该峰值与整体平均灰阶利用模糊化推导成一模糊集合(步骤804)，接着利用模糊数(三角形模糊数、梯形模糊数、钟形模糊数或不规则模糊数)搭配模糊运算计算出一修正函数(步骤805)。待计算出一修正函数后，即利用此修正函数进行影像亮度修正，加强对比(步骤806)，并将修正过后的影像输出至液晶显示器面板上(步骤82)。

综合上述，本发明的实施例利用模糊理论分析目前液晶显示器即将显示的影像，通过模糊规则、模糊运算以及模糊决策分析，依照目前影像的特性，调整并修正影像的色彩。由于所有的影像分析、修正判断以及对比修正皆在一个画面时间内完成，因此可达到即时修正影像的目的。

以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使熟习此项技艺的人士能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以的限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (17)

1.一种影像对比修正方法，包含以下步骤：

分析一影像的步骤，以建立该影像的一影像亮度分布直方图并储存该影像；

模糊化判断步骤，包含一第一模糊决策分析及一第二模糊决策分析，根据该影像亮度分布直方图的主要峰值以决定该影像的一修正强度函数，其中所述第一模糊决策分析是对该影像亮度分布直方图进行取样，以找出该影像亮度分布直方图中的该主要峰值，并利用一第一模糊决策规则表，判断该影像的一第一阶段模糊值，其中所述第二模糊决策分析包含一亮态模糊决策分析及一暗态模糊决策分析，是利用一第二模糊决策规则表，决定该影像所需的修正强度，该修正强度函数为指数方式呈现；

利用该修正强度函数进行该影像的亮度修正步骤；及

输出经过亮度修正的该影像的步骤。

2.如权利要求1所述的影像对比修正方法，其中该方法是一种显示器影像对比修正方法。

3.如权利要求2所述的影像对比修正方法，其显示器为一液晶显示器。

4.如权利要求1所述的影像对比修正方法，其中，所述的分析一影像的步骤包括从该影像中找出画面的整体平均灰阶值。

5.如权利要求1所述的影像对比修正方法，其中，所述的修正强度可预先储存于模糊系统单元内，再对照该第二模糊决策规则表，利用查表的方式，决定该影像须使用的该修正强度函数。

6.如权利要求1所述的影像对比修正方法，其中，所述的模糊化判断步骤亦包括：将该主要峰值与整体平均灰阶利用模糊化推导成一模糊集合，再利用一模糊数搭配模糊运算，计算出适合该影像的该修正强度函数。

7.如权利要求6所述的影像对比修正方法，其中，所述的模糊数可为三角形模糊数、梯形模糊数、钟形模糊数或不规则模糊数。

8.如权利要求1所述的影像对比修正方法，其中，所述的模糊化判断步骤以及该影像亮度修正步骤是利用液晶显示器的一画面抹除时间进行。

9.如权利要求8所述的影像对比修正方法，其中，所述的模糊判断步骤以及所述的影像亮度修正步骤的总处理时间小于该液晶显示器的该画面抹除时间。

10.如权利要求1所述的影像对比修正方法，其中，在进行该影像输出步骤时，还包括该影像的下一影像的分析步骤以及储存步骤，该下一影像的该分析步骤以及该储存步骤亦与该影像输出步骤同步进行。

11.一种影像对比修正系统，包含：

一影像输入单元，其输入原始的一影像；

一模糊修正系统，进行一第一模糊决策分析及一第二模糊决策分析，用以分析上述影像及根据该影像的亮度分布直方图的主要峰值决定该影像的一修正强度函数，并根据该修正强度函数修正该影像的对比，其中所述的第一模糊决策分析是对该亮度分布直方图进行取样，以找出该亮度分布直方图中的该主要峰值，并利用一第一模糊决策规则表，判断该影像的一第一阶段模糊值，其中所述的第二模糊决策分析包含一亮态模糊决策分析及一暗态模糊决策分析，是利用一第二模糊决策规则表，决定该影像所需的修正强度，该修正强度函数为指数方式呈现；以及

一影像输出单元，将经过对比修正后的影像输出至一液晶显示器上。

12.如权利要求11所述的影像对比修正系统，其中，所述的模糊修正系统包含一平均亮度分析单元、一直方图储存单元、一影像储存单元、一模糊系统单元、以及一修正单元。

13.如权利要求12所述的影像对比修正系统，其中，所述的模糊修正系统将该平均亮度分析单元、该直方图储存单元、该影像储存单元、该模糊系统单元、该修正单元以及一时钟产生器整合为一可程序化的集成电路。

14.如权利要求12所述的影像对比修正系统，其中，该平均亮度分析单元提供该影像以及该影像的相关资料给该直方图储存单元、该影像储存单元以及该模糊系统单元。

15.如权利要求12所述的影像对比修正系统，其中，所述的模糊修正系统更包含一电子储存装置，以储存至少一影像修正函数，用以进行该影像的对比修正。

16.如权利要求15所述的影像对比修正系统，其中，所述的电子储存装置为随机存取存储器或只读存储器。

17.如权利要求11所述的影像对比修正系统，其中所述的模糊修正系统包含：将该主要峰值与整体平均灰阶利用模糊化推导成一模糊集合，再利用一模糊数搭配模糊运算，取得该影像的该修正强度函数。

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