TW201926987A - 影像調整裝置與方法 - Google Patents
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Abstract
本發明揭露了一種影像調整裝置與方法。本發明之方法的一實施例包含下列步驟：將一影像區域劃分為複數個區塊以個別地執行亮度調整，該複數個區塊包含一目標區塊與至少一相鄰區塊；接收該目標區塊的像素資料以計算該目標區塊的一目標區塊亮度；接收該至少一相鄰區塊的像素資料以計算該至少一相鄰區塊的至少一相鄰區塊亮度；依據該目標區塊亮度與該至少一相鄰區塊亮度來計算該目標區塊內的一目標像素的一計算亮度；以及依據該計算亮度來調整該目標像素的一原始亮度，從而產生該目標像素的一調整亮度。
Description
本發明是關於影像調整，尤其是關於影像亮度調整。
一般亮度調整的演算法是針對整個影像作亮度分析，再依據整個影像的平均亮度（Average Picture Level; APL）做特定的曲線調整。舉例而言，針對一很暗的影像（例如APL=10%的影像），把該影像中暗部的曲線位置拉高；針對一中亮度的影像（例如APL=50%的影像），把該影像中暗部的曲線位置拉低，以及把該影像中亮部的曲線位置拉高；針對一高亮度影像（例如APL＝90%的影像）時，把該影像中亮部的曲線位置拉低。然而，對於平均亮度很低的影像而言，上述作法會把影像中所有的暗部的亮度提高，由於影像中部分暗部的亮度可能不必提高，因此該作法會造成畫面的對比度變差。
本發明之一目的在於提供一種影像調整裝置與方法，以避免先前技術的問題。
本發明揭露了一種影像調整裝置，能夠將一影像區域劃分為複數個區塊以個別地執行亮度調整，該複數個區塊包含一目標區塊與至少一相鄰區塊，該影像調整裝置之一實施例包含一亮度計算電路與一亮度調整電路。所述亮度計算電路包含：一區塊亮度計算單元，用來接收該目標區塊的像素資料以計算該目標區塊的一目標區塊亮度，以及用來接收該至少一相鄰區塊的像素資料以計算該至少一相鄰區塊的至少一相鄰區塊亮度；以及一像素亮度計算單元，用來依據該目標區塊亮度與該至少一相鄰區塊亮度來計算該目標區塊內的一目標像素的一計算亮度。所述亮度調整電路用來依據該計算亮度來調整該目標像素的一原始亮度，從而產生該目標像素的一調整亮度。
本發明另揭露一種影像調整方法，其一實施例包含下列步驟： 將一影像區域劃分為複數個區塊以個別地執行亮度調整，該複數個區塊包含一目標區塊與至少一相鄰區塊；接收該目標區塊的像素資料以計算該目標區塊的一目標區塊亮度；接收該至少一相鄰區塊的像素資料以計算該至少一相鄰區塊的至少一相鄰區塊亮度；依據該目標區塊亮度與該至少一相鄰區塊亮度來計算該目標區塊內的一目標像素的一計算亮度；以及依據該計算亮度來調整該目標像素的一原始亮度，從而產生該目標像素的一調整亮度。
有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作較佳實施例詳細說明如下。
本發明揭露了一種影像調整裝置與方法，能夠對一輸入影像做區域性的亮度調整，從而增強影像之對比度。
圖1顯示本發明之影像調整裝置的一實施例。圖1之影像調整裝置100能夠將對應一輸入影像的一影像區域劃分為複數個區塊如圖2所示，從而針對每個區塊個別地執行亮度調整，該複數個區塊包含一目標區塊（例如圖2之區塊blk_target）與至少一相鄰區塊（例如圖2之區塊blk_neighbor），該複數個區塊中的每一區塊包含該輸入影像的複數個像素，每個像素具有一亮度（例如：，其中R、G、B分別代表一像素的紅光亮度、綠光亮度與藍光亮度）。當裝置100調整一目標像素的亮度時，該目標像素所在的區塊即為該目標區塊，鄰近該目標區塊的區塊即為該至少一相鄰區塊。該目標像素可以是前述影像區域中的任一個像素。請注意，該影像區域的大小與該複數個區塊的數目可依實施需求來設定。
請參閱圖1 。影像調整裝置100包含一亮度計算電路110與一亮度調整電路120。亮度計算電路110包含一區塊亮度計算單元112與一像素亮度計算單元114，區塊亮度計算單元112用來接收一目標區塊的像素資料以計算該目標區塊的一目標區塊亮度，以及用來接收至少一相鄰區塊的像素資料以計算該至少一相鄰區塊的至少一相鄰區塊亮度；像素亮度計算單元114用來依據該目標區塊亮度與該至少一相鄰區塊亮度來計算該目標區塊內的一目標像素的一計算亮度。亮度調整電路120用來依據該計算亮度來調整該目標像素的一原始亮度，從而產生該目標像素的一調整亮度。
於一非限制性的實施例中，區塊亮度計算單元112執行至少下列步驟以得到該目標區塊亮度：依據該目標區塊的像素資料進行統計，以得到一目標區塊亮度分佈；依據該目標區塊的像素資料，找出一目標區塊最大亮度值（即該目標區塊內所有像素的亮度值中最大者）；以及依據該目標區塊亮度分佈與該目標區塊最大亮度值，執行一預設計算，以得到該目標區塊亮度。類似地，於一非限制性的實施例中，區塊亮度計算單元112執行至少下列步驟以得到該至少一相鄰區塊亮度：依據該至少一相鄰區塊的像素資料進行統計，以得到至少一相鄰區塊亮度分佈；依據該至少一相鄰區塊的像素資料，找出至少一相鄰區塊最大亮度值；以及依據該至少一相鄰區塊亮度分佈與該至少一相鄰區塊最大亮度值，執行前述預設計算或另一預設計算，以得到該至少一相鄰區塊亮度。
前述各個區塊亮度分佈顯示一區塊中每種亮度值（例如亮度值0~255中的每個值）所對應的像素數目，其一非限制性的示意圖如圖3a與圖3b所示，圖3a顯示一輸入影像及其亮度分佈，圖3b顯示該輸入影像被劃分為複數個區塊（區塊1、2、3、4）以及各區塊的亮度分佈，圖3a與圖3b中，亮度分佈的橫軸表示輸入亮度、縱軸表示輸出亮度、長方條（histogram）表示某一輸入亮度的像素數目、斜線代表一原始亮度曲線（），由圖3a與圖3b可知，輸入影像的整體亮度分佈與各區塊的亮度分佈不同，且任二區塊之間的亮度分佈也不同（其中區塊2的像素多為高亮度的像素，區塊3的像素多為低亮度的像素），因此針對各區塊進行亮度調整可達到較好的效果。另外，前述預設計算例如是一已知計算（像是一加權計算）或是一個由使用者自行定義的計算，舉例來說，各區塊亮度（APLLocal
）（即該目標區塊亮度與該至少一相鄰區塊亮度的每一個）是藉由下列算式求得：上式中，每個i
值對應一區塊中的一亮度長條、wi
代表Hi
的權重、Hi
代表該區塊中亮度長條圖的統計值、為區塊平均亮度權重、為區塊平均亮度、以及C max
代表該區塊中最大亮度值B max
的特別權重，其中亮度值為B max
的像素個數不為零，C max
可由實施者自行決定。
於一非限制性的實施例中，像素亮度計算單元114執行至少下列步驟以得到該計算亮度：依據該目標區塊亮度與該至少一相鄰區塊亮度來執行一預設計算，以得到該目標像素的計算亮度。上述預設計算例如是一已知計算（例如一內插計算）或是一個由使用者自行定義的計算，舉例而言，該目標像素的計算亮度（Y avg
）是藉由下列算式求得：上式中，blk
[i
][j
]中的[i
]是代表該區塊在垂直方向上的位置（如圖4所示，其中blk
[0][0]代表目標區塊、blk
[1][0]代表位於目標區塊上方最近的區塊、blk
[2][0]代表位於目標區塊上方次近的區塊、blk
[-1][0]代表位於目標區塊下方最近的區塊、blk
[-2][0]代表位於目標區塊下方次近的區塊等等）、Ci
代表區塊blk
[i
][j
]的區塊權重、i
值介於M
至N
之間（如圖4所示，其中i
值例如介於-2至2之間）、blk
[i
][j
]中的[j
]是代表該區塊所在的垂直方向的區塊平均亮度或加權亮度（如圖4所示，其中目標區塊blk
[0][0]之垂直方向的區塊平均亮度/加權亮度例如是 [j
=0]，以及平行於目標區塊blk
[0][0]的垂直方向的一或多個其它垂直方向的區塊平均亮度/加權亮度是 [j
=-2]、[j
=-1]、[j
=1]、[j
=2]）、Cj
代表亮度[j
]的亮度權重、j
值介於P
至Q
之間（如圖4所示，其中j
值介於-2至2之間）。前述各權重可由實施者自行決定；於一非限制性的實施例中，目標區塊blk
[0][0]的區塊權重Ci
=C0
大於其它區塊的任一個blk
[i
][j
]的區塊權重Ci
，亮度[0]的亮度權重Cj
=C0
大於其它亮度的任一個[j
]的亮度權重Cj
，且愈靠近目標區塊blk
[0][0]的區塊blk
[i
][j
]的區塊權重C i
或愈靠近目標區塊的亮度[j
]的亮度權重C j
愈大。
於一非限制性的實施例中，亮度調整電路120執行至少下列步驟以產生該調整亮度：依據該計算亮度，從複數條預設亮度曲線中選擇一亮度調整曲線；以及依據該亮度調整曲線來調整該目標像素的原始亮度，從而產生該目標像素的調整亮度。本實施例中，一亮度曲線之圖示的橫軸表示輸入亮度之值，縱軸表示輸出亮度之值。前述目標像素的原始亮度是位於一原始亮度曲線上如圖5所示，圖5的曲線顯示該目標像素的原始亮度（即輸入亮度）在未經調整的情形下會等於輸出亮度（亦即該目標像素的亮度增益（）等於1）。另外，前述複數條預設亮度曲線的一非限制性的示意圖如圖6所示，圖6中，隨著輸入亮度由低變高，曲線1、2的亮度增益（）由高變低，因此曲線1、2可用來改善畫面暗部的對比；隨著輸入亮度由低變高，曲線3、4的亮度增益（）由低變高，因此曲線3、4可用來改善畫面亮部的對比。鑑於上述，當該目標像素的計算亮度較低（其意味著該目標像素偏暗），亮度調整電路120可依該計算亮度選擇曲線1或曲線2來提高該目標像素的增益，從而產生該目標像素的調整亮度（亦即曲線1或曲線2的輸出亮度），舉例而言，當該計算亮度落於一第一數值區間，亮度調整電路120選擇曲線1，當該計算亮度落於一第二數值區間，亮度調整電路120選擇曲線2；當該目標像素的計算亮度較高（其意味著該目標像素偏亮），亮度調整電路120可依該計算亮度選擇曲線3或曲線4來降低該目標像素的增益，從而產生該目標像素的調整亮度（亦即曲線3或曲線4的輸出亮度），舉例而言，當該計算亮度落於一第三數值區間，亮度調整電路120選擇曲線3，當該計算亮度落於一第四數值區間，亮度調整電路120選擇曲線4。前述預設亮度曲線之數目（例如：8）是固定的，而前述預設亮度曲線的線型以及每一預設亮度曲線所適用的計算亮度可由實施者自行決定。前述該目標像素之調整亮度可直接作為該目標像素之一輸出亮度，或是再進一步地被調整。
請注意，本領域具有通常知識者可依據本發明之揭露，利用既存的電路（例如數位訊號處理器、微控制單元、查找表（look-up table）、邏輯元件的組合等等）來實現前述亮度計算電路110與亮度調整電路120。
圖7顯示本發明之影像調整裝置的另一實施例。相較於圖1，圖7之影像調整裝置700進一步包含：一亮度強化電路710，用來依據前述目標像素之原始亮度、計算亮度與調整亮度產生該目標像素的一輸出亮度。於一非限制性的實施例中，亮度強化電路710執行下列步驟以產生該輸出亮度：計算該原始亮度與該計算亮度之間的一亮度差異絕對值；以及依據該原始亮度與該亮度差異絕對值來調整該調整亮度，從而產生該輸出亮度。上述調整該調整亮度的步驟之一範例包含：依據該原始亮度之值求出一原始亮度增益值，其中該原始亮度增益值與該原始亮度之值成反比，或者符合實施者所預設的一關係；依據該亮度差異絕對值求出一亮度差異增益值，其中該亮度差異增益值與該亮度差異絕對值成反比，或者符合實施者所預設的一關係；加總該調整亮度、該原始亮度增益值與該亮度差異增益值以產生該輸出亮度。
圖8顯示本發明之影像調整裝置的另一實施例。相較於圖1，圖8之亮度計算電路110進一步包含：一判斷單元810（例如一已知的或自行開發的邊緣判斷單元），用來依據該目標區塊的像素資料（例如該目前像素及其周圍像素的資料），判斷該目標像素是否屬於一高頻區域（例如影像變化劇烈的區域，像是畫面中物件的邊緣），從而產生一判斷結果。本實施例中，亮度調整電路120會依據該計算亮度與該判斷結果來產生該目標像素之該調整亮度，舉例而言，當該判斷結果指出該目標像素屬於一高頻區域，亮度調整電路120會抑制該目標像素之調整亮度相較於該目標像素之原始亮度的變化幅度。於一非限制性的實施例中，亮度調整電路120可依據該計算亮度與該判斷結果選擇一條較和緩的預設亮度曲線（如圖6之曲線2或曲線3）來調整該目標像素的原始亮度，以得到該調整亮度。
圖9顯示本發明之影像調整裝置的另一實施例。相較於圖1，圖9之亮度計算電路110進一步包含一空間背光濾波單元910（spatial backlight filter）用來執行下列步驟：將該目標區塊亮度乘以一目標區塊權值，以得到一目標區塊加權亮度；將該至少一相鄰區塊亮度分別乘以至少一相鄰區塊權值，以得到至少一相鄰區塊加權亮度；從該目標區塊加權亮度與該至少一相鄰區塊加權亮度中選擇一最大者，並依據該最大者更新該目標區塊亮度。上述更新該目標區塊亮度之步驟的一非限制性的實施例包含：將該最大者作為該目標區塊亮度。前述目標區塊權值與至少一相鄰區塊權值可由實施者自行決定。
圖10顯示本發明之影像調整裝置之另一實施例。相較於圖1，圖10之亮度計算電路110進一步包含一時域背光濾波單元1010（temporal backlight filter）用來執行下列步驟：比較一當前輸入影像與至少一先前輸入影像；以及根據該當前及該先前輸入影像的「整張畫面」的亮度統計值差異和該當前及該先前輸入影像的目標區塊亮度差值，調整該當前輸入影像的目標區塊亮度值。
請注意，在實施為可能的前提下，本技術領域具有通常知識者可選擇性地實施前述任一實施例中部分或全部技術特徵，或選擇性地實施前述複數個實施例中部分或全部技術特徵的組合，藉此增加本發明實施時的彈性。
除前揭影像調整裝置外，本揭露另包含一種影像調整方法，其一實施例如圖11所示，包含下列步驟： 步驟S1110：將一影像區域劃分為複數個區塊以分別地執行亮度調整，該複數個區塊包含一目標區塊與至少一相鄰區塊。 步驟S1120：接收該目標區塊的像素資料以計算該目標區塊的一目標區塊亮度。 步驟S1130：接收該至少一相鄰區塊的像素資料以計算該至少一相鄰區塊的至少一相鄰區塊亮度。 步驟S1140：依據該目標區塊亮度與該至少一相鄰區塊亮度來計算該目標區塊內的一目標像素的一計算亮度。 步驟S1150：依據該計算亮度來調整該目標像素的一原始亮度，從而產生該目標像素的一調整亮度。
由於本領域具有通常知識者能夠參酌前揭裝置發明之揭露來瞭解本方法發明之實施細節與變化，亦即前述裝置發明之技術特徵均可合理應用於本方法發明中，因此，在不影響本方法發明之揭露要求與可實施性的前提下，重複及冗餘之說明在此予以節略。
綜上所述，本發明能夠對一影像做區域性的亮度調整，從而增強影像的對比度，改善影像的細節呈現。
雖然本發明之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本發明，本技術領域具有通常知識者可依據本發明之明示或隱含之內容對本發明之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本發明所尋求之專利保護範疇，換言之，本發明之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧影像調整裝置
110‧‧‧亮度計算電路
112‧‧‧區塊亮度計算單元
114‧‧‧像素亮度計算單元
120‧‧‧亮度調整電路
blk_target‧‧‧目標區塊
blk_neighbor‧‧‧相鄰區塊
blk[0][0]、blk[1][0]、blk[2][0]、blk[-1][0]、blk[-2][0]‧‧‧區塊
[j=-2]、[j=-1]、[j=0]、[j=1]、[j=2]‧‧‧一垂直方向上的區塊平均亮度/加權亮度
700‧‧‧影像調整裝置
710‧‧‧亮度強化電路
810‧‧‧判斷單元
910‧‧‧空間背光濾波單元
1010‧‧‧時域背光濾波單元
S1110~S1150‧‧‧步驟
［圖1］顯示本發明之影像調整裝置的一實施例； ［圖2］顯示一影像區域被劃分為複數個區塊； ［圖3a］顯示一輸入影像的亮度分佈； ［圖3b］顯示圖3a之輸入影像的各區塊的亮度分佈； ［圖4］顯示如何計算一目標像素的計算亮度； ［圖5］顯示一目標像素的原始亮度位於一原始亮度曲線上； ［圖6］顯示複數條預設亮度曲線； ［圖7］顯示本發明之影像調整裝置的另一實施例； ［圖8］顯示本發明之影像調整裝置的另一實施例； ［圖9］顯示本發明之影像調整裝置的另一實施例； ［圖10］顯示本發明之影像調整裝置的另一實施例；以及 ［圖11］顯示本發明之影像調整方法之一實施例。
Claims (10)
- 一種影像調整裝置，能夠將一影像區域劃分為複數個區塊以個別地執行亮度調整，該複數個區塊包含一目標區塊與至少一相鄰區塊，該影像調整裝置包含： 一亮度計算電路，包含： 一區塊亮度計算單元，用來接收該目標區塊的像素資料以計算該目標區塊的一目標區塊亮度，以及用來接收該至少一相鄰區塊的像素資料以計算該至少一相鄰區塊的至少一相鄰區塊亮度；以及 一像素亮度計算單元，用來依據該目標區塊亮度與該至少一相鄰區塊亮度來計算該目標區塊內的一目標像素的一計算亮度；以及 一亮度調整電路，用來依據該計算亮度來調整該目標像素的一原始亮度，從而產生該目標像素的一調整亮度。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像調整裝置，其中該區塊亮度計算單元執行至少下列步驟以得到該目標區塊亮度： 依據該目標區塊的該像素資料進行統計以得到一目標區塊亮度分佈；依據該目標區塊的該像素資料找出一目標區塊最大亮度值；以及依據該目標區塊亮度分佈、該目標區塊最大亮度值、與該目標區塊之一平均亮度值執行一預設計算，以得到該目標區塊亮度；以及 該區塊亮度計算單元執行至少下列步驟以得到該至少一相鄰區塊亮度： 依據該至少一相鄰區塊的該像素資料進行統計以得到至少一相鄰區塊亮度分佈；依據該至少一相鄰區塊的該像素資料找出至少一相鄰區塊最大亮度值；以及依據該至少一相鄰區塊亮度分佈、該至少一相鄰區塊最大亮度值、與該至少一相鄰區塊之一平均亮度值執行運算以得到該至少一相鄰區塊亮度。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像調整裝置，其中該像素亮度計算單元執行至少下列步驟以得到該計算亮度：依據該目標區塊亮度與該至少一相鄰區塊亮度來執行一預設計算，以得到該目標像素的該計算亮度。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像調整裝置，其中該像素亮度計算單元執行至少下列步驟以得到該計算亮度：依據該目標區塊亮度與一目標區塊權重產生一目標區塊權重亮度；依據該至少一相鄰區塊亮度與至少一相鄰區塊權重產生至少一相鄰區塊權重亮度；以及依據該目標區塊權重亮度與該至少一相鄰區塊權重亮度執行一內插運算，以得到該目標像素的該計算亮度。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像調整裝置，其中該亮度調整電路執行至少下列步驟以產生該調整亮度：依據該計算亮度，從複數條預設亮度曲線中選擇一亮度調整曲線；以及依據該亮度調整曲線來調整該目標像素的該原始亮度，從而產生該目標像素的該調整亮度。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像調整裝置，進一步包含： 一亮度強化電路，用來依據該原始亮度、該計算亮度與該調整亮度產生該目標像素的一輸出亮度。
- 如申請專利範圍第6項所述之影像調整裝置，其中該亮度強化電路執行下列步驟以產生該輸出亮度： 計算該原始亮度與該計算亮度之間的一亮度差異絕對值；以及 依據該原始亮度與該亮度差異絕對值來調整該調整亮度，從而產生該輸出亮度。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像調整裝置，其中該亮度計算電路進一步包含一判斷單元，該判斷單元用來依據該目標區塊的該像素資料，判斷該目標像素是否屬於一高頻區域，從而產生一判斷結果；以及該亮度調整電路依據該計算亮度與該判斷結果來產生該目標像素之該調整亮度。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像調整裝置，其中該亮度計算電路進一步包含一空間背光濾波單元（spatial backlight filter）用來執行下列步驟：將該目標區塊亮度乘以一目標區塊權值，以得到一目標區塊加權亮度；將該至少一相鄰區塊亮度分別乘以至少一相鄰區塊權值，以得到至少一相鄰區塊加權亮度；從該目標區塊加權亮度與該至少一相鄰區塊加權亮度中選擇一最大者，並依據該最大者更新該目標區塊亮度。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像調整裝置，其中該亮度計算電路進一步包含一時域背光濾波單元（temporal backlight filter）用來執行下列步驟：根據一當前畫面及一前張畫面的一亮度統計值差異和該當前畫面及該前張畫面的一目標區塊亮度差值，調整該當前畫面之該目標區塊亮度。
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