TWI504268B - 動態式影像局部對比度提升方法及電腦可讀媒體 - Google Patents

Description

動態式影像局部對比度提升方法及電腦可讀媒體

　　本發明係有關於一種動態式影像局部對比度提升方法，尤其是指一種藉由可調式之運算視窗自動掃瞄局部之影像畫面，使得運算視窗中影像之像素點資料其顏色特徵數值分佈可較為集中，將運算視窗內之畫面對比伸張至最佳狀態，使畫面達到佳之對比與清晰度，解決傳統因全影像的顏色特徵數值分佈較為廣泛，而限制影像對比伸張比例之問題。

　　隨著科技的發展，現今的顯示器（例如電視、電腦螢幕與行動裝置螢幕等）大多具有動態對比（ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｏｎｔｒａｓｔ　ｒａｔｉｏ，ＤＣＲ）功能；動態對比功能是一種根據顯示影像的內容以自動調整影像參數的功能，使得顯示器的對比度可大幅提升；換言之，動態對比技術是利用內建於顯示器的智慧型影像處理系統，自動偵測輸入訊號的影像的明暗度，動態調整顯示器的背光模組的亮度，使得影像信號被重新處理，影像亮部與暗部的對比度大幅地增加進而提高整體影像之清晰度，一般清晰度是指表現在顯示器上的物體輪廓之明顯程度；然，上述動態對比技術根據輸入影像的明暗度，調整最適合的背光亮度卻容易導致畫面閃爍及忽明忽暗的現象，使得人眼觀看時不舒服而造成視覺疲勞的問題，再者，當快速且頻繁地調整背光模組的亮度，亦會使得背光模組的使用壽命大幅降低。

　　請參閱中華民國公告第Ｉ３１５９６１號之『用以調整影像之對比度的方法及裝置』，揭露一種習知之影像對比伸張技術，其係指將影像的灰階（ｇｒａｙ　ｓｃａｌｅ）範圍擴張到顯示器所能涵蓋的最大範圍；舉例而言，以可顯示８位元灰階的顯示器為例，該顯示器的２５６個灰階通常被表示為灰階值０～２５５，而藉由影像對比伸張的技術可增加影像灰階分佈的範圍，藉此增強影像對比、提昇影像品質，達到動態對比（ＤＣＲ）之功效；上述前案係用以改良習知的影像對比伸張技術，其影像訊號中的雜訊也會被等比例放大之問題，一般對影像信號來說，較低灰階的訊號之信號強度較弱，受到雜訊干擾時造成的影響較高，使得因影像對比伸張技術而被放大的雜訊反而會讓經過對比伸張的影像品質變差，造成反效果，因此在將影像對比伸張之後，進一步包含可抑制低灰階雜訊的步驟，藉以解決上述雜訊被等比例放大、造成對比伸張效果下降的問題。

　　然，目前之影像對比伸張技術皆是以全影像中個別像素的亮度比率分佈來提升全影像整體的對比度，由於影像整體的灰階值分佈較為廣泛（意即０～２５５皆有可能），使得影像對比伸張的比例有限；此外，現有之影像對比伸張無法對影像作局部性對比的提昇，亦無法以動態方式掃瞄全影像，導致影像的明暗對比度無法大幅提升，造成灰階層次不夠細緻的問題，對於影像之明暗細節對比清晰度較為需求的場合（例如美工、建築設計、醫療影像、監視安全等），不僅容易產生畫面判讀失準的問題，且於長時間工作下，令觀視者之眼睛更易疲累。

　　今，發明人即是鑑於現有之影像對比伸張技術於實際實施上仍具有多處之缺失，於是乃一本孜孜不倦之精神，並藉由其豐富之專業知識及多年之實務經驗所輔佐，而加以改善，並據此研創出本發明。

　　本發明主要目的為提供一種動態式影像局部對比度提升方法，係藉由可調式之運算視窗自動掃瞄局部之影像畫面，使得運算視窗中影像之像素點資料其顏色特徵數值分佈可較為集中，將運算視窗內之畫面對比伸張至最佳狀態，使畫面達到佳之對比與清晰度，解決傳統因全影像的顏色特徵數值分佈較為廣泛，而限制影像對比伸張比例之問題。

　　為了達到上述實施目的，本發明人提出一種動態式影像局部對比度提升方法，其中顯示單元可為顯示卡，或內建於顯示器系統晶片之顯示電路或軟體方法其中之一，顯示單元用以接收一影像序列，上述的影像序列包括複數個影像畫面，每一影像畫面係以複數個具顏色特徵數值之像素點所構成，一般而言，顏色特徵數值可為灰階值、色彩分布以及亮度分佈等，且其允許的範圍為０～１０２３，較佳係為０～２５５之間，而本發明之動態式影像局部對比度提升方法包括有：首先，以一運算視窗動態掃瞄影像畫面，運算視窗之尺寸大小係小於影像畫面；接著，接收運算視窗內之像素點的顏色特徵數值；之後，將運算視窗內之像素點的顏色特徵數值產生出一分佈直方圖，其中分佈直方圖用以顯示該等像素點的顏色特徵數值與其計數之對應關係，而計數則為運算視窗內中具有顏色特徵數值之像素點數量；最後，根據分佈直方圖以習知之影像對比伸張技術進行運算，以調整運算視窗內之影像對比度；藉此，由於運算視窗之尺寸大小係小於影像畫面，於運算視窗內影像之像素點資料其顏色特徵數值分佈可較為集中，使得影像對比伸張技術僅需以小範圍之顏色特徵數值進行對比提昇，進而可大幅增加影像畫面之對比效果，讓運算視窗中之影像明暗細節對比更清晰，有效提昇畫面判讀的準確性，進而解決傳統因全影像的顏色特徵數值分佈較為廣泛，而限制影像對比伸張比例之問題。

　　在本發明的一實施例中，影像畫面之尺寸大小、運算視窗之尺寸大小、移動規則、速度、掃瞄範圍、動態對比的條件、強弱、規則或方法等參數皆可由使用者設定調整，且較佳之運算視窗長度係小於影像畫面長度之１∕２，且運算視窗之寬度亦小於影像畫面寬度之１∕２；再者，運算視窗可根據使用者於輸入裝置之觸發執行暫停、前進、後退或移動等動作；藉此，可依據使用者之需求設定調整，對於影像之明暗細節對比清晰度較為需求的場合（例如美工、建築設計、醫療影像、監視安全等），可完全滿足使用者所需可調整、良好之自由操作性。

　　此外，如前所述，本發明之動態式影像局部對比度提升方法可結合應用於硬體或軟體、適當處或其組合，因此本發明之方法，某些觀點或是其部分可能為嵌入實際媒體中之程式碼(亦即指令)，例如軟式磁碟、光碟機、硬碟機或是任何其他機器可讀儲存媒體，其中當程式碼被機器(例如一電腦)載入並執行時，此機器會變成一用以執行本發明之裝置，而在程式碼執行於可程式化電腦之情況中，此電腦裝置通常包含一處理器、一處理器可讀之儲存媒體(包含揮發性或非揮發性記憶體及/或儲存元件)、至少一輸入裝置以及至少一輸出裝置。

　　本發明之目的及其結構功能上的優點，將依據以下圖面所示之結構，配合具體實施例予以說明，俾使審查委員能對本發明有更深入且具體之瞭解。

　　首先，請參閱第一圖所示，為本發明之動態式影像局部對比度提升方法步驟流程圖，係適用於一顯示單元（１），顯示單元（１）可為顯示卡（ｖｉｄｅｏ　ｃａｒｄ），或內建於顯示器系統晶片之顯示電路或軟體方法其中之一，顯示單元（１）用以接收一影像序列，上述的影像序列包括複數個影像畫面（１１）（ｆｒａｍｅ），每一影像畫面（１１）係以複數個具顏色特徵數值之像素點（ｐｉｘｅｌ）所構成，一般而言，顏色特徵數值（例如可為灰階值、色彩分布或亮度分佈等）可允許的範圍為０～１０２３，較佳係為０～２５５之間，而顏色特徵數值範圍與其對應之技術已為習知技藝中眾所皆知之知識，且並非本發明之重點，因此不加以限定，其他各種常見或創新的顏色特徵數值範圍皆可以用於實作本發明之動態式影像局部對比度提升方法，其方法包含有下列步驟：

　　步驟一（Ｓ１）：以一運算視窗（１２）動態掃瞄影像畫面（１１），運算視窗（１２）之尺寸大小係小於影像畫面（１１）；較佳之運算視窗（１２）長度係小於影像畫面（１１）長度之１∕２，且運算視窗（１２）之寬度亦小於影像畫面（１１）寬度之１∕２；舉例來說，若影像畫面（１１）之解析度為１０２４×７６８像素，則運算視窗（１２）之解析度可小於５１２×３８４像素，請一併參閱第二圖所示，為本發明之較佳實施例其運算視窗於影像畫面上移動方向示意圖；

　　步驟二（Ｓ２）：接收運算視窗（１２）內之像素點的顏色特徵數值；

　　步驟三（Ｓ３）：將運算視窗（１２）內之像素點資料產生出一分佈直方圖（ｈｉｓｔｏｇｒａｍ），其中分佈直方圖用以顯示該等像素點之顏色特徵數值與其計數（ｃｏｕｎｔ）之對應關係，而計數則為運算視窗（１２）內中具有顏色特徵數值之像素點數量；其中，分佈直方圖之寬距可為一固定值或任意一數值而形成不等寬距之分佈直方圖；以及

　　步驟四（Ｓ４）：根據分佈直方圖以習知之影像對比伸張技術進行運算，以調整運算視窗（１２）內之影像對比度（ｃｏｎｔｒａｓｔ）；其中，習知之影像對比伸張技術可以係有關於描述於中華民國公告第Ｉ３１５９６１號之『用以調整影像之對比度的方法及裝置』中揭露之技術，或者是任何其他習知的影像對比伸張技術，在此將上述中華民國專利案第Ｉ３１５９６１號併入本申請案以供參考。

　　此外，上述運算視窗（１２）之長、寬尺寸大小、移動規則、速度、於影像畫面（１１）上的掃瞄範圍、動態對比的條件、強弱、規則或方法等參數皆可由使用者設定調整，如第二圖所示，運算視窗（１２）係由上往下、由左往右對影像畫面（１１）進行掃瞄，於運算視窗（１２）碰觸到所設定之影像畫面（１１）後進行反向原路徑之掃瞄，其中虛線「…」表示運算視窗（１２）自動掃瞄之路徑，然上述之運算視窗（１２）掃瞄方式係為了說明方便起見，而非以本例所舉為限，也可以由下往上、由左往右，亦可隨機跳動或規則跳動方式掃瞄影像畫面（１１），在此並不限定；再者，運算視窗（１２）可根據使用者於輸入裝置之觸發執行暫停動作，其中輸入裝置可為鍵盤、滑鼠、觸控板、觸控螢幕、遙控器或搖桿等，例如可於鍵盤上壓下一按鈕或藉由滑鼠之點擊等使運算視窗（１２）之移動暫停，亦或是使運算視窗（１２）前進、後退或移動等；此外，運算視窗（１２）掃瞄之影像畫面（１１）可手動調整其長、寬度，方便使用者針對所需要之影像畫面（１１）部分執行運算視窗（１２）掃瞄之動作。

　　綜上所述，本發明於實施使用時，可於一個人電腦上執行，請參閱第三、四圖所示，分別為本發明之較佳實施例未以運算視窗掃瞄影像畫面示意圖與以運算視窗掃瞄影像畫面之某一瞬間示意圖；值得注意的，本實施例之顏色特徵數值係以灰階值為例，然並不限定，亦可為色彩分布或亮度分佈等的顏色特徵數值；當顯示單元（１）接收一影像序列，影像序列可對應包括有６０個影像畫面（１１）（意即幀率為６０Ｈｚ），然幀率為６０Ｈｚ係為了說明方便起見，而非以本例所舉為限，也可以高於或低於６０Ｈｚ，在此並不限定；當本發明之動態式影像局部對比度提升方法使用於顯示單元（１）時，首先，使用者可於輸入界面（例如：鍵盤或觸控螢幕）輸入所欲掃瞄影像畫面（１１）之範圍大小、運算視窗（１２）之尺寸大小、移動方向以及移動速度等參數；接著，運算視窗（１２）依上述設定之參數以動態方式掃瞄影像畫面（１１），此時運算視窗（１２）內之像素點資料可被即時計算出其灰階值與計數之對應關係，再利用習知之影像對比伸張技術以調整運算視窗（１２）內之影像對比度；而由於運算視窗（１２）之尺寸大小係可調整，再加上影像通常具有連續性，所以灰階值分佈相對較為相近，使得運算視窗（１２）中影像之像素點資料其灰階值分佈可較為集中，藉此解決傳統因全影像的灰階值分佈較為廣泛，而限制影像對比伸張比例之問題；舉例而言，如第三圖所示，假設運算視窗（１２）中影像之像素點資料其灰階值分佈於低亮度範圍者居多（例如灰階值為１０～５０之間），則影像對比伸張技術僅需以灰階值１０～５０的範圍進行對比提昇，進而可大幅增加影像畫面（１１）之對比效果，讓運算視窗（１２）中之影像明暗細節對比更清晰，有效提昇畫面判讀的準確性（如第四圖所示）。

　　值得注意的是，本發明之動態式影像局部對比度提升方法可應用於靜止影像及動態影像(例如視訊)兩者，且可用於任何合適類型之成像應用中，諸如，數位相機、具有整合式數位相機之電子裝置、安全或視訊監視系統、醫學影像系統等。

　　此外，如前所述，本發明之動態式影像局部對比度提升方法可結合應用於硬體或軟體、適當處或其組合，因此本發明之方法，某些觀點或是其部分可能為嵌入實際媒體中之程式碼(亦即指令)，例如軟式磁碟、光碟機、硬碟機或是任何其他機器可讀儲存媒體，其中當程式碼被機器(例如一電腦)載入並執行時，此機器會變成一用以執行本發明之裝置，而在程式碼執行於可程式化電腦之情況中，此電腦裝置通常包含一處理器、一處理器可讀之儲存媒體(包含揮發性或非揮發性記憶體及/或儲存元件)、至少一輸入裝置以及至少一輸出裝置。

　　由上述之動態式影像局部對比度提升方法其實施說明可知，本發明具有以下優點：

1. 本發明藉由可調式之運算視窗自動掃瞄於影像畫面，使得運算視窗中影像之像素點資料其顏色特徵數值分佈可較為集中，使得影像對比伸張技術僅需以小範圍之顏色特徵數值進行對比提昇，進而可大幅增加影像畫面之對比效果，讓運算視窗中之影像明暗細節對比更清晰，有效提昇畫面判讀的準確性，進而解決傳統因全影像的顏色特徵數值分佈較為廣泛，而限制影像對比伸張比例之問題。
2. 本發明之動態式影像局部對比度提升方法其影像畫面之長、寬大小、運算視窗之長、寬大小、移動規則、速度、掃瞄範圍、動態對比的條件、強弱、規則或方法等皆可依據使用者之需求設定調整，對於影像之明暗細節對比清晰度較為需求的場合（例如美工、建築設計、醫療影像、監視安全等），可完全滿足使用者所需可調整、良好之自由操作性。

　　綜上所述，本發明之動態式影像局部對比度提升方法，的確能藉由上述所揭露之實施例，達到所預期之使用功效，且本發明亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求。爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

　　惟，上述所揭之圖示及說明，僅為本發明之較佳實施例，非為限定本發明之保護範圍；大凡熟悉該項技藝之人士，其所依本發明之特徵範疇，所作之其它等效變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之設計範疇。

(1)．．．顯示單元

(11)．．．影像畫面

(12)．．．運算視窗

(S1)．．．步驟一

(S2)．．．步驟二

(S3)．．．步驟三

(S4)．．．步驟四

第一圖：本發明之動態式影像局部對比度提升方法步驟流程圖

第二圖：本發明之較佳實施例其運算視窗於影像畫面上移動方向示意圖

第三圖：本發明之較佳實施例未以運算視窗掃瞄影像畫面示意圖

第四圖：本發明之較佳實施例以運算視窗掃瞄影像畫面之某一瞬間示意圖

(S1)．．．步驟一

(S2)．．．步驟二

(S3)．．．步驟三

(S4)．．．步驟四

Claims (10)

1. 一種動態式影像局部對比度提升方法，適用於一顯示單元，該顯示單元接收一影像序列，該影像序列包括複數個影像畫面（ｆｒａｍｅ），該等影像畫面以複數個具顏色特徵數值之像素點（ｐｉｘｅｌ）所構成，其動態式影像局部對比度提升方法包含下列步驟：
   　　步驟一：以一運算視窗動態掃瞄該影像畫面，該運算視窗之尺寸大小係小於該影像畫面；
   　　步驟二：接收該運算視窗內之像素點的顏色特徵數值；
   　　步驟三：將該運算視窗內之像素點的顏色特徵數值產生出一分佈直方圖（ｈｉｓｔｏｇｒａｍ），其中該分佈直方圖顯示該等像素點之顏色特徵數值與其計數（ｃｏｕｎｔ）之對應關係，該計數為該運算視窗內中具有該顏色特徵數值之像素點數量；以及
   　　步驟四：根據該分佈直方圖以習知之影像對比伸張技術進行運算，以調整該運算視窗內之影像對比度（ｃｏｎｔｒａｓｔ）。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之動態式影像局部對比度提升方法，其中該顯示單元係為顯示卡，或內建於顯示器系統晶片之顯示電路或軟體方法其中之一。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之動態式影像局部對比度提升方法，其中該運算視窗之尺寸大小係可手動調整。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之動態式影像局部對比度提升方法，其中該運算視窗之移動規則、速度、掃瞄範圍、動態對比的條件、強弱、規則或方法係可手動調整。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之動態式影像局部對比度提升方法，其中該運算視窗根據使用者於輸入裝置之觸發執行暫停、前進、後退或移動之動作。
6. 依據申請專利範圍第1項所述之動態式影像局部對比度提升方法，其中該運算視窗掃瞄之影像畫面係可手動調整。
7. 依據申請專利範圍第1項所述之動態式影像局部對比度提升方法，其中該像素點之顏色特徵數值範圍係介於０～１０２３之間。
8. 依據申請專利範圍第1項所述之動態式影像局部對比度提升方法，其中該顏色特徵數值係選自灰階值、色彩分布、亮度分佈其中之一。
9. 依據申請專利範圍第1項所述之動態式影像局部對比度提升方法，其中該運算視窗之長度係小於該影像畫面長度之１∕２，且該運算視窗之寬度係小於該影像畫面寬度之１∕２。
10. 一種至少包含電腦可執行模組之電腦可讀媒體，該等電腦可執行模組具有電腦可執行指令，當一電腦執行該等電腦可執行指令時，可執行如申請專利範圍第1～9項中任意一項所述之方法。