TWI534757B - 影像銳利化方法與影像處理裝置 - Google Patents

Description

影像銳利化方法與影像處理裝置

本發明是有關於一種影像處理方法，且特別是有關於一種影像銳利化的方法與使用此方法的影像處理裝置。

隨著技術的進步，生活中已有越來越多的影像擷取設備或是播放設備，例如為電視、智慧型手機、電腦螢幕、數位相機、數位攝影機。在這些設備中都可對數位影像作處理，使得處理後的影像更符合人的期待。其中一種影像處理便是銳利化，在銳利化的過程中有些像素的亮度會被增加，有些像素的亮度會被減少，這是用以讓影像中的邊緣或紋理看起來更明顯。然而，在一些情況下，如果降低了像素的亮度，即使像素的色度(或稱飽和度)沒有改變，在人眼的視覺上依然會覺得此像素的色度減少了而有退色的效果。因此，如何在影像銳利化的處理中避免退色的情形，為此領域技術人員所關心的議題。

本發明提出一種影像銳利化方法與影像處理裝置，可以在影像銳利化時避免退色的現象。

本發明一實施例提出一種影像銳利化方法，用於一影像處理裝置。此影像銳利化方法包括：取得多個像素，並對這些像素執行一銳利化演算法以取得每一個像素的亮度的偏移量，其中偏移量是用以增加或減少像素的亮度；判斷每一個像素是否位於色彩空間的一特定區域內，其中在特定區域內的每一個像素的亮度大於第一亮度臨界值，並且在特定區域內的每一個像素的色度大於一色度臨界值。此方法還包括：若第一像素是位於特定區域中且第一像素的偏移量是用以減少第一像素的亮度，減少第一像素的偏移量；若第一像素不位於特定區域或第一像素的偏移量是用以增加第一像素的亮度，則維持第一像素的偏移量不變或增加第一像素的偏移量；根據修正後的偏移量調整像素的亮度。

在一實施例中，上述特定區域內的每一個像素的亮度小於第二亮度臨界值。

在一實施例中，上述減少第一像素的偏移量的步驟包括：將第一像素的偏移量減少一修正數值，並且根據此修正數值增加第二像素的偏移量，其中第二像素是相鄰於第一像素。

在一實施例中，上述減少第一像素的偏移量的步驟包括：根據第一像素與特定區域的邊緣之間的邊緣距離來決定修正數值，並將第一像素的偏移量減少修正數值。

在一實施例中，上述的修正數值與邊緣距離成正相關。

本發明的一實施例提出一種影像處理裝置，包括銳利化模組與調整模組。銳利化模組是用以取得多個像素，並對像素執行銳利化演算法以取得每一個像素的亮度的偏移量。這些偏移量是用以增加或減少像素的亮度。調整模組是用以判斷每一個像素是否位於色彩空間的特定區域內。在特定區域內，每一個像素的亮度大於第一亮度臨界值，並且每一個像素的色度大於色度臨界值。若第一像素是位於特定區域中且第一像素的偏移量是用以減少第一像素的亮度，調整模組減少第一像素的偏移量。若第一像素不位於特定區域或第一像素的偏移量是用以增加第一像素的亮度，則調整模組維持第一像素的偏移量不變或增加第一像素的偏移量。調整模組也用以根據修正後的偏移量調整像素的亮度。

在一實施例中，上述的調整模組用以將第一像素的偏移量減少修正數值，並且根據此修正數值增加第二像素的偏移量，其中第二像素是相鄰於第一像素。

在一實施例中，上述的調整模組根據第一像素與特定區域的邊緣之間的邊緣距離來決定修正數值，並將第一像素的偏移量減少修正數值。

為讓本發明的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。

100‧‧‧影像處理裝置

110‧‧‧銳利化模組

120‧‧‧調整模組

210、220‧‧‧區域

230、240、250、410、420‧‧‧曲線

I₁、、I₂、、‧‧‧亮度

310‧‧‧色彩空間

320、510、520、530‧‧‧特定區域

321~323‧‧‧位置

330‧‧‧直線

S601~S606‧‧‧步驟

圖1是根據一實施例繪示影像處理裝置的示意圖；圖2是根據一實施例繪示執行銳利化演算法後的亮度曲線圖；圖3是根據實施例繪示特定區域的示意圖；圖4是根據一實施例繪示修正偏移量後的亮度曲線圖；圖5A~圖5C是根據圖3中直線330所繪示的色彩空間剖面圖；以及圖6是根據一實施例繪示影像銳利化方法的流程示意圖。

圖1是根據一實施例繪示影像處理裝置的示意圖。請參照圖1，影像處理裝置100至少包括了銳利化模組110與調整模組120。影像處理裝置100可以被實作為電視、數位相機、數位攝影機、智慧型手機、電腦、伺服器、投影機、任意形式的嵌入式系統或其他的電子裝置。在一實施例中，銳利化模組110與調整模組120是被實作為電路，但在另一實施例中，銳利化模組110與調整模組120是被實作為多個程式碼，由影像處理裝置100中的一個處理器(未繪示)來執行這些程式碼。本發明並不限制將銳利化模組110與調整模組120實作為軟體或是硬體。

銳利化模組110會取得多個像素，每一個像素都包括亮度(lightness)、色向(hue)、色度(chroma)三個灰階值。然而，在不同的色彩空間中，這三個灰階值可能有不同的名稱與計算方式。例如，在孟塞爾顏色系統(Munsell Color System)，上述的亮度被稱為明度(value)；若是在HSL色彩空間中，上述的色度是被稱為飽和度(saturation)；HSI色彩空間中，上述的亮度是被稱為強度(intensity)，且色度是被稱為飽和度。或者，上述的色度也可以被稱為顏色純度(color purity)。本領域具有通常知識者應可理解上述亮度、色向與色度在各個色彩空間中所代表的意義以及其計算方法，在此不再贅述。另外，銳利化模組110所取得的像素也可以是在RGB色彩空間中，銳利化模組110可將這些像素轉換至孟塞爾顏色系統、HSI色彩空間或是HSL色彩空間中，藉此取得亮度、色相與色度。在以下的實施例中，這些像素是在孟塞爾顏色系統中，但本發明應不在此限。

銳利化模組110會對這些像素執行一個銳利化演算法以取得每一個像素亮度的偏移量，這些偏移量是用以增加或是減少像素的亮度。在一實施例中，上述的銳利化演算法是一個高通濾波器，但本發明並不限制濾波器的係數或是濾波器中遮罩的大小。在其他實施例中，銳利化演算法也可以是非線性函數，本發明並不限制使用何種銳利化演算法。舉例來說，在圖2中，區域210中的像素具有亮度I₁，而區域220中的像素具有亮度I₂，而曲線230代 表還沒有執行銳利化演算法之前的亮度值。請參考曲線240，在某一種銳利化演算法中，區域210與區域220的邊界附近的亮度會被調整，但離開邊界較遠的亮度則不會被調整。或者，在另一演算法中，請參考曲線250，區域210中像素的亮度會被調整至亮度，而區域220中像素的亮度會被調整至亮度。以曲線250為例，上述的偏移量便是亮度I₁與亮度之間的差距，或者是亮度I₂與亮度之間的差距。在以下的實施例中，這些偏移量都是大於等於0的實數。但在另一實施例中，大於0的偏移量是用來增加亮度，而小於0的偏移量是用來減少亮度，本發明並不限制偏移量的表示方式。在此須強調的是，在此執行銳利化演算法以後，像素的亮度還沒有被改變，銳利化模組110只會計算出偏移量。

調整模組120會在色彩空間中劃出一個特定區域，並且判斷每一個像素是否位於此特定區域內。圖3是根據實施例繪示特定區域的示意圖。請參照圖3，色彩空間310中具有特定區域320。在此特定區域320內，每一個像素的亮度會大於第一亮度臨界值，並且每一個像素的色度會大於一個色度臨界值。舉例來說，第一亮度臨界值可以設定為最大亮度的一半，而色度臨界值可以設定為最大色度的一半。然而，在其他實施例中第一亮度臨界值與色度臨界值也可以設定為其他數值，本發明並不在此限。

一般來說，若色度高且中高亮度的像素(例如在特定區域320中的像素)被調暗，則人眼容易覺得有退色 的現象；若色度低或是亮度低的像素被調暗，則人眼比較不會覺得有退色的現象。因此，在此實施例中，若有一個第一像素是位於特定區域320中(例如在位置321)且第一像素的偏移量是用以減少第一像素的亮度(在圖3中表示為往下的箭頭)，則調整模組120會減少第一像素的偏移量。另一方面，若第一像素不位於特定區域320或第一像素的偏移量是用以增加第一像素的亮度，則調整模組120會維持第一像素的偏移量不變或增加第一像素的該偏移量。最後，調整模組120會根據修正以後的偏移量來調整像素的亮度。如此一來，就可以避免退色的情形。

上述減少偏移量的作法可以有許多態樣。例如，請參照圖4，圖4是根據一實施例繪示修正偏移量後的亮度曲線圖。在曲線410的例子當中，用來減少亮度的偏移量會被設定為0，因此區域220內像素的亮度並不會改變。另一方面，用來增加亮度的偏移量會維持不變。具體來說，若第一像素是落在圖3的特定區域320內且第一像素的偏移量是用來減少第一像素的亮度，則調整模組120會將第一像素的偏移量減少一個修正數值。此修正數值為大於0的實數，當此修正數值等於偏移量時，則會產生曲線410的情形。然而，在另一實施例中，修正數值也可以小於偏移量，本發明並不在此限。

在曲線420的例子中，用來減少亮度的偏移量會被設定為0，並且用來增加亮度的偏移量還會被增加，使得區域210內像素的亮度會被調整為亮度，請比對圖2與 圖4，其中亮度大於亮度。具體來說，若第一像素是落在特定區域320內且第一像素的偏移量是用來減少第一像素的亮度，則調整模組120會將第一像素的偏移量減少一個修正數值，並且會根據此修正數值來增加一個第二像素的偏移量，其中第二像素是相鄰於第一像素。例如，第一像素與第二像素分別是落在區域220與區域210內相鄰的位置。在此實施例中，第一像素的亮度所減少的修正數值會被加在第二像素的亮度上，但在另一實施例中調整模組120也可以將修正數值輸入一個函數以後，再把函數的輸出加在第二像素的亮度上。本發明並不限制如何根據修正數值來增加第二像素的亮度。

請參照回圖3，在另一實施例中，上述的修正數值也可以根據第一像素與特定區域320的邊緣之間的一個邊緣距離來決定。這是因為如果特定區域320邊緣處的偏移量差距太大，可能會產生不好的視覺效果。在一實施例中，修正數值與邊緣距離會成正相關。舉例來說，位置321~323上像素的偏移量都為5，並且這三個偏移量都是用來減少亮度。由於位置321與322在特定區域320內，因此位置321與322的像素的偏移量會被減少一個修正數值。然而，位置322比位置321更接近特定區域320右側的邊緣，也就是說位置322上像素的邊緣距離比位置321上像素的邊緣距離更小。因此，位置322所對應的修正數值會比較小(例如為2)，而位置321所對應的修正數值會比較大(例如為4)。如此一來，位置321所對應的偏移量會減少4 而成為1，位置322所對應的偏移量會減少2而成為3。值得注意的是，位置323所對應的偏移量依然是5，因此位置321~323之間的偏移量分別為1、3、5，不會讓特定區域320邊緣處的偏移量變化太大。

在上述的實施例中是根據特定區域320右側的邊緣來決定邊緣距離。在另一實施例中，邊緣距離也可以根據特定區域320任意一個邊緣來決定，本發明並不在此限。

圖5A~圖5C是根據圖3中直線330所繪示的色彩空間剖面圖。請參照圖5A~5C，特定區域510、520、530具有不同的形狀。舉例來說，在特定區域510中，每一個像素的亮度都大於第一亮度臨界值且小於第二亮度臨界值，並且每一個像素的色度都大於色度臨界值。特定區域520的邊界為一直線(在三度空間中為一圓桶狀)；而特定區域530的邊界為弧形。換言之，本發明並不限制特定區域的形狀。

圖6是根據一實施例繪示影像銳利化方法的流程示意圖。請參照圖6，在步驟S601中，取得多個像素並對這些像素執行銳利化演算法以取得每一個像素的亮度的偏移量。在步驟S602中，判斷像素是否位於色彩空間的特定區域內。若像素是在特定區域內，在步驟S603中，判斷偏移量是否用以減少像素的亮度。若步驟S603的判斷結果為是，在步驟S604中，減少像素的偏移量。若像素不是在特定區域內或偏移量是用以增加亮度，在步驟S605中， 維持像素的偏移量不變或增加像素的偏移量。在步驟S606中，根據修正後的偏移量來調整像素的亮度。然而，圖6中各步驟已詳細說明如上，在此便不再贅述。值得注意的是，圖6中若干步驟可以交換(例如步驟S602與步驟S603可以交換)，並且圖6中各步驟可以實作為多個程式碼或是電路，本發明並不在此限。此外，圖6的方法可以搭配以上實施例使用，也可以單獨使用。

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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

S601~S606‧‧‧步驟

Claims (10)

1. 一種影像銳利化方法，用於一影像處理裝置，該影像銳利化方法包括：取得多個像素，並對該些像素執行一銳利化演算法以取得每一該些像素的一亮度的一偏移量，其中該些偏移量是用以增加或減少該些像素的該些亮度；判斷每一該些像素是否位於一色彩空間的一特定區域內，其中在該特定區域內的每一該些像素的該亮度大於一第一亮度臨界值，並且在該特定區域內的每一該些像素的一色度大於一色度臨界值；若該些像素中的一第一像素是位於該特定區域中且該第一像素的該偏移量是用以減少該第一像素的該亮度，減少該第一像素的該偏移量；若該第一像素不位於該特定區域或該第一像素的該偏移量是用以增加該第一像素的該亮度，則維持該第一像素的該偏移量不變或增加該第一像素的該偏移量；以及根據修正後的該些偏移量調整該些像素的該些亮度。
2. 如請求項1所述之影像銳利化方法，其中在該特定區域內的每一該些像素的該亮度小於一第二亮度臨界值。
3. 如請求項1所述之影像銳利化方法，其中減少該第一像素的該偏移量的步驟包括：將該第一像素的該偏移量減少一修正數值，並且根據該修正數值增加該些像素中的一第二像素的該偏移量，其中該第二像素是相鄰於該第一像素。
4. 如請求項1所述之影像銳利化方法，其中減少該第一像素的該偏移量的步驟包括：根據該第一像素與該特定區域的一邊緣之間的一邊緣距離來決定一修正數值，並將該第一像素的該偏移量減少該修正數值。
5. 如請求項4所述之影像銳利化方法，其中該修正數值與該邊緣距離成正相關。
6. 一種影像處理裝置，包括：一銳利化模組，用以取得多個像素，並對該些像素執行一銳利化演算法以取得每一該些像素的一亮度的一偏移量，其中該些偏移量是用以增加或減少該些像素的該些亮度；一調整模組，用以判斷每一該些像素是否位於一色彩空間的一特定區域內，其中在該特定區域內的每一該些像 素的該亮度大於一第一亮度臨界值，並且在該特定區域內的每一該些像素的一色度大於一色度臨界值，其中若該些像素中的一第一像素是位於該特定區域中且該第一像素的該偏移量是用以減少該第一像素的該亮度，該調整模組減少該第一像素的該偏移量，若該第一像素不位於該特定區域或該第一像素的該偏移量是用以增加該第一像素的該亮度，則該調整模組維持該第一像素的該偏移量不變或增加該第一像素的該偏移量，其中該調整模組用以根據修正後的該些偏移量調整該些像素的該些亮度。
7. 如請求項6所述之影像處理裝置，其中在該特定區域內的每一該些像素的該亮度小於一第二亮度臨界值。
8. 如請求項6所述之影像處理裝置，其中該調整模組用以將該第一像素的該偏移量減少一修正數值，並且根據該修正數值增加該些像素中的一第二像素的該偏移量，其中該第二像素是相鄰於該第一像素。
9. 如請求項6所述之影像處理裝置，該調整模組根據該第一像素與該特定區域的一邊緣之間的一邊緣距 離來決定一修正數值，並將該第一像素的該偏移量減少該修正數值。
10. 如請求項9所述之影像處理裝置，其中該修正數值與該邊緣距離成正相關。