CN109905690B

CN109905690B - 影像调整装置与方法

Info

Publication number: CN109905690B
Application number: CN201711307330.5A
Authority: CN
Inventors: 刘俊佐; 林天鸿; 曾如汶
Original assignee: Realtek Semiconductor Corp
Current assignee: Realtek Semiconductor Corp
Priority date: 2017-12-11
Filing date: 2017-12-11
Publication date: 2021-06-22
Anticipated expiration: 2037-12-11
Also published as: CN109905690A

Abstract

本发明公开了一种影像调整装置与方法。本发明的方法的一实施例包含下列步骤：将一影像区域划分为多个区块以个别地执行亮度调整，该多个区块包含一目标区块与至少一相邻区块；接收该目标区块的像素数据以计算该目标区块的一目标区块亮度；接收该至少一相邻区块的像素数据以计算该至少一相邻区块的至少一相邻区块亮度；依据该目标区块亮度与该至少一相邻区块亮度来计算该目标区块内的一目标像素的一计算亮度；以及依据该计算亮度来调整该目标像素的一原始亮度，从而产生该目标像素的一调整亮度。

Description

影像调整装置与方法

技术领域

本发明涉及影像调整，尤其涉及影像亮度调整。

背景技术

一般亮度调整的演算法是针对整个影像作亮度分析，再依据整个影像的平均亮度(Average Picture Level；APL)做特定的曲线调整。举例而言，针对一很暗的影像(例如APL＝10％的影像)，把该影像中暗部的曲线位置拉高；针对一中亮度的影像(例如APL＝50％的影像)，把该影像中暗部的曲线位置拉低，以及把该影像中亮部的曲线位置拉高；针对一高亮度影像(例如APL＝90％的影像)时，把该影像中亮部的曲线位置拉低。然而，对于平均亮度很低的影像而言，上述作法会把影像中所有的暗部的亮度提高，由于影像中部分暗部的亮度可能不必提高，因此该作法会造成画面的对比度变差。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种影像调整装置与方法，以避免现有技术的问题。

本发明公开了一种影像调整装置，能够将一影像区域划分为多个区块以个别地执行亮度调整，该多个区块包含一目标区块与至少一相邻区块，该影像调整装置的一实施例包含一亮度计算电路与一亮度调整电路。所述亮度计算电路包含：一区块亮度计算单元，用来接收该目标区块的像素数据以计算该目标区块的一目标区块亮度，以及用来接收该至少一相邻区块的像素数据以计算该至少一相邻区块的至少一相邻区块亮度；以及一像素亮度计算单元，用来依据该目标区块亮度与该至少一相邻区块亮度来计算该目标区块内的一目标像素的一计算亮度。所述亮度调整电路用来依据该计算亮度来调整该目标像素的一原始亮度，从而产生该目标像素的一调整亮度。

本发明另公开一种影像调整方法，其一实施例包含下列步骤：将一影像区域划分为多个区块以个别地执行亮度调整，该多个区块包含一目标区块与至少一相邻区块；接收该目标区块的像素数据以计算该目标区块的一目标区块亮度；接收该至少一相邻区块的像素数据以计算该至少一相邻区块的至少一相邻区块亮度；依据该目标区块亮度与该至少一相邻区块亮度来计算该目标区块内的一目标像素的一计算亮度；以及依据该计算亮度来调整该目标像素的一原始亮度，从而产生该目标像素的一调整亮度。

有关本发明的特征、实作与技术效果，兹配合附图作较佳实施例详细说明如下。

附图说明

图1显示本发明的影像调整装置的一实施例；

图2显示一影像区域被划分为多个区块；

图3a显示一输入影像的亮度分布；

图3b显示图3a的输入影像的各区块的亮度分布；

图4显示如何计算一目标像素的计算亮度；

图5显示一目标像素的原始亮度位于一原始亮度曲线上；

图6显示多条预设亮度曲线；

图7显示本发明的影像调整装置的另一实施例；

图8显示本发明的影像调整装置的另一实施例；

图9显示本发明的影像调整装置的另一实施例；

图10显示本发明的影像调整装置的另一实施例；以及

图11显示本发明的影像调整方法的一实施例。

附图标记说明：

100 影像调整装置

110 亮度计算电路

112 区块亮度计算单元

114 像素亮度计算单元

120 亮度调整电路

blk_target 目标区块

blk_neighbor 相邻区块

blk[0][0]、blk[1][0]、blk[2][0]、blk[-1][0]、blk[-2][0] 区块

[j＝-2]、[j＝-1]、[j＝0]、[j＝1]、[j＝2] 一垂直方向上的区块平均亮度/加

权亮度

700 影像调整装置

710 亮度强化电路

810 判断单元

910 空间背光滤波单元

1010 时域背光滤波单元

S1110～S1150 步骤

具体实施方式

本发明公开了一种影像调整装置与方法，能够对一输入影像做区域性的亮度调整，从而增强影像的对比度。

图1显示本发明的影像调整装置的一实施例。图1的影像调整装置100能够将对应一输入影像的一影像区域划分为多个区块如图2所示，从而针对每个区块个别地执行亮度调整，该多个区块包含一目标区块(例如图2的区块blk_target)与至少一相邻区块(例如图2的区块blk_neighbor)，该多个区块中的每一区块包含该输入影像的多个像素，每个像素具有一亮度(例如：

其中R、G、B分别代表一像素的红光亮度、绿光亮度与蓝光亮度)。当装置100调整一目标像素的亮度时，该目标像素所在的区块即为该目标区块，邻近该目标区块的区块即为该至少一相邻区块。该目标像素可以是前述影像区域中的任一个像素。请注意，该影像区域的大小与该多个区块的数目可依实施需求来设定。

请参阅图1。影像调整装置100包含一亮度计算电路110与一亮度调整电路120。亮度计算电路110包含一区块亮度计算单元112与一像素亮度计算单元114，区块亮度计算单元112用来接收一目标区块的像素数据以计算该目标区块的一目标区块亮度，以及用来接收至少一相邻区块的像素数据以计算该至少一相邻区块的至少一相邻区块亮度；像素亮度计算单元114用来依据该目标区块亮度与该至少一相邻区块亮度来计算该目标区块内的一目标像素的一计算亮度。亮度调整电路120用来依据该计算亮度来调整该目标像素的一原始亮度，从而产生该目标像素的一调整亮度。

于一非限制性的实施例中，区块亮度计算单元112执行至少下列步骤以得到该目标区块亮度：依据该目标区块的像素数据进行统计，以得到一目标区块亮度分布；依据该目标区块的像素数据，找出一目标区块最大亮度值(即该目标区块内所有像素的亮度值中最大者)；以及依据该目标区块亮度分布与该目标区块最大亮度值，执行一预设计算，以得到该目标区块亮度。类似地，于一非限制性的实施例中，区块亮度计算单元112执行至少下列步骤以得到该至少一相邻区块亮度：依据该至少一相邻区块的像素数据进行统计，以得到至少一相邻区块亮度分布；依据该至少一相邻区块的像素数据，找出至少一相邻区块最大亮度值；以及依据该至少一相邻区块亮度分布与该至少一相邻区块最大亮度值，执行前述预设计算或另一预设计算，以得到该至少一相邻区块亮度。

前述各个区块亮度分布显示一区块中每种亮度值(例如亮度值0～255中的每个值)所对应的像素数目，其一非限制性的示意图如图3a与图3b所示，图3a显示一输入影像及其亮度分布，图3b显示该输入影像被划分为多个区块(区块1、2、3、4)以及各区块的亮度分布，图3a与图3b中，亮度分布的横轴表示输入亮度、纵轴表示输出亮度、长方条(histogram)表示某一输入亮度的像素数目、斜线代表一原始亮度曲线

由图3a与图3b可知，输入影像的整体亮度分布与各区块的亮度分布不同，且任二区块之间的亮度分布也不同(其中区块2的像素多为高亮度的像素，区块3的像素多为低亮度的像素)，因此针对各区块进行亮度调整可达到较好的效果。另外，前述预设计算例如是一已知计算(像是一加权计算)或是一个由使用者自行定义的计算，举例来说，各区块亮度(APL_Local)(即该目标区块亮度与该至少一相邻区块亮度的每一个)是通过下列算式求得：

上式中，每个i值对应一区块中的一亮度长条、w_i代表H_i的权重、H_i代表该区块中亮度长条图的统计值、w_avg为区块平均亮度权重、A_avg为区块平均亮度、以及C_max代表该区块中最大亮度值B_max的特别权重，其中亮度值为B_max的像素个数不为零，C_max可由实施者自行决定。

于一非限制性的实施例中，像素亮度计算单元114执行至少下列步骤以得到该计算亮度：依据该目标区块亮度与该至少一相邻区块亮度来执行一预设计算，以得到该目标像素的计算亮度。上述预设计算例如是一已知计算(例如一内插计算)或是一个由使用者自行定义的计算，举例而言，该目标像素的计算亮度(Y_avg)是通过下列算式求得：

上式中，blk[i][j]中的[i]是代表该区块在垂直方向上的位置(如图4所示，其中blk[0][0]代表目标区块、blk[1][0]代表位于目标区块上方最近的区块、blk[2][0]代表位于目标区块上方次近的区块、blk[-1][0]代表位于目标区块下方最近的区块、blk[-2][0]代表位于目标区块下方次近的区块等等)、C_i代表区块blk[i][j]的区块权重、i值介于M至N之间(如图4所示，其中i值例如介于-2至2之间)、blk[i][j]中的[j]是代表该区块所在的垂直方向的区块平均亮度或加权亮度(如图4所示，其中目标区块blk[0][0]的垂直方向的区块平均亮度/加权亮度例如是[j＝0]，以及平行于目标区块blk[0][0]的垂直方向的一或多个其它垂直方向的区块平均亮度/加权亮度是[j＝-2]、[j＝-1]、[j＝1]、[j＝2])、C_j代表亮度[j]的亮度权重、j值介于P至Q之间(如图4所示，其中j值介于-2至2之间)。前述各权重可由实施者自行决定；于一非限制性的实施例中，目标区块blk[0][0]的区块权重C_i＝C₀大于其它区块的任一个blk[i][j]的区块权重C_i，亮度[0]的亮度权重C_j＝C₀大于其它亮度的任一个[j]的亮度权重C_j，且愈靠近目标区块blk[0][0]的区块blk[i][j]的区块权重C_i或愈靠近目标区块的亮度[j]的亮度权重C_j愈大。

于一非限制性的实施例中，亮度调整电路120执行至少下列步骤以产生该调整亮度：依据该计算亮度，从多条预设亮度曲线中选择一亮度调整曲线；以及依据该亮度调整曲线来调整该目标像素的原始亮度，从而产生该目标像素的调整亮度。本实施例中，一亮度曲线的图示的横轴表示输入亮度的值，纵轴表示输出亮度的值。前述目标像素的原始亮度是位于一原始亮度曲线上如图5所示，图5的曲线显示该目标像素的原始亮度(即输入亮度)在未经调整的情形下会等于输出亮度(亦即该目标像素的亮度增益

等于1)。另外，前述多条预设亮度曲线的一非限制性的示意图如图6所示，图6中，随着输入亮度由低变高，曲线1、2的亮度增益

由高变低，因此曲线1、2可用来改善画面暗部的对比；随着输入亮度由低变高，曲线3、4的亮度增益

由低变高，因此曲线3、4可用来改善画面亮部的对比。鉴于上述，当该目标像素的计算亮度较低(其意味着该目标像素偏暗)，亮度调整电路120可依该计算亮度选择曲线1或曲线2来提高该目标像素的增益，从而产生该目标像素的调整亮度(亦即曲线1或曲线2的输出亮度)，举例而言，当该计算亮度落于一第一数值区间，亮度调整电路120选择曲线1，当该计算亮度落于一第二数值区间，亮度调整电路120选择曲线2；当该目标像素的计算亮度较高(其意味着该目标像素偏亮)，亮度调整电路120可依该计算亮度选择曲线3或曲线4来降低该目标像素的增益，从而产生该目标像素的调整亮度(亦即曲线3或曲线4的输出亮度)，举例而言，当该计算亮度落于一第三数值区间，亮度调整电路120选择曲线3，当该计算亮度落于一第四数值区间，亮度调整电路120选择曲线4。前述预设亮度曲线的数目(例如：8)是固定的，而前述预设亮度曲线的线型以及每一预设亮度曲线所适用的计算亮度可由实施者自行决定。前述该目标像素的调整亮度可直接作为该目标像素的一输出亮度，或是再进一步地被调整。

请注意，本领域技术人员可依据本发明的公开，利用既存的电路(例如数字信号处理器、微控制单元、查找表(look-up table)、逻辑元件的组合等等)来实现前述亮度计算电路110与亮度调整电路120。

图7显示本发明的影像调整装置的另一实施例。相较于图1，图7的影像调整装置700进一步包含：一亮度强化电路710，用来依据前述目标像素的原始亮度、计算亮度与调整亮度产生该目标像素的一输出亮度。于一非限制性的实施例中，亮度强化电路710执行下列步骤以产生该输出亮度：计算该原始亮度与该计算亮度之间的一亮度差异绝对值；以及依据该原始亮度与该亮度差异绝对值来调整该调整亮度，从而产生该输出亮度。上述调整该调整亮度的步骤的一范例包含：依据该原始亮度的值求出一原始亮度增益值，其中该原始亮度增益值与该原始亮度的值成反比，或者符合实施者所预设的一关系；依据该亮度差异绝对值求出一亮度差异增益值，其中该亮度差异增益值与该亮度差异绝对值成反比，或者符合实施者所预设的一关系；加总该调整亮度、该原始亮度增益值与该亮度差异增益值以产生该输出亮度。

图8显示本发明的影像调整装置的另一实施例。相较于图1，图8的亮度计算电路110进一步包含：一判断单元810(例如一已知的或自行开发的边缘判断单元)，用来依据该目标区块的像素数据(例如该目前像素及其周围像素的数据)，判断该目标像素是否属于一高频区域(例如影像变化剧烈的区域，像是画面中物件的边缘)，从而产生一判断结果。本实施例中，亮度调整电路120会依据该计算亮度与该判断结果来产生该目标像素的该调整亮度，举例而言，当该判断结果指出该目标像素属于一高频区域，亮度调整电路120会抑制该目标像素的调整亮度相较于该目标像素的原始亮度的变化幅度。于一非限制性的实施例中，亮度调整电路120可依据该计算亮度与该判断结果选择一条较和缓的预设亮度曲线(如图6的曲线2或曲线3)来调整该目标像素的原始亮度，以得到该调整亮度。

图9显示本发明的影像调整装置的另一实施例。相较于图1，图9的亮度计算电路110进一步包含一空间背光滤波单元910(spatial backlight filter)用来执行下列步骤：将该目标区块亮度乘以一目标区块权值，以得到一目标区块加权亮度；将该至少一相邻区块亮度分别乘以至少一相邻区块权值，以得到至少一相邻区块加权亮度；从该目标区块加权亮度与该至少一相邻区块加权亮度中选择一最大者，并依据该最大者更新该目标区块亮度。上述更新该目标区块亮度的步骤的一非限制性的实施例包含：将该最大者作为该目标区块亮度。前述目标区块权值与至少一相邻区块权值可由实施者自行决定。

图10显示本发明的影像调整装置的另一实施例。相较于图1，图10的亮度计算电路110进一步包含一时域背光滤波单元1010(temporal backlight filter)用来执行下列步骤：比较一当前输入影像与至少一先前输入影像；以及根据该当前及该先前输入影像的「整张画面」的亮度统计值差异和该当前及该先前输入影像的目标区块亮度差值，调整该当前输入影像的目标区块亮度值。

请注意，在实施为可能的前提下，本技术领域技术人员可选择性地实施前述任一实施例中部分或全部技术特征，或选择性地实施前述多个实施例中部分或全部技术特征的组合，藉此增加本发明实施时的弹性。

除前揭影像调整装置外，本公开另包含一种影像调整方法，其一实施例如图11所示，包含下列步骤：

步骤S1110：将一影像区域划分为多个区块以分别地执行亮度调整，该多个区块包含一目标区块与至少一相邻区块。

步骤S1120：接收该目标区块的像素数据以计算该目标区块的一目标区块亮度。

步骤S1130：接收该至少一相邻区块的像素数据以计算该至少一相邻区块的至少一相邻区块亮度。

步骤S1140：依据该目标区块亮度与该至少一相邻区块亮度来计算该目标区块内的一目标像素的一计算亮度。

步骤S1150：依据该计算亮度来调整该目标像素的一原始亮度，从而产生该目标像素的一调整亮度。

由于本领域技术人员能够参酌前揭装置发明的公开来了解本方法发明的实施细节与变化，亦即前述装置发明的技术特征均可合理应用于本方法发明中，因此，在不影响本方法发明的公开要求与可实施性的前提下，重复及冗余的说明在此予以省略。

综上所述，本发明能够对一影像做区域性的亮度调整，从而增强影像的对比度，改善影像的细节呈现。

虽然本发明的实施例如上所述，然而该些实施例并非用来限定本发明，本技术领域技术人员可依据本发明的明示或隐含的内容对本发明的技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本发明所寻求的专利保护范畴，换言之，本发明的专利保护范围须视本说明书的权利要求所界定者为准。

Claims

1.一种影像调整装置，能够将一影像区域划分为多个区块以个别地执行亮度调整，该多个区块包含一目标区块与至少一相邻区块，该影像调整装置包含：

一亮度计算电路，包含：

一区块亮度计算单元，用来接收该目标区块的像素数据以计算该目标区块的一目标区块亮度，以及用来接收该至少一相邻区块的像素数据以计算该至少一相邻区块的至少一相邻区块亮度；以及

一像素亮度计算单元，用来依据该目标区块亮度与该至少一相邻区块亮度来计算该目标区块内的一目标像素的一计算亮度；以及

一亮度调整电路，用来依据该计算亮度来调整该目标像素的一原始亮度，从而产生该目标像素的一调整亮度；

其中该亮度计算电路进一步包含一空间背光滤波单元用来执行下列步骤：将该目标区块亮度乘以一目标区块权值，以得到一目标区块加权亮度；将该至少一相邻区块亮度分别乘以至少一相邻区块权值，以得到至少一相邻区块加权亮度；从该目标区块加权亮度与该至少一相邻区块加权亮度中选择一最大者，并依据该最大者更新该目标区块亮度。

2.如权利要求1所述的影像调整装置，其中该区块亮度计算单元执行至少下列步骤以得到该目标区块亮度：

依据该目标区块的该像素数据进行统计以得到一目标区块亮度分布；依据该目标区块的该像素数据找出一目标区块最大亮度值；以及依据该目标区块亮度分布、该目标区块最大亮度值、与该目标区块的一平均亮度值执行一预设计算，以得到该目标区块亮度；以及

该区块亮度计算单元执行至少下列步骤以得到该至少一相邻区块亮度：

依据该至少一相邻区块的该像素数据进行统计以得到至少一相邻区块亮度分布；依据该至少一相邻区块的该像素数据找出至少一相邻区块最大亮度值；以及依据该至少一相邻区块亮度分布、该至少一相邻区块最大亮度值、与该至少一相邻区块的一平均亮度值执行运算以得到该至少一相邻区块亮度。

3.如权利要求1所述的影像调整装置，其中该像素亮度计算单元执行至少下列步骤以得到该计算亮度：依据该目标区块亮度与该至少一相邻区块亮度来执行一预设计算，以得到该目标像素的该计算亮度。

4.如权利要求1所述的影像调整装置，其中该像素亮度计算单元执行至少下列步骤以得到该计算亮度：依据该目标区块亮度与一目标区块权重产生一目标区块权重亮度；依据该至少一相邻区块亮度与至少一相邻区块权重产生至少一相邻区块权重亮度；以及依据该目标区块权重亮度与该至少一相邻区块权重亮度执行一内插运算，以得到该目标像素的该计算亮度。

5.如权利要求1所述的影像调整装置，其中该亮度调整电路执行至少下列步骤以产生该调整亮度：依据该计算亮度，从多条预设亮度曲线中选择一亮度调整曲线；以及依据该亮度调整曲线来调整该目标像素的该原始亮度，从而产生该目标像素的该调整亮度。

6.如权利要求1所述的影像调整装置，进一步包含：

一亮度强化电路，用来依据该原始亮度、该计算亮度与该调整亮度产生该目标像素的一输出亮度。

7.如权利要求6所述的影像调整装置，其中该亮度强化电路执行下列步骤以产生该输出亮度：

计算该原始亮度与该计算亮度之间的一亮度差异绝对值；以及

依据该原始亮度与该亮度差异绝对值来调整该调整亮度，从而产生该输出亮度。

8.如权利要求1所述的影像调整装置，其中该亮度计算电路进一步包含一判断单元，该判断单元用来依据该目标区块的该像素数据，判断该目标像素是否属于一高频区域，从而产生一判断结果；以及该亮度调整电路依据该计算亮度与该判断结果来产生该目标像素的该调整亮度。

9.如权利要求1所述的影像调整装置，其中该亮度计算电路进一步包含一时域背光滤波单元用来执行下列步骤：根据一当前画面及一前张画面的一亮度统计值差异和该当前画面及该前张画面的一目标区块亮度差值，调整该当前画面的该目标区块亮度。