CN101667405B - Tft-lcd彩色显示的图像锐化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TFT-LCD彩色显示的图像锐化方法，以一行中相邻的5个像素点为一处理单元，可以降低存储量和计算量，尤其适应于小尺寸TFT-LCD彩色显示，易于在单片集成TFT-LCD驱动控制芯片内实现。考虑了人眼的视觉特性，根据像素点的灰度值大小计算锐化因子，降低了图像锐化噪声；采用缩放因子，针对灰度变化从平坦到急剧的五种图像区域采用不同程度的锐化强度，较好地解决了灰度值溢出问题；通过使用能量色散滤波器，显著改善了锐化后图像的色彩失真现象。

Description

TFT-LCD彩色显示的图像锐化方法

技术领域

本发明涉及一种图像锐化方法，特别是应用于小尺寸TFT-LCD彩色显示的图像锐化方法。

背景技术

参照图3，文献“专利公开号是CN1812475A的中国专利”公开了一种图像锐化方法及装置。该图像锐化方法使用了一个非线性视觉函数，根据当前像素与其周围相邻的每一像素间的灰度差值，决定当前像素的多个锐化灰度增加量，再将每一个锐化灰度增加量相加，得到总的锐化灰度增加量，将此总的锐化灰度增加量与当前像素的灰度值相加，最终得到当前像素的锐化后灰度值。具体过程描述如下：

假定E为要处理的当前像素点，A、B、C、D、F、G、H、I为当前像素点E周围的8个相邻像素点，X_E为当前像素点的灰度值。首先计算当前像素与其相邻的每一像素间的灰度差值，即|X_E-X_A|，|X_E-X_B|，|X_E-X_C|，|X_E-X_D|，|X_E-X_F|，|X_E-X_G|，|X_E-X_H|，|X_E-X_I|。

然后，根据非线性函数，使用上面得到的灰度差值，分别得到灰度值增加量ΔL_A，ΔL_B，ΔL_C，ΔL_D，ΔL_F，ΔL_G，ΔK_H，ΔL_I。为了避免出现噪声干扰的问题，当处理像素点E时，需要考虑左右相邻像素点D和F，上下相邻像素点B和H以及对角线上相邻的像素点G、C和A、I间的灰度值差。以像素点E的左右相邻像素点D和F为例，当|X_D-X_F|＜ΔL_fixed，则令像素点E对应像素点D和F的锐化灰度增加量ΔL_D＝ΔL_F＝ΔL_fixed，其中ΔL_fixed的预设值为0。

ΔL_{total_E}＝ΔL_A+ΔL_B+ΔL_C+ΔL_D+ΔL_F+ΔL_G+ΔL_H+ΔL_I。最后，计算锐化处理后像素点E的灰度值X′_E＝X_E+ΔL_{total_E}。

但是，该图像锐化方法存在以下缺陷：第一，在计算灰度值增加量时，需要考虑当前像素点周围的8个像素点。由于TFT-LCD驱动控制芯片在接收图像数据时，数据输入接口是逐点逐行接收像素点灰度数据的，如果要通过计算当前像素点周围8个像素点的灰度数据来得到灰度差值，则在TFT-LCD驱动控制芯片内需要缓存3行图像像素点的灰度值。这样，一方面会导致消耗大量的存储空间，另一方面还会导致计算量增加，不适合于单片集成TFT-LCD驱动控制芯片内部实现。第二，该锐化方法使用非线性视觉函数对灰度差值进行处理，然而，人眼对于灰度值变化的敏感程度是随着灰度背景的亮度变化的，为了使整幅图像得到明显的锐化效果，需要使用根据人眼视觉系统特性得出的非线性函数。第三，该锐化方法并未解决图像锐化后出现的色彩失真问题。

发明内容

为了克服现有技术图像锐化方法存储量和计算量大的不足，本发明提供一种TFT-LCD彩色显示的图像锐化方法，仅以5个像素点为一处理单元，可以降低存储量和计算量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种TFT-LCD彩色显示的图像锐化方法，其特点在于包括下述步骤：

(a)设像素点A、B、C、D、E为图像某行中相邻的五个像素点，它们组成一个像素处理单元，像素点C是要进行锐化处理的当前像素点；

(b)采用下式：

Z_R＝[(C_R-A_R)+(C_R-B_R)+(C_R-D_R)+(C_R-E_R)]/4，

Z_G＝[(C_G-A_G)+(C_G-B_G)+(C_G-D_G)+(C_G-E_G)]/4，

Z_B＝[(C_B-A_B)+(C_B-B_B)+(C_B-D_B)+(C_B-E_B)]/4，

分别计算像素点C的R、G、B各分量的灰度值增加量Z_R、Z_G、Z_B；

式中下标R表示各像素点的红色分量，G表示各像素点的绿色分量，B表示各像素点的蓝色分量；

(c)根据像素点C的R、G、B各分量的灰度值x的大小，采用下式：

分别计算各分量的锐化因子λ_R、λ_G、λ_B；

(d)通过使用锐化强度寄存器α来进一步调整锐化因子，得到新的红色分量锐化因子λ′_R＝α*λ_R，新的绿色分量锐化因子λ′_G＝α*λ_G，新的蓝色分量锐化因子λ′_B＝α*λ_B；

(e)根据当前像素点的灰度变化程度，分为平坦到急剧五个区域，对不同区域采用不同的缩放因子β；缩放因子β的计算公式为：

V＝max(|Z_R|，|Z_G|，|Z_B|)，

式中，V是当前像素点的灰度变化最大值；

(f)计算最终的锐化因子λ′＝α*β*λ(x)，然后将λ′_R、λ′_G、λ′_B分别与Z_R、Z_G、Z_B 相乘，得到当前像素点C的R、G、B各分量的新的灰度值增加量Z′_R，Z′_G，Z′_B；

(g)采用能量色散滤波器对当前像素点C的各个子像素灰度值增加量进行调整，其计算公式为： $Y=\left[\begin{array}{c}{Y}_R\\ Y_G\\ Y_B\end{array}\right]=\frac{1}{9}\left[\begin{array}{ccc}5& 2& 2\\ 2& 5& 2\\ 2& 2& 5\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{Z^{\′}}_R\\ {Z^{\′}}_G\\ {Z^{\′}}_B\end{array}\right],$ 式中，Y_R，Y_G，Y_B分别为使用能量色散滤波器处理后得到的当前像素点C的R、G、B各分量的灰度值增加量；

(h)将Y_R，Y_G，Y_B分别与C_R，C_G，C_R相加，别得到当前像素点C锐化后的灰度值的红色分量E_R＝Y_R+C_R，绿色分量E_G＝Y_G+C_G，蓝色分量E_B＝Y_B+C_B。

本发明的有益效果是：本发明仅以5个像素点为一个处理单元，占用存储空间小、计算量小，尤其适应于小尺寸TFT-LCD彩色显示，易于在单片集成TFT-LCD驱动控制芯片内实现；由于使用锐化因子和缩放因子计算灰度值增加量，降低了锐化后图像的噪声，减轻了灰度值溢出现象；通过考虑人眼视觉特性，使得锐化后图像不仅具有明显的锐化效果，而且降低了锐化噪声；通过使用能量色散滤波器，显著改善了锐化后图像的色彩失真现象。

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明图像锐化方法5×1像素处理单元示意图。

图2为本发明图像锐化方法流程图。

图3是现有技术图像锐化方法3×3像素点图像处理单元示意图。

具体实施方式

参照图1～2，图中，A、B、C、D、E为图像某行中相邻的五个像素点，它们组成一个像素处理单元，像素点C为要处理的当前像素点。

在步骤410中，通过(1)式可以得到像素点C的红色分量R的灰度值增加量Z_R，其中A_R、B_R、C_R、D_R、E_R分别为像素点A、B、C、D、E的红色分量R的灰度值；

Z_R＝[(C_R-A_R)+(C_R-B_R)+(C_R-D_R)+(C_R-E_R)]/4  (1)

同理，使用(2)式和(3)式可以分别得到像素点C的绿色分量G和蓝色分量B的灰度增加值Z_G和Z_B，其中A_G、B_G、C_G、D_G、E_G分别为像素点A、B、C、D、E的绿色分量G的灰度值，A_B、B_B、C_B、D_B、E_B分别为像素点A、B、C、D、E的蓝色分量B的灰度值。

Z_G＝[(C_G-A_G)+(C_G-B_G)+(C_G-D_G)+(C_G-E_G)]/4  (2)

Z_B＝[(C_B-A_B)+(C_B-B_B)+(C_B-D_B)+(C_B-E_B)]/4    (3)

本发明提出的图像锐化方法考虑了人眼视觉系统(Human Visual System：HSV)的特性，以使整幅图像得到更好的锐化效果。人眼对于一幅图像中的不同亮度区域亮度值的变化有着不同的敏感程度，相比高亮度和低亮度区域，人眼对于中间亮度区域灰度值的变化更加敏感。在图像的高、低亮度区域，人眼很难察觉到较小的灰度值变化，因此需要使用较大的锐化因子λ来得到明显的锐化效果；相反，由于人眼对图像的中等亮度区域灰度值变化较为敏感，所以在这种区域需要采用较小的锐化因子λ，以避免放大图像噪声。

在步骤420中，采用(4)式来计算锐化因子λ：

其中x为原始输入图像的灰度值。

例如，计算像素点C的红色分量R，绿色分量G，蓝色分量B的锐化因子时，采用上式可以分别得到红色分量锐化因子λ_R，绿色分量锐化因子λ_G，蓝色分量锐化因子λ_B。在步骤430中，还可以通过使用锐化强度寄存器α来进一步调整锐化因子，从而得到新的红色分量锐化因子λ′_R＝α*λ_R，绿色分量锐化因子λ′_G＝α*λ_G，蓝色分量锐化因子λ′_B＝α*λ_B。

如果直接将以上锐化因子λ′_R，λ′_G，λ′_B分别与Z_R，Z_G，Z_B相乘得到的灰度值增量与当前像素各个子像素的灰度值相加，得到最终锐化后的灰度值，则会产生较明显的灰度值溢出现象。为了消除这种现象，在步骤440中，通过使用缩放因子β，分别针对灰度变化从平坦到急剧的五种图像区域采用不同程度的锐化强度，较好地解决了灰度值溢出问题。缩放因子β由(5)式和(6)式计算得出。

V＝max(|Z_R|，|Z_G|，|Z_B|)    (5)

$\mathrm{\&beta;}=\left\{\begin{array}{ccc}1& ,& V<20\\ 1/2& ,& 20\&le;V<40\\ 1/4& ,& 40\&le;V<80\\ 1/8& ,& 80\&le;V<160\\ 1/16& ,& V\&GreaterEqual;160\end{array}\right.---\left(6\right)$

这里Z_R、Z_G、Z_B分别是利用(1)式、(2)式、(3)式得到的灰度值增加量，V是当前像素点的灰度变化最大值。

在步骤450中，计算出最终的锐化因子：λ′＝α*β*λ(x)，然后将λ′_R、λ′_G、λ′_B分别与Z_R、Z_G、Z_B相乘，即可得到当前像素3个子像素的新的灰度值增加量Z′_R，Z′_G，Z′_B。

在步骤460中，采用能量色散滤波器对当前像素C的各个子像素灰度值增加量进行调整，其处理过程如(7)式所示。

$Y=\left[\begin{array}{c}{Y}_R\\ Y_G\\ Y_B\end{array}\right]=\frac{1}{9}\left[\begin{array}{ccc}5& 2& 2\\ 2& 5& 2\\ 2& 2& 5\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{Z^{\&prime;}}_R\\ {Z^{\&prime;}}_G\\ {Z^{\&prime;}}_B\end{array}\right]---\left(7\right)$

其中，Y_R，Y_G，Y_B分别为使用能量色散滤波器处理后得到的各个子像素点R，G，B的灰度增加量。本发明通过使用能量色散滤波器，将锐化图像边缘的子像素的能量按一定比例分配到其他子像素中，如同把一种颜色的图像边缘分配到了其他颜色的图像边缘中。通过使用能量色散滤波器可以使每一种颜色得到相同强度的边缘增强效果。这样，当对图像进行锐化处理时，就不会改变原始图像的色彩平衡，从而可以避免锐化后的图像出现色彩失真的现象。

最终，在步骤470中，将Y_R，Y_G，Y_B分别与C_R，C_G，C_B相加，即可分别得到当前像素点锐化后的灰度值的红色分量E_R＝Y_R+C_R，绿色分量E_G＝Y_G+C_G，蓝色分量E_B＝Y_B+C_B。

Claims (1)

1.一种TFT-LCD彩色显示的图像锐化方法，其特征在于包括以下步骤：

(a)设像素点A、B、C、D、E为图像某行中相邻的五个像素点，它们组成一个像素处理单元，像素点C是要进行锐化处理的当前像素点；

(b)采用下式：

Z_R＝[(C_R-A_R)+(C_R-B_R)+(C_R-D_R)+(C_R-E_R)]/4，

Z_G＝[(C_G-A_G)+(C_G-B_G)+(C_G-D_G)+(C_G-E_G)]/4，

Z_B＝[(C_B-A_B)+(C_B-B_B)+(C_B-D_B)+(C_B-E_B)]/4，

分别计算像素点C的R、G、B各分量的灰度值增加量Z_R、Z_G、Z_B；

式中下标R表示各像素点的红色分量，G表示各像素点的绿色分量，B表示各像素点的蓝色分量；

(c)根据像素点C的R、G、B各分量的灰度值x的大小，采用下式：

分别计算各分量的锐化因子λ_R、λ_G、λ_B；

(d)通过使用锐化强度寄存器α来进一步调整锐化因子，得到新的红色分量锐化因子λ′_R＝α*λ_R，新的绿色分量锐化因子λ′_G＝α*λ_G，新的蓝色分量锐化因子λ′_B＝α*λ_B；

(e)根据当前像素点的灰度变化程度，分为平坦到急剧五个区域，对不同区域采用不同的缩放因子β；缩放因子β的计算公式为：

V＝max(|Z_R|，|Z_G|，|Z_B|)， $\mathrm{\&beta;}=\left\{\begin{array}{ccc}1& ,& V<20\\ 1/2& ,& 20\&le;V<40\\ 1/4& ,& 40\&le;V<80\\ 1/8& ,& 80\&le;V<160\\ 1/16& ,& V\&GreaterEqual;160\end{array}\right.$

式中，V是当前像素点的灰度变化最大值；

(f)计算最终的锐化因子λ′＝α*β*λ(x)，然后将λ′_R、λ′_G、λ′_B分别与Z_R、Z_G、Z_B相乘，得到当前像素点C的R、G、B各分量的新的灰度值增加量Z′_R，Z′_G，Z′_B；

(g)采用能量色散滤波器对当前像素点C的各个子像素灰度值增加量进行调整，其计算公式为：

式中，Y_R，Y_G，Y_B分别为使用能量色散滤波器处理后得到的当前像素点C的R、G、B各分量的灰度值增加量；

(h)将Y_R，Y_G，Y_B分别与C_R，C_G，C_B相加，分别得到当前像素点C锐化后的灰度值的红色分量E_R＝Y_R+C_R，绿色分量E_G＝Y_G+C_G，蓝色分量E_B＝Y_B+C_B。

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