CN101408973B - 图像处理方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种图像处理方法及其装置。首先，接收具有多个区域的图像，其中各区域包括多个像素。接着，对各区域执行对比度处理，并分析各区域各自的局部曲线，其中局部曲线为各区域中像素的灰度值在对比度处理之前与经对比度处理之后的对应关系。而依据其一区域与邻近区域各自的局部曲线，来调整这个区域与邻近区域之间边界中的像素的灰度值。在此，为了改善图像品质，对各区域执行局部的对比度处理。而经由上述处理，不仅各区域的特征能变较为明显，并且区域之间边界所存有的不均匀区也可变平滑。

Description

图像处理方法及其装置

技术领域

本发明涉及图像处理方法及其装置，尤其涉及按区域局部增强图像对比度的方法及其装置。

背景技术

在图像处理领域里，多数人都对图像增强技术(image enhancementtechnique)感到浓厚的兴趣。基本上说，图像增强技术的概念就是使图像的模糊细节显示出来，或者使图像中某些令人感兴趣的特征更加明显。图像增强技术中考虑了人类视觉系统的主观感觉。一般而言，人眼辨别不同亮度层级(luminance level)的能力影响着图像处理的显示结果。例如，如果图像倾向于模糊(或黑暗)，那么人眼就不能清楚地看到图像的细节，所以图像的灰度值(gray-level)范围便需要被扩大，也就是说，对图像执行对比度处理。

对比度处理为增加图像的动态灰度值范围。图1为执行对比度处理的典型转换图。请参照图1，输入灰度值r₁与r₂被分别转换为灰度值s₁与s₂，其中灰度值r₁与r₂分别是原始图像的最小灰度值与最大灰度值。因此，藉由对比度处理，原始图像的灰度值范围可扩大至灰度值0与灰度值L-1之间的灰度值范围。

此外，也可使用图像的灰度值直方图来执行对比度处理。灰度值直方图为一种离散函数，其可表示为h(r_k)＝n_k，其中r_k是第k个灰度值，而n_k是灰度值r_k的像素数量。图2A到图2C分别为暗图像，亮图像以及低对比度图像的各自的直方图。请参照图2A，如果图像倾向于微暗、模糊，那么其直方图的分量就会集中于低灰度值。相反地，请参照图2B，亮图像的直方图分量会集中高灰度值。此外，请参照图2C，低对比度图像的直方图分量会集中于中间的灰度值范围，并且此灰度值范围较窄。直觉上来看，高对比度图像的直方图分量应为包含较宽的灰度值范围，并且像素数量会接近均匀地分布在每个灰度值上。因此，为了使图像的更多灰度值细节变得明显，并且扩大图像的灰度值范围，可以依据图像的直方图信息来产生一转换函数(transferfunction)，例如图1中的转换曲线。

不过，图像可能具有多个特征或细节，其分布在图像的不同区域，并且这些特征或细节极不相同。如果依据固定的转换函数或固定的对比度调整，来对整个图像执行对比度处理，则这些特征或细节就会因相互影响而变得不明显。所以，同时考虑增强图像对比度与保持图像特征或细节便成为了现今重要课题之一。

发明内容

本发明提供一种图像处理方法及其装置。此图像处理方法及其装置为按区域来局部增强图像对比度，并且依据图像区域的调整结果，来调整区域之间边界中的像素。因此，藉由局部对比度处理，每个图像区域中的特征或细节便可变得更为明显。而且，藉由调整边界中的像素，也可使得图像区域之间所存有的不均匀区域变得较为平滑，从而提高图像的显示品质。

本发明提供一种图像处理方法。首先，接收一图像，其中该图像具有多个区域，并且每个区域包括多个像素。接着，对每个区域执行对比度处理，并且分析每个区域各自的局部曲线，其中局部曲线为每个区域中像素的灰度值经对比度处理之前与对比度处理之后的对应关系。接着，依据其中一个区域与邻近区域各自的局部曲线，来调整所述其中一个区域与邻近区域之间边界中的像素的灰度值。

本发明提供一种图像处理装置。此图像处理装置包括对比度增强模块、分析模块以及运算模块。对比度增强模块接收具有多个区域的图像，用以对每个区域执行对比度处理，其中每个区域包括多个像素。分析模块耦接至对比度增强模块，其分析每个区域各自的局部曲线，其中局部曲线为每个区域中像素的灰度值在对比度处理之前与经对比度处理之后的对应关系。运算模块耦接至分析模块，其依据其中一个区域与邻近区域各自的局部曲线，来调整这个区域与邻近区域之间边界中的像素的灰度值。

本发明提供一种图像处理方法及其装置。此图像处理方法及其装置对每个图像区域执行局部对比度处理，藉以使每个图像区域中的特征或细节变得明显。但是，局部的对比度处理会使图像区域之间的边界出现人眼能察觉的不均匀区(或称为假像)。因此，本发明分析每个图像区域的局部曲线，藉以调整图像区域之间的边界中的像素，此局部曲线为每个图像区域的像素的灰度值在对比度处理之前与经对比度处理之后的对应关系。因此，上述不均匀区可经由调整而变得平滑，藉此获得较佳的视觉效果，以及提高整体图像显示品质。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明的较佳实施例，并结合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为执行对比度处理的典型转换图。

图2A～图2C为暗图像、亮图像与低对比度图像的各自直方图。

图3为按照本发明一个实施例的图像处理装置的方块图。

图4为按照本发明一个实施例的具有多个区域的图像的示意图。

图5A与图5B分别为本发明的一个实施例中其一区域在经对比度处理之前与经对比度处理之后的各自的直方图。

图6A为本发明的一个实施例的图3中运算模块的方块图。

图6B为本发明的另一个实施例中调整区域之间边界中的像素之一的示意图。

图6C为本发明的另一个实施例中计算加权和作为边界中的像素之一经调整的灰度值的示意图。

图7为本发明的一个实施例中图像处理方法的流程图。

附图中的附图标记说明如下：

310：对比度增强模块

320：分析模块

330：运算模块

331：提取单元

332：加权处理单元

S701～S704：本发明的一个实施例的图像处理方法的各步骤

具体实施方式

图3为按照本发明一个实施例的图像处理装置的方块图。请参照图3，此图像处理装置包括对比度增强模块310、分析模块320以及运算模块330。对比度增强模块310接收具有多个区域的图像，并且对每个区域执行对比度处理，其中每个区域包括多个像素。分析模块320耦接对比度增强模块310，用以分析每个区域各自的一局部曲线，其中局部曲线为每个区域中像素的灰度值在对比度处理之前与经对比度处理之后的对应关系。运算模块330耦接至分析模块320，其依据其中一个区域与邻近区域各自的局部曲线来调整这个区域与邻近区域之间边界中的像素的灰度值。以下详细叙述各模块的运作。

图4为本发明的一个实施例中具有多个区域的图像的示意图。请参照图4，图像410具有区域411～414(在本文描述中仅绘示了四个区域)，并且曲线415～418分别为区域411～414的局部曲线。对比度增强模块310对每个区域，例如：区域411，执行对比度处理。图5A与图5B所示为本发明的一个实施例中其一区域在经对比度处理之前与经对比度处理之后的直方图。对比度增强模块310分析此其一区域中像素的灰度值的直方图，如图5A所示，此直方图代表着每个灰度值的像素数量。对比度增强模块310使用一转换函数来等化此直方图，以增强此其一区域中像素的灰度值的对比度。因此，请参照图5B，灰度值0与灰度值L之间的灰度值范围内的每个灰度值的像素数量均匀地分布。

请参照图4，分析模块320分析每个区域各自的局部曲线，其中局部曲线为每个区域中像素的灰度值在对比度处理之前与经对比度处理之后的对应关系，也就是输入灰度值L与输出灰度值L′之间的映射关系。如图4所示，曲线415～418分别是区域411～414的局部曲线。

图6A为本发明实施例图3中运算模块330的方块图。请参照图6A，运算模块330包括提取单元331与加权处理单元332。提取单元331依据边界中的像素之一，从其中一个区域的局部曲线得到第一灰度值，并且依据边界中的像素其中之一，从邻近区域的局部曲线得到第二灰度值，其中上述边界介于此其中一个区域与邻近区域之间。加权处理单元332耦接到提取单元331，其为计算第一灰度值与第二灰度值的加权和(weight sum)，作为边界中的像素之一经调整的灰度值。而且，此加权和相关于边界中的像素之一与其中一个区域的中心之间的距离，以及边界中的像素之一与邻近区域的中心之间的距离。

下文的描述是调整边界中的像素之一的范例。图6B为本发明的另一个实施例中调整区域之间边界中的像素之一的示意图。请参照图4与图6B，为了便于描述，在图像中标示像素P1～P25(在本文的描述中仅绘示了二十五个像素)。像素P3位于区域411与区域412之间的边界中，因此提取单元331依据像素P3的输入灰度值，从区域411的局部曲线415获得输出灰度值f1，并且提取单元331依据像素P3的输入灰度值，从区域412的局部曲线416获得输出灰度值f2。由于像素P3与区域411的中心(即像素P7)之间的距离等于像素P3与区域412的中心(即像素P9)之间的距离，所以加权处理单元332计算加权和作为像素P3的调整后的灰度值，也就是输出灰度值f1与输出灰度值f2的平均值。

同理类推，像素P14位于区域412与区域414之间的边界中，因此提取单元331依据像素P14的输入灰度值，从区域412的局部曲线416获得输出灰度值f3，并且提取单元331依据像素P14的输入灰度值，从区域414的局部曲线418获得输出灰度值f4。由于像素P14与区域412的中心(即像素P9)之间的距离等于像素P14与区域414的中心(即像素P19)之间的距离，所以加权处理单元332计算输出灰度值f3与输出灰度值f4的平均值，作为像素P14经调整的灰度值。

此外，像素P13位于区域411～414之间的边界中。提取单元331依据像素P13的输入灰度值，从局部曲线415～418分别得到输出灰度值f5～f8。由于像素P13与像素P7之间、像素P13与像素P9之间、像素P13与像素P17之间、以及像素P13与像素P19之间各自的距离相等，所以加权处理单元332计算加权和(f5+f6+f7+f8)/4，作为像素P13经调整的灰度值，其中像素P7、P9、P17、P19分别是区域411～414的中心。

图6C绘示为本发明的另一实施例中计算加权和作为边界中的像素之一经调整的灰度值的示意图。为了便于描述，用符号A～D来分别表示区域411～414的中心，并且用符号E来表示边界中的像素之一。当提取单元331依据像素E的灰度值，从区域411～414的局部曲线分别得到输出灰度值F_A、F_B、F_C以及F_D时，则像素E经调整后的灰度值FE以数学形式表示为等于：

$\frac{\mathrm{dx}\_\max -\mathrm{dx}}{\mathrm{dx}\_\max }(\frac{\mathrm{dy}\_\max -\mathrm{dy}}{\mathrm{dy}\_\max }\×F_A+\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dy}\_\max }\×F_C)+\frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{dx}\_\max }(\frac{\mathrm{dy}\_\max -\mathrm{dy}}{\mathrm{dy}\_\max }{\×F}_B+\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dy}\_\max }\×F_D)$

值得注意的是，区域的大小与数量并非意图限制本发明的精神。在上述实施例中，仅绘示了四个区域用于描述。本领域普通技术人员可以依据需要来将图像划分为任意数量的区域(至少两个区域)，并且依据本发明的实施例的教导，按区域来增强图像对比度。

由上述几个实施例的叙述，在此可以归纳为下列的方法流程。图7为本发明的一个实施例中图像处理方法的流程图。首先，接收一图像(步骤S701)，其中此图像具有多个区域，并且每个区域包括多个像素。接着，对每个区域执行对比度处理(步骤S702)，以局部改良图像区域，并且分析每个区域各自的局部曲线(步骤S703)，其中局部曲线为每个区域中的像素的灰度值在对比度处理之前与经对比度处理之后的对应关系。接着，依据其中一个区域与邻近区域各自的局部曲线来调整这个区域与邻近区域之间边界中的像素之一的灰度值(步骤S704)，以使区域之间边界中的不均匀区变得平滑。

总而言之，本发明的实施例为提供一种图像处理方法及其装置，其为对图像的每个区域执行局部对比度处理，以使图像区域的特征或细节变得更明显。此外，藉由局部对比度增强，区域之间的边界中可能出现不均匀区，所以本发明的实施例分析每个区域的局部曲线(此局部曲线可反应出每个区域的对比度调整结果)，并且提供加权处理来依据形成此边界的相关区域的局部曲线，调整此边界中的像素，从而使不均匀区变得平滑。因此，本发明的实施例在图像显示品质上具有更好的性能。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作适当更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书为准。

Claims (6)

1. 一种图像处理方法，包括：

接收一图像，其中该图像具有多个区域，并且每个区域包括多个像素；

对每个区域执行对比度处理；

分析每个区域各自的一局部曲线，其中该局部曲线为每个区域中像素的灰度值在所述对比度处理之前与对比度处理之后的对应关系；以及

依据所述区域其中之一与邻近的区域各自的局部曲线，调整所述区域其中之一与所述邻近的区域之间的一边界中的所述像素其中之一的灰度值。

2. 如权利要求1所述的图像处理方法，所述对比度处理包括：

分析每个区域中所述像素的灰度值的直方图；以及

使用一转换函数来等化所述直方图，以增强每个区域中所述像素的灰度值的对比度。

3. 如权利要求1所述的图像处理方法，其中依据所述区域其中之一与所述邻近的区域各自的局部曲线，调整所述区域其中之一与所述邻近的区域之间的所述边界中的所述像素其中之一的灰度值的步骤包括：

依据所述边界中的所述像素其中之一的灰度值，从所述区域其中之一的局部曲线获得第一灰度值；

依据所述边界中的所述像素其中之一的灰度值，从所述邻近的区域的局部曲线获得第二灰度值；以及

计算所述第一灰度值与所述第二灰度值的一加权和，作为所述边界中的所述像素其中之一经调整的灰度值，其中所述加权和相关于所述边界中的所述像素其中之一与所述区域其中之一的中心之间的距离，以及所述边界中的所述像素其中之一与所述邻近的区域的中心之间的距离。

4. 一种图像处理装置，包括：

对比度增强模块，接收具有多个区域的一图像，对每个区域执行对比度处理，其中每个区域包括多个像素；

分析模块，耦接至所述对比度增强模块，分析每个区域各自的一局部曲线，其中该局部曲线为每个区域中所述像素的灰度值在所述对比度处理之前与对比度处理之后的对应关系；以及

运算模块，耦接至所述分析模块，依据所述区域其中之一与邻近的区域各自的局部曲线，调整所述区域其中之一与所述邻近的区域之间一边界中的所述像素其中之一的灰度值。

5. 如权利要求4所述的图像处理装置，其中所述对比度增强模块分析每个区域中所述像素的灰度值的一直方图，并且使用一转换函数来等化所述直方图，以增强每个区域中所述像素的灰度值的对比度。

6. 如权利要求4所述的图像处理装置，其中所述运算模块包括：

提取单元，依据所述边界中的所述像素其中之一的灰度值，从所述区域其中之一的局部曲线获得第一灰度值，以及依据所述边界中的所述像素其中之一的灰度值，从所述邻近的区域的局部曲线获得第二灰度值；以及

加权处理单元，耦接到所述提取单元，计算所述第一灰度值与所述第二灰度值的一加权和，作为所述边界中的所述像素其中之一经调整的灰度值，其中所述加权和相关于所述边界中的所述像素其中之一与所述区域其中之一的中心之间的距离，以及所述边界中的所述像素其中之一与所述邻近的区域的中心之间的距离。

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