CN103050076A - 提升显示系统的彩色影像的对比的方法及影像处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于提升显示系统显示的彩色影像的对比的方法及利用此方法的影像处理系统。本发明在处理影像的过程中，将一张彩色影像画面的RGB灰阶值分开统计，并且在计算每个像素中R、G或B灰阶值对应的输出值时，根据RGB灰阶值比例进行适应性的调整。本发明能够有效保留相当程度的色彩分布特性，显著提升影像的对比。

Description

提升显示系统的彩色影像的对比的方法及影像处理系统

技术领域

本发明是关于一种影像显示技术，特别有关一种用于提升显示系统显示的彩色影像的对比的方法及利用此方法的影像处理系统。

背景技术

随着显示技术日益进步，消费者对显示系统（如，液晶显示器、SMART TV、平板计算机等）的影像显示质量的要求也越来越高，其中提升显示影像的对比度是改善影像质量的方式之一。

为了使显示器显示的画面更为亮丽，通常采用的是先统计一个画面的影像数据，制成影像特性图，如图1所示，统计该画面中所有像素的灰阶值落在各个区间的数量分布。接着，制作一个转换曲线，如图2所示，以使得灰阶值数量分布较多的区间，增加其灰阶范围来显示，该画面中每个像素的灰阶值经过该转换曲线后一对一映像成另一个灰阶值并输出至显示面板。

然而，上述的做法是将一个画面中的红色（R）、绿色（G）和蓝色（B）的灰阶值合并统计后再制得的转换曲线，针对某些RGB颜色分布离散度较大的画面而言，将RGB灰阶值合并统计会使得整体的灰阶分布较为平均，导致灰阶输入值与输出值的比近乎1:1，而无法有效提升影像的对比。如图3A至图3C所示，其分别显示一个画面中R、G和B灰阶值在各区间的数量分布，将此画面的RGB灰阶值合并统计后如图4A所示，可知合并统计后整体的灰阶分布较为平均，导致转换曲线的斜率几乎为1（如图4B所示），亦即灰阶输入值几乎等于输出值，并无法有效提高对比。

有鉴于此，有必要提出一种新的可提升影像的对比的方法，以改善上述公知技术的缺失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于提升显示系统显示的彩色影像的对比的方法及利用此方法的影像处理系统，以有效提升显示影像的对比度。

为达成上述目的，本发明提供用于提升显示系统显示的彩色影像的对比的方法，所述方法包含下列步骤：A、提供该彩色影像，其具有复数个像素，每个像素具有红、蓝和绿三原色的灰阶值；B、分别统计该彩色影像中所有像素的红色灰阶值、蓝色灰阶值和绿色灰阶值的数量分布；C、根据步骤B所统计的数量分布，分别计算出所有像素的红色灰阶值、蓝色灰阶值和绿色灰阶值各自的转换曲线；D、根据该等像素中的一个像素的红色灰阶值在各转换曲线的转换值以及与该等转换值各自对应的权重系数，计算这个像素中红色灰阶值对应的输出值，根据这个像素的蓝色灰阶值在各转换曲线的转换值以及与该等转换值各自对应的权重系数，计算这个像素中蓝色灰阶值对应的输出值，以及根据这个像素的绿色灰阶值在各转换曲线的转换值以及与该等转换值各自对应的权重系数，计算这个像素中绿色灰阶值对应的输出值。

本发明另一方面提供一种影像处理系统，从一影像传输接口接收彩色影像的信号，该彩色影像具有复数个像素，每个像素由红、蓝和绿三原色的灰阶值所组成，所述影像处理系统包含：一影像统计模组，用以分别统计该彩色影像中所有像素的红色灰阶值、蓝色灰阶值和绿色灰阶值的数量分布；一转换曲线计算模组，耦接至该影像统计模组，用以根据该影像统计模组所统计的数量分布，分别计算出所有像素的红色灰阶值、蓝色灰阶值和绿色灰阶值各自的转换曲线；一权重计算模组，用以计算权重系数，其分母为该等像素中的一个像素的红色灰阶值、蓝色灰阶值和绿色灰阶值的和，而其分子分别为这个像素的红色灰阶值、蓝色灰阶值和绿色灰阶值；以及一输出值计算模组，耦接至该权重计算模组，用以根据这个像素的红色灰阶值在各个转换曲线的转换值以及与该等转换值各自对应的权重系数，计算这个像素中红色灰阶值对应的输出值，根据这个像素的蓝色灰阶值在各个转换曲线的转换值以及与该等转换值各自对应的权重系数，计算这个像素中蓝色灰阶值对应的输出值，以及根据这个像素的绿色灰阶值在各个转换曲线的转换值以及与该等转换值各自对应的权重系数，计算这个像素中绿色灰阶值对应的输出值。

本发明在处理影像的过程中，将一张彩色影像的RGB灰阶值分开统计，并且在计算每个像素中R、G或B灰阶值对应的输出值时，根据RGB灰阶值比例进行适应性的调整，能够有效保留相当程度的色彩分布特性，并且显著提升影像的对比，使其看起来更鲜艳亮丽。

附图说明

图1为影像特性图。

图2为根据影像特性图制作的转换曲线图。

图3A为一张影像中红色灰阶值的数量分布图。

图3B为该影像中绿色灰阶值的数量分布图。

图3C为该影像中蓝色灰阶值的数量分布图。

图4A为影像灰阶值合并统计所制得的影像特性图。

图4B为影像灰阶值合并统计所制得的转换曲线图。

图5显示本发明提升彩色影像对比的方法的流程示意图。

图6A为一张影像中红色灰阶值的数量分布图和其对应的转换曲线。

图6B为一张影像中绿色灰阶值的数量分布图和其对应的转换曲线。

图6C为一张影像中蓝色灰阶值的数量分布图和其对应的转换曲线。

图7A为一个像素的灰阶值对照图6A的转换曲线所得的转换值的示意图。

图7B为该像素的灰阶值对照图6B的转换曲线所得的转换值的示意图。

图7C为该像素的灰阶值对照图6C的转换曲线所得的转换值的示意图。

图8为该像素对应的综合转换曲线图。

图9显示根据本发明实现的显示系统的方块图。

图10显示根据本发明实现的显示系统中的影像处理系统的方块图。

图11显示根据本发明实现的另一显示系统的方块图。

图12显示根据本发明实现的再一显示系统的方块图。

【主要组件符号说明】

10    时序控制电路板          12    影像处理系统

14    时序控制器              16    源极驱动器

18    栅极驱动器              20    显示面板

122   影像统计模组            124   转换曲线计算模组

126   权重计算模组            128   输出值计算模组

S10-S18    步骤

具体实施方式

本发明提升彩色影像的对比的方法是适用于在显示系统显示的彩色影像。在本发明中，先对该影像进行影像处理，以提升其对比度，再显示处理过的影像。图5是显示本发明提升彩色影像对比的方法的流程示意图。以下将参照图5，对本发明提升彩色影像对比的方法作详细说明。

步骤S10：首先，输入欲显示在屏幕上的彩色影像，例如，此彩色影像可来自于计算机端经由影像传输接口传输。一般而言，一张彩色影像具有复数个像素，而每个像素具有红（R）、绿（G）和蓝（B）三原色的灰阶值，例如，每个颜色的灰阶值从0到255。

步骤S12：分别统计这张彩色影像中所有像素的红色（R）灰阶值、蓝色（B）灰阶值和绿色（G）灰阶值的数量分布。具体来说，系统计这张彩色影像中所有像素的红色灰阶值落在各个灰阶值区间的数量分布（如图6A所示的影像特性图），统计这张彩色影像中所有像素的蓝色灰阶值落在各个灰阶值区间的数量分布（如图6C所示的影像特性图），以及统计这张彩色影像中所有像素的绿色灰阶值落在各个灰阶值区间的数量分布（如图6B所示的影像特性图）。在此步骤中，是将这张影像的RGB灰阶值分开统计，而非将这张影像的RGB灰阶值合并统计。

步骤S14：根据步骤S12所统计的数量分布，分别计算出所有像素的红色灰阶值、蓝色灰阶值和绿色灰阶值各自的转换曲线，如图6A至图6C所示，对应红色灰阶值的转换曲线MR、对应绿色灰阶值的转换曲线MG以及对应蓝色灰阶值的转换曲线MB。此转换曲线是依照灰阶值数量分布较多时增加其灰阶范围来显示的原则计算而得，也就是说，灰阶值落在某个区间的数量越多时，这些灰阶值经过转换曲线转换后，分布变广，大于原始的区间。每个像素的灰阶值（R、G或B）经过转换曲线后会一对一映像成另一个灰阶值。

步骤S16：以这张彩色影像的一个像素来说，先计算这个像素的红色灰阶值在各转换曲线的转换值（如图7A至图7C所示），接着将权重系数分派个这些转换值，以计算得出这个像素中红色灰阶值对应的灰阶输出值。权重系数为这个像素各颜色的灰阶值占所有颜色的灰阶值的比例，亦即其分母为这个像素的红色灰阶值、蓝色灰阶值和绿色灰阶值的和，而其分子分别为这个像素的红色灰阶值、蓝色灰阶值和绿色灰阶值。以这个像素中红色灰阶值对应的灰阶输出值来说，可依下列公式（1）进行计算：

$M\_r=\frac{R}{R+G+B}\×\mathrm{MR}\_r+\frac{G}{R+G+B}\×\mathrm{MG}\_r+\frac{B}{R+G+B}\×\mathrm{MB}\_r---\left(1\right)$

其中M_r表示这个像素的红色灰阶值对应的输出值，R、G、B分别代表这个像素的红色灰阶值、绿色灰阶值和蓝色灰阶值，

为权重系数，MR_r为这个像素的红色灰阶值在红色转换曲线的转换值，MG_r为这个像素的红色灰阶值在绿色转换曲线的转换值，MB_r为这个像素的红色灰阶值在蓝色转换曲线的转换值。

类似地，这个像素中绿色灰阶值和蓝色灰阶值对应的灰阶输出值，可分别依下列公式（2）和（3）来进行计算：

$M\_g=\frac{R}{R+G+B}\×\mathrm{MR}\_g+\frac{G}{R+G+B}\×\mathrm{MG}\_g+\frac{B}{R+G+B}\×\mathrm{MB}\_g---\left(2\right)$

$M\_b=\frac{R}{R+G+B}\×\mathrm{MR}\_b+\frac{G}{R+G+B}\×\mathrm{MG}\_b+\frac{B}{R+G+B}\×\mathrm{MB}\_b---\left(3\right)$

之后，依照上述方式，处理这张彩色影像所有的像素，以得出所有像素中R、G和B灰阶值各自对应的输出值。

步骤S18：将步骤S16所得出的所有像素中R、G和B灰阶值各自对应的输出值输出到显示面板，藉此在屏幕上显示出对比度提升的画面。

下面举出两个实际的例子来说明步骤S16中输出值的计算，假设彩色影像中的一个像素值为R=0、G=71、B=148，以输入值B=148为例，根据上述做法计算灰阶值148经过R、G、B的转换曲线后的转换值。之后，将权重系数分派给这些转换值，计算输入值B=148所对应的输出值：M_148=(0/(0+71+148))×MR_148+(71/(0+71+148))×MG_148+(148/(0+71+148))×MB_148，如图7A至图7C所示，转换值MR_148、MG_148和MB_148分别为201、119、101，因此可得出B=148灰阶值的输出值为M_148=108，这个像素的其它灰阶值R=0、G=71的对应输出值也可照此方法类推。

另外，假设彩色影像中的一个像素值为R=54、G=106、B=0，以输入值G=106为例，根据上述做法计算灰阶值106经过R、G、B的转换曲线后的转换值。之后，将权重系数分派给这些转换值，计算输入值G=106所对应的输出值：M_106=(54/(54+106+0))×MR_106+(106/(54+106+0))×MG_106+(0/(54+106+0))×MB_106，若转换值MR_106、MG_106和MB_106分别为150、53、66，可得出G=106灰阶值的输出值为M_106=85。这个像素的其它灰阶值R=54、B=0的对应输出值也可照此方法类推。

图6A至图6C所示的R、G、B转换曲线，针对该彩色影像中某一个像素进行权重分配后合并，可得出这个像素所属的综合转换曲线，如图8所示。也就是说，R、G、B转换曲线各别乘上针对这个像素计算出的权重系数后相加，即得出该综合转换曲线，这个像素中对应R、G、B灰阶值的输出值可直接从该综合转换曲线对照得出。而一张影像中，每个像素会有各自对应的综合转换曲线，因此能够针对各像素的差异性进行对比提升，从而能够避免RGB灰阶值合并统计后灰阶值均化的情形。

本发明在处理影像的过程中，将一张彩色影像的RGB灰阶值分开统计，并且在计算每个像素中R、G或B灰阶值对应的输出值时，根据RGB灰阶值比例进行适应性的调整，能够有效保留相当程度的色彩分布特性，并且显著提升影像的对比，使其看起来更鲜艳亮丽。

请参阅图9和图10，其分别显示依本发明实现的显示系统和显示系统中的影像处理系统的示意图。如图9所示，本发明的显示系统包含影像处理系统12、时序控制器14、源极驱动器16、栅极驱动器18和显示面板20。影像处理系统12可经由嵌入式显示端口（embedded DisplayPort,eDP）或低电压差分信号（low-voltage differential signaling,LVDS）接口接收影像信号，例如，影像信号可来自于计算机端。影像处理系统12将影像传输接口传来的原始影像进行影像处理以提升其对比度，经处理过的影像再传送至时序控制器14。时序控制电路板10上的时序控制器14控制栅极驱动器18的扫描时序，并控制源极驱动器16将经过处理过的影像数据馈入显示面板20的时序，而显示面板20显示该经处理过的影像于屏幕上。

如图10所示，影像处理系统12包含有影像统计模组122、转换曲线计算模组124、权重计算模组126和输出值计算模组128。影像统计模组122分别统计一张彩色影像中所有像素的红色灰阶值、蓝色灰阶值和绿色灰阶值的数量分布（见图6A至图6C所示的影像特性图）。转换曲线计算模组124耦接至影像统计模组122，用以根据影像统计模组122所统计的数量分布，分别计算出所有像素的红色灰阶值、蓝色灰阶值和绿色灰阶值各自的转换曲线（见图6A至图6C所示的转换曲线MR、MG和MB）。权重计算模组126会针对每一个像素计算权重系数，其分母为一个像素中的红色灰阶值、蓝色灰阶值和绿色灰阶值的和，而其分子分别为这个像素的红色灰阶值、蓝色灰阶值和绿色灰阶值，即

输出值计算模组128耦接至权重计算模组126，会根据这个像素的红色灰阶值在各个转换曲线的转换值以及与该等转换值各自对应的权重系数，计算这个像素中红色灰阶值对应的输出值，依此方式，继续计算这个像素中蓝色灰阶值和绿色灰阶值分别对应的输出值，如依上述公式（1）、（2）和（3）计算各颜色灰阶值对应的输出值，并依照这个方式处理这张彩色影像中所有的像素。本发明的影像处理系统12中影像统计模组122、转换曲线计算模组124、权重计算模组126和输出值计算模组128的功能可参照上述步骤S12-S16的描述，在此不再赘述。

如图11和图12所示，影像处理系统12可设置于时序控制器14后端，或整合于时序控制器14中；或者整合影像处理系统12于显示卡或显示芯片内。

综上所述，虽然本发明已用较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本发明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，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视前述的申请专利范围所界定者为准。

Claims (9)

1.一种用于提升显示系统显示的彩色影像的对比的方法，其特征在于，所述方法包含下列步骤：

A、提供该彩色影像，其具有复数个像素，每个像素具有红、蓝和绿三原色的灰阶值；

B、分别统计该彩色影像中所有像素的红色灰阶值、蓝色灰阶值和绿色灰阶值的数量分布；

C、根据步骤B所统计的数量分布，分别计算出所有像素的红色灰阶值、蓝色灰阶值和绿色灰阶值各自的转换曲线；

D、根据该等像素中的一个像素的红色灰阶值在各转换曲线的转换值以及与该等转换值各自对应的权重系数，计算这个像素中红色灰阶值对应的输出值，根据这个像素的蓝色灰阶值在各转换曲线的转换值以及与该等转换值各自对应的权重系数，计算这个像素中蓝色灰阶值对应的输出值，以及根据这个像素的绿色灰阶值在各转换曲线的转换值以及与该等转换值各自对应的权重系数，计算这个像素中绿色灰阶值对应的输出值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B是统计该彩色影像中所有像素的红色灰阶值落在各个灰阶值区间的数量分布、统计该彩色影像中所有像素的蓝色灰阶值落在各个灰阶值区间的数量分布以及统计该彩色影像中所有像素的绿色灰阶值落在各个灰阶值区间的数量分布。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C是依照灰阶值数量分布较多时增加其灰阶范围来显示的原则计算出该转换曲线。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤D中的权重系数，其分母为这个像素的红色灰阶值、蓝色灰阶值和绿色灰阶值的和，而其分子分别为这个像素的红色灰阶值、蓝色灰阶值和绿色灰阶值。

5.如权利要求4项所述的方法，其特征在于，步骤D中的输出值是依照下列公式进行计算以得出对应该红色灰阶值的输出值：

$M\_r=\frac{R}{R+G+B}\×\mathrm{MR}\_r+\frac{G}{R+G+B}\×\mathrm{MG}\_r+\frac{B}{R+G+B}\×\mathrm{MB}\_r$

其中M_r表示这个像素的红色灰阶值对应的输出值，R、G、B分别代表这个像素的红色灰阶值、绿色灰阶值和蓝色灰阶值，

为权重系数，MR_r为这个像素的红色灰阶值在红色转换曲线的转换值，MG_r为这个像素的红色灰阶值在绿色转换曲线的转换值，MB_r为这个像素的红色灰阶值在蓝色转换曲线的转换值。

6.一种影像处理系统，其特征在于，接收彩色影像的信号，该彩色影像具有复数个像素，每个像素由红、蓝和绿三原色的灰阶值所组成，所述影像处理系统包含：

一影像统计模组，用以分别统计该彩色影像中所有像素的红色灰阶值、蓝色灰阶值和绿色灰阶值的数量分布；

一转换曲线计算模组，耦接至该影像统计模组，用以根据该影像统计模组所统计的数量分布，分别计算出所有像素的红色灰阶值、蓝色灰阶值和绿色灰阶值各自的转换曲线；

一权重计算模组，用以计算权重系数，其分母为该等像素中的一个像素的红色灰阶值、蓝色灰阶值和绿色灰阶值的和，而其分子分别为这个像素的红色灰阶值、蓝色灰阶值和绿色灰阶值；以及

一输出值计算模组，耦接至该权重计算模组，用以根据这个像素的红色灰阶值在各个转换曲线的转换值以及与该等转换值各自对应的权重系数，计算这个像素中红色灰阶值对应的输出值，根据这个像素的蓝色灰阶值在各个转换曲线的转换值以及与该等转换值各自对应的权重系数，计算这个像素中蓝色灰阶值对应的输出值，以及根据这个像素的绿色灰阶值在各个转换曲线的转换值以及与该等转换值各自对应的权重系数，计算这个像素中绿色灰阶值对应的输出值。

7.如权利要求6所述的影像处理系统，其特征在于，该影像统计模组是统计该彩色影像中所有像素的红色灰阶值落在各个灰阶值区间的数量分布、统计该彩色影像中所有像素的蓝色灰阶值落在各个灰阶值区间的数量分布以及统计该彩色影像中所有像素的绿色灰阶值落在各个灰阶值区间的数量分布。

8.如权利要求6所述的影像处理系统，其特征在于，该转换曲线计算模组是依照灰阶值数量分布较多时增加其灰阶范围来显示的原则计算出该转换曲线。

9.如权利要求6所述的影像处理系统，其特征在于，该输出值计算模组依照下列公式进行计算以得出对应该红色灰阶值的输出值：

$M\_r=\frac{R}{R+G+B}\×\mathrm{MR}\_r+\frac{G}{R+G+B}\×\mathrm{MG}\_r+\frac{B}{R+G+B}\×\mathrm{MB}\_r$

其中M_r表示这个像素的红色灰阶值对应的输出值，R、G、B分别代表这个像素的红色灰阶值、绿色灰阶值和蓝色灰阶值，

为权重系数，MR_r为这个像素的红色灰阶值在红色转换曲线的转换值，MG_r为这个像素的红色灰阶值在绿色转换曲线的转换值，MB_r为这个像素的红色灰阶值在蓝色转换曲线的转换值。

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