TW202410016A - 低亮度圖像增強方法、電子晶片以及資訊處理裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明主要揭示一種低亮度圖像增強方法，係應用於一具有顯示器的電子裝置之中，且由該電子裝置的一電子晶片所執行，其中，該電子晶片之中整合有一伽馬變換單元用以執行一圖像增強處理從而將一輸入灰階數據轉換成一輸出灰階數據。本發明之低亮度圖像增強方法包括：找出所述圖像增強處理的一運算結束灰階值；設定其值隨著0至所述運算結束灰階值漸變的一圖像增強增益；以及利用所述圖像增強增益和所述運算結束灰階值對該輸入灰階數據所對應的一亮度數據進行一低亮度圖像增強處理。
Description
本發明係關於影像數據處理的技術領域，尤指一種低亮度圖像增強方法。
圖1顯示習知的一種平面顯示器的方塊圖。如圖1所示，習知的平面顯示器1a的架構係主要包括：一顯示面板11a(如OLED面板或LED面板)以及一顯示驅動電路12a，其中該顯示驅動電路12a包括一時序控制單元120a、一閘極(列)驅動單元121a以及一源極(行)驅動單元122a。熟悉平面顯示器之設計與製造的電子工程師都知道，習知技術經會令源極驅動單元122a同時包含一伽馬(Gamma)校正電路123a。所述伽馬校正電路123a通常包括一數位伽馬控制單元(Digital gamma control, DGC)與一伽馬電壓產生單元。
圖2為圖1所示之源極驅動單元122a與顯示面板11a的方塊圖。如圖2所示，該數位伽馬控制單元1231a通常係利用一程式語言編輯成一智慧財產(Intellectual property, IP)文件並嵌於該源極驅動單元122a所含有的記憶體內。另一方面，該伽馬電壓產生單元1232a則為一實體電路。
在有必要進行伽馬變換時，該數位伽馬控制單元1231a會將包含紅色灰階數據Rin、綠色灰階數據Gin與藍色灰階數據Bin的一輸入顯示數據轉換成包含第一紅色灰階數據R1、第一綠色灰階數據G1與第一藍色灰階數據B1的一顯示數據。接著，該伽馬電壓產生單元1232a依據所述顯示數據產生一紅色畫素伽馬電壓GV
R、一綠色畫素伽馬電壓GV
G與一藍色畫素伽馬電壓GV
B傳送至該源極驅動單元122a內部的一驅動電路124a，該驅動電路124a依據所述紅色畫素伽馬電壓GV
R、所述綠色畫素伽馬電壓GV
G與所述藍色畫素伽馬電壓GV
B而產生一紅色畫素資料電壓DATA
R、一綠色畫素資料電壓DATA
G與一藍色畫素資料電壓DATA
B。
更詳細地說明，該數位伽馬控制單元1231a(DGC)係利用以下式(a)～式(c)將所述輸入顯示數據轉換成所述顯示數據：
……………………(a)
……………………(b)
……………………(c)
於上述式(a)～式(c)之中，Rin、Gin和Bin分別為上位機所傳送的輸入顯示數據所包含的輸入紅色灰階數據、輸入綠色灰階數據與輸入藍色灰階數據。另一方面，R
MAX為紅色畫素的預設最高灰階值，G
MAX為綠色畫素的預設最高灰階值，且B
MAX為藍色畫素的預設最高灰階值。舉例而言，R
MAX為255，G
MAX為230，且B
MAX為204。並且，Rout、Gout和Bout分別為所述顯示數據所含有的紅色灰階數據、綠色灰階數據與藍色灰階數據。請參閱圖3，其顯示原始的紅色灰階數據、綠色灰階數據與藍色灰階數據相對於顯示器亮度的曲線圖。進一步地，在經過數位伽馬控制(DGC)處理之後，圖4顯示處理後的紅色灰階數據、綠色灰階數據與藍色灰階數據相對於顯示器亮度的曲線圖。
實務經驗指出，習知技術的數位伽馬控制單元1231a所進行的DGC處理無法兼顧低灰階圖像和高灰階圖像的優質顯示效果。因此，現有技術在該伽馬校正電路123a之中進一步設置一個伽馬變換單元，所述伽馬變換單元也是一種數位伽馬控制(DGC)技術。具體而言，該伽馬變換單元對利用冪次變換(power transformation、或稱伽馬變換)方法對該數位伽馬控制單元1231a所產生紅色灰階數據Rout、綠色灰階數據Gout和藍色灰階數據Bout進行修正，從而實現增強圖像(Sunlight readable enhancement, SRE)的效果，改善了圖像的顯示品質。具體而言，該伽馬映射單元係利用下式(d)將R/G/B伽馬曲線轉換成輸出R/G/B伽馬曲線所述顯示數據：
……………………(d)
於上式(d)中，Gray_in為前述之Rout、Gout和Bout，可稱為輸入灰階值。相對地，Gray_out為所述Rout、Gout和Bout的映射值，可稱為輸出灰階值。再者，c、γ為常數。圖5顯示輸入灰階值和輸出灰階值的映射(轉換)曲線圖。
然而，實務經驗顯示，即使利用所述伽馬映射單元執行冪次變換(或稱伽馬變換)方法，但是在低灰階圖像和高灰階圖像的圖像增強效果仍舊有待改進。更詳細地說明，當平面顯示器1a的整體畫面偏亮時(即，操作在高亮度顯示)，低灰階圖像會有較好的穿透率，但是高灰階圖像則會偏白，色飽和度和層次感損失較嚴重。另一方面，當平面顯示器1a的整體畫面偏暗時(即，操作在低亮度顯示)，高灰階圖像會有較好的層次感，但是低灰階圖像的畫面暗區的細節則無法清楚顯現。
由上述說明可知，本領域亟需一種低亮度圖像增強方法。
本發明之主要目的在於提供一種低亮度圖像增強方法，係應用於一具有顯示器的電子裝置之中，且由該電子裝置的一電子晶片所執行，其中，該電子晶片之中整合有一伽馬變換單元用以執行一增強圖像處理從而將一輸入灰階數據轉換成一輸出灰階數據。本發明之低亮度圖像增強方法由該電子晶片所執行，從而進一步地對該輸入灰階數據所對應的一亮度數據進行一低亮度圖像增強處理。
簡單地說，本發明通過在現有技術的數位伽馬控制(DGC)的技術基礎上，針對低灰階數據的亮度進行增強計算，從而重新配置亮度數據來實現低灰階畫素的亮度增強。
為達成上述目的，本發明提出所述低亮度圖像增強方法的一實施例，其係應用於一具有顯示器的電子裝置之中，且由該電子裝置的一電子晶片所執行；其中，該電子晶片之中整合有一伽馬變換單元用以執行一圖像增強處理從而將一輸入灰階數據轉換成一輸出灰階數據，且該低亮度圖像增強方法包括：
找出所述圖像增強處理的一運算結束灰階值；
設定其值隨著0至所述運算結束灰階值漸變的一圖像增強增益；以及
利用所述圖像增強增益和所述運算結束灰階值對該輸入灰階數據所對應的一亮度數據進行一低亮度圖像增強處理。
在一實施例中，該電子晶片執行一低亮度圖像增強函式以實現所述低亮度圖像增強處理，且該低亮度圖像增強函式包含如下數學式(1)：
LT
............... (1)；
其中，LT用以表示經過所述低亮度圖像增強處理之亮度數據，EP為所述運算結束灰階值，Gray_n為介於0和所述運算結束灰階值之間的該輸入灰階數據，SRE_Gain為對應Gray_n的該圖像增強增益的值，且Curve為Gray_n在由該輸入灰階數據和該輸出灰階數據所構成的一灰階數據轉換曲線上的曲率(curvature)。
在一實施例中，對該亮度數據執行正向的所述低亮度圖像增強處理時，所述圖像增強增益(SRE_Gain)的值介於0至0.99之間。
在一實施例中，對該亮度數據執行正向的所述低亮度圖像增強處理時，所述圖像增強增益(SRE_Gain)的值介於-0.99至0之間。
本發明同時提供一種電子晶片，其係應用於一具有顯示器的電子裝置之中，其中，該電子晶片之中整合有一伽馬變換單元用以執行一圖像增強處理從而將一輸入灰階數據轉換成一輸出灰階數據，且該電子晶片還執行一低亮度圖像增強方法，以對該輸入灰階數據所對應的一亮度數據進行一低亮度圖像增強處理；該低亮度圖像增強方法包括：
找出所述圖像增強處理的一運算結束灰階值；
設定其值隨著0至所述運算結束灰階值漸變的一圖像增強增益；以及
利用所述圖像增強增益和所述運算結束灰階值對該輸入灰階數據所對應的一亮度數據進行一低亮度圖像增強處理。
在一實施例中，該電子晶片執行一低亮度圖像增強函式以實現所述低亮度圖像增強處理，且該低亮度圖像增強函式包含如下數學式(1)：
LT
............... (1)；
其中，LT用以表示經過所述低亮度圖像增強處理之亮度數據，EP為所述運算結束灰階值，Gray_n為介於0和所述運算結束灰階值之間的該輸入灰階數據，SRE_Gain為對應Gray_n的該圖像增強增益的值，且Curve為Gray_n在由該輸入灰階數據和該輸出灰階數據所構成的一灰階數據轉換曲線上的曲率(curvature)。
在一實施例中，所述電子晶片為選自於由顯示驅動晶片、顯示驅動和觸控整合(Touch and Display Driver Integration, TDDI)晶片和影像處理晶片所組成群組之中的任一者。
在一實施例中，對該亮度數據執行正向的所述低亮度圖像增強處理時，所述圖像增強增益(SRE_Gain)的值介於0至0.99之間。
在一實施例中，對該亮度數據執行正向的所述低亮度圖像增強處理時，所述圖像增強增益(SRE_Gain)的值介於-0.99至0之間。
並且，本發明還提供一種資訊處理裝置，其特徵在於具有如前所述本發明之電子晶片。
在一實施例中，該資訊處理裝置為選自於由平面顯示裝置、頭戴式顯示裝置、投影裝置、數位相機、車載娛樂系統、智慧型電視、智慧型手機、智慧型手錶、平板電腦、桌上型電腦、筆記型電腦、一體式電腦、金融交易裝置、和門禁裝置所組成群組之中的一種電子裝置。
為使 貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構、特徵、目的、與其優點，茲附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明如後。
圖6顯示應用本發明之一種低亮度圖像增強方法的一電子裝置的方塊圖。由圖6可知，該電子裝置1為包含一顯示器11與一處理器12，且該顯示器11包含一顯示面板111與用以執行顯示驅動的一電子晶片112。特別地，本發明之低亮度圖像增強方法係利用一程式語言編輯成一演算法文件從而儲存在該電子晶片112的一記憶體之中，從而成為嵌在該電子晶片112之中的一低亮度圖像增強單元113。特別說明的是，本發明之一種低亮度圖像增強方法可以應用在任何一種具有顯示器11的電子裝置1，包括但不限於：平面顯示裝置、頭戴式顯示裝置、投影裝置、數位相機、車載娛樂系統、智慧型電視、智慧型手機、智慧型手錶、平板電腦、桌上型電腦、筆記型電腦、一體式電腦、金融交易裝置、和門禁裝置。
如圖6所示，本發明之一種低亮度圖像增強方法以一低亮度圖像增強單元113的形式應用於具有顯示器11的電子裝置1之中，且由該資訊處理裝置1的一電子晶片112所執行。更詳細地說明，該電子晶片112之中整合有一伽馬變換單元用以執行一圖像增強(Sunlight readable enhancement, SRE)處理從而將一輸入灰階數據Gray_in轉換成一輸出灰階數據Gray_out。所述輸入灰階數據Gray_in和所述輸出灰階數據Gray_out的轉換曲線可參考圖5。進一步地，電子晶片112還可執行本發明之低亮度圖像增強方法，從而進一步地對該輸入灰階數據Gray_in所對應的一亮度數據進行一低亮度圖像增強處理。簡單地說，本發明之方法係通過在現有技術的數位伽馬控制(DGC)的技術基礎上，針對低灰階數據的亮度進行增強計算，從而重新配置亮度數據來實現低灰階畫素的亮度增強。
圖7為本發明之一種低亮度圖像增強方法的流程圖。如圖6所示，在該電子晶片112利用其伽馬變換單元執行一圖像增強處理從而將一輸入灰階數據Gary_in轉換成一輸出灰階數據Gary_uot(轉換曲線如圖5所示)之後，該電子晶片112可以接著啟用該低亮度圖像增強單元113(即，執行本發明之低亮度圖像增強方法)。如圖7所示，在方法流程的步驟S1中，係先找出所述圖像增強處理的一運算結束灰階值。舉例而言，如圖5之中所標示者，所述運算結束灰階值EP=192。接著，在方法流程的步驟S2中，係設定其值隨著0至所述運算結束灰階值漸變的一圖像增強增益。以圖5中的轉換曲線6為例，由於轉換曲線6的曲率(curvature)係隨著0至所述運算結束灰階值(EP=192)漸變，因此本發明亦設定所述運算結束灰階值隨著0至所述運算結束灰階值(EP=192)漸變。從而，若以Gray_n表示介於0和所述運算結束灰階值之間的輸入灰階數據Gray_in，則可以SRE_Gain為對應Gray_n的該圖像增強增益的值。換句話說，每個Gray_n會有其對應的SRE_Gain。
最終，在方法流程的步驟S3中，係利用所述圖像增強增益和所述運算結束灰階值對該輸入灰階數據所對應的一亮度數據進行一低亮度圖像增強處理。具體而言，該電子晶片112執行一低亮度圖像增強函式以實現所述低亮度圖像增強處理，且該低亮度圖像增強函式包含如下數學式(1)：
LT
.................. (1)
在上式(1)中，LT用以表示經過所述低亮度圖像增強處理之亮度數據，EP為所述運算結束灰階值，Gray_n為介於0和所述運算結束灰階值之間的該輸入灰階數據，SRE_Gain為對應Gray_n的該圖像增強增益的值，且Curve為Gray_n在由該輸入灰階數據和該輸出灰階數據所構成的一灰階數據轉換曲線(如圖5所示，轉換曲線1～6)上的曲率(curvature)。在一實施例中，對該亮度數據執行正向的所述低亮度圖像增強處理時，所述圖像增強增益(SRE_Gain)的值介於0至0.99之間。並且，在另一實施例中，對該亮度數據執行正向的所述低亮度圖像增強處理時，所述圖像增強增益(SRE_Gain)的值介於-0.99至0之間。
圖8為輸入灰階數據相對於完成所述低亮度圖像增強處理之亮度數據的第一曲線圖。具體而言，在令上式(1)之中的Curve=1的情況下，利用式(1)完成對於圖5所示之轉換曲線1～6的運算後，即獲得圖8之中的數據曲線1～6。值得注意的是，對應最低灰階值的亮度(LT)會獲得最大的增強補償，原因在於式(1)之中的Curve-(SRE_Gain×(EP-Gray_n)/EP)在最低灰階值(即，Gray_n = 0)會變成1－SRE_Gain×((192－0)/192)= 1－(SRE_Gain*1)。相反地，對應最高灰階值的亮度(LT)會獲得最小的增強補償，原因在於式(1)之中的Curve-(SRE_Gain×(EP-Gray_n)/EP)在最高灰階值(即，Gray_n = 192)會變成1－SRE_Gain×((192－192)/192)= 1－(SRE_Gain*0)。
進一步地，圖9為輸入灰階數據相對於完成所述低亮度圖像增強處理之亮度數據的第二曲線圖。具體而言，圖9和圖8都是利用 上式(1)完成對於圖5所示之轉換曲線1～6的運算之後所獲得。不同的是，圖9係設定運算精度在小數點0位，而圖8則設定運算精度在小數點2位。因此，在比較圖8與圖9的數據曲線之後，可以明顯看出圖8的數據曲線顯示出高度的平滑度。換句話說，提高運算精度有助於增加增強處理後的亮度(LT)的數據曲線之平滑度。
如此，上述已完整且清楚地說明本發明之低亮度圖像增強方法；並且，經由上述可得知本發明具有下列優點：
(1)本發明揭示一種低亮度圖像增強方法，係應用於一具有顯示器的電子裝置之中，且由該電子裝置的一電子晶片所執行，其中，該電子晶片之中整合有一伽馬變換單元用以執行一增強圖像處理從而將一輸入灰階數據轉換成一輸出灰階數據。本發明之低亮度圖像增強方法由該電子晶片所執行，從而進一步地對該輸入灰階數據所對應的一亮度數據進行一低亮度圖像增強處理。簡單地說，本發明通過在現有技術的數位伽馬控制(DGC)的技術基礎上，針對低灰階數據的亮度進行增強計算，從而重新配置亮度數據來實現低灰階畫素的亮度增強。
(2)本發明同時提供一種電子晶片，其係應用於一具有顯示器的電子裝置之中，其中，該電子晶片之中整合有一伽馬變換單元用以執行一圖像增強處理從而將一輸入灰階數據轉換成一輸出灰階數據；其特徵在於，該電子晶片還執行本發明之低亮度圖像增強方法，以對該輸入灰階數據所對應的一亮度數據進行一低亮度圖像增強處理。
(3)並且，本發明還提供一種種資訊處理裝置，其特徵在於具有如前所述本發明之電子晶片。在一實施例中，該資訊處理裝置為選自於由平面顯示裝置、頭戴式顯示裝置、投影裝置、數位相機、車載娛樂系統、智慧型電視、智慧型手機、智慧型手錶、平板電腦、桌上型電腦、筆記型電腦、一體式電腦、金融交易裝置、和門禁裝置所組成群組之中的一種電子裝置。
必須加以強調的是，前述本案所揭示者乃為較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，俱不脫本案之專利權範疇。
綜上所陳，本案無論目的、手段與功效，皆顯示其迥異於習知技術，且其首先發明合於實用，確實符合發明之專利要件，懇請 貴審查委員明察，並早日賜予專利俾嘉惠社會，是為至禱。
1a:平面顯示器
11a:顯示面板
12a:顯示驅動電路
120a:時序控制單元
121a:閘極驅動單元
122a:源極驅動單元
123a:伽馬校正電路
1231a:數位伽馬控制單元
1232a:伽馬電壓產生單元
1:電子裝置
11:顯示器
111:顯示面板
112:電子晶片
113:低亮度圖像增強
S1:低找出所述圖像增強處理的一運算結束灰階值
S2:設定其值隨著0至所述運算結束灰階值漸變的一圖像增強增益
S3:利用所述圖像增強增益和所述運算結束灰階值對該輸入灰階數據所對應的一亮度數據進行一低亮度圖像增強處理
圖1為習知的一種平面顯示器的方塊圖；
圖2為圖1所示之源極驅動單元與顯示面板的方塊圖；
圖3為原始的紅色灰階數據、綠色灰階數據與藍色灰階數據相對於顯示器亮度的曲線圖；
圖4為處理後的紅色灰階數據、綠色灰階數據與藍色灰階數據相對於顯示器亮度的曲線圖；
圖5為輸入灰階數據和輸出灰階數據的轉換曲線圖；
圖6為應用本發明之一種低亮度圖像增強方法的一電子裝置的方塊圖；
圖7為本發明之一種低亮度圖像增強方法的流程圖；
圖8為輸入灰階數據相對於完成所述低亮度圖像增強處理之亮度數據的第一曲線圖；以及
圖9為輸入灰階數據相對於完成所述低亮度圖像增強處理之亮度數據的第二曲線圖。
S1:低找出所述圖像增強處理的一運算結束灰階值
S2:設定其值隨著0至所述運算結束灰階值漸變的一圖像增強增益
S3:利用所述圖像增強增益和所述運算結束灰階值對該輸入灰階數據所對應的一亮度數據進行一低亮度圖像增強處理
Claims (12)
- 一種低亮度圖像增強方法，係應用於一具有顯示器的電子裝置之中，且由該電子裝置的一電子晶片所執行；其中，該電子晶片之中整合有一伽馬變換單元用以執行一圖像增強處理從而將一輸入灰階數據轉換成一輸出灰階數據，且該低亮度圖像增強方法包括： 找出所述圖像增強處理的一運算結束灰階值； 設定其值隨著0至所述運算結束灰階值漸變的一圖像增強增益；以及 利用所述圖像增強增益和所述運算結束灰階值對該輸入灰階數據所對應的一亮度數據進行一低亮度圖像增強處理。
- 如請求項1所述之低亮度圖像增強方法，其中，該電子晶片執行一低亮度圖像增強函式以實現所述低亮度圖像增強處理，且該低亮度圖像增強函式係一指數函式。
- 如請求項2所述之低亮度圖像增強方法，其中，該指數函式包含如下數學式(1)： LT ............... (1)； 其中，LT用以表示經過所述低亮度圖像增強處理之亮度數據，EP為所述運算結束灰階值，Gray_n為介於0和所述運算結束灰階值之間的該輸入灰階數據，SRE_Gain為對應Gray_n的該圖像增強增益的值，且Curve為Gray_n在由該輸入灰階數據和該輸出灰階數據所構成的一灰階數據轉換曲線上的曲率(curvature)。
- 如請求項3所述之低亮度圖像增強方法，其中，對該亮度數據執行正向的所述低亮度圖像增強處理時，所述圖像增強增益的值介於0至0.99之間。
- 如請求項3所述之低亮度圖像增強方法，其中，對該亮度數據執行正向的所述低亮度圖像增強處理時，所述圖像增強增益的值介於-0.99至0之間。
- 一種電子晶片，係應用於一具有顯示器的電子裝置之中，其中，該電子晶片之中整合有一伽馬變換單元用以執行一圖像增強處理從而將一輸入灰階數據轉換成一輸出灰階數據，且該電子晶片還執行一低亮度圖像增強方法，以對該輸入灰階數據所對應的一亮度數據進行一低亮度圖像增強處理；該低亮度圖像增強方法包括： 找出所述圖像增強處理的一運算結束灰階值(Endpoint, EP)； 設定其值隨著0至所述運算結束灰階值漸變的一圖像增強增益(SRE_Gain)；以及 利用所述圖像增強增益(SRE_Gain)和所述運算結束灰階值(Endpoint, EP)對該輸入灰階數據所對應的一亮度數據進行一低亮度圖像增強處理。
- 如請求項6所述之電子晶片，其中，該電子晶片執行一低亮度圖像增強函式以實現所述低亮度圖像增強處理，且該低亮度圖像增強函式係一指數函式。
- 如請求項7所述之電子晶片，其中，該指數函式包含如下數學式(1)： LT ............... (1)； 其中，LT用以表示經過所述低亮度圖像增強處理之亮度數據，EP為所述運算結束灰階值，Gray_n為介於0和所述運算結束灰階值之間的該輸入灰階數據，SRE_Gain為對應Gray_n的該圖像增強增益的值，且Curve為Gray_n在由該輸入灰階數據和該輸出灰階數據所構成的一灰階數據轉換曲線上的曲率(curvature)。
- 如請求項8所述之電子晶片，其中，對該亮度數據執行正向的所述低亮度圖像增強處理時，所述圖像增強增益的值介於0至0.99之間。
- 如請求項8所述之電子晶片，其中，對該亮度數據執行正向的所述低亮度圖像增強處理時，所述圖像增強增益的值介於-0.99至0之間。
- 如請求項6所述之電子晶片，其中，所述電子晶片為選自於由顯示驅動晶片、顯示驅動和觸控整合(Touch and Display Driver Integration, TDDI)晶片和影像處理晶片所組成群組之中的任一者。
- 一種資訊處理裝置，其特徵在於具有至少一如請求項6至請求項11中任一項所述之電子晶片。
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| TW111131404A TWI819754B (zh) | 2022-08-19 | 2022-08-19 | 低亮度圖像增強方法、電子晶片以及資訊處理裝置 |
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| TW111131404A TWI819754B (zh) | 2022-08-19 | 2022-08-19 | 低亮度圖像增強方法、電子晶片以及資訊處理裝置 |
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Family Applications (1)
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