TWI726525B - 影像二值化方法與電子裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明有關於一種影像二值化方法與使用所述方法的電子裝置。所述方法包括經由影像擷取裝置擷取影像；根據列順序，經由二值化電路從所述影像的M個像素列中尚未被選擇的一或多個第一像素列選擇排列在最前的目標像素列；經由所述二值化電路對所述目標像素列執行二值化操作，以獲得二值化像素列；經由所述二值化電路，儲存所述二值化像素列至主記憶體；經由所述二值化電路對剩餘的所述一或多個第一像素列執行所述二值化操作直到獲得M個二值化像素列，然後完成對所述影像的二值化操作。

Description

影像二值化方法與電子裝置
本發明是有關於一種二值化方法，且特別是有關於一種影像二值化方法與使用所述方法的電子裝置。
快速響應矩陣圖碼(QR code)是目前主流的二維條碼，使用者可以用手持裝置或專用的條碼掃描器透過相機擷取包含QR Code的影像後,以解碼出對應的資訊。
一般來說，手持裝置或專用的條碼掃描器先擷取包含QR Code的影像，再透過分析整張影像而取得最佳的二值化參數。由於習知的算法的二值化操作需要分析整張影像，以取得相應於整個影像的最佳的二值化臨界值，進而經由比較所述影像的所有像素各自的亮度值（色彩位元值）與所述最佳的二值化臨界值以決定所述影像的所有像素的二元值。
因此，手持裝置或專用的條碼掃描器需要將整張影像預先儲存至記憶體中。以一張640x680的單色圖片為例子，需要至少425（640*680*8/1024/8）KB的儲存空間。此大小的主記憶體對於手機或高端處理器並不是問題，但多數的微控制器因為有限的記憶體(通常為64KB左右)，而無法處理QR Code的相關應用/解碼。
有鑑於此，本領域的技術人員致力發展另外的方法來使僅具有較小儲存空間的記憶體的電子裝置/處理器可有效率地擷取且處理影像的二值化操作，進而拓展具有較小儲存空間的記憶體的電子裝置/處理器的功能。
“先前技術”段落只是用來幫助了解本發明內容，因此在“先前技術”段落所揭露的內容可能包含一些沒有構成所屬技術領域中具有通常知識者所知道的習知技術。在“先前技術”段落所揭露的內容，不代表該內容或者本發明一個或多個實施例所要解決的問題，在本發明申請前已被所屬技術領域中具有通常知識者所知曉或認知。
本發明提供影像二值化方法與電子裝置，可在將所述影像轉換為較小的二值化影像後，儲存所述二值化影像至記憶體，以拓展具有較小儲存空間的記憶體的電子裝置/處理器的功能。
本發明的一實施例提供適用於具有小容量的主記憶體的電子裝置的一種影像二值化方法，其中所述電子裝置更包括影像擷取裝置與二值化電路。所述方法包括：經由所述影像擷取裝置擷取影像，其中所述影像包括為MxN矩陣的多個像素，其中M與N為正整數，其中所述主記憶體的大小為Y*M*N位元，其中Y為對應所述主記憶體的預設正整數；根據一列順序，經由所述二值化電路從所述影像的M個像素列中尚未被選擇的一或多個第一像素列 選擇排列在最前的目標像素列；經由二值化電路對所述目標像素列執行二值化操作，以獲得二值化像素列；經由二值化電路，儲存所述二值化像素列至所述主記憶體；經由二值化電路，判斷所述M個像素列是否皆已被選擇；反應於所述M個像素列非皆已被選擇，再次執行根據所述列順序，經由所述二值化電路從所述影像的所述M個像素列中尚未被選擇的所述一或多個第一像素列選擇排列在最前的所述目標像素列的步驟；反應於所述M個像素列皆已被選擇，完成對所述影像的二值化操作。
本發明的又一實施例提供一種電子裝置，包括一影像擷取裝置；一主記憶體；以及一二值化電路。所述二值化電路電性連接至所述影像擷取裝置與所述主記憶體。所述影像擷取裝置用以擷取影像，其中所述影像包括為MxN矩陣的多個像素，其中M與N為正整數，其中所述主記憶體的大小為Y*M*N位元，其中Y為對應所述主記憶體的預設正整數。此外，所述二值化電路用以根據一列順序從所述影像的M個像素列中尚未被選擇的一或多個第一像素列選擇排列在最前的目標像素列，其中所述二值化電路更用以對所述目標像素列執行二值化操作，以獲得二值化像素列，並且儲存所述二值化像素列至所述主記憶體。所述二值化電路更用以判斷所述M個像素列是否皆已被選擇，其中反應於所述M個像素列非皆已被選擇，所述二值化電路更用以再次執行根據所述列順序，經由所述二值化電路從所述影像的所述M個像素列中尚未被選擇的所述一或多個第一像素列選擇排列在最前的所述目標像素列的步驟，其中反應於所述M個像素列皆已被選擇，所述二值化電路更用以完成對所述影像的二值化操作。
基於上述，本發明的多個實施例所提供影像二值化方法與電子裝置，可僅具有較小儲存空間的記憶體的電子裝置/處理器/微控制器可有效率地擷取且處理影像的二值化操作，以將所述影像轉換為較小的二值化影像，以使轉換後的二值化影像可被儲存至較小儲存空間的所述記憶體並且可被進一步地解碼，進而可拓展具有較小儲存空間的記憶體的電子裝置/處理器的功能。如此一來，具有較小的記憶體的電子裝置/處理器/微控制器也可服務於二維條碼（或其他影像處理）的應用領域，進而增強了電子裝置/處理器/微控制器的工作效率與節省了原本用以添購具有較大的記憶體的電子裝置/處理器/微控制器的成本。
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。
圖1是根據本發明的一實施例所繪示的電子裝置的方塊示意圖。請參照圖1，在本實施例中，所述電子裝置10包括處理器110、儲存單元120、解碼器330、影像擷取裝置140、二值化電路150以及主記憶體160。在本實施例中，所述電子裝置10用以經由所述影像擷取裝置140對媒體內容20進行影像擷取，以最終獲得對應於所擷取影像所包含的媒體內容的資訊。所述媒體內容20例如是一維條碼、二維條碼或其他適合的編碼影像。所述媒體內容可被印刷於各種材質的表面上或經由顯示裝置而顯示。
在本實施例中，處理器110為具備運算能力的硬體。處理器110用以執行一或多個程式碼，以管理電子裝置10的整體運作。在本實施例中，處理器110例如是一核心或多核心的中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)、可程式化之微處理器(微處理器(Micro-processor))、數位訊號處理器(Digital Signal Processor，DSP)、可程式化控制器、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuits，ASIC)、可程式化邏輯裝置(Programmable Logic Device，PLD)、微控制器或其他類似裝置。
儲存裝置120用以經由處理器110的指示來記錄一些需要長時間儲存的資料。例如，儲存裝置120記錄用以管理電子裝置10的韌體或是軟體。儲存裝置120可以是任何型態的配置有非揮發性記憶體模組（如，NAND型快閃記憶體模組）的儲存電路模組。在一實施例中，儲存裝置120例如是具有記憶卡插槽的儲存電路模組，並且可存取儲存在記憶卡插槽中的記憶卡中的資料。
解碼器130用以對二值化影像或所擷取的影像進行解碼操作，以獲得包含於所述影像的解碼資訊（例如，相應於所述媒體內容的解碼資訊）。在一實施例中，所述解碼器130可整合至所述處理器110中。在一實施例中，解碼器130可經由軟體的方式來實現為具有所述解碼器130的功能的解碼應用程式，並且述處理器110可執行所述解碼應用程式，以執行進行所述解碼操作。
影像擷取裝置140包括一鏡頭與影像感測元件，其中影像感測元件可例如是一感光耦合元件(Charge-Coupled Device，CCD)或一互補式金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器。所述影像擷取裝置140例如是單鏡頭或多鏡頭的相機。所述影像擷取裝置140用以對所述媒體內容20進行拍照或攝影，以擷取相應於媒體內容的影像或視訊。所擷取的所述影像包括為MxN矩陣的多個像素，其中M與N為正整數。每個像素具有位元值（亦稱，亮度值、灰階值或色彩值）。每個像素的位元值的大小可大於1個位元。例如，假設每個像素的位元值為8個位元大小的亮度值，則所述亮度值的範圍可為0（純黑色）至255（純白色）。
二值化電路150電性連接至所述影像擷取裝置140，用以對所擷取的所述影像執行二值化操作，以獲得二值化影像。應注意的是，在本實施例中，經由所述影像擷取裝置140所擷取的所述影像在未被暫存/儲存至主記憶體160之前，所述二值化電路150便會對所述影像執行二值化操作。在獲得二值化影像後，所述二值化電路150更用以將所述二值化影像儲存至主記憶體160中。應注意的是，在一實施例中，所述二值化電路150亦可整合至影像擷取裝置140中，以讓整合後的影像擷取裝置140可反應於所擷取的影像，直接輸出對應的二值化影像。如此一來，可在一些僅需要二值化影像的應用中，大量節省用以儲存影像的記憶體空間。值得一提的是，本發明並不限定於利用影像擷取裝置140來獲得欲執行二值化操作的影像。例如，在其他實施例中，電子裝置可具有連接介面電路單元（如，UART, I2C, SPI, USB等)並且欲執行二值化操作的影像可經由所述連接介面電路單元其他電子裝置所接收。又例如，執行二值化操作的影像可從儲存裝置120來獲取。又例如，電子裝置10可具有通訊電路單元（如，Wifi, Bluetooth電路模組等），並且執行二值化操作的影像可經由通訊電路單元所接收。
在本實施例中，主記憶體160用以暫存資料。主記憶體160例如是動態隨機存取記憶體或靜態隨機存取記憶體。此外，所述主記憶體160的大小為Y*M*N位元，其中Y為對應所述主記憶體的預設正整數。所述主記憶體的所述大小被預先設定於小於128千位元組（KB）。在本實施例中，Y的具體數值可根據主記憶體160的規格大小而決定，所述M與N是欲執行所述二值化操作的影像的規格而決定（如，所述影像包括為MxN矩陣的多個像素）。應注意的是，在一實施例中，電子裝置10並不具備主記憶體160，但處理器110本身具有空間小的一個記憶體（如，此記憶體的儲存空間小於100 KB），用以暫存指令或資料。在此實施例中，此整合至處理器110中的記憶體可提供主記憶體160的功能。
圖2是根據本發明的一實施例所繪示的影像二值化方法的流程圖。請參照圖2，在步驟S21中，經由影像擷取裝置140擷取影像，其中所述影像包括為MxN矩陣的多個像素，其中M與N為正整數。
接著，在步驟S22中，根據列順序，經由二值化電路150從所述影像的M個像素列中尚未被選擇的多個第一像素列選擇排列在最前的目標像素列。接著，在步驟S23中，經由二值化電路150對所述目標像素列執行二值化操作，以獲得二值化像素列。具體來說，二值化電路150可從排列在最前方的像素列（如，第1個像素列）或排列在最後方的像素列（如，第M個像素列）開始來選擇用以執行二值化操作的目標像素列。
更詳細來說，對目標像素列所執行的二值化操作包括：根據一初始像素門檻值判斷所述目標像素列的N個像素中的第1個像素的位元值為二元值（Binary value）中的第一數值（如，1）或第二數值（如，0），其中初始像素門檻值為預設值或對應排列在所述目標像素列之前的像素列的亮度平均值。當所述目標像素列為第1個像素列時，所述初始像素門檻值為預設值。所述預設值被設定為每個像素的位元值的大小範圍的中間值。例如，假設每個像素的位元值為8個位元大小，所述預設值可被設定為128（即，2 8）或127（即，2 8-1）。
接著，針對所述目標像素列的N個像素中的所述第2至第N個像素中的尚未被選擇的一或多個第一像素，選擇在所述一或多個第一像素中排列在最前方的一目標像素來執行對應所述目標像素的二元值判斷操作。
在本實施例中，所述二元值判斷操作包括：根據所述目標像素的位元值與對應排列在所述目標像素之前的一比較像素的位元值來計算所述目標像素與所述比較像素之間的絕對差值為對應所述目標像素的一像素絕對差值，其中對應所述第1個像素的所述像素絕對差值預設為0；根據比較對應所述目標像素的所述像素絕對差值與對應所述比較像素的所述動態門檻值來判斷所述目標像素是否與所述比較像素同色。
反應於判定所述目標像素與所述比較像素同色，設定所述目標像素的所述位元值相等於所述比較像素的二元值，辨識連續排列於所述目標像素之前的一或多個同色像素，根據對應所述一或多個同色像素的與所述目標像素的所述多個像素絕對差值來計算平均值為對應所述目標像素的所述像素絕對差值平均，根據對應所述目標像素的所述像素絕對差值平均來計算對應所述目標像素的所述動態門檻值，其中對應所述第1個像素的所述像素絕對差值平均為預設像素絕對差值平均（如，10），並且對應所述第1個像素的所述動態門檻值是根據對應所述第1個像素的所述像素絕對差值平均所計算的。
此外，反應於判定所述目標像素與所述比較像素非同色，設定所述目標像素的所述位元值不相等於所述比較像素的所述二元值，將對應所述目標像素的所述像素絕對差值平均設定為所述預設像素絕對差值平均。
接著，判斷所述目標像素是否為所述目標像素列的最後一個像素。反應於所述目標像素為所述目標像素列的所述最後一個像素，完成對所述目標像素列所執行的所述二值化操作；反應於所述目標像素不為所述目標像素列的所述最後一個像素，選擇排列在所述目標像素後的另一第一像素作為新的所述目標像素，以執行對應所述新的目標像素的所述二元值判斷操作。
更詳細來說，在本實施例中，上述根據對應所述目標像素的所述像素絕對差值平均來計算對應所述目標像素的所述動態門檻值的步驟包括：將對應所述目標像素的所述像素絕對差值平均乘以第一參數且再加上第二參數所獲得之總和作為對應所述目標像素的所述動態門檻值，其中所述第一參數與第二參數皆為正整數。應注意的是，所述第一參數可被預設為3、所述第二參數可被預設為5，但本發明不限於此。第一參數與第二參數可依據需求而設定成其他正整數。
此外，所述第一參數與所述第二參數更可動態地根據所述像素絕對差值平均來調整。也就是說，本發明的動態門檻值的設定原理為：(1)相同顏色若數值分布均勻(即，光干擾較少)，所獲得的像素絕對差值平均會逐漸縮小，導致動態門檻值會逐漸縮小。因此顏色數值變化時（如，像素絕對差值大於動態門檻值時），會被判定為需要變色；(2)相同顏色若數值分布不均勻(即，光干擾較大)，所獲得的像素絕對差值平均會逐漸增加，導致動態門檻值會逐漸增加。因此顏色數值需要有更大的變化時（如，像素絕對差值需大於較大的動態門檻值時），才會被判定為需要變色。如此一來，基於像素絕對差值平均的動態門檻值的設定方式可具有抗光干擾的效用。
另一方面，在其他實施例中，對應所述目標像素的所述動態門檻值也可被直接設定為一個參數，此參數會依據目標像素與比較像素之間的像素絕對差值而有不同。所述像素絕對差值越大，所述動態門檻值會被設定成越大的所述參數，反之亦然。
以下更藉由圖3來說明對所述目標像素列所執行的二值化操作的詳細流程。
圖3是根據本發明的一實施例所繪示的對所述目標像素列所執行的二值化操作的流程圖。具體來說，二值化電路150會從所述目標像素列的第1個像素開始執行二元值判斷操作。步驟S31～S34主要針對的是對所述目標像素列的第1個像素的二元值判斷操作。步驟S35～S40主要針對的是所述目標像素列的第2～第N個像素的二元值判斷操作。請參照圖3，在步驟S31中，二值化電路150選擇目標像素列的N個像素中的第i個像素為目標像素，其中i的初始值為1，並且為小於或等於N的正整數。
接著，在步驟S32中，二值化電路150判斷所述目標像素的位元值是否大於初始像素門檻值。如上述，所述初始像素門檻值為預設值或對應排列在所述目標像素列之前的像素列的亮度平均值。例如，假設所述目標像素列為所述影像的第2個像素列，二值化電路150會計算所述影像的第1個像素列的所有像素的位元值的平均，以作為對應所述目標像素列的初始像素門檻值。
反應於判定所述目標像素的位元值大於初始像素門檻值，執行步驟S33；反應於判定所述目標像素的位元值非大於初始像素門檻值，執行步驟S34。
在步驟S33中，二值化電路150將所述目標像素的所述位元值設定為二元值中的第一數值（如，1）。在步驟S34中，二值化電路150將所述目標像素的所述位元值設定為二元值中的第二數值（如，0）。
接著，在步驟S35中，反應於i小於N，二值化電路150將i加上1。接著，在步驟S36中，二值化電路150選擇所述目標像素列的所述N個像素中的第i個像素為所述目標像素，計算所述目標像素與第i-1個像素之間的像素絕對差值，以及計算對應所述目標像素的像素絕對差值平均與動態門檻值。
具體來說，二值化電路150會判斷所述目標像素是否為所述目標像素列的最後一個像素（當i等於N）。若所述目標像素不為所述目標像素列的最後一個像素（i小於N），二值化電路150會選擇下一個像素（將i加上1）以作為新的目標像素（S35）。
在本實施例中，二值化電路150會計算所述目標像素的位元值與排列在所述目標像素（第i個像素）之前的像素（即，第i-1個像素；亦稱，比較像素）的位元值之間的絕對差值（亦稱，像素絕對差值）。舉例來說，假設目標像素的位元值為150，並且比較像素的位元值為160。所述目標像素與所述比較像素之間的像素絕對差值為10（|150-160|＝10）。所述像素絕對差值對應所述目標像素。
接著，在步驟S37中，二值化電路150判斷所述像素絕對差值是否大於對應所述第i-1個像素的動態門檻值。具體來說，在本實施例中，二值化電路150藉由比較對應目標像素的所述像素絕對差值與對應所述比較像素的所述動態門檻值來判斷所述目標像素是否與所述比較像素同色。換句話說，若所述目標像素與前一個像素（即，比較像素）的差異太大（如，大於所述動態門檻值），二值化電路150會判定所述目標像素的顏色不同於所述比較像素。
反應於判定所述像素絕對差值不大於對應所述第i-1個像素的所述動態門檻值（即，二值化電路150判定所述目標像素與所述比較像素同色），二值化電路150執行步驟S38；反應於判定所述像素絕對差值大於對應所述第i-1個像素的所述動態門檻值（即，二值化電路150判定所述目標像素與所述比較像素不同色），二值化電路150執行步驟S40。
在步驟S38中，二值化電路150將所述目標像素的所述位元值設定為相等於所述第i-1個像素的位元值的二元值。即，二值化電路150將所述目標像素設定為所述比較像素的顏色。
接著，在步驟S39中，二值化電路150計算對應所述目標像素的像素絕對差值平均與動態門檻值。計算對應所述目標像素的像素絕對差值平均與動態門檻值的方式已經說明如上，不贅述於此。接著，流程接續至步驟S35。
另一方面，在步驟S40中，二值化電路150將所述目標像素的所述位元值設定為不相等於所述第i-1個像素的位元值的二元值。即，二值化電路150將所述目標像素設定為不相同於所述比較像素的另一顏色。
接著，在步驟S41中，二值化電路150初始化對應所述目標像素的像素絕對差值平均與動態門檻值。具體來說，由於所述目標像素改變了顏色，二值化電路150將對應所述目標像素的像素絕對差值平均設定為預設像素絕對差值平均，並且根據所述預設像素絕對差值平均計算對應所述目標像素的動態門檻值。接著，流程接續至步驟S35。
值得一提的是，在一實施例中，反應於判定所述目標像素與所述比較像素不同色，在執行步驟S40之前，二值化電路150會先執行異色判斷操作（經由節點A）。
圖4是根據本發明的一實施例所繪示的異色判斷操作的流程圖。請參照圖4，在步驟S42中，二值化電路150計算排列於所述目標像素後的Q個異色判斷像素與第i-1個像素之間的Q像素絕對差值。所述Q為正整數，亦稱，異色判斷長度(如，3)。
接著，在步驟S43中，二值化電路150判斷所述Q個像素絕對差值是否皆大於對應所述第i-1個像素的動態門檻值。
反應於判定所述Q個像素絕對差值非皆大於對應所述第i-1個像素的動態門檻值，二值化電路150判定所述目標像素為被干擾像素。即，二值化電路150判定所述目標像素與所述比較像素為不同色的判斷結果是被干擾後的結果，是無效的（不正確的）。因此，二值化電路150會接續執行步驟S38（經由節點B）。
此外，反應於判定所述Q個像素絕對差值皆大於對應所述第i-1個像素的動態門檻值，二值化電路150判定所述目標像素與所述比較像素為同色的判斷結果是有效的（正確的）。因此，二值化電路150會接續執行步驟S40（經由節點C）。
具體來說，因為二維條碼的設計原理不會讓一個像素列中的一個像素的顏色相異於相鄰的多個像素的顏色。在判定所述目標像素需要改變顏色時，二值化電路150會先判斷在所述目標像素後的Q個異色判斷像素與所述比較像素之間的絕對差值是否皆大於對應所述比較像素的所述動態門檻值。即，二值化電路150會預先判斷需要變色的所述目標像素之後的Q個異色判斷像素是否也需設定為所述目標像素的顏色/二元值。若所述Q個異色判斷像素的顏色/二元值與所述目標像素相同，則二值化電路150會判斷所述目標像素應變色，並且二值化電路150也會直接設定所述Q個異色判斷像素的二元值為所述目標像素的二元值。
值得一提的是，在一實施例中，反應於判定所述目標像素與所述比較像素同色，在執行步驟S38之前，二值化電路150會先執行累積偏離判斷操作（經由節點D）。
圖5是根據本發明的一實施例所繪示的累積偏離判斷操作的流程圖。請參照圖5，在步驟S51中，二值化電路150將所述目標像素列的所述位元值減所述第i-1個像素的所述位元值所獲得之差值加入至當前的累積偏離值，以更新累積偏離值。在步驟S52中，二值化電路150判斷所述更新後的累積偏離值小於第一偏離門檻值或大於第二偏離門檻值。所述第一偏離門檻值例如是-100；所述第二偏離門檻值例如是+100，但本發明不限於此，所述第一偏離門檻值與所述第二偏離門檻值可根據需求而被預先設定。
反應於判定所述更新後的累積偏離值小於所述第一偏離門檻值，二值化電路150將所述目標像素的所述位元值設定為所述二元值中的所述第一數值。即，執行步驟S33（經由節點E）。
另一方面，反應於判定所述更新後的累積偏離值大於所述第二偏離門檻值，二值化電路150將所述目標像素的所述位元值設定為所述二元值中的所述第二數值。即，執行步驟S34（經由節點F）。值得一提的是，所述累積偏離值的功能是為了校正在累積性的多個小於動態門檻值的像素皆被判定不變色，但實際上所述多個像素的位元值已經越來越接近純黑色或純白色的情境發生所導致的二元值的判定錯誤。
接著，在執行所述累積偏離判斷操作以決定是否直接設定所述目標像素為所述第一數值或所述第二數值後，二值化電路150會根據設定後的所述目標像素的二元值是否與所述比較像素的二元值相同來判斷執行步驟S39或步驟S41。
例如，在本實施例中，反應於所述目標像素的所述二元值不相等於所述比較像素的所述二元值，所述二值化電路150重置所述累積偏離值為所述初始值，設定對應所述目標像素的所述像素絕對差值平均為所述預設像素絕對差值平均，並且根據所述預設像素絕對差值平均來計算對應所述目標像素的所述動態門檻值（S41）。所述初始值例如為0。
此外，反應於所述目標像素的所述二元值相等於所述比較像素的所述二元值，所述二值化電路150計算對應所述目標像素的所述像素絕對差值平均，並且根據對應所述目標像素的所述像素絕對差值平均來計算對應所述目標像素的所述動態門檻值（S39）。
圖6是根據本發明的一實施例所繪示的轉換所述目標像素列為二值化像素列的示意圖。請參照圖6，舉例來說，假設目標像素列具有18個像素(N=18)P(1)~P(18)。對應所述像素P(1)~P(18)的位元值如表600所示。
首先，i等於1(第一個像素)，針對像素P(1)：二元值電路150設定對應像素P(1)的像素絕對差值為“0”；設定對應像素P(1)的像素絕對差值平均為預設像素絕對差值平均（即，10）；計算對應像素P(1)的動態門檻值為“35”；設定對應像素P(1)的累積偏離值為“0”；根據像素P(1)的位元值與初始像素門檻值判定所述像素P(1)的二元值為“0”。
接著，針對像素P(2)：二元值電路150根據像素P(2)的位元值“10”與像素P(1)的位元值“13”來計算像素P(2)與像素P(1)之間的像素絕對差值為“3”與累積偏離值為“-3”（即，-3+0=-3）；由於判定對應像素P(2)的像素絕對差值“3”小於對應像素P(1)的動態門檻值“35”，判定像素P(2)與像素P(1)同色，並且設定像素P(2)的二元值為“0”；計算對應像素P(2)的像素絕對差值平均為“6.5”(即，(10+3)/2=6.5)與計算對應像素P(2)的動態門檻值為“24.5”(即，6.5*3+5＝24.5)。
接著，針對像素P(3)：二元值電路150根據像素P(3)的位元值“17”與像素P(2)的位元值“10”來計算像素P(3)與像素P(2)之間的像素絕對差值為“7”與累積偏離值為“+4”（即，-3+7=+4）；由於判定對應像素P(3)的像素絕對差值“7”小於對應像素P(2)的動態門檻值“24.5”，判定像素P(3)與像素P(2)同色，並且設定像素P(3)的二元值為“0”；計算對應像素P(3)的像素絕對差值平均為“6.67”(即，(10+3+7)/3=6.67)與計算對應像素P(3)的動態門檻值為“25”。
接著，針對像素P(4)：二元值電路150根據像素P(4)的位元值“33”與像素P(3)的位元值“17”來計算像素P(4)與像素P(3)之間的像素絕對差值為“16”與累積偏離值為“+20”（即，+16+4=+20）；由於判定對應像素P(4)的像素絕對差值“16”小於對應像素P(3)的動態門檻值“25”，判定像素P(4)與像素P(3)同色，並且設定像素P(4)的二元值為“0”；計算對應像素P(4)的像素絕對差值平均為“9”(即，(10+3+7+16)/4=9)與計算對應像素P(4)的動態門檻值為“32”。
接著，針對像素P(5)：二元值電路150根據像素P(5)的位元值“181”與像素P(4)的位元值“33”來計算像素P(5)與像素P(4)之間的像素絕對差值為“148”與累積偏離值為“+168”（即，+148+20=+168）；由於判定對應像素P(5)的像素絕對差值“148”大於對應像素P(4)的動態門檻值“32”，判定像素P(5)與像素P(4)不同色；進行異色判斷操作（異色判斷長度為3），判定像素P(6)-P(7)各自與像素P(4)之間的像素絕對差值(如，160、149、157)皆大於對應像素P(4)的動態門檻值“32”，並且確認像素P(5)與像素P(4)不同色且設定像素P(5)~P(8)的二元值設定為“1”；重置對應像素P(5)的像素絕對差值平均為“10”、重置對應像素P(5)的累積偏離值為“0”與計算對應像素P(5)的動態門檻值為“35”。
接著，針對像素P(6)：二元值電路150根據像素P(6)的位元值“193”與像素P(5)的位元值“181”來計算像素P(6)與像素P(5)之間的像素絕對差值為“12”與累積偏離值為“+12”（即，+12+0=+12）；計算對應像素P(6)的像素絕對差值平均為“11”(即，(10+12)/2=11)與計算對應像素P(6)的動態門檻值為“38”(像素P(6)的二元值已經被設定為“1”)。針對像素P(7)、P(8)的過程相似於像素P(6)，不贅述於此。
接著，針對像素P(9)：二元值電路150根據像素P(9)的位元值“191”與像素P(8)的位元值“190”來計算像素P(9)與像素P(8)之間的像素絕對差值為“1”與累積偏離值為“+12”；由於判定對應像素P(9)的像素絕對差值“1”小於對應像素P(8)的動態門檻值“34.25”，判定像素P(9)與像素P(8)同色，並且設定像素P(9)的二元值為“1”；計算對應像素P(9)的像素絕對差值平均為“8”與計算對應像素P(9)的動態門檻值為“29”。
接著，針對像素P(10)：二元值電路150根據像素P(10)的位元值“189”與像素P(9)的位元值“191”來計算像素P(10)與像素P(9)之間的像素絕對差值為“2”與累積偏離值為“+10”；由於判定對應像素P(10)的像素絕對差值“2”小於對應像素P(8)的動態門檻值“29”，判定像素P(10)與像素P(9)同色，並且設定像素P(10)的二元值為“1”；計算對應像素P(10)的像素絕對差值平均為“7”與計算對應像素P(9)的動態門檻值為“26”。
接著，針對像素P(11)：二元值電路150根據像素P(11)的位元值“158”與像素P(10)的位元值“189”來計算像素P(11)與像素P(10)之間的像素絕對差值為“31”與累積偏離值為“-22”；由於判定對應像素P(11)的像素絕對差值“31”大於對應像素P(10)的動態門檻值“26”，判定像素P(11)與像素P(10)不同色；進行異色判斷操作，判定像素P(12)～P(14)各自與像素P(4)之間的像素絕對差值(如，10、9、25)非皆大於對應像素P(10)的動態門檻值“26”，並且確認像素P(11)為被干擾像素，並且確認像素P(11)與像素P(10)為同色；設定像素P(11)的二元值設定為“1”；計算對應像素P(11)的像素絕對差值平均為“11.75”與計算對應像素P(11)的動態門檻值為“32.375”。針對像素P(12)～P(16)的過程相似於像素P(10)，不贅述於此。
值得一提的是，經由上述的異色判斷操作，可判斷出像素P(11)為被干擾像素，而避免了錯誤的變色判斷（改變二元值的判斷）。
接著，針對像素P(17)：二元值電路150根據像素P(17)的位元值“78”與像素P(16)的位元值“110”來計算像素P(17)與像素P(16)之間的像素絕對差值為“32”與累積偏離值為“-102”；由於判定對應像素P(17)的像素絕對差值“32”不大於對應像素P(16)的動態門檻值“46.25”，判定像素P(17)與像素P(16)同色，設定像素P(17)的二元值為“1”。
如上所述，判定對應像素P(17)的像素絕對差值“32”不大於對應像素P(16)的動態門檻值“46.25”時，可進行累積偏離判斷操作。此時，反應於判定累積偏離值小於第一偏離門檻值（-100），設定像素P(17)的二元值為“0”；重置對應像素P(17)的像素絕對差值平均為“10”、重置對應像素P(17)的累積偏離值為“0”與計算對應像素P(17)的動態門檻值為“35”。也就是說，在此例子中，雖然對應多個像素的多個像素絕對差值皆不會導致變色，但由於像素所累積的偏離已經低於一定程度（如，低於第一偏離門檻值），二值化電路150直接將像素設定為二元值中的第一數值（如，0，（黑色））。如此一來，可避免累積性的像素之間的差值導致變色判斷的錯誤。
接著，針對像素P(18)：二元值電路150根據像素P(18)的位元值“60”與像素P(17)的位元值“78”來計算像素P(18)與像素P(17)之間的像素絕對差值為“18”與累積偏離值為“-18”；由於判定對應像素P(18)的像素絕對差值“18”小於對應像素P(17)的動態門檻值“35”，判定像素P(18)與像素P(17)同色，並且設定像素P(18)的二元值為“0”；計算對應像素P(18)的像素絕對差值平均為“14”與計算對應像素P(18)的動態門檻值為“47”。
完成對目標像素列所執行的二值化操作後，二值化電路150可將位元值已經皆被設定為二元值的目標像素列的所有像素視為一個二值化像素列。即，目標像素列會被轉換為二值化像素列。請再回到圖2，接著，在步驟S25中，經由二值化電路150，判斷所述M個像素列是否皆已被選擇。反應於判定所述M個像素列皆已被選擇（即，獲得M個二值化像素列），執行步驟S26；反應於判定所述M個像素列皆已被選擇（即，尚有未被選擇的一或多個像素列需要被執行二值化操作），執行步驟S22。
在步驟S26中，經由二值化電路150，完成對所述影像的二值化操作。具體來說，此時，二值化電路150已經將M個像素列二值化為M個二值化像素列，並且二值化電路150會判定整個影像的二值化操作已經完成。
接著，在步驟S27中，經由處理器110傳送由被儲存至所述主記憶體的M個二值化像素列所組合的二值化影像至解碼器130。在步驟S28中，經由所述解碼器130對所述二值化影像執行解碼操作，以獲得對應所述影像的解碼資訊。
具體來說，處理器110會將所述M個二值化像素列組合為對應所述影像的二值化影像，並且將所述二值化影像傳送至解碼器130，以嘗試獲得所述影像所包含的資訊（亦稱，解碼資訊）。例如，獲得所述影像的QR Code所包含的文字資訊。所述解碼器130解碼所述二值化影像的解碼操作並非本發明的主要技術特徵，細節不贅述於此。
應注意的是，在一實施例中，步驟S27、S28並不會被執行，但步驟S26接續至步驟S29。在步驟S29中，經由處理器110，儲存由被儲存至所述主記憶體160的M個二值化像素列所組合的二值化影像至儲存裝置120。具體來說，處理器110會進一步將所組合成的二值化影像儲存至儲存裝置120，以利之後對所述二值化影像的相關應用。所述相關應用包括但不限於上述的解碼操作。
圖7是根據本發明的一實施例所繪示的影像與對應的二值化影像的對照圖。請參照圖7，本發明的多個實施例所提供的影像二值化方法與電子裝置，可在所擷取的影像被光照干擾的情況下（如，圖7所示的左方 QR Code），利用局部的像素絕對差值與對應的動態門檻值的比對結果，依然可正確地獲得對應的二值化影像（如，圖7所示的右方 QR Code）。相較於傳統方法，傳統方法可能會因為所擷取的影像被光照干擾的情況下（如，圖7所示的左方 QR Code）計算出過高的二值化臨界值，進而導致後續所獲得的二值化影像失真，以及對應的解碼操作的失敗。
此外，本發明的實施例所提供的二值化影像的大小也會在二值化後被大量減少。例如，如上述，傳統上以一張640x680的單色圖片為例子，需要至少425KB的儲存空間。但，經由本發明的實施例所獲得之640x680的二值化影像的大小可縮減成53.125KB，所述二值化影像恰好可被儲存至一般市面上的微控制器的記憶體中(通常為64KB左右)。如此一來，經由實施本發明的實施利所提供的影像二值化方法，市面上的微控制器便有能力來執行相應於二元值影像的影像解碼操作或相關應用（如，二維條碼的解碼操作），增強了微控制器的功能，進而可減少添置大容量記憶體的硬體成本。
綜上所述，本發明的多個實施例所提供影像二值化方法與電子裝置，可僅具有較小儲存空間的記憶體的電子裝置/處理器/微控制器可有效率地擷取且處理影像的二值化操作，以將所述影像轉換為較小的二值化影像，以使轉換後的二值化影像可被儲存至較小儲存空間的所述記憶體並且可被進一步地解碼，進而可拓展具有較小儲存空間的記憶體的電子裝置/處理器的功能。如此一來，具有較小的記憶體的電子裝置/處理器/微控制器也可服務於二維條碼（或其他影像處理）的應用領域，進而增強了電子裝置/處理器/微控制器的工作效率與節省了原本用以添購具有較大的記憶體的電子裝置/處理器/微控制器的成本。
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。
10:電子裝置 20:媒體內容 110:處理器 120:儲存裝置 130:解碼器 140:影像擷取裝置 150:二值化電路 160:主記憶體 S21、S22、S23、S24、S25、S26、S27、S28、S29:影像二值化方法的流程步驟 S31、S32、S33、S34、S35、S36、S37、S38、S39、S40、S41:目標像素列的二值化操作的流程步驟 S42、S43:二值化操作中的異色判斷操作的流程步驟 S51、S52:二值化操作中的累積偏離判斷操作的流程步驟 A～F:節點 P(i)、P(1)~P(18):像素 600:表
圖1是根據本發明的一實施例所繪示的電子裝置的方塊示意圖。 圖2是根據本發明的一實施例所繪示的影像二值化方法的流程圖。 圖3是根據本發明的一實施例所繪示的對所述目標像素列所執行的二值化操作的流程圖。 圖4是根據本發明的一實施例所繪示的異色判斷操作的流程圖。 圖5是根據本發明的一實施例所繪示的累積偏離判斷操作的流程圖。 圖6是根據本發明的一實施例所繪示的轉換所述目標像素列為二值化像素列的示意圖。 圖7是根據本發明的一實施例所繪示的影像與對應的二值化影像的對照圖。
S21、S22、S23、S24、S25、S26、S27、S28、S29:影像二值化方法的流程步驟

Claims (10)

  1. 一種影像二值化方法，適用於具有小容量的主記憶體的電子裝置，其中所述電子裝置更包括影像擷取裝置與二值化電路，所述方法包括： 經由所述影像擷取裝置擷取影像，其中所述影像包括為MxN矩陣的多個像素，其中M與N為正整數，其中所述主記憶體的大小為Y*M*N位元，其中Y為對應所述主記憶體的預設正整數； 根據一列順序，經由所述二值化電路從所述影像的M個像素列中尚未被選擇的一或多個第一像素列選擇排列在最前的目標像素列； 經由二值化電路對所述目標像素列執行二值化操作，以獲得二值化像素列； 經由所述二值化電路，儲存所述二值化像素列至所述主記憶體； 經由所述二值化電路，判斷所述M個像素列是否皆已被選擇； 反應於所述M個像素列非皆已被選擇，經由所述二值化電路再次執行從所述影像的所述M個像素列中尚未被選擇的所述一或多個第一像素列選擇排列在最前的所述目標像素列的步驟； 反應於所述M個像素列皆已被選擇，經由所述二值化電路完成對所述影像的二值化操作。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的影像二值化方法，其中所述電子裝置更包括一處理器與一解碼器，所述方法更包括： 經由所述處理器，傳送由被儲存至所述主記憶體的M個二值化像素列所組合的二值化影像至所述解碼器； 經由所述解碼器，對所述二值化影像執行解碼操作，以獲得對應所述影像的解碼資訊。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的影像二值化方法，其中對所述目標像素列所執行的所述二值化操作包括： 根據一初始像素門檻值判斷所述目標像素列的N個像素中的第1個像素的位元值為二元值中的第一數值或第二數值，其中初始像素門檻值為預設值或對應排列在所述目標像素列之前的像素列的亮度平均值； 針對所述目標像素列的N個像素中的所述第2至第N個像素中的尚未被選擇的一或多個第一像素，選擇在所述一或多個第一像素中排列在最前方的一目標像素來執行對應所述目標像素的二元值判斷操作，所述二元值判斷操作包括： 根據所述目標像素的位元值與對應排列在所述目標像素之前的一比較像素的位元值來計算所述目標像素與所述比較像素之間的絕對差值為對應所述目標像素的一像素絕對差值，其中對應所述第1個像素的所述像素絕對差值預設為0； 根據比較對應所述目標像素的所述像素絕對差值與對應所述比較像素的所述動態門檻值來判斷所述目標像素是否與所述比較像素同色， 其中反應於判定所述目標像素與所述比較像素同色，設定所述目標像素的所述位元值相等於所述比較像素的二元值，辨識連續排列於所述目標像素之前的一或多個同色像素，根據對應所述一或多個同色像素的與所述目標像素的所述多個像素絕對差值來計算平均值為對應所述目標像素的所述像素絕對差值平均，根據對應所述目標像素的所述像素絕對差值平均來計算對應所述目標像素的所述動態門檻值，其中對應所述第1個像素的所述像素絕對差值平均為預設像素絕對差值平均，並且對應所述第1個像素的所述動態門檻值是根據對應所述第1個像素的所述像素絕對差值平均所計算的， 其中反應於判定所述目標像素與所述比較像素非同色，設定所述目標像素的所述位元值不相等於所述比較像素的所述二元值，將對應所述目標像素的所述像素絕對差值平均設定為所述預設像素絕對差值平均；以及 判斷所述目標像素是否為所述目標像素列的最後一個像素， 其中反應於所述目標像素為所述目標像素列的所述最後一個像素，完成對所述目標像素列所執行的所述二值化操作， 其中反應於所述目標像素不為所述目標像素列的所述最後一個像素，選擇排列在所述目標像素後的另一第一像素作為新的所述目標像素，以執行對應所述新的目標像素的所述二元值判斷操作。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的影像二值化方法，其中反應於判定所述目標像素與所述比較像素同色，在設定所述目標像素的所述位元值相等於所述比較像素的所述二元值的所述步驟之前，所述方法更包括： 將所述目標像素列的所述位元值減所述比較像素的所述位元值所獲得之差值加入至當前的累積偏離值，以更新累積偏離值，其中所述累積偏離值的初始值為0，其中在設定所述目標像素的所述位元值不相等於所述比較像素的所述二元值時，所述累積偏離值會被重置為所述初始值；以及 判斷所述更新後的累積偏離值小於第一偏離門檻值或大於第二偏離門檻值， 其中反應於判定所述更新後的累積偏離值小於所述第一偏離門檻值，將所述目標像素的所述位元值設定為所述二元值中的所述第一數值， 其中反應於判定所述更新後的累積偏離值大於所述第二偏離門檻值，將所述目標像素的所述位元值設定為所述二元值中的所述第二數值， 其中反應於所述目標像素的所述二元值不相等於所述比較像素的所述二元值，所述二值化電路重置所述累積偏離值為所述初始值，設定對應所述目標像素的所述像素絕對差值平均為所述預設像素絕對差值平均，並且根據所述預設像素絕對差值平均來計算對應所述目標像素的所述動態門檻值， 其中反應於所述目標像素的所述二元值相等於所述比較像素的所述二元值，所述二值化電路計算對應所述目標像素的所述像素絕對差值平均，並且根據對應所述目標像素的所述像素絕對差值平均來計算對應所述目標像素的所述動態門檻值。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的影像二值化方法，其中所述主記憶體的所述大小小於128千位元組（KB）。
  6. 一種電子裝置，包括： 一影像擷取裝置； 一主記憶體；以及 一二值化電路，電性連接至所述影像擷取裝置與所述主記憶體， 其中所述影像擷取裝置用以擷取影像，其中所述影像包括為MxN矩陣的多個像素，其中M與N為正整數，其中所述主記憶體的大小為Y*M*N位元，其中Y為對應所述主記憶體的預設正整數， 其中所述二值化電路用以根據一列順序從所述影像的M個像素列中尚未被選擇的一或多個第一像素列選擇排列在最前的目標像素列， 其中所述二值化電路更用以對所述目標像素列執行二值化操作，以獲得二值化像素列， 其中所述二值化電路更用以儲存所述二值化像素列至所述主記憶體； 其中所述二值化電路更用以判斷所述M個像素列是否皆已被選擇， 其中反應於所述M個像素列非皆已被選擇，所述二值化電路更用以再次執行根據所述列順序，經由所述二值化電路從所述影像的所述M個像素列中尚未被選擇的所述一或多個第一像素列選擇排列在最前的所述目標像素列的步驟， 其中反應於所述M個像素列皆已被選擇，所述二值化電路更用以完成對所述影像的二值化操作。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的電子裝置，其中所述電子裝置更包括一處理器與一解碼器， 其中所述處理器傳送由被儲存至所述主記憶體的M個二值化像素列所組合的二值化影像至所述解碼器， 其中所述解碼器對所述二值化影像執行解碼操作，以獲得對應所述影像的解碼資訊。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的電子裝置，其中在對所述目標像素列所執行的所述二值化操作中， 所述二值化電路根據一初始像素門檻值判斷所述目標像素列的N個像素中的第1個像素的位元值為二元值中的第一數值或第二數值，其中初始像素門檻值為預設值或對應排列在所述目標像素列之前的像素列的亮度平均值， 針對所述目標像素列的N個像素中的所述第2至第N個像素中的尚未被選擇的一或多個第一像素，所述二值化電路選擇在所述一或多個第一像素中排列在最前方的一目標像素來執行對應所述目標像素的二元值判斷操作，在所述二元值判斷操作中， 所述二值化電路根據所述目標像素的位元值與對應排列在所述目標像素之前的一比較像素的位元值來計算所述目標像素與所述比較像素之間的絕對差值為對應所述目標像素的一像素絕對差值，其中對應所述第1個像素的所述像素絕對差值預設為0， 其中所述二值化電路根據比較對應所述目標像素的所述像素絕對差值與對應所述比較像素的所述動態門檻值來判斷所述目標像素是否與所述比較像素同色， 其中反應於判定所述目標像素與所述比較像素同色，所述二值化電路設定所述目標像素的所述位元值相等於所述比較像素的二元值，辨識連續排列於所述目標像素之前的一或多個同色像素，根據對應所述一或多個同色像素的與所述目標像素的所述多個像素絕對差值來計算平均值為對應所述目標像素的所述像素絕對差值平均，根據對應所述目標像素的所述像素絕對差值平均來計算對應所述目標像素的所述動態門檻值，其中對應所述第1個像素的所述像素絕對差值平均為預設像素絕對差值平均，並且對應所述第1個像素的所述動態門檻值是根據對應所述第1個像素的所述像素絕對差值平均所計算的， 其中反應於判定所述目標像素與所述比較像素非同色，所述二值化電路設定所述目標像素的所述位元值不相等於所述比較像素的所述二元值，將對應所述目標像素的所述像素絕對差值平均設定為所述預設像素絕對差值平均， 其中所述二值化電路判斷所述目標像素是否為所述目標像素列的最後一個像素， 其中反應於所述目標像素為所述目標像素列的所述最後一個像素，所述二值化電路完成對所述目標像素列所執行的所述二值化操作， 其中反應於所述目標像素不為所述目標像素列的所述最後一個像素，所述二值化電路選擇排列在所述目標像素後的另一第一像素作為新的所述目標像素，以執行對應所述新的目標像素的所述二元值判斷操作。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的電子裝置，其中反應於判定所述目標像素與所述比較像素同色，在設定所述目標像素的所述位元值相等於所述比較像素的所述二元值的運作之前， 所述二值化電路將所述目標像素列的所述位元值減所述比較像素的所述位元值所獲得之差值加入至當前的累積偏離值，以更新累積偏離值，其中所述累積偏離值的初始值為0， 其中所述二值化電路判斷所述更新後的累積偏離值小於第一偏離門檻值或大於第二偏離門檻值， 其中反應於判定所述更新後的累積偏離值小於所述第一偏離門檻值，所述二值化電路將所述目標像素的所述位元值設定為所述二元值中的所述第一數值， 其中反應於判定所述更新後的累積偏離值大於所述第二偏離門檻值，所述二值化電路將所述目標像素的所述位元值設定為所述二元值中的所述第二數值， 其中反應於所述目標像素的所述二元值不相等於所述比較像素的所述二元值，所述二值化電路重置所述累積偏離值為所述初始值，設定對應所述目標像素的所述像素絕對差值平均為所述預設像素絕對差值平均，並且根據所述預設像素絕對差值平均來計算對應所述目標像素的所述動態門檻值， 其中反應於所述目標像素的所述二元值相等於所述比較像素的所述二元值，所述二值化電路計算對應所述目標像素的所述像素絕對差值平均，並且根據對應所述目標像素的所述像素絕對差值平均來計算對應所述目標像素的所述動態門檻值。
  10. 如申請專利範圍第6項所述的電子裝置，其中所述主記憶體的所述大小小於128千位元組（KB）。
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