TWI399985B - 影像調校方法 - Google Patents

Description

影像調校方法

本發明屬一種影像調校方法，特別是一種利用相對較低之運算資源且可提升調整效果之影像調校方法。

隨著科技的進步，LCD螢幕或電漿螢幕已取代傳統CRT顯示幕，LCD更已大量應用於不同尺寸的電子產品上。然而這些多媒體設備在播放影音視訊媒體時，螢幕之亮度、對比及色彩飽和度，往往不是最佳值，再者視訊畫面中有時明亮，有時昏暗，且色彩飽和度亦會隨時改變，因此在播放視訊影像時，須動態作適度調整亮度、對比及色彩飽和度，才能展現最佳顯示效果。

當前之影像處理技術已存在多種不同的畫面調校方法，但都難以兼顧影像品質與運算量，某些畫面表現較佳的調校方法無法應用於效能較低的機種，特別是可攜式的電子產品，現有常見的影片影像調校方法包含單一曲線法、動態曲線法及類HDR(High Dynamic Range)法。

單一曲線法將輸入的影像中每個色點的影像訊號值，代入影像訊號值調整曲線，以校正每一色點之影像訊號值，從而達成影像強化轉換。由於每個色點都是利用單一影像訊號值調整曲線進行調整，因此消耗的運算資源相對較低，即使處理器效能不高也能執行。但僅使用單一影像訊號值調整曲線，無法因應影片的性質以及各個畫面彼此的關係作變化，強化效果較不顯著。

動態曲線法近似單一曲線法，其差異在於動態曲線法使用多個影像訊號值調整曲線。於調整影像之前，先分析該影像並選定最適於目前影像的曲線，再將影像之影像訊號值代入被選定的曲線進行調整。動態曲線法較單一曲線法更能依畫面及影片的性質做調整，可達到更好的效果，但調整前需要先分析影像，因此其所需要的運算資源相對較高。

類HDR法依據影像屬性，僅調整部份影像，例如：在不調整影像亮部的狀態下，僅提高暗部的的亮度，消除畫面中過暗的區域。HDR法常用於相片後製，此方法在單一畫面下可以呈現最好效果，但在連續影像播放時，可能會造成畫面有多餘的改變(如光暈)，最大的缺點是需要龐大的運算資源，僅適用於搭配高階處理器。

習知技術的影像調校方法中，單一曲線法、動態曲線法及類HDR(High Dynamic Range)法分別存在強化效果不佳或運算資源消耗過大之問題。有鑑於此，本發明提出一種影像調校方法，係可利用相對較低的運算資源，達成良好的強化效果。

本發明提出一種影像調校方法，應用於一影像輸出裝置。依據該方法，影像輸出裝置先擷取一包含複數個色點之當前畫面，接著分析各色點之輸入影像訊號值之強度。影像輸出裝置定義輸入影像訊號值小於一影像訊號強度闕值之各色點為暗點，並統計暗點數目以得到暗點佔所有色點之比例為一暗點比例。最後，影像輸出裝置依據暗點比例給定一影像調校曲線，將各色點之輸入影像訊號值代入給定之影像調校曲線，計算後得到各色點之輸出影像訊號值，將所有輸出影像訊號結合得到最後輸出畫面。

因此，本發明係以暗點比例之分析來取代影像分析，找出對應之影像調校曲線。此外，暗點比例及影像調校曲線可預製成表格型式以一對一方式，以供影像輸出裝置直接依據色點之輸入影像訊號值讀取對應之輸出影像訊號值，可大幅降低運算量。因此，本發明可達成動態曲線法之效果，而消耗之運算資源亦近似單一曲線法，解決了習知技術中降低運算資源及提升影像調整效果難以同時達成之問題。

請參閱「第1圖」所示，為本發明實施例所揭露之一種影像調校方法，應用於一影像輸出裝置，該影像輸出裝置可以為一多媒體播放裝置，或執行一多媒體播放程式之資料處理裝置(如個人電腦)。

參閱「第1圖」所示，依據該方法，影像輸出裝置係先擷取一當前畫面，其中該當前畫面包含複數個色點(Step 10)；接著影像輸出裝置分析該些色點之輸入影像訊號值之強度(Step 20)。

一般而言，以各色點之亮度作為輸入影像訊號值並分析其強度，所得的分析結果進行影像調校可得到較佳的影像調校結果。但一般電子裝置輸出之影像訊號通常為RGB色彩訊號，若分析各色點之亮度，則必須再轉換RGB色彩信號為YUV訊號，並取Y訊號值為亮度值。由於RGB色彩信號中的G色彩信號值與Y訊號值有相對較高之相關度，因此亦可取RGB色彩信號中的G色彩信號值作為分析對象。

參閱「第1圖」所示，該影像輸出裝置中設定一影像訊號強度闕值，當影像輸出裝置自該些色點中擷取輸入影像訊號值(例如G色彩信號之輸入影像訊號值)後，便依據該影像訊號強度闕值，定義輸入影像訊號值小於該影像訊號強度闕值之色點為暗點，並統計暗點數目以得到暗點佔所有色點之比例為一暗點比例(Step 30)。

參閱「第2圖」所示，為決定影像訊號強度闕值之示意圖。需說明的是，「第2圖」及以下說明之影像訊號強度闕值決定過程僅為一範例演示，並非用以限定影像訊號強度闕值之決定過程，實際上影像訊號強度闕值可由操作者設定為任意數值。

如「第2圖」所示，本發明實施例採用之輸入影像訊號值係為G色彩信號之影像訊號強度值進行暗點之分析，影像訊號強度值之數值大小係由0至255。本發明實施例係將0-255之間區分為8等分，取亮度最暗的三個等分作為暗點區210(第2圖中最左側之三個等分)，因此便可決定出一影像訊號強度值=96為影像訊號強度闕值(Gth)，色點之影像訊號強度值若小於影像訊號強度闕值(Gth)，則其便被定義為暗點，並於統計時落入「第2圖」之直方圖中定義為暗點之三個等分其中之一。「第2圖」之直方圖中，最左側之三個條塊所代表之色點總數，即為暗點之總數，而所有條塊之總和為所有色點之總和。

參閱「第1圖」所示，影像輸出裝置中預載複數條影像調校曲線，分別對應於不同的暗點比例，亦即每一暗點比例值或暗點比例之範圍，都被給定一影像調校曲線。當影像輸出裝置得到暗點比例之後，便依據暗點比例給定一影像調校曲線(Step 40)。於影像調校曲線中，每一輸入影像訊號值，都可以找到一對應之輸出影像訊號值。

參閱「第3圖」所示，係為一影像增豔曲線301之示意圖，影像增豔曲線301與一對比曲線進行合成之後，即可得到本發明之影像調校曲線。影像增豔曲線301依據暗點比例之變化，在某些暗點比例範圍中，影像增豔曲線301係被給定單一曲線，而在其他暗點比例範圍中，影像增豔曲線301則隨暗點比例改變。因此，有了暗點比例之後，便可得到對應之影像增豔曲線301，以供進一步與對比曲線合成，從而得到所需要的影像調校曲線。

參閱「第1圖」、「第4圖」及「第5圖」所示，給定影像增豔曲線，並進一步合成影像增豔曲線301及對比曲線，以得到影像調校曲線之步驟可進一步拆解如下。

參閱「第4圖」及「第5圖」所示，首先定義該當前畫面之屬性為暗畫面、中間畫面或是亮畫面。

該當前畫面之屬性係由暗點比例所決定，因此可於0~100%的暗點比例之間，設定一下限值及一上限值(Step 41)。

當暗點比例大於該上限值時(Step 42)，代表當前畫面中有相對較多之暗點，其亮度相對偏低，因此定義該當前畫面為暗畫面(Step 43)；暗點比例小於該下限值時(Step 44)，代表當前畫面中有相對較少之暗點，其亮度相對偏高，因此定義該當前畫面為亮畫面(Step 45)；暗點比例介於該下限值及該上限值之間時，定義該當前畫面為中間畫面(Step 46)。

本發明實施例中係取30%為下限值，70%為上限值，因此：暗點比例小於該30%時，定義該當前畫面為亮畫面；暗點比例大於該70%時，定義該當前畫面為暗畫面；暗點比例為該30%至70%時，定義該當前畫面為中間畫面。前述之數值30%及70%僅為一演示範例，並非用以限定該上限值及該下限值。

參閱「第6圖」及「第7圖」所示，分別為預定增豔曲線302及基準曲線303，前述之影像增豔曲線301係依據暗點比例之變化，由合成預定增豔曲線302及基準曲線303所得到。二曲線圖之水平座標軸代表輸入影像訊號值(其數值=0~255)，影像訊號值越高表示強度越高，垂直座標軸代表影像增豔曲線中對應之增豔影像訊號值(數值=0~255)。本發明係以預定增豔曲線302及基準曲線303，合成所有暗點比例被給定之影像增豔曲線301，最後在合成所得之影像增豔曲線301及對比曲線，以得到影像調校曲線。影像增豔曲線301之合成方式說明如後。

預定增豔曲線302中，當輸入影像訊號值較低時，對應增豔影像訊號值較輸入影像訊號高，而輸入影像訊號值較高時，則該輸入影像訊號值等於增豔影像訊號值，因此預定增豔曲線302具有提高暗點亮度的效果，如「第6圖」所示。

於暗畫面中，由於暗點比例較高(例如，大於70%)，因此需要針對暗點提高增豔影像訊號值，是以，本發明中可直接採用預定增豔曲線302作為影像增豔曲線301，以調校暗畫面中的每一色點(Step 47)，即增強效果最高，以提升暗畫面之訊號強度。

基準曲線303為一由原點延伸之45度角斜線，其每一影像輸入訊號所對應之增豔影像訊號值皆等於原影像訊號輸入值，如「第7圖」所示。

於亮畫面中，由於暗點比例較低(例如，小於30%)，因此不需要再針對暗點提高增豔影像訊號值，是以，本發明中可直接採用基準曲線303作為影像增豔曲線301，以調校亮畫面中的每一色點(Step 48)，或不再進行調校，直接以原有輸入影像訊號值作為輸出影像訊號值；實際上，以基準曲線303調校色點之效果，等同於不對色點進行調校。

「第3圖」之影像增豔曲線301係為眾多影像增豔曲線301其中之一，用於一具有對應暗點比例(例如：30%至70%)之中間畫面。該影像增豔曲線301係由預定增豔曲線302及基準曲線303所合成。當暗點比例接近暗畫面時，則提高預定增豔曲線302之權重，並降低基準曲線303之權重以合成該影像增豔曲線301；反之，當暗點比例接近亮畫面時，則降低預定增豔曲線302之權重，並提高基準曲線303之權重以合成該影像增豔曲線301。

需注意的是，雖然暗點比例係以多種影像訊號其中之一進行分析後得到，如本實施例中以RGB色彩之G色彩信號分析暗點比例，但對於RGB色彩信號而言，所取得之影像增豔曲線301需要同時對色點中的每一種影像訊號進行調校，如本實施例中R色彩信號、G色彩信號及B色彩信號都需要通過影像增豔曲線301進行調校。

於前述之該些色點中，暗點比例屬暗畫面之畫面，則影像輸出裝置以該預定增豔曲線(Step 47)作為暗畫面所屬畫面之影像調校曲線，即增強效果最高，以提升暗畫面之影像訊號值強度；暗點比例屬亮畫面，則影像輸出裝置以該基準曲線作為影像調校曲線(Step 48)，即不對亮畫面進行調整。

對應中間畫面(例如：暗點比例30%至70%)之影像增豔曲線301理論上可以透過預定增豔曲線302及基準曲線303合成出無數條，但為了運算效能的匹配，實際應用時僅合成有限條的影像增豔曲線301，以對應不同的暗點比例範圍。以本發明實施例為例，暗點比例30%至70%之大範圍內，係可區分為256個暗點比例範圍，每一範圍被給定一影像增豔曲線301(Step 49)。

「第8圖」中取三條對應中間畫面之影像增豔曲線301a、301b、301c進行說明。隨著暗點比例由高至低的不同，所合成出來的影像增豔曲線301a、301b、301c也分別趨近預定增豔曲線302或基準曲線303。編號301a所對應之中間畫面，其具有相對較高之暗點比例，屬性偏向暗畫面，因此線型趨近預定增豔曲線302；編號301b所對應之中間畫面，其具有相對較低之暗點比例，屬性偏向亮畫面，因此線型趨近基準曲線303；編號301c所對應之中間畫面，其暗點比例介於前二者之間，因此線型介於另外二個影像增豔曲線301a、301b之間。

再參閱「第5圖」所示，當得到每一暗點比例之影像增豔曲線301後，再進一步合成影像增豔曲線301與一對比曲線，即可得到每一暗點比例被給定之影像調校曲線(Step 410)。

參閱「第1圖」所示，為了避免前後兩畫面調校後之輸出影像訊號值之強度變化太大而造成閃爍，影像輸出裝置需要修正前述之影像增豔曲線301(Step 50)。修正影像增豔曲線301的目的在於：縮小當前畫面之影像增豔曲線301與前一畫面之影像增豔曲線301的差距，避免色點被修正幅度過大而造成畫面閃爍。

參閱「第9圖」所示，暗點比例由低至高的變化，每一暗點比例所對應之影像調校曲線可被給予一排序，其中暗點比例大於該上限值者(暗畫面)，其對應之影像調校曲線之排序為0，暗點比例小於該下限值者(亮畫面)，其對應之影像調校曲線之排序為257(若暗點比例30%至70%之大範圍，被區分為256個暗點比例範圍)。

於每一次影像輸出裝置調校當前畫面之前，影像輸出裝置係比對當前畫面被給定的影像調校曲線與前一畫面被給定的影像調校曲線，限制當前畫面之影像調校曲線給定範圍以修正當前畫面被給定之影像調校曲線，使影像調校曲線呈平順變化(Step 50)。修正方式係給予一排序變化值，限定前一畫面之影像調校曲線之排序，與當前畫面被給定之影像調校曲線之排序之差值，不大於該排序變化值。當前述之差值大於該排序變化值時，則朝向逼近前一畫面之影像調校曲線之排序，挑選一使該差值等於排序變化值之影像調校曲線，以作為修正後影像調校曲線。

例如排序變化值界定為5時，當前畫面被給定之影像調校曲線之排序，必須是落在前一畫面之影像調校曲線之排序加或減5之範圍內；否則挑選一使差值等於5之影像調校曲線，以作為修正後影像調校曲線。

「第9圖」之示意圖用以演示說明，在本發明實施方式中，例如：若前一畫面屬暗畫面，則前一畫面之影像調校曲線之排序為0(亦即前一畫面為暗畫面)，而排序變化值為5，因此當前畫面被給定之影像調校曲線之排序必須在0至5之間。然而，當前畫面之屬性被定義為亮畫面，使其被給定排序為257之影像調校曲線。由於排序之差值大於該排序變化值=5，因此朝向逼近前一畫面之影像調校曲線之排序中，挑選使差值等於5之影像調校曲線301，如本範例中排序為5之影像調校曲線，作為修正後影像調校曲線。

最後，影像輸出裝置將當畫面中各色點之R、G、B三個輸入影像訊號值代入給定之影像調校曲線，計算後得到各色點之輸出影像訊號值，將所有輸出影像訊號結合得到最後輸出畫面(Step 60)。

前述實施方式中，係以R、G、B三個色彩信號的輸入影像訊號值進行影像調校，但實際上亦可採用其他形式之影像訊號值作為調校，例如當影像資料中已自帶YUV影像訊號值，或影像輸出裝置具備相對較高的運算資源以轉換RGB信號為YUV信號時，影像輸出裝置可自該些色點中分別擷取Y、U、V三個亮度色彩信號中的Y影像訊號值，作為分析當前畫面屬性之輸入影像訊號值。但，最後所得之影像調校曲線，只對Y影像訊號值進行影像調校，U、V影像訊號值只分別乘以固定常數進行影像加強，避免不同畫面影像中，U、V影像訊號值定義不一致的問題，且避免U、V影像訊號值被調整後，對影像之影響不易預測之問題。當然，若是灰階影像則影像輸出裝置僅調整亮度值Y。

參閱「第10圖」、「第11圖」及「第12圖」所示之本發明較佳實施例，實務上，前述之影像調校曲線係預先被製作為複數個表格(table)，每一表格代表一影像調校曲線，每一表格可被給予一排序編號。由於輸入影像訊號值之數值被給定為0至255之整數，因此可於輸入影像訊號值之欄位中，依序填入0至255之整數；然後透過對應之影像調校曲線，找出0至255所對應之輸出影像訊號值，填入表格中對應之欄位。

當影像輸出裝置分析暗點比例後，可依據該暗點比例確定其所對應之影像調校曲線，並依據其排序編號找出對應之表格。接著，將輸入影像訊號值代入表格中查找，即可迅速找出對應之輸出影像訊號值。

如「第10圖」所示，該影像輸出裝置分析暗點比例，而決定當前畫面屬於暗畫面時，則載入排序編號為0之表格(排序編號0僅為演示範例)，其代表的影像調校曲線為預定增豔曲線與對比曲線所合成者，對應輸入影像訊號值0至255之輸出影像訊號分別為X0至X255。

如「第11圖」所示，該影像輸出裝置分析暗點比例，而決定當前畫面之屬性為中間畫面時，則進一步確認暗點比例所對應之影像調校曲線所屬的排序編號，載入該排序編號(排序編號1-256僅為演示範例)，其代表各暗點比例所對應之影像調校曲線，對應輸入影像訊號值0至255之輸出影像訊號分別為Y0至Y255。

如「第12圖」所示，該影像輸出裝置分析暗點比例，而決定當前畫面之屬性為亮畫面時，載入排序編號為257之表格(排序編號257僅為演示範例)，其代表的影像調校曲線為基準曲線與對比曲線所合成者，對應輸入影像訊號值0至255之輸出影像訊號分別為Z0至Z255。

本發明之影像調校方法，係直接分析暗點比例，依據暗點比例直接選取對應之影像調校曲線調整影像，有近似動態曲線法之調整效果。但本發明係以暗點比例來取代影像分析，並將暗點比例及對應之影像調校曲線製作成表格，以一對一方式讀取輸出影像之對應值，可大幅降低運算量。因此，本案運算效能之消耗亦近似單一曲線法，即使是小型電子產品使用較低階的處理器亦能負荷，只要將影像調校曲線數目調整至一最佳值，即可達到良好的調整效果及低運算效能之消耗。

雖然本發明的技術內容已經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所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內，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。

301/301a/301b/301c．．．影像增豔曲線

302．．．預定增豔曲線

303．．．基準曲線

第1圖為本發明流程圖。

第2圖為本發明中，定義暗點及分析暗點比例之示意圖。

第3圖為本發明中，影像增豔曲線之示意圖。

第4圖為本發明中，定義該當前畫面之屬性為暗畫面、亮畫面或中間畫面之示意圖。

第5圖為本發明中，依據暗點比例給定一影像調校曲線之流程圖。

第6圖為本發明中，預定增豔曲線之示意圖。

第7圖為本發明中，基準曲線之示意圖。

第8圖為本發明中，基準曲線及預定增豔曲線合成影像增豔曲線之示意圖。

第9圖為本發明中，修正影像調校曲線之示意圖。

第10圖、第11圖及第12圖為本發明中，影像調校曲線之表格示意圖。

Claims (13)

1. 一種影像調校方法，應用於一影像輸出裝置，該方法包含下列步驟：擷取一包含複數個色點之當前畫面；分析該些色點之輸入影像訊號值之強度；定義該輸入影像訊號值小於一影像訊號強度闕值之各該色點為暗點，並統計該些暗點數目以得到暗點佔所有該些色點之比例為一暗點比例；依據該暗點比例給定一影像調校曲線，其中該影像調校曲線係由合成一影像增豔曲線及一對比曲線所得到；及將各該色點之輸入影像訊號值代入該給定之影像調校曲線，計算後得到各該色點之輸出影像訊號值，將所有輸出影像訊號結合得到最後輸出畫面。
2. 如請求項1所述之影像調校方法，其中該依據該暗點比例給定一影像調校曲線之步驟包含：於0~100%的暗點比例之間，設定一下限值及一上限值；當該暗點比例大於該上限值時，定義該當前畫面為一暗畫面，並給定一預設增豔曲線為該影像增豔曲線，藉以合成該影像增豔曲線及該對比曲線以得到該影像調校曲線；當該暗點比例小於該下限值時，定義該當前畫面為一亮畫面，並給定一基準曲線為該影像增豔曲線，藉以合成該影像增豔曲線及該對比曲線以得到該影像調校曲線；及當該暗點比例介於該下限值及該上限值之間時，定義該當前畫面為一中間畫面，並合成該基準曲線及該預定增豔曲線為該影像增豔曲線，該影像增豔曲線，藉以合成該影像增豔曲線及該對比曲線以得到該影像調校曲線。
3. 如請求項2所述之影像調校方法，其中於該預定增豔曲線中，當該輸入影像訊號值相對較低時，對應之增豔影像訊號值較輸入影像訊號高，而該輸入影像訊號值較高時，則該輸入影像訊號值等於該增豔影像訊號值。
4. 如請求項2所述之影像調校方法，其中於該基準曲線中，每一該輸入影像訊號值所對應之增豔影像訊號值皆等於該輸入影像訊號值。
5. 如請求項2所述之影像調校方法，其中對應該中間畫面之暗點比例範圍內，係被區分為複數範圍，每一該範圍被給定一影像調校曲線。
6. 如請求項1所述之影像調校方法，其中該當前畫面包含R、G、B色彩信號，且該分析該些色點之輸入影像訊號值之強度之步驟中，以該G色彩信號作為被分析之輸入影像訊號值。
7. 如請求項5所述之影像調校方法，其中將各該色點之輸入影像訊號值代入該給定之影像調校曲線之步驟中，該R色彩信號、G色彩信號及B色彩信號都通過該被給定之影像調校曲線進行調校。
8. 如請求項1所述之影像調校方法，其中該當前畫面包含Y、U、V影像訊號值，且該分析該些色點之輸入影像訊號值之強度之步驟中，以該Y影像訊號值作為被分析之輸入影像訊號值。
9. 如請求項8所述之影像調校方法，其中將各該色點之輸入影像訊號值代入該給定之影像調校曲線之步驟中，該Y影像訊號值通過該被給定之影像調校曲線進行調校，且該U、V影像訊號值分別被乘以一固定常數。
10. 如請求項1所述之影像調校方法，其中依據該暗點比例給定一影像調校曲線之步驟，更包含一步驟，修正該影像調校曲線，以縮小該當前畫面之影像調校曲線與該前一畫面之影像調校 曲線之差距。
11. 如請求項10所述之影像調校方法，其中修正該影像調校曲線之步驟包含：依據暗點比例由低至高的變化，每一該暗點比例所對應之影像調校曲線給予一排序；及給予一排序變化值，限定前一畫面之影像調校曲線之排序，與當前畫面被給定之影像調校曲線之排序之差值，不大於該排序變化值。
12. 如請求項10所述之影像調校方法，其中當該差值大於該排序變化值時，則朝向逼近該前一畫面之影像調校曲線之排序，挑選一使該差值等於該排序變化值之影像調校曲線，以作為修正後影像調校曲線。
13. 如請求項1所述之影像調校方法，其中該些影像調校曲線係預先被製作為複數個表格，每一該表格代表該些影像調校曲線其中之一。