TWI523500B - 影像的動態範圍壓縮方法與影像處理裝置 - Google Patents

Description

影像的動態範圍壓縮方法與影像處理裝置

本發明是有關於一種影像處理方法，且特別是一種影像的動態範圍壓縮方法與影像處理裝置。

一張影像可以表示為多個像素，每個像素可以包括表示不同顏色的像素值。影像的動態範圍表示的是可能產生(或辨識)的最大像素值與最小像素值的比例。一般來說，自然環境中的動態範圍會比人眼的動態範圍較大。而人眼的動態範圍又比一般的影像擷取裝置較大。因此，當環境光源不平均時，在一個顯示器上所顯示的影像可能並不是人眼所期待看到的影像。例如，在拍照時的背光情形，便是顯示器的動態範圍不足所產生的。因此，如何讓高動態範圍的影像顯示在低動態範圍的顯示器、或者是增進低動態範圍影像的影像品質，為此領域研究人員所關心的議題。

本發明一實施例提出一種影像的動態範圍壓縮方法與影像處理裝置，可以提昇影像的品質。

本發明一實施例提出一種影像的動態範圍壓縮方法，適用於一個影像處理裝置。此方法包括：接收多個輸入像素，其中輸入像素包括第一輸入像素；取得每一個輸入像素的一個亮度像素值；根據輸入像素的亮度像素值， 執行一個濾波器運算以取得對應於第一輸入像素的一個濾波器結果；根據一個函式將濾波器結果轉換為一個函式結果；以及根據第一輸入像素的亮度像素值以及函式結果與濾波器結果相除的一個轉換比值，取得第一輸入像素的一個輸出亮度像素值。

在一實施例中，上述根據第一輸入像素的亮度像素值以及函式結果與濾波器結果相除的轉換比值，取得第一輸入像素的輸出亮度像素值的步驟包括：將轉換比值與第一輸入像素的亮度像素值相乘，以取得一個相乘結果；以及根據一個最大值與一個最小值調整所述的相乘結果以取得第一輸入像素的輸出亮度像素值，其中第一輸入像素的輸出亮度像素值介於最大值與最小值之間。

在一實施例中，上述根據函式將濾波器結果轉換為函式結果的步驟包括：根據所述的濾波器結果、一個輸入像素亮度最大值、一個最小參數、一個最大參數取得第一正規化參數，其中最小參數與最大參數皆大於0；以及將第一輸入像素的亮度像素值與第一正規化參數代入一個雙曲正切(hyperbolic tangent)函式，並根據雙曲正切函式的輸出取得函式結果。

在一實施例中，上述的輸入像素是被包括在一個影像當中，並且此影像包括多個行與多個列。上述取得每一個輸入像素的亮度像素值的步驟包括：根據下列方程式(1)~(4)取得亮度像素值。

L _in (x,y)=p ₁．Y _in (x,y)+max[△C _r (x,y),△C _rb (x,y),△C _b (x,y)]………(1)

其中，x與y為非負的整數，p₁~p₈為實數。L_in(x,y)表示影像中第x列第y行的輸入像素的亮度像素值。Y_in(x,y)表示影像中第x列第y行的輸入像素在一個YCbCr色域中的Y像素值。(x,y)表示影像中第x列第y行的輸入像素在YCbCr色域中的Cr像素值。(x,y)表示影像中第x列第y行的輸入像素在YCbCr色域中的Cb像素值。

在一實施例中，上述的動態壓縮方法更包括：根據下列方程式(5)來取得每一個輸入像素的一個輸出結果。Y _out (x,y)={wα(x,y)+(1-w)[p ₉．α(x,y)+p ₁₀]}Y _in (x,y)-16w[α(x,y)-1]………(5)，其中，w為大於等於0且小於等於1的實數。p₉與p₁₀為實數。α(x,y)為影像中第x列第y行的輸入像素的輸出亮度值與輸入亮度值的比值。Y_in(x,y)表示影像中第x列第y行的輸入像素在一個YCbCr色域中的Y像素值。Y _out (x,y)為影像中第x列第y行的輸入像素的輸出結果。

在一實施例中，上述的動態範圍壓縮方法更包括：根據下列方程式(6)來取得第一輸入像素的輸出色彩像素值。

其中，(x,y)表示影像中第x列第y行的輸入像素在YCbCr色域中的Cb像素值或是Cr像素值。(x,y)表示影像中第x列第y行的輸入像素在YCbCr色域中的Cb輸出色彩像素值或是Cr輸出色彩像素值。

在一實施例中，上述的動態範圍壓縮方法更包括：根據所述方程式(5)建立一個亮度查找表，此亮度查找表的輸入索引為濾波器結果與輸入像素在YCbCr色域中的Y像素值；根據所述方程式(6)建立一個色彩查找表，此色彩查找表的輸入索引為濾波器結果與輸入像素在YCbCr色域中的Cr像素值或Cb像素值。其中將第一輸入像素的亮度像素值，以及函式結果與濾波器結果的轉換比值，取得第一輸入像素的輸出亮度像素值的步驟包括：根據亮度查找表、第一輸入像素的輸入亮度像素值與濾波器結果取得第一輸入像素的輸出結果；以及根據色彩查找表、第一輸入像素在YCbCr色域中的Cr像素值或Cb像素值、與濾波器結果取得第一輸入像素的Cb輸出色彩像素值或是Cr輸出色彩像素值。

以另外一個角度來說，本發明一實施例提出一種影像處理裝置，包括亮度擷取電路、濾波器運算電路與像素值調整電路。亮度擷取電路是用以接收多個輸入像素，其中包括第一輸入像素。亮度擷取電路也用以取得每一個輸入像素的亮度像素值。濾波器運算電路是耦接至亮度擷取電路，用以根據輸入像素的亮度像素值，執行一個濾波器運算以取得對應於第一輸入像素的濾波器結果。像素值調整電路是耦接至濾波器運算電路，用以根據一個函式將濾波器結果轉換為函式結果，以及根據第一輸入像素的亮度像素值以及函式結果與濾波器結果相除的一個轉換比值，取得第一輸入像素的輸出亮度像素值。

在一實施例中，上述的像素值調整電路還用以將轉換 比值與第一輸入像素的亮度像素值相乘，以取得一個相乘結果。像素值調整電路也會根據一個最大值與一個最小值調整相乘結果，以取得第一輸入像素的輸出亮度像素值。其中第一輸入像素的輸出亮度像素值是介於最大值與最小值之間。

在一實施例中，上述的像素值調整電路更用以根據濾波器結果、一個輸入像素亮度最大值、一個最小參數、以及一個最大參數取得第一正規化參數。最小參數與最大參數皆大於0。像素值調整電路還用以將第一輸入像素的亮度像素值與第一正規化參數代入一個雙曲正切(hyperbolic tangent)函式，並根據雙曲正切函式的輸出取得函式結果。

在一實施例中，上述的像素值調整電路還用以根據下列方程式(1)~(4)取得亮度像素值。

L _in (x,y)=p ₁．Y _in (x,y)+max[△C _r (x,y),△C _rb (x,y),△C _b (x,y)]………(1)

其中，x與y為非負的整數。p₁~p₈為實數。L_in(x,y)表示影像中第x列第y行的輸入像素的亮度像素值。Y_in(x,y)表示影像中第x列第y行的輸入像素在一個YCbCr色域中的Y像素值。(x,y)表示影像中第x列第y行的輸入像素在YCbCr色域中的Cr像素值。(x,y)表示影像中第x列第y行的輸入像素在YCbCr色域中的Cb像素值。

在一實施例中，上述的像素值調整電路還用以根據下 列方程式(5)來取得每一個輸入像素的輸出結果。

Y _out (x,y)={wα(x,y)+(1-w)[p ₉．α(x,y)+p ₁₀]}Y _in (x,y)-16w[α(x,y)-1]………(5)w為大於等於0且小於等於1的實數。p₉與p₁₀為實數。α(x,y)為影像中第x列第y行的輸入像素的輸出亮度值與輸入亮度值的比值。Y_in(x,y)表示影像中第x列第y行的輸入像素在一個YCbCr色域中的Y像素值。Y _out (x,y)為影像中第x列第y行的輸入像素的輸出結果。

在一實施例中，上述的像素值調整電路更用以根據下列方程式(6)來取得第一輸入像素的輸出色彩像素值。

(x,y)表示影像中第x列第y行的輸入像素在YCbCr色域中的Cb像素值或是Cr像素值。(x,y)表示影像中第x列第y行的輸入像素在YCbCr色域中的Cb輸出色彩像素值或是Cr輸出色彩像素值。

在一實施例中，上述的像素值調整電路包括亮度查照表與色彩查找表。亮度查找表是根據所述方程式(5)所建立。 其中亮度查找表的輸入索引為濾波器結果與輸入像素在YCbCr色域中的Y像素值。亮度查找表的輸出為輸入像素的輸出結果。色彩查找表是根據所述方程式(6)所建立。色彩查找表的輸入索引為濾波器結果與輸入像素在YCbCr色域中的Cr像素值或Cb像素值。色彩查找表的輸出為輸入像素的Cb輸出色彩像素值或是Cr輸出色彩像素值。

基於上述，本發明實施例所提出的動態範圍壓縮方法與影像處理裝置，可以保留影像的細節與色彩資訊，並且 用查找表來加速。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是根據一範例實施例說明一影像處理裝置的方塊圖。

請參照圖1，影像處理裝置100是接收影像120，並輸出影像140。影像處理裝置100是用以增加影像120的對比度，保留影像中的細節，保留影像中的色彩資訊，其結果為影像140。例如，影像處理裝置100為個人電腦、筆記型電腦、數位相機、數位攝影機、網路攝影機、智慧型手機、平板電腦或是掃描機，本發明並不在此限。

影像處理裝置100包括了亮度擷取電路102、濾波器運算電路104與像素值調整電路106。舉例來說，亮度擷取電路102、濾波器運算電路104與像素值調整電路106可被實作為積體電路，其中各包括了多個邏輯閘。

亮度擷取電路102是用以擷取影像120中的像素值。舉例來說，影像120中包括多個輸入像素，且每一個輸入像素都至少包括一個像素值。亮度擷取電路102也用以轉換這些像素值的色域(color space)。

濾波器運算電路104是耦接至亮度擷取電路102，用以對像素值執行一個濾波器運算。例如，濾波器運算為平均值運算，但本發明並不在此限。

像素值調整電路106是耦接至亮度擷取電路102與濾波器運算電路104，用以調整影像120中的像素值，並產生影像140。

亮度擷取電路102、濾波器運算電路104與像素值調整電路106將詳細說明如下。

圖2是根據一範例實施例說明影像的範例示意圖。

請參照圖2，影像120中包括多個輸入像素，且這些輸入像素是以行與列的方式排列成矩陣。例如，輸入像素121為影像120中第1列第1行的輸入像素、輸入像素122是在影像120中的第1列第2行、而輸入像素123是在影像120中的第2列第1行，以此類推。每一個輸入像素會包括至少一個像素值。例如，影像120為在YCbCr色域的彩色影像，而每一個輸入像素會包括Y像素值、Cb像素值與Cr像素值。然而，在其他實施例中，每一個輸入像素也可以包括紅色像素值、綠色像素值以及藍色像素值，本發明並不在此限。

亮度擷取電路102會接收影像120中的輸入像素，取得每一個輸入像素的亮度像素值。例如，此亮度像素值是在HSV(hue,saturation,value)色域中的V像素值。然而，在其他實施例中，亮度像素值也可以是YCbCr色域中的Y像素值，或者是Lab色域中的L像素值，本發明並不在此限。

濾波器運算電路104會根據這些輸入像素的亮度像素值執行一個濾波器運算，以取得一個濾波器結果。例如， 濾波器運算電路104是根據濾波器124來執行濾波器運算。本實施例中，濾波器124是一個計算平均值的濾波器，並且以輸入像素126(亦稱第一輸入像素)為中心計算在濾波器124範圍內所有輸入像素的亮度像素值的平均值。而根據濾波器124所產生的平均值即是濾波器結果。在其他實施例中，濾波器124中的每一個輸入像素的亮度像素值可以再乘上一個權重。或者，濾波器124可以是高斯濾波器或其他種類的低通濾波器，本發明並不在此限。

像素值調整電路106會根據一個函式將濾波器結果轉換為一個函式結果。例如，此函式是一個連續且一階可微分的函式，但本發明並不在此限。像素值調整電路106會根據輸入像素126的亮度像素值以及函式結果與濾波器結果相除的一個轉換比值來取得輸入像素126的輸出亮度像素值。當取得每一個輸入像素的輸出亮度像素值以後，像素值調整電路106可以根據這些輸出亮度像素值取得影像140。

舉例來說，像素值調整電路106會根據下列方程式(1)與方程式(2)來取得輸出亮度像素值。

其中L _in (x,y)表示影像120中第x列第y行的輸入像素的亮度像素值。L _out (x,y)為影像120中第x列第y行的輸入像素的輸出亮度像素值。(x,y)為對應於影像120中第x列第 y行的輸入像素的濾波器結果，在此實施例中為平均值。T[]為連續且一階可微分的函式。r(x,y)為函式結果與濾波器結果相除的轉換比值。表示一個運算，此運算會將L的數值限制在一個最大值(即，1)與最小值(即，0)之間。

換言之，在一實施例中，像素值調整電路106是將轉換比值r(x,y)與輸入像素126的亮度像素值L _in (x,y)相乘以取得一個相乘結果。並且，像素值調整電路106會根據一個最大值與最小值來調整相乘結果以取得輸入像素126的輸出亮度像素值L _out (x,y)。其中輸入像素126的輸出亮度像素值會介於最大值與最小值之間。

在一實施例中，函式T[]會包括一個雙曲正切(hyperbolic tangent)函式。具體來說，函式T[]可以用下列方程式(3)~(6)來表示。

其中，T[L _in (x,y)]為對應影像120中第x列第y行的輸入像素的函式結果。tanh()為雙曲正切函式。為一個輸入像素亮度最大值，表示影像120中所有的輸入像素所可能包括的最大的亮度像素值。例如，當每一個亮度像素值用8個位元來表示時，為255。然而，在其他實施例中，也可為4095或65535，本發明並不在此限。m_min與m_max分別為最小參數與 最大參數，其值大於0。使用者可以調整m_min與m_max以產生出不一樣的動態範圍調整結果，例如，m_min與m_max為10與255，但本發明並不限制m_min與m_max的值。

換言之，像素值調整電路106是根據對應於輸入像素126的濾波器結果(x,y)、輸入像素亮度最大值、最小參數m_min以及最大參數m_max取得第一正規化參數m(x,y)。並且，像素值調整電路106會將輸入像素126的亮度像素值L _in (x,y)與第一正規化參數m(x,y)代入雙曲正切函式，並根據雙曲正切函式的輸出取得函式結果。

若將前述方程式(3)~(5)代入前述方程式(1)，可以得到下列方程式(7)與(8)。

其中ε為大於0的小數字，是用以避免除以0的運算發生。在一實施例中，根據方程式(7)所產生的影像140可以達到動態範圍壓縮的功效以及保留影像140中的細節。

值得注意的是，在一實施例中，上述的亮度像素值是在HSV色域中的V像素值。然而，影像120卻是在YCbCr的色域中。因此，亮度擷取電路102會將YCbCr色域的Y像素值轉換為HSV色域中的V像素值。

圖3是根據一實施例說明影像處理裝置的方塊圖。

影像處理裝置300包括亮度擷取電路320、濾波器運 算電路340與像素值調整電路360。像素值調整電路360包括了第一電路361、第二電路362、第三電路363、第四電路364與第五電路365。

在圖3所示的範例實施例中，影像120是在YCbCr的色域中，因此影像120可被分為Y像素值402、Cb像素值404與Cr像素值406。亮度擷取電路320會跟據這些在YCbCr的色域的像素值，取得在HSV色域中的V像素值(即，輸入像素的亮度像素值408)。舉例來說，亮度擷取電路102可根據下列方程式(9)~(12)來作此轉換。

L _in (x,y)=p ₁．Y _in (x,y)+max[△C _r (x,y),△C _rb (x,y),△C _b (x,y)]………(9)

L_in(x,y)表示影像120中第x列第y行的輸入像素在HSV色域中的V像素值(即，亮度像素值408)。Y_in(x,y)表示影像120中第x列第y行的輸入像素在YCbCr色域中的Y像素值402。(x,y)表示影像120中第x列第y行的輸入像素在YCbCr色域中的Cr像素值406。(x,y)表示影像120中第x列第y行的輸入像素在YCbCr色域中的Cb像素值404。p₁~p₈為實數，例如，p₁=1.164，p₂=1.596，p₃=222.912，p₄=135.488，p₅=0.391，p₆=0.813，p₇=2.018，並且p₈=276.928。然而，在其他實施例中，p₁~p₈可以為其他數值(例如，小數點的精準度有更多或更少位元)，本發明並不在此限。

在另一實施例中，亮度擷取電路102也可以先把YCbCr 色域的像素值轉換為RGB色域的像素值，再把RGB色域的像素值轉換為HSV色域中的像素值，本發明並不在此限。

濾波器運算電路340會根據亮度像素值408來產生濾波器結果410，然而，此濾波器運算已說明如上，在此便不再贅述。

接下來，第一電路361會根據方程式(1)與(2)取得函式結果與濾波器結果相除410的轉換比值411。此轉換比值411取亮度像素值408會經過乘法器412的運算，並且第二電路362會將乘法器412的輸出限制在一個最大值(例如，1)與最小值(例如，0)之間。第二電路362會產生一個輸入像素的輸出亮度像素值413。

第三電路363會將輸出亮度像素值413與輸入亮度像素值408相除以取得一個比值。舉例來說，第三電路363會根據下列方程式(13)來取得此比值(表示為α(x,y))。

第四電路364會根據下列方程式(14)來取得一個亮度調整比值414。

S _Y (x,y)=wα(x,y)+(1-w)[p ₉．α(x,y)+p ₁₀]………(14)

其中，S_Y(x,y)是對應影像120中第x列第y行的輸入像素的亮度調整比值414。α(x,y)是影像120中第x列第y行的輸入像素的輸出亮度值L _out (x,y)與像素亮度值L_in(x,y)的比值。w為大於等於0且小於等於1的實數，本發明並不限定w的值。p₉與p₁₀為實數，例如，p₉=0.8591，p₁₀=0.1409。然而，其他範例實施例中，p₉與p₁₀可為其他數值，本發明並 不在此限。

另一方面，第五電路會根據下列方程式(15)來取得一個色彩調整比值415。

S _C (x,y)=wα(x,y)+(1-w)………(15)

其中，S_c(x,y)為對應影像120中第x列第y行的輸入像素的色彩調整比值415。

從方程式(14)與(15)可以得知，多個常數與變數都可共同地被第四電路364與第五電路365使用。因此，在此實施例中，這些常數可以另外儲存在非揮發性的記憶體中，成為常數416~418。並且，乘法器419與420也可以用來加速像素值調整電路106的運算速度。

接下來，乘法器421會將Y像素值402與亮度調整比值414相乘，相乘的結果再經過減法器422的運算，如此一來便可以得到對應於Y像素值402的輸出結果。相似地，乘法器423會將Cb像素值404與色彩調整比值415相乘，相乘的結果再經過減法器424的運算，如此一來便可以得到對應於Cb像素值404的輸出色彩像素值。乘法器425會將Cr像素值406與色彩調整比值415相乘，相乘的結果再經過減法器426的運算，如此一來便可以得到對應於Cb像素值406的輸出色彩像素值。而減法器422、424、與426的輸出便可以組成影像140。

值得注意的是，第四電路364、乘法器421與減法器422的功能可以合併寫成下列方程式(16)。而第五電路365、乘法器423、425與減法器424、426的功能可以合併 寫成下列方程式(17)。

Y _out (x,y)={wα(x,y)+(1-w)[p ₉．α(x,y)+p ₁₀]}Y _in (x,y)-16w[α(x,y)-1]………(16)

其中，Y _out (x,y)為影像140中第x列第y行的輸入像素的輸出結果。(x,y)表示影像120中第x列第y行的輸入像素在YCbCr色域中的Cb像素值或是Cr像素值。(x,y)表示影像120中第x列第y行的輸入像素在YCbCr色域中的Cb輸出色彩像素值或是Cr輸出色彩像素值。

圖4是根據一範例實施例說明動態壓縮方法的流程圖。

請參照圖4，在步驟S402中，接收多個輸入像素，其中包括一個第一輸入像素。在步驟S404中，取得每一個輸入像素的亮度像素值。在步驟S406中，根據這些輸入像素的亮度像素值，執行一個濾波器運算以取得對應於第一輸入像素的濾波器結果。在步驟S408中，根據一個函式將濾波器結果轉換為一個函式結果。在步驟S4010中，根據第一輸入像素的亮度像素值以及函式結果與濾波器結果相除的轉換比值，取得第一輸入像素的輸出亮度像素值。然而，圖4各步驟已詳細說明如上，在此便不再贅述。

[第二實施例]

第二實施例與第一實施例類似，在此僅描述不同之處。在第二實施例中，像素值調整電路的功能可以實作為一或多個查找表，藉此增加執行速度。

圖5是根據第二實施例說明影像處理裝置的方塊圖。

請參照圖5，影像處理裝置500包括亮度擷取電路320、濾波器運算電路340與像素值調整電路520。然而，亮度擷取電路320、濾波器運算電路340的功能在第一實施例說明，在此便不在贅述。

像素值調整電路520包括亮度查找表521以及色彩查找表522、523。亮度查找表521是根據前述方程式(16)所建立，而與色彩查找表522、523是根據前述方程式(17)所建立。具體來說，前述方程式(16)與(17)可以分別被改寫為下列方程式(18)與(19)。

從方程式(18)與(19)可以得知，w、p₉、p₁₀皆是預設值，在本實施例中並不會改變。因此，其中的變數僅有(x,y)、Y _in (x,y)與(x,y)，而濾波器結果(x,y)是由濾波器運算電路340所取得。並且，由於Y _in (x,y)與(x,y)的值是在一個固定範圍內(例如，0至255)，因此方程式(18)與(19)的結果可以預先計算，並且儲存在一個查找表內。換言之，亮度查找表521是以Y _in (x,y)與濾波器結果(x,y)當作輸入索引，並且輸出一個輸入像素的輸出結果Y _out (x,y)。類似地，色彩查找表522是以(x,y)(即，Cb像素值404)與濾波器結果 (x,y)當做輸入索引，並且輸出一個輸入像素的Cb輸出色彩像素值。色彩查找表523是以(x,y)(即，Cr像素值406)與濾波器結果(x,y)當做輸入索引，並且輸出一個輸入像素的Cr輸出色彩像素值。

值得注意的是，在本實施例中，Y像素值402、Cb像素值404或Cr像素值的範圍是0~255的連續整數。但在其他實施例中，這些範圍可以經過量化，使得在亮度查找表521以及色彩查找表522、523中可以用量化過的範圍當做輸入索引，本發明並不在此限。

綜上所述，本發明實施例所提出的動態壓縮方法與影像處理裝置，可以同時做動態範圍壓縮，保留影像中的細節，保留色彩資訊，並且可以快速地用查找表的方式取得輸出影像。然而，上述的優點並不需要被包括在其他的實施例中。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故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。

100、300、500‧‧‧影像處理裝置

120、140‧‧‧影像

102、320‧‧‧亮度擷取電路

104、340‧‧‧濾波器運算電路

106、360、520‧‧‧像素值調整電路

121、122、123‧‧‧輸入像素

124‧‧‧濾波器

126‧‧‧第一輸入像素

361‧‧‧第一電路

362‧‧‧第二電路

363‧‧‧第三電路

364‧‧‧第四電路

365‧‧‧第五電路

402‧‧‧Y像素值

404‧‧‧Cb像素值

406‧‧‧Cr像素值

408‧‧‧輸入亮度像素值

410‧‧‧濾波器結果

411‧‧‧轉換比值

413‧‧‧輸出亮度值

414‧‧‧亮度調整比值

415‧‧‧彩色調整比值

416、417、418‧‧‧參數

412、419、420、421、423、425‧‧‧乘法器

422、424、426‧‧‧減法器

S402、S404、S406、S408、S410‧‧‧動態範圍壓縮方法的步驟

521‧‧‧亮度查找表

522、523‧‧‧色彩查找表

圖1是根據一範例實施例說明一影像處理裝置的方塊圖。

圖2是根據一範例實施例說明影像的範例示意圖。

圖3是根據一實施例說明影像處理裝置的方塊圖。

圖4是根據一範例實施例說明動態壓縮方法的流程圖。

圖5是根據第二實施例說明影像處理裝置的方塊圖。

S402、S404、S406、S408、S410‧‧‧動態範圍壓縮方法的步驟

Claims (14)

1. 一種影像的動態範圍壓縮方法，適用於一影像處理裝置，包括：接收多個輸入像素，其中該些輸入像素包括一第一輸入像素；取得每一該些輸入像素的一亮度像素值；根據該些輸入像素的亮度像素值，執行一濾波器運算以取得對應於該第一輸入像素的一濾波器結果；根據一函式將該濾波器結果轉換為一函式結果；以及根據該第一輸入像素的亮度像素值以及該函式結果與該濾波器結果相除的一轉換比值，取得該第一輸入像素的一輸出亮度像素值，其中該輸出亮度像素值是根據以下方程式來獲得： 其中x與y為非負整數，L _in (x,y)表示一影像中第x列第y行的該輸入像素的該亮度像素值，L _out (x,y)表示該影像中第x列第y行的該輸入像素的該輸出亮度像素值，表示對應於該影像中第x列第y行的該輸入像素的該濾波器結果，T[]表示連續且一階可微分的一函式，r(x,y)表示該函式結果與該濾波器結果相除的該轉換比值，表示一運算，該運 算會將L的數值限制在一最大值與一最小值之間，其中每一該些輸入像素的該亮度像素值更根據一增益值及一修正值來獲得，其中每一該些輸入像素的一輸出結果及YCbCr色域中該第一輸入像素的一輸出色彩像素值更根據該增益值及該修正值來獲得。
2. 如申請專利範圍第1項所述之動態範圍壓縮方法，其中根據該第一輸入像素的亮度像素值以及該函式結果與該濾波器結果相除的該轉換比值，取得該第一輸入像素的該輸出亮度像素值的步驟包括：將該轉換比值與該第一輸入像素的亮度像素值相乘，以取得一相乘結果；以及根據一最大值與一最小值調整該相乘結果，以取得該第一輸入像素的該輸出亮度像素值，其中該第一輸入像素的該輸出亮度像素值介於該最大值與該最小值之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之動態範圍壓縮方法，其中根據該函式將該濾波器結果轉換為該函式結果的步驟包括：根據該濾波器結果、一輸入像素亮度最大值、一最小參數、一最大參數取得一第一正規化參數，其中該最小參數與該最大參數皆大於0；以及將該第一輸入像素的亮度像素值與該第一正規化參數代入一雙曲正切(hyperbolic tangent)函式，並根據該雙曲正切函式的輸出取得該函式結果。
4. 如申請專利範圍第1項所述之動態範圍壓縮方法，其中該些輸入像素是被包括在一影像當中，並且該影像包括多個行與多個列，其中取得每一該些輸入像素的該亮度像素值的步驟包括：根據方程式(1)~(4)取得該亮度像素值，L _in (x,y)=p ₁．Y _in (x,y)+max[△C _r (x,y),△C _rb (x,y),△C _b (x,y)]...(1) 其中，x與y為非負的整數，p₁~p₈為實數，L_in(x,y)表示該影像中第x列第y行的該輸入像素的亮度像素值，Y_in(x,y)表示該影像中第x列第y行的該輸入像素在一YCbCr色域中的Y像素值，表示該影像中第x列第y行的該輸入像素在該YCbCr色域中的Cr像素值，表示該影像中第x列第y行的該輸入像素在該YCbCr色域中的Cb像素值。
5. 如申請專利範圍第1項所述之動態範圍壓縮方法，其中該些輸入像素是被包括在一影像當中，並且該影像包括多個行與多個列，其中該動態壓縮方法更包括：根據方程式(5)來取得每一該些輸入像素的該輸出結果，Y _out (x,y)={wα(x,y)+(1-w)[p ₉．α(x,y)+p ₁₀]}Y _in (x,y)-16w[α(x,y)-1]...(5)，其中，w為大於等於0且小於等於1的實數，p₉與p₁₀為實數，α(x,y)為該影像中第x列第y行的該輸入像素的該輸出亮度值與輸入亮度值的比值，Y_in(x,y)表示該影像中第x 列第y行的該輸入像素在一YCbCr色域中的Y像素值，Y _out (x,y)為該影像中第x列第y行的該輸入像素的該輸出結果。
6. 如申請專利範圍第5項所述之動態範圍壓縮方法，更包括：根據方程式(6)來取得該第一輸入像素的該輸出色彩像素值， 其中，表示該影像中第x列第y行的該輸入像素在該YCbCr色域中的Cb像素值或是Cr像素值，表示該影像中第x列第y行的該輸入像素在該YCbCr色域中的Cb輸出色彩像素值或是Cr輸出色彩像素值。
7. 如申請專利範圍第6項所述之動態範圍壓縮方法，更包括：根據所述方程式(5)建立一亮度查找表，其中該亮度查找表的輸入索引為該濾波器結果與該些輸入像素在該YCbCr色域中的Y像素值；以及根據所述方程式(6)建立一色彩查找表，其中該色彩查找表的輸入索引為該濾波器結果與該些輸入像素在該YCbCr色域中的Cr像素值或Cb像素值；其中將該第一輸入像素的亮度像素值，以及該函式結果與該濾波器結果的該轉換比值，取得該第一輸入像素的該輸出亮度像素值的步驟包括：根據該亮度查找表、該第一輸入像素的該輸入亮度像素值與該濾波器結果取得該第一輸入像素的該輸出結果； 以及根據該色彩查找表、該第一輸入像素在該YCbCr色域中的Cr像素值或Cb像素值、與該濾波器結果取得該第一輸入像素的該Cb輸出色彩像素值或是該Cr輸出色彩像素值。
8. 一種影像處理裝置，包括：一亮度擷取電路，用以接收多個輸入像素，其中該些輸入像素包括一第一輸入像素，該亮度擷取電路也用以取得每一該些輸入像素的一亮度像素值；一濾波器運算電路，耦接至該亮度擷取電路，用以根據該些輸入像素的亮度像素值，執行一濾波器運算以取得對應於該第一輸入像素的一濾波器結果；一像素值調整電路，耦接至該濾波器運算電路，用以根據一函式將該濾波器結果轉換為一函式結果，以及根據該第一輸入像素的亮度像素值以及該函式結果與該濾波器結果相除的一轉換比值，取得該第一輸入像素的一輸出亮度像素值，其中該輸出亮度像素值是根據以下方程式來獲得： 其中x與y為非負整數，L _in (x,y)表示一影像中第x列第y行的該輸入像素的該亮度像素值，L _out (x,y)表示該影像中第x列第y行的該輸入像素的該輸出亮度像素值， 表示對應於該影像中第x列第y行的該輸入像素的該濾波器結果，T[]表示連續且一階可微分的一函式，r(x,y)表示該函式結果與該濾波器結果相除的該轉換比值，表示一運算，該運算會將L的數值限制在一最大值與一最小值之間，其中每一該些輸入像素的該亮度像素值更根據一增益值及一修正值來獲得，其中每一該些輸入像素的一輸出結果及YCbCr色域中該第一輸入像素的一輸出色彩像素值更根據該增益值及該修正值來獲得。
9. 如申請專利範圍第8項所述之影像處理裝置，其中該像素值調整電路還用以將該轉換比值與該第一輸入像素的亮度像素值相乘，以取得一相乘結果，並且根據一最大值與一最小值調整該相乘結果，以取得該第一輸入像素的該輸出亮度像素值，其中該第一輸入像素的該輸出亮度像素值介於該最大值與該最小值之間。
10. 如申請專利範圍第8項所述之影像處理裝置，其中該像素值調整電路更用以根據該濾波器結果、一輸入像素亮度最大值、一最小參數、一最大參數取得一第一正規化參數，其中該最小參數與該最大參數皆大於0，該像素值調整電路還用以將該第一輸入像素的亮度像素值與該第一正規化參數代入一雙曲正切(hyperbolic tangent)函式，並根據該雙曲正切函式的輸出取得該函式結果。
11. 如申請專利範圍第8項所述之影像處理裝置，其中該些輸入像素是被包括在一影像當中，並且該影像包括多個行與多個列，其中取該像素值調整電路還用以根據方程式(1)~(4)取得該亮度像素值，L _in (x,y)=p ₁．Y _in (x,y)+max[△C _r (x,y),△C _rb (x,y),△C _b (x,y)]...(1) 其中，x與y為非負的整數，p₁~p₈為實數，L_in(x,y)表示該影像中第x列第y行的該輸入像素的亮度像素值，Y_in(x,y)表示該影像中第x列第y行的該輸入像素在一YCbCr色域中的Y像素值，表示該影像中第x列第y行的該輸入像素在該YCbCr色域中的Cr像素值，表示該影像中第x列第y行的該輸入像素在該YCbCr色域中的Cb像素值。
12. 如申請專利範圍第8項所述之影像處理裝置，其中該些輸入像素是被包括在一影像當中，並且該影像包括多個行與多個列，其中該像素值調整電路還用以根據方程式(5)來取得每一該些輸入像素的該輸出結果，Y _out (x,y)={wα(x,y)+(1-w)[p ₉．α(x,y)+p ₁₀]}Y _in (x,y) -16w[α(x,y)-1]...(5)其中，w為大於等於0且小於等於1的實數，p₉與p₁₀為實數，α(x,y)為該影像中第x列第y行的該輸入像素的該輸出亮度值與輸入亮度值的比值，Y_in(x,y)表示該影像中第x列第y行的該輸入像素在一YCbCr色域中的Y像素值，Y _out (x,y)為該影像中第x列第y行的該輸入像素的該輸出結果。
13. 如申請專利範圍第12項所述之影像處理裝置，該像素值調整電路更用以根據方程式(6)來取得該第一輸入像素的該輸出色彩像素值， 其中，表示該影像中第x列第y行的該輸入像素在該YCbCr色域中的Cb像素值或是Cr像素值，表示該影像中第x列第y行的該輸入像素在該YCbCr色域中的Cb輸出色彩像素值或是Cr輸出色彩像素值。
14. 如申請專利範圍第13項所述之影像處理裝置，該像素值調整電路包括：一亮度查照表，該亮度查找表是根據所述方程式(5)所建立，其中該亮度查找表的輸入索引為該濾波器結果與該些輸入像素在該YCbCr色域中的Y像素值，該亮度查找表的輸出為該些輸入像素的該輸出結果；以及一色彩查找表，該色彩查找表是根據所述方程式(6)所建立，其中該色彩查找表的輸入索引為該濾波器結果與該些輸入像素在該YCbCr色域中的Cr像素值或Cb像素值，該色彩查找表的輸出為該些輸入像素的該Cb輸出色彩像素值或是該Cr輸出色彩像素值。