CN101325646A - 用于对比度增强的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种增强对比度的方法和用于增强对比度的设备。所述增强对比度的方法的步骤包括：将图像划分为多个块并计算每个块的平均亮度值；通过使用平均亮度值对所述图像的每个输入像素的周边亮度值进行插值；通过使用输入像素的经插值的周边亮度值和输入像素的特有亮度值来增强输入像素的对比度。

Description

用于对比度增强的方法和设备

本申请要求于2007年6月13日在韩国知识产权局提交的第2007-0057769号韩国专利申请的利益，其公开引用于此以资参考。

技术领域

本发明的方面涉及一种增强输入图像的对比度的方法和设备，更具体地讲，涉及一种通过依赖于图像的区域来增加亮度和减小亮度以增强对比度的方法和设备。

背景技术

通常，由图像输入设备输入的图像具有对象的各种信息，然而，由于图像输入设备的条件，亮度信号的元素被集中(concentrate)或失真，从而对象的特性不能被精确的表现。

根据传统技术，为了校正失真的亮度信号，在分析图像之后，通过根据图像来不同地处理增强增益，使暗的图像变亮，并且亮的图像相对地加重暗的区域。

在这个示例中，失真的图像的亮度可以被校正。然而，未失真的图像的亮度增强可以被省略，并且可以按照原样输出原始的输入信号值。当上述的传统技术被应用到电影时，由于电影的帧之间的增强增益差导致会产生闪烁现象。

此外，根据传统技术，为了增强对比度，通过使用滑动窗口或低通滤波器(LPF)来计算输入像素周围的平均亮度。在滑动窗口或滤波器不断地叠加(overlap)输入像素的同时，计算周边亮度。

在这个示例中，窗口的大小或滤波器的大小影响算法的性能。因为窗口的大小或滤波器的大小越大，需要越多的存储器和处理时间。因此，使用窗口或滤波器来增强图像在操作实施应用方面存在许多的限制。

因此，需要一种通过依赖于图像的区域来增加亮度和减小亮度以增强对比度的方法和设备。

发明内容

本发明的方面提供了一种不受存储器和处理时间限制的通过将输入图像划分为多个块并一次扫描所有的多个块来增强输入图像的对比度的方法和设备。

本发明的其它方面还提供了一种可以通过使用输入像素的特有亮度值和输入像素的周边亮度值之间的相关性来确定亮度增量和亮度减小量的增强输入图像的对比度的方法和设备。

本发明的另外的方面还提供了一种可以通过使用输入像素的周边的亮度值将失真的像素与未失真的像素分开并不同地增强每个像素的亮度的增强输入图像的对比度的方法和设备。

本发明的另外的方面还提供了一种可以增加输入像素的特有亮度值并参照亮度增量减小输入像素的特有亮度值的增强输入图像的对比度的方法和设备。

根据本发明的一方面：提供了一种增强对比度的方法，所述方法的步骤包括：将图像划分为多个块并计算每个块的平均亮度值；通过使用平均亮度值对所述图像的每个输入像素的周边亮度值进行插值；通过使用输入像素的经插值的周边亮度值和输入像素的特有亮度值来增强输入像素的对比度。

在本发明的一方面中，所述增强步骤包括：通过使用输入像素的特有亮度值和输入像素的周边亮度值来增加特有亮度值；根据特有亮度值的增量来减小特有亮度值。

在本发明的一方面中，所述插值步骤包括：测量与输入像素相邻的多个块的中心像素和输入像素之间的相对距离；通过使用根据所述相对距离赋值的权重来对每个输入像素的周边亮度值进行插值。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于增强对比度的设备，所述设备包括：平均亮度值计算单元，将图像划分为多个块并计算每个块的平均亮度值；周边亮度值插值单元，通过使用平均亮度值来对图像的每个输入像素的周边亮度值进行插值；对比度增强单元，通过使用输入像素的经插值的周边亮度值和输入像素的特有亮度值来增强输入像素的对比度。

在本发明方面中，对比度增强单元包括：特有亮度值增加单元，通过使用输入像素的特有亮度值和输入像素的周边亮度值来增加特有亮度值；特有亮度值减小单元，根据特有亮度值的增量来减小特有亮度值。

将在下面的描述中部分地阐述本发明的另外的方面和/或优点，并且本发明的另外的方面和/或优点的将部分地通过描述变得明了，或可以通过实施本发明而获知。

附图说明

通过下面结合附图对实施例的描述，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得明显并更易于理解，附图中：

图1是示出了根据本发明的实施例的增强输入图像的对比度的方法的流程图；

图2示出了根据本发明的实施例的通过使用每个块的中心像素来对输入像素的周边亮度值进行插值的过程；

图3示出了根据本发明的实施例的通过使用输入像素的特有亮度值和输入像素的周边亮度值来增加输入像素的特有亮度值的曲线图；

图4示出了根据本发明的实施例的参照特有亮度值的增量来减小特有亮度值的曲线图；

图5是示出了根据本发明的实施例的用于增强输入图像的对比度的设备的示图。

具体实施方式

现在，将对于本发明的当前的实施例做出详细的说明，附图中示出了其示例，附图中，相同的标号始终表示相同的元件。为了说明本发明，下面通过参照附图来描述示例性实施例。

图1是示出了根据本发明的实施例的增强输入图像的对比度的方法的流程图。

参照图1，在操作S101中，输入的图像被划分为多个块，以计算平均亮度值。在这个示例中，输入图像可以被划分为具有N×N尺寸的多个块。

根据传统技术，由于操作时间和存储器的限制，所以增加N的值有所限制。然而，在本发明中可以依赖于输入图像没有限制的不同地设定N的值。

在操作S102中，计算输入图像的每个划分出的块的平均亮度值。在这个示例中，通过使用一次扫描所有的输入图像帧的过程来计算每个块的平均亮度值，这区别于在滑动窗口或滤波器不断地叠加输入图像的同时扫描输入图像的情况。

因此，由于一次扫描整个输入图像，所以处理时间被减小，并需要与划分出的块的数量相对应的数量的存储器。因此，可以有效地计算每个块的平均亮度值。将整个输入图像划分成块并总共处理图像一次的方法可以比在滑动窗口叠加输入图像的同时处理图像的方法更适合于实时应用。

根据本发明的实施例，可以产生按排列存储计算出的每个块的平均亮度值的查询表(LUT)。在查询表的排列中指定的地址可以被用于搜索处理图像所需的块。具体地讲，可以通过使用针对排列的每个地址存储的平均亮度值来对输入像素的周边亮度值进行插值。

在操作S103中，可以通过使用针对每个块计算出的平均亮度值来对图像的每个输入像素的周边亮度值进行插值。具体地讲，可以针对构成输入图像的所有的输入像素的每个位置产生新的像素值。在这个示例中，在与输入图像的所有的像素相对应的位置，反复地对周边亮度值执行插值。

通过使用插值，输入图像的每个像素具有成对的特有亮度值和经插值的周边亮度值。在这个示例中，特有亮度值为输入像素的原始亮度值。

因此，本发明可以通过使用输入像素的特有亮度值和输入像素的经插值的周边亮度值之间的相关性来增强输入像素的对比度。

根据本发明的实施例，可以通过使用由线性方法确定的权重和计算出的平均亮度值来对周边亮度值进行插值。测量在输入像素和与输入像素相邻的块的每个中心像素之间的相对距离。这里，中心像素可以具有对应的块的平均亮度值，并可以位于对应的块的中心。

上述的插值方法使用由线性方法确定的权重。在这个示例中，权重可以与中心像素和输入像素之间的相对距离中的每个成反比。可以通过使用每个中心像素的平均亮度值乘以每个权重所得的结果的和的值来对周边亮度值进行插值。

上述插值的过程示出了简单的线性插值的示例，然而，本发明可以使用诸如最接近原则插值、双线性插值、三次插值、高阶插值、B样条插值等的各种插值方法。图2示出了通过使用特定的示例来对输入像素的周边亮度进行插值的过程。

在操作S104中，通过使用输入像素的特有亮度值和输入像素的经插值的周边亮度值来增加输入像素的特有亮度值。在这个示例中，可以通过对比特有亮度值与周边亮度值来确定对应的输入像素比周边的像素亮还是暗。

具体地讲，当特有亮度值大于周边亮度值时，表示出输入像素相对亮于周边的像素。此外，当特有亮度值小于周边亮度值时，表示出输入像素相对暗于周边的像素。

因此，当输入像素相对亮于周边的像素时，可以充分地增加输入像素的特有亮度值。相反，当输入的像素相对暗于周边的像素时，会减小输入像素的特有亮度值的增量，或者会保持所述增量几乎为零。

具体地讲，根据周边亮度值，选择性地增加输入像素的特有亮度值。因此，可以增加局部的对比度，并且可以同时增加暗的区域的可见度。

根据本发明的实施例，当输入像素的特有亮度值小于所有的亮度梯度的中点值时，输入像素的特有亮度值会是将要增加的对象。

然而，当输入像素的特有亮度值大于所有的亮度梯度的中点值时，输入像素的特有亮度值不会是将要增加的对象，从而可以保持原始的值。

这里，在8位图像的情况下，所有的亮度梯度的中点值可以为与具有2⁸＝256级的所有的亮度梯度的128级相对应的值。具体地讲，当输入像素的特有亮度值存在于小于或等于128的低梯度区域中时，特有亮度值会是将要增加的对象。

此外，由于输入像素的特有亮度值小于周边亮度值，因此即使输入像素的特有亮度值存在于低梯度区域中，特有亮度值的增量实际上也可以是非常小的或几乎为零。

根据本发明的实施例，当特有亮度值存在于低梯度区域中并大于周边亮度值时，根据第一亮度增加函数来增加特有亮度值。相反，当特有亮度值存在于低梯度区域中并小于周边亮度值时，根据第二亮度增加函数来增加特有亮度值。接着，通过使用每个亮度增加函数来计算特有亮度值的增量。参照图3来详细地描述通过使用与亮度增加函数相对应的亮度梯度曲线来增加特有亮度值的方法。

在操作S105中，根据特有亮度值的增量来减小输入像素的特有亮度值。具体地讲，可以通过使用根据特有亮度值的增量计算出的输入像素的对比度伽玛增益来减小特有亮度值。

可以通过使用将特有亮度值的增量乘以预定的减小比率所得的结果和输入像素的对比度强度之间的差来计算对比度伽玛增益。在这个示例中，当对比度伽玛增益的值小于或等于阈值时，对比度伽玛增益被设定为阈值。这里，阈值通常可以被设定为1。可以通过使用式1来计算对比度伽玛增益。

[式1]

Contrast_g＝Strength+(Ratio_Bright²×(-Ratio_Decrease))

If(Contrast_g＞1.0)

Contrast_g＝1.0，

其中，Contrast_g表示对比度伽玛增益，Strength表示对比度强度，Ratio_Bright表示特有亮度值的增量，Ratio_Decrease表示减小比率。

在这个示例中，随着特有亮度值的增量的增加，对比度伽玛增益可以被减小到阈值。相反，随着特有亮度值的增量的减小，对比度伽玛增益可以被增加。

可以通过使用与计算出的输入像素的对比度伽玛增益相对应的特有亮度值的梯度曲线来减小特有亮度值。这里，根据对比度伽玛增益的特有亮度值的梯度曲线可以通过使用式y＝X^g来表示，其中Y表示输出，X表示输入，g表示对比度伽玛增益。

当对比度伽玛增益等于阈值1时，可以产生其中输入值和输出值相等的亮度梯度曲线。此外，当对比度伽玛增益大于1时，可以产生向下弯曲的梯度曲线。在这个示例中，因为与特定输入值相对应的输出值小于当对比度伽玛增益为1时的输出值，所以特有亮度值被减小。

然而，当对比度伽玛增益小于1时，亮度梯度曲线变为向上弯曲的梯度曲线。因此，由于与特定输入值相对应的输出值大于当对比度伽玛增益为1时的输出值，所以特有亮度值被增加。

因为操作S105特征性地减小或最低限度的保持特有亮度值，所以当对比度伽玛增益小于1时可以将对比度伽玛增益设定为最小阈值1。参照图4详细地描述通过使用对比度伽玛增益来减小特有亮度值的过程。

图2示出了根据本发明的实施例的通过使用每个块的中心像素来对输入像素的周边亮度值进行插值的过程。对构成输入图像的所有的输入像素的位置的周边亮度值进行插值。

输入图像201可以被划分为具有相等的大小的多个块。此外，可以以操作S102中描述的方式计算每个块的平均亮度值。这里，因为随着每个块的大小的增加，对应的图像划分出的块的数量被减小，所以随着每个块的大小的增加，处理图像的时间可以被缩短。

中心像素P_A202、中心像素P_B203、中心像素P_C204和中心像素P_D205位于与输入像素206相邻的块的中心。在这个示例中，在输入像素206的位置，可以通过使用与中心像素和输入像素之间的相对距离成反比的权重来对周边亮度值进行插值。这里，中心像素P_A202、中心像素P_B203、中心像素P_C204和中心像素P_D205中的每个的亮度值可以分别为对应的块的平均亮度值。

例如，可以假设在输入像素206与中心像素P_A202、中心像素P_B203、中心像素P_C204和中心像素P_D205之间的相对距离分别为3、5、1和4。因此，中心像素P_A202的权重为(5+1+4)/(1+3+4+5)＝0.77，中心像素P_B203的权重为(1+3+4)/(1+3+4+5)＝0.62。此外，中心像素P_C204的权重为(3+4+5)/(1+3+4+5)＝0.92，中心像素P_D205的权重为(1+3+5)/(1+3+4+5)＝0.69。如上所述，因为权重与相对距离成反比，所以可以理解的是，赋值给具有最短的相对距离的中心像素P_C204的权重最大。

因此，通过使用每个中心像素的平均亮度值乘以计算出的权重所得的结果的和的值来对输入像素206的周边亮度值进行插值。对输入图像的每个像素的插值可以被反复的执行。上述的示例对应于线性插值的示例，然而本发明不限于此。对周边亮度进行插值的方法可以包括执行相同功能的各种插值方法。

图3示出了根据本发明的实施例的通过使用输入像素的特有亮度值和输入像素的周边亮度值来增加输入像素的特有亮度值的曲线图。图3的每个曲线图表示：水平轴对应于输入值，垂直轴可以对应于与输入值相对应的输出值。此外，每个曲线图可以对应于其中所有的亮度值被归一化到0和1之间的梯度曲线。

过程301表示当输入像素的特有亮度值大于经插值的周边亮度值时通过使用亮度梯度曲线来增加特有亮度值的过程。过程302表示当输入像素的特有亮度值小于经插值的周边亮度值时通过使用亮度梯度曲线来增加特有亮度值的过程。

曲线图303示出了当特有亮度值大于周边亮度值时输入像素的特有亮度值(即，I)的梯度曲线，以及经插值的周边亮度值L的梯度曲线。参照曲线图303，可以理解的是，与相同的输入值相对应的在特有亮度值的梯度曲线中的输出值大于在周边亮度值的梯度曲线中的输出值。

相反，曲线图306示出了当特有亮度值小于周边亮度值时输入像素的特有亮度值(即，I)的梯度曲线，以及经插值的周边亮度值L的梯度曲线。参照曲线图306，可以理解的是，与相同的输入值相对应的在特有亮度值的梯度曲线中的输出值小于在周边亮度值的梯度曲线中的输出值。

曲线图304是当特有亮度值大于周边亮度值时通过使用与低梯度区域相对应的亮度值I和周边亮度值L变换出的L′的曲线图。此外，曲线图307是当特有亮度值小于周边亮度值时通过使用与低梯度区域相对应的亮度值I和周边亮度值L变换出的L′的曲线图。这里，通过使用式L′＝(I/L)+1来变换出L′。

曲线图305是当特有亮度值大于周边亮度值时通过使用第一亮度增加函数得到的L″的曲线图。在这个示例中，第一亮度增加函数可定义为L″＝L′×(1-L′)+I²。

此外，曲线图308是当特有亮度值小于周边亮度值时通过使用第二亮度增加函数得到的L″的曲线图。在这个示例中，第二亮度增加函数可定义为L″＝L′×(1+(L-L)-L′)+I²。比较曲线图305和曲线图308，可以理解的是，当特有亮度值大于周边亮度值时L″和特有亮度值之间的差大于当特有亮度值小于周边亮度值时L″和特有亮度值之间的差。

曲线图309是将曲线图305和曲线图308进行逆变换的曲线图，表示特有亮度值的亮度增加曲线。R表示特有亮度值的增量。在这个示例中，增量R可以通过使用式R＝I/L″来获得。

因此，当特有亮度值存在于低梯度区域(＜0.5)，并且特有亮度值和周边亮度值之间的差被增加时，亮度增加曲线变得更加向上弯曲。因此，当亮度增加曲线变得更加向上弯曲时，这表示出特有亮度值的增量被增加。

当输入像素的特有亮度值存在于低梯度区域中，并且大于经插值的周边亮度值(即，I＞L)时，可以理解的是，特有亮度值的增量大于当输入像素的特有亮度值小于经插值的周边亮度值(即，L＞I)时特有亮度值的增量。具体地讲，可以理解的是，当位于与低梯度区域相对应的暗的区域中的输入像素相对亮于周边的像素时，亮度增量更大。相反，可以理解的是，当位于低梯度区域中的输入像素相对暗于周边的像素时，亮度增量非常小或几乎为零。

可以在诸如阴影的失真的部分中增加可见度。此外，当与低梯度区域相对应的输入像素相对亮于周围的像素时，输入像素更大程度地变亮，并且可以局部地增强对比度。此外，可以被理解的是，依赖于输入像素的亮度和周边的像素的亮度来不同地增加输入像素的特有亮度值。

图4示出了根据本发明的实施例的参照特有亮度值的增量来减小特有亮度值的曲线图。

参照图3描述了根据周边亮度值来增加存在于与阴影区域相对应的低梯度区域中的输入像素的特有亮度值。这里，可以通过使用阴影区域的特有亮度值的增量来减小其中特有亮度值不增加或增量小的像素的特有亮度值。具体地讲，可以通过减小具有小的特有亮度值的增量的输入像素的特有亮度值来相对地增强对比度。

曲线图401与曲线图309相同。具体地讲，可以理解的是，当输入像素的特有亮度值对应于低梯度区域(＜0.5)时，根据周边亮度值来显著地增加特有亮度值，或者非常轻微地增加特有亮度值。这里，可以通过使用特有亮度值的增量(即，R)来减小具有小的增量的输入像素的特有亮度值。

曲线图402表示示出了根据特有亮度值的增量来改变的对比度伽玛增益的曲线图。曲线图402的水平轴R表示特有亮度值的增量，垂直轴g表示对比度伽玛增益。

参照图402，可以理解的是，在小于预定值R的区域中，随着特有亮度值的增量的增加，对比度伽玛增益减小。对比度伽玛增益曲线可以对应于式1。具体地讲，可以通过使用特有亮度值的增量乘以预定的减小比率所得的结果和输入像素的对比度强度之间的差来得到对比度伽玛增益。

在这个示例中，可以理解的是，当特有亮度值的增量大于或等于预定的值时，对比度伽玛增益不会被进一步减小并被继续保持为1.0。具体地讲，当通过使用式1计算出对比度伽玛增益为小于或等于阈值1.0的值时，可以表示出对比度伽玛增益被设定为阈值。

曲线图403示出了根据对比度伽玛增益的在低梯度区域中的特有亮度值的梯度曲线。实际上，在高梯度区域中，输入像素的特有亮度值不减小。

当特有亮度值的输入值为X，并且特有亮度值的输出值为Y时，根据对比度伽玛增益g的特有亮度值的梯度曲线可以与式y＝X^g一致。可以理解的是，随着g增加，曲线变得向下弯曲，表示特有亮度值的减小程度的R′增加。

然而，随着g减小，梯度曲线变得向上弯曲。然而，因为减小特有亮度值是目标，所以g不会具有小于阈值1.0的值。可以理解的是，当g具有阈值1.0时，特有亮度值不被减小，并且计算出等于输入值的输出值。

具体地讲，亮度增加效果在亮度信息失真的诸如阴影区域等的区域中是大的。相反，非常亮或未失真的普通区域保持原始的信号，并且对比度不会被增强。因此，当输入像素的特有亮度值的增量是小的或几乎为零时，可以通过减小特有的亮度来增强对比度的值。

图5是示出了根据本发明的实施例的用于增强输入图像的对比度的设备的示图。可以通过使用根据本发明的实施例的增强对比度的方法来操作用于增强对比度的设备。

用于增强对比度的设备可以包括平均亮度值计算单元501、周边亮度值插值单元502和对比度增强单元503。在这个示例中，对比度增强单元503包括特有亮度值增加单元504和特有亮度值减小单元505。

平均亮度值计算单元501可以将输入的图像划分为多个块并计算每个块的平均亮度。在这个示例中，可以通过一次扫描所有的划分出的多个块来计算每个块的平均亮度值。根据本发明的增强对比度的方法比在滑动窗口或滤波器叠加输入图像的同时扫描输入图像的方法更大程度地减小操作时间，并且只需对应于块的数量的数量的存储器。

此外，为了减小平均亮度值的计算次数，平均亮度值计算单元501可以选择性地包括LUT产生单元以产生先前按排列存储了每个块的平均亮度值的LUT。因此，可以通过使用在LUT的排列中存储的平均亮度值来对输入像素的周边亮度值进行插值。

周边亮度值插值单元502可以通过使用每个块的平均亮度值对每个输入像素的周边亮度值进行插值。下面描述对周边亮度值进行插值的过程。周边亮度插值单元502测量与输入像素相邻的多个块的中心像素和输入像素之间的相对距离。

此外，周边亮度插值单元502可以通过赋值与测出的相对距离成反比的权重以及将权重乘以每个中心像素的平均亮度值来对每个输入像素的周边亮度值进行插值。在这个示例中，中心像素具有与输入像素相邻的多个块中的每个块的平均亮度值，并位于多个块中的每个块的中心。

特有亮度值增加单元504可以通过使用输入像素的特有亮度值和输入像素的周边亮度值之间的相关性来增加输入像素的特有亮度值。当特有亮度值存在于低梯度区域中并大于经插值的周边亮度值时，特有亮度值增加单元504可以根据第一亮度增加函数来增加特有亮度值。

当特有亮度值存在于低梯度区域中并小于经插值的周边亮度值时，特有亮度值增加单元504可以根据第二亮度增加函数来增加特有亮度值。上面参照图3描述了根据第一亮度增加函数和第二亮度增加函数来增加特有亮度值的详细过程。

特有亮度值增加单元504可以计算特有亮度值的增量。当特有亮度值存在于低梯度区域中并大于周边亮度值时，特有亮度值的增量大于当特有亮度值小于周边亮度值时特有亮度值的增量。

具体地讲，存在于低梯度区域中并位于相对亮于周围像素的区域中的输入像素的特有亮度值可以比存在于低梯度区域中并位于相对暗于周围像素的区域中的输入像素的特有亮度值更大程度地被增加。

因此，可以增加诸如阴影的失真部分的可见度。然而，当输入像素的特有亮度值几乎等于周围的像素或相对暗于周围的像素时，特有亮度值的增量可以是小的或几乎为零。

特有亮度值减小单元505可以减小其中通过特有亮度值增加单元504的特有亮度值的增量是小的或几乎为零的输入像素的特有亮度值。

特有亮度值减小单元505可以根据特有亮度值的增量来计算输入像素的对比度伽玛增益，并通过使用对比度伽玛增益来减小特有亮度值。在这个示例中，通过使用特有亮度值的增量乘以预定的减小比率所得的结果和输入像素的对比度强度之间的差来计算对比度伽玛增益。具体地讲，可以通过使用上述的式1来计算对比度伽玛增益。

当对比度伽玛增益具有的值小于或等于阈值时，对比度伽玛增益可以被设定为阈值。阈值通常被设定为1。这里，当对比度伽玛增益小于1时，亮度梯度曲线变得向上弯曲并变为亮度增加曲线。当对比度伽玛增益小于1时，对比度伽玛增益被设定为阈值

特有亮度值减小单元505可以通过确定与计算出的对比度伽玛增益相对应的特有亮度值的梯度曲线来确定特有亮度值的减小量。随着特有亮度值的增量被增加，输入像素可以被认为是失真的。因为先前通过使用特有亮度值增加单元504执行了失真的校正，所以具有亮度值的最大增量的输入像素具有相对小或几乎为零的亮度值的减小量。

相反，当通过使用特有亮度值增加单元504计算出的特有亮度值的增量小时，输入像素可以被视为位于未失真和普通的区域中。特有亮度值减小单元505可以通过减小输入像素的特有亮度值来增强局部的区域的对比度。具体地讲，在具有小的特有亮度值增量的输入像素中，特有亮度值的减小量被增加。因此，输入像素的特有亮度值被减小，并且相对地增强局部的对比度的效果被示出。

具体地讲，可以通过将输入图像中的未失真的信息与输入图像中失真的信息分开来将每个不同的亮度变换函数应用于每个像素。因此，由于亮的区域和暗的区域之间的差被增加，整个对比度可以被增强。失真的图像的亮度值被恢复，并且未失真的图像的对比度被加重显示。

根据上面描述的本发明的示例性实施例的增强对比度的方法可以被记录在包括用于实现由计算机执行的各种操作的程序指令的计算机可读介质中。介质还可以包括单独的程序指令、数据文件、数据结构等或它们的组合。介质和程序指令可以是针对本发明的目的被特别的设计和构造的方法和程序指令，或者它们可以为计算机软件领域的技术人员公知的和可用的类型。计算机可读介质的示例包括：磁介质，诸如硬盘、软盘和磁带；光介质，诸如CDROM盘和DVD；磁光介质，诸如光盘；为存储并执行程序指令而特别构造的硬件装置，诸如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪速存储器等。程序指令的示例包括如通过编译器产生的机器码和包含可以由计算机使用解释器来执行的高级代码的文件两者。为了执行本发明的上述的示例性实施例的操作，可以构造所述硬件装置以执行一个或多个软件模块。

根据本发明的上述的示例性实施例，提供了一种不受存储器和处理时间限制的通过将输入图像划分为多个块并一次扫描所有的多个块来增强输入图像的对比度的方法和设备。

此外，根据本发明的上述的示例性实施例，提供了一种可以通过使用输入像素的特有亮度值和输入像素的周边亮度值之间的相关性来确定亮度增量和亮度减小量的增强输入图像的对比度的方法和设备。

此外，根据本发明的上述的示例性实施例，提供了一种可以通过使用输入像素的周边的亮度值将失真的像素与未失真的像素分开并不同地增强每个像素的亮度的增强输入图像的对比度的方法和设备。

此外，根据本发明的上述的示例性实施例，提供了一种可以增加输入像素的特有亮度值并参照亮度增量减小输入像素的特有亮度值的增强输入图像的对比度的方法和设备。

虽然已经示出和描述了本发明的一些实施例，但是本领域技术人员应该理解的是，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例做出改变，本发明的范围由权利要求及其等同物来限定。

Claims (35)

1、一种增强对比度的方法，所述方法的步骤包括：

将图像划分为多个块并计算每个块的平均亮度值；

通过使用平均亮度值对所述图像的每个输入像素的周边亮度值进行插值；

通过使用输入像素的经插值的周边亮度值和输入像素的特有亮度值来增强输入像素的对比度。

2、如权利要求1所述的方法，其中，所述增强步骤包括：

通过使用输入像素的特有亮度值和输入像素的周边亮度值来增加特有亮度值；

根据特有亮度值的增量来减小特有亮度值。

3、如权利要求1所述的方法，其中，所述图像的划分步骤和平均亮度值的计算步骤通过一次扫描所有的划分出的多个块来计算平均亮度值。

4、如权利要求1所述的方法，其中，所述图像的划分步骤和平均亮度值的计算步骤产生按排列存储每个块的平均亮度值的查询表。

5、如权利要求4所述的方法，其中，所述插值步骤通过使用存储在查询表的排列中的平均亮度值来对周边亮度值进行插值。

6、如权利要求1所述的方法，其中，所述插值步骤包括：

测量与输入像素相邻的多个块的中心像素和输入像素之间的相对距离；

通过使用根据相对距离赋值的权重来对每个输入像素的周边亮度值进行插值。

7、如权利要求6所述的方法，其中，中心像素具有与输入像素相邻的多个块中的每个块的平均亮度值，并位于所述多个块中的每个块的中心。

8、如权利要求7所述的方法，其中，所述插值步骤通过使用每个中心像素的平均亮度值乘以与所述相对距离成反比的权重的所得的结果的和的值来对周边亮度值进行插值。

9、如权利要求2所述的方法，其中，所述增加步骤包括：

当特有亮度值大于周边亮度值并小于整个亮度梯度的中点值时，根据第一亮度增加函数来增加特有亮度值；

当特有亮度值小于周边亮度值并小于整个亮度梯度的中点值时，根据第二亮度增加函数来增加特有亮度值；

通过使用第一亮度增加函数和第二亮度增加函数中的任意一个来计算特有亮度值的增量。

10、如权利要求9所述的方法，其中，根据第一亮度增加函数和第二亮度增加函数中的任意一个来增加特有亮度值的步骤当特有亮度值小于整个亮度梯度的中点值时增加特有亮度值，并且当特有亮度值大于整个亮度梯度的中点值时保持特有亮度值。

11、如权利要求9所述的方法，其中，第一亮度增加函数为：

L″＝L′×(1-L′)+I²，

其中，L′＝(I/L)+1，I表示被归一化到0和1之间的特有亮度值，L表示被归一化到0和1之间的周边亮度值。

12、如权利要求9所述的方法，其中，第二亮度增加函数为：

L″＝L′×(1+(L-I)-L′)+I²，

其中，L′＝(I/L)+1，I表示被归一化到0和1之间的特有亮度值，L表示被归一化到0和1之间的周边亮度值。

13、如权利要求11和权利要求12中的任意一个所述的方法，其中，所述增量的计算步骤根据特有亮度值和与特有亮度值相对应的L″的比率来计算增量。

14、如权利要求2所述的方法，其中，所述减小步骤包括：

根据特有亮度值的增量来计算输入像素的对比度伽玛增益；

通过使用对比度伽玛增益来减小特有亮度值。

15、如权利要求14所述的方法，其中，所述对比度伽玛增益的计算步骤通过使用所述增量乘以预定的减小比率所得的结果和输入像素的对比度强度之间的差来计算对比度伽玛增益，并且当对比度伽玛增益小于或等于阈值时，对比度伽玛增益被设定为阈值。

16、如权利要求15所述的方法，其中，所述对比度伽玛增益的计算步骤随着所述增量的增加将对比度伽玛增益减小到阈值。

17、如权利要求14所述的方法，其中，所述减小步骤根据计算出的对比度伽玛增益通过使用特有亮度值的梯度曲线来减小特有亮度值。

18、一种存储用于实现增强对比度的方法的程序的计算机可读记录介质，所述方法包括：

将图像划分为多个块并计算每个块的平均亮度值；

通过使用平均亮度值对所述图像的每个输入像素的周边亮度值进行插值；

通过使用经插值的输入像素的周边亮度值和输入像素的特有亮度值来增强输入像素的对比度。

19、一种用于增强对比度的设备，所述设备包括：

平均亮度值计算单元，将图像划分为多个块并计算每个块的平均亮度值；

周边亮度值插值单元，通过使用平均亮度值来对图像的每个输入像素的周边亮度值进行插值；

对比度增强单元，通过使用输入像素的经插值的周边亮度值和输入像素的特有亮度值来增强输入像素的对比度。

20、如权利要求19所述的设备，其中，对比度增强单元包括：

特有亮度值增加单元，通过使用输入像素的特有亮度值和输入像素的周边亮度值来增加特有亮度值；

特有亮度值减小单元，根据特有亮度值的增量来减小特有亮度值。

21、如权利要求19所述的设备，其中，平均值计算单元通过一次扫描所有的划分出的多个块来计算平均亮度值。

22、如权利要求19所述的设备，其中，平均亮度值计算单元包括：

查询表产生单元，产生按排列存储每个块的平均亮度值的查询表。

23、如权利要求22所述的设备，其中，周边亮度值插值单元通过使用存储在查询表的排列中的平均亮度值来对周边亮度值进行插值。

24、如权利要求19所述的设备，其中，周边亮度值插值单元测量与输入像素相邻的多个块的中心像素和输入像素之间的相对距离，并通过使用根据相对距离赋值的权重来对每个输入像素的周边亮度值进行插值。

25、如权利要求24所述的设备，其中，中心像素具有与输入像素相邻的多个块中的每个块的平均亮度值，并位于所述多个块中的每个块的中心。

26、如权利要求25所述的设备，其中，周边亮度值插值单元通过使用每个中心像素的平均亮度值乘以与所述相对距离成反比的权重的所得的结果的和的值来对周边亮度值进行插值。

27、如权利要求20所述的设备，其中，当特有亮度值大于周边亮度值时，特有亮度值增加单元根据第一亮度增加函数来增加特有亮度值，

当特有亮度值小于周边亮度值时，特有亮度值增加单元根据第二亮度增加函数来增加特有亮度值，

特有亮度值增加单元通过使用第一亮度增加函数和第二亮度增加函数中的任意一个来计算特有亮度值的增量。

28、如权利要求27所述的设备，其中，当特有亮度值小于整个亮度梯度的中点值时，特有亮度值增加单元增加特有亮度值，当特有亮度值大于整个亮度梯度的中点值时，特有亮度值增加单元保持特有亮度值。

29、如权利要求27所述的设备，其中，第一亮度增加函数为：

L″＝L′×(1-L′)+I²，

其中，L′＝(I/L)+1，I表示被归一化到0和1之间的特有亮度值，L表示被归一化到0和1之间的周边亮度值。

30、如权利要求27所述的设备，其中，第二亮度增加函数为：

L″＝L′×(1+(L-I)-L′)+I²，

其中，L′＝(I/L)+1，I表示被归一化到0和1之间的特有亮度值，L表示被归一化到0和1之间的周边亮度值。

31、如权利要求29和权利要求30中的任意一个所述的设备，其中，根据特有亮度值和与特有亮度值相对应的L″的比率来计算所述增量。

32、如权利要求20所述的设备，其中，特有亮度值减小单元根据特有亮度值的增量来计算输入像素的对比度伽玛增益，并且通过使用对比度伽玛增益来减小特有亮度值。

33、如权利要求32所述的设备，其中，通过使用所述增量乘以预定的减小比率所得的结果和输入像素的对比度强度之间的差来计算对比度伽玛增益，并且当对比度伽玛增益具有的值小于或等于阈值时，对比度伽玛增益被设定为阈值。

34、如权利要求33所述的设备，其中，随着所述增量的增加将对比度伽玛增益减小到阈值。

35、如权利要求32所述的设备，其中，特有亮度减小单元根据计算出的对比度伽玛增益通过使用特有亮度值的梯度曲线来减小特有亮度值。

Images