TWI234398B - Automatic contrast limiting circuit by spatial domain infinite impulse response filter and method thereof - Google Patents

Description

案號 92132500 年 修正 五、發明說明（1) 發明所屬之技術領域 本發明是有關於一種自動對比度限制（A u t 〇 m a t i c C ο n t r a s t L i m i t i n g，簡稱A C L )電路及方法，且特別是有 關於一種空域無限脈衝響應濾、波器（S p a t i a 1 D o m a i η In f i n i ΐ e Impu1s e Re spons e F i 11er)自動對比度限制電 路及方法。 先前技術 在影像相關之產品中，如硬體方面的電視、液晶顯示 螢幕、數位相機、個人電腦相機（PC earner a );軟體方 面像是photo-shop及各式各樣的影像處理軟體等，都具有 調整對比度（c ο n t r a s t )的功能，以改善影像畫面的顯示 品質。通常調整對比度使用之公式如下··

Yo = Yi 氺 contrast................(1 ) 其中，Y i為輸入訊號，Y 〇為輸出訊號，c ο n t r a s t則為設定 之對比度，不同對比度設定之輸入輸出關係曲線如第1圖 所示。 早期產品的對比度調整’都是由使用者根據個人喜好 來自行調整，所以，當在較暗的畫面時，使用者可能會將 對比度設的比較大，以致當輸入訊號的亮度變高時，就會 發生飽和之情形，如第1圖之A、B曲線所示。反之，當在 較亮的畫面時，則可能會將對比度設的較弱，導致無法清 楚顯示亮度較低之畫面，如第1圖之E、F曲線所示。 理想的對比度設定方法，最好能隨著不同的輸入訊號 來動態地調整，因此出現了自動對比度限制（A C L )這種

12190twf1.ptc 第6頁 ip- 案號 92132500 Λ_ 曰 修正 五、發明說明（2) 貼心的功能 形下，儘可 設臨限值（ 訊號相關之 般的設計都 簡稱APL)作 平均晝面準 免發生飽和 將對比度設 然而， 很多背景亮 室外、地下 合，因為背 照射拍攝目 只佔全畫面 低，參考此 導致目標物 示。 發明内容 有鑑於 應濾波器自 區間内產生 值來調整對 為達上 。ACL調整對比度的原則是在不發生飽和的情 能地調大對比度，因此，除了需要參考一個預 threshold，如第1圖之t)外，另需一與輸入 參考值來決定可以將對比度設定多大。目前一 是以平均畫面準位（a v er age p i c t ur e 1 e v e 1 ， 為參考值，也就是當畫面的輸入訊號較亮時， 位也會較高，此時要將對比度設的較小，以避 之情形。反之，當晝面的輸入訊號較暗時，則 的較大，以得到較佳的晝面顯示。 應用平均晝面準位作為參考值的方法，其實在 度低的場合是行不通的。例如在室内、夜間的 室、下水道、山洞内、古墓中、森林裡等場 景亮度很低的關係，所以都會使用攝影燈光來 標，以致目標物的亮度較高。此時，如目標物 的一小部份，則整體的平均晝面準位仍然很 一平均晝面準位而設定之對比度也將會較大， 部份的畫面過度飽和，反而模糊了畫面的顯 此，本發明之目的是提供一種空域無限脈衝響 動對比度限制電路及方法，其可在一記錄單位 一空域無限脈衝響應濾波峰值，並參考此一峰 比度，以改善顯示畫面的品質。 述及其他目的，本發明提供一種空域無限脈衝

12190twf1.ptc 第7頁 千 丨Π案號 92132500_年月日_Hi_ 五、發明說明（3) 響應濾波器自動對比度限制電路，適用於估算一對比度。 此空域無限脈衝響應濾波器自動對比度限制電路包括：空 域無限脈衝響應濾波器、峰值偵測器及對比度估算器。其 中，空域無限脈衝響應濾波器用以接收一輸入訊號，並產 生與輸入訊號相關之一空域無限脈衝響應濾波值。峰值偵 測器耦接空域無限脈衝響應濾波器，用以根據空域無限脈 衝響應濾波值，在預定之記錄單位區間内產生一峰值。而 對比度估算器則耦接峰值偵測器，用以依據前述峰值及一 預設臨限值來估算對比度。 本發明之較佳實施例中，其空域無限脈衝響應濾波器 包括：第一乘法器、加法器及第二乘法器。其中，第一乘 法器用以將輸入訊號乘以一第一因素值，而產生第一輸出 值。加法器耦接第一乘法器，用以求取第一輸出值與第二 輸出值之和，產生前述之空域無限脈衝響應濾波值。第二 乘法器則用以將前述之空域無限脈衝響應濾波值乘以一第 二因素值，產生第二輸出值，且其中之第一因素值與第二 因素值之和為1。 本發明之較佳實施例中，當對比度估算器判斷其峰值 高於預設臨限值時，將對比度設定為1 ，否則設定對比度 為預設臨限值除以峰值。 本發明之二維應用實施例中，此空域無限脈衝響應濾 波器自動對比度限制電路更包括：前級空域無限脈衝響應 濾波器及前級峰值偵測器。其中，前級空域無限脈衝響應 濾波器用以接收一前級輸入訊號，並產生與前級輸入訊號

12190twf1.ptc 第8頁 年· 7丨 Ηί案號92132500_年月曰 修正__ 五、發明說明（4) 相關之一前級空域無限脈衝響應濾波值。而前級峰值偵測 器則耦接前級空域無限脈衝響應濾波器，用以根據前級空 域無限脈衝響應濾波值，在預定之前級記錄單位區間内產 生一前級峰值，以作為前述空域無限脈衝響應濾波器之輪 入訊號。 其中，前級空域無限脈衝響應濾波器包括：第一乘法 器、加法器及第二乘法器。第一乘法器甩以將前級輸入訊 號乘以一第一因素值，產生第一輸出值。加法器耦接第一 乘法器，用以求取第一輸出值與一第二輸出值之和，產生 前述之前級空域無限脈衝響應濾波值。第二乘法器則用以 將前述之前級空域無限脈衝響應濾波值乘以一第二因素 值，產生第二輸出值，且其中之第一因素值與第二因素值 之和為1。 本發明另提供一種空域無限脈衝響應濾波器自動對比 度限制方法，適用於估算一對比度，包括下列步驟：揍收 一輸入訊號，並產生與輸入訊號相關之一空域無限脈衝響 應濾波值；根據空域無限脈衝響應濾波值，在一記錄單位 區間内產生一峰值；以及依據前述峰值及一預設臨限值來 估算對比度。 其中，估算對比度之步驟係當峰值高於預設臨限值 時，將對比度設定為1 ，否則設定對比度為預設臨限值除 以峰值。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特以較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細

12190twf1.ptc 第9頁 國讎丨 年_^_Θ__修正 手 月 曰I案號92132500 五、發明說明（5) 說明如下： 實施方式 請參考第2圖所示，其為根據本發明較佳實施例之一 種空域無限脈衝響應濾波器自動對比度限制電路示意圖。 圖中顯示，此空域無限脈衝響應濾波器（Spatial Domain Infinite Impulse Response F i Iter)自動對比度限制 (Automatic Contrast Limiting ，簡稱ACL)電路200 包 括：空域無限脈衝響應濾波器2 1 0、峰值偵測器2 2 0及對比 度估算器2 5 0。其中，空域無限脈衝響應濾波器2 1 〇包括： 第一乘法器2 1 1、加法器2 1 3及第二乘法器2 1 2。 如圖所示，第一乘法器2 1 1將接收之輸入訊號乘以第 一因素值a，而產生第一輸出值，並輸入至加法器213之一 輸入端。第二乘法器2 1 2將加法器2 1 3輸出之空域無限脈衝 響應濾波值乘以第二因素值1 - a，產生第二輸出值，並輸 入至加法器213之另一輸入端，此處設定第一因素值a與第 二因素值1 - a之和為1 ，例如當a = 0 · 1 ，則1 — a = 〇 . 9。故加法 器2 1 3可以計算獲得百分之十的最新輸入訊號與百分之九 十的過去累積輸入訊號的和’產生與過去之輸入訊號相關 的空域無限脈衝響應濾波值。 此空域無限脈衝響應濾波值將輸入至峰值偵測器 2 2 0，以便峰值彳貞測器2 2 0可以根據空域無限脈衝響應漁波 值，在例如是一條掃描線的預定記錄單位區間内產生一峰 值。而對比度估算器2 5 0則耦接峰值偵測器2 2 〇，用以依據 峰值偵測器2 2 0輸出之峰值及一預設臨限值t來估算對比

1 雖11層 L ^ 月 日|案號92132500 年月日 修正_ 五、發明說明（6) 度。其估算方法為當峰值高於預設臨限值t時，表示輸入 訊號有較大較亮的區域，此時不宜增加晝面之對比，故將 對比度設定為1 ，以避免發生飽和而失真之情形。另當峰 值低於預設臨限值t時，表示輸入訊號偏暗，此時應增加 畫面之對比來增強影像的清晰度，故設定對比度為預設H 限值t除以峰值。 請參考第3圖所示，其為根據本發明較佳實施例之二 維應用的空域無限脈衝響應濾波器自動對比度限制電路示 意圖。圖中顯示，此空域無限脈衝響應濾波器自動對比度 限制電路3 0 0除了包括第2圖之空域無限脈衝響應濾波器 2 1 0、峰值偵測器2 2 0及對比度估算器2 5 〇外，更包括前級馨 空域無限脈衝響應濾波器3 1 〇及前級峰值偵測器3 2 0。其 ^，前級空域無限脈衝響應濾波器同樣地包括：第一乘法· 器3 1 1 、加法器3 1 3及第二乘法器3 1 2，其功能均同於第一 乘法器2 1 1、加法器2 1 3及第二乘法器2 1 2，以便可以產生 、 前級之空域無限脈衝響應濾波值。 假設輸入畫面之解析度為丨〇 2 4X 7 6 8時，則前級空域無 限脈衝響應濾波器3 1 〇及前級峰值偵測器3 2 〇可在每一掃描 線共1 0 2 4個顯示點的預定記錄單位區間内，產生一峰值。 而空域無限脈衝響應濾波器2丨〇及峰值偵測器2 2 〇則可在每 一晝面共7 6 8條掃描線的預定記錄單位區間内，產生一峰 贏 值:以便對比度估算器2 5 〇可據以估算對比度。當然，如馨 熟習此藝者應知，只要依此方式類推來串接電路，則本發 明之空域無限脈衝響應濾波器自動對比度限制電路亦可適

12190twf1.ptc 第11頁 I 案號 92132500 ± 曰 修正 五、發明說明（7) 用於三維或更高維度之應用。 綜上所述，可歸納一種空域無限脈衝響應濾波器自動 對比度限制方法，適用於估算一對比度。此空域無限脈衝 響應濾波器自動對比度限制方法包括下列步驟：接收一輸 入訊號，並產生與輸入訊號相關之一空域無限脈衝響應濾 波值；根據空域無限脈衝響應濾波值，在一記錄單位區間 内產生一峰值；以及依據前述峰值及一預設臨限值來估算 對比度。 其中，當峰值高於預設臨限值時，將對比度設定為 1 ，以避免發生飽和而失真之情形。當峰值低於預設臨限 值時，設定對比度為預設臨限值除以峰值，以增強影像的 清晰度。 以下將參考第4及5圖來說明本發明之一種空域無限脈 衝響應濾波器自動對比度限制電路及方法的效果比較。在 第4圖之（a )、（ b )、（ c )的波形圖中，橫軸代表預定記錄單 位區間，縱軸代表輸入訊號S之亮度。其中3個波形的輸入 訊號S之平均晝面準位（average picture level，簡稱 A P L )是一樣的，如以習知方法參考平均晝面準位來設定對 比度時，其結果不是（a)波形將發生飽和導致較亮區域輪 廓消失，就是（b )波形對比度過低導致較暗區域輪廓不明 顯。但如使用本發明之方法與電路，則如圖所示由空域無 限脈衝響應濾波器輸出之峰值，將隨著輸入訊號之不同而 不同。也就是說，當輸入訊號如（a)圖愈亮又集中時，输 出之峰值愈高，對比度的設定也會較低；反之，當輸入訊

12190twf1.ptc 第12頁 娜_f I 年 Λ] 日丨案號92132500 曰 修正 五、發明說明（8) 號如（b)圖愈暗，或如（c)圖雖亮但不集中時，則輸出之峰 值較低，對比度的設定也就較高。 請參考第5圖所示，第5圖之（a)與（b )圖係類似於第4 圖之（a)與（b)圖，也就是說，雖然（a)與（b)圖之平均晝面 準位相同，但（a )圖因晝面較亮又集中，以致空域無限脈 衝響應濾波器將輸出較高之峰值，以避免對比度設定過 大，導致發生飽和而失真之情形。而（b)圖則因晝面較 暗，故空域無限脈衝響應濾波器將輸出較低之峰值，以設 定較大之對比度，來增強影像的清晰度。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

12190twf1.ptc 第13頁 年〜…一日丨案號92132500_年月曰 修正_ 圖式簡單說明 第1圖係顯示不同對比度設定之輸入輸出關係曲線示 意圖。 第2圖係顯示根據本發明較佳實施例之一種空域無限 脈衝響應濾波器自動對比度限制電路示意圖。 第3圖係顯示根據本發明較佳實施例之二維應用的空 域無限脈衝響應濾波器自動對比度限制電路示意圖。 第4圖（a)、（b)、（c)係分別顯示不同之輸入訊號與峰 值輸出波形圖。 第5圖（a )、（ b )係分別顯示不同之範例畫面。 【圖式標示說明：】 2 0 0、3 0 0 空域無限脈衝響應濾波器自動對比度限制 電路 2 1 0、3 1 0 空域無限脈衝響應濾波器 2 1 1、2 1 2、3 1 1、3 1 2 乘法器 2 1 3、3 1 3 加法器 2 2 0、3 2 0 峰值偵測器 2 5 0 對比度估算器

12190twf1.ptc 第14頁

Claims (1)

1. 日I案號92132500 曰 修正 六、申請專利範圍 1. 一種空域無限脈衝響應濾波器自動對比度限制電 路，適用於估算一對比度，包括： 響應濾波器，用以接收一輸入訊號， 一空域無限脈衝響應濾波值； 耦接該空域無限脈衝響應瀘波器，用 衝響應濾波值，而在一記錄單位區間 一空域無 並產生該輸入 一峰值偵 以根據該空域 内產生一峰值 一對比度 預設臨 如申請 動對比 值及一 2· 波器自 器包括 限脈衝 訊號之 測器， 無限脈 ；以及 估算器 限值來 專利範 度限制 ，耦接該峰值偵測器，用以依據該峰 估算該對比度。 圍第1項所述之空域無限脈衝響應濾 電路，其中該空域無限脈衝響應濾波 值，產 第一乘法器 生一第 值與一 值；以 以一第 其3. 波器自 峰值高 該對比 加法器 第二輸 及 第二乘 二因素 中該第 如申請 動對比 於該預 度為該 用以將該輸入訊號乘以一第一因素 一輸出值； 該第一乘法器，用以求取該第一輸出 和，產生該空域無限脈衝響應濾波 ，辆接 出值之 法器， 值，產 一因素 專利範 度限制 設臨限 預設臨 用以將該空域無限脈衝響應濾波值乘 生該第二輸出值； 值與該第二因素值之和為1。 圍第1項所述之空域無限脈衝響應濾 電路，其中當該對比度估算器判斷該 值時，設定該對比度為1 ，否則設定 限值除以該峰值。

   12190twf1.ptc 第15頁 11^ {C 4^· ] ：〇 ?：·Γ 1 ! + hj 日一號 92132500 曰 修正 六、申請專利範圍 4.如申請專利範圍 波器自動對比度限制電 一前級空域無限脈 入訊號，並產生該前級 應濾波值；以及 一前級峰值镇測器 波器，用以根據該前級 前級記錄單位區間内產 脈衝響應濾波器之該輸 5 .如申請專利範圍 波器自動對比度限制電 濾波器包括： 第1項所述之空域無限脈衝響應濾 路，其中更包括： 衝響應濾波器，用以接收一前級輸 輸入訊號之一前級空域無限脈衝響 ，耦接該前級空域無限脈衝響應瀘 空域無限脈衝響應濾波值，而在一 生一前級峰值，以作為該空域無限 入訊號。 第4項所述之空域無限脈衝響應渡 路，其中該前級空域無限脈衝響應 第一乘法器 用 素值，產生一第 一加法器， 值與一第二輸出 以將該前級輸入訊號乘以一第一因 一輸出值； 耦接該 值之和 波值；以及 一第二乘法器，用 值乘以一第二因素值， 其中該第一因素值 6 . —種空域無限脈 法，適用於估算一對比 接收一輸入訊號， 衝響應濾波值； 第一乘法器，用以求取該第一輸出 ，產生該前級空域無限脈衝響應濾 以將該前級空域無限脈衝響應濾波 產生該第二輸出值； 與該第二因素值之和為1。 衝響應濾波器自動對比度限制方 度，包括下列步驟： 並產生該輸入訊號之一空域無限脈

   12190twf1.ptc 第16頁 ifeiysi!_年月 1 丨案號92132500 曰 修正 六、申請專利範圍 根據該空域無限脈衝響應濾波值，在一記錄單位區間 内產生一峰值；以及 依據該峰值及一預設臨限值來估算該對比度。 7.如申請專利範圍第6項所述之空域無限脈衝響應濾 波器自動對比度限制方法，其中估算該對比度之步驟係當 該峰值高於該預設臨限值時，設定該對比度為1，否則設 定該對比度為該預設臨限值除以該峰值。

   12190twf1.ptc 第17頁