CN1307598C - 图像对比度的调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种图像对比度的调整方法，先构造出一原始图像的亮度直方图，再分析出亮度直方图的图像特征，判断图像特征是否为波峰突出、图像偏亮或图像偏暗。并经由适当的运算决定出一控制点之后，配合所欲调整的对比度值，即可在一直角坐标系中建立出由控制点及对比度值所连接的一直线方程式。而由直线方程式的映像可相对计算出直角坐标系的横轴与纵轴坐标之间的对应关系，依此对应关系建立一伽马表，并将原始图像的每一像素点的输入亮度利用查表法，即可从伽马表中找出相对应输出的亮度值，调整该原始图像的对比度。借此，使得原始图像经由伽马表的对比度调整之后，亮度能均匀展开，而达到理想的对比度图像输出。

Description

图像对比度的调整方法

技术领域

本发明涉及一种图像对比度的调整方法，特别涉及一种于图像处理软件中对数字图像对比度的强化处理。

背景技术

图像的对比度(contrast)是指它的亮度分布而言，而通常低对比度或是高对比度的图像被视为较差的对比度效果，其中高对比度的图像呈现出一种粗糙的亮度，而低对比度的图像则呈现出一种褪色的外观，此两种均无法使人的视觉达到满意的效果，因此一个良好的对比度图像，代表其亮度能均匀展开至各色阶。然而以现有图像软件在调整对比度亮度时，由于图像对比度的调整较大，往往容易造成图像太亮或太暗，因此使得图像失真，而无法让观看者得到满意的视觉效果。

发明内容

本发明的主要目的，在于提供一种图像对比度调整方法，能依据图像所呈现出的特性，相对提供一种速度更快、更为平滑的对比度调整，以获得较佳的图像对比度调整效果。

为了达到上述目的，本发明提供一种图像对比度的调整方法，包括下列步骤：构造一原始图像的亮度直方图(luminance histogram)；分析该亮度直方图的图像特征以决定一控制点；撷取一对比度值；在一直角坐标系中建立由该控制点及该对比度值所连接的一直线方程式；依据该直线方程式建立一伽马表(gamma table)；及依据该伽马表调整该原始图像的对比度。

本发明还提供一种图像对比度调整方法，包括下列步骤：构造一原始图像的一亮度直方图；判断该亮度直方图是否有波峰突出；当该亮度直方图有波峰突出时则进行削波处理而得到一削波亮度直方图；计算该削波亮度直方图的重心并作为一控制点；撷取一对比度值；在一直角坐标系中建立由该控制点及该对比度值所连接的一直线方程式；依据该直线方程式建立一伽马表；及依据该伽马表调整该原始图像的对比度。

本发明提供的另一种图像对比度调整方法，包括下列步骤：构造一原始图像的一亮度直方图；计算该亮度直方图的一亮度平均值及一亮度标准差；判断该亮度平均值是否偏亮或偏暗；将该亮度平均值与该亮度标准差进行运算而得到一控制点；撷取一对比度值；在一直角坐标系中建立由该控制点及该对比度值所连接的一直线方程式；依据该直线方程式建立一伽马表(gammatable)；及依据该伽马表调整该原始图像的对比度。

本发明借由前述的步骤，所建立出的伽马表能反应出原始图像所蕴含的图像特征，使得原始图像经由伽马表的对比度调整之后，亮度能均匀展开，而达到理想的对比度图像输出。

附图说明

图1A为一原始图像的示意图；

图1B为图1A的亮度直方图；

图2为本发明对比度为零的直线方程式的直角坐标图；

图3为本发明图像对比度调整的流程图；

图4为本发明对比度为30的直线方程式的直角坐标图；

图5A为含有背景图像的原始图像的示意图；

图5B为图5A利用图4的直线方程式F₁调整图像对比度所得的示意图；

图6A为未含有背景图像的原始图像的示意图；

图6B为图6A利用图4的直线方程式F₁调整图像对比度所得的示意图；及

图7为本发明对比度为负30的直线方程式的直角坐标图。

具体实施方式

在图像处理技术中，经常会用到图像特性的数值资料作为分析应用，尤其应用在对比度图像处理，更是决定图像品质处理好坏的重大关键。本发明于图像对比度处理时根据图像特性分布(image histogram)对图像进行对比度增强或减弱处理。

本发明使用的图像特性分布为亮度直方图(luminance histogram)，经由亮度直方图可让我们了解有多少图像元素分布于不同的亮度区域内，亮度直方图的横坐标是从0到255个亮度，即是8个位的亮度，而其纵坐标所显现的是属于同一亮度画像元素的数量。

请参阅图1A为一原始图像的示意图，而经由计算机计算出的亮度直方图如图1B所示。而在图1B中我们可以利用本发明所提供的方法从中判断出原始图像是偏亮或偏暗，并以图2所示直角坐标系中的直线方程式F₀，来对原始图像调整对比度。其中图2的横坐标与纵坐标之间为亮度的对应函数关系，横坐标代表原始图像的输入亮度，纵坐标为图像经对比度调整后的输出亮度，直线方程式F₀可看成是映像函数，输入亮度经由映像函数的映像之后可相对得到输出亮度。

而本发明为了加快图像处理速度采用直线方程式作为映像函数，图2中的直线方程式F₀连接于控制点C1及对比度C2，而当得知控制点C1及对比度C2的两点坐标后以二元一次方程式可求出直线方程式F₀，其中关于控制点的选取将于后面有更完整的说明，而对比度C2的选定范围为(0～Ctrx，0)或(0，0～-Ctrx)。

此外，一个图像可细分成多个像素点，而在图像对比度处理中，像素点是最基本的图像处理单位，通过改变输入像素点的亮度值(luminance level)再放置输出图像中对应的像素位置上，而此过程中亮度值如何改变是根据前述的映像函数而定。而为了方便下述说明，在此先对图像处理过程所使用的公式定义如下：

某一点的亮度：Lum＝(byte)(r*0.299+g*0.587+b*0.114)(公式1)；图像的总点数：Total＝图像长度的点数*图像宽度的点数(公式2)；图像的亮度总和： $\mathrm{Totallm}=\underset{i=1}{\overset{\mathrm{Total}}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Lum}}_1$ (公式3)；图像的亮度平均值：mean＝(int)((Totallum+(Total/2))/Total)(公式4)；图像的亮度标准差：

$\mathrm{StdDeviation}=\sqrt{\frac{\underset{i=0}{\overset{\mathrm{Total}}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{Lum}}_1-\mathrm{Mean})}^2}{\mathrm{Total}}}$ (公式5)；

图像的亮度直方图削波重心：WeightCenter＝∑(x_i*m_i)/∑m_i，(公式6)；其中i＝0～255，i≠波峰最大的亮度值，x为削波后亮度直方图的横坐标，m为纵坐标，i为亮度直方图除掉波峰后的亮度值序列；

请参阅图3，其为本发明图像对比度调整的流程图。本发明图像对比度调整方法，包括下列步骤：首先对原始图像构造亮度直方图(S301)，亮度直方图可由计算机计算出；之后分析亮度直方图的图像特征(S303)，即选取图像中最大的亮度值与亮度平均值作判断；再判断亮度直方图中是否有波峰突出的状况(S305)？判断方式为比较图像最大的亮度值是否远大于亮度平均值，即图像最大的亮度值减去亮度平均值之后仍大于一波峰判断值(为默认值)，就代表亮度直方图中有波峰突出。

而当步骤S305判断为否时，则计算亮度直方图的亮度平均值(S307)，可由前述公式4计算出；再计算出亮度直方图的亮度标准差(S309)，可由前述公式5计算出；判断图像是否偏亮(S311)？其是由图像的亮度平均值与一亮度上限值(当8个位的亮度时预设为194)作比较，当亮度平均值大于亮度上限值表示图像偏亮，因此控制点即等于亮度平均值减去亮度标准差(S317)；而当亮度平均值小于亮度上限值时，表示图像未有偏亮，需进一步判断图像是否偏暗(S313)？其是由图像的亮度平均值与一亮度下限值(当8个位的亮度时预设为64)作比较，当亮度平均值小于亮度下限值表示图像偏暗，控制点即等于亮度平均值加上亮度标准差(S319)；而当亮度平均值并未小于亮度下限值时，表示图像的亮度适中，控制点即等于亮度平均值(S315)。

而在步骤S305判断为是时，代表亮度直方图中出现了波峰突出的分布，而此一波峰突出反应出原始图像中有大面积的纯色背景图案，必须对亮度直方图进行削波(clipping)处理(S321)，而这里的削波处理即为除去背景图像对图像特征分析的干扰；之后计算削波亮度直方图的重心(S323)，计算方式可由前述公式6求出；并令控制点等于重心(S325)的x坐标；当然仍可进一步依据图像明暗适当调整控制点(S327)。

而由前述步骤S315、S317、S319、S327的其中之一所选取到的控制点在直角坐标系中x轴(横坐标)与y轴(纵坐标)的坐标值均设为相等，并可依据控制点及所欲调整的一对比度值(contrast value)建立伽马表(gammatable)(S329)，其中控制点及对比度值为已知值并代入一个二元一次方程式即可在直角坐标系中建立如图2所示的一直线方程式，此直线方程式即为连接于控制点及对比度值的一个映像函数。而图2的直角坐标系的横坐标代表原始图像的输入亮度，纵坐标为图像经对比度调整后的输出亮度，因此将输入亮度经由直线方程式的映像之后可相对得到输出亮度，以此方式即可建成对比度调整所需的伽马表；最后依此伽马表对原始图像进行对比度调整(S331)，使得原始图像每一像素点的输入亮度可利用查表法(look-up table)，从伽马表中找出相对应输出的亮度值，如此即可完成本发明所述的图像对比度调整方法。

经由前述介绍，本发明能依据图像特征进行对比度的增强或减弱处理，而为了符合不同的图像特性(如图像偏亮或偏暗或是有大面积的纯色背景图像)，必须经由适当的判断之后，选取出一个符合图像特性且作为对比度调整参考的控制点。此控制点的选取前面已有完整介绍，而控制点确定之后，即可配合所欲调整对比度值的输入，先建立直线方程式，再由直线方程式将各种输入亮度所对应到的输出亮度建立出伽马表，由此伽马表来调整原始图像的对比度强弱。

请参阅图4，为由本发明所建构出的直线方程式，其中C1为已选定的控制点，直线方程式F₀(虚线标示)的对比度值为0，而直线方程式F₁的对比度值调整到正的30。从图4中可以看出，当对比度值C2为正时，X2＞X1，但-ΔY2＞-ΔY1，此直线方程式F1实现了像素亮度大的变大，像素亮度小的变小的图像对比度调整。

而以图4中的直线方程式F₁所建构出的伽马表，对图5A的图像进行对比度调整之后，可得到图5B的输出结果。其中第图5A为具有大面积的背景图像，但经由本发明的图像对比度调整方法，很显然在图5B中的图像并未受背景影响而使得影像对比度明显偏向某一数值，而是呈现更为平滑的图像对比度。

同样的以图4中的直线方程式F₁所建构出的伽马表，对图6A的图像进行对比度调整之后，可得到图6B的输出结果。其中图6A为亮度较为平均分配的图像，但经由本发明的图像对比度调整方法，很显然在图6B中的图像并未出现图像太亮的失真状况，而是呈现像素亮度大的变大，而像素亮度小的变小的结果。

请参阅图7，一样是由本发明所建构出的直线方程式，其中C1为已选定的控制点，直线方程式F₀(虚线标示)的对比度值为0，而直线方程式F₂的对比度值调整到负的30。从图7中可以看出，当对比度值C2为负时，X4＞X3，但ΔY4＜ΔY3，此直线方程式F₂实现了像素亮度大的变小，像素亮度小的变大的图像对比度调整，相对于图4中直线方程式F₁提供另一种态样的对比度调整效果。

通过本发明的图像对比度调整方法，具有下述的功效：

1、能依据原始图像所呈现出的图像特征，相对调整对比度的增强或减弱，以达到理想的图像对比度效果。

2、以直线方程式作为建构伽马表的依据，借此可缩短影像对比度调整的处理时间。

以上所述，仅为本发明一较佳的具体实施例的详细说明与附图，凡合于本发明申请专利范围的精神与其类似变化的实施例，皆应包含于本发明的范畴中，任何熟悉本领域的技术人员在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修饰皆可涵盖在本发明的专利范围。

Claims (18)

1、一种图像对比度调整方法，包括下列步骤：

构造一原始图像的一亮度直方图；

判断该亮度直方图是否有波峰突出；

当该亮度直方图有波峰突出时则进行削波处理而得到一削波亮度直方图；

计算该削波亮度直方图的重心并作为一控制点；

撷取一对比度值；

在一直角坐标系中建立由该控制点及该对比度值所连接的一直线方程式；

依据该直线方程式建立一伽马表；及

依据该伽马表调整该原始图像的对比度。

2、如权利要求1所述的图像对比度调整方法，其特征在于该波峰突出的判断为该亮度直方图中的一最大亮度值与一亮度平均值的差值是否超过一波峰判断值，若是则表示该亮度直方图具有波峰突出的图像特征。

3、如权利要求1所述的图像对比度调整方法，其特征在于该重心的计算方式为∑(x_i*m_i)/∑m_i，其中x为削波后亮度直方图的横坐标，m为纵坐标，i为亮度直方图除掉波峰后的亮度值序列，i＝0～255，且i≠波峰最大的亮度值。

4、如权利要求1所述的图像对比度调整方法，其特征在于该控制点在该直角坐标系的横坐标与纵坐标的坐标值为该重心的x坐标值。

5、如权利要求1所述的图像对比度调整方法，其特征在于该削波处理为除去该原始图像中的背景图像部分。

6、如权利要求1所述的图像对比度调整方法，其特征在于该直线方程式为该控制点及该对比度值在该直角坐标系中的坐标值分别代入一个二元一次方程式求出。

7、如权利要求1所述的图像对比度调整方法，其特征在于该直角坐标系中的横坐标代表该原始图像的输入亮度，纵坐标代表该原始图像经对比度调整的输出亮度，而该伽马表的建立是由该直线方程式的映像以相对计算出该直角坐标系的横坐标与纵坐标之间的对应关系。

8、如权利要求1所述的图像对比度调整方法，其特征在于调整该原始图像的对比度，是将该原始图像的每一像素点的输入亮度利用查表法，从该伽马表中找出相对应输出的亮度值。

9、一种图像对比度调整方法，包括下列步骤：

构造一原始图像的一亮度直方图；

计算该亮度直方图的一亮度平均值及一亮度标准差；

判断该亮度平均值是否偏亮或偏暗；

将该亮度平均值与该亮度标准差进行运算而得到一控制点；

撷取一对比度值；

在一直角坐标系中建立由该控制点及该对比度值所连接的一直线方程式；

依据该直线方程式建立一伽马表；及

依据该伽马表调整该原始图像的对比度。

10、如权利要求9所述的图像对比度调整方法，其特征在于该判断步骤为将该亮度平均值与一亮度上限值比较。

11、如权利要求10所述的图像对比度调整方法，其特征在于当该亮度平均值大于该亮度上限值时，该控制点为该亮度平均值减去该亮度标准差。

12、如权利要求9所述的图像对比度调整方法，其特征在于该判断步骤为将该亮度平均值与一亮度下限值比较。

13、如权利要求12所述的图像对比度调整方法，其特征在于当该亮度平均值小于该亮度下限值时，该控制点为该亮度平均值加上该亮度标准差。

14、如权利要求9所述的图像对比度调整方法，其特征在于该判断步骤为将该亮度平均值与一亮度上限值及一亮度下限值比较。

15、如权利要求14所述的图像对比度调整方法，其特征在于当该亮度平均值位于该亮度上限值与该亮度下限值之间时，该控制点为该亮度平均值。

16、如权利要求9所述的图像对比度调整方法，其特征在于该直线方程式为该控制点及该对比度值在该直角坐标系中的坐标值分别代入一个二元一次方程式求出。

17、如权利要求9所述的图像对比度调整方法，其特征在于该直角坐标系中的横坐标代表该原始图像的输入亮度，纵坐标代表该原始图像经对比度调整后的输出亮度，而该伽马表的建立是由该直线方程式的映像以相对计算出该直角坐标系的横坐标与纵坐标之间的对应关系。

18、如权利要求9所述的图像对比度调整方法，其特征在于调整该原始图像的对比度，是将该原始图像的每一像素点的输入亮度利用查表法，从该伽马表中找出相对应输出的亮度值。

Images