CN103456278A - 数字影像处理系统及数字影像处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种用来实时补偿液晶屏幕均匀度的数字影像处理系统并提供一个数字影像处理方法，数字影像处理系统包括：一个系数运算装置、一个系数暂存装置、一个数据输入装置、一个运算装置(Digital Uniformity Compensation，DUC)及一个数据输出装置，经由本发明所提供的数字影像处理系统及数字影像处理方法，可针对每个子像素(sub-pixel)做并列处理运算，可加快处理效能，且在不牺牲太多亮度的前提下，影像均匀度可由70％提升至95％。

Description

数字影像处理系统及数字影像处理方法

技术领域

本发明是有关于一种数字影像处理系统及数字影像处理方法，特别是有关于一种用来即时补偿液晶屏幕均匀度的数字影像处理系统及数字影像处理方法。

背景技术

随着人类科技愈益发展蓬勃，不管是手机、电视、桌上计算机、笔记型计算机...等，都是属于显示装置的范畴，而显示装置中所不可或缺重要部件即为显示器，于是如何让显示器显示出光更柔和或是更适合人眼观看，具更优良视觉效果的相关研讨，已行之有年，但此一课题，始终都占相关研发内容的大宗所在。

其中，医疗使用的单色显示器着重点更在于显示影像清晰度及分辨率，医疗显示器的亮度均匀度表现与真实呈现影像灰阶是密切相关的，显示亮度若不均匀亦会造成屏幕对比度不均匀，而此差异进一步更会造成DICOMCurve不准确，初始显示器均匀度受到背光、滤光片等影响，其亮度均匀度大都在70％左右，亮度均匀度计算是采显示器最大亮度减去显示器最小亮度所得的数值再除以显示器中央点位置量测亮度，即得亮度差距度数值，一般厂商所提供差异度数值小于30％，反之即为亮度均匀度可达70％以上。

而相关现有技术的实施方式综观大致可分为数类，但都具缺失需改进点存在。其一为将显示器分成数个区域调整，但此方式易有马赛克现象。其二为以线性内插方式来补偿亮度，但此方式易使均匀度不够平顺。

本发明基于上述先前技术做更进一步的显示器影像处理，以子像素(sub-pixel)为基准单位，使显示器显示均匀度表现效果更佳可高达95％。

本发明还解决先前技术显示亮度的问题，一般桌上型计算机亮度约为300nits、笔记型计算机亮度约200nits，而8bit的面板(panel)，最大显示灰阶值为255，相邻灰阶值间，例如：灰阶值254与255间对比度较不明显，人眼无法明显区隔出，亦即视觉效果较佳，长久观看较不伤眼，但若提升亮度至1000nits下，则此灰阶差异值由于对比度变大的影响会明显突出，亦即亮度提升下，灰阶差异值被放大了，反而会妨碍人眼观看，本发明同时欲处理此类因亮度过亮下造成灰阶差异值对比明显的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的一主要目的在于提供一种补偿液晶屏幕均匀度的数字影像处理系统及其处理方法，其主要包括：一个系数运算装置、一个系数暂存装置、一个数据输入装置、一个运算装置(DigitalUniformity Compensation，DUC)及一个数据输出装置，经由本发明所提供的数字影像处理系统及其处理方法，可在不牺牲太多亮度的前提下，提升影像均匀度由70％至95％，增加影像显示均匀度，更适合人眼长时观看。

本发明的另一主要目的在于提供一个数字影像处理系统及其处理方法，包括一个系数运算装置，此装置是针对每个子像素(sub-pixel)进行并列处理运算，能一次同时处理运算总量，加快处理速度，能有效提升运算处理效能。

本发明的另一主要目的在于提供一个数字影像处理系统及其处理方法，紧接于数据输出装置后，进一步包含一抖动(dithering)装置，此抖动装置可针对经均匀度补偿公式运算后的数据，再针对所有数字影像阶层(Digital Driving Level，DDL)，做进一步影像处理，让影像显示更为均匀，视觉效果更佳，更适人眼观看。

根据上述目的，本发明提供一种补偿液晶屏幕均匀度的数字影像处理系统包括：一个系数运算装置，是依据复数个点亮度值计算出复数个系数、一个系数暂存装置，是用以储存复数个系数、一个影像输入装置，用以传输并输入影像讯号，影像讯号是由多个像素所组成，每一个像素中包含多个子像素且每一个子像素具有一个数字影像阶层、一个运算装置，是自系数暂存装置中读取复数个系数后，将复数个系数与一个均匀度补偿公式S(x_i)进行运算，以计算出每一个子像素的补偿值，及一个数据输出装置，用以将每一个子像素的补偿值与相应每一个子像素的数字影像阶层相乘后输出至屏幕。

根据上述目的，本发明再提供一种补偿液晶屏幕均匀度的数字影像处理方法，其数字影像处理方法包括：提供一个系数运算装置，是依据复数个点亮度值计算出复数个系数、提供一个系数暂存装置，是用以储存复数个系数、提供一个影像输入装置，用以传输并输入一个影像讯号，影像讯号是由多个像素所组成，每一个像素中包含多个子像素且每一个子像素具有一个数字影像阶层、提供一个运算装置，是自系数暂存装置中读取复数个系数后，将复数个系数与一个均匀度补偿公式S(x_i)进行运算，以计算出每一个子像素的补偿值，及提供一个数据输出装置，用以将每一个子像素的补偿值与相应每一个子像素的数字影像阶层相乘后输出至一屏幕。

经由本发明所提供的数字影像处理系统及其处理方法，可有效针对每个子像素并列处理运算，有利于加快处理速度，在不牺牲太多亮度前提下，影像均匀度可由70％提升至95％；且于数据输出装置后，进一步包含一个抖动装置，此抖动装置可针对所有数字影像阶层，做进一步影像处理，使输出影像视觉效果更佳，更利于人眼观看。

附图说明

图1是为本发明的数字影像处理系统的第一实施例的系统示意图；

图2是为本发明的数字影像处理系统的影像讯号示意图；

图3是为本发明的三次方非线性均匀度补偿公式S(x_i)运算流程示意图；

图4是为本发明的数字影像处理系统的第二实施例的系统示意图；

图5是为本发明的数字影像处理方法的第一实施例的流程示意图；

图6是为本发明的数字影像处理方法的第二实施例的流程示意图。

【主要组件符号说明】

数字影像处理系统    1

数字影像处理方法    2

系数运算装置        10

系数暂存装置            20

影像输入装置            30

运算装置                40

数据输出装置            50

抖动装置                60

亮度量测器              101

影像讯号                301

像素                    302

子像素                  303

步骤5001、5002、5003、5004、5005

步骤6001、6002、6003、6004、6005、6006

具体实施方式

由于本发明主要是公开一种关于医疗影像规范(DICOM、AAPM-TGl8)的数字影像处理系统及数字影像处理方法，其中数字影像处理系统及数字影像处理方法的基本构造及功能，已为本领域普通技术人员所能明了，故以下文中的说明，仅针对与本发明的数字影像处理系统及数字影像处理方法的特征处进行详细说明。同时，以下文中所对照的附图，是表达与本发明特征有关的结构示意，故未依据实际尺寸绘制，在先声明。

首先，请参阅图1，为本发明的数字影像处理系统的第一实施例的系统示意图，包括：一个系数运算装置10，可为一个PC或准系统，是以一个亮度量测器(light sensor)101量测复数个点亮度值，利用复数点亮度值计算出复数个系数，供后续计算补偿值使用、一个系数暂存装置20，是用以储存复数个系数，在本实施例中，此系数暂存装置可为一个内存(memory)、一个影像输入装置30，用以传输并输入一个影像讯号301，其影像讯号301是由多个像素所组成，每一个像素中包含多个子像素，其中子像素可为彩色影像讯号的RGB(其中：R是表示红色-red；G是表示绿色-green；而B是表示蓝色-blue)中任一子像素或是单色影像讯号的LCR(其中：L是表示左-left；C是表示中-center；而R是表示右-right)中任一子像素，且每一个子像素具有一个数字影像阶层，当数字影像阶层为8bit，则单色影像讯号301为0～255阶；若为10bit则单色影像讯号301为0～1023阶、一个运算装置40，是自系数暂存装置20中读取复数个系数后，将复数个系数与一个均匀度补偿公式S(x_i)进行运算，以计算出每一个子像素的补偿值，及一个数据输出装置50，用以将每一个子像素的补偿值与相应每一个子像素的数字影像阶层相乘后输出至屏幕，经本发明所提供的数字影像处理系统1处理后，可有效提升亮度均匀度至95％以上，解决显示器亮度差异的问题。

接着，请参阅图2，是为本发明的数字影像处理系统的影像讯号示意图。在于本发明中每一个像素302包含多个子像素303，其中子像素303可为彩色影像讯号的RGB(其中：R是表示红色-red；G是表示绿色-green；而B是表示蓝色-blue)中任一子像素303或是单色影像讯号的LCR(其中：L是表示左-left；C是表示中-center；而R是表示右-right)中任一子像素30。因此，本发明是以三个子像素303做为最小显示单位，可针对每个子像素(sub-pixel)进行处理运算，加快处理速度，有效提升运算处理效能。

接着特别针对本发明的技术特征予以说明，如下为本发明的均匀度补偿公式S(x_i)的运算方式，其中均匀度补偿公式为：S(x_i)＝a₁×(x_i-x_o)⁰+a₂×(x_i-x_o)¹+a₃×(x_i-x_o)²+a₄×(x_i-x_o)³+......+a_n×(x_i-x_o)ⁿ，其中a₁、a₂、a₃、a₄......a_n为任意实数，而x_o为一个子像素303内插起始位置，x_i为待做内插处理的子像素303位置，请参阅图3，是为本发明的三次方非线性均匀度补偿公式S(x_i)运算流程示意图，由其中每一步骤(step)的处理中，可看出是针对每一系数(例如：a₁、a₂、a₃、a₄)采并列运算方式同时进行处理，根据图3所示可将流程陈述如下：

步骤1：系数a₁、a₂、a₃及a₄同时带入进行运算，此时a₁为零次方项带入后数值为a₁×(x_i-x_o)⁰、a₂为一次方项带入后数值为a₂×(x_i-x_o)¹、a₃为二次方项带入后数值为a₃×(x_i-x_o)¹、a₄为三次方项带入后数值为a₄×(x_i-x_o)¹，接着进入步骤2。

步骤2：由于a₁为零次方项故带入后数值不做处理仍为a₁×(x_i-x_o)⁰、a₂为一次方项故带入后数值亦不做处理仍为a₂×(x_i-x_o)¹、a₃为二次方项故于此步骤需乘上(x_i-x_o)¹、a₄为三次方项故于此步骤需乘上(x_i-x_o)¹，接着进入步骤3。

步骤3：由于a₁为零次方项故带入后数值不做处理仍为a₁×(x_i-x_o)⁰、a₂为一次方项故带入后数值亦不做处理仍为a₂×(x_i-x_o)¹、a₃为二次方项于步骤2已乘上(x_i-x_o)¹故数值变为a₃×(xⁱ-x_o)²、a₄为三次方项故于此步骤需再乘上(x_i-x_o)¹，接着进入步骤4。

步骤4：由于a₁为零次方项故带入后数值不做处理仍为a₁(x_i-x_o)⁰、a₂为一次方项故带入后数值亦不做处理仍为a₂(x_i-x_o)¹、a₃为二次方项故带入后数值不做处理仍为a₃×(x_i-x_o)²、a₄为三次方项于步骤3已乘上(x_i-x_o)¹故数值变为a₄(x_i-x_o)³。经上述四步骤处理后可得到运算结果为S(x_i)＝a₁×(x_i-x_o)⁰+a₂×(x_i-x_o)¹+a₃×(x_i-x_o)²+a₄×(x_i-x_o)³，上二述即为本发明的均匀度补偿公式S(x_i)并列运算方式，采用此并列运算方式同时处理资料可有效提升处理的速度，加快运算处理的时间。

举一实际案例说明如下：例如有一个5M面板(panel)分辨率为2560×2048其系数值有2048组，由内存(memory)读出面板中每一条线的系数，例如：a₁、a₂、a₃、a₄，由于本发明是针对子像素303做处理故一分辨率为2560×2048的5M面板于第一条在线的子像素303位置有2560×3个亦即影像均匀度可提升3倍，此时欲求得第10单色子像素303于L位置的补偿值：其中第一条线的系数a₁＝0.997、系数a₂＝-4.287×10^(-6)、系数a₃＝9.039×10^(-9)、系数a₄＝-5.06×10^(-12)，而子像素303内插的初始位置x_o＝0、待做内插处理的子像素303位置x_i＝10，皆输入均匀度补偿公式S(x_i)＝a₁×(x_i-x_o)⁰+a₂×(x_i-x_o)¹+a₃×(x_i-x_o)²+a₄×(x_i-x_o)³，可求得补偿值为0.99696616394，再带入求得第10单色子像素303于L位置的数字影像阶层，其输出值等于第10单色子像素303于L位置的数字影像阶层输入值乘以其相对应的补偿值，若第一条线的第10单色子像素303于L位置的原始数字影像阶层输入值为100，故经运算后可得到数字影像阶层输出值为99.696616394。依此可看出本发明是针对面板分辨率大小区隔出每一条线具有其相对应系数，带入均匀度补偿公式计算，求得一个补偿值，再将此补偿值与相对应的子像素303数字影像阶层输入值，做相乘处理即可得本发明的子像素303数字影像阶层输出值，可有效针对影像均匀度进行补偿，提升影像均匀度至95％。

接着，请参阅图4，为本发明的数字影像处理系统的第二实施例的系统示意图，可看出其是进一步包含一个抖动装置60，于数据输出装置50后，加装抖动装置60可针对子像素303数字影像阶层输出值进行全域均匀处理，解决边界模糊化效果，有效提升影像柔和度，使人眼视觉效果感觉更佳，更适宜长久使用而不伤眼力，至于其余数字影像处理系统1结构组成或相关功能主体运算方式皆与前述实施例相同，在此不再赘述。

接着，请再参阅图5并配合图2及图4，其中图5为本发明的数字影像处理方法2的第一实施例的流程示意图，数字影像处理方法2如下：

步骤5001：提供一个系数运算装置10，是依据复数个点亮度值计算出复数个系数，是将屏幕分成复数个区间可能为4、16、36......区间，续以亮度量测器(light sensor)101量测区间中间点亮度值，续推估出整体亮度平面曲线，可得每一条线的复数个系数，供后续计算每一个子像素303的补偿值使用，接着进入步骤5002。

步骤5002：提供一个系数暂存装置20，是用以储存复数个系数，供后续计算每一个子像素303的补偿值使用，接着进入步骤5003。

步骤5003：提供一个影像输入装置30，用以传输并输入一个影像讯号301，影像讯号301是由多个像素302所组成，每一个像素302中包含多个子像素303，其中子像素303可为彩色影像讯号的RGB(其中：R是表示红色-red；G是表示绿色-green；而B是表示蓝色-blue)中任一子像素303或是单色影像讯号的LCR(其中：L是表示左-left；C是表示中-center；而R是表示右-right)中任一子像素303，且每一个子像素303具有一个数字影像阶层，接着进入步骤5004。

步骤5004：提供一个运算装置40，是自系数暂存装置20中读取复数个系数后，将复数个系数与一个均匀度补偿公式S(x_i)进行运算，以计算出每一个子像素303的补偿值，最后进入步骤5005。

步骤5005：提供一个数据输出装置50，用以将每一个子像素303的补偿值与相应每一个子像素303的数字影像阶层相乘后输出至一屏幕。

接着，请继续参阅图6，为本发明的数字影像处理方法2的第二实施例的流程示意图，其数字影像处理方法2的方法组成或相关功能主体运算方式皆与前述实施例相同，在此不再赘述，仅增加描述步骤6006：其是进一步提供一个抖动装置60，用以对数字影像阶层全域做均匀处理，能有效提升影像柔和度，使人眼观视效果更佳，更适宜长时间观看。

虽然本发明以前述的较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，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，因此本发明的专利保护范围须视本说明书所附的权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种补偿液晶屏幕均匀度的数字影像处理系统，包括：

一系数运算装置，是依据复数个点亮度值计算出复数个系数；

一系数暂存装置，是用以储存该复数个系数；

一影像输入装置，用以传输并输入一影像讯号，该影像讯号是由多个像素所组成，每一该像素中包含多个子像素且每一该子像素具有一数字影像阶层；

一运算装置，是自该系数暂存装置中读取该复数个系数后，将该复数个系数与一均匀度补偿公式S(x_i)进行运算，以计算出每一该子像素的补偿值；及

一数据输出装置，用以将每一该子像素的补偿值与相应该每一子像素的数字影像阶层相乘后输出至一屏幕。

2.根据权利要求1所述的数字影像处理系统，进一步包含一抖动装置，用以与该数据输出装置连接。

3.根据权利要求1所述的数字影像处理系统，其中该系数暂存装置可为内存。

4.根据权利要求1所述的数字影像处理系统，其中该均匀度补偿公式S(x_i)为：S(x_i)＝a₁×(x_i-x_o)⁰+a₂×(x_i-x_o)¹+a₃×(x_i-x_o)²+a₄×(x_i-x_o)³+...+a_n×(x_i-x_o)ⁿ，其中a₁、a₂、a₃、a₄......a_n为任意实数，而x_o为一子像素内插起始位置，x_i为待做内插处理的子像素位置。

5.根据权利要求1所述的数字影像处理系统，其中该复数个点亮度值是以一亮度量测器量测得到。

6.根据权利要求1所述的数字影像处理系统，其中该系数运算装置可为PC或准系统。

7.根据权利要求1所述的数字影像处理系统，其中该子像素可为彩色影像讯号的R(red)G(green)B(blue)中任一子像素或是单色影像讯号的L(left)C(center)R(right)中任一子像素。

8.一种补偿液晶屏幕均匀度的数字影像处理方法，包括：

提供一系数运算装置，是依据复数个点亮度值计算出复数个系数；

提供一系数暂存装置，是用以储存该复数个系数；

提供一影像输入装置，用以传输并输入一影像讯号，该影像讯号是由多个像素所组成，每一该像素中包含多个子像素且每一该子像素具有一数字影像阶层；

提供一运算装置，是自该系数暂存装置中读取该复数个系数后，将该复数个系数与一均匀度补偿公式S(x_i)进行运算，以计算出每一该子像素的补偿值；及

提供一数据输出装置，用以将每一该子像素的补偿值与相应该每一子像素的数字影像阶层相乘后输出至一屏幕。

9.根据权利要求8所述的数字影像处理方法，其进一步提供一抖动装置，用以对数字影像阶层全域做均匀处理。

10.根据权利要求8所述的数字影像处理方法，其中该子像素可为彩色影像讯号的R(red)G(green)B(blue)中任一子像素或是单色影像讯号的L(left)C(center)R(right)中任一子像素。

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