CN1667694A - 适应性地调整图像亮度的装置及相关方法 - Google Patents

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Abstract

一种适应性地调整图像亮度的装置及相关方法，该装置包含多个亮度查询表；亮度分析单元，用来分析来源图像的多个像素的亮度值的分布状况；以及动态亮度曲线配合单元，电连接到亮度分析单元及亮度查询表，用来依据分布状况在亮度查询表中选取其一，用以调整图像像素的亮度，较佳地，动态亮度曲线配合单元包含目前亮度查询表，动态亮度曲线配合单元根据所选取的亮度查询表适应性地更新目前亮度查询表，以根据目前亮度查询表调整图像的亮度。

Description

适应性地调整图像亮度的装置及相关方法
技术领域
本发明相关于一种调整图像亮度的装置及相关方法，特别指一种适应性地调整图像亮度的装置及相关方法。
背景技术
图1表示公知图像显示装置10的示意图。图像显示装置10包含壳体12、显示幕14、以及多个设置在壳体12上的旋钮16，如亮度旋钮16。图像显示装置10的使用者可借助旋转亮度旋钮16、以调整显示在显示幕14上的图像18的亮度(luminance)。
然而，由于显示在显示幕14上的图像18的亮度被动地被调整，具体地说，图像18的亮度当该使用者感觉到图像18过亮或过暗时、通过旋转亮度旋钮16的方式加以调整，所以，一旦图像18的亮度不稳定时，该使用者必需忙不迭地旋转亮度旋钮16，方能观赏到画面清晰的图像18。
此外，亮度旋钮16仅可全面性地增加、或全面性地减少图像18内所有像素的亮度值，也就是说，亮度旋钮16的调整图像18的亮度的机制并无助于图像18的对比度(contrast)的改善。
发明内容
因此，本发明的主要目的在于提供一种可适应性地调整图像亮度的装置及相关方法，以解决公知技术的缺点。
本发明公开一种适应性地调整图像亮度的装置，包含：多个亮度查询表；亮度分析单元，用来分析来源图像的多个像素的亮度值的分布状况；以及动态亮度曲线配合单元，电连接到亮度分析单元及亮度查询表，用来依据分布状况在亮度查询表中选取其一，用以调整图像像素的亮度，较佳地，动态亮度曲线配合单元包含目前亮度查询表，动态亮度曲线配合单元根据所选取的亮度查询表适应性地更新目前亮度查询表，以根据目前亮度查询表调整图像的亮度。
附图说明
图1为公知图像显示装置的示意图。
图2为本发明的较佳实施例中图像亮度调整装置的功能方块图。
图3至图6分别为图2所表示的图像亮度调整装置中四个亮度调整单元所对应的亮度调整函数的函数图。
图7为图2所表示的图像亮度调整装置中亮度分析单元的功能方块图。
图8为图2所表示的图像亮度调整装置中分布状况判别器的功能方块图。
图9为图2所表示的图像亮度调整装置中配合单元的功能方块图。
图10表示根据本发明的具体实施例的适应性调整图像亮度的方法流程图。
主要元件符号说明
10    图像显示装置             12    壳体
14    显示幕                   16    亮度旋钮
18    图像                     20    原始图像
22    截除图像
32    亮度分析单元             33    亮比较器
34    正常亮度查询表           36    增加亮度查询表
38    减低亮度查询表           40    分散亮度查询表
42    动态亮度曲线配合         44    暗比较器
      单元
46    逻辑单元                 48    亮像素计数器
50    中像素计数器             52    暗像素计数器
54    分布状况判别器           56    计数值比较器
58    减法器                   60    相减结果比较器
62    第一多工器               64    比较器
66    目前查询表               68    第二多工器
70    加法器                   41    亮度值比较单元
具体实施方式
图2表示本发明的较佳实施例中图像亮度调整装置的功能方块图。图像亮度调整装置可适应性地(adaptively)调整图像18所包含的多个像素的亮度值。图像亮度调整装置包含亮度分析单元32、正常亮度查询表34、增加亮度查询表36、减低亮度查询表38、分散亮度查询表40、以及动态亮度曲线配合单元42。亮度分析单元32用来分析图像18所包含的所有像素的亮度值的分布状况；配合单元42依据分析单元32分析图像18的亮度值所得的分布状况，在该多个查询表中选择其一曲线配合(curve fitting)图像18所包含的所有像素的亮度值Yin，并继而产生亮度值Yout。
图3至图6表示正常亮度查询表34、增加亮度查询表36、减低亮度查询表38、以及分散亮度查询表40所分别对应的正常亮度函数FN、增加亮度函数FD、减低亮度函数FL、以及分散亮度函数FM的函数图，其中横轴代表图像18的像素的亮度值Yin，而纵轴代表图像18的调整后的像素的亮度值Yout。
在图3中，配合单元42所产生的亮度值Yout等于输入在其内的亮度值Yin，换句话说，正常亮度查询表34所对应的正常亮度函数FN为斜率等于1的线性函数。在图4中，配合单元42所产生的亮度值Yout大于输入在其内的亮度值Yin，换句话说，配合单元42将图像18所包含的所有像素皆调整成具有较大亮度值的像素；在图5中，配合单元42所产生的亮度值Yout小于输入在其内的亮度值Yin，换句话说，配合单元42将图像18所包含的所有像素皆调整成具有较小亮度值的像素；在图6中，配合单元42将输入在其内的亮度值Yin中，具有小于第二预定亮度值Y2的亮度值Yin调整成具有较小亮度值的像素，例如P1，而将具有大于第二预定亮度值Y2的亮度值Yin调整成具有较大亮度值的像素，例如P2。也就是说，分散亮度查询表40可将图像18的低亮度部分变得更暗，而将高亮度部分变得更亮，以增加图像18的对比效果。
图7表示分析单元32的功能方块图。分析单元32包含亮度值比较单元41、电连接到亮度值比较单元41的逻辑单元46、电连接到亮比较器33的亮像素计数器48、电连接到逻辑单元46的中像素计数器50、电连接到暗比较器44的暗像素计数器50、以及电连接到亮像素计数器48、中像素计数器50、及暗像素计数器50的分布状况判别器54，其中亮度值比较单元41包含亮比较器33以及暗比较器44。
亮度值比较单元41用来将图像18所包含的多个像素的亮度值Yin与一组亮度阈值相比，据以产生亮度值比较信号。举例而言，该组亮度阈值包含亮阈值THL及暗阈值THD，亮比较器33将图像18所包含的多个像素的亮度值Yin与亮阈值THL相比、并据以产生亮比较信号CSL；暗比较器44将图像18所包含的多个像素的亮度值Yin与暗阈值THD相比、并据以产生暗比较信号CSD；逻辑单元46可依据暗比较信号CSD与亮比较信号CSL产生中比较信号CSM。
在较佳实施例中，亮比较器33在比较出图像18所包含的多个像素的亮度值Yin大于亮阈值THL时、产生等于逻辑”1”的亮比较信号CSL，反之，产生等于逻辑”0”的亮比较信号CSL；暗比较器44在比较出图像18所包含的多个像素的亮度值小于暗阈值THD时、产生等于逻辑”1”的暗比较信号CSD，反之，产生等于逻辑”0”的暗比较信号CSD，此实施例中，逻辑单元46较佳地为与非门(NAND)，以产生中比较信号CSM。
或者，亮比较器33亦可在比较出图像18所包含的多个像素的亮度值Yin大于亮阈值THL时、产生等于逻辑”0”的亮比较信号CSL，反之，产生等于逻辑”1”的亮比较信号CSL；暗比较器44亦可在比较出图像18所包含的多个像素的亮度值Yin小于暗阈值THD时、产生等于逻辑”0”的暗比较信号CSD，反之，产生等于逻辑”1”的暗比较信号CSD；相应地，逻辑单元46可设计为与门(AND)，以产生中比较信号CSM。
亮像素计数器48依据亮比较信号CSL计数图像18所包含的多个像素中其亮度值Yin落在大于亮阈值THL的亮度阈范围LRL内的像素的个数，据以产生亮计数值CVL；中像素计数器50依据中比较信号CSM，计数图像18所包含的多个像素中其亮度值落在小于亮阈值THL但大于暗阈值THD的亮度阈范围LRM内的像素的个数、并据以产生中计数值CVM；暗像素计数器52依据暗比较信号CSD计数图像18所包含的多个像素中其亮度值落在小于暗阈值CSD亮度阈范围LRD的像素的个数，据以产生暗计数值CVD。分布状况判别器54根据亮像素计数器48、中像素计数器50、或暗像素计数器52所累计的计数值认定(assert)亮度值比较信号，以选择该多个查询表中其一后归零，较佳地，计数器在垂直同步信号Vsync的下降沿触发归零。
假设图像18包含10×12个像素(为了方便说明起见)，其中15个像素的亮度值被亮度值比较单元41比较出大于亮阈值THL，25个像素的亮度值被亮度值比较单元41比较出小于暗阈值THD，而剩余的80个像素的亮度值被亮度值比较单元41比较出介于亮阈值THL与暗阈值THD之间，例如，亮比较器33认定15次亮比较信号CSL，使得亮像素计数器48判定图像18中有15个像素其亮度值落在亮度阈范围LRL内；暗比较器44认定25次暗比较信号CSD，使得暗像素计数器52判定图像18中有25个像素其亮度值落在亮度阈范围LRD内；与非门46产生80(120-15-25)次等于逻辑”1”的中比较信号CSM，使得中像素计数器50判定图像18中有80个像素其亮度值落在亮度阈范围LRM内，图像18的像素亮度值大部份落在暗阈值THD与亮阈值THL间的亮度阈范围LRM内，表示图像18的对比度不足。
图8表示分布状况判别器54的功能方块图的具体实施例。分布状况判别器54包含计数值比较器56、电连接到计数值比较器56的减法器58、以及电连接到减法器58的相减结果比较器60。
计数值比较器56比较亮计数值CVL、中计数值CVM、及暗计数值CVD间的大小，并从中选出最大计数值CVMAX及最小计数值CVmin，承上例，最大计数值CVMAX为”80”、而最小计数值CVmin为”15”；减法器58将最大计数值CVMAX减去最小计数值CVmin、并据以产生相减结果SB，承上例，相减结果SB为”65”(＝80-15)；相减结果比较器60将相减结果SB与计数阈值THCV相比较，可依据相减结果SB及最大计数值CVMAX的来源判别图像18为”过暗”、”对比度不足”、”过亮”、或”正常”。举例而言，假设计数阈值THCV等于”50”，相减结果比较器60比较出相减结果SB大于计数阈值THCV、分布状况判别器54判定图像18”对比度不足”；反之，若相减结果比较器60比较出相减结果SB小于计数阈值THCV，分布状况判别器54判定图像18”正常”，图像亮度调整装置可不调整图像18的亮度值。
由于计数阈值THCV等于“50”，等于“65”的相减结果SB大于计数阈值THCV，而且最大计数值CVMAX由中像素计数器50产生，较佳地，分布状况判别器54判定图像18”对比度不足”，相应地，配合单元42选取分散亮度查询表40调整图像18的亮度值Yin。也就是说，图像18所包含的所有像素中其亮度值大于第二预定亮度值Y2的像素会被调整成具有较大亮度，图像18所包含的所有像素中其亮度值小于第二预定亮度值Y2的像素会被调整成具有较小亮度，而图像18所包含的所有像素中其亮度值等于第二预定亮度值Y2的像素不会被调整，因此，可有效改善图像18的对比度。较佳地，计数值比较器56提供最大值来源信号给相减结果比较器60参考。
在较佳实施例中，无论是亮度调整函数FL、亮度调整函数FN、亮度调整函数FD、或亮度调整函数FM，可包含有限数目个亮度值Yin-亮度值Yout对，在此实施例中，图像亮度调整装置可利用线性内插法(linea rinterpolation)、或B云规曲线法(B-Spline)…等线性代数的方式估测的。
图9表示配合单元42的功能方块图。配合单元42除了依据亮度分析单元32分析图像18的亮度值所得的分布状况外、尚依据其的前所选取的查询表在该多个查询表中选择其一曲线配合图像18所包含的所有像素的亮度值Yin，第一多工器62依据亮度分析单元32所产生的分布状况(包含”过暗”等)在该多个查询表中选取其一输出；比较器64比较配合单元42的目前查询表66与理想的最后查询表间的差异，据以产生”-1”、”0”、及”+1”的比较结果；第二多工器68将比较器64所产生的比较结果输出至加法器70；加法器70将比较器所产生的比较结果累加至目前查询表66；配合单元42便依据目前查询表66所对应的查询表曲线配合图像18所包含的所有像素的亮度值Yin。如此一来，图像亮度调整装置所调整的图像18的亮度值Yout便不会发生不连续，较佳地，加法器70参考垂直同步信号的触发操作，举例而言，目前查询表66包含十六个亮度值Yin-亮度值Yout对，或称映射点，以映射256种灰度变化，未落在映射点的函数变化，则可以内插方式快速获得，本领域技术人员应可明了，不再赘述。较佳地，加法器70可参考垂直同步信号的触发，在每次新的视频帧(frame)开始时，将查询表66的十六个映射点与第一多工器62当时选择的最后查询表的内容逐一比较，以逐渐靠近最后查询表，适应性调整图像亮度变化，且不会有亮度调整函数突然骤变，而产生突兀变化的现象，另一方面，以少量的硬件映射点，便可实现适应性调整图像亮度，改善画面的对比度表现。
请再参阅图1，在图1所表示的图像显示装置10中，显示幕14上所显示的原始图像20除了包含图像18外、另包含通常呈现全黑色且围绕在图像18周围的截除图像22，而上述的图像亮度调整装置皆调整图像18、而非原始图像20所包含的像素的亮度值，因此，为了避免因算入截除图像22所包含的像素的亮度值而误判原始图像20过暗的情形发生，图像亮度调整装置较佳地包含电连接到配合单元42及亮度分析单元32的图像调整范围选取器(未示)，以提供实际图像18的范围，在调整图像18所包含的像素的亮度值之前，决定输入在图像亮度调整装置的原始图像20的图像调整范围，据以产生图像18。
图10表示根据本发明的具体实施例的适应性调整图像亮度的方法流程图，流程图自步骤100开始；在步骤102，分析来源图像的亮度分布，以产生亮度分布信号，举例而言，可代表“过暗”、“过亮”、“对比度不足”、及“对比度正常”等多种亮度分布，其可借助将来源图像的像素值与亮阈值及暗阈值比较，而统计分类整张画面属于亮或暗的像素个数统计，进而决定亮度分布信号，较佳地，亮阈值、暗阈值以及分类的方式可以由系统厂商依照喜好予以程序化；在步骤104，从多个亮度查询表中选择适当的亮度查询表，以响应亮度分布信号；在步骤106，利用所选择的亮度查询表，适应性地更新目前所使用的亮度查询表，适应性地更新亮度调整函数以避免函数突然骤变，而产生突兀变化的现象，较佳地，在每个垂直同步信号Vsync发生时，做一次更新；在步骤108，根据目前的亮度查询表调整图像亮度；最后在步骤110结束此方法流程。
综上所述，本发明揭示一种适应性地调整图像亮度的装置，包含：多个亮度查询表；亮度分析单元，用来分析来源图像的多个像素的亮度值的分布状况；以及动态亮度曲线配合单元，电连接到亮度分析单元及亮度查询表，用来依据分布状况在亮度查询表中选取其一，用以调整图像像素的亮度，较佳地，动态亮度曲线配合单元包含目前亮度查询表，动态亮度曲线配合单元根据所选取的亮度查询表适应性地更新目前亮度查询表，以根据目前亮度查询表调整图像的亮度。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所进行的等效变化与修改，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (25)

1.一种适应性地调整图像亮度的装置，包含：
多个亮度查询表；
一亮度分析单元，用来分析一来源图像的多个像素的亮度值的一分布状况；以及
一动态亮度曲线配合单元，电连接到该亮度分析单元及该多个亮度查询表，用来依据该分布状况在该多个亮度查询表中选取其一，用以调整该来源图像的该多个像素的亮度值。
2.如权利要求1所述的适应性地调整图像亮度的装置，其中所选取的亮度查询表为一正常亮度查询表，其代表一斜率为1的线性函数。
3.如权利要求1所述的适应性地调整图像亮度的装置，其中所选取的亮度查询表为一增加亮度查询表，该增加亮度查询表依据其所对应的亮度调整函数将该图像的该多个像素皆调整成具有较大亮度值的像素。
4.如权利要求1所述的适应性地调整图像亮度的装置，其中所选取的亮度查询表为一减低亮度查询表，该减低亮度查询表依据其所对应的亮度调整函数将该图像的该多个像素皆调整成具有较小亮度值的像素。
5.如权利要求1所述的适应性地调整图像亮度的装置，其中所选取的亮度查询表为一分散亮度查询表，该分散亮度查询表依据其所对应的亮度调整函数将该图像的该多个像素中其亮度值大于一预定亮度值的像素调整成具有较大亮度值的像素，而将该图像的该多个像素中其亮度值小于该预定亮度值的像素调整成具有较小亮度值的像素。
6.如权利要求1所述的适应性地调整图像亮度的装置，还包含一图像调整范围选取器，电连接到该多个亮度调整单元及该亮度分析单元，用以决定该来源图像的一实际图像范围。
7.如权利要求1所述的适应性地调整图像亮度的装置，其中该动态亮度曲线配合单元包含一目前亮度查询表，该动态亮度曲线配合单元根据所选取的亮度查询表适应性地更新该目前亮度查询表，以根据该目前亮度查询表调整该图像的该多个像素的亮度值。
8.如权利要求1所述的适应性地调整图像亮度的装置，其中该亮度分析单元包含：
一亮度值比较单元，用来将该来源图像的该多个像素的亮度值与一组亮度阈值相比，以产生一亮度值比较信号；
多个计数器，电连接到该亮度值比较单元，用来依据该亮度值比较信号分别计数该来源图像的该多个像素中其亮度值落在对应于该组亮度阈值的亮度阈范围内的像素的个数，据以产生多个计数值；以及
一分布状况判别器，电连接到该多个计数器，用来依据该多个计数值得出该来源图像的亮度值的分布状况。
9.如权利要求8所述的适应性地调整图像亮度的装置，其中该多个计数器皆在该分布状况判别器得出该分布状况后归零。
10.如权利要求8所述的适应性地调整图像亮度的装置，其中该多个计数器皆在一垂直同步信号的下降沿触发时归零。
11.如权利要求8所述的适应性地调整图像亮度的装置，其中该分布状况判别器包含：
一计数值比较器，用来比较该多个计数值、并从该多个计数值中选出一最大计数值及一最小计数值；
一减法器，电连接到该计数值比较器，用来将该最大计数值减去该最小计数值，以产生一相减结果；以及
一相减结果比较器，电连接到该减法器，用来将该相减结果与一计数阈值相比，以获得该分布状况。
12.如权利要求11所述的适应性地调整图像亮度的装置，其中该计数值比较器产生一相关于该最大计数值的最大值来源信号给该相减结果比较器，该相减结果比较器根据该最大值来源信号判断该分布状况。
13.如权利要求12所述的适应性地调整图像亮度的装置，其中该分布状况包含过亮、过暗、对比度不足以及正常。
14.如权利要求8所述的适应性地调整图像亮度的装置，其中该组亮度阈值包含一亮阈值及一暗阈值，该多个计数值包含一亮计数值、一中计数值、及一暗计数值，该亮度值比较信号包含一暗比较信号与一亮比较信号，而该亮度值比较单元包含：
一亮比较器，用来将该图像的该多个像素的亮度值与该亮阈值相比，据以产生该亮比较信号；以及
一暗比较器，用来将该图像的该多个像素的亮度值与该暗阈值相比，据以产生该暗比较信号。
15.如权利要求14所述的适应性地调整图像亮度的装置，其中该多个计数器包含：
一亮像素计数器，用来依据该亮比较信号计数该图像的该多个像素中其亮度值落在一大于该亮阈值的亮度阈范围内的像素的个数，据以产生该亮计数值；
一中像素计数器，用来依据该亮比较信号及该暗比较信号计数该图像的该多个像素中其亮度值落在一小于该亮阈值但大于该暗阈值的亮度阈范围内的像素的个数，据以产生该中计数值；以及
一暗像素计数器，用来依据该暗比较信号计数该图像的该多个像素中其亮度值落在一小于该暗阈值的亮度阈范围内的像素的个数，据以产生该暗计数值。
16.如权利要求15所述的适应性地调整图像亮度的装置，其中该亮度值比较单元还包含一逻辑单元，电连接到该亮比较器及该暗比较器与该中像素计数器之间，用来接收该亮比较信号及该暗比较信号，以产生一中比较信号，该中像素计数器依据该中比较信号计数该图像的该多个像素中其亮度值落在该小于该亮阈值但大于该暗阈值的亮度阈范围内的像素的个数，以产生该中计数值。
17.如权利要求16所述的适应性地调整图像亮度的装置，其中该逻辑单元为一与非门。
18.如权利要求1所述的适应性地调整图像亮度的装置，其中所选取的亮度查询表包含多个输入亮度值-输出亮度值对，该亮度分析单元以一预定演算法调整该图像的该多个像素的亮度值。
19.如权利要求18所述的适应性地调整图像亮度的装置，其中该预定演算法为一线性内插法。
20.如权利要求18所述的适应性地调整图像亮度的装置，其中该预定演算法为一B云规曲线法(B-Spline)。
21.如权利要求18所述的适应性地调整图像亮度的装置，其中该多个输入亮度值-输出亮度值对的数量少于像素的亮度值的水准变化数量。
22.一种适应性地调整图像亮度的方法，包含下列步骤：
(a)分析一来源图像的亮度分布，以产生一亮度分布信号；
(b)从多个亮度查询表中选择一适当的亮度查询表，以响应于该亮度分布信号；以及
(c)利用所选择的亮度查询表调整该来源图像的亮度。
23.如权利要求22所述的方法，其中步骤(c)利用所选择的亮度查询表适应性地更新一目前亮度查询表，根据该目前亮度查询表调整该来源图像的亮度。
24.如权利要求22所述的方法，其中该亮度分布信号可代表过亮、过暗、对比度不足以及正常。
25.如权利要求24所述的方法，其中步骤(a)将该来源图像的多个像素的亮度值与一亮阈值及一暗阈值比较，借助统计比较结果而决定该亮度分布信号。
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