TWI610575B - 影像處理裝置及影像處理方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種影像處理裝置，其中包含一解析電路、一偵測電路、一決定電路與一轉換電路。該解析電路係用以解析一影像來得到該影像之一預定亮度。該偵測電路根據該影像中多個畫素之原始亮度產生該影像之一亮度分布資料。該決定電路根據該影像之該預定亮度、該影像之該亮度分布資料，以及一顯示面板之一額定亮度，決定一亮度轉換關係。該轉換電路根據該影像之該多個畫素之原始亮度與該亮度轉換關係產生該影像之該多個畫素之轉換後對亮度。

Description

影像處理裝置及影像處理方法
本發明與影像處理技術相關，並且尤其與調整影像亮度的技術相關。
顯示面板通常具有能夠呈現的亮度一上限，其稱為額定亮度。另一方面，影像通常具有一預定亮度，當影像以具有與其預定亮度相同之額定亮度的顯示面板來顯示時，影像能夠展現出最理想的觀賞效果。然而，當顯示面板的額定亮度與影像的預定亮度不同時，影像便無法展現出最理想觀賞效果。
為解決上述問題，本發明提出一種影像處理裝置及影像處理方法。
根據本發明之一具體實施例為一種影像處理裝置，其中包含一解析電路、一偵測電路、一決定電路與一轉換電路。該解析電路係用以解析一影像來得到該影像之一預定亮度。該偵測電路根據該影像中多個畫素之原始亮度產生該影像之一亮度分布資料。該決定電路根據該影像之該預定亮度、該影像之該亮度分布資料，以及一顯示面板之一額定亮度，決定一亮度轉換關係。該轉換電路根據該影像之該多個畫素之原始亮度與該亮度轉換關係產生該影像之該多個畫素之轉換後對亮度。
根據本發明之另一具體實施例為一種影像處理方法。於該影像 處理方法中，首先，一影像被解析，以得到該影像之一預定亮度。接著，根據該影像中多個畫素之原始亮度，該影像之一亮度分布資料被產生。根據該影像之該預定亮度、該影像之該亮度分布資料，以及一顯示面板之一額定亮度，一亮度轉換關係被決定。隨後，根據該影像之該多個畫素之原始亮度與該亮度轉換關係，該影像之該多個畫素之轉換後對亮度被產生。
關於本發明的優點與精神可以藉由以下發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
100‧‧‧影像處理裝置
11‧‧‧解析電路
12‧‧‧偵測電路
13‧‧‧決定電路
14‧‧‧轉換電路
14A‧‧‧儲存電路
14B‧‧‧查找電路
14C‧‧‧儲存電路
14D‧‧‧查找電路
14E‧‧‧內插電路
15‧‧‧補償電路
15A‧‧‧倒數電路
15B‧‧‧第一乘法器
15C‧‧‧第二乘法器
190‧‧‧顯示面板
210、310、410‧‧‧轉換曲線
210A、210B、310A、310B、410A、410B‧‧‧亮度範圍
S81~S84‧‧‧流程步驟
圖一為根據本發明之一實施例所繪示之影像處理裝置的方塊圖。
圖二(A)為一影像之亮度分布資料的範例示意圖；圖二(B)與圖二(C)為根據圖二(A)所示之亮度分布資料所決定之亮度轉換關係的範例示意圖。
圖三(A)為另一影像之亮度分布資料的範例示意圖；圖三(B)與圖三(C)為根據圖三(A)所示之亮度分布資料所決定之亮度轉換關係的範例示意圖。
圖四(A)為另一影像之亮度分布資料的範例示意圖；圖四(B)與圖四(C)為根據圖四(A)所示之亮度分布資料所決定之亮度轉換關係的範例示意圖。
圖五呈現根據本發明之一實施例所繪示的轉換電路之方塊圖。
圖六呈現根據本發明之另一實施例所繪示的轉換電路之方塊圖。
圖七(A)呈現根據本發明之另一實施例所繪示之影像處理裝置的方塊圖。
圖七(B)呈現根據本發明之一實施例所繪示的補償電路之方塊圖。
圖八圖一為根據本發明之一實施例所繪示之影像處理方法的流程圖。
須說明的是，本發明的圖式包含呈現多種彼此關聯之功能性模組的功能方塊圖。該等圖式並非細部電路圖，且其中的連接線僅用以表示信號流。功能性元件及/或程序間的多種互動關係不一定要透過直接的電性連結始能達成。此外，個別元件的功能不一定要如圖式中繪示的方式分配，且分散式的區塊不一定要以分散式的電子元件實現。
請參閱圖一，圖一為根據本發明之一實施例所繪示之影像處理裝置的方塊圖。影像處理裝置100耦接於一顯示面板190，影像處理裝置100包含一解析電路11、一偵測電路12、一決定電路13與一轉換電路14。實作上，影像處理裝置100可設置於一電視晶片內。
解析電路11負責解析一影像來取得該影像的預定亮度LI。在一實施例中，解析電路11係透過解析該影像的檔頭來取得預定亮度LI。偵測電路12負責根據該影像之多個畫素的原始亮度產生一亮度分布資料LDDI。須說明的是，解析電路11與偵測電路12的實施方式皆為本發明所屬技術領域中具有通常知識者所知，於此不贅述。接著，決定電路13根據自解析電路11所接收之該影像的預定亮度LI，自偵測電路12所接收之該影像的亮度分布資料LDDI，以及顯示面板190的額定亮度LD(通常係預先記錄於顯示面板190所配合的電視晶片中)，決定一亮度轉換關係LTR。隨後，轉換電路14便會根據該影像之多個畫素的原始亮度與該亮度轉換關係LTR，產生對應於該影像之多個畫素的轉換後亮度。
請參閱圖二(A)，其係為一影像之亮度分布資料的範例示意圖，其中橫軸為亮度，縱軸為畫素數量。由圖二(A)可知，該影像中大部分畫素的亮度位於一中亮度區域；換句話說，該影像的亮度密集區位於一中亮度區域。請參閱圖二(B)與圖二(C)，圖二(B)係為當顯示面板的額定亮度 高於該影像的預定亮度時，決定電路13根據圖二(A)所示之亮度分布資料所決定之一亮度轉換關係的一範例示意圖，圖二(C)係為當顯示面板的額定亮度低該影像的預定亮度時，決定電路13根據圖二(A)所示之亮度分布資料所決定之一亮度轉換關係的一範例示意圖，其中橫軸為原始亮度，縱軸為轉換後亮度。由於該影像中大部分畫素的亮度均位於一中亮度區域，因此圖二(B)中之曲線210中斜率最高的區段，與圖二(C)中之曲線220中斜率最高的區段，均對應於各自的中亮度區域210B與220B，藉此可提高此影像亮度均等程度，進而達到提升對比度的效果。
此外，為了使畫素亮度在不同額定亮度的顯示面板顯示出來的亮度維持一致，因此相較於對應於顯示面板的額定亮度LD高於該影像的預定亮度LI之曲線210，對應於顯示面板的額定亮度LD低於該影像的預定亮度LI時之曲線220其斜率較大。舉例來說，曲線220在低亮度區域220A之斜率，大於曲線210在低亮度區域210A之斜率。
請參閱圖三(A)，其係為一影像之亮度分布資料的範例示意圖，其中橫軸為亮度值，縱軸為畫素數量。由圖三(A)可知，該影像中大部分畫素的亮度位於一高亮度區域；換句話說，該影像的亮度密集區位於一高亮度區域。請參閱圖三(B)與圖三(C)，圖三(B)係為當顯示面板的額定亮度高於該影像的預定亮度時，決定電路13根據圖三(A)所示之亮度分布資料所決定之一亮度轉換關係的一範例示意圖，圖三(C)係為當顯示面板的額定亮度低該影像的預定亮度時，決定電路13根據圖三(A)所示之亮度分布資料所決定之一亮度轉換關係的一範例示意圖，其中橫軸為原始亮度，縱軸為轉換後亮度。由於該影像中大部分畫素的亮度均位於一高亮度區域，因此圖三(B)中之曲線310中斜率最高的區段，與圖三(C)中之曲線320中斜率最高的區段，均對應於各自的中亮度區域310B與320B，藉此可提高此影像亮度均等程度，進而達到提升對比度的效果。
相似地，為了使畫素亮度在不同額定亮度的顯示面板顯示出來 的亮度維持一致，因此相較於對應於顯示面板的額定亮度LD高於該影像的預定亮度LI之曲線310，對應於顯示面板的額定亮度LD低於該影像的預定亮度LI時之曲線320其斜率較大。舉例來說，曲線320在低亮度區域320A之斜率，大於曲線310在低亮度區域310A之斜率。
請參閱圖四(A)，其係為一影像之亮度分布資料的範例示意圖，其中橫軸為亮度值，縱軸為畫素數量。由圖四(A)可知，該影像中大部分畫素的亮度位於一低亮度區域；換句話說，該影像的亮度密集區位於一低亮度區域。請參閱圖四(B)與圖四(C)，圖四(B)係為當顯示面板的額定亮度高於該影像的預定亮度時，決定電路13根據圖四(A)所示之亮度分布資料所決定之一亮度轉換關係的一範例示意圖，圖四(C)係為當顯示面板的額定亮度低該影像的預定亮度時，決定電路13根據圖四(A)所示之亮度分布資料所決定之一亮度轉換關係的一範例示意圖，其中橫軸為原始亮度，縱軸為轉換後亮度。由於該影像中大部分畫素的亮度均位於一低亮度區域，因此圖四(B)中之曲線410中斜率最高的區段，與圖四(C)中之曲線420中斜率最高的區段，均對應於各自的低亮度區域410A與420A，藉此可提高此影像亮度均等程度，進而達到提升對比度的效果。
相似地，為了使畫素亮度在不同額定亮度的顯示面板顯示出來的亮度維持一致，因此相較於對應於顯示面板的額定亮度LD高於該影像的預定亮度LI之曲線410，對應於顯示面板的額定亮度LD低於該影像的預定亮度LI時之曲線420其斜率較大。舉例來說，曲線420在低亮度區域420A之斜率，大於曲線410在低亮度區域410A之斜率。
從另一方面來說，由當顯示面板的額定亮度LD高於該影像的預定亮度LI時，決定電路13所決定的亮度轉換關係圖二(B)、圖三(B)與圖四(B)可看出，曲線中的高斜率區間各自對應其亮度密集區。舉例來說，對應於影像的亮度密集區位於一中亮度區域之曲線210的高斜率區間所對應的亮度，低於對應於影像的亮度密集區位於一高亮度區域之曲線310 之高斜率區間所對應的亮度，但高於對應於影像的亮度密集區位於一低亮度區域之曲線410之高斜率區間所對應的亮度。
綜上所述，決定電路13可根據影像的亮度分佈資料以及影像預定亮度LI與顯示面板額定亮度LD的相對大小關係，決定一亮度轉換關係LTR。須說明的是，前述範例係用以說明決定電路13在各種不同情況下決定亮度轉換關係LTR時採用的策略；該等區段斜率不以特定數值為限，所謂低亮度區域亦不以特定亮度範圍為限，而是可由電路設計者根據經驗法則選定。
實務上，決定電路13可利用多種控制和處理平台實現，包含固定式的和可程式化的邏輯電路，例如可程式化邏輯閘陣列、積體電路、微控制器、微處理器、數位信號處理器。此外，控制器可被設計為透過執行一記憶體(未繪示)中所儲存之指令來完成其任務。
於一實施例中，決定電路13利用一個或多個函式描述亮度轉換關係，並將該等函式提供給轉換電路14。據此，轉換電路14即能以影像中各畫素之一原始亮度做為該等函式之輸入值，計算出一轉換後亮度。實作上，可利用多個運算電路(例如加減乘除運算電路、三角函數運算電路、指數對數運算電路…等等)或是一個微處理器來實現轉換電路14。
圖五呈現轉換電路14的一實施例。在此實施例中，轉換電路14包含一儲存電路14A與一查找電路14B。儲存電路14A係用以儲存決定電路13提供的一查找表，其包含代表一亮度轉換關係之複數組參數；更明確地說，每一組參數包含一個輸入亮度與輸出亮度，用以呈現該亮度轉換關係。以利用八位元數值來表示輸入亮度的情況為例，輸入亮度可以二百五十六種數值來表示。因此，決定電路13可提供二百五十六組參數，一一對應於這二百五十六種輸入亮度與輸出亮度的轉換關係。隨後，查找電路14B根據影像中各畫素的原始亮度與該查找表，輸出一轉換後亮度。利 用查找表來實現轉換電路14的優點在於可以省去許多運算電路，以降低硬體成本。
圖六呈現轉換電路14的另一實施例。在此實施例中，轉換電路14包含一儲存電路14C、一查找電路14D與一內插電路14E。相似地，儲存電路14C係用以儲存決定電路13提供的一查找表，但在此實施例中，查找表僅包含三十二組參數，其數量少於輸入亮度的二百五十六種數值，可減少查找表所佔用儲存電路14C的記憶體空間。以利用八位元數值來表示輸入相對亮度的情況為例，，這三十二組參數可以是對應於00000000、00001000、00010000、00011000、00100000、00101000、…等三十二種三個最低有效位元皆為零的輸入亮度。查找電路14D可根據一畫素之原始亮度的五個最高有效位元，自該查找表中找出最接近該原始亮度的兩個輸入亮度，並找出對應於該兩個輸入亮度的兩個輸出亮度，接著對兩個輸出亮度進行內插計算，以產生該畫素之轉換後亮度。
對YUV色彩空間與YCbCr色彩空間而言，亮度的改變會改變在視覺上的飽和度，因此需對飽和度作補償。圖七(A)呈現根據本發明之另一實施例所繪示之影像處理裝置的方塊圖。相較於圖一中的影像處理裝置100，影像處理裝置700進一步包含一補償電路15，藉由調整色度(chroma)來補償因轉換電路14所進行之亮度調整對飽和度所造成的影響。更明確地說，補償電路15會根據一畫素的原始亮度以及轉換電路14輸出之該畫素的轉換後亮度，調整該畫素的色度，以維持該畫素在視覺上的飽和度大致不變。
圖七(B)呈現補償電路15的一種實施例。在此實施例中，補償電路15包含一倒數電路15A、一第一乘法器15B與一第二乘法器15C。倒數電路15A負責根據一原始亮度輸出該原始亮度的倒數。實務上，可利用一個查找表來實現倒數電路15A。第一乘法器15B將原始亮度之倒數與轉換後亮度相乘，等效於將轉換後相對亮度除以原始相對亮度，產生轉換後 亮度與原始亮度間的比值。隨後，第二乘法器15C會將原始色度乘上該比值，以產生一調整後色度來維持該在視覺上的飽和度大致不變。實作上，提供至倒數電路15A的原始亮度以及提供至第一乘法器15B的轉換後亮度可以都被標準化到為範圍在0到1之間的數值。
圖八為根據本發明之一實施例所繪示之影像處理方法的流程圖。首先，步驟S81為解析一影像以得到該影像之一預定亮度。接著，步驟S82為根據該影像中多個畫素之原始亮度產生該影像之一亮度分布資料。步驟S83為根據該影像之該預定亮度、該影像之該亮度分布資料，以及一顯示面板之一額定亮度，決定一亮度轉換關係。隨後，步驟S84為根據該影像之該多個畫素之原始亮度與該亮度轉換關係，產生該影像之該多個畫素之轉換後對亮度。
本發明所屬技術領域中具有通常知識者可理解，先前在介紹影像處理裝置100時描述的各種操作變化亦可應用至圖八中的影像處理方法，其細節不再贅述。
藉由以上實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。
100‧‧‧影像處理裝置
11‧‧‧解析電路
12‧‧‧偵測電路
13‧‧‧決定電路
14‧‧‧轉換電路
190‧‧‧顯示面板

Claims (14)

  1. 一種影像處理裝置，包含：一解析電路，解析一影像來得到該影像之一預定亮度；一偵測電路，根據該影像中多個畫素之原始亮度產生該影像之一亮度分布資料；一決定電路，根據該影像之該預定亮度、該影像之該亮度分布資料，以及一顯示面板之一額定亮度，決定一亮度轉換關係，其中該顯示面板之該額定亮度係指該顯示面板的一顯示亮度上限；以及一轉換電路，根據該影像之該多個畫素之原始亮度與該亮度轉換關係產生該影像之該多個畫素之轉換後對亮度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理裝置，其中：當該顯示面板之該額定亮度高於該影像之該預定亮度，且該影像之該亮度分布資料之一亮度密集區位於一低亮度區域時，該亮度轉換關係為一第一亮度轉換關係；當該顯示面板之該額定亮度高於該影像之該預定亮度，且該影像之該亮度分布資料之一亮度密集區位於一高亮度區域時，該亮度轉換關係為一第二亮度轉換關係；以及若以原始亮度為橫軸、以轉換後亮度為縱軸來表示該亮度轉換關係，該第二亮度轉換關係中之一高斜率區間所對應之亮度高於該第一亮度轉換關係中之一高斜率區間所對應之亮度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理裝置，其中：當該顯示面板之該額定亮度高於該影像之該預定亮度，且該影像之該亮度分布資料之一亮度密集區位於一中亮度區域時，該亮度轉換關係為一第三亮度轉換關係；當該顯示面板之該額定亮度低於該影像之該預定亮度，且該影像之該亮度分布資料之一亮度密集區位於該中亮度區域時，該亮度轉 換關係為一第四亮度轉換關係；以及若以原始亮度為橫軸、以轉換後亮度為縱軸來表示該亮度轉換關係，該第三亮度轉換關係中之一低亮度區域所對應之曲線斜率小於該第四亮度轉換關係中之一低亮度區域所對應之曲線斜率。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理裝置，其中該轉換電路包含：一儲存電路，用以儲存一查找表，該查找表包含代表該亮度轉換關係之複數組參數；以及一查找電路，根據該影像中之至少一畫素之一原始亮度與該查找表，輸出該至少一畫素之一轉換後亮度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理裝置，其中該轉換電路包含：一儲存電路，用以儲存一查找表，該查找表包含代表該亮度轉換關係之複數組參數；一查找電路，根據該影像中之至少一畫素之一原始亮度之部分位元與該查找表，找出對應的兩個輸出亮度；以及一內插電路，根據該原始亮度對該兩個輸出亮度進行內插計算，以產生該至少一畫素之一轉換後亮度。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理裝置，進一步包含：一補償電路，根據該影像中至少一畫素之一原始亮度與該至少一畫素之一轉換後亮度，調整該至少一畫素之一原始色度。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之影像處理裝置，其中該補償電路係根據該至少一畫素之該轉換後亮度與該原始亮度間之一比值，調整該至少一畫素之該原始色度。
  8. 一種影像處理方法，包含：(a)解析一影像來得到該影像之一預定亮度；(b)根據該影像中多個畫素之原始亮度產生該影像之一亮度分布資 料；(c)根據該影像之該預定亮度、該影像之該亮度分布資料，以及一顯示面板之一額定亮度，決定一亮度轉換關係，其中該顯示面板之該額定亮度係指該顯示面板的一顯示亮度上限；以及(d)根據該影像之該多個畫素之原始亮度與該亮度轉換關係，產生該影像之該多個畫素之轉換後對亮度。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之影像處理方法，其中步驟(c)包含：當該顯示面板之該額定亮度高於該影像之該預定亮度，且該影像之該亮度分布資料之一亮度密集區位於一低亮度區域時，令該亮度轉換關係為一第一亮度轉換關係；以及當該顯示面板之該額定亮度高於該影像之該預定亮度，且該影像之該亮度分布資料之一亮度密集區位於一高亮度區域時，令該亮度轉換關係為一第二亮度轉換關係；其中，若以原始亮度為橫軸、以轉換後亮度為縱軸來表示該亮度轉換關係，該第二亮度轉換關係中之一高斜率區間所對應之亮度高於該第一亮度轉換關係中之一高斜率區間所對應之亮度。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之影像處理方法，其中步驟(c)包含：當該顯示面板之該額定亮度高於該影像之該預定亮度，且該影像之該亮度分布資料之一亮度密集區位於一中亮度區域時，令該亮度轉換關係為一第三亮度轉換關係；當該顯示面板之該額定亮度低於該影像之該預定亮度，且該影像之該亮度分布資料之一亮度密集區位於該中亮度區域時，令該亮度轉換關係為一第四亮度轉換關係；以及其中，若以原始亮度為橫軸、以轉換後亮度為縱軸來表示該亮度轉換關係，該第三亮度轉換關係中之一低亮度區域所對應之曲線斜率小於該第四亮度轉換關係中之一低亮度區域所對應之曲線斜率。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之影像處理方法，其中該亮度轉換關係包含構成一查找表之複數組參數，且步驟(d)包含：根據該影像中之至少一畫素之一原始亮度與該查找表，輸出該至少一畫素之一轉換後亮度。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之影像處理方法，其中該亮度轉換關係包含構成一查找表之複數組參數，且步驟(d)包含：根據該影像中之至少一畫素之一原始亮度之部分位元與該查找表，找出對應的兩個輸出亮度；以及根據該原始亮度對該兩個輸出亮度進行內插計算，以產生該至少一畫素之一轉換後亮度。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之影像處理方法，進一步包含：(e)根據該影像中至少一畫素之一原始亮度與該至少一畫素之一轉換後亮度，調整該至少一畫素之一原始色度。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之影像處理方法，其中步驟(e)包含：根據該至少一畫素之該轉換後亮度與該原始亮度間之一比值，調整該至少一畫素之該原始色度。
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