CN101399911B - 利用步阶增益控制来进行影像处理的装置及其相关方法 - Google Patents

Abstract

一种影像处理装置包含有：一边缘检测模块，用来对一原始影像数据中每一像素进行影像边缘检测，且对该原始影像数据中一目标像素产生至少一检测结果；一步阶增益控制模块，耦接于该边缘检测模块，用来依据该边缘检测结果来决定该目标像素的至少一增益系数；以及一计算模块，耦接于该步阶增益控制模块，用来依据该增益系数来调整该目标像素的一原始灰度(gray)值以产生该目标像素的一输出灰度值。

Description

利用步阶增益控制来进行影像处理的装置及其相关方法

技术领域

本发明涉及影像处理，尤其涉及一种利用一步阶增益控制机制来调整影像锐利度的装置以及相关方法。

背景技术

如图1所示的一传统影像处理装置100被用来增强影像边缘的锐利度。影像处理装置100包含有一高通滤波器110、一乘法器120、一核化(coring)操作单元130以及一加法器140。高通滤波器110对一原始影像输入数据进行高通滤波操作且产生一高通滤波结果，接着乘法器120将该高通滤波结果乘以一参数khp以产生一边缘检测结果，之后核化操作单元130对该边缘检测结果进行如图2所示的已知核化操作，最后，加法器140加总该原始影像数据以及核化操作单元130的一核化操作结果以产生一调整后影像数据。

请参考图2，图2为一典型核化操作的一输入输出关系的示意图，当一输入值的一绝对值位于零至一阈值th_c之间的一范围内时，该输出值被设定为零；且当一输入值的一绝对值大于阈值th_c时，该输出值等于或接近该输入值。在图1所示的已知装置中，该输入值表示该边缘检测结果，且该输出值表示核化操作单元130的该核化操作结果。

然而，在进行核化操作之前，该输出值可能会因为噪声干扰而在一范围内变动，因此，输入值距离阈值th_c越近，输出值会因为噪声干扰而有越大的变动(在零与一接近d1的值之间跳跃)。举例而言，如果在一期间内该原始影像数据是静止的，理想上该调整后影像数据应该也是静止的；然而，因为上述噪声的影响，调整后影像数据中某些像素在这段期间内会有不同的灰度值，且在更糟的情况下，这些像素中该不同的灰度值集中在d1以及零附近，因此闪烁(flicker)现象会发生而影像质量会严重降低。

另一方面，在原始影像数据的影像边缘，该边缘检测结果可能会过大而导致该核化操作结果与该原始影像数据的灰度值的总和会大于255，亦即该调整后影像数据的该灰度值大于255且超过了可以显示的最大灰度值。因此在进行如图1所示的影像处理期间，在该影像边缘会有白点发生，而此现象叫做过冲(over shoot)。

闪烁以及过冲为传统影像处理装置100的副作用且会严重影响影像质量。

发明内容

因此本发明的目的之一在于提供利用一步阶增益控制来调整影像锐利度的装置及其相关方法，以解决上述问题且增进影像质量。

依据本发明一实施例，一影像处理装置包含有：一边缘检测模块，用来对一原始影像数据中每一像素进行影像边缘检测，且对该原始影像数据中一目标像素产生至少一检测结果；一步阶增益控制模块，耦接于该边缘检测模块，用来依据该边缘检测结果来决定该目标像素的至少一增益系数；以及一计算模块，耦接于该步阶增益控制模块，用来依据该增益系数来调整该目标像素的一原始灰度值以产生该目标像素的一输出灰度值。

依据本发明一实施例，一影像处理方法包含有：对一原始影像数据中每一像素进行影像边缘检测，且对该原始影像数据中一目标像素产生至少一检测结果；依据该边缘检测结果来决定该目标像素的至少一增益系数；以及依据该增益系数来调整该目标像素的一原始灰度值以产生该目标像素的一输出灰度值。

附图说明

图1为一已知影像处理装置。

图2为一典型核化操作的一输入输出关系的示意图。

图3为依据本发明第一实施例的一影像处理装置。

图4为描述图3所示影像处理装置的操作的流程图。

图5为该影像检测结果的一绝对值与一增益系数关系的示意图。

图6为依据本发明第二实施例的一影像处理装置。

图7为描述图6所示影像处理装置的操作的流程图。

图8为依据本发明第三实施例的一影像处理装置。

附图符号说明

300、600、800	影像处理装置
		310、610、810	边缘检测模块
312、612、812	高通滤波器
		616、816	带通滤波器
314、614、814	第一乘法器
		332、618、818	第二乘法器
632、832	第三乘法器
		834	第四乘法器
820	步阶增益控制模块
		320、620、822、824	步阶增益控制器
330、630、830	计算模块
		334、836	加法器
619	第一加法器
		634	第二加法器

具体实施方式

请参考图3，图3为依据本发明第一实施例的一影像处理装置300。在本实施例中，影像处理装置300包含有一边缘检测模块310、一步阶增益控制器320以及一计算模块330。如图3所示，边缘侦侧模块310包含有一高通滤波器312以及一第一乘法器314；且计算模块330包含有一第二乘法器332以及一加法器334。

请同时参考图3以及图4，图4为描述图3所示影像处理装置300的操作的流程图。若是具有实质上相同的结果，该影像处理的步骤并不以图4所示的步骤为限。参考该流程图，影像处理装置300的操作描述如下：

在步骤402中，高通滤波器312对该原始影像数据进行一高通滤波操作；接着在步骤404中，第一乘法器314将一目标像素的一高通滤波结果HPF乘以一第一参数kph以产生一影像检测结果ΔP；在步骤406中，步阶增益控制器320依据影像检测结果ΔP决定该目标像素的一增益系数Cg；在步骤408中，第二乘法器332将影像检测结果ΔP乘以增益系数Cg以产生一调整后影像检测结果ΔP’；最后，在步骤410中，加法器334加总该目标像素的一原始灰度值P以及调整后影像检测结果ΔP’以产生该目标像素的一输出灰度值P’。上述操作的公式如下所示：

ΔP＝khp*HPF     (1)

ΔP’＝ΔP*Cg    (2)

P’＝P+ΔP’     (3)

如此便完成单一像素的操作，接着影像处理装置300对每一像素依序进行上述的操作以产生一调整后影像数据。

在本例中，该目标像素的增益系数Cg依据该影像检测结果来决定(步骤406)。图5为该影像检测结果的一绝对值|ΔP|与增益系数Cg关系的示意图。如图5所示，该影像检测结果的绝对值|ΔP|被分为六个区域，其中该影像检测结果的绝对值|ΔP|在介于相邻两区域的值分别为th0、th1、th2、th3以及th4。当该影像检测结果的绝对值|ΔP|位于零至th0之间的范围内时，步阶增益控制器320设定该目标像素的增益系数为零以避免噪声干扰而造成画面闪烁。另一方面，为了避免前述“过冲”的现象，当该影像检测结果的绝对值|ΔP|大于th3时，该影像检测结果的绝对值|ΔP|越大，增益系数Cg越小，因此如图5所示的增益系数gain_4会小于gain_3。

在已知核化操作单元130中，当该影像检测结果的绝对值|ΔP|大于阈值th_c时，该边缘检测结果等于该核化操作结果；与步阶增益控制器320比较，该增益系数为1。然而，如前述影像处理装置100的缺点，该影像检测结果的绝对值|ΔP|的相邻两区域的两增益系数Cg差异越大，闪烁的情况会越严重。因此在图5所示th0至th2之间的区域，增益系数Cg随着该影像检测结果的绝对值|ΔP|的增加而增加，如此可以降低闪烁现象。

当然，在增益系数Cg从零至1的这个区间，若是该影像检测结果的绝对值|ΔP|的区域数越多，增益系数Cg的步阶数也越多，因此闪烁情况也会更轻微。

请注意，图5所示该影像检测结果的绝对值|ΔP|与增益系数Cg的关系仅为一实施例，在不违背本发明精神之下，可以依据设计者的考虑来决定|ΔP|区域的数量以及相对应的增益系数，这些设计上的变化均应该在本范围的发明之内。

然而，影像处理装置300只能增强具有高对比或是亮度变化较大的明显影像边缘，如果想要增强微小亮度变化的模糊边缘，该影像处理装置需要加入一带通滤波器。

图6为依据本发明第二实施例的一影像处理装置600。影像处理装置600包含有一边缘检测模块610、一步阶增益控制器620以及一计算模块630。如图6所示，边缘检测模块610包含有一高通滤波器612、一第一乘法器614、一带通滤波器616、一第二乘法器618以及一加法器619；而计算模块630包含有一第三乘法器632以及一第二加法器634。

请同时参考图6以及图7，图7为描述图6所示影像处理装置600的操作的流程图。若是具有实质上相同的结果，该影像处理的步骤并不以图7所示的步骤为限。参考该流程图，影像处理装置600的操作描述如下：

在步骤702中，高通滤波器612对该原始影像数据进行一高通滤波操作且带通滤波器616对该原始影像数据进行一带通滤波操作；接着在步骤704中，第一乘法器614将一目标像素的一高通滤波结果HPF乘以一第一参数kph以产生一第一影像检测结果，而第二乘法器618将一目标像素的一带通滤波结果BPF乘以一第二参数kbh以产生一第二影像检测结果；在步骤706中，第一加法器619加总该第一影像检测结果以及该第二影像检测结果以产生一影像检测结果ΔP；在步骤708中，步阶增益控制器620依据影像检测结果ΔP来决定该目标像素的一增益系数；在步骤710中，第三乘法器632将影像检测结果ΔP乘以一增益系数Cg以产生一调整后影像检测结果ΔP’；最后，在步骤712中，加法器634加总该目标像素的一原始灰度值P以及调整后影像检测结果ΔP’以产生该目标像素的一输出灰度值P’。上述操作的公式如下所示：

ΔP＝khp*HPF+kbp*BPF    (4)

ΔP’＝ΔP*Cg           (5)

P’＝P+ΔP’            (6)

如此便完成单一像素的操作，接着影像处理装置600对每一像素依序进行上述的操作以产生一调整后影像数据。

图8为依据本发明第三实施例的一影像处理装置800。影像处理装置800包含有一边缘检测模块810、一步阶增益控制模块820以及一计算模块830。如图8所示，边缘检测模块810包含有一高通滤波器812、一第一乘法器814、一带通滤波器816以及一第二乘法器818；步阶增益控制模块820包含有一第一步阶增益控制器822以及一第二步阶增益控制器824；而计算模块830包含有一第三乘法器832、一第四乘法器834以及一加法器836。

影像处理装置800的操作类似于进行两次影像处理装置300的操作。在本例中，影像处理装置800包含有两个步阶增益控制器且分别产生一第一调整后影像检测结果以及一第二调整后影像检测结果。影像处理装置800中加法器836接着加总该目标像素的一原始灰度值、该第一调整后影像检测结果以及该第二调整后影像检测结果以产生该目标像素的一输出灰度值。本领域技术人员在了解上述披露技术后，应可轻易地了解影像处理装置800中电路组件的操作，因此在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (18)

1.一种利用步阶增益控制的影像处理装置，其包含有：

一边缘检测模块，用来对一原始影像数据中每一像素进行影像边缘检测，且对该原始影像数据中一目标像素产生至少一边缘检测结果；

一步阶增益控制模块，耦接于该边缘检测模块，用来依据该边缘检测结果来决定该目标像素的至少一增益系数；以及

一计算模块，耦接于该步阶增益控制模块，用来依据该增益系数来调整该目标像素的一原始灰度值以产生该目标像素的一输出灰度值；

其中当该边缘检测结果的一绝对值位于零至一第一阈值之间的一步阶范围内时，该步阶增益控制模块设定该目标像素的该增益系数为零。

2.如权利要求1所述的影像处理装置，其中该边缘检测模块包含有：

一高通滤波器，用来对该原始影像数据进行高通滤波操作；以及

一第一乘法器，耦接于该高通滤波器，用来将该目标像素的一高通滤波结果乘以一第一参数以产生该边缘检测结果。

3.如权利要求2所述的影像处理装置，其中该计算模块包含有：

一第二乘法器，耦接于该步阶增益控制模块，用来将该边缘检测结果乘以该目标像素的该增益系数以产生一调整后边缘检测结果；以及

一加法器，耦接于该第二乘法器，用来加总该目标像素的该原始灰度值以及该调整后边缘检测结果以产生该目标像素的输出灰度值。

4.如权利要求1所述的影像处理装置，其中该边缘检测模块包含有：

一高通滤波器，用来对该原始影像数据进行高通滤波操作；

一第一乘法器，耦接于该高通滤波器，用来将该目标像素的一高通滤波结果乘以一第一参数以产生一第一边缘检测结果；

一带通滤波器，用来对该原始影像数据进行带通滤波操作；

一第二乘法器，耦接于该带通滤波器，用来将该目标像素的一带通滤波结果乘以一第二参数以产生一第二边缘检测结果；以及

一加法器，耦接于该第一乘法器以及第二乘法器，用来加总该第一边缘检测结果以及该第二边缘检测结果以产生该边缘检测结果。

5.如权利要求4所述的影像处理装置，其中该计算模块包含有：

一第三乘法器，耦接于该步阶增益控制模块，用来将该边缘检测结果乘以该目标像素的该增益系数以产生一调整后边缘检测结果；以及

一加法器，耦接于该第三乘法器，用来加总该目标像素的该原始灰度值以及该调整后边缘检测结果以产生该目标像素的该输出灰度值。

6.如权利要求1所述的影像处理装置，其中该步阶增益控制模块包含有一第一步阶增益控制器以及一第二步阶增益控制器，且该边缘检测模块包含有：

一高通滤波器，用来对该原始影像数据进行高通滤波操作；

一第一乘法器，耦接于该高通滤波器以及该第一步阶增益控制器之间，用来将该目标像素的一高通滤波结果乘以一第一参数以产生一第一边缘检测结果，其中该第一步阶增益控制器依据该第一边缘检测结果来决定该目标像素的一第一增益系数；

一带通滤波器，用来对该原始影像数据进行带通滤波操作；以及

一第二乘法器，耦接于该带通滤波器以及该第二步阶增益控制器之间，用来将该目标像素的一带通滤波结果乘以一第二参数以产生一第二边缘检测结果，其中该第二步阶增益控制器依据该第二边缘检测结果来决定该目标像素的一第二增益系数，且该计算模块依据该第一增益系数以及该第二增益系数来调整该目标像素。

7.如权利要求6所述的影像处理装置，其中该计算模块包含有：

一第三乘法器，耦接于该第一步阶增益控制器，用来将该第一边缘检测结果乘以该目标像素的该第一增益系数以产生一第一调整后边缘检测结果；

一第四乘法器，耦接于该第二步阶增益控制器，用来将该第二边缘检测结果乘以该目标像素的该第二增益系数以产生一第二调整后边缘检测结果；以及

一加法器，耦接于该第三乘法器以及该第四乘法器，用来加总该目标像素的该原始灰度值、该第一调整后边缘检测结果以及该第二调整后边缘检测结果以产生该目标像素的该输出灰度值。

8.如权利要求1所述的影像处理装置，其中当该边缘检测结果的一绝对值位于该第一阈值至大于该第一阈值的一第二阈值之间的一第一步阶范围内时，该步阶增益控制模块设定该目标像素的该增益系数为一第一值；且当该边缘检测结果的该绝对值位于该第二阈值至大于该第二阈值的一第三阈值之间的一第二步阶范围内时，该步阶增益控制模块设定该目标像素的该增益系数为大于该第一值的一第二值。

9.如权利要求1所述的影像处理装置，其中当该边缘检测结果的一绝对值位于一第三阈值至大于该第三阈值的一第四阈值之间的一第三步阶范围内时，该步阶增益控制模块设定该目标像素的该增益系数为一第三值；且当该边缘检测结果的该绝对值位于该第四阈值至大于该第四阈值的一第五阈值之间的一第四步阶范围内时，该步阶增益控制模块设定该目标像素的该增益系数为小于该第三值的一第四值。

10.一种利用步阶增益控制的影像处理方法，其包含有：

对一原始影像数据中每一像素进行影像边缘检测，且对该原始影像数据中一目标像素产生至少一边缘检测结果；

依据该边缘检测结果来决定该目标像素的至少一增益系数；以及

依据该增益系数来调整该目标像素的一原始灰度值以产生该目标像素的一输出灰度值；

当该边缘检测结果的一绝对值位于零至一第一阈值之间的一步阶范围内时，该目标像素的该增益系数设定为零。

11.如权利要求10所述的影像处理方法，其中对该原始影像数据中每一像素进行影像边缘检测且对该原始影像数据中该目标像素产生至少一检测结果的步骤包含有：

对该原始影像数据进行高通滤波操作；以及

将该目标像素的一高通滤波结果乘以一第一参数以产生该边缘检测结果。

12.如权利要求11所述的影像处理方法，其中依据该增益系数来调整该目标像素的该原始灰度值以产生该目标像素的该输出灰度值的步骤包含有：

将该边缘检测结果乘以该目标像素的该增益系数以产生一调整后边缘检测结果；以及

加总该目标像素的该原始灰度值以及该调整后边缘检测结果以产生该目标像素的输出灰度值。

13.如权利要求10所述的影像处理方法，其中对该原始影像数据中每一像素进行影像边缘检测且对该原始影像数据中该目标像素产生至少一检测结果的步骤包含有：

对该原始影像数据进行高通滤波操作；

将该目标像素的一高通滤波结果乘以一第一参数以产生一第一边缘检测结果；

对该原始影像数据进行带通滤波操作；

将该目标像素的一带通滤波结果乘以一第二参数以产生一第二边缘检测结果；以及

加总该第一边缘检测结果以及该第二边缘检测结果以产生该边缘检测结果。

14.如权利要求13所述的影像处理方法，其中依据该增益系数来调整该目标像素的该原始灰度值以产生该目标像素的该输出灰度值的步骤包含有：

将该边缘检测结果乘以该目标像素的该增益系数以产生一调整后边缘检测结果；以及

加总该目标像素的该原始灰度值以及该调整后边缘检测结果以产生该目标像素的该输出灰度值。

15.如权利要求10所述的影像处理方法，其中对该原始影像数据中每一像素进行影像边缘检测且对该原始影像数据中该目标像素产生至少一检测结果的步骤包含有：

对该原始影像数据进行高通滤波操作；

将该目标像素的一高通滤波结果乘以一第一参数以产生一第一边缘检测结果，其中该目标像素的一第一增益系数依据该第一边缘检测结果来决定；

对该原始影像数据进行带通滤波操作；以及

将该目标像素的一带通滤波结果乘以一第二参数以产生一第二边缘检测结果，其中该目标像素的一第二增益系数依据该第二边缘检测结果来决定，且该目标像素依据该第一增益系数以及该第二增益系数来调整。

16.如权利要求15所述的影像处理方法，其中依据该增益系数来调整该目标像素的该原始灰度值以产生该目标像素的该输出灰度值的步骤包含有：

将该第一边缘检测结果乘以该目标像素的该第一增益系数以产生一第一调整后边缘检测结果；

将该第二边缘检测结果乘以该目标像素的该第二增益系数以产生一第二调整后边缘检测结果；以及

加总该目标像素的该原始灰度值、该第一调整后边缘检测结果以及该第二调整后边缘检测结果以产生该目标像素的该输出灰度值。

17.如权利要求10所述的影像处理方法，其中当该边缘检测结果的一绝对值位于该第一阈值至大于该第一阈值的一第二阈值之间的一第一步阶范围内时，设定该目标像素的该增益系数为一第一值；且当该边缘检测结果的该绝对值位于该第二阈值至大于该第二阈值的一第三阈值之间的一第二步阶范围内时，设定该目标像素的该增益系数为大于该第一值的一第二值。

18.如权利要求10所述的影像处理方法，其中当该边缘检测结果的一绝对值位于一第三阈值至大于该第三阈值的一第四阈值之间的一第三步阶范围内时，设定该目标像素的该增益系数为一第三值；且当该边缘检测结果的该绝对值位于该第四阈值至大于该第四阈值的一第五阈值之间的一第四步阶范围内时，设定该目标像素的该增益系数为小于该第三值的一第四值。

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