CN111866306B - 对比调整系统及对比调整方法 - Google Patents

Abstract

对比调整系统包含记忆体及处理器。记忆体储存指令。处理器用以存取并执行指令以进行以下步骤：存取具有复数像素的影像，其中该些像素分别具有一亮度值；根据该些亮度值于亮度下界以及亮度上界之间的分布产生直方图；根据该些亮度值的中值分割该直方图为四个副直方图；根据预设参数扩增该些副直方图；根据累积分布函数分别对该些副直方图实施重映射，以产生伽玛曲线；以及根据伽玛曲线调整另一影像中的像素。

Description

对比调整系统及对比调整方法

技术领域

本案涉及一种电子系统以及控制方法，尤为一种用以调整影像对比度的系统以及方法。

背景技术

习知的直方图均质化方法皆是根据整张影像实施，无法以特定区域作为参考进行加强。此外，习知的直方图均质化方法的过程仍有不足，亟需加以改良。

发明内容

本案的一实施态样是为一种对比调整系统，包含记忆体以及处理器，处理器耦接于记忆体。记忆体储存指令。处理器用以存取并执行指令以：存取具有复数第一像素的第一影像，其中该些第一像素的每一者具有一亮度值；根据该些第一像素的每一者的该亮度值于亮度下界以及亮度上界之间的分布产生直方图；根据该些第一像素的每一者的该亮度值的中值分割该直方图为四个副直方图；根据预设参数扩增该些副直方图；根据累积分布函数分别对该些副直方图实施重映射，以产生用以调整该些亮度值的伽玛曲线；以及将该伽玛曲线实施于第二影像中的复数第二像素。

本案的另一实施态样是为一种对比调整方法，由处理器自记忆体存取指令以执行。对比调整方法包含：存取具有复数第一像素的第一影像，其中该些第一像素的每一者具有一亮度值；根据该些第一像素的每一者的该亮度值于亮度下界以及亮度上界之间的分布产生直方图；根据该些第一像素的每一者的该亮度值的中值分割该直方图为四个副直方图；根据预设参数扩增该些副直方图；根据累积分布函数分别对该些副直方图实施重映射，以产生用以调整该些亮度值的伽玛曲线；以及将该伽玛曲线实施于第二影像中的复数第二像素。

附图说明

图1为根据本案一实施例绘示的对比调整系统的示意图；

图2为根据本案一实施例所绘示的对比调整方法的步骤流程图；

图3为根据本案一些实施例绘示的直方图的示意图；

图4A至图4B为根据本案一些实施例绘示的直方图的示意图；

图5为根据本案一些实施例绘示的直方图的示意图；

图6A至图6B为根据本案一些实施例绘示的直方图以及累积分布函数曲线的对照图；

图7A至图7B为根据本案一些实施例绘示的伽玛曲线的示意图；以及

图8为根据本案一些实施例绘示的伽玛曲线的示意图。

符号说明：

100 对比调整系统

110 记忆体

120 处理器

130 显示器

200 对比调整方法

S210至S260 方法步骤

AV1 第一平均值

AV2 第二平均值

M 中值

BD1 第一分界线

BD2 第二分界线

NT 数量阈值

H1、H2 直方图

C1、C2 累积分布函数曲线

G1、G2 伽玛曲线

S1、S2 阈值

0、1、2、3 区域

具体实施方式

图1为根据本案一实施例绘示的对比调整系统的示意图。在一些实施例中，对比调整系统100包含记忆体110以及处理器120，处理器120电性耦接于记忆体110。在一些实施例中，处理器120可包含但不限于单一处理电路或复数微处理器电路的集成，记忆体110是为一种电脑可读取媒体，其可为挥发性或非挥发性的内部或外部记忆体。

在一些实施例中，处理器120是用以自记忆体110存取至少一指令，该至少一指令关联于一对比调整方法。处理器120经配置以执行该指令，藉以实施该对比调整方法。为了更佳地理解处理器120的运作，下面段落中将辅以图式说明该对比调整方法的详细步骤。

在一些实施例中，对比调整系统100更可包含显示器130。在处理器120实施该对比调整方法的过程中，处理器120可藉由显示器130输出相应的复数影像，令使用者可藉由显示器130观赏该些影像。

应理解，上述实施例仅是用以说明而非用以限定本案。在一些实施例中，对比调整系统100更可包含其他的输入设备以及输出装置，以利使用者或其他装置藉由该对比调整系统100实施相应操作。本案的实施例并不限于示例中给出的值或范围，本案可在不具有或具有部分示例中给定的特殊细节时实施。

图2为根据本案一实施例所绘示的对比调整方法的步骤流程图。在一些实施例中，对比调整方法200是藉由图1当中的对比调整系统100所实施，故请一并参照图1的实施例。在本实施例中，对比调整系统100执行对比调整方法200的步骤将详述于下列段落中。

步骤S210：存取具有复数像素的第一影像，其中该些像素的每一者具有一亮度值。

在一些实施例中，在图1所示的对比调整系统100中，处理器120可自记忆体110(也可为其他记忆体)存取至少一影像，处理器120亦可藉由显示器130显示该影像。在一些实施例中，处理器120所存取的该影像是为一影像串流中的其中一帧影像。

在一些实施例中，该影像中包含有复数像素(pixels)，各像素分别对应于一亮度值(intensity)。一般而言，亮度值可介于亮度区间中，该亮度区间由亮度下界(lowerbound，亮度值为0)以及亮度上界(upper bound，亮度值为255)所界定。其中，0至255之间的各数值可用以表示各像素的灰阶度(gray scale)。当一像素的亮度值为0时，其可对应黑色，当一像素的亮度值为255时，其可对应白色。

应理解，该影像中的该些像素可能对应于相同或不同的亮度值。该些亮度值间的差异程度可表现该影像的对比度(contrast)。

步骤S220：根据该些像素的每一者的亮度值于最小亮度值以及最大亮度值之间的分布产生直方图。

在一些实施例中，处理器120可执行一统计程序，其可根据亮度值统计该影像中的该些像素的数量。该统计程序是为了计算该影像当中具有相同/不同亮度值的像素数量。例如，在一些实施例中，统计程序的结果可表示为：亮度值为0的像素数量为25、亮度值为2的像素数量为120、…、亮度值为255的像素数量为46…等。

在一些实施例中，统计程序的结果可影像化为一直方图(histogram)。为了更佳地理解，请一并参照图3，其是根据本案一些实施例绘示的直方图的示意图。如图3所示，直方图的横轴表示亮度值，直方图的横轴表示像素数量，直方图可较佳地体现影像中所有像素的亮度值分布状况。在一些实施例中，为了降低计算所需的暂存空间，处理器120可根据较低的采样率及统计精度来产生直方图。

在一些实施例中，沿该影像的长及/或宽，处理器120可根据每四个像素取一点的方式进行采样，并将直方图的亮度统计区间改为四分之一精度，即是将每四个像素的亮度值合并统计。藉此，计算所需的暂存空间可大致降低为未降低采样频率及统计精度时的十六分之一(1/4*1/4)。详细而言，在一些实施例中，处理器120可将直方图的横轴分为复数区间，各区间的长度为4个亮度单位(例如：0至3、…、252至255)。在一次采样中，处理器120可沿该影像的长/宽取四个像素，并将该四个像素的亮度值总和计算，进而根据横轴上的该些区间统计像素数量。

步骤S230：根据该些像素的每一者的亮度值的中值分割直方图为四个副直方图。

在一些实施例中，处理器120可计算影像中所有亮度值的中值，该中值可为该些亮度值的平均数(mean)或中位数(median)。应理解，在一些实施例中，中值为自直方图中对应最小亮度值(非必定为0)的像素数量起算，累计至50％像素数量时的亮度值。

在一些实施例中，处理器120可先侦测该影像中是否有感兴趣区域(region ofinterest)，该感兴趣区域是为使用者/系统于该影像中根据特定逻辑标示/选取的区域，例如：人脸、动物、载具…等，但不以此为限。在一些实施例中，若处理器120于影像中侦测到感兴趣区域，处理器120改为计算感兴趣区域所涵盖像素的亮度值的中值，而非计算影像中所有亮度值的中值。该中值计算方式使本案的对比调整方法可动态地适应于感兴趣区域，对比提升的效果较佳。

在一些实施例中，进一步地，处理器120可计算中值和亮度下界(0)的一第一平均值，并计算中值和亮度上界(255)的一第二平均值。若以第一平均值、中值以及第二平均值作为分界线，直方图可大致上被分为四个副直方图。为了更佳地理解，请参照图4A，其是为根据本案一些实施例绘示的直方图的示意图，如图4A所示，根据第一平均值AV1、中值M、第二平均值AV2，处理器120可将图3所示的直方图分割为四个副直方图，分别为第一至第四副直方图，以由左至右的次序表示。

步骤S240：根据至少一预设参数扩增该些副直方图。

在一些实施例中，处理器120可根据至少一预设参数(offset)扩增该些副直方图，以放大该些副直方图与整体亮度区间(0至255)的对应关系。在一些实施例中，处理器120可将第一副直方图中的最小亮度值(即影像中像素对应的最小亮度值)减去第一预设参数，以产生新的最小亮度值。并将副直方图区域中的最大亮度值(即影像中像素对应的最大亮度值)加上第二预设参数，以产生新的最大亮度值。

在一些实施例中，若最小亮度值的计算结果小于0，处理器120可将新的最小亮度值设置为0。若最大亮度值计算结果大于255，处理器120可将新的最大亮度值设置为255。该设置可避免处理器120扩增副直方图时超出整体亮度区间。

为了更佳地理解，请参照图4B。图4B是为根据本案一些实施例绘示的直方图的示意图，如图4B所示，处理器120可根据前述步骤调整最小亮度值以及最大亮度值，使其对应值分别靠近亮度下界以及亮度上界。

对应地，在一些实施例中，处理器120可将第一平均值减去二分之一的第一预设参数，以产生第一分界线BD1，其是为调整后的第一及第二副直方图的分界线。并将第二平均值加上二分之一的第二预设参数，以产生第二分界线BD2，其是为调整后的第三及第四副直方图的分界线。

藉此，调整后的四个副直方图所对应的亮度区间分别为：调整后的第一副直方图，介于亮度下界与第一分界线BD1之间(新的最大亮度值落于该区间中)；调整后的第二副直方图，介于第一分界线BD1与中值M之间；调整后的第三副直方图，介于中值M与第二分界线BD2之间；以及调整后的第四副直方图，介于第二分界线BD2与亮度上界之间(新的最大亮度值落于该区间中)。

在一些实施例中，处理器120可根据第一分界线BD1以及第二分界线BD2对该些副直方图进行均值映射，以扩增该些副直方图于整体亮度区间中的涵盖范围。亦即，处理器120可将原本的四个副直方图分别于调整后的四个副直方图对应的区间中等比例拉伸。为了更佳地理解，请参照图4B。图4B所示的副直方图是为图4A所示的副直方图扩增后的结果。应理解，根据最小可觉差(just noticeable difference,JND)理论，中值相对较接近整体像素范围的中值，因此中值两侧的副直方图是为肉眼相对最易察觉对比变化的部分。因此，以中值为基准来扩增副直方图可使调整后的影像对比度更佳地为人眼所察觉。

在一些实施例中，处理器120可存取一数量阈值，并删除扩增后的副直方图中超过该数量阈值的部分。例如，若数量阈值为2000，当特定亮度值累积的像素数量超过2000个，其在副直方图中位于数量阈值以上的区域将被切除。为了更佳地理解，请参照图5。如图5所示，副直方图中位于数量阈值NT以上的区域将被删除，删除的像素数量可累积于副直方图的下方。

步骤S250：根据累积分布函数分别对该些副直方图实施重映射，以产生用以调整该些像素的每一者的亮度值的一伽玛曲线。

在一些实施例中，处理器120可根据一累积分布函数(Cumulative DistributionFunction,CDF)将该些副直方图中的该些亮度值调整为复数调整后的亮度值，藉以产生用以重映射该些亮度值的一伽玛曲线。应理解，该累积分布函数是为一种映像函数，其输入值为副直方图中的一原始亮度值，其输出值为对应该亮度值的一个新亮度值。藉由该累积分布函数，原始亮度值将根据其于该副直方图区域中所占的比率被转换为新亮度值。在一些实施例中，其公式如下。

前述公式当中的「Σhist_(range)」是用以表示某一副直方图中的特定范围内的像素累积数量，「i」是用以表示原始亮度值，「start」是用以表示该副直方图的最小边界值，「end」是用以表示该副直方图的最大边界值，「remapped intensity(i)」代表将i代入重映像函数。因此，前述公式可理解如下：先计算涵盖原始亮度值i的副直方图中累积至亮度值i的累积机率，再将该累积机率乘以该副直方图的区间宽度，复加上副直方图对应区间的下界值，即得原始亮度值i重映射后的新亮度值。其中，累积机率是为由该副直方图的下界起累积至对应亮度值i的面积(即像素数量)除以该副直方图的总面积(即总像素数量)。其中，副直方图的区间宽度为副直方图对应区间的上界值减去下界值的数值。

为了更佳地理解，请参照图6A至图6B。图6A所绘示的是为未使用本案对比调整方法所产生的直方图H1以及累积分布函数曲线C1，图6B所绘示的则是使用本案对比调整方法所产生的直方图H2以及累积分布函数曲线C2。其中，使用本案对比调整方法后产生的直方图及累积分布函数曲线的对比度较佳。

在一些实施例中，当处理器120获取该伽玛曲线后，处理器120可存取一最大预设斜率以及一最小预设斜率，并判断该伽玛曲线中的各线段的斜率是否大于该最大预设斜率或小于该最小预设斜率。若该伽玛曲线中有线段的斜率大于该最大预设斜率，处理器120可调整该线段的斜率为该最大预设斜率。若该伽玛曲线中有线段的斜率小于该最小预设斜率，处理器120可调整该线段的斜率为该最小预设斜率。

为了更佳地理解，请参照图7A至图7B。图7A至图7B是为根据本案一些实施例绘示的伽玛曲线以及斜率的示意图。图中的阈值S1是为最大预设斜率的示意线，阈值S2则为最小预设斜率的示意线。如图7A所示，处理器120获取的伽玛曲线G1中有某些线段(圈选处)的斜率大于该最大预设斜率或小于该最小预设斜率。如图7B所示，处理器120可将该些线段的斜率调整为该最大预设斜率或该最小预设斜率。藉此，调整后的伽玛曲线G2的整体线段斜率位于图中的阈值S1以及阈值S2之间。该调整用以平滑化伽玛曲线中过于陡峭的线段，可避免调整后的影像产生不连续感。

在一些实施例中，处理器120可再对伽玛曲线实施线性拉伸，以增强该伽玛曲线位于中值左右侧的线段斜率。为了更佳地理解，请参照图8。如图8所示，整体伽玛曲线的映像区间可根据图4A至图4B的中值M大致分为四个区域，如下所示。区域0：亮度值界于0至M/2的区域。区域1：亮度值界于M/2至M的区域。区域2：亮度值界于M至(255-M/2)的区域。区域3：亮度值界于(255-M/2)至255的区域。

在一些实施例中，处理器120可根据至少一线性函数实施线性拉伸，其计算方式为：将区域0中的伽玛曲线斜率乘以(1-a)；将区域1中的伽玛曲线斜率乘以(1+a)；将区域2中的伽玛曲线斜率乘以(1+b)；将区域3中的伽玛曲线斜率乘以(1-b)。其中，a、b皆为预设斜率参数，可由使用者/系统所设置。藉此，可加强伽玛曲线于中值M左侧与中值M右侧的相对斜率。

步骤S260：将该伽玛曲线实施于一第二影像中的复数像素。

在一些实施例中，处理器120可存取另一影像，其可为影像串流中的下一帧影像。处理器120可根据该伽玛曲线重映像该另一影像中的各像素对应的像素，以提升该另一影像的对比度。在一些实施例中，处理器120可针对每一帧影像皆实施前述的对比调整方法，并用以调整下一帧影像。

由上述实施方式可知，本案实施例提供了一种对比调整系统以及方法，其可有效地增强影像的对比度。

Claims (8)

1.一种对比调整系统，包含：

一记忆体，储存至少一指令；以及

一处理器，耦接于该记忆体，用以存取并执行该至少一指令以：

存取具有复数第一像素的一第一影像，其中该些第一像素的每一者具有一亮度值；

根据该些第一像素的每一者的该亮度值于一亮度下界以及一亮度上界之间的一分布产生一直方图；

侦测该第一影像中的一感兴趣区域；

根据该些第一像素的每一者的该亮度值中的复数第一亮度值计算一中值，并根据该中值分割该直方图为四个副直方图，其中该些第一亮度值对应于该感兴趣区域；

根据至少一预设参数扩增该些副直方图；

根据一累积分布函数分别对该些副直方图实施重映射，以产生用以调整该些第一像素的每一者的该亮度值的一伽玛曲线；以及

将该伽玛曲线实施于一第二影像中的复数第二像素。

2.根据权利要求1所述的对比调整系统，其中该处理器更用以存取并执行该至少一指令以：

计算该中值和该亮度下界的一第一平均值；

计算该中值和该亮度上界的一第二平均值；

根据该第一平均值、该中值以及该第二平均值分割该直方图以产生该些副直方图；

将该第一平均值减去该至少一预设参数中的一第一预设参数以产生一第一分界值；

将该第二平均值加上该至少一预设参数中的一第二预设参数以产生一第二分界值；以及

根据该第一分界值以及该第二分界值对该些副直方图进行均值映像，以于该亮度下界以及该亮度上界之间扩增该些副直方图。

3.根据权利要求2所述的对比调整系统，其中该处理器更用以存取并执行该至少一指令以：

存取一数量阈值；

删除该些副直方图中超过该数量阈值的区域；以及

根据该累积分布函数分别对删除后的该些副直方图实施重映射，以产生该伽玛曲线。

4.根据权利要求1所述的对比调整系统，其中该处理器更用以存取并执行该至少一指令以：

存取一最大预设斜率以及一最小预设斜率；

判断该伽玛曲线中的一第一线段的一第一斜率是否大于该最大预设斜率；

若该第一线段的该第一斜率大于该最大预设斜率，调整该第一斜率为该最大预设斜率；

判断该伽玛曲线中的一第二线段的一第二斜率是否小于该最小预设斜率；以及

若该第二线段的该第二斜率小于该最小预设斜率，调整该第二斜率为该最小预设斜率。

5.一种对比调整方法，由一处理器自一记忆体存取至少一指令以执行，其中该对比调整方法包含：

存取具有复数第一像素的一第一影像，其中该些第一像素的每一者具有一亮度值；

根据该些第一像素的每一者的该亮度值于一亮度下界以及一亮度上界之间的一分布产生一直方图；

侦测该第一影像中的一感兴趣区域；

根据该些第一像素的每一者的该亮度值中的复数第一亮度值计算一中值，并根据该中值分割该直方图为四个副直方图，其中该些第一亮度值对应于该感兴趣区域；

根据至少一预设参数扩增该些副直方图；

根据一累积分布函数分别对该些副直方图实施重映射，以产生用以调整该些亮度值的一伽玛曲线；以及

将该伽玛曲线实施于一第二影像中的复数第二像素。

6.根据权利要求5所述的对比调整方法，更包含：

计算该中值和该亮度下界的一第一平均值；

计算该中值和该亮度上界的一第二平均值；

根据该第一平均值、该中值以及该第二平均值分割该直方图以产生该些副直方图；

将该第一平均值减去该至少一预设参数中的一第一预设参数以产生一第一分界值；

将该第二平均值加上该至少一预设参数中的一第二预设参数以产生一第二分界值；以及

根据该第一分界值以及该第二分界值对该些副直方图进行均值映像，以于该亮度下界以及该亮度上界之间扩增该些副直方图。

7.根据权利要求5所述的对比调整方法，更包含：

存取一数量阈值；

删除该些副直方图中超过该数量阈值的区域；以及

根据该累积分布函数分别对删除后的该些副直方图实施重映射，以产生该伽玛曲线。

8.根据权利要求5所述的对比调整方法，更包含：

存取一最大预设斜率以及一最小预设斜率；

判断该伽玛曲线中的一第一线段的一第一斜率是否大于该最大预设斜率；

若该第一线段的该第一斜率大于该最大预设斜率，调整该第一斜率为该最大预设斜率；

判断该伽玛曲线中的一第二线段的一第二斜率是否小于该最小预设斜率；以及

若该第二线段的该第二斜率小于该最小预设斜率，调整该第二斜率为该最小预设斜率。

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