CN101197911B

CN101197911B - 图像边缘强化方法及其装置

Info

Publication number: CN101197911B
Application number: CN2006101531431A
Authority: CN
Inventors: 何升峰
Original assignee: Quanta Computer Inc
Current assignee: Quanta Computer Inc
Priority date: 2006-12-05
Filing date: 2006-12-05
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2026-12-05
Also published as: CN101197911A

Abstract

一种图像边缘强化方法，用于调整一数字图像的一目标像素的亮度。目标像素具有一原始亮度值。此方法包括：对目标像素进行边缘强化(edgeboosting)运算，得到目标像素的一边缘强化亮度值。对目标像素进行边缘检测，得到目标像素的一边缘方向。再依据沿着边缘方向，与目标像素相邻的至少一相邻像素的亮度值，决定一调整范围。接着，依据调整范围，调整边缘强化亮度值，以使得调整后的边缘强化亮度值不会过亮或过暗，抑制光环效应(halo effect)，并同时增加图像边缘的锐利度。

Description

图像边缘强化方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种图像边缘强化方法，且特别涉及一种能抑制光环效应(halo effect)的图像边缘强化方法。

背景技术

图像边缘强化技术是在显示画面的对象边缘，特别调整对比或明亮度以使图像的轮廓分明，而使得对象较为明显，在人眼的感官下，使画面较为清晰分明。

图1绘示一现有强化图像边缘的示意图，横轴为沿着一特定方向的位置，纵轴为亮度值。曲线110是原始图像边缘沿此特定方向的位置与亮度的关系曲线。曲线120是一强化图像边缘沿此特定方向的位置与亮度的关系曲线。其中，此强化图像边缘是由曲线110的原始图像边缘，经过图像边缘强化(edge boosting)运算进行边缘强化后所得到。

位于位置h1的像素的原始亮度值为V(h1)，对应于原始图像边缘的较暗部分。而位于位置h2的像素的原始亮度值为V(h2)，对应于原始图像边缘的较亮部分。位于位置h1与h2间的曲线110的斜率即相关于原始图像边缘的锐利度。

曲线120是藉由将原始图像边缘的较亮部分局部地调亮，较暗部分局部地调暗而得到。在曲线120中，位于位置h1与h2间的斜率大于曲线110的斜率，表示强化图像边缘的锐利度已提高。

然而，当图像边缘强化方法过度增加曲线110的斜率时，会出现光环假象(halo effect)。在曲线120中，位于位置h2附近的像素的亮度值被过度提高，高于原始图像边缘的最大值V(h2)。而位于位置h1附近的像素的亮度值被过度降低，低于原始图像边缘的最小值V(h1)，使得强化图像边缘在位于位置h1与h2附近产生光环效应而显得不自然。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种图像边缘强化方法。当一目标像素经边缘强化所得到的边缘强化亮度值过高或过低时，根据目标像素的相邻像素所决定的调整范围，可将边缘强化亮度值降低或增加。达成在增加目标像素的边缘强度的同时，亦能避免目标像素产生过亮或过暗的光环效应(halo effect)的功效。

根据本发明的目的，提出一种图像边缘强化方法，用于调整一数字图像的一目标像素的亮度。目标像素具有一原始亮度值。此方法包括：对目标像素进行边缘强化(edge boosting)运算，得到目标像素的一边缘强化亮度值。对目标像素进行边缘检测，得到目标像素的一边缘方向。再依据沿着边缘方向，与目标像素相邻的至少一相邻像素的亮度值，决定一调整范围。接着，依据调整范围，调整边缘强化亮度值，使其不低于该调整范围的下限值，并且不高于该调整范围的上限值。其中该调整范围是由沿着该边缘方向，与该目标像素相邻的至少一相邻像素的所有亮度值的最大值及最小值决定，该最大值对应上限值，该最小值对应下限值。

根据本发明的目的，提出一种图像边缘强化装置，用于调整一数字图像的一目标像素的亮度。目标像素具有一原始亮度值。图像边缘强化装置包括一边缘强化单元、一边缘检测单元与一运算单元。边缘强化单元用于对数字图像进行边缘强化(edge boosting)运算，得到目标像素的一边缘强化亮度值。边缘检测单元用于对数字图像进行边缘检测，得到目标像素的一边缘方向。运算单元用于以此目标像素为中心，沿着边缘方向相邻的至少一相邻像素的亮度值而决定一调整范围，并依据调整范围，调整边缘强化亮度值，使其不低于该调整范围的下限值，并且不高于该调整范围的上限值。其中该调整范围是由沿着该边缘方向，与该目标像素相邻的至少一相邻像素的所有亮度值的最大值及最小值决定，该最大值对应上限值，该最小值对应下限值。

为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1绘示一现有强化图像边缘的一例的示意图；

图2绘示本发明实施例的图像边缘强化方法的流程图；

图3A绘示一数字图像的一原始图像边缘与一强化图像边缘的一例的示意图；

图3B重绘图3A的原始图像边缘与强化图像边缘的示意图；

图4绘示本发明实施例的图像边缘强化方法，应用于图3A的原始图像边缘，所得到的一经调整的强化图像边缘的示意图；

图5重绘图3A的原始图像边缘、强化图像边缘与图4的经调整的强化图像边缘的示意图；

图6A与图6B绘示以边缘强化亮度值的另一调整方式，所得到的一经调整的强化图像边缘的示意图；以及

图7绘示本发明实施例的图像边缘强化装置。

附图符号说明

710：边缘强化单元

720：边缘检测单元

730：运算单元

具体实施方式

本发明实施例的图像边缘强化方法是用于调整一数字图像的一目标像素的亮度。本发明实施例的图像边缘强化方法，对目标像素进行边缘强化(edgeboosting或是edge enhancement)，得到一边缘强化亮度值后，依据目标像素附近的相邻像素的亮度值决定一调整范围。再根据调整范围，调整边缘强化亮度值。若边缘强化亮度值过高或过低，根据调整范围可将边缘强化亮度值降低或增加。因此，在增加目标像素的边缘强度的同时，亦能避免目标像素产生过亮或过暗的光环效应(halo effect)。应用本发明实施例的图像边缘强化方法，分别调整数字图像中的每个像素的亮度，可以达成强化图像边缘，并抑制光环效应的效果。

图2绘示本发明实施例的图像边缘强化方法的流程图。本发明实施例的图像边缘强化方法是调整此数字图像的一目标像素的亮度。此目标像素具有一原始亮度值。在步骤210中，对目标像素进行一边缘强化运算，得到目标像素的一边缘强化亮度值。此边缘强化运算，例如是一反锐化屏蔽，藉由将原始图像边缘的较亮处局部地调亮，并将较暗处局部地调暗，来达到边缘强化的效果。

在步骤220中，对目标像素进行边缘检测，得到目标像素的一边缘方向。在本发明实施例中，是对目标像素进行对应各个方向，例如是水平方向、垂直方向与两对角线的边缘检测。此边缘检测例如是使用对应各方向的Sobel空间屏蔽。经过边缘检测所得到的边缘方向，即为目标像素在各个方向中，对应最强的边缘强度的方向。上述步骤210及步骤220的顺序可以交换，而非仅能于上述叙述的顺率。

在步骤230中，当决定目标像素的边缘方向后，依据沿着边缘方向，与目标像素相邻的至少一相邻像素的亮度值，决定一调整范围。在本发明实施例中，是以目标像素沿着其边缘方向的连续两单位以内(包含两单位)的像素作为相邻像素。目标像素的调整范围是此些相邻像素的原始亮度值中的最大值与最小值来决定。

在步骤240中，依据此调整范围，调整此目标像素的边缘强化亮度值。在本发明实施例中，当目标像素的边缘强化亮度值低于调整范围的下限值，则将边缘强化亮度值增加为等于调整范围的下限值。当目标像素的边缘强化亮度值高于调整范围的上限值，则将边缘强化亮度值降低为等于调整范围的上限值。而当目标像素的边缘强化亮度值落在调整范围内时，其边缘强化亮度值不需变动。

图3A绘示一数字图像的一原始图像边缘与一强化图像边缘的一例的示意图。曲线310为原始图像边缘沿着其边缘方向的位置与亮度的关系曲线。曲线320为强化图像边缘沿着上述边缘方向的位置与亮度的关系曲线，此强化图像边缘是由此原始图像边缘像素经步骤210进行边缘强化后所产生。图4绘示此强化图像边缘上的像素，经步骤240进行调整后，所得到的一经调整的强化图像边缘的示意图。曲线330为经调整的强化图像边缘沿着上述边缘方向的位置与亮度的关系曲线。以下是以三例说明本发明实施例的图像边缘强化方法。

第一例

请同时参考图3A与图4。兹以对图3A的原始图像边缘中，位置2的像素进行边缘强化为例，说明本发明实施例的图像边缘强化方法。在图3A中，位置2的像素具有一原始亮度值A(2)。当目标像素为位置2的像素时，在步骤210中，对位置2的像素进行边缘强化运算，而得到图3A中，位置2的像素的边缘强化亮度值B(2)。由于位置2的像素位在原始图像边缘的较暗处，经过步骤210后，位置2的像素的边缘强化亮度值B(2)会低于此像素的原始亮度值A(2)。

在步骤220中，对位置2的像素进行边缘检测，得到位置2的像素的边缘方向。在本发明实施例中，位置2的像素的边缘方向即为上述原始图像边缘的边缘方向。

在图3A中，位置0-位置4的像素是位置2的像素沿着上述边缘方向的附近的相邻像素(连续两单位以内的像素)。此实施例中，位置0-位置4的像素的原始亮度值分别为A(0)A(1)、A(2)、A(3)与A(4)，而其关系是A(0)＝A(1)＝A(2)＜A(3)＜A(4)，其中A(0)(及A(1))与A(4)分别为位置0-位置4的所有像素中原始亮度值的最小值与最大值。因此，在步骤230中，得到调整范围r(2)是介于A(0)与A(4)之间，其中，调整范围r(2)的下限值A(0)等于位置2的像素的原始亮度值A(2)。

由于位置2的像素的边缘强化亮度值B(2)，低于调整范围r(2)的下限值A(0)。因此，在步骤240中，边缘强化亮度值B(2)增加为与下限值A(0)相等，而得到图4中，位于2的像素所对应的经调整后的边缘强化亮度值C(2)。

第二例

兹以对图3A的原始图像边缘中，位置9的像素进行边缘强化为例。位置9的像素具有一原始亮度值A(9)。当目标像素为图3A中位置9的像素时，在步骤210中，对位置9的像素进行边缘强化运算后，即得到图3A中，位置9的像素的边缘强化亮度值B(9)。由于位置9的像素位在原始图像边缘的较亮处，因此，经过步骤210后，位置9的像素的边缘强化亮度值B(9)即大于此像素的原始亮度值A(9)。

在步骤220中，对位置9的像素进行边缘检测，得到位置9的像素的边缘方向。类似地，经过各方向的边缘检测所得到的边缘方向，即为目标像素在各个方向中，对应最强的边缘强度的方向。因此，在本发明实施例中，位置9的像素的边缘方向亦为上述原始图像边缘的边缘方向。

在图3A中，位置7-位置11的像素是位置9的像素沿着上述边缘方向的相邻像素。而位置7与位置11的像素的原始亮度值A(7)与A(11)，其分别为位置7-位置11的所有相邻像素中原始亮度值的最小值与最大值。因此，在步骤230中，得到调整范围r(9)介于A(7)与A(11)之间，其中，调整范围r(9)的上限值A(11)等于位置9的像素的原始亮度值A(9)。

由于位置9的像素的边缘强化亮度值B(9)，高于调整范围的上限值A(11)。因此，在步骤240中，边缘强化亮度值B(9)降低为与上限值A(11)相等，而得到图4中，位于9的像素所对应的经调整后的边缘强化亮度值C(9)。

第三例

兹重绘图3A的曲线310与曲线320在图3B。兹以目标像素为图3B的原始图像边缘中，位置5的像素进行边缘强化为例。请参考图3B。位置5的像素具有一原始亮度值A(5)。在步骤210中，对位置5的像素进行边缘强化运算后，即得到位置5的像素的边缘强化亮度值B(5)，其稍低于此像素的原始亮度值A(5)。

在步骤220中，对位置5的像素进行边缘检测，得到位置5的像素的边缘方向。类似地，在本发明实施例中，位置5的像素的边缘方向亦为上述原始图像边缘的边缘方向。

类似地，在图3B中，位置3-位置7的像素是位置5的像素沿着上述边缘方向的相邻像素。且位置3与位置7的像素的原始亮度值A(3)与A(7)，其分别为位置3至7的所有相邻像素原始亮度值的最小值与最大值。因此，在步骤230中，得到调整范围r(5)为介于A(3)与A(7)之间。

由于在图3B中，位置5的像素的边缘强化亮度值B(5)，是落在调整范围r(5)间。因此，在步骤240中，边缘强化亮度值B(5)不需改变。因此，在图4中，经步骤240后，所得到位置5的像素所对应的边缘强化亮度值C(5)与B(5)相同。

以本发明实施例的边缘强化方法，对曲线310的原始图像边缘上的所有像素进行边缘强化并调整边缘强化亮度值后，即得到曲线330的经调整的强化图像边缘。

兹重绘曲线310、320与330于图5，以说明上述本发明实施例的边缘强化方法的效果。在曲线320中，位置2与位置9间的斜率大于曲线310，亦即强化图像边缘的锐利度大于原始图像边缘。

然而，在曲线320中，强化图像边缘的较暗处，即位置2附近的像素的边缘强化亮度值可能低于其调整范围的下限值。而在强化图像边缘的较亮处，位置9附近的像素的边缘强化亮度值可能高于调整范围的上限值。此时，位置2附近的像素的边缘强化亮度值过低，位置9附近的像素的边缘强化亮度值过高，而可能产生光环效应。

因此，在步骤240中，是依据沿着边缘方向邻近的像素的原始亮度值所形成的调整范围，来调整曲线320的强化图像边缘的所有像素的边缘强化亮度值。曲线330中，当位置2附近的像素的边缘强化亮度值过低时，即被调整为等于其调整范围的下限值。当位置9附近的像素的边缘强化亮度值过高时，即被调整为等于其调整范围的上限值。

因此，与曲线310相比，在曲线330中，调整后的强化图像边缘由最亮处至最暗处的中间区域变窄，表示调整后的强化图像边缘的锐利度增加。且在位置2与位置9附近的像素不会过暗与过亮。因此，本发明实施例的图像边缘强化方法不但能增加图像边缘的锐利度，增加图像边缘的对比，同时更能抑制光环效应。

当目标像素的边缘强化亮度值位于其调整范围内时，可以另一方式来调整。此时，当目标像素的边缘强化亮度值低于其原始亮度值时，降低其边缘强化亮度。当目标像素的边缘强化亮度值高于其原始亮度值时，则增加其边缘强化亮度值。如此一来，亦可以在抑制光环效应的同时，增加图像边缘的锐利度。

图6A绘示以边缘强化亮度值的另一调整方式，对曲线320上的像素进行并调整后，所得到的一经调整的强化图像边缘的示意图。图6A包括曲线340，与重绘的曲线310及曲线320。曲线340是经调整的强化图像边缘沿着上述边缘方向的位置与亮度的关系曲线。

兹以上述第三例中，当目标像素为位置5的像素为例来说明。请参考图6A。经过步骤210后，位置5的像素的边缘强化亮度值B(5)落在调整范围r(5)内，即A(3)与A(7)之间，且边缘强化亮度值B(5)低于此像素的原始亮度值A(5)。以此方式，降低边缘强化亮度值B(5)，得到调整后的边缘强化亮度值C(5)等于调整范围的下限值A(3)。

兹另以目标像素为位置6的像素为例来说明此调整方式。为说明方便，重绘图6A的曲线310、320与340于图6B。经过步骤210后，位置6的像素的边缘强化亮度值B(6)落在调整范围r(6)内，即A(4)与A(8)之间，且边缘强化亮度值B(6)高于此像素的原始亮度值A(6)。其中，位置4-位置8的像素是位置6的像素的相邻像素，且位置4与位置8的像素的原始亮度值A(4)与A(8)，分别为位置4-位置8的所有相邻像素原始亮度值的最小值与最大值。以此方式，增加边缘强化亮度值B(6)，得到调整后的边缘强化亮度值C(6)等于调整范围r(6)的上限值A(8)。

以此调整方式，对曲线320的强化图像边缘上的像素进行调整后，即得到曲线340的经调整后的强化图像边缘。与曲线310相比，在曲线340中，调整后的强化图像边缘由最亮处至最暗处的中间区域变窄，表示调整后的强化图像边缘的锐利度增加。此外，在调整后的强化图像边缘的最亮处与最暗处附近的像素不会过亮与过暗。因此，不但能增加图像边缘的锐利度，增加图像边缘的对比，同时更能抑制光环效应。

本发明实施例的图像边缘强化方法是以目标像素沿着边缘方向两单位以内(包含两单位)的像素，作为目标像素的相邻像素。实际应用上，可取与目标像素相距适当距离内的像素，作为目标像素的相邻像素。而在步骤230中，以相邻像素的原始亮度值的最大值与最小值作为调整范围的上限值与下限值。然而在实际应用上，可依据相邻像素的亮度值，以任何方式来决定调整范围。

本发明实施例的图像边缘强化方法，在步骤240中，当目标像素的边缘强化亮度值低于调整范围的下限值，则将边缘强化亮度值增加为等于调整范围的下限值。当目标像素的边缘强化亮度值高于调整范围的上限值，则将边缘强化亮度值降低为等于调整范围的上限值。当目标像素的边缘强化亮度值落在调整范围内，则不需改变边缘强化亮度值；或将边缘强化亮度值调整为调整范围的上限值或下限值。在实际应用上，可依据调整范围，以任何方式来调整边缘强化亮度值，使得调整后的边缘强化亮度值不会过亮或过暗，并同时增加图像边缘的锐利度。

图7绘示本发明实施例的图像边缘强化装置700，包括边缘强化单元710、边缘检测单元720与运算单元730。边缘图像强化装置700用于调整数字图像Di的一目标像素的亮度。目标像素具有一原始亮度值。

边缘强化单元710与边缘检测单元720分别接收数字图像Di。边缘强化单元710用于执行上述的图像边缘强化方法的步骤210，对数字图像进行边缘强化(edge boosting)运算，得到目标像素的一边缘强化亮度值Pt。边缘检测单元720用于执行上述的图像边缘强化方法的步骤220，对数字图像进行边缘检测，得到目标像素的一边缘方向Pd。

运算单元730用于执行上述的图像边缘强化方法的步骤230与240。运算单元730依据数字图像Di中，沿着边缘方向Pd，与目标像素相邻的至少一相邻像素的亮度值，决定一调整范围。并依据调整范围，调整边缘强化亮度值Pt，得到一经调整的边缘强化亮度值Po。

本发明实施例的图像边缘强化方法，当目标像素经边缘强化所得到的边缘强化亮度值过高或过低时，根据目标像素的相邻像素所决定的调整范围，可将边缘强化亮度值降低或增加。使得在增加目标像素的边缘强度的同时，更能避免目标像素产生过亮或过暗的光环效应。应用本发明实施例的图像边缘强化方法，分别调整数字图像中的每个像素的亮度，可以达成强化图像边缘，同时抑制光环效应的效果。

综上所述，虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用于限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视所附的申请专利范围所界定者为准。

Claims

1.一种图像边缘强化方法，用于调整一数字图像的一目标像素的亮度，该目标像素具有一原始亮度值，包括：

对该目标像素进行边缘强化运算，得到该目标像素的一边缘强化亮度值；

对该目标像素进行边缘检测，得到该目标像素的一边缘方向；

依据沿着该边缘方向，与该目标像素相邻的至少一相邻像素的亮度值，决定一调整范围；

依据该调整范围，调整该边缘强化亮度值，使其不低于该调整范围的下限值，并且不高于该调整范围的上限值，

其中该调整范围是由沿着该边缘方向，与该目标像素相邻的至少一相邻像素的所有亮度值的最大值及最小值决定，该最大值对应上限值，该最小值对应下限值。

2.如权利要求1所述的方法，其中，在调整该边缘强化值的步骤中，当该边缘强化亮度值高于该调整范围的一上限值时，则降低该边缘强化亮度值。

3.如权利要求2所述的方法，其中，在调整该边缘强化值的步骤中，该边缘强化亮度值不高于该调整范围的上限值。

4.如权利要求1所述的方法，其中，在调整该边缘强化值的步骤中，当该边缘强化亮度值低于该调整范围的一下限值时，则增加该边缘强化亮度值。

5.如权利要求4所述的方法，其中，在调整该边缘强化值的步骤中，该边缘强化亮度值不低于该调整范围的下限值。

6.如权利要求1所述的方法，其中，在调整该边缘强化值的步骤中，当该边缘强化亮度值位于该调整范围内，则该边缘强化亮度值维持不变。

7.如权利要求1所述的方法，其中，在调整该边缘强化值的步骤中，当该边缘强化亮度值高于该原始亮度值且该边缘强化亮度值位于该调整范围内时，则增加该边缘强化亮度值。

8.如权利要求1所述的方法，其中，在调整该边缘强化值的步骤中，当该边缘强化亮度值低于该原始亮度值且该边缘强化亮度值位于该调整范围内时，则降低该边缘强化亮度值。

9.如权利要求1所述的方法，其中，在决定该调整范围的步骤中，是依据沿着该边缘方向，与该目标像素相邻的连续两像素以内的亮度值，决定一调整范围。

10.一种图像边缘强化装置，用于调整一数字图像的一目标像素的亮度，该目标像素具有一原始亮度值，该图像边缘强化装置包括：

一边缘强化单元，用于对该数字图像进行边缘强化运算，得到该目标像素的一边缘强化亮度值；

一边缘检测单元，用于对该数字图像进行边缘检测，得到该目标像素的一边缘方向；

一运算单元，用于依据该数字图像中，沿着该边缘方向，与该目标像素相邻的至少一相邻像素的亮度值，决定一调整范围，并依据该调整范围，调整该边缘强化亮度值，使其不低于该调整范围的下限值，并且不高于该调整范围的上限值，

11.如权利要求10所述的装置，其中，当该边缘强化亮度值高于该调整范围的一上限值，该运算单元降低该边缘强化亮度值。

12.如权利要求11所述的装置，其中，当该运算单元降低该边缘强化亮度时，该边缘强化亮度值不高于该调整范围的上限值。

13.如权利要求10所述的装置，其中，当该边缘强化亮度值低于该调整范围的一下限值时，该运算单元增加该边缘强化亮度值。

14.如权利要求13所述的装置，其中，当该运算单元增加该边缘强化亮度时，该边缘强化亮度值不低于该调整范围的下限值。

15.如权利要求10所述的装置，其中，当该边缘强化亮度值位于该调整范围内时，该边缘强化亮度值维持不变。

16.如权利要求10所述的装置，其中，当该边缘强化亮度值高于该原始亮度值且该边缘强化亮度值位于该调整范围内时，该运算单元增加该边缘强化亮度值。

17.如权利要求10所述的装置，其中，当该边缘强化亮度值低于该原始亮度值且该边缘强化亮度值位于该调整范围内时，该运算单元降低该边缘强化亮度值。

18.如权利要求10所述的装置，其中，该运算单元用于依据该数字图像中沿着该边缘方向与该目标像素相邻的连续两像素以内的亮度值，决定一调整范围，并依据该调整范围，调整该边缘强化亮度值。