CN101577832B - 用于加强文字显示效果的图像处理电路及其方法 - Google Patents

Abstract

一种用于加强文字显示效果的图像处理电路及其方法。该图像处理电路会执行该方法，而该方法依据一画面的多个像素的亮度值，定义该画面中的至少一第一亮度区及与该第一亮度区相邻的至少一第二亮度区。之后，计算该第一亮度区中的至少一像素的一亮度调整值，并依据该亮度调整值调整该第一亮度区中相对应的像素的亮度值。在处理该画面的期间，该第二亮度区中的所有像素的亮度值会被限制以避免任何的调整。

Description

用于加强文字显示效果的图像处理电路及其方法

技术领域

本发明是关于一种图像处理电路及方法，且特别是关于一种用于加强文字显示效果的图像处理电路及方法。 

背景技术

因因特网迅速普及的结果，一些网络业者会与出版商或图书馆合作，而将一些原本以印刷形式出版的书籍予以数字化。之后，再将经数字化后所得到的书本内页的图像数据，以付费或免费的方式，提供给在阅读上有需要的使用者下载。此外，因为全球人口急速的成长，在考虑到能使用的空间有限的情况之下，为了使空间得到有效地利用，一些企业或家庭也会设法透过数字相机或扫描仪，将他们手边的纸本数据尽可能地予以数字化。然而，因大量地将文字予以图像数字化的结果，常会发现一些数字图像所记录的文字其本质上是模糊不清而难以阅读的，当这类质量不佳的画面在显示器上显示时，无异会造成阅读者的不便。 

传统数字显示器对于阅读舒适度的加强通常都是着重在色温的调整上，但对于文字并无特别的处理方式。这样的处理方式对于原本对比就不高的文件，特别是扫描文件，完全没有实质的改善。由于文字信息在图像上属于高频信号，如果需要去对文字信息作加强的处理，传统上都是使用锐化(sharpness)的方式处理。虽然这样的处理方式是最直觉的作法，但是这种方式并不能让阅读更舒服。 

以图1来说明，图1说明了显示器中多个像素P₁至P₁₈的亮度值以及所对应的亮度调整值。在图1中，像素P₁至P₁₈排列成一列，而横轴表示像素P₁ 至P₁₈在显示器上的相对位置，左边的纵轴表示每个像素的亮度值，而右边的纵轴则表示每个像素的亮度调整值。为避免混淆，每个像素的亮度值是以粗体的实线10表示，而每个像素所对应的亮度调整值则以非粗体的实线12表示。在此一例子中，每个像素的亮度值会落在0至255的范围内，而越亮的像素其亮度值越大；反之，越暗的像素其亮度值则越小。像素的亮度调整值 可以是正数、负数或零，当亮度调整值为正数时，表示所对应的像素的亮度值会被提高，而使得像素变亮；而当亮度调整值为负数时，则表示要降低所对应的像素的亮度值，以使像素变暗；当亮度调整值为零时，表示不对像素的亮度值作任何的调整。为了便于说明，像素的亮度值与亮度调整值在图1中是以相同的单位表示，而其值为零的亮度调整值其在纵轴上的坐标等于其值为127的亮度值在纵轴上的坐标。图1中每个像素是依据其亮度值，而被区分为亮部及暗部，其中所有位于亮部内的像素其亮度值大于或等于127，而所有位于暗部内的像素其亮度值小于127。例如，像素P₁至P₅和像素P₁₃ 至P₁₈分别在两个不同的亮部内，而像素P₆至P₁₂则在上述两亮部之间的暗部内。 

在画面的背景比画面中的文字还亮的情况下(例如：文件为白底黑字的情况)，亮部会对应到文件中的背景部分，而暗部则会对应到文件中的文字部分。因为文字本身的特性，单纯的锐化滤波器(sharpness filter)会在亮部跟暗部各有一个高通(high pass)成份的加强。如图1所示，在亮部内而与暗部交界的像素P₃和P₁₂其亮度值会被提高(即其亮度调整值为正数)，且在暗部内而与亮部交界的像素P₄和P₁₁其亮度值会被降低(即其亮度调整值为负数)。然而，就白底黑字的情况而言，亮部的加强对于文字部份却会造成涟漪(ringing)的反效果，而让文字看起来更不舒服。此外，若亮度调整值设定不适当的话，则会发生过冲(over-shoot)或下冲(under-shoot)的现象。另外，诸如模拟/数字转换器(ADC)的噪声的干扰，都会让使用者察觉到有异样，进而产生不舒服感。 

除了以上所述的缺点外，以往的文字强化方式都是以临界值的设定来对文字与非文字(如图形、相片等)进行区隔处理，然而这种方式在输入端噪声较大的系统中，会极容易因为噪声的扰动，而使同一份图形信息在不同画面周期内所显示的结果会不一样，造成显示的质量降低。 

发明内容

本发明提供一种自适应(adaptive)的图像处理电路及其方法，藉由分析不同强度的亮度及色度信息，对每个像素个别地给予不同量的亮度强化值，并有效地降低画面中不稳定的扰动现象，而稳定画面的输出结果。 

本发明提供一种图像处理电路及其方法，其利用画面的各像素的亮度及色度信息，来判断像素属于文字部分、图像部分或是背景部分，而针对文字部分内的像素进行亮度加强的处理，以强化画面中文字的显示效果。

本发明提供一种图像处理电路及其方法，其可藉由一维的图像处理，而达到加强文字显示的目的，进而可避免因进行二维图像处理所需的过多硬件成本，并可免除复杂的光学字符辨识(Optical Character Recognition；OCR)的运算，使运算程序得以简化。 

本发明提出一种用于加强文字显示效果的图像处理方法。上述方法包括依据一画面的多个像素的亮度值，定义该画面中的至少一第一亮度区及至少一第二亮度区，其中该第一亮度区与该第二亮度区相邻，该第一亮度区与该第二亮度区的其中一者的所有像素的亮度值大于或等于一预设临界值，而该第一亮度区与该第二亮度区的另一者的所有像素的亮度值小于该预设临界值。接着，设定该第一亮度区中的至少一像素的一亮度调整值为正数或负数，并依据该亮度调整值调整该第一亮度区中相对应的像素的亮度值。。其中当该亮度调整值为正数时，提高相对应的像素的亮度值，而当该亮度调整值为负数时，降低相对应的像素的亮度值。在处理上述画面的像素亮度值的期间，该第二亮度区中的所有像素的亮度值会被限制而不被调整。 

在本发明的一实施例中，上述的第一亮度区为画面中的亮部，而上述第二亮度区为画面中的暗部。 

在本发明的一实施例中，上述的第一亮度区为画面中的暗部，而上述第二亮度区为画面中的亮部。 

在本发明的一实施例中，上述的第一亮度区与第二亮度区是依据一预设临界值来加以定义。 

在本发明的一实施例中，会进一步地计算该画面中每一个像素的一亮度参考值，而对每一个像素而言，其亮度参考值是依据该像素的亮度值以及依据与该像素相邻的多个像素的亮度值而被计算出，而该第一亮度区与该第二亮度区是依据每一个像素的亮度参考值而定义。 

在本发明的一实施例中，上述亮度参考值等于(Bt-N₁×Bp)，其中Bt等于N₁个与该像素相邻的像素的亮度值的总和，Bp为该像素的亮度值，而N₁为正整数。 

在本发明的一实施例中，上述计算该第一亮度区中的至少一像素的亮度调整值的步骤包括：依据每一像素的亮度参考值来计算出每一像素的一因子 对。其中每一因子对具有不全为非零的一主因子以及一次因子，而对每一个具有亮度调整值的像素而言，其亮度调整值是依据该像素的因子对以及与该像素相邻的像素的因子对而被计算出。 

在本发明的一实施例中，更进一步会依据上述主因子和次因子计算出像素的加强值，而上述亮度调整值与该加强值相关。 

在本发明的一实施例中，更进一步依据该多个像素的色度计算该画面中多个区块的色度差异参考值。之后依据所计算的色度差异参考值，调整上述的像素的加强值，并依据调整后的加强值修正上述的亮度调整值。 

在本发明的一实施例中，上述每一区块具有多个相邻的像素，而每一区块的色度差异参考值是依据该区块内所有像素的色度以及依据一色度基准值而被计算出。 

在本发明的一实施例中，另依据该多个像素的色度，判断该画面中是否具有任何的图像区。接着，若判断出该画面中具有任何的图像区，则再进一步地判断该第一亮度区是否与任何的图像区重迭。之后，若该第一亮度区与任一图像区重迭，则限制该第一亮度区与该图像区重迭的区域内的像素的亮度值不被调整。 

在本发明的一实施例中，上述判断该画面中是否具有任何的图像区的步骤包括：计算该画面中多个区块的色度差异参考值，以及判断每一区块的色度差异参考值是否大于一差异临界值。其中每一区块具有多个相邻的像素，而每一区块的色度差异参考值是依据该区块内所有像素的色度以及依据一色度基准值而被计算出。若该区块的色度差异参考值大于该差异临界值，则该区块会被判定为是一个图像区。 

在本发明的一实施例中，上述像素的色度系以一第一色度值Cb及一第二色度值Cr表示。 

在本发明的一实施例中，上述色度基准值选自多个色度设定值。 

本发明亦提出一种用于加强文字显示效果的图像处理电路。该图像处理电路包括：一亮度值计算电路、一主因子计算电路、一次因子计算电路以及一延迟器。该亮度值计算电路用以依据一目标像素的亮度值以及多个与该目标像素相邻的像素的亮度值，计算并输出该目标像素的亮度参考值。该主因子计算电路耦接于该亮度值计算电路的输出端，用以依据该亮度参考值，输出一主因子。该次因子计算电路耦接于该亮度值计算电路的输出端，用以依据该亮度参考值，输出一次因子。该延迟器耦接于该主因子计算电路，用以延迟该主因子计算电路的输出，以输出该目标像素之前一个像素的主因子。该图像处理电路依据该主因子、该次因子以及该前一个像素的主因子，调整该目标像素的亮度值。 

在本发明的一实施例中，上述图像处理电路另包括有一色度值计算电路，用以依据该目标像素的色度信息，判断该目标像素是否属于图像区，并决定一控制信号的电位。该图像处理电路进一步依据该控制信号判断是否调整该目标像素的亮度值。 

在本发明的一实施例中，上述图像处理电路另包括有一色度值计算电路，用以依据该目标像素的色度信息以及与该目标像素相邻的该些像素的色度信息，计算出一色度差异参考值。该图像处理电路进一步依据该色度差异参考值调整该像素的亮度值。 

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下，然而并非用以限制本发明。 

附图说明

图1说明习知的像素的亮度值与亮度调整值的关系。 

图2说明于本发明的一较佳实施例中其像素的亮度值与亮度调整值的关系。 

图3说明本发明的另一较佳实施例中其像素的亮度值与亮度调整值的关系。 

图4用以辅助说明如何计算本发明的一较佳实施例中的亮度参考值。 

图5说明本发明的一较佳实施例中其像素的亮度值与亮度参考值的关系。 

图6为本发明的一较佳实施例中用以决定主因子和次因子的流程图。 

图7说明本发明的一较佳实施例中其像素的亮度值与主因子的关系。 

图8说明本发明的一较佳实施例中其像素的亮度值与次因子的关系。 

图9显示量化数值与两系数的关系。 

图10为本发明的一较佳实施例中用以量化次因子的流程图。 

图11为图10中数值P’与量化数值S’的关系图。 

图12说明本发明的一较佳实施例中其像素的亮度值与亮度加强值的关系。 

图13说明本发明的一较佳实施例中其像素的亮度值与第一色素值和第二色素值的关系。 

图14用以说明亮度加强值与增益的关系。 

图15为依据本发明的方法所设计的图像处理电路的功能方块图。 

图16为另一个依据本发明的方法所设计的图像处理电路的功能方块图。 

图17为计算亮度比重的流程图。 

图18为色度差异参考值与色阶的关系图。 

图19为色阶与亮度比重的关系图。 

图20用以说明本发明的方法以二维的方式处理。 

【主要组件符号说明】 

10、80：用以表示亮度值的粗体实线 

12、14、82：用以表示亮度调整值的非粗体实线 

16：像素列 

18～26：像素 

28：用以表示亮度参考值的非粗体实线 

30：波峰 

32：波谷 

40～48、60～66、170～178：流程步骤 

50：用以表示主因子的非粗体实线 

52：用以表示次因子的非粗体实线 

84：背景区域 

86：文字区域 

90、92：区域 

94、96、98：区块 

100、102：低色度区 

110、150：图像处理电路 

112：亮度值计算电路 

114：主因子计算电路 

116：次因子计算电路 

118：延迟器 

122、140：量化器 

124：加强值计算电路 

126、136：色度值计算电路 

128：增益控制器 

130：滤波器 

132：亮度加强电路 

142：增益调整器 

161～166：色阶曲线 

B(20)至B(24)：亮度值 

Be(6)～Be(8)、Be(11)、Be(12)： 

Be、Be’、Be”：亮度加强值 

B_ref：亮度参考值 

B_ref1：第一预设参考临界值 

B_ref2：第二预设参考临界值 

Bp：亮度值 

Cb：第一色度值 

Cr：第二色度值 

P₁～P₁₈、P(1，1)～P(3，7)：像素 

P(m)：主因子 

P(s)：次因子 

Nth：临界值 

S’：量化数值 

P’：数值 

α、β：系数 

具体实施方式

请参考图2，图2说明了显示器上由多个像素所构成的像素列的亮度值 以及依据本发明所设定的亮度调整值。图2与图1相似，其横轴表示像素P₁ 至P₁₈在显示器上的相对位置，左边的纵轴表示每个像素的亮度值，而右边的纵轴表示每个像素的亮度调整值。像素P₁至P₁₈设置在一个像素数组中，其中上述的像素数组包含有排列成m列乘以n行的像素，而像素P₁至P₁₈从上述的像素数组中的其中一像素列中选出，以作为范例性的说明。 

与图1相似地，图2中每个像素的亮度值亦以粗体的实线10表示，而每个像素依据本发明所设定的亮度调整值则以非粗体的实线14表示。在本实施例中，每个像素的亮度值皆以8个位(bit)来表示，因此每个亮度值会落在0至255的范围内，其中越亮的像素其亮度值越大；反之，越暗的像素其亮度值则越小。须注意的，在本发明中，每个像素的亮度值的数据长度并不一定必须是8个位，其它位长度的亮度值数据亦适用于本发明。 

此外，像素的亮度调整值可以是正数、负数或零，当亮度调整值为正数时，表示所对应的像素的亮度值会被提高，以使像素变亮；当亮度调整值为负数时，表示要降低所对应的像素的亮度值，以使像素变暗；当亮度调整值为零时，表示不对像素的亮度值作任何的调整。然而，与先前技术不同的，本发明仅会对亮部或暗部其中之一进行像素的亮度值的调整作业，而不会对同一画面中的亮部和暗部同时作调整。进一步地来说，在同一画面中，不同像素的亮度调整值不会同时包含有正值和负值。换句话说，当有任一个像素的亮度调整值大于零时，其它像素的亮度调整值不会小于零；同样的，当有任一个像素的亮度调整值小于零时，其它像素的亮度调整值也不会大于零。如图2所示，在本实施例中，亮部的所有像素的亮度值则会被限制而不被调整，故在亮部的亮度调整值都会等于零。另外，因只有在暗部的亮度调整值会不等于零，故只有在暗部的像素的亮度值会被调整。 

相对于上述实施例中仅对画面中的暗部的像素的亮度值作调整，在本发明的另一个实施例当中，则仅对画面中的亮部的像素的亮度值作调整，而不对暗部的像素的亮度值作调整。举例来说，在一个以黑色为背景并以白色文字显示的画面中，为了凸显其中的文字，文字所对应的像素的亮度会被加强，然而同时却维持黑色背景的亮度不作调整。然而，在本发明的另一个实施例中，针对背景部分比文字部分还暗的画面，亦可藉由调整背景部分的亮度并维持文字部分的亮度，来达到加强文字显示效果的目的。以图3为例，图中显示了两个背景区域84以及一个文字区域86，其中粗体的实线80用以表示 像素的亮度值，而非粗体的实线82则用来表示像素的亮度调整值。由图3中可以看出，背景区域84的亮度值比文字区域86的亮度值小，而在进行加强文字显示效果的处理时，背景区域84的亮度值会被调降，而文字区域86的亮度值则仍维持不变。如此一来，文字区域86相对于背景区域84的对比即会被强化，而使得文字区域86的显示效果相对地被加强。 

在本发明的另一个实施例中，藉由参考一预设临界值，在一个画面中定出亮部和暗部。当像素的亮度值大于或等于上述预设临界值时，则该像素属于一个亮部；而当像素的亮度值小于上述预设临界值时，则该像素属于一个暗部。此方式与先前技术中以127的亮度值作为预设临界值来区分亮部和暗部的方式一样。以图2为例，像素P₁至P₅及P₁₃至P₁₈分别在两个不同的亮部内，而像素P₆至P₁₂则在上述两亮部之间的暗部内。须注意的是，图2仅以画面的某像素列中的部分像素来作示例性的说明，熟习本发明所属技术领域者自应明白本发明用以区分亮部和暗部的方式可扩展到对画面中所有的像素进行判断。另一方面，用以划分亮度和暗部的亮度值不必局限于127的亮度值，熟习本发明所属技术领域者自应明白上述用以区分亮部及暗部的亮度值可以是其它的数值，以符合不同使用上的需求。 

另外，由于画面中的亮部和暗部是藉由上述的预设临界值来加以区分，故画面中每一个像素一定会属于亮部或暗部其中之一，并且不可能同时属于亮部和暗部。此外，亦可推测得知，当至少有一亮部并至少有一暗部同时存在时，该亮部一定会与该暗部相邻。当然，藉由上述预设临界值来定义亮部和暗部的方式，有可能会发生只有一个亮部而无暗部的情况，或是发生只有一个暗部而无亮部的情况，在这样的情况下，则可视该画面中并无文字的存在，而不对其进行加强文字显示的处理。 

在本发明的另一个实施例中，同样地亦可在一个画面中定义至少一个亮部以及相邻上述亮部的至少一暗部，而判断一个像素是属于亮部还是属于暗部的方式则是依据该像素的亮度值以及相邻该像素的多个像素的亮度值来决定。请参考图4，图4是用来说明在本发明的一个实施例中，如何依据像素的亮度值以及相邻该像素的多个像素的亮度值，来判断该像素是属于亮部还是属于暗部。图4显示了画面中像素列16的部分的像素18至26，其中像素18至26为多个连续相邻的像素。当要对像素列16的每一个像素18至26进行亮部及暗部的区分作业时，会先计算出每一个像素18至26所对应的亮度 参考值B_ref。以像素22为例，像素22的亮度参考值B_ref(22)系以下列公式求得： 

B_re(22)＝[B(20)-B(22)]+[B(21)-B(22)]+[B(23)-B(22)]+[B(24)-B(22)]...(1) 

其中，B(20)、B(21)、B(22)、B(23)和B(24)分别为像素20至24的亮度值。因此，像素22的亮度参考值B_ref(22)可简化为[B(20)+B(21)+B(23)+B(24)-4×B(22)]。进一步地，上述的方式计算像素的亮度参考值的方式，可以应用在画面上的每一个像素上，而对每一个像素而言，其亮度参考值B_ref于可用下列方程式表示： 

B_ref＝(Bt-N₁×Bp)…(2) 

其中，Bt等于N₁个与该像素相邻的像素的亮度值的总和，Bp为该像素的亮度值，而N₁为正整数。例如，以像素22为例，Bp等于B(22)，N₁等于4，而Bt等于[B(20)+B(21)+B(23)+B(24)]。当然，本发明中的正整数N₁并不一定必须等于4，本发明亦适用于N₁为其它的正整数的情况。 

当每个像素的亮度参考值藉由上述的方式被计算出来之后，即可藉由所计算出的亮度参考值B_ref来判断其所对应的像素是属于亮部还是属于暗部。举例来说，当像素的亮度参考值B_ref大于零时，表示该像素比其周围的像素还暗；而当像素的亮度参考值B_ref小于零时，表示该像素比其周围的像素还亮。因此，在亮部和暗部交会之处附近的像素，其亮度参考值B_ref一定会有剧烈的变化。以图2为例，亮部中的像素P₁至P₅的亮度值皆等于200，而暗部中像素P₆至P₁₂的亮度值皆等于30，故经由计算后像素P₃至P₉的亮度参考值B_ref会分别等于0、-170、-340、340、170、0和0。若以图示来表示，则像素P₁至P₁₈的亮度参考值B_ref会如图5所示，其中粗体的实线10用以表示每个像素的亮度值，而非粗体的实线28则用以表示每个像素的亮度参考值B_ref。从图5中可发现，暗部中邻近亮部的两像素P₆和P₁₂的亮度参考值高达340，而分别与像素P₆和P₁₂相邻的像素P₅和P₁₃的亮度参考值则低至-340。由此可决定出暗部的亮度参考值的两个波峰30，以及分别决定位于两个亮部的亮度参考值的波谷32，其中波峰30与波谷32系经由像素的亮度参考值B_ref分别与第一预设参考临界值B_ref1和第二预设参考临界值B_ref2比较而决定。其中，第一预设参考临界值B_ref1大于第二预设参考临界值B_ref2，而第二预设参考临界值B_ref2可以是第一预设参考临界值B_ref1的负值，如图5所示。当亮度参考值B_ref大于第一预设参考临界值B_ref1时，该亮度参考值B_ref可视为一个波峰30；当亮度参考 值B_ref小于第二预设参考临界值B_ref2时，该亮度参考值B_ref可视为一个波谷32。由图5可看出，依据波峰30和波谷32的在画面中相对位置，即可在画面中判断出哪些像素是属于亮部而哪些像素则是属于暗部，例如在两波峰30之间的像素即可被判断为属于暗部。另须注意的，两个波峰30之间，可能会出现有像素的亮度参考值B_ref小于零而却没有波谷32的情况，此时若该像素的亮度参考值B_ref小于第二预设参考临界值B_ref2，则仍可将该像素视为暗部中的像素。相对地，两个波谷32之间，可能会出现有像素的亮度参考值B_ref大于零却没有波峰30的情况，此时若该像素的亮度参考值B_ref小于第一预设参考临界值B_ref1，则仍可将该像素视为亮部中的像素。 

在本发明的另一个实施例中，当每一个像素的亮度参考值B_ref被计算出来后，会再依据所计算出来的亮度参考值B_ref，来计算出每一个像素的因子对，其中每一因子对皆包含有一主因子P(m)以及一次因子P(s)。其关系可以下列方程式表示： 

由上述方程式可知，对每一像素而言，若该像素的亮度参考值B_ref大于零的话，则该像素的主因子P(m)会等于该像素的亮度参考值B_ref，且该像素的次因子P(s)会等于零；而若该像素的亮度参考值B_ref小于或等于零的话，则该像素的主因子P(m)会等于零，且该像素的次因子P(s)会等于该像素的亮度参考值B_ref的负值(即-B_ref)。详言之，上述依据所计算出来的亮度参考值B_ref 来计算出所对应的主因子P(m)及次因子P(s)的方式，可以用图6所示的流程图来说明。首先，在步骤40中，会先判断亮度参考值B_ref是否等于零。若亮度参考值B_ref等于零，则执行步骤42，以将主因子P(m)和次因子P(s)都设成零；然而，若亮度参考值B_ref不等于零，则执行步骤44，以判断亮度参考值B_ref是否大于零。若亮度参考值B_ref大于零，则执行步骤46，以将主因子P(m)设为亮度参考值B_ref并将次因子P(s)设为零；然而，若亮度参考值B_ref不大于零，则执行步骤48，以将主因子P(m)设为零并将次因子P(s)设为亮度参考值B_ref的负值。 

因此，若将图5中各个像素与其亮度参考值B_ref的关系转换为各个像素 与其主因子P(m)与次因子P(s)的关系，即可得到如图7和图8的关系图。其中，图7中的非粗体实线50表示每个像素的所对应的主因子P(m)，图8中的非粗体实线52表示每个像素的所对应的次因子P(s)，而由图7和图8可看出，每个像素的主因子P(m)和次因子P(s)不全为非零(non-zero)。 

另须注意的是，上述主因子P(m)和P(s)取自B_ref的正值或负值，应随着亮度参考值B_ref的不同定义而有所调整。举例来说，若将上述对于亮度参考值B_ref的定义由(Bt-N₁×Bp)变更为(N₁×Bp-Bt)的话，则用以表示主因子P(m)与次因子P(s)的方程式则变成： 

亦即当B_ref等于(N₁×Bp-Bt)时，若该像素的亮度参考值B_ref大于零的话，则该像素的主因子P(m)会等于该像素的亮度参考值B_ref的负值(即-B_ref)，而该像素的次因子P(s)会等于零；而若该像素的亮度参考值B_ref小于或等于零的话，则该像素的主因子P(m)会等于零，而该像素的次因子P(s)会等于该像素的亮度参考值B_ref。进一步地说，本发明中关于亮度值、亮度参考值、正因子、负因子、色度…等数值的运算，其实施方式并不局限于上述正值或负值的取值方式，同时也不限定于各个数值前所标示的正负符号，并可适用各种数值平移的运算。 

当每一个像素的主因子P(m)和次因子P(s)被计算出来后，即可依据该像素的主因子和次因子，并依据与该像素相邻的像素的主因子和次因子，计算出该像素的亮度加强值Be。若以方程式表示的话，则任一像素y的亮度加强值Be(y)可以表示成： 

$\mathrm{Be}\left(y\right)=P(m,y-1)\×\frac{\mathrm{\α}}{4}+P(m,y)\×\frac{\mathrm{\β}}{4}+P(m,y)\×\frac{1}{2}\·\·\·\left(7\right)$

其中，P(m，y-1)表示像素y之前一个相邻像素的主因子，P(m，y)则表示像素y的主因子，系数α和β则是依据像素y的次因子P(s)与数值S’的关系，而系数α及β与量化数值S’的关系则如图9所示。数值S’为量化次因子P(s)后的结果，至于如何将次因子P(s)量化为数值S’，则可参考图10的流程图。 

请参考图10，在对次因子P(s)量化的过程中，首先会进行步骤60，以对次因子P(s)进行最高有效位(Most Significant Bit；MSB)的处理，以取 得次因子P(s)的最高有效的4个位；之后，在步骤62当中，P(s)的最高有效的4个位所代表的数值P’会与量化临界值Th比较，当数值P’小于或等于Th时，次因子P(s)经量化后的数值S’会等于P’(步骤64)；而当数值P’大于Th时，则数值S’会等于Th(步骤66)。在本实施例中，上述的量化临界值Th设定为7。更进一步地说，因为数值P’藉由取P(s)的最高有效的4个位而得到，故可以得知0≤P’≤15。而如图11所示，当8≤P’≤15时，S’会等于7；而当0≤P’≤7时，S’会等于P’。 

请再参考图9以及图11，当量化数值S’越小时，系数α会越大，且系数β会越小；相对地，当量化数值S’越大时，系数α会越小，而系数β会越大。上述量化数值S’与系数α和β的关系，若从数值P’的观点来看的话，则可得到以下的关系：当7≤P’≤15时，系数α会等于零，且系数β会等于2；而当0≤P’≤7时，越小的数值P’其所对应的系数α会越大，且所对应的系数β会越小。然而，因为数值P’是次因子P(s)的最高有效的4个位的缘故，故可得知当次因子P(s)越大时，其所对应的系数α会越小，且其所对应的系数β会越大，此时对应像素的亮度加强值Be采用邻近像素主因子的比重会越小；而当次因子P(s)越小时，其所对应的系数α会越大，且其所对应的系数β会越小，此时对应像素的亮度加强值Be采用邻近像素主因子的比重会越大。 

依据图9对于系数α和β的设定，并依据上述方程式(7)对于亮度加强值的定义，可将图7和图8中每一个像素的主因子P(m)及次因子P(s)转换成各个像素的亮度加强值Be，如图12中的非粗体实线70所示。其中像素P6的亮度加强值Be(6)以方程式(7)求得为 

而其值约等于170。同样地，像素P₇、P₈、P₉、P₁₀、P₁₁和P₁₂的亮度加强值Be(7)、Be(8)、Be(9)、Be(10)、Be(11)和Be(12)分别约等于170、42.5、0、0、85和213。 

当每个像素的亮度加强值Be被计算出来之后，即可依据所计算的亮度加强值Be，来调整相对应的像素的亮度。在调整像素的亮度值时，会依据像素位在亮部或位在暗部的不同，而实行加法或减法的处理。详言之，当像素位在亮部时，其调整后的亮度值会等于其原本的亮度值加上其所对应的亮度加强值Be，亦即其亮度调整值等于其亮度加强值Be；而当像素位在暗部时，其调整后的亮度值会等于其原本的亮度值减去其所对应的亮度加强值Be，亦即其亮度调整值等于其亮度加强值的负值 (即-Be)。因此，对于背景比文字还亮的文件来说，其文字部分的亮度会降低，以使文字的显示效果被加强，同时背景部分的亮度仍维持不变，而避免产生诸如涟漪的反效果，因此文字显示效果被加强后的文件更有利于使用者的阅读。相对地，对于背景比文字还暗的文件来说，其背景部分的亮度会降低，以使得文字相对于背景的对比被提升，而加强了文字的显示效果。此外，在调整像素的亮度值时，若所计算的调整后的亮度值超过系统的预设上下限的话，则以系统所预设的亮度值上下限计。例如，在系统所预设的亮度值上下限分别为255和0的情况下，若所计算的调整后的亮度值为-30，则当实际地调整像素的亮度值时，则会将所欲调整的像素的亮度值设定为下限0。 

在本发明的另一个实施例中，揭露了一种图像处理的方法，其除了依据上述的方式加强文字部分的显示效果之外，更进一步地将画面的色度信息考虑进去，以使得当处理同时具有文字和图像的画面时，可避免图像在加强文字显示效果的过程中失真。请参考第13图，图13为像素P₁至P₁₂的色度值Cb和Cr的长条图。每个像素皆有对应的色度，而每个像素的色度又可分别以第一色度值Cb和第二色度值Cr来表示。在图13中，区域90即用来表示每个像素的第一色度值Cb，而区域92则是用来表示每个像素的第二色度值Cr。在一般的情况下，第一色度值Cb和第二色度值Cr是介于-512至511之间的数值，而为方便说明起见，在本实施例中，会先对像素的第一色度值Cb和第二色度值Cr进行数值平移的动作，亦即每个像素的第一色度值Cb和第二色度值Cr皆会先加上512，而使所有的第一色度值Cb和第二色度值Cr皆大于或等于零。图3的区域90和92中所分别显示的第一色度值Cb和第二色度值Cr即是已分别加上512后的数值，其中数值512在本发明中是定义为色度基准值Cref。区域90和92中分别标示有低色度区100和102，每个低色度区100和102分别界定一预设范围内的第一色度值Cb和第二色度值Cr，而在本实施例中，上述的预设范围为512±32。亦即低色度区100和102分别界定其值介于480至544之间的第一色度值Cb和第二色度值Cr。然而，若就未经过数值平移的第一色度值Cb和第二色度值Cr而论，低色度区100和102对应到原始第一色度值Cb和原始第二色度值Cr的范围应分别为-32至32。此外，因为显示一般黑白灰阶的像素其第一色度 值Cb和第二色度值Cr大多会落在低色度区100和102之内，因此藉由判断每个像素与色度基准值Cref的差异，即可大致地判断出像素是属于一般文字或是属于图像。以图12和图13为例，图12显示像素P₆至P₉、P₁₁和P₁₂的亮度加强值皆大于零，且图13显示像素P₆至P₉、P₁₁和P₁₂ 的第一色度值Cb和第二色度值Cr皆分别落在低色度区100和102内，因此可以双重地确认像素P₆至P₉、P₁₁和P₁₂是属于文字部分的像素。然而，假设像素P₆至P₉、P₁₁和P₁₂的第一色度值Cb和第二色度值Cr落在低色度区100和102之外，而为避免因产生误判而造成画面中的图像失真，像素P₆至P₉、P₁₁和P₁₂的亮度值会被限制而维持不变。 

在本发明的另一个实施例中，在调整像素的亮度值之前，会先依据像素的色度信息来判断画面中是否具有任何的图像区。当判断出画面中具有任何的图像区时，则会再进一步地判断该图像区是否与任何的欲调整亮度值的亮部或暗部重迭。若亮部或暗部与任一个图像区重迭，则会限制该亮部或该暗部与图像区重迭的区域内的像素的亮度值不被调整，或是限制该亮部或暗部内所有的像素都不被调整，以降低画面中图像发生失真的概率。 

至于如何依据像素的色度信息来判断画面中是否具有任何的图像区，除了可藉由上述依据像素的第一色度值Cb和第二色度值Cr是否落在低色度区100和102之内的方式之外，另可藉由计算该画面中多个区块的色度差异参考值C_diff的方式来达成。当计算色度差异参考值C_diff时，首先画面会被区分为多个区块，以图13为例，像素P₁至P₁₅会被区分为三个区块94、96和98，而每个区块皆包含有五个相邻的像素。对每一区块94、96和98而言，该区块的色度差异参考值C_diff可由下列方程式求得： 

$C_{\mathrm{diff}}=\underset{i=1}{\overset{N_2}{\mathrm{\Σ}}}\left[\right|(\mathrm{Cb}\left(i\right)-C_{\mathrm{ref}})|+|(\mathrm{Cr}\left(i\right)-C_{\mathrm{ref}})\left|\right]\·\·\·\left(8\right)$

其中，Cb(i)和Cr(i)分别为区块内第i个像素的经过数值平移处理的第一色度值Cb和第二色度值Cr，Cref为色度基准值，而N₂则为区块内的像素总数。在本实施例中，色度基准值Cref等于512，而每个区块内的像素总数N₂等于5。当区块的色度差异参考值C_diff被计算出来后，区块的色度差异参考值C_diff会与一差异临界值C_th比较，以判断区块的色 度差异参考值C_diff是否大于差异临界值C_th。若该区块的色度差异参考值C_diff大于差异临界值C_th，则可判定该区块为一个图像区；反之，若该区块的色度差异参考值C_diff小于或等于差异临界值C_th，则可判定该区块不是图像区。在本发明中，上述的色度基准值Cref和差异临界值C_th可依不同的需求而予以设定，而在本实施例中，色度基准值Cref被设定为512，而差异临界值C_th被设定为128。以图13为例，假设区块94、96和98的色度差异参考值C_diff经计算后分别为750、100和85，则可判断出区块94为图像区，而区块96和98则不是图像区。 

此外，为针对画面上的文字具有非灰阶的颜色(如蓝色或红色)的情况，色度基准值Cref可选自多个不同的色度设定值，以使加强文字显示的效果能符合不同情况下的需要。 

另一方面，为了使处理后的画面看起来更干净，本发明的另一个实施例中会针对数值较小的亮度加强值Be进行噪声滤除处理，之后利用上述经噪声滤除处理过的亮度加强值Be来调整像素的亮度值。请参考图14，图14为本发明中一增益控制器的亮度加强值Be对增益的关系图。如图所示，当亮度加强值Be大于一临界值Nth时，其增益会等于一，亦即亮度加强值Be经噪声滤除处理过后仍会维持为原值；而当亮度加强值Be小于临界值Nth时，其增益会小于一，且其增益会与亮度加强值Be成正比，亦即越小的亮度加强值Be其增益会越小。 

请参考图15，图15为依据本发明的方法所设计的图像处理电路110的功能方块图。图像处理电路110用来依据画面的图像信号中的亮度值Bp、第一色度值Cb和第二色度值Cr来调整画面的像素的亮度值。图像处理电路110包含有亮度值计算电路112和色度值计算电路126，亮度值计算电路112会依据所接收到的亮度值Bp计算出像素的亮度参考值B_ref，而色度值计算电路126则会依据像素的第一色度值Cb和第二色度值Cr来判断像素是否属于图像区。若所判断的像素属于图像区的话，色度值计算电路126所输出的控制信号Cc会处于高电位；而当所判断的像素不属于图像区的话，色度值计算电路126所输出的控制信号Cc会处于低电位。亮度值计算电路112会将亮度参考值B_ref传送到主因子计算电路114和次因子计算电路116。主因子计算电路114会依据亮度参考值B_ref输出像素的主因子P(m)，而次因子计算电路116则会依据亮 度参考值B_ref输出像素的次因子P(s)。主因子计算电路114所输出的主因子P(m)会经延迟器118延迟，而经延迟的主因子P’(m)会被传送到加强值计算电路124。其中，若假设P(m)为一个其亮度值预备被调整的目标像素的主因子，则P’(m)即为该目标像素之前一个像素的主因子。另外，次因子计算电路116所输出的次因子P(s)会经量化器122量化处理而被转换为量化数值S’。之后，加强值计算电路124会依据主因子P(m)、经延迟的主因子P’(m)以及量化数值S’，而计算出像素的亮度加强值Be。加强值计算电路124所输出的亮度加强值Be会被传送到增益控制器128，以进行上述依据临界值Nth所进行的增益控制，并输出处理过的亮度加强值Be’。之后，滤波器130会依据色度值计算电路126所输出的控制信号Cc，来处理增益控制器128所输出的亮度加强值Be’。详言之，当控制信号Cc处于低电位时，滤波器130所输出的亮度加强值Be”会等于亮度加强值Be’；而当控制信号Cc处于高电位时，亦即当所判断的像素属于图像区时，滤波器130所输出的亮度加强值Be”则会等于零。最后，亮度加强电路132会依据亮度加强值Be”，调整像素原本的像素值Bp，而输出调整后的亮度值Bp’。另外，为了方便对不同的画面进行处理，图像处理电路110中加入了一信号端，用以输入控制信号Sc。控制信号Sc会被传送到主因子计算电路114、次因子计算电路116以及亮度加强电路132。当控制信号Sc处于低电位时，图像处理电路110的各组件的运作方式如上所述。例如，对于白底黑字的画面来说，调整后的亮度值Bp’会等于像素原本的像素值Bp减去亮度加强值Be”，而使其文字的部分会变得更暗。然而，当控制信号Sc处于高电位时，主因子计算电路114、次因子计算电路116以及亮度加强电路132的运算会被变更，而使得所计算出来的主因子P(m)会等于原本的次因子P(s)，并使所计算出来的次因子P(s)会等于原本的主因子P(m)。在这情况下，对于白底黑字的画面来说，调整后的亮度值Bp’会等于像素原本的像素值Bp加上亮度加强值Be”，而使其背景的部分会变得更亮。 

在本发明的另一个实施例中，图像处理电路110可进一步地简化，而只依据主因子P(m)、次因子P(s)以及前一个像素的主因子P’(m)，来调整所要调整的目标像素的亮度值。 

在本发明的另一个实施例中，会另依据像素的第一色度值Cb和第 二色度值Cr，来计算出一色度量化值W，并以所计算出的色度量化值W来调整亮度加强值Be’，以取代上述以控制信号Sc控制滤波器130的方式。请参考图16，图16为另一个依据本发明的方法所设计的图像处理电路150的功能方块图。图像处理电路150与图15图像处理电路110的架构类似，而两者之间的不同点在于图像处理电路150的色度值计算电路136、量化器140和增益调整器142取代了图像处理电路110中色度值计算电路126和滤波器130的功能。除此之外，图像处理电路110和图像处理电路150的其它组件的功能与连接方式皆相同，故不再赘述。在图像处理电路150中，色度值计算电路136会计算出上述的色度差异参考值C_diff，而色度差异参考值C_diff会经由量化器140转化成亮度比重W。之后，增益调整器142会将亮度加强值Be’乘以亮度比重W后输出亮度加强值Be”，亦即亮度加强值Be”会等于(Be′×W)。关于色度差异参考值C_diff转化为亮度比重W的过程，可参考图17。首先色度值计算电路136于步骤170中会计算出色度差异参考值C_diff。之后，量化器140在步骤172中，会依据选自图18中所说明的多条色阶曲线161～166中的其中一条色阶曲线，来判断色度差异参考值C_diff是否大于差异临界值C_th。其中差异临界值C_th会因所选择色阶曲线而有所不同。以所选择的曲线为色阶曲线161为例，上述的差异临界值C_th会等于64；而若所选择的曲线为色阶曲线162，则上述的差异临界值C_th会等于128；其它色阶曲线与所对应的差异临界值C_th则可依此类推而得知。在本实施例中，以选择色阶曲线162的情况来作说明，其差异临界值C_th为128。当量化器140判断色度差异参考值C_diff大于差异临界值128时，会进行步骤174，以将一色阶值C_level设定为一最大值，例如64；当量化器140判断色度差异参考值C_diff小于或等于差异临界值128时，会进行步骤176，以依据色阶曲线162将色度差异参考值C_diff转换成对应的色阶值C_level。例如当色度差异参考值C_diff小于64时，其所对应的色阶值C_level会等于零；而当64≤C_diff≤128时，则色阶值C_level等于(C_diff-64)。之后，量化器140会依据图19所示的关系图，将色阶值C_level转换成亮度比重W。而如图19所示，色阶值C_level与亮度比重W之间的关系是以斜率为负一的直线表示。因此，越大的色阶值C_level其所对应的亮度比重W会越小。例如，当色阶值C_level等于0时，亮度比重W会等于1；当色阶值C_level等于32时，亮 度比重W会等于0.5；而当色阶值C_level等于64时，亮度比重W会等于0。请再回到图16中，当依据上述方式求出亮度比重W之后，增益调整器142会将亮度加强值Be’乘以亮度比重W后输出亮度加强值Be”。最后，亮度加强电路132会依据亮度加强值Be”，调整像素原本的像素值Bp，而输出调整后的亮度值Bp’。 

在本发明的另一个实施例中，图像处理电路150可进一步地简化，而只依据主因子P(m)、次因子P(s)、前一个像素的主因子P’(m)以及色度差异参考值C_diff，来调整所要调整的目标像素的亮度值。 

此外，上述本发明的各实施例虽然皆是以一维的像素列的多个像素来说明，但本发明的方法亦可藉由二维处理的方式来进行。以图20为例，图中说明了21个排列成3×7的矩阵的像素P(1，1)至P(3，7)。对于位于中央的像素P(2，4)而言，像素P(2，4)的亮度参考值B_ref(2，4)等于(Bt′-20×Bp′)，其中Bt’等于像素P(1，1)～P(1，7)、P(2，1)～P(2，3)、P(2，5)～P(2，7)、P(3，1)～P(3，7)的亮度值的总和，Bp’为像素P(2，4)的亮度值。像素的主因子P(m)与次因子P(s)亦可照上述方程式(3)、(4)分别求得。之后，即可依据所求得的像素P(2，4)的主因子与次因子并依据像素P(2，3)的主因子来计算出像素P(2，4)的亮度加强值Be(2，4)。另外，对于色度的处理也与上述处理一维像素的色度时的方式类似。举例来说，像素P(1，1)至P(3，7)所构成的区块，其色度差异参考值C’_diff即可由下列方程式求得： 

${C^{\′}}_{\mathrm{diff}}=\underset{i=1}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}\left[\right|(\mathrm{Cb}(i,j)-C_{\mathrm{ref}})|+|(\mathrm{Cr}(i,j)-C_{\mathrm{ref}})\left|\right]\·\·\·\left(9\right)$

其中，Cb(i，j)和Cr(i.j)分别为区块内像素P(i，j)的经过数值平移处理的第一色度值Cb和第二色度值Cr，Cref为色度基准值。 

综上所述，本发明依据相邻多个像素的亮度值，适应式地调整像素的亮度值，藉由分析不同强度的亮度及色度信息，对每个像素个别地给予不同量的亮度强化值，故可效地降低画面中不稳定的扰动现象，而稳定画面的输出结果。此外，本发明利用画面的各像素的亮度及色度信息，来判断像素属于文字部分、图像部分或是背景部分，而针对文字部分内的像素进行亮度加强的处理，故可强化画面中文字的显示效果。 

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具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。 

Claims (13)

1.一种用于加强文字显示效果的图像处理方法，该方法包括：

依据一画面的多个像素的亮度值，定义该画面中的至少一第一亮度区及至少一第二亮度区，其中该第一亮度区与该第二亮度区相邻，该第一亮度区与该第二亮度区的其中一者的所有像素的亮度值大于或等于一预设临界值，而该第一亮度区与该第二亮度区的另一者的所有像素的亮度值小于该预设临界值；

设定该第一亮度区中的至少一像素的一亮度调整值为正数或负数；

依据该亮度调整值调整该第一亮度区中相对应的像素的亮度值，其中当该亮度调整值为正数时，提高相对应的像素的亮度值，而当该亮度调整值为负数时，降低相对应的像素的亮度值；以及

限制该第二亮度区中的所有像素的亮度值皆不被调整。

2.如权利要求1所述的图像处理方法，其中该第一亮度区中所有的像素的亮度值皆大于或等于该预设临界值，而该第二亮度区中所有的像素的亮度值皆小于该预设临界值。

3.如权利要求1所述的图像处理方法，其中该第一亮度区中所有的像素的亮度值皆小于该预设临界值，而该第二亮度区中所有的像素的亮度值皆大于或等于该预设临界值。

4.如权利要求1所述的图像处理方法，其更包括：

计算该画面中每一个像素的一亮度参考值，其中对每一个像素而言，该像素的亮度参考值是依据该像素的亮度值以及依据与该像素相邻的多个像素的亮度值而被计算出；

其中该第一亮度区与该第二亮度区是依据每一个像素的亮度参考值而定义。

5.如权利要求4所述的图像处理方法，其中对每一个像素而言，该像素的该亮度参考值等于(Bt-N₁×Bp)，其中Bt等于N₁个与该像素相邻的像素的亮度值的总和，Bp为该像素的亮度值，而N₁为正整数。

6.如权利要求5所述的图像处理方法，其中计算该第一亮度区中的至少一像素的亮度调整值的步骤包括：

依据每一像素的亮度参考值，计算出每一像素的一因子对，其中每一因子对具有一主因子以及一次因子；

其中对每一个具有亮度调整值的像素而言，其亮度调整值是依据该像素的因子对以及与该像素相邻的像素的因子对而被计算出；

其中对每一像素而言，当该像素的亮度参考值大于零时，该像素的主因子会等于该像素的亮度参考值，且该像素的次因子会等于零；

其中对每一像素而言，当该像素的亮度参考值小于或等于零时，该像素的主因子会等于零，且该像素的次因子会等于该像素的亮度参考值的负值。

7.如权利要求1所述的图像处理方法，其更包括：

计算该画面中多个区块的色度差异参考值，其中每一区块具有多个相邻的像素，而每一区块的色度差异参考值是依据该区块内所有像素的色度以及依据一色度基准值而被计算出；以及

其中每一像素的亮度调整值是依据该像素所属区块的色度差异参考值而被计算出。

8.如权利要求7所述的图像处理方法，其中每一像素的色度是以一第一色度值Cb及一第二色度值Cr表示，而对每一区块而言，该区块的色度差异参考值等于

其中Cb(i)和Cr(i)分别为该区块内第i个像素的第一色度值Cb和第二色度值Cr，Cref为该色度基准值，而N₂则为该区块内的像素总数。

9.如权利要求8所述的图像处理方法，其更包括：

依据一临界范围，将每一像素的色度差异参考值转换成一色阶值；

将每一像素的色阶值转换成一亮度比重；以及

依据该亮度比重计算相对应的像素的亮度调整值。

10.如权利要求1所述的图像处理方法，其更包括：

依据该多个像素的色度，判断该画面中是否具有任何的图像区；以及

若该画面中具有任何的图像区，则判断该第一亮度区是否与任何的图像区重迭；以及

若该第一亮度区与任一图像区重迭，则限制该第一亮度区与该图像区重迭的区域内的像素的亮度值不被调整。

11.如权利要求10所述的图像处理方法，其中判断该画面中是否具有任何的图像区的步骤包括：

计算该画面中多个区块的色度差异参考值，其中每一区块具有多个相邻的像素，而每一区块的色度差异参考值是依据该区块内所有像素的色度以及依据一色度基准值而被计算出；以及

判断每一区块的色度差异参考值是否大于一差异临界值，若该区块的色度差异参考值大于该差异临界值，则该区块为一个图像区。

12.如权利要求11所述的图像处理方法，其中每一像素的色度是以一第一色度值Cb及一第二色度值Cr表示，而对每一区块而言，该区块的色度差异参考值等于

其中Cb(i)和Cr(i)分别为该区块内第i个像素的第一色度值Cb和第二色度值Cr，Cref为该色度基准值，而N₂则为该区块内的像素总数。

13.如权利要求11所述的图像处理方法，其中该色度基准值是选自多个色度设定值。

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