TWI817667B - 圖像對比度增強方法、電子晶片以及資訊處理裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明主要揭示一種圖像對比度增強方法，係應用於一具有顯示器的電子裝置之中，且由該電子裝置的一電子晶片所執行以提升圖像對比度。本發明之圖像對比度增強方法包括：設置一正弦曲線以及一固定斜率的第一轉換曲線；其中，該第一轉換曲線用以將一輸入灰階數據映射至一第一輸出灰階數據；以及設置一對比度補償增益，且在利用該對比度補償增益的情況下對該第一轉換曲線和該正弦曲線執行一疊加處理，從而將該第一轉換曲線轉換成一第二轉換曲線；其中，該第二轉換曲線用以將該輸入灰階數據映射至一第二輸出灰階數據。
Description
本發明係關於影像數據處理的技術領域，尤指一種圖像對比度增強方法。
圖1顯示習知的一種平面顯示器的方塊圖。如圖1所示，習知的平面顯示器1a的架構係主要包括：一顯示面板11a(如OLED面板或LED面板)以及一顯示驅動電路12a，其中該顯示驅動電路12a包括一時序控制單元120a、一閘極(列)驅動單元121a以及一源極(行)驅動單元122a。熟悉平面顯示器之設計與製造的電子工程師都知道，習知技術經會令源極驅動單元122a同時包含一伽馬(Gamma)校正電路123a。所述伽馬校正電路123a通常包括一數位伽馬控制單元(Digital gamma control, DGC)與一伽馬電壓產生單元。
圖2為圖1所示之源極驅動單元122a與顯示面板11a的方塊圖。如圖2所示，該數位伽馬控制單元1231a通常係利用一程式語言編輯成一智慧財產(Intellectual property, IP)文件並嵌於該源極驅動單元122a所含有的記憶體內。另一方面，該伽馬電壓產生單元1232a則為一實體電路。
在有必要進行伽馬變換時，該數位伽馬控制單元1231a會將包含紅色灰階數據Rin、綠色灰階數據Gin與藍色灰階數據Bin的一輸入顯示數據轉換成包含第一紅色灰階數據R1、第一綠色灰階數據G1與第一藍色灰階數據B1的一顯示數據。接著，該伽馬電壓產生單元1232a依據所述顯示數據產生一紅色畫素伽馬電壓GV
R、一綠色畫素伽馬電壓GV
G與一藍色畫素伽馬電壓GV
B傳送至該源極驅動單元122a內部的一驅動電路124a，該驅動電路124a依據所述紅色畫素伽馬電壓GV
R、所述綠色畫素伽馬電壓GV
G與所述藍色畫素伽馬電壓GV
B而產生一紅色畫素資料電壓DATA
R、一綠色畫素資料電壓DATA
G與一藍色畫素資料電壓DATA
B。
舉例而言，該數位伽馬控制單元1231a(DGC)可以利用以下式(a)～式(c)將所述輸入顯示數據轉換成所述顯示數據：
……………………(a)
……………………(b)
……………………(c)
於上述式(a)～式(c)之中，Rin、Gin和Bin分別為上位機所傳送的輸入顯示數據所包含的輸入紅色灰階數據、輸入綠色灰階數據與輸入藍色灰階數據。另一方面，R
MAX為紅色畫素的預設最高灰階值，G
MAX為綠色畫素的預設最高灰階值，且B
MAX為藍色畫素的預設最高灰階值。例如，R
MAX為255，G
MAX為230，且B
MAX為204。並且，Rout、Gout和Bout分別為所述顯示數據所含有的紅色灰階數據、綠色灰階數據與藍色灰階數據。請參閱圖3，其顯示原始的紅色灰階數據、綠色灰階數據與藍色灰階數據相對於顯示器亮度的曲線圖。進一步地，在經過數位伽馬控制(DGC)處理之後，圖4顯示處理後的紅色灰階數據、綠色灰階數據與藍色灰階數據相對於顯示器亮度的曲線圖。
然而，實務經驗指出，習知技術的數位伽馬控制單元1231a所進行的DGC處理無法兼顧低灰階圖像和高灰階圖像的優質顯示效果，同時也無法做到圖像對比度的增強效果。
由上述說明可知，本領域亟需一種圖像對比度增強方法。
本發明之主要目的在於提供一種圖像對比度增強方法，係應用於一具有顯示器的電子裝置之中，且由該電子裝置的一電子晶片所執行，從而提升圖像對比度。
簡單地說，本發明在現有技術的數位伽馬控制(DGC)的技術基礎上，採用對比度增強計算方式，通過重新配置DGC來實現圖像對比度增強。
為達成上述目的，本發明提出所述圖像對比度增強方法的一實施例，其係應用於一具有顯示器的電子裝置之中，且由該電子裝置的一電子晶片所執行；且該圖像對比度增強方法包括：
設置一正弦曲線以及一固定斜率的第一轉換曲線；其中，該第一轉換曲線用以將一輸入灰階數據映射至一第一輸出灰階數據；以及
設置一對比度補償增益，且在利用該對比度補償增益的情況下對該第一轉換曲線和該正弦曲線執行一疊加處理，從而將該第一轉換曲線轉換成一第二轉換曲線；其中，該第二轉換曲線用以將該輸入灰階數據映射至一第二輸出灰階數據。
在一實施例中，該電子晶片利用執行一數學函式實現所述疊加處理，且該數學函式包含如下數學式(1)：
Log(Gary_out2)
…(1)；...............................................................
其中，Log(Gary_out2)為該第二輸出灰階數據的對數值，Gray_in為灰階值介於0和255之間的該輸入灰階數據，PE為一第一調整參數，LS一第二調整參數，Con_Gain為所述對比度補償增益，且Curve_m為該第一轉換曲線的斜率。
在一實施例中，當利用所述疊加處理實現一正向圖像對比度增強操作之時，所述對比度補償增益的值介於0至0.99之間；並且，當利用所述疊加處理實現一反向圖像對比度增強操作之時，所述對比度補償增益的值介於-0.99至0之間。
在一實施例中，該第一調整參數用以調整該正弦曲線的一曲線週期，以使該曲線週期的正半周與負半周分別對應該第一轉換曲線的一前半段與一後半段；該第二調整參數用以調整該正弦曲線的相位，使該正弦曲線的正半周峰值和負半周峰值對應該前半段的起點與該後半段的終點。
本發明同時提出一種電子晶片的一實施例，其係應用於一具有顯示器的電子裝置之中，其中該電子晶片執行一圖像對比度增強方法以提升圖像對比度；該圖像對比度增強方法包括：
設置一正弦曲線以及一固定斜率的第一轉換曲線；其中，該第一轉換曲線用以將一輸入灰階數據映射至一第一輸出灰階數據；以及
設置一對比度補償增益，且在利用該對比度補償增益的情況下對該第一轉換曲線和該正弦曲線執行一疊加處理，從而將該第一轉換曲線轉換成一第二轉換曲線；其中，該第二轉換曲線用以將該輸入灰階數據映射至一第二輸出灰階數據。
在一實施例中，該電子晶片為選自於由顯示驅動晶片、顯示驅動和觸控整合(Touch and Display Driver Integration, TDDI)晶片和影像處理晶片所組成群組之中的任一者。
在一實施例中，該電子晶片利用執行一數學函式實現所述疊加處理，且該數學函式包含如下數學式(1)：
Log(Gary_out2)
…(1)..................................................................
其中，Log(Gary_out2)為該第二輸出灰階數據的對數值，Gray_in為灰階值介於0和255之間的該輸入灰階數據，PE為一第一調整參數，LS一第二調整參數，Con_Gain為所述對比度補償增益，且Curve_m為該第一轉換曲線的斜率。
在一實施例中，當利用所述疊加處理實現一正向圖像對比度增強操作之時，所述對比度補償增益的值介於0至0.99之間；並且，當利用所述疊加處理實現一反向圖像對比度增強操作之時，所述對比度補償增益的值介於-0.99至0之間。
在一實施例中，該第一調整參數用以調整該正弦曲線的一曲線週期，以使該曲線週期的正半周與負半周分別對應該第一轉換曲線的一前半段與一後半段；該第二調整參數用以調整該正弦曲線的相位，使該正弦曲線的正半周峰值和負半周峰值對應該前半段的起點與該後半段的終點。
並且，本發明還提供一種資訊處理裝置，其特徵在於具有如前所述本發明之電子晶片。
在一實施例中，該資訊處理裝置為選自於由平面顯示裝置、頭戴式顯示裝置、投影裝置、數位相機、車載娛樂系統、智慧型電視、智慧型手機、智慧型手錶、平板電腦、桌上型電腦、筆記型電腦、一體式電腦、金融交易裝置、和門禁裝置所組成群組之中的一種電子裝置。
為使 貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構、特徵、目的、與其優點，茲附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明如後。
圖5顯示應用本發明之一種圖像對比度增強方法的一電子裝置的方塊圖。由圖5可知，該電子裝置1為包含一顯示器11與一處理器12，且該顯示器11包含一顯示面板111與用以執行顯示驅動的一電子晶片112。特別地，本發明之圖像對比度增強方法係利用一程式語言編輯成一演算法文件從而儲存在該電子晶片112的一記憶體之中，從而成為嵌在該電子晶片112之中的一圖像對比度增強單元113。特別說明的是，本發明之一種圖像對比度增強方法可以應用在任何一種具有顯示器11的電子裝置1，包括但不限於：平面顯示裝置、頭戴式顯示裝置、投影裝置、數位相機、車載娛樂系統、智慧型電視、智慧型手機、智慧型手錶、平板電腦、桌上型電腦、筆記型電腦、一體式電腦、金融交易裝置、和門禁裝置。
如圖5所示，本發明之一種圖像對比度增強方法以一圖像對比度增強單元113的形式應用於具有顯示器11的電子裝置1之中，且由該資訊處理裝置1的一電子晶片112所執行。更詳細地說明，該電子晶片112之中整合有一數位伽馬控制單元(Digital gamma control, DGC)，且該DGC單元用以產生一第一轉換曲線，該第一轉換曲線用以將一輸入灰階數據Gray_in映射至一第一輸出灰階數據Gray_out。進一步地，電子晶片112還可執行本發明之圖像對比度增強方法，從而進一步地對將該第一轉換曲線處理成一第二轉換曲線，藉此方式實現圖像對比度之增強。簡單地說，本發明之方法係在現有技術的數位伽馬控制(DGC)的技術基礎上，採用對比度增強計算方式，通過重新配置Gray_in與Gray_out的映射關係來實現圖像對比度增強。
圖6為本發明之一種圖像對比度增強方法的流程圖。如圖5所示，在該電子晶片112利用其DGC單元執行一灰階映射處理從而將一輸入灰階數據Gary_in轉換成一輸出灰階數據Gary_uot之後，該電子晶片112可以接著啟用該圖像對比度增強單元113(即，執行本發明之圖像對比度增強方法)。如圖6所示，在方法流程的步驟S1中，係先設置一正弦曲線以及一第一轉換曲線；其中，該第一轉換曲線用以將一輸入灰階數據Gary_in映射至一第一輸出灰階數據Gary_out。接著，在方法流程的步驟S2中，係設置一對比度補償增益，且在利用該對比度補償增益的情況下對該第一轉換曲線和該正弦曲線執行一疊加處理，從而將該第一轉換曲線轉換成一第二轉換曲線；其中，該第二轉換曲線用以將該輸入灰階數據Gary_in映射至一第二輸出灰階數據Gary_out2。
具體而言，該電子晶片112利用執行一數學函式實現所述疊加處理，且該數學函式包含該第二輸出灰階數據的對數函式及該輸入灰階數據之一指數函式。細言之，該數學函式可包含如下數學式(1)：
Log(Gary_out2)
……(1)
在如上所示數學式(1)之中，Log(Gary_out2)為該第二輸出灰階數據Gary_out2的對數值，Gray_in為灰階值介於0和255之間的該輸入灰階數據，PE為一第一調整參數，LS一第二調整參數，Con_Gain為所述對比度補償增益，且Curve_m為該第一轉換曲線的斜率。依據本發明之設計，該第一調整參數PE用以調整該正弦曲線的一曲線週期，以使該曲線週期的正半周與負半周分別對應該第一轉換曲線的一前半段(即，Gray_in=0～Gray_in=127)與一後半段(即，Gray_in=128～Gray_in=255)。另一方面，該第二調整參數LF用以調整該正弦曲線的相位，以使該正弦曲線整體左移(left shift)，從而令該正弦曲線的正半周峰值和負半周峰值對應該前半段的起點(即，對應Gray_in=0)與該後半段的終點(即，對應Gray_in=255)。
在一實施例中，當利用所述疊加處理實現一正向圖像對比度增強操作之時，所述對比度補償增益Con_Gain的值介於0至0.99之間。並且，在另一實施例中，當利用所述疊加處理實現一反向圖像對比度增強操作之時，所述對比度補償增益Con_Gain的值介於-0.99至0之間。
圖7為輸入灰階數據相對於完成圖像對比度增強處理之輸出灰階數據的對數值曲線圖。具體而言，在令上式(1)之中的Curve_m=1(即，Gray_out=Gray_in)之後，採用多個不同的對比度補償增益Con_Gain接著利用式(1)該第一轉換曲線和該正弦曲線執行一疊加處理，從而獲得對應的多條不同的第二轉換曲線，即，圖7中的曲線1～6。值得說明的是，對於Gary_inàGary_out轉換曲線(或稱映射曲線)而言，圖像會在斜率小於1時顯得較亮，且在斜率大於1時顯得偏暗。因此，圖像對比度增強的本質，即為調整Gary_inàGary_out的轉換曲線，使轉換曲線的高灰階區段的斜率小於1，並使低灰階區段的斜率大於1。同時，調整時，必須採漸進式調整以維持曲線平滑度。在這個基礎下，本發明設置一個正弦曲線與一個對比度補償增益Con_Gain，並在利用該對比度補償增益的情況下對Gary_inàGary_out的轉換曲線和該正弦曲線執行一疊加處理，從而將Gary_inàGary_out的轉換曲線轉換成Gary_inàGary_out2的轉換曲線(即，圖7中的曲線1～6)。
圖8為輸入灰階數據相對於完成圖像對比度增強處理之輸出灰階數據的曲線圖。比較圖7與圖8可知，透過將圖7中的第二輸出灰階數據的對數值(即，Log(Gary_out2))執行一反對數(anti-logarithm)運算後即可獲得圖8中的Gary_out2。值得說明的是，圖8中的曲線0為前述之第一轉換曲線，且該第一轉換曲線的斜率為1。
如此，上述已完整且清楚地說明本發明之圖像對比度增強方法；並且，經由上述可得知本發明具有下列優點：
(1)本發明揭示一種圖像對比度增強方法，係應用於一具有顯示器的電子裝置之中，且由該電子裝置的一電子晶片所執行，從而提升圖像對比度。本發明在現有技術的數位伽馬控制(DGC)的技術基礎上，採用對比度增強計算方式，通過重新配置DGC來實現圖像對比度增強。
(2)本發明同時提供一種電子晶片，其係應用於一具有顯示器的電子裝置之中，其中，該電子晶片之中整合有一數位伽馬控制單元(Digital gamma control, DGC)，該DGC單元用以產生一第一轉換曲線，其中該第一轉換曲線用以將一輸入灰階數據Gray_in映射至一第一輸出灰階數據Gray_out。其特徵在於，該電子晶片還可執行本發明之圖像對比度增強方法，從而進一步地對將該第一轉換曲線處理成一第二轉換曲線，藉此方式實現圖像對比度之增強。
(3)並且，本發明還提供一種種資訊處理裝置，其特徵在於具有如前所述本發明之電子晶片。在一實施例中，該資訊處理裝置為選自於由平面顯示裝置、頭戴式顯示裝置、投影裝置、數位相機、車載娛樂系統、智慧型電視、智慧型手機、智慧型手錶、平板電腦、桌上型電腦、筆記型電腦、一體式電腦、金融交易裝置、和門禁裝置所組成群組之中的一種電子裝置。
必須加以強調的是，前述本案所揭示者乃為較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，俱不脫本案之專利權範疇。
綜上所陳，本案無論目的、手段與功效，皆顯示其迥異於習知技術，且其首先發明合於實用，確實符合發明之專利要件，懇請 貴審查委員明察，並早日賜予專利俾嘉惠社會，是為至禱。
1a:平面顯示器
11a:顯示面板
12a:顯示驅動電路
120a:時序控制單元
121a:閘極驅動單元
122a:源極驅動單元
123a:伽馬校正電路
1231a:數位伽馬控制單元
1232a:伽馬電壓產生單元
1:電子裝置
11:顯示器
111:顯示面板
112:電子晶片
113:圖像對比度增強單元
S1:設置一正弦曲線以及一第一轉換曲線
S2:設置一對比度補償增益，且在利用該對比度補償增益的情況下對該第一轉換曲線和該正弦曲線執行一疊加處理，從而將該第一轉換曲線轉換成一第二轉換曲線
圖1為習知的一種平面顯示器的方塊圖；
圖2為圖1所示之源極驅動單元與顯示面板的方塊圖；
圖3為原始的紅色灰階數據、綠色灰階數據與藍色灰階數據相對於顯示器亮度的曲線圖；
圖4為處理後的紅色灰階數據、綠色灰階數據與藍色灰階數據相對於顯示器亮度的曲線圖；
圖5為應用本發明之一種圖像對比度增強方法的一電子裝置的方塊圖；
圖6為本發明之一種圖像對比度增強方法的流程圖；
圖7為輸入灰階數據相對於完成圖像對比度增強處理之輸出灰階數據的對數值的曲線圖；以及；
圖8為輸入灰階數據相對於完成圖像對比度增強處理之輸出灰階數據的曲線圖。
S1:設置一正弦曲線以及一第一轉換曲線
S2:設置一對比度補償增益，且在利用該對比度補償增益的情況下對該第一轉換曲線和該正弦曲線執行一疊加處理，從而將該第一轉換曲線轉換成一第二轉換曲線
Claims (10)
- 一種圖像對比度增強方法，係應用於一具有顯示器的電子裝置之中，且由該電子裝置的一電子晶片所執行；該圖像對比度增強方法包括：設置一正弦曲線以及一第一轉換曲線；其中，該第一轉換曲線用以將一輸入灰階數據映射至一第一輸出灰階數據；以及設置一對比度補償增益，且在利用該對比度補償增益的情況下對該第一轉換曲線和該正弦曲線執行一疊加處理，從而將該第一轉換曲線轉換成一第二轉換曲線；其中，該第二轉換曲線係用以將該輸入灰階數據映射至一第二輸出灰階數據；其中，該電子晶片利用執行一數學函式實現所述疊加處理，且該數學函式包含該第二輸出灰階數據的對數函式及該輸入灰階數據之一指數函式。
- 如請求項1所述之圖像對比度增強方法，其中該數學函式係以如下之數學式(1)代表：
- 如請求項2所述之圖像對比度增強方法，其中，當利用所述疊加處理實現一正向圖像對比度增強操作之時，所述對比度補償增益的值介於0至0.99之間；當利用所述疊加處理實現一反向圖像對比度增強操作之時，所述對比度補償增益的值介於-0.99至0之間。
- 如請求項2所述之圖像對比度增強方法，其中，該第一調整參數用以調整該正弦曲線的一曲線週期，以使該曲線週期的正半周與負半周分別對應該第一轉換曲線的一前半段與一後半段；該第二調整參數用以調整該正弦曲線的相位，使該正弦曲線的正半周峰值和負半周峰值對應該前半段的起點與該後半段的終點。
- 一種電子晶片，係應用於一具有顯示器的電子裝置之中，其中該電子晶片執行一圖像對比度增強方法以提升圖像對比度；該圖像對比度增強方法包括：設置一正弦曲線以及一固定斜率的第一轉換曲線；其中，該第一轉換曲線用以將一輸入灰階數據映射至一第一輸出灰階數據；以及設置一對比度補償增益，且在利用該對比度補償增益的情況下對該第一轉換曲線和該正弦曲線執行一疊加處理，從而將該第一轉換曲線轉換成一第二轉換曲線；其中，該第二轉換曲線用以將該輸入灰階數據映射至一第二輸出灰階數據；其中，該電子晶片利用執行一數學函式實現所述疊加處理，且該數學函式包含該第二輸出灰階數據的對數函式及該輸入灰階數據之一指數函式。
- 如請求項5所述之電子晶片，其中該數學函式係以如下之數學式(1)代表：
- 如請求6所述之電子晶片，其中，當利用所述疊加處理實現一正向圖像對比度增強操作之時，所述對比度補償增益的值介於0至0.99之間；當利用所述疊加處理實現一反向圖像對比度增強操作之時，所述對比度補償增益的值介於-0.99至0之間。
- 如請求項6所述之電子晶片，其中，該第一調整參數用以調整該正弦曲線的一曲線週期，以使該曲線週期的正半周與負半周分別對應該第一轉換曲線的一前半段與一後半段；該第二調整參數用以調整該正弦曲線的相位，使該正弦曲線的正半周峰值和負半周峰值對應該前半段的起點與該後半段的終點。
- 如請求項5所述之電子晶片，其中，所述電子晶片為選自於由顯示驅動晶片、顯示驅動和觸控整合(Touch and Display Driver Integration,TDDI)晶片和影像處理晶片所組成群組之中的任一者。
- 一種資訊處理裝置，其特徵在於具有至少一如請求項5至請求項9中任一項所述之電子晶片。
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