CN101505361B - 影像处理装置及影像处理方法 - Google Patents

Abstract

一种影像处理装置及影像处理方法。影像处理装置包括第一卷积单元、权重产生器、第二卷积单元、计算单元及输出单元。第一卷积单元用以根据原始影像信号及高通滤波屏蔽信号进行卷积运算，以输出边界强度。权重产生器用以根据边界强度选择权重。第二卷积单元用以根据原始影像信号及低通滤波屏蔽信号进行卷积运算，以输出一非锐利影像信号。计算单元用以根据原始影像信号、非锐利影像信号及权重输出第一锐利强度信号。输出单元用以根据原始影像信号及第一锐利强度信号输出处理后影像信号。

Description

影像处理装置及影像处理方法

技术领域

本发明涉及一种影像处理装置及影像处理方法，特别是涉及一种可提升画面质量及正确显示文字的影像处理装置及影像处理方法。

背景技术

一个影像可被定义成一个二维函数f(x，y)，其中x和y是空间(spatial)坐标，在任意一对坐标轴(x，y)，f的大小称为这幅影像在该点的强度(intensity)或灰度级(gray level)。

上述影像是由有限个元素所组成，而每个元素都有特定的位置与数值，这些元素称为照片元素(picture element)、影像元素(image element)、点(pel)或像素(pixel)。

为了使影像能有更好的呈现效果，传统影像处理装置及传统影像处理方法会对原始影像进行影像处理，以期处理后的影像能够达到预期的目标。

然而，传统影像处理装置及传统影像处理方法于扫描、打印或拍照时，影像的边界处常被模糊化(blur)或失真。此外，传统影像处理装置及传统影像处理方法，往往容易造成影像被过度锐利化，而使得文字无法被正确地显示。

发明内容

本发明是有关于一种影像处理装置及影像处理方法，根据影像中的边界强度决定每一像素的权重，并针对影像中边界强度较大的像素给予较小的权重，而边界强度较小的像素给予较大的权重，以有效地强化原影像中的模糊区域。不仅如此，下述实施例更能避免过度强化所造成的瑕疵，进而正确地显示文字，以达到较佳的显示效果。

根据本发明，提出一种影像处理装置，包括：一第一卷积单元，用以根据一原始影像信号及一高通滤波屏蔽信号进行卷积运算，以输出一边界强度；一权重产生器，用以根据该边界强度选择一权重；一第二卷积单元，用以根据该原始影像信号及一低通滤波屏蔽信号进行卷积运算，以输出一非锐利影像信号；一计算单元，用以根据该原始影像信号、该非锐利影像信号及该权重输出一第一锐利强度信号；以及一输出单元，用以根据该原始影像信号及该第一锐利强度信号输出一处理后影像信号，其中该计算单元包括：一减法器，用以将该原始影像信号与该非锐利影像信号相减，以得一第二锐利强度信号；以及一乘法器，用以将该第二锐利强度信号与该权重相乘，以得该第一锐利强度信号，其中该输出单元包括：一加法器，用以将该原始影像信号与该第一锐利强度信号相加后输出该处理后影像信号。

根据本发明，还提出一种影像处理装置，包括：一第一卷积单元，用以根据一原始影像信号及一高通滤波屏蔽信号进行卷积运算，以输出一边界强度；一权重产生器，用以根据该边界强度选择一权重；一第二卷积单元，用以根据该原始影像信号及一低通滤波屏蔽信号进行卷积运算，以输出一非锐利影像信号；一计算单元，用以根据该原始影像信号、该非锐利影像信号及该权重输出一第一锐利强度信号；以及一输出单元，用以根据该原始影像信号及该第一锐利强度信号输出一处理后影像信号，其中该计算单元包括：一减法器，用以将该原始影像信号与该非锐利影像信号相减，以得一第二锐利强度信号；以及一乘法器，用以将该第二锐利强度信号与该权重相乘，以得该第一锐利强度信号，其中该输出单元包括：一数据削减器，用以判断该第一锐利强度信号是否大于一阈值，当该第一锐利强度信号的绝对值小于等于该阈值时，该数据削减器输出该第一锐利强度信号，当该第一锐利强度信号的绝对值大于该阈值时，该数据削减器输出该阈值；以及一加法器，用以将该第一锐利强度信号或该阈值与该原始影像信号相加后输出该处理后影像信号。

根据本发明，还提出一种影像处理方法，包括：(a)输入一原始影像信号；(b)输入一高通滤波屏蔽信号；(c)根据该原始影像信号及该高通滤波屏蔽信号进行卷积运算，以输出一边界强度；(d)根据该边界强度选择一权重；(e)输入一低通滤波屏蔽信号；(f)根据该原始影像信号及该低通滤波屏蔽信号进行卷积运算，以输出一非锐利影像信号；(g)将该原始影像信号与该非锐利影像信号相减，以得一第二锐利强度信号，将该第二锐利强度信号与该权重相乘，以得一第一锐利强度信号；以及(h)将该原始影像信号与该第一锐利强度信号相加后输出该处理后影像信号。

根据本发明，还提出一种影像处理方法，包括：(a)输入一原始影像信号；(b)输入一高通滤波屏蔽信号；(c)根据该原始影像信号及该高通滤波屏蔽信号进行卷积运算，以输出一边界强度；(d)根据该边界强度选择一权重；(e)输入一低通滤波屏蔽信号；(f)根据该原始影像信号及该低通滤波屏蔽信号进行卷积运算，以输出一非锐利影像信号；(g)将该原始影像信号与该非锐利影像信号相减，以得一第二锐利强度信号，将该第二锐利强度信号与该权重相乘，以得一第一锐利强度信号；(h)判断该第一锐利强度信号是否大于一阈值，当该第一锐利强度信号的绝对值小于等于该阈值时，输出该第一锐利强度信号，而当该第一锐利强度信号的绝对值大于该阈值时，输出该阈值；以及(g)将该第一锐利强度信号或该阈值与该原始影像信号相加后输出该处理后影像信号。

为使本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并结合附图详细说明如下。

附图说明

图1示出了依照本发明一较佳实施例的一种影像处理装置的方块图。

图2示出了为边界强度与权重的第一种关系曲线图。

图3示出了为边界强度与权重的第二种关系曲线图。

图4示出了为计算单元140的细部方块图。

图5示出了为输出单元150的第一种细部方块图。

图6示出了为输出单元150的第二种细部方块图。

图7示出了为依照本发明另一较佳实施例的一种影像处理装置的方块图。

图8示出了依照本发明一较佳实施例的一种影像处理方法的流程图。

图9示出了为步骤870的细部流程图。

图10示出了为步骤880的细部流程图。

图11示出了为步骤884的细部流程图。

图12为高通滤波屏蔽信号L的示意图。

图13为低通滤波屏蔽信号S的一种示意图。

图14为低通滤波屏蔽信号S的另一种示意图。

附图符号说明

10、70：依照本发明较佳实施例的影像处理装置

110：第一卷积单元

120：权重产生器

130：第二卷积单元

140：计算单元

142：减法器

144：乘法器

150、150(1)、150(2)：输出单元

152、156：加法器

154：数据削减器

760：原始影像亮度产生单元

具体实施方式

现有技术于扫描、打印或拍照时，影像的边界处常被模糊化(blur)或失真。本发明下述实施例提出一种影像处理装置及影像处理方法，根据影像中的边界强度决定每一像素的权重，并针对影像中边界强度较大的像素给予较小的权重，而边界强度较小的像素给予较大的权重，以有效地强化原影像中的模糊区域。不仅如此，下述实施例还能避免过度强化所造成的瑕疵，进而正确地显示文字，以达到较佳的显示效果。

请同时参照图1、图12、图13及图14，图1示出了依照本发明一较佳实施例的一种影像处理装置的方块图。图12为高通滤波屏蔽信号L的示意图。图13为低通滤波屏蔽信号S的一种示意图。图14为低通滤波屏蔽信号S的另一种示意图。

原始影像信号I经影像处理装置10进行影像处理后，输出一处理后影像信号O至一显示装置以产生包括多个像素的显示画面。其中，原始影像信号I例如为灰度级值介于0～255的黑白影像(或称灰度级影像)，或是灰度级值介于其它范围的黑白影像。

影像处理装置10包括第一卷积单元110、权重产生器120、第二卷积单元130、计算单元140及输出单元150。第一卷积单元110及第二卷积单元130例如为二维卷积单元，且第一卷积单元110用以根据原始影像信号I及高通滤波屏蔽信号L进行卷积(Convolution)运算，以输出边界强度E(Edge Strength)。其中，边界强度E＝原始影像信号I

高通滤波屏蔽信号L，卷积的运算符号定义为

为使本发明更为清晰易懂，图12例举了高通滤波屏蔽信号L的一种实施态样说明，其中，于图12中的高通滤波屏蔽信号L由左上至右下依序为-1、-1、-1、-1、8、-1、-1、-1及-1。然本发明并不局限于此，本本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下可作各种的更动与润饰。

而权重产生器120用以根据第一卷积单元110输出的边界强度E选择权重K(Weight)。由于各像素的权重K皆有适应性(adaptive)的调整，因此，不仅能提升画面质量，更能达到正确显示文字的目的。

第二卷积单元130用以根据原始影像信号I及低通滤波屏蔽信号S进行卷积运算，以输出一非锐利影像U(Unsharp Image)信号。其中，非锐利影像U＝原始影像信号I

低通滤波屏蔽信号S。

为使本发明更为清晰易懂，图13及图14例举了低通滤波屏蔽信号S的实施态样说明，其中，于图13中的低通滤波屏蔽信号S由左上至右下依序为1/9、1/9、1/9、1/9、1/9、1/9、1/9、1/9及1/9。而于图14中的低通滤波屏蔽信号S由左上至右下依序为1/16、2/16、1/16、2/16、4/16、2/16、1/16、2/16及1/16。然本发明并不局限于此，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下可作各种的更动与润饰。

而计算单元140用以根据原始影像信号I、非锐利影像信号U及权重K输出第一锐利强度信号K(I-U)。输出单元150于接收第一锐利强度信号K(I-U)后，根据原始影像信号I及第一锐利强度信号K(I-U)输出处理后影像信号O。

为了增加影像中边界的锐利度，下面将结合图2及图3介绍两种边界强度与权重的关系曲线，使得权重产生器120能据以选择适当的权重W。

请同时参照图2及图3，图2示出了为边界强度与权重的第一种关系曲线图，而图3示出了为边界强度与权重的第二种关系曲线图。于图2中，边界强度E的绝对值与权重成反比。而于图3中，当边界强度E的绝对值介于默认值0及默认值b1之间，权重W等于强化值a3；当边界强度E的绝对值介于默认值b1及默认值b2之间，权重W等于强化值a2；当边界强度E的绝对值介于默认值b2及默认值b3之间，权重W等于强化值a1；当边界强度E的绝对值介于默认值b3及默认值b4之间，权重W等于强化值0。

由此可知，不论图2或图3，当边界强度E较大时，即对应地给予较小的权重W。反之，当边界强度E较小时，即给予较大的权重W。如此一来，在视觉上可使影像的轮廓更为明显，而达到提升影像质量的目的。再者，上述图2与图3仅为举例说明，其它种类的关系曲线图，只要符合边界强度E与权重W成反比关系的，皆可适用于本发明。

为使本发明更为清晰易懂，下述图4、图5及图6将分别介绍计算单元140及输出单元150的细部方块图。

请参照图4，其示出了为计算单元140的细部方块图。图1绘示的计算单元140还包括减法器142及乘法器144。减法器142用以将原始影像信号I与非锐利影像信号U相减，以得第二锐利强度信号(I-U)。而乘法器144用以将第二锐利强度信号(I-U)与权重K相乘，以得第一锐利强度信号K(I-U)。

请参照图5，其示出了为输出单元150的第一种细部方块图。图1绘示的输出单元150例如为输出单元150(1)，且输出单元150(1)包括加法器152。加法器152用以将原始影像信号I与第一锐利强度信号K(I-U)相加后输出处理后影像信号O。

请参照图6，其示出了为输出单元150的第二种细部方块图。不仅如此，图1绘示的输出单元150亦可例如为输出单元150(2)，且输出单元150(2)包括数据削减器154(Data Clipper)及加法器156。

数据削减器154用以判断第一锐利强度信号K(I-U)是否大于一阈值(Threshold)，以选择性地输出第一锐利强度信号K(I-U)或阈值至加法器156。而加法器156用以将第一锐利强度信号K(I-U)或阈值与原始影像信号I相加后输出处理后影像信号O。

进一步来说，若第一锐利强度信号K(I-U)的绝对值小于或等于阈值时，数据削减器154即输出第一锐利强度信号K(I-U)至加法器156。加法器156将第一锐利强度信号K(I-U)与原始影像信号I相加后输出处理后影像信号O。

反之，当第一锐利强度信号K(I-U)的绝对值大于阈值时，数据削减器154即输出阈值至加法器156。加法器156将阈值与原始影像信号I相加后输出处理后影像信号O。其中，阈值的大小依据设计者的需求定义。

请参照图7，其示出了为依照本发明另一较佳实施例的一种影像处理装置的方块图。影像处理装置70与影像处理装置10不同之处在于：影像处理装置70所接收的原始影像信号I例如为包括RGB信号的彩色影像，且影像处理装置70将RGB信号经处理后，输出经锐利化后的RGB信号。

进一步来说，影像处理装置70还包括原始影像亮度产生单元760，原始影像亮度产生单元760用以将原始影像信号I由RGB色彩空间转换为YCbCr色彩空间。其中，Y表示原始影像亮度(Luminance)，Cb和Cr代表彩度(chrominance)，且Y＝0.299R+0.587G+0.114B。

原始影像亮度产生单元760根据原始影像信号I产生原始影像亮度Y输出至第一卷积单元110。第一卷积单元110根据原始影像信号I的原始影像亮度Y及高通滤波屏蔽信号L进行卷积运算，以输出边界强度E至权重产生器120。权重产生器120并根据边界强度E选择适当的权重K，由于各像素的权重K皆有适应性(adaptive)的调整，因此，不仅能提升画面质量，还能达到正确显示文字的目的。

请参照图8，其示出了依照本发明一较佳实施例的一种影像处理方法的流程图。影像处理方法包括如下步骤：首先如步骤810所示，输入原始影像信号I。接着如步骤820所示，输入高通滤波屏蔽信号L。跟着如步骤830所示，根据原始影像信号I及高通滤波屏蔽信号L进行卷积运算，以输出边界强度E。然后如步骤840所示，根据边界强度E选择权重K。

接着如步骤850所示，输入低通滤波屏蔽信号S。跟着如步骤860所示，根据原始影像信号I及低通滤波屏蔽信号S进行卷积运算，以输出一非锐利影像信号U。然后如步骤870所示，根据原始影像信号I、非锐利影像信号U及权重K输出第一锐利强度信号K(I-U)。最后如步骤880所示，根据原始影像信号I及第一锐利强度信号K(I-U)输出处理后影像信号O。

然而，也可以先执行步骤850～860求得U值后，再进行步骤810～840求得K值，最后才执行流程步骤870～880以输出处理后影像信号O。或是，步骤810～840与步骤850～860同步执行以分别得到K值与U值，接着再执行流程步骤870～880以输出处理后影像信号O。以上三种方式所获得的最终结果是一样的，仅是流程上的顺序不同而已，不再赘述。

请参照图9，其示出了为步骤870的细部流程图。前述的步骤870还包括如下步骤：首先如步骤872所示，将原始影像信号I与非锐利影像信号U相减，以得第二锐利强度信号(I-U)。接着如步骤874所示，将第二锐利强度信号(I-U)与权重K相乘，以得第一锐利强度信号K(I-U)。

请参照图10，其示出了为步骤880的细部流程图。前述的步骤880例如将原始影像信号I与第一锐利强度信号K(I-U)相加后输出处理后影像信号O。此外，步骤880亦可包括如下步骤：

首先如步骤882所示，判断第一锐利强度信号K(I-U)是否大于阈值，以选择性地输出第一锐利强度信号K(I-U)或阈值。接着如步骤884所示，将第一锐利强度信号K(I-U)或阈值与原始影像信号I相加后输出处理后影像信号O。

请参照图11，其示出了为步骤884的细部流程图。前述的步骤884还包括如下步骤：首先如步骤8842所示，判断第一锐利强度信号K(I-U)是否大于阈值。接着如步骤8844所示，当第一锐利强度信号K(I-U)的绝对值小于等于阈值时，输出第一锐利强度信号K(I-U)。反之，当第一锐利强度信号K(I-U)的绝对值大于阈值时，则如步骤8846所示，输出该阈值。

本发明上述实施例所披露的影像处理装置及影像处理方法，不仅能强化影像的边界，使得影像中的轮廓更为明显。此外，由于每一像素的权重，皆有适应性的调整，因此，当影像中某位置的边界强度够大时，则不对此位置的像素进行锐利化处理，使得文字的表示更加正确。故，本发明上述实施例所披露的影像处理装置及影像处理方法可达到提升画面质量及正确显示文字的目的。

综上所述，虽然本发明已以一较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明。本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围以本发明的权利要求为准。

Claims (12)

1.一种影像处理装置，包括：

一第一卷积单元，用以根据一原始影像信号及一高通滤波屏蔽信号进行卷积运算，以输出一边界强度；

一权重产生器，用以根据该边界强度选择一权重；

一第二卷积单元，用以根据该原始影像信号及一低通滤波屏蔽信号进行卷积运算，以输出一非锐利影像信号；

一计算单元，用以根据该原始影像信号、该非锐利影像信号及该权重输出一第一锐利强度信号；以及

一输出单元，用以根据该原始影像信号及该第一锐利强度信号输出一处理后影像信号，

其中该计算单元包括：

一减法器，用以将该原始影像信号与该非锐利影像信号相减，以得一第二锐利强度信号；以及

一乘法器，用以将该第二锐利强度信号与该权重相乘，以得该第一锐利强度信号，

其中该输出单元包括：

一加法器，用以将该原始影像信号与该第一锐利强度信号相加后输出该处理后影像信号。

2.一种影像处理装置，包括：

一第一卷积单元，用以根据一原始影像信号及一高通滤波屏蔽信号进行卷积运算，以输出一边界强度；

一权重产生器，用以根据该边界强度选择一权重；

一第二卷积单元，用以根据该原始影像信号及一低通滤波屏蔽信号进行卷积运算，以输出一非锐利影像信号；

一计算单元，用以根据该原始影像信号、该非锐利影像信号及该权重输出一第一锐利强度信号；以及

一输出单元，用以根据该原始影像信号及该第一锐利强度信号输出一处理后影像信号，

其中该计算单元包括：

一减法器，用以将该原始影像信号与该非锐利影像信号相减，以得一第二锐利强度信号；以及

一乘法器，用以将该第二锐利强度信号与该权重相乘，以得该第一锐利强度信号，

其中该输出单元包括：

一数据削减器，用以判断该第一锐利强度信号是否大于一阈值，当该第一锐利强度信号的绝对值小于等于该阈值时，该数据削减器输出该第一锐利强度信号，当该第一锐利强度信号的绝对值大于该阈值时，该数据削减器输出该阈值；以及

一加法器，用以将该第一锐利强度信号或该阈值与该原始影像信号相加后输出该处理后影像信号。

3.如权利要求1或2所述的影像处理装置，其中该第一卷积单元根据该原始影像信号的一原始影像亮度及该高通滤波屏蔽信号进行卷积运算，以输出该边界强度。

4.如权利要求3所述的影像处理装置，还包括：

一原始影像亮度产生单元，用以根据该原始影像信号产生该原始影像亮度输出至该第一卷积单元。

5.如权利要求1或2所述的影像处理装置，其中该边界强度的绝对值与该权重成反比。

6.如权利要求1或2所述的影像处理装置，其中当该边界强度的绝对值介于一第一默认值及一第二默认值之间，该权重等于一第一强化值，当该边界强度的绝对值介于该第二默认值及一第三默认值之间，该权重等于一第二强化值。

7.如权利要求1或2所述的影像处理装置，其中该第一卷积单元与该第二卷积单元皆为二维卷积单元。

8.一种影像处理方法，包括：

(a)输入一原始影像信号；

(b)输入一高通滤波屏蔽信号；

(c)根据该原始影像信号及该高通滤波屏蔽信号进行卷积运算，以输出一边界强度；

(d)根据该边界强度选择一权重；

(e)输入一低通滤波屏蔽信号；

(f)根据该原始影像信号及该低通滤波屏蔽信号进行卷积运算，以输出一非锐利影像信号；

(g)将该原始影像信号与该非锐利影像信号相减，以得一第二锐利强度信号，将该第二锐利强度信号与该权重相乘，以得一第一锐利强度信号；以及

(h)将该原始影像信号与该第一锐利强度信号相加后输出该处理后影像信号。

9.一种影像处理方法，包括：

(a)输入一原始影像信号；

(b)输入一高通滤波屏蔽信号；

(c)根据该原始影像信号及该高通滤波屏蔽信号进行卷积运算，以输出一边界强度；

(d)根据该边界强度选择一权重；

(e)输入一低通滤波屏蔽信号；

(f)根据该原始影像信号及该低通滤波屏蔽信号进行卷积运算，以输出一非锐利影像信号；

(g)将该原始影像信号与该非锐利影像信号相减，以得一第二锐利强度信号，将该第二锐利强度信号与该权重相乘，以得一第一锐利强度信号；

(h)判断该第一锐利强度信号是否大于一阈值，当该第一锐利强度信号的绝对值小于等于该阈值时，输出该第一锐利强度信号，而当该第一锐利强度信号的绝对值大于该阈值时，输出该阈值；以及

(g)将该第一锐利强度信号或该阈值与该原始影像信号相加后输出该处理后影像信号。

10.如权利要求8或9所述的影像处理方法，其中该步骤(c)是根据该原始影像信号的一原始影像亮度及该高通滤波屏蔽信号进行卷积运算，以输出该边界强度。

11.如权利要求8或9所述的影像处理方法，其中该边界强度的绝对值与该权重成反比。

12.如权利要求8或9所述的影像处理方法，其中当该边界强度的绝对值介于一第一默认值及一第二默认值之间，该权重等于一第一强化值，当该边界强度的绝对值介于该第二默认值及一第三默认值之间，该权重等于一第二强化值。

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