CN101098394A - 图像调整方法与装置 - Google Patents

Abstract

一种图像调整之方法与装置，系根据一图像之灰度值分布产生一多次方曲线函数，以及根据该多次方曲线函数调整该图像之各个像素的灰度值，以强化该图像之对比，进而提升该图像之品质。

Description

图像调整方法与装置

技术领域

本发明系提供一种图像调整之方法与装置，尤指一种调整图像的灰度值之方法与装置。

背景技术

液晶显示器为一种被动式发光显示器，一般藉由背光模块提供光源，并利用液晶调整光通量，以产生不同灰度的图像。但液晶显示器之显示画面有时因图像之对比不明显而会有图像不清楚的问题。举例来说，当一图像之各个像素之灰度值分布得较集中于一低灰度区域时，该图像会有偏暗之情形，且该图像之各个像素会因灰度值较接近，而造成该图像之对比不明显，甚至使得该图像之细部较不容易辨别，进而导致该图像不清楚。

为了改善上述问题，已知提出一种图像调整方法，系部分调高一图像之像素的灰度值，以增加亮度并拉开部分像素的灰度值间距。虽然上述方法可增加该图像之亮度，而使该图像更清楚，但有可能会造成阴暗处的细节太过明显，甚至产生过多的噪声，进而使该图像品质降低且看起来不自然。

发明内容

因此，本发明之主要目的，即是要提出一种调整图像的灰度值以强化图像对比之方法与其装置，以解决上述之问题。

本发明强化图像对比之方法包含根据一图像之灰度值分布产生一多次方曲线函数，以及根据该多次方曲线函数调整该图像之各个像素的灰度值。如此该图像会具有较佳之对比，进而提升该图像之品质。

本发明强化图像对比之图像处理装置包含有一图像信号侦测单元，用以接收一图像，根据该图像产生一灰度值分布图，并根据该灰度值分布图以决定一高灰度值与一低灰度值；一图像调整函数产生单元，用以根据该高灰度值和该低灰度值产生一多次方曲线函数；以及一图像信号调整单元，用以根据该多次方曲线函数调整该图像之各个像素的灰度值。

附图说明

第1图为本发明图像调整方法所接收之一图像的示意图。

第2图为第1图图像之灰度值分布图。

第3图为第1图图像经过第一处理过程后之新灰度值分布图。

第4图为根据第2图灰度值分布图产生之三次方曲线图。

第5图为第1图图像经过第一处理过程和第二处理过程后之最终灰度值分布图。

第6图为本发明图像调整方法的流程图。

第7图为第1图图像之红蓝绿三个灰度值分布曲线的示意图。

第8图为本发明液晶显示器的示意图。

第9图为本发明调整图像之图像处理装置之第一实施例的示意图。

第10图为本发明调整图像之图像处理装置之第二实施例的示意图。

第11图为本发明调整图像之图像处理装置之第三实施例的示意图。

第12图为本发明调整图像之图像处理装置之第四实施例的示意图。

第13图为本发明利用内插法运算来产生三次方曲线函数的示意图。

第14图为第1图图像经由本发明图像调整之方法处理后的示意图。

第15图为本发明依据高灰度值与低灰度值所产生之三次方曲线图。

第16图为本发明依据高灰度值、低灰度值与平均灰度值所产生之三次方曲线图。

第17图为本发明图像调整方法依据各种情况产生之三次方曲线图。

第18图为本发明图像调整方法依据各种情况产生之灰度值分布曲线图。

具体实施方式

为了描述本发明图像调整之方法，以下将以一详细实施例说明之，而非用以限定本发明之范围。本发明图像调整之方法大致上可分为两部分，即第一处理过程与第二处理过程。第一处理过程用来调整一图像之各个像素的灰度值以强化图像对比，而第二处理过程用来等比例调高该图像之各个像素的灰度值以提高该图像之亮度。请参考第1图至第4图。第1图系本发明方法所接收之一图像100的示意图；第2图系第1图图像100之灰度值分布图200，在接收到一图像100之信号后，本发明之图像调整方法会统计图像100之各个像素的灰度值以产生一灰度值分布图200，其横轴Y代表灰度值，而纵轴N(Y)代表该图像100中具有灰度值Y之像素个数N，最大灰度值Y_max代表此图像100之像素中最大之灰度值，而极限灰度值Y_limit则代表此显示器所能显示之极限灰度值(例如一使用8bit数据驱动器之显示器，其能显示之极限灰度值Y_limit＝255，但使用者也可自行定义其Y_limit值)；第3图系第1图中之图像100经过第一处理过程后所产生之灰度值分布图300，其横轴Y代表灰度值，而纵轴N(Y)代表该图像100中具有灰度值Y之像素个数N，经由第一处理过程后，图像100之灰度值分布曲线301较第2图之灰度值分布曲线201更为宽广；第4图系根据第2图灰度值分布图200产生之三次方曲线图400，其横轴Y代表输入的灰度值，其纵轴Y′代表输出的灰度值。

灰度值分布图200的产生方式大致上有三种。第一种方式系从图像100之各个像素之红蓝绿三个灰度值YR、YB、YG中决定一灰度值加以统计而得到灰度值分布图200，例如一像素之三个灰度值分别为YR＝100、YG＝150、YB＝110，若要决定一灰度值用以统计，可以取最大值即YG＝150为灰度值Y，或取三个灰度值之平均值即(100+150+110)/3＝120为灰度值Y，或将三个灰度值各乘以一预设百分比再加以累加成为灰度值Y，而红蓝绿三个灰度值所相对应之预设百分比加起来之总合为1，例如W_R、W_G、W_B分别代表YR、YG、YB所需乘上的百分比，若其中W_R＝60％、W_G＝20％、W_B＝20％，则计算100×60％+150×20％+110×20％＝112可得112为灰度值Y。

第二种方式系分别由各个像素之红蓝绿三个灰度值分布加以累加而得到灰度值分布图200，如第7图所示，分别统计图像100之各个像素之红蓝绿三个灰度值可得到红蓝绿三个灰度值分布曲线R、B、G，再将红蓝绿三个灰度值分布曲线R、B、G加以累加即可得到灰度值分布图200。

第三种方式系将红蓝绿三个灰度值分布曲线R，B，G各乘以一预设百分比再加以累加得到灰度值分布图200，而红蓝绿三个灰度值分布曲线R，B，G所相对应之预设百分比加起来之总合为1。

接下来本发明之图像调整方法则根据灰度值分布图200以决定一高灰度值YH、一低灰度值YL与一平均灰度值YM。本发明进而根据该高灰度值YH、低灰度值YL与平均灰度值YM产生一三次方曲线图400。然而，本发明亦可只产生高灰度值YH和低灰度值YL，而不产生平均灰度值YM，并进而根据该高灰度值YH和低灰度值YL产生三次方曲线图400。三次方曲线图400系用来将图像100之各个像素的灰度值Y映射至一新的灰度值Y′，如此调整过后的图像110，请参照第14图，将具有较佳之对比。请参照第15图，其为依据高灰度值YH与低灰度值YL所产生之三次方曲线图，而第16图则为依据高灰度值YH、低灰度值YL与平均灰度值YM所产生之三次方曲线图。理论上，第15图与第16图之差异不至于太大，但第16图之弹性较大，因为若知道原始图像的平均灰度值YM，则可立即得知此张图像其平均亮度偏暗或偏亮。例如，若平均灰度值YM偏低，则第16图中调亮的幅度会比第15图更多。

高灰度值YH和低灰度值YL之决定方式，是将某部分之灰度值个数总合除以全部像素之个数总合等于一预设百分比(例如5％)时所决定产生。以本发明之灰度值分布图200为例，假设使用8bit数据驱动器，即显示器可显示0到255灰度。首先，由公式(1)计算图像100之全部像素之个数总合Total：

$\underset{Y=0}{\overset{Y=255}{\mathrm{\Σ}}}N\left(Y\right)=\mathrm{Total}---\left(1\right)$

假设预设百分比C1＝5％，预设百分比C1是由设计者设定用以决定低灰度值YL的一预设值，则透过公式(2)可决定出低灰度值YL：

$\frac{\underset{Y=0}{\overset{Y=\mathrm{YL}}{\mathrm{\Σ}}}N\left(Y\right)}{\mathrm{Total}}\≥C1=5\%---\left(2\right)$

同样的，假设预设百分比C2＝5％，预设百分比C2是由设计者设定用以决定高灰度值YH的一预设值，则透过公式(3)可决定出高灰度值YH：

$\frac{\underset{Y=255}{\overset{Y=\mathrm{YH}}{\mathrm{\Σ}}}}{\mathrm{Total}}\≥C2=5\%---\left(3\right)$

而平均灰度值YM为图像100之所有像素之灰度值的平均值，可由公式(4)决定之：

$\mathrm{YM}=\frac{\underset{Y=0}{\overset{Y=255}{\mathrm{\Σ}}}(N\left(Y\right)\×Y)}{\mathrm{Total}}---\left(4\right)$

或者，平均灰度值YM亦可为图像100中具有最多像素个数之灰度值，可由公式(5)决定之：

N(YM)＝Max(N(0)，N(1)，N(2)...，N(255))    (5)

请参照第2图，在本发明的较佳实施例中，其中：

$C1>\frac{1}{\mathrm{Total}},$ $C2>\frac{1}{\mathrm{Total}},$ 且C1+C2＜50％     (6)

此种C1与C2的设定，将使得所找出的高灰度值YH、低灰度值YL非为图像100中灰度值的最大值或最小值(例如第2图中的最大灰度值Y_max与0灰度)，而是分别为一相对大值与一相对小值，而且可以保证灰度值位于YH与YL之间的N(Y)总和大于Total的50％，亦即：

$\underset{Y=\mathrm{YL}}{\overset{Y=\mathrm{YH}}{\mathrm{\Σ}}}N\left(Y\right)>\mathrm{Total}\×50\%---\left(7\right)$

在产生高灰度值YH和低灰度值YL之后，本发明可根据高灰度值YH和低灰度值YL产生比例常数r1和比例常数r2。比例常数r1和r2为分别针对YH与YL所设计，其值分布在0～1之间，其目的为决定新高灰度值YH′与新灰度值YL′(后详叙)的依据，若比例常数r1和r2越大，则|YH′-YH|与|YL′-YL|之值越大。假设一使用8bit数据驱动器之显示器，其可显示0到255灰度，则产生二比例常数之算式可表示如下：

$r1=\sqrt{[\sin {(\frac{B}{128}\×\frac{\mathrm{\π}}{2})}^4\×\sin {(\frac{C}{128}\×\frac{\mathrm{\π}}{2})}^2]}---\left(8\right)$

$r2=\sqrt{[\sin {(\frac{B}{128}\×\frac{\mathrm{\π}}{2})}^4\×\sin {(\frac{A}{128}\×\frac{\mathrm{\π}}{2})}^2]}---\left(9\right)$

请参照第2图，由于一8位元图像具有0至255的灰度值，因此算式(8)和算式(9)中的数字128代表使用8bit数据驱动器之显示器之中间灰度值，而A系由低灰度值YL减去0所得而来，亦即A＝YL-0＝YL，B系由高灰度值YH减去低灰度值YL所得而来，亦即B＝YH-YL，C系由255(8位元图像之极限灰度值Y_limit)减去高灰度值YH所得而来，亦即C＝255-YH。

再根据比例常数r1，比例常数r2，以及平均灰度值YM可产生一新高灰度值YH′和一新低灰度值YL′。以一使用8bit数据驱动器之显示器而言，产生新高灰度值YH′和新低灰度值YL′之算式可表示如下：

${\mathrm{YH}}^{\′}=\mathrm{YH}+F1\×r1\×[1+\frac{64-\mathrm{YM}}{128}]---\left(10\right)$

${\mathrm{YL}}^{\′}=\mathrm{YL}-F2\×r2\×[1+\frac{\mathrm{YM}-192}{128}]---\left(11\right)$

其中，算式(10)和算式(11)中的数字64，128，和192系对应于该使用8bit数据驱动器之显示器所套用的常数，设计者可根据不同的图像或需求进行调整，通常可使用对称性的常数，但若设计者欲定义新高灰度值YH′与新低灰度值YL′其不同之权重，亦可调整使其整组常数偏高或偏低。而若本发明方法只产生高灰度值YH和低灰度值YL，而不产生平均灰度值YM，则产生新高灰度值YH′和新低灰度值YL′之算式可表示如下：

YH′＝YH+F1×r1    (12)

YL′＝YL-F2×r2    (13)

其中，F1和F2为最大之灰度偏移量，而比例常数r1与r2则代表使用此最大之灰度偏移量之百分比。例如，若YH＝150，YL＝50，F1＝30，F2＝30，r1＝0.8，r2＝0.5，则YH′＝150+30×0.8＝174，YL′＝50-30×0.5＝35。所以若F1、F2其设定值越大，则YH′、YL′与原始灰度值YH、YL之差值会越大，但太大的F1、F2值虽使得图像对比增加较多，但容易使人眼产生不真实的感觉，故可依据人眼实验定出合理的F1、F2值。习知三次方曲线可决定出包含2个转折点的S型曲线，而此2个转折点，刚好可代表本发明中YH改变至YH′和YL改变至YL′之过程，且此转折点为连续性滑顺(smooth)变化，有别于使用分段式的线性直线，人眼较不易感觉出调整点与其他点之间的改变关系。由于一三次方曲线通常可表示为f(x)＝ax³+bx²+cx+d，因此将(0，0)，(YL，YL′)，(YH，YH′)，以及(255，255)四个座标点代入f(x)＝ax³+bx²+cx+d中，即可求得a，b，c，d四个值，如第4图，可得知本发明之三次方曲线图400。举例来说，例如(YL，YL′)＝(20，15)，(YH，YH′)＝(150，170)，故可将(0，0)、(20，15)、(150，170)、(255，255)当成四个已知解代入方程式f(x)＝ax³+bx²+cx+d，经由解联立方程式可得知a＝-0.000018，b＝0.006，c＝0.6372，d＝0。再根据三次方曲线图400将图像100之各个像素的灰度值Y映射至一新灰度值Y′，亦即Y′＝aY³+bY²+cY+d，如此图像100之各个像素之新灰度值Y′将会如新灰度值分布图300般分布较均匀。

另外，虽然第4图之三次方曲线图400为一S形曲线图，然而三次方曲线图400会因各个图像之灰度值分布的不同而有不同的线形。请同时参照第17图和第18图，举例来说，当图像100之灰度值Y分布较集中于一高灰度区域时，例如灰度值分布曲线183，则三次方曲线图400有可能会为一U形曲线图173，以整体拉低图像100之各个像素的灰度值Y。相对地，当图像100之灰度值Y分布较集中于一低灰度区域时，例如灰度值分布曲线182，则三次方曲线图400有可能会为一倒U形曲线图172，以整体拉高图像100之各个像素的灰度值Y。而当图像100之灰度值Y分布较集中于一中央灰度区域时，例如灰度值分布曲线181，则三次方曲线图400即为一S形曲线图171，以均衡调整图像100之各个像素的灰度值Y。

请同时参考第3图和第5图，第5图系第1图图像100经过第一处理过程和第二处理过程后之最终灰度值分布图500。经过第一处理过程后，若图像100之最大灰度值Y_max′仍小于极限灰度值Y_limit，则本发明将继续第二处理过程。举例来说，若图像100系一8位元图像，则图像100之极限灰度值Y_limit为255灰度，假设调整过后之图像100的最大灰度值Y_max′为200灰度时，则本发明会将图像100之各个像素之新灰度值Y′乘以一特定比例R，产生特定比例R之算式(14)可表示如下：

$R=\frac{Y\_\mathrm{limit}}{Y\_{\max }^{\′}}---\left(14\right)$

因此，上述之假设例子中，R＝255/200＝1.275。再将图像100之各个像素之新灰度值Y′乘以一特定比例R(本例子中为1.275)后可得到图像100之各个像素之最终灰度值Y″，亦即Y″＝Y′×R，而第二处理过程后之图像100之最大灰度值Y_max″会等于极限灰度值Y_limit。如第5图所示，灰度值分布曲线501较灰度值分布曲线301集中于较高灰度之区域，因此最终灰度值分布图500之总合的灰度值会较新灰度值分布图300之总合的灰度值大，换句话说，第二处理过程提高了图像100之整体亮度。

请参考第8图，第8图系本发明液晶显示器800的示意图。液晶显示器800包含一液晶显示面板810以及一背光模块820。当本发明应用于液晶显示器800以显示图像时，液晶显示面板810所显示之图像在经过第一处理过程和第二处理过程后会具有较佳之对比和更高之亮度，因此本发明可相对应地根据特定比例R降低液晶显示器800之背光模块820的亮度，使第二处理过程后的图像显示亮度大约等于第一处理过程前的图像显示亮度，如此可减少液晶显示器800之耗电量。

举例来说，本发明可直接依据特定比例R调暗液晶显示器800之背光模块820之亮度，调暗背光模块820亮度之算式可表示如下：

$B^{\′}=B\×\frac{1}{R}---\left(15\right)$

B′系背光模块820调暗后之亮度，而B系背光模块820原本之亮度。本发明亦可根据特定比例R和液晶显示器800之伽码(gamma)值调暗背光模块820之亮度，上述调暗背光模块820亮度之算式可表示如下：

$B^{\′}=B\×{\left(\frac{1}{R}\right)}^{\mathrm{gamma}}---\left(16\right)$

上式中之gamma系液晶显示器800之伽码值，对于液晶显示器800而言，一输入信号强度之gamma次方会正比于液晶显示器800之萤幕亮度。本发明亦可根据特定比例R、液晶显示器800之伽码(gamma)值以及三次方曲线图400之曲线函数f(x)，以调暗背光模块820之亮度，上述调暗背光模块820亮度之方法大致上有四种，可由下述算式表示：

$B^{\′}=B\×\frac{1}{R}\×\frac{\mathrm{YM}}{f\left(\mathrm{YM}\right)}---\left(17\right)$

$B^{\′}=B\×{[\frac{1}{R}\×\frac{\mathrm{YM}}{f\left(\mathrm{YM}\right)}]}^{\mathrm{gamma}}---\left(18\right)$

$B^{\′}=B\×\frac{1}{R}\×\frac{\mathrm{YA}}{f\left(\mathrm{YA}\right)}---\left(19\right)$

$B^{\′}=B\×{[\frac{1}{R}\×\frac{\mathrm{YA}}{f\left(\mathrm{YA}\right)}]}^{\mathrm{gamma}}---\left(20\right)$

f(YM)系将平均灰度值YM代入曲线函数f(x)而得，而YA系任一灰度值，f(YA)系将任一灰度值YA代入曲线函数f(x)而得。以(17)式为例，因为信号由YM放大至f(YM)，故背光模块其调暗之比例即为

同样的，若信号由YA放大至f(YA)，则背光模块其调暗之比例成为

设计者可根据其图像调整之不同需求，例如若考虑使用最佳化调整而不考量成本，则可采用公式(18)与(20)来实现之，因为其同时考虑f(x)、R、gamma值；若以成本为考量重点，则可选择公式(15)、(16)、(17)、(19)等公式，以决定背光模块820所需对应输出之亮度。

另外，在得到图像100之各个像素之最终灰度值Y″后，各个像素之红蓝绿三个子像素的灰度值亦系根据上述三种产生灰度值分布图200之方法分配而得。举例来说，当灰度值分布图200系从图像100之各个像素之红蓝绿三个灰度值中决定一灰度值加以统计而得到时(亦即第一种方式)，则可以根据所得之三次方曲线方程式，经过第一处理程序与第二处理程序，分别决定红蓝绿三个子像素的灰度值，其算式如下：

${\mathrm{YR}}^{\′\′}=\mathrm{YR}\×\frac{f\left(\mathrm{YX}\right)}{\mathrm{YX}}\×R---\left(21\right)$

${\mathrm{YB}}^{\′\′}=\mathrm{YB}\×\frac{f\left(\mathrm{YX}\right)}{\mathrm{YX}}\×R---\left(22\right)$

${\mathrm{YG}}^{\′\′}=\mathrm{YG}\×\frac{f\left(\mathrm{YX}\right)}{\mathrm{YX}}\×R---\left(23\right)$

YR″、YB″和YG″分别系分配后之红蓝绿三个子像素的灰度值，而YR、YB和YG分别系原本红蓝绿三个子像素的灰度值。YX代表原本红蓝绿三个灰度值(YR、YG、YB)中的最大值，或系原本红蓝绿三个灰度值的平均值，或系原本红蓝绿三个灰度值各乘以一预设百分比再加以累加而得之值。当灰度值分布图200系分别由红蓝绿三个灰度值分布曲线R，B，G加以累加而得到时(亦即第二种方式)，或系将红蓝绿三个灰度值分布曲线R，B，G各乘以一预设百分比再加以累加而得到时(亦即第三种方式)，则分配红蓝绿三个子像素的灰度值之算式可表示如下：

YR″＝f(YR)×R    (24)

YB″＝f(YB)×R    (25)

YG″＝f(YG)×R    (26)

经由本发明之第一处理过程后，可加强图像100之对比，而本发明之第二处理过程则可减少背光模块之亮度进而减少液晶显示器之耗电量。另外，上述算式皆只系本发明图像处理之代表算式，上述算式中之常数，例如64，128，192，255皆系对应于一8位元图像所套用之常数。因此，其他相同目的之算式若套用于上述方法亦属本发明之范畴。

为了更明确说明本发明图像调整之方法，第6图提供一本发明方法的流程图600。请参考第6图，并一并参考第1图至第5图，第6图之流程图600包含有下列步骤：

步骤610：接收一图像100之信号，并分析图像100之灰度值分布；

步骤620：根据图像100之灰度值分布产生一高灰度值YH和一低灰度值YL(以及一平均灰度值YM)；

步骤630：根据高灰度值YH和低灰度值YL(以及平均灰度值YM)产生三次方曲线图400；

步骤640：根据三次方曲线图400将图像100之各个像素的灰度值Y映射至一新灰度值Y′；

步骤650：分析调整后图像100之最大灰度值Y_max′是否小于极限灰度值Y_limit，若是则继续步骤660，若否则继续步骤670；

步骤660：依据特定比例R等比例调高图像100之各个像素之新灰度值Y′，并继续步骤680；

步骤670：得到图像100之最终灰度值Y″，且不调暗背光模块820之亮度。

步骤680：得到图像100之最终灰度值Y″，并调暗背光模块820之亮度。

基本上，上述结果的达成，流程图600的步骤并不一定要遵守以上顺序，且各个步骤并不一定系相邻的，其他的步骤也可介于上述步骤之间。另外，本发明实施例系利用三次方曲线图400将图像100之各个像素的灰度值Y映射至一新灰度值Y′，然而，本发明亦可产生其他次方之曲线图以将图像100之各个像素的灰度值Y映射至一新的灰度值Y′。本发明方法可由软体方式来达成，亦可由软体搭配韧体、硬体或以上三种方式之任意组合来达成。

另外，本发明除了可根据图像100之灰度值分布图200产生高灰度值YH和低灰度值YL，本发明亦可根据图像100并参考图像100先前之图像产生高灰度值YH和低灰度值YL以调整图像100之各个像素的灰度值。举例来说，第一图像之前面三张图像系为第二图像，第三图像，以及第四图像，则产生高灰度值YH和低灰度值YL之算式可表示如下：

YH＝(A×YH₁+B×YH₂+C×YH₃+D×YH₄)/(A+B+C+D)    (27)

YL＝(A×YL₁+B×YL₂+C×YL₃+D×YL₄)/(A+B+C+D)    (28)

YH₁，YH₂，YH₃，和YH₄分别系第一图像，第二图像，第三图像，和第四图像之高灰度值，而YL₁，YL₂，YL₃，和YL₄分别系第一图像，第二图像，第三图像，和第四图像之低灰度值。A，B，C，D系根据设计者需求所决定之常数。上述高灰度值YH和低灰度值YL之产生方式可避免液晶显示器800之显示画面发生闪烁之情形。

相对地，在根据图像100产生三次方曲线图400后，本发明亦可根据三次方曲线图400调整图像100后面特定数目之图像。举例来说，本发明可根据图像100之三次方曲线图400调整图像100后面十张之图像之灰度值，接下来再根据图像100后面之第十一图像产生另一三次方曲线图，以此类推。如此本发明不需根据每张图像来产生三次方曲线图，因此可减少处理器或图像处理装置之负担。

请参考第9图，第9图系本发明调整图像之图像处理装置900的示意图。图像处理装置900包含一图像信号侦测单元910，一图像调整函数产生单元920，一增益控制单元930，一图像信号调整单元950，一衰减控制单元960，以及一背光亮度调整单元940。当接收到图像100之信号后，图像信号侦测单元910会根据图像100之灰度值分布产生高灰度值YH，低灰度值YL，以及最大灰度值Y_max(在第9图之实施例中，图像信号侦测单元910不产生平均灰度值YM)。图像调整函数产生单元920则根据高灰度值YH和低灰度值YL产生三次方曲线函数f(x)，以及根据最大灰度值Y_max和图像100之极限灰度值Y_limit产生特定比例R。增益控制单元930接下来将三次方曲线函数f(x)所产生的放大倍率 乘以特定比例R，亦即产生放大倍率曲线函数R′(x)，其中 $R^{\′}\left(x\right)=\frac{f\left(x\right)}{x}\×R.$ 图像信号调整单元950则根据放大倍率曲线函数R′(x)调整图像100之各个像素的灰度值(将图像100之之各个像素的灰度值代入放大倍率曲线函数R′(x))，并输出调整过后之图像100之信号至液晶显示器800之液晶显示面板810。衰减控制单元960用来根据特定比例R(以及放大倍率

)产生一背光控制信号，举例来说，以算式(15)而言，衰减控制单元960系将特定比例R转换为其倒数

以产生背光控制信号；以算式(17)和算式(19)而言，衰减控制单元960系根据特定比例R之倒数

和放大倍率

产生背光控制信号。而背光亮度调整单元940则根据背光控制信号调暗液晶显示器800之背光模块820之亮度。例如，若衰减控制单元960通知背光亮度调整单元940最后要有原背光亮度80％之亮度，则背光亮度调整单元940可以调整灯管电流，使得背光模块820的灯管有80％的亮度。

请参考第10图，第10图系本发明调整图像之另一图像处理装置1000的示意图。在第10图之实施例中，除了图像信号侦测单元1010和图像调整函数产生单元1020外，图像处理装置1000之其余元件皆和第9图之实施例相同。图像信号侦测单元1010会根据图像100之灰度值分布产生高灰度值YH，低灰度值YL，平均灰度值YM，以及最大灰度值Y_max。而图像调整函数产生单元1020则根据高灰度值YH，低灰度值YL，以及平均灰度值YM产生三次方曲线函数f(x)，以及根据最大灰度值Y_max和图像100之极限灰度值Y_limit产生特定比例R。

另外，在第11图和第12图之实施例中，图像处理装置1100和图像处理装置1200多了一伽码值补偿单元970，伽码值补偿单元970系根据液晶显示器800之伽码值调整背光控制信号为其伽码次方倍，以调暗液晶显示器800之背光模块820之亮度，例如，以算式(16)而言，伽码值补偿单元970系使调暗后之背光模块820之亮度为原来亮度之(1/R)^gamma倍。

基本上，第9图至第12图之实施例皆只系本发明图像处理装置之其中几种，其他图像处理装置若执行上述本发明强化图像对比之方法亦属本发明之范畴。

需要注意的系，图像调整函数产生单元920，1020可事先储存复数个三次方曲线函数，当得知图像100之高灰度值YH和低灰度值YL(以及平均灰度值YM)之后，图像调整函数产生单元920，1020可比对其事先储存之三次方曲线函数，若某一三次方曲线函数之高灰度值YH和低灰度值YL(以及平均灰度值YM)相同于图像100之高灰度值YH和低灰度值YL(以及平均灰度值YM)，则图像调整函数产生单元920，1020可直接输出三次方曲线函数而不须经由运算来产生该三次方曲线函数，如此可减少图像处理装置之负担。即使没有三次方曲线函数之高灰度值YH和低灰度值YL(以及平均灰度值YM)相同于图像100之高灰度值YH和低灰度值YL(以及平均灰度值YM)，图像调整函数产生单元920，1020亦可根据其事先储存之三次方曲线函数利用内插法运算来产生三次方曲线函数。由于利用内插法运算来产生三次方曲线函数较直接运算以产生三次方曲线函数简单，因此亦可减少图像处理装置之负担。

如第13图所示，以一使用6bit数据驱动器之显示器为例，假设图像调整函数产生单元920于高灰度值YH和低灰度值YL间每隔16个灰度值即储存一三次方曲线函数，例如在高灰度值YH＝32和低灰度值YL＝16之A点储存三次方曲线函数f_A(x)，在高灰度值YH＝48和低灰度值YL＝16之B点储存三次方曲线函数f_B(x)，在高灰度值YH＝32和低灰度值YL＝32之C点储存三次方曲线函数f_C(x)，以及在高灰度值YH＝48和低灰度值YL＝32之D点储存三次方曲线函数f_D(x)。当一图像P之高灰度值YH_p和低灰度值YL_p系位于A，B，C，D四个点之间时，本发明可利用内插法运算来产生图像P之三次方曲线函数f_P(x)，产生三次方曲线函数f_P(x)之算式可表示如下：

f_p(x)＝[f_A(x)×(16-b)×(16-a)/256]+[f_B(x)×(16-b)×(a)/256]

                                                           (29)

+[f_C(x)×(b)×(16-a)/256]+[f_D(x)×(b)×(a)/256]

算式(29)中之a系图像P之高灰度值YH_p和A点之高灰度值YH_A之差，亦即a＝YH_p-YH_A，而b系图像P之低灰度值YL_p和A点之低灰度值YL_A之差，亦即b＝YL_p-YL_A。

综合以上所述，本发明系根据图像之灰度值分布产生一曲线函数，并根据该曲线函数调整所接收到的图像之各个像素之灰度值以强化图像之对比。

相较于先前技术，本发明系提供一种调整图像100的灰度值Y以强化图像对比之方法和相关装置，本发明可使调整后之图像100的灰度值Y分布较均匀以强化图像100之对比，另外本发明方法亦可减少液晶显示器800之耗电量。

以上所述仅为本发明之较佳实施例，凡依本发明权利要求所做之均等变化与修饰，皆应属本发明之涵盖范围。

主要元件符号说明

100，110    图像

200         灰度值分布图

300         新灰度值分布图

400            三次方曲线图

500            最终灰度值分布图

600            流程图

610～680       步骤

800            液晶显示器

810            液晶显示面板

820            背光模块

900，1000，1100，1200    图像处理装置

910，1010      图像信号侦测单元

920，1020      图像调整函数产生单元

930            增益控制单元

940            背光亮度调整单元

950            图像信号调整单元

960            衰减控制单元

970            伽码值补偿单元

171            S形曲线图

172            倒U形曲线图

173            U形曲线图

181，182，183，201，301，501，R，G，B    灰度值分布曲线

Claims (52)

1.一种图像调整方法，其包含有下列步骤：

(a)接收一图像；

(b)根据该图像产生一灰度值分布图；

(c)根据该灰度值分布图以决定一高灰度值与一低灰度值；

(d)根据该高灰度值和该低灰度值产生一多次方曲线函数；以及

(e)根据该多次方曲线函数调整该图像之各个像素的灰度值。

2.如权利要求第1项所述之方法，其中步骤(c)系为根据一第一预设百分比，一第二预设百分比以及该灰度值分布图决定该高灰度值与该低灰度值。

3.如权利要求第2项所述之方法，其另包含根据该灰度值分布图决定一平均灰度值，其中步骤(d)系为根据该高灰度值，该低灰度值，以及该平均灰度值产生该多次方曲线函数。

4.如权利要求第2项所述之方法，其中该第一预设百分比系大于该图像之全部像素之个数总合之倒数，该第二预设百分比系大于该图像之全部像素之个数总合之倒数，且该第一预设百分比与该第二预设百分比之总合小于该图像之全部像素之个数总合之一半。

5.如权利要求第3项所述之方法，其中该平均灰度值系为该图像之所有像素之灰度值的平均值。

6.如权利要求第3项所述之方法，其中该平均灰度值系为该图像中具有最多像素个数之灰度值。

7.如权利要求第1项所述之方法，其中该灰度值分布图系从该图像之各个像素之红蓝绿三个灰度值中决定一灰度值加以统计而得。

8.如权利要求第1项所述之方法，其中该灰度值分布图系分别由该图像之各个像素之红蓝绿三个灰度值分布加以累加而得。

9.如权利要求第1项所述之方法，其中该灰度值分布图系分别由该图像之各个像素之红蓝绿三个灰度值分布各乘以一预设百分比再加以累加而得，该红蓝绿三个灰度值分布所相对应之该预设百分比之总合为一。

10.如权利要求第1项所述之方法，其另包含在步骤(e)之后，根据该图像中之一最大灰度值和一极限灰度值产生一特定比例，并依据该特定比例调高该图像之各个像素的灰度值。

11.如权利要求第10项所述之方法，其另包含根据该特定比例调整一显示器之背光模块之亮度。

12.如权利要求第10项所述之方法，其另包含根据该特定比例和一显示器之伽码(gamma)值调整一背光模块之亮度。

13.如权利要求第10项所述之方法，其另包含根据该多次方曲线函数，该特定比例，以及一显示器之伽码值调整一背光模块之亮度。

14.如权利要求第1项所述之方法，其另包含根据该图像之灰度值分布图以及该图像先前之图像之灰度值分布图产生一高灰度值和一低灰度值，其中步骤(d)系为根据该高灰度值和该低灰度值产生该多次方曲线函数。

15.如权利要求第1项所述之方法，其另包含在步骤(e)之后，根据该该多次方曲线函数调整该图像后面之图像之各个像素的灰度值。

16.如权利要求第1项所述之方法，其系为一显示器藉由调整图像的灰度值强化图像对比之方法。

17.一种图像调整装置，其包含有：

一图像信号侦测单元，用以接收一图像，根据该图像产生一灰度值分布图，并根据该灰度值分布图以决定一高灰度值与一低灰度值；

一图像调整函数产生单元，用以根据该高灰度值和该低灰度值产生一多次方曲线函数；以及

一图像信号调整单元，用以根据该多次方曲线函数调整该图像之各个像素的灰度值。

18.如权利要求第17项所述之图像调整装置，其中该图像信号侦测单元系根据一第一预设百分比，一第二预设百分比以及该灰度值分布图决定该高灰度值与该低灰度值。

19.如权利要求第17项所述之图像调整装置，其中该图像信号侦测单元另可根据该图像之灰度值分布图决定一平均灰度值，该图像调整函数产生单元系根据该高灰度值，该低灰度值，以及该平均灰度值产生该多次方曲线函数。

20.如权利要求第17项所述之图像调整装置，其中该图像调整函数产生单元系储存复数个预设多次方曲线函数，并根据该高灰度值，该低灰度值和该复数个预设多次方曲线函数以内插法产生该多次方曲线函数。

21.如权利要求第17项所述之图像调整装置，其中该第一预设百分比系大于该图像之全部像素之个数总合之倒数，该第二预设百分比系大于该图像之全部像素之个数总合之倒数，且该第一预设百分比和该第二预设百分比之总合小于该图像之全部像素之个数总合之一半。

22.如权利要求第19项所述之图像调整装置，其中该平均灰度值系为该图像之所有像素之灰度值的平均值。

23.如权利要求第19项所述之图像调整装置，其中该平均灰度值系为该图像中具有最多像素个数之灰度值。

24.如权利要求第17项所述之图像调整装置，其中该灰度值分布图系从该图像之各个像素之红蓝绿三个灰度值中决定一灰度值加以统计而得。

25.如权利要求第17项所述之图像调整装置，其中该灰度值分布图系分别由该图像之各个像素之红蓝绿三个灰度值分布加以累加而得。

26.如权利要求第17项所述之图像调整装置，其中该灰度值分布图系分别由该图像之各个像素之红蓝绿三个灰度值分布各乘以一预设百分比再加以累加而得，该红蓝绿三个灰度值分布所相对应之该预设百分比之总合为一。

27.如权利要求第17项所述之图像处理装置，其中该图像信号侦测单元系根据该图像之灰度值分布图以及该图像先前之图像之灰度值分布图产生该高灰度值和该低灰度值。

28.如权利要求第17项所述之图像调整装置，其中该图像信号调整单元另可根据该该多次方曲线函数调整该图像后面之图像之各个像素的灰度值。

29.如权利要求第17项所述之图像调整装置，其中该图像调整函数产生单元另可根据该图像中之一最大灰度值和一极限灰度值产生一特定比例。

30.如权利要求第29项所述之图像调整装置，其另包含一增益控制单元电连接于该图像调整函数产生单元和该图像信号调整单元之间，用来根据该多次方曲线函数和该特定比例以产生一放大倍率曲线函数，其中该图像信号调整单元系根据该放大倍率曲线函数调整该图像之各个像素的灰度值。

31.如权利要求第29项所述之图像调整装置，其另包含一衰减控制单元，用来根据该特定比例产生一背光控制信号。

32.如权利要求第31项所述之图像调整装置，其另包含一背光亮度调整单元，用来根据该背光控制信号调暗一液晶显示器之背光模决之亮度。

33.如权利要求第32项所述之图像调整装置，其中该衰减控制单元系根据该特定比例和该多次方曲线函数产生该背光控制信号。

34.如权利要求第32项所述之图像调整装置，其另包含一伽码值补偿单元电连接于该衰减控制单元和该背光亮度调整单元之间，用来根据该液晶显示器之伽码值调整该背光控制信号。

35.一种液晶显示器，其包含有：

一液晶显示面板；

一背光模块，用来提供光源于该液晶显示面板；以及

一图像调整装置，其包含有：

一图像信号侦测单元，用以接收一图像，根据该图像产生一灰度值分布图，并根据该灰度值分布图以决定一高灰度值与一低灰度值；

一图像调整函数产生单元，用以根据该高灰度值和该低灰度值产生一多次方曲线函数；以及

一图像信号调整单元，用以根据该多次方曲线函数调整该图像之各个像素的灰度值，并输出该调整过后之图像之信号至该液晶显示面板。

36.如权利要求第35项所述之液晶显示器，其中该图像信号侦测单元系根据一第一预设百分比，一第二预设百分比以及该灰度值分布图决定该高灰度值与该低灰度值。

37.如权利要求第35项所述之液晶显示器，其中该图像信号侦测单元另可根据该图像之灰度值分布图决定一平均灰度值，该图像调整函数产生单元系根据该高灰度值，该低灰度值，以及该平均灰度值产生该多次方曲线函数。

38.如权利要求第35项所述之液晶显示器，其中该图像调整函数产生单元系储存复数个预设多次方曲线函数，并根据该高灰度值，该低灰度值和该复数个预设多次方曲线函数以内插法产生该多次方曲线函数。

39.如权利要求第35项所述之液晶显示器，其中该第一预设百分比系大于该图像之全部像素之个数总合之倒数，该第二预设百分比系大于该图像之全部像素之个数总合之倒数，且该第一预设百分比和该第二预设百分比之总合小于该图像之全部像素之个数总合之一半。

40.如权利要求第37项所述之液晶显示器，其中该平均灰度值系为该图像之所有像素之灰度值的平均值。

41.如权利要求第37项所述之液晶显示器，其中该平均灰度值系为该图像中具有最多像素个数之灰度值。

42.如权利要求第35项所述之液晶显示器，其中该灰度值分布图系从该图像之各个像素之红蓝绿三个灰度值中决定一灰度值加以统计而得。

43.如权利要求第35项所述之液晶显示器，其中该灰度值分布图系分别由该图像之各个像素之红蓝绿三个灰度值分布加以累加而得。

44.如权利要求第35项所述之液晶显示器，其中该灰度值分布图系分别由该图像之各个像素之红蓝绿三个灰度值分布各乘以一预设百分比再加以累加而得，该红蓝绿三个灰度值分布所相对应之该预设百分比之总合为一。

45.如权利要求第35项所述之液晶显示器，其中该图像信号侦测单元系根据该图像之灰度值分布图以及该图像先前之图像之灰度值分布图产生该高灰度值和该低灰度值。

46.如权利要求第35项所述之液晶显示器，其中该图像信号调整单元另可根据该该多次方曲线函数调整该图像后面之图像之各个像素的灰度值。

47.如权利要求第35项所述之液晶显示器，其中该图像调整函数产生单元另可根据该图像中之一最大灰度值和一极限灰度值产生一特定比例。

48.如权利要求第47项所述之液晶显示器，其另包含一增益控制单元电连接于该图像调整函数产生单元和该图像信号调整单元之间，用来根据该多次方曲线函数和该特定比例以产生一放大倍率曲线函数，其中该图像信号调整单元系根据该放大倍率曲线函数调整该图像之各个像素的灰度值。

49.如权利要求第47项所述之液晶显示器，其另包含一衰减控制单元，用来根据该特定比例产生一背光控制信号。

50.如权利要求第49项所述之液晶显示器，其另包含一背光亮度调整单元，用来根据该背光控制信号调暗该背光模块之亮度。

51.如权利要求第50项所述之液晶显示器，其中该衰减控制单元系根据该特定比例和该多次方曲线函数产生该背光控制信号。

52.如权利要求第50项所述之液晶显示器，其另包含一伽码值补偿单元电连接于该衰减控制单元和该背光亮度调整单元之间，用来根据该液晶显示器之伽码值调整该背光控制信号。

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