CN101409769B

CN101409769B - 数字影像色调重置方法与装置

Info

Publication number: CN101409769B
Application number: CN2008100970483A
Authority: CN
Inventors: 陈星嘉; 黄铃琇
Original assignee: Himax Technologies Ltd
Current assignee: Himax Technologies Ltd
Priority date: 2007-10-11
Filing date: 2008-05-12
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2028-05-12
Also published as: TWI361003B; CN101409769A; TW200917838A; US8107756B2; US20090097777A1

Abstract

一种数字影像色调重置方法，其包含计算数字影像的平均亮度值，然后根据此平均亮度值产生一预设色调设置程序；产生数字影像的亮度统计，并根据该预设色调设置程序与该亮度统计决定用于多个概略亮度值的多个新重置值，根据新重置值与概略亮度值产生一最终色调设置程序，最后藉由该最终色调设置程序重置该数字影像。

Description

数字影像色调重置方法与装置

技术领域

本发明涉及一种数字影像处理，特别是涉及一种数字影像色调重置的方法与装置。

背景技术

数字影像色调设置是在数字影像描绘装置(如显示装置或打印机)的录像处理单元上广泛使用的功能。在输入影像的位分辨率定义的预设范围到根据描绘装置的另一理想范围内，色调设置程序转换输入影像的亮度编码值。

输入影像可以是黑白影像或彩色影像。对于黑白影像来说，像素的灰度用于表示亮度单元。对于彩色影像，输入影像的每个像素基本上包含三个或四个单元以定义一颜色。举例来说，在RGB颜色空间中三个主要颜色为红、绿与蓝，每个像素的亮度可藉由像素数据的红、绿与蓝单元的比重来获得。重置影像的颜色部份可以藉由依照比例的所对应的重置亮度值获得。

色调设置功能可以是静态的或是动态的。静态的色调设置功能藉由用于所有输入影像的固定转换程序所定义。另一方面来说，动态设置功能可以根据输入影像的适当特性动态调整。当需要产生与原始影像相同的描绘影像时，需将对比改进计算在内。由于在不同影像的像素宽广范围的分散状态，使用单一静态色调设置功能于各种不同的影像作为对比改进目的是困难的。

因此，存在一种需求使用具有动态色调设置功能的方法与装置可以改善颜色的对比，其方法简单、费用低与容易使用。

发明内容

根据上述，本发明的目的是提供一种用于数字影像的色调设置方法与装置。

根据本发明的目的，提供一种数字影像色调重置方法，其包含：计算数字影像的平均亮度值，然后根据此平均亮度值产生一预设色调设置程序；产生数字影像的亮度统计，并根据该预设色调设置程序与该亮度统计决定用于多个概略亮度值的多个新重置值，根据新重置值与概略亮度值产生一最终色调设置程序，最后藉由该最终色调设置程序重置该数字影像。

根据上述的目的，本发明亦提供一种数字影像色调重置装置，其包含影像分析单元、预设色调设置程序产生单元、重置值调整单元、最终色调设置程序产生单元以及影像重置单元，并结合上述的方法，以达到本发明只数字影像色调重置的目的。

附图说明

图1为根据本发明的一种数字影像色调重置方法的流程图；

图2A为根据本发明在步骤120中产生的预设色调设置程序TP(X)的图形；

图2B为根据本发明的较佳实施例所决定的概略亮度值、预设色调设置程序TP(X)的重置值与新重置值的图形；

图2C为根据本发明的较佳实施例所产生的最终色调设置程序的图形；

图3为显示根据本发明的实施例的数字影像色调重置装置。

附图符号说明

110 190步骤

300 数字影像色调重新绘映装置

310 影像分析单元

320 初始色调绘映程序产生单元

330 重新绘映值调整单元

340 最终色调绘映程序产生单元

350 影像重新绘映单元

具体实施方式

图1是显示根据本发明的一种数字影像色调重置方法的流程图。如图1所示，在步骤110中，计算数字影像的平均亮度值。此数字影像可以是静态的数字影像，在不同实施例中，数字影像可以是影像串流译码中的其中一个影像图框。基本上，数字影像可以是从由特定影像压缩译码的影像串流译码的影像图框。由此可知，数字影像可以由像素矩阵所显示，其每个像素包含一个或多个数字单元，这些数字单元用于定义像素的光学特性，如亮度或是浓度。在下列的叙述中，数字影像可以从适当的位置(如系统存储器)所撷取。

数字影像基本上藉由二维阵列数码值来表示灰度或个别像素的颜色数据。数字影像的平均亮度值可藉由将所有像素的亮度单元相加，然后再除以数字影像的像素的数量，其最接近整数的值而获得。

在步骤120中，根据上述的平均亮度值产生预设色调设置程序T_P(X)。请参阅图2A并结合下列的说明，图2A是显示根据本发明在步骤120中产生的预设色调设置程序T_P(X)的图表。数字影像的平均亮度值在图2A中是由APL(average pixel level)所表示。特别的是，在图2A中，平均亮度值APL为位于50至100之间的亮度值，且接近于50(如图所示，图示的APL为54)。

此预设色调设置程序T_P(X)的演算方式将在下列的叙述中做详细描述。首先，利用预设色调设置程序T_P(X)重置平均亮度值APL。其次，此预设色调设置程序T_P(X)藉由图2A所示的曲线S_L1所表示的第一区域设置程序T_L1(X)＝X*(X/APL+r0*(APL-X)/Cmax)重置任何小于该平均亮度值APL的亮度值。其中r0是一预设数值用于表示当X等于0的有效斜率。另一方面来说，区域设置程序T_L1(X)将会藉由(X/APL+r0*(APL-X)/Cmax)的数值乘上亮度值X。Cmax表示数字影像的位分辨率的最大数值。当位分辨率为8时(如使用8位来编码亮度组件)，用于亮度的可能编码值的范围可以在0到255(2⁸-1)之间，而最大的编码值Cmax将会是255。预设数值r0为0与1之间的一个数值。在一实施例中，r0的值为0时(如对于X在0时的有效斜率为0)，而T_L1(X)藉由X/APL的数值乘上X，X/APL正比于X。当亮度值从0到平均亮度值APL时，(X/APL+r0*(APL-X)/Cmax)的值会从r0*APL/Cmax到1。区域设置程序T_L1(X)会重置平均亮度值APL。进一步来说，预设色调设置程序T_P(X)会藉由第二区域设置程序T_L2(X)＝(Cmax-X)*(X-APL)/Cmax+X重置任何大于平均亮度值APL的亮度值，第二区域设置程序T_L2(X)＝(Cmax-X)*(X-APL)/Cmax+X是由图2A所示的曲线SL2所显示。第二区域设置程序T_L2(X)亦会重置平均亮度值APL与最大编码值Cmax。

总结来说，预设色调设置程序T_P(X)可以藉由下列的函数所定义：

(1)T_P(X)＝X*(X/APL+r0*(APL-X)/Cmax)，当X小于APL；

(2)T_P(X)＝APL；以及

(3)T_P(X)＝(Cmax-X)*(X-APL)/Cmax+X，当X大于APL。

在步骤130中，产生数字影像的亮度统计(如一统计长条图)。统计图纪录像素的所有可能亮度值的发生频率。

在步骤140，根据预设色调设置程序TP(X)与亮度统计来决定用于多个概略亮度值的新重置值。

下列的说明请参阅图2B。图2B显示根据本发明的较佳实施例所决定的概略亮度值、预设色调设置程序TP(X)的重置值。在此实施例中，概略亮度值为32、64、128、192与224。然而，概略亮度值在此并不局限于上述的数值，且概略亮度值的数量也不局限于只有五个。

举例来说，利用分布在两个接近概略亮度值128的预设范围的像素以计算用于概略亮度值128的新重置值。在此较佳实施例中，此两个预设范围可以是(0，127)与(128，255)，其表示亮度值位于0至127(包含0与127)之间与128至255(包含128与255)之间。此两个预设范围可以是(0，127)与(128，255)在此分别称为第一范围与第二范围。可以知道的是第一范围与第二范围包含亮度值的代表数字。由于在数字影像中包含大量的像素数据，一个或两个亮度值没有落在正确的范围内(如不同亮度值的计算)，并不会造成重大影响。

分别计算在第一范围与第二范围之间的像素数量以得到对应于第一范围与第二范围的第一像素数量与第二像素数量。在此较佳实施例中，在第一范围内的像素颜色比第二范围内的像素颜色较暗。

一般来说，当第一像素数量比第二像素数量大时(如黑色像素为多数时)，用于概略亮度值128的新重置值会被设置为一大于预设重置值的数值，此数值如上所述为175。然而，当第一像素数量比第二像素数量小的时候，对于概略亮度值128的新重置值会被设置为一小于预设重置值的数值。当第一像素数量与第二像素数量之间的差越来越大时，对于概略亮度值128的新重置值会被设置为远离预设重置值的数值。在此特别的范例中，若第一像素数量等于第二像素数量，或许不可能发生，此新重置值会等于预设重置值。

特别的是，可以从第一像素数量与第二像素数量的比例推演出一调整比例值。当第一像素数量与第二像素数量之间的差值正比于此调整比例，可以决定对于概略亮度值128的新重置值。此比例在下列的叙述中以R来表示。当比例R大于1时，则调整比例值为R-1。当比例R小于1时，则调整比例值为1/R-1。当比例R等于1时，则调整比例值为0，即无须作调整。新重置值与预设重置值之间的差值可被设定为调整比例值乘上一个经由实验或是由经验所得的比率值。

在其它实施例中，此概略亮度值128设有上限值与下限值，若所量测的概略亮度值128大于上限值(反过来说，小于下限值)，则新重置值设定为对应于概略亮度值128在上限值(下限值)的新重置值。上限值(下限值)亦可选择自上限值与预设重置值等于预设重置值乘以一默认值之间的差值。而在不同的实施例中亦可根据经验来选择上限值(下限值)。

在其它实施例中，用于概略亮度值128的新重置值可根据其它不同状态、统计数据(例如由方程式所推算出)、在两个预设范围之间的像素值、不同范围的平均亮度值或不同范围的中间值所决定。

对于其余的概略亮度值(32、64、192与224)使用相同的方法来决定个别的新亮度值。根据概略亮度值，不同的范围可以用于决定个别的新亮度值。举例来说，用于决定对于概略亮度值(32、64、192与224)的新亮度值的两个范围可以是{(0，31)、(32，63)}、{(0，63)、(64，128)}、{(128，191)、(192，255)}与{(192，223)，(224，255)}。而标示在P 32、P64、P128、P192与P224的点表示为图示的概略亮度值与其对应的新重置值。

多个概略亮度值与在这步骤中所决定的新亮度值为最终色调设置程序T_F(X)的主要组件。

在步骤150中，根据新重置值与多个概略亮度值所产生最终色调设置程序T_F(X)。下列的说明请参阅图2C。图2C是根据本发明的较佳实施例的最终色调设置程序T_F(X)的图形表示。在此实施例中，最终色调设置程序为由六条线段S1-S6所组成的线性色调重制程式，S1-S6是由六对端点{(0，31)、(32，63)}、{(0，63)、(64，128)}、{(128，191)、(192，255)}与{(192，223)、(224，255)}所表示的线段，标示在P 32、P64、P128、P192与P224的点表示在步骤140中为图示的概略亮度值与其对应的新重置值。

在步骤160中，藉由最终色调设置程序T_F(X)来重置数字影像。在步骤170中，重置数字影像传送至一输出装置(例如监视器、屏幕或打印机等)。

在本发明中亦包含应用上述的方法的装置。图3是显示根据本发明的实施例的数字影像色调重置装置300。一般来说，数字影像色调重置装置可以是影像建构系统(例如显示装置或打印机)的数字影像处理单元的一个区域单元。数字影像色调重置装置300包含影像分析单元310、预设色调设置程序产生单元320、重置值调整单元330、最终色调设置程序产生单元340与影像重置单元350。下面的叙述请参阅图3并结合图1说明。预设色调设置程序产生单元320是与重置值调整单元330相互接通。

影像分析单元310是用于执行上述的步骤110与130以计算数字影像的平均亮度值并产生数字影像的亮度统计(如统计长条图)。如图3所示，影像分析单元310与预设色调设置程序产生单元320以及重置值调整单元330相互沟通。特别的是，影像分析单元310可以从系统存储器中接收数字影像，并提供平均亮度值与亮度统计(如统计长条图)给预设色调设置程序产生单元320以及重置值调整单元330。

预设色调设置程序产生单元320根据由影像分析单元310所提供的平均亮度值用于产生预设色调设置程序T_P(X)(如上述的步骤120)。重置值调整单元330用于决定对于多个概略亮度值的新亮度值根据由预设色调设置程序产生单元320产生的预设色调设置程序T_P(X)与由影像分析单元310所提供的亮度统计，如上述的步骤140所示。藉由在重置值调整单元330所决定的多个概略亮度值与新亮度值，最终色调设置程序产生单元340可执行步骤150以产生最终色调设置程序T_F(X)，如在图2C所示的形式。影像重置单元350可重置数字影像通过由最终色调设置程序产生单元340产生的最终色调设置程序T_F(X)。从影像重置单元350输出的重置数字影像即可传送至一输出装置，如监视器、显示器或打印机等。

在一较佳实施例中，所有在图3所示的单元应用有如应用特殊集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)的逻辑组件。根据本发明的不同的实施例中，这些单元可以如在数字讯号处理(digitalsignal processing)系统或微处理系统中应用的软件或硬件模块。另外，基本上，上述的系统存储器为动态随机读取存储器(dynamic random accessmemory，DRAM)或其它实用的易失性或非易失性存储器。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的权利要求；凡其它未脱离发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在本发明的权利要求中。

Claims

1.一种数字影像色调重置方法，包含：

计算一数字影像的一平均亮度值；

根据该平均亮度值产生一预设色调设置程序；

产生该数字影像的一亮度统计；

根据该预设色调设置程序与该亮度统计决定用于多个概略亮度值的多个新重置值；

根据所述新重置值与所述概略亮度值产生一最终色调设置程序；以及

藉由该最终色调设置程序重置该数字影像。

2.如权利要求1所述的方法，其中利用该预设色调设置程序重置该平均亮度值。

3.如权利要求2所述的方法，其中藉由将一亮度值乘以与该亮度值成正比的一数值，该预设色调设置程序重置该亮度值，该亮度值为小于该平均亮度值的亮度值。

4.如权利要求2所述的方法，其中该预设色调设置程序藉由一区域设置程序T(X)＝X*(X/APL+r0*(APL-X)/Cmax)重置一亮度值，其中该Cmax表示数字影像的位分辨率的一最大编码值，r0为在0与1之间的一预设数字，X为该亮度值，APL为该平均亮度值，该亮度值为小于该平均亮度值的亮度值。

5.如权利要求2所述的方法，其中该预设色调设置程序藉由一区域设置程序T(X)＝(Cmax-X)*(X-APL)/Cmax+X重置一亮度值，其中该Cmax为在目前位分辨率下的一最大编码值，X为该亮度值，APL为该平均亮度值，该亮度值为大于该平均亮度值的亮度值。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述新重置值中的其中一个是由在该新重置值与一预设重置值之间的差值所决定，其中该预设重置值是正比于从该亮度统计所推算出的一调整数值，且该预设重置值是藉由该预设色调设置程序所得出的该概略亮度值的一重置值。

7.如权利要求6所述的方法，其中该调整数值是由一第一像素数值与一第二像素数值的一比例所推算出来，该第一像素数值为在一第一范围内像素的亮度值小于该概略亮度值的总数，该第二像素数值为在一第二范围内像素的亮度值大于该概略亮度值的总数，其中该第一范围与该第二范围包含所述亮度值的定义数值。

8.如权利要求1所述的方法，其中该最终色调设置程序为由多个线段相互连接所表示的一区段线性色调重置程序，其中该新重置值与该概略亮度值定义至少一个该线段的端点。

9.一种数字影像色调重置装置，至少包含：

一影像分析单元，用于计算一数字影像的一平均亮度值，并产生该数字影像的一亮度统计；

一预设色调设置程序产生单元，根据该平均亮度值以产生一预设色调设置程序；

一重置值调整单元，根据该预设色调设置程序与该亮度统计以决定用于概略亮度值的多个新重置值；

一最终色调设置程序产生单元，根据该新重置值与所述概略亮度值用于产生一最终色调设置程序；以及

一影像重置单元，藉由该最终色调设置程序用于产生该数字影像。

10.如权利要求9所述的装置，其中利用该预设色调设置程序重置该平均亮度值。

11.如权利要求10所述的装置，其中藉由将一亮度值乘以与该亮度值成正比的一数值，该预设色调设置程序重置该亮度值，该亮度值为小于该平均亮度值的亮度值。

12.如权利要求10所述的装置，其中该预设色调设置程序藉由一区域设置程序T(X)＝X*(X/APL+r 0*(APL-X)/Cmax)重置一亮度值，其中该Cmax表示数字影像的位分辨率的一最大编码值，r0为在0与1之间的一预设数字，X为该亮度值，APL为该平均亮度值，该亮度值为小于该平均亮度值的亮度值。

13.如权利要求10所述的装置，其中该预设色调设置程序藉由一区域设置程序T(X)＝(Cmax-X)*(X-APL)/Cmax+X重置一亮度值，其中该Cmax为在目前位分辨率下的一最大编码值，X为该亮度值，APL为该平均亮度值，该亮度值为大于该平均亮度值的亮度值。

14.如权利要求9所述的装置，其中所述新重置值中的其中一个是由在该新重置值与一预设重置值之间的差值所决定，其中该预设重置值是正比于从该亮度统计所推算出的一调整数值，且该预设重置值是藉由该预设色调设置程序所得出的该概略亮度值的一重置值。

15.如权利要求14所述的装置，其中该调整数值是由一第一像素数值与一第二像素数值的一比例所推算出来，该第一像素数值为在一第一范围内像素的亮度值小于该概略亮度值的总数，该第二像素数值为在一第二范围内像素的亮度值大于该概略亮度值的总数，其中该第一范围与该第二范围包含所述亮度值的定义数值。

16.如权利要求9所述的装置，其中该最终色调设置程序为由多个线段相互连接所表示的一区段线性色调重置程序，其中该新重置值与该概略亮度值定义至少一个该线段的端点。