CN1855994A - 影像处理方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种影像处理方法与装置，该影像处理装置包含影像特征值产生单元，接收影像资料并对欲处理的画素的周围影像进行区域性的影像分析，且计算出该区域影像的平均亮度、亮度变异性、与长方条表示的统计图等影像特征值；权值产生单元，根据影像特征值产生第一与第二权值；第一调变亮度值产生单元及第二调变亮度值产生单元，接收影像资料并对欲处理的画素依据其亮度求出高、低增益动态响应分布曲线在该亮度下的最大增益值；亮度计算单元，将第一权值乘上第一调变亮度值产生第一权值亮度值，以及将第二权值乘上第二调变亮度值产生第二权值亮度值，并将该第一权值亮度值与该第二权值亮度值相加后产生影像值。

Description

影像处理方法与装置

技术领域

本发明关于影像处理方法与装置，特别是关于区域性影像动态响应重新分布的影像处理方法与装置。

背景技术

数码相机及其他影像处理装置的组成单元主要包含有影像撷取、影像处理、影像显示以及影像压缩等。这些单元对同一影像源所能处理的信息量都有所不同，因而在影像处理过程中会造成信息的损失。在这些信息中，灰阶的损失会让影像的细部纹理(detail texture)因而丧失，亦即会降低影像处理装置系统的动态响应范围(dynamic response range)。尤其是当所撷取的影像其灰阶的动态幅度非常宽时，例如使用闪光灯或是逆光摄影时，最后一级所产出的影像在强光区域(hightlight)或者阴影部份(shadow)的细部明亮变化，将因所能提供的资讯不足下而无法表示出来。

美国第6,256,424专利「影像过滤电路(Image Filter Circuit)」利用一个IIR-type的低频滤波器产生边缘模糊(unsharp)的影像用来做动态幅度压缩的硬体架构。其缺点为在动态幅度压缩率大的情况下，会造成处理过后的影像在各边缘(edge)产生拟似的边缘(pseudo-edge)而造成失真。而美国第6,807,316专利「影像处理方法与装置(Image Processing Method andImage Processing Apparatus)」利用多个低频滤波器产生边缘模糊(unsharp)的影像用来做动态幅度压缩的方法及机制，可解决上篇专利产生拟似的边缘(pseudo-edge)的缺点。

图1显示美国第6,807,316专利「影像处理方法与装置」的架构图。如该图所示，该影像处理方法与装置是先利用第一过滤处理(FilteringProcess 1)与第二过滤处理(Filtering Process 2)将输入信号分别转换成第一边缘模糊影像信号(Unsharp Image signal 1)与第二边缘模糊影像信号(Unsharp Image signal 2)。之后，利用查表合成(LUT Synthsis)将第一边缘模糊影像信号与第二边缘模糊影像信号合成单一影像信号。接着，再利用查表计算(LUT Computation)产生一补偿信号。最后，将输入信号与补偿信号相加后产生输出信号。

上述的技术主要是利用低通滤波器分离出原影像的低频和高频信号，然后对低频信号做增益(gain)的降低，以压缩原影像低频区的动态响应幅度。最后利用此一压缩后的低频信号和原影像的高频信号做结合，期许能得出既保有原影像高频信号亦即细部纹理，同时动态响应幅度亦压缩至影像处理单元所能提供的信息量的范围。此种技术的缺点在于所有的影像其频率响应属连续性的，如果单纯用某一频率做低频和高频信号的切分点，最后影像将导致如美国第6,256,424专利所述边缘模糊的现象，以至于需如美国第6,807,316专利所述需再加数级的频带切分点，试图降低边缘模糊的现象。此外，此种技术的另一缺点是其着重在处理低频的动态响应，而对高频信号在不同亮态区的增益未做处理。此方法对于高对比度的影像而言，虽然能适当的降低其对比度，但对于影像中暗态以及亮态区的高频部份却无法提供适当的增益，以至于最终影像趋于平坦而缺乏影像的传真度。

发明内容

有鉴于上述问题，本发明影像处理方法与装置特别利用区域性的影像动态响应重新分布来进行影像处理。

为达成上述目的，本发明影像处理装置包含一影像特征值产生单元，接收影像资料并对欲处理的画素的周围影像进行区域性的影像分析，且计算出该区域影像的平均亮度、亮度变异性、与长方条表示的统计图等影像特征值；一权值产生单元，根据影像特征值产生第一与第二权值，其中第一权值与平均亮度成反比且与亮度变异性成正比，而第二权值与长方条表示的统计图以及该画素的亮度有关；一第一调变亮度值产生单元，接收影像资料并对欲处理的画素依据其亮度求出高增益动态响应分布曲线在该亮度下的最大增益值；一第二调变亮度值产生单元，接收影像资料并对欲处理的画素依据其亮度求出低增益动态响应分布曲线在该亮度下的最小增益值；以及一亮度计算单元，将第一权值乘上第一调变亮度值产生一第一权值亮度值，以及将第二权值乘上第二调变亮度值产生一第二权值亮度值，并将该第一权值亮度值与第二权值亮度值相加后产生一影像值。

因此，本发明所提出的对影像动态响应重新分布(dynamic responsere-mapping)的方法及机制能避免现有专利因利用频带切分点所导致边缘模糊的缺点。同时，本发明亦进一步的提供对不同亮态区的影像的高频信号做增益的变化。本发明由改变影像的动态响应分布，提高影像细节部份的纹理变化量，以期降低在影像处理过程中因资讯的损失所造成的系统的动态响应范围下降，同时亦能因影像动态响应的重新分布而提高影像的传真度(fidelity)。

附图说明

图1显示现有影像处理装置的架构图。

图2显示本发明影像处理方法的流程图。

图3为本发明影像处理装置的架构图。

具体实施方式

以下参考图式详细说明本发明影像处理方法与装置。

本发明是利用影像特征分析器对欲处理的画素(pixel)的附近影像进行区域(local)性的影像分析以粹取出其特征值(characteristic value)。此特征值包含有平均亮度、亮度变异性、长方条表示的统计图(histogram)等。然后依据这些资讯对此画素做不同的增益。此增益是依预设的影像动态响应分布曲线所产生的。

本发明的影像动态响应分布曲线分二种，其一是高增益动态响应分布曲线，其二是低增益动态响应分布曲线。对欲处理画素的增益则限制在此二增益动态响应分布曲线之间。本发明可由对此二增益动态响应分布曲线的改变，而得以对影像做整体亮度的调变，亦可对不同亮度区域的的增益强度做改变。

图2显示本发明影像处理方法的流程图。如该图所示，本发明影像处理方法的实施步骤如下：

步骤S200：开始。

步骤S202：读取影像资料。

步骤S204：产生区域性的影像特征值。对欲处理的画素(pixel)的附近影像，进行区域(local)性的影像分析。此区域的影像信号经影像特征分析器计算出该区域影像的特征值，此特征值包含有平均亮度Δy、亮度变异性δy、长方条表示的统计图(histogram)等。

步骤S206：产生二权值(Weighting)。根据区域性的影像特征值决定高低二增益动态响应分布曲线作用在此画素上的二权值。高增益曲线可提高影像的亮度，例如可用来提升影像暗态区的亮度，低增益曲线将降低影像的亮度，此可用来增加影像的对比度。在本申请的实施例中，高增益曲线的权值是和特征分析器计算出的平均亮度成反比的关系，和亮度变异性成正比的关系，意即在影像的暗态区并且该区域的亮度变异性大时，则高增益曲线的权值变高，而低增益曲线的权值则和特征分析器计算出的长方条表示的统计图(histogram)以及该画素的亮度有关，如果该画素的亮度座落于长方条表示的统计图的暗态区则低增益曲线的权值会变高。

第一权值：

weighting_1＝c1*(2^d-Δy)+c2(δy)            …(1)

其中c1、c2为常数、2^d表影像的最大灰阶数、Δy表平均亮度、δy为亮度变异性。在本实施例c1＝1、c2＝16。而当影像为256灰阶数时，则d＝8。

第二权值：

Weighting_2＝c3*position(y at histogram)    …(2)

其中c3为常数。在本实施例c3＝16、position(y at histogram)表y在长方条表示的统计图的位置。

步骤S208：产生调变亮度值。对欲处理的画素依据其亮度求出高低二增益动态响应分布曲线在该亮度下的最大以及最小增益值，并依此二增益值作用在该画素上产生调变过的二亮度值y1与y2。y1为高增益动态响应分布曲线的调变亮度值，y2为低增益动态响应分布曲线的调变亮度值。

步骤S210：亮度调整。将二权值分别乘上调变亮度值产生权值亮度值y1’与y2’，最后将权值亮度值y1’与y2’合成单一亮度值y_out。

y1’＝y1*Weighting_1                        …(3)

y2’＝y2*Weighting_2                        …(4)

y_out＝y1’+y2’                            …(5)

步骤S212：结束。

上述步骤是针对一个画素的处理步骤。对于其余画素重复执行即可。

图3为本发明影像处理装置的架构图。如该图所示，本发明影像处理装置30包含一第一调变亮度值产生单元31、一第二调变亮度值产生单元32、一影像特征值产生单元33、一权值计算单元34、以及一亮度计算单元35。而该亮度计算单元35包含两个乘法器351与352、以及一个加法器353。

第一调变亮度值产生单元31与第二调变亮度值产生单元32同时接收影像资料y_in，并对欲处理的画素依据其亮度求出高低二增益动态响应分布曲线在该亮度下的最大以及最小增益值，并依此二增益值作用在该画素上产生调变过的二调变亮度值y1与y2。一般而言，第一调变亮度值产生单元31与第二调变亮度值产生单元32即所谓的γ曲线调整。由于γ曲线调整为现有技术，不在此重复说明。而γ曲线调整的参数可由使用者依据喜爱设定。

影像特征值产生单元33是根据影像资料产生影像特征值。亦即，影像特征值产生单元33对欲处理的画素附近的影像进行区域性的影像分析。此区域的影像信号经影像特征分析后计算出该区域影像的特征值，此影像特征值包含有平均亮度Δy、亮度变异性δy、长方条表示的统计图等。而计算影像的平均亮度Δy、亮度变异性δy、以及长方条表示的统计图为现有技术，不在此重复说明。而所谓区域性的影像是指欲处理的画素附近的部分画素，例如欲处理的画素周围的5*5矩阵的影像画素。

权值计算单元34是用来产生调变亮度值y1与y2的权值Weighting_1与Weighting_2。权值计算单元34根据影像特征值计算出权值Weighting_1与Weighting_2。计算方式如第(1)与(2)式所示。

weighting_1＝c1*(2^d-Δy)+c2(δy)             …(1)

其中c1、c2为常数、2^d表影像的最大灰阶数、Δy表平均亮度、δy为亮度变异性。在本实施例c1＝1、c2＝16。而当影像为256灰阶数时，则d＝8。

Weighting_2＝c3*position(y at histogram)     …(2)

其中c3为常数。在本实施例c3＝16、position(y at histogram)表y在长方条表示的统计图的位置。

乘法器351将调变亮度值y1与权值Weighting_1相乘后产生权值亮度值y1’。乘法器352将调变亮度值y2与权值Weighting_2相乘后产生权值亮度值y2’。最后，加法器353将权值亮度值y1’与权值亮度值y2’相加后产生输出影像y_out。

因此，本发明能避免现有专利因利用频带切分点所导致边缘模糊的缺点。同时，本发明亦进一步的提供对不同亮态区的影像的高频信号做增益的变化。本发明由改变影像的动态响应分布，提高影像细节部份的纹理变化量，以期降低在影像处理过程中因资讯的损失所造成的系统的动态响应范围下降，同时亦能因影像动态响应的重新分布而提高影像的传真度。

以上虽以实施例说明本发明，但并不因此限定本发明的范围，只要不脱离本发明的要旨，该行业者可进行各种变形或变更。

Claims (7)

1、一种影像处理方法，其特征在于，包含下列步骤：

产生区域性的影像特征值，对欲处理的画素的周围影像进行区域性的影像分析，并计算出该区域影像的平均亮度、亮度变异性、与长方条表示的统计图等影像特征值；

产生第一与第二权值，根据前述影像特征值产生该第一与第二权值，其中高增益曲线的第一权值是与平均亮度成反比且与亮度变异性成正比，而低增益曲线的第二权值则与长方条表示的统计图以及该画素的亮度有关；

产生高增益曲线的第一调变亮度值，对欲处理的画素依据其亮度求出高增益动态响应分布曲线在该亮度下的最大增益值；

产生低增益曲线之第二调变亮度值，对欲处理的画素依据其亮度求出低增益动态响应分布曲线在该亮度下的最小增益值；以及

产生输出影像值，将前述第一权值乘上第一调变亮度值产生一第一权值亮度值，以及将前述第二权值乘上第二调变亮度值产生一第二权值亮度值，并将该第一权值亮度值与第二权值亮度值合成后输出一影像值。

2、如权利要求1所述的影像处理方法，其特征在于，前述第一权值可由下式计算产生：

weighting_1＝c1*(2^d-Δy)+c2(δy)，其中weighting_1为第一权值、c1与c2为常数、2^d表影像的最大灰阶数、Δy表平均亮度、δy为亮度变异性。

3、如权利要求1所述的影像处理方法，其特征在于，前述第二权值可由下式计算产生：

weighting_2＝c3*position(y at histogram)，其中c3为常数、position(y at histogram)表y在长方条表示的统计图的位置。

4、一种影像处理装置，其特征在于，包含：

一影像特征值产生单元，接收影像资料，并对欲处理的画素的周围影像进行区域性的影像分析，且计算出该区域影像的平均亮度、亮度变异性、与长方条表示的统计图等影像特征值；

一权值产生单元，根据前述影像特征值产生一第一与一第二权值，其中第一权值与平均亮度成反比且与亮度变异性成正比，而第二权值与长方条表示的统计图以及该画素的亮度有关；

一第一调变亮度值产生单元，接收前述影像资料，并对欲处理的画素依据其亮度求出高增益动态响应分布曲线在该亮度下的最大增益值；

一第二调变亮度值产生单元，接收前述影像资料，并对欲处理的画素依据其亮度求出低增益动态响应分布曲线在该亮度下的最小增益值；以及

一计算单元，将前述第一权值乘上前述第一调变亮度值产生一第一权值亮度值，以及将前述第二权值乘上前述第二调变亮度值产生一第二权值亮度值，并将该第一权值亮度值与第二权值亮度值合成后输出一影像值。

5、如权利要求4所述的影像处理装置，其特征在于，前述权值产生单元可由下式计算产生前述第一权值：

weighting_1＝c1*(2^d-Δy)+c2(δy)，其中weighting_1为第一权值、c1与c2为常数、2^d表影像的最大灰阶数、Δy表平均亮度、δy为亮度变异性。

6、如权利要求4所述的影像处理装置，其特征在于，前述权值产生单元可由下式计算产生前述第二权值：

weighting_2＝c3*position(y at histogram)，其中c3为常数、position(y at histogram)表y在长方条表示的统计图的位置。

7、如权利要求4所述的影像处理装置，其特征在于，前述计算单元包含：

一第一乘法器，接收前述第一权值与前述第一调变亮度值，并将该第一权值与第一调变亮度值相乘后产生前述第一权值亮度值；

一第二乘法器，接收前述第二权值与前述第二调变亮度值，并将该第二权值与第二调变亮度值相乘后产生前述第二权值亮度值；以及

一加法器，接收前述第一权值亮度值与前述第二权值亮度值，并将该第一权值亮度值与第二权值亮度值相加后产生前述影像值。

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