專利名稱：一種數(shù)字圖像亮度對比度增強(qiáng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字視頻信號處理裝置，特別涉及一種對數(shù)字視頻信號的 增強(qiáng)處理裝置。
背景技術(shù)：
在信息化的今天，人們對視頻圖像的顯示要求越來越高，當(dāng)前很多數(shù)字視 頻系統(tǒng)中，除了從視頻信號的信噪比和分辨率方面做出很大改善外，更發(fā)展出 許多針對人眼視覺特征改善圖像質(zhì)量的方法，從增強(qiáng)圖像亮度、對比度、清晰 度等方面考慮，有效改善視頻圖像的顯示質(zhì)量。
一般來說，視頻圖像的增強(qiáng)處理不會(huì)增加視頻數(shù)據(jù)中固有的信息內(nèi)容，也 不要求對其數(shù)學(xué)模型化，而是對一個(gè)給定的圖像序列進(jìn)行處理，以改善其在一 個(gè)顯示媒介上的表象。要對圖像增強(qiáng)規(guī)定一個(gè)量化的標(biāo)準(zhǔn)往往是很困難的，因 此現(xiàn)有的視頻增強(qiáng)技術(shù)一般根據(jù)研發(fā)人員的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。
圖像的亮度對比度增強(qiáng)是一種重要的視頻增強(qiáng)技術(shù)，因?yàn)槿祟惖难劬τ?亮度的差異感知更敏感，遠(yuǎn)勝于對亮度絕對值本身的感知，因此增強(qiáng)圖像的對 比度可以更好的提高圖像的視覺效果，視頻圖像的對比度已經(jīng)成為很多電子設(shè) 備一個(gè)基本的也是重要的性能指標(biāo)。與輪廓增強(qiáng)和細(xì)節(jié)增強(qiáng)不同，對比度增強(qiáng)
i -
技術(shù)更注重于一個(gè)給定圖像的整體表象，而不是諸如邊緣的突出和銳化等局部 表象。
對比度增強(qiáng)有多種實(shí)現(xiàn)方式，目前常用的方法是通過手動(dòng)配置某些固定亮 度區(qū)域的亮度映射曲線的斜率來達(dá)到這些亮度區(qū)域的對比度提升；也有根據(jù)圖 像的亮度特征統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及場景的檢測信號，確定用于進(jìn)行亮度映射的曲線， 然后對圖像進(jìn)行亮度映射，從而動(dòng)態(tài)調(diào)整對比度的方法。
在2003年5月20日申請的美國專利US6826310中，提出了一種自動(dòng)對比 度增強(qiáng)方法，它利用直方圖統(tǒng)計(jì)圖像的亮度特征，選擇一定弧度的S曲線作為 亮度映射曲線的對比度調(diào)整方法，這種方法針對不同的亮度特征選擇不同的曲 線，對圖像的調(diào)整更符合實(shí)際情況，但是由于曲線的實(shí)現(xiàn)是通過查找表來實(shí)現(xiàn)，對整個(gè)亮度范圍的曲線存取不僅耗費(fèi)大量的存儲(chǔ)空間，而且當(dāng)一幅圖像不同亮 度區(qū)域的亮度特征不同時(shí)，只采用一條S曲線則不夠靈活準(zhǔn)確。
在1995年10月30日申請的美國專利US6463173中，提出了一種基于圖像 直方圖的對比度增強(qiáng)系統(tǒng)及方法，將圖像的直方圖分成多段，每段進(jìn)行直方圖 拉伸的方法來調(diào)整圖像的對比度，該方法可以根據(jù)圖像的不同亮度特征段分開 調(diào)整，效果更好，但是沒有采用曲線映射的方法，直接進(jìn)行直方圖均衡化，不 適用于硬件代碼的實(shí)現(xiàn)，且很復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出了一種數(shù)字圖像亮度對比度增
強(qiáng)裝置，根據(jù)亮度直方圖的形狀特點(diǎn)，將整幅圖像按亮度分成三個(gè)部分高亮 度段、中亮度段、低亮度段，生成可以對直方圖產(chǎn)生拉伸效果的亮度映射曲線 來調(diào)整圖像亮度，達(dá)到增強(qiáng)圖像對比度的方法。
一種數(shù)字圖像亮度對比度增強(qiáng)裝置，該裝置包括亮度信息統(tǒng)計(jì)模塊101、第
一延遲模塊1031、第二延遲模塊1032、第三延遲模塊1033、第四延遲模塊1034、 亮度映射曲線生成模塊104、場間亮度關(guān)系判斷模塊105以及亮度調(diào)整模塊106;
其中，亮度信號Y一in輸入到亮度信息統(tǒng)計(jì)模塊(101)得到當(dāng)前第k場的 直方圖統(tǒng)計(jì)信息及亮度平均值，
所述直方圖統(tǒng)計(jì)信息經(jīng)第一延遲模塊1031延遲后輸入到亮度映射曲線生成 模塊104，初步生成當(dāng)前第k場的亮度映射曲線L—1，
第k-l場的亮度平均值依次經(jīng)第二延遲模塊1032和第三延遲模塊1033延遲 后，與經(jīng)過第二延遲模塊1032的第k場的亮度平均值同時(shí)輸入到場間亮度關(guān)系 判斷模塊105，得到比例系數(shù)R—new和R—old并與由亮度映射曲線生成模塊104 得到的曲線L—1和由第四延遲模塊1034得到的上一場的亮度映射曲線L—delay 進(jìn)行加權(quán)，則得到所需的亮度映射曲線L一valid，
所述亮度映射曲線L—valid輸入到亮度調(diào)整模塊，對下一場第k+l場的亮度 信號Y—in進(jìn)行調(diào)整即得到對比度調(diào)整過的圖像。
所述裝置還包括以下模塊近似飽和度計(jì)算模塊102和第五延遲模塊1035， 所述近似飽和度計(jì)算模塊102的輸入信號為圖像的色差信號所述近似飽和度計(jì)算模塊102輸出的圖像平均近似飽和度經(jīng)第五延遲模塊 1035延遲后輸入到亮度映射曲線生^^模塊104，配合圖像直方圖信息從曲線列 表中選擇合適的曲線。
所述亮度映射曲線生成模塊104將所述亮度信息統(tǒng)計(jì)模塊101得到的直方 圖分為三段，每段均根據(jù)形狀近似成三角形模版l: l，或三角形模版2:』，
或三角形組合模版3: M，或三角形組合模版4: ▲。
所述四種模版l、』、"i分別對應(yīng)的直方圖的拉伸曲線為^形、 ^形、Z形、^形。
所述亮度映射曲線生成模塊104根據(jù)三段直方圖得到三段拉伸曲線，并將
所述的三段拉伸曲線合成為一條完整的數(shù)字圖像亮度對比度拉伸曲線。 所述四種直方圖拉伸曲線可以有不同的幅度。 所述不同幅度的直方圖拉伸曲線通過査找曲線列表，由曲線列表中存儲(chǔ)的
點(diǎn)依次連接得到；所述査找曲線列表的依據(jù)是直方圖梯度的大小。
所述四種直方圖拉伸曲線每種至少有一條存儲(chǔ)于所述的曲線列表中。 所述曲線列表的值可以通過I2C配置寄存器的方式進(jìn)行調(diào)整。 所述亮度信息統(tǒng)計(jì)模塊101和近似飽和度計(jì)算模塊102中涉及的由參數(shù) win_xl， win_x2， win_yl， win_y2確定的統(tǒng)計(jì)窗，其中，所述win—xl， win—x2， win_yl， winj2的值可以通過I2C配置寄存器的方式進(jìn)行調(diào)整。
所述亮度信息統(tǒng)計(jì)模塊IOI和近似飽和度計(jì)算模塊102中可以不設(shè)置由參 數(shù)win—xl， win_x2， win_yl， win_jy2確定的統(tǒng)計(jì)窗，而取整幅圖像參與計(jì)算。
所述第一延遲模塊1031、第二延遲模塊1032、第三延遲模塊1033、第四延 遲模塊1034、第五延遲模塊1035為完全相同的模塊。
本發(fā)明的有益效果在于傳統(tǒng)的對比度調(diào)整方法多只用一條曲線對整幅圖 像進(jìn)行調(diào)整，難免顧此失彼，提升圖像對比度的同時(shí)，圖像亮度高的區(qū)域和亮 度很低的區(qū)域細(xì)節(jié)丟失，而本發(fā)明將圖像按亮度分成三個(gè)部分分別調(diào)整，可以 根據(jù)不同亮度區(qū)域的亮度分布特點(diǎn)有針對性地調(diào)整，既使整幅圖像的對比度得 到很好的提升，又避免在不需要調(diào)整的地方調(diào)整時(shí)導(dǎo)致的失真。
本發(fā)明的有益效果還在于圖像的直方圖反映了圖像亮度分布情況，根據(jù) 直方圖統(tǒng)計(jì)信息調(diào)整圖像的對比度，更能夠反映圖像的對比度信息，調(diào)整更準(zhǔn)確。
另外，由于直方圖的統(tǒng)計(jì)、拉伸操作一般用于軟件程序，在硬件描述語言 中不便于實(shí)現(xiàn)，且需要較大的存儲(chǔ)空間，本發(fā)明所述的對比度調(diào)整裝置在設(shè)計(jì) 中處處考慮到硬件的可實(shí)現(xiàn)性，降低實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，節(jié)省存儲(chǔ)空間，因此便于集 成到芯片中。
值得注意的是，本發(fā)明在^^擇對比度的調(diào)整曲線時(shí)，還考慮到圖像飽和度 的影響，使本發(fā)明所述的對比度調(diào)整裝置對彩色的圖像調(diào)整效果更好；且對于 直方圖統(tǒng)計(jì)窗口以及飽和度計(jì)算窗口均采用I2C配置寄存器的方法改變，使調(diào)整 更加方便靈活。


圖1是本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)方式的整體結(jié)構(gòu)框圖。 圖2是本發(fā)明具體實(shí)施例一采用的七段直方圖的示意圖。 圖3是本發(fā)明具體實(shí)施方式
中將直方圖近似為一組三角形組合的示意圖。 圖4是本發(fā)明具體實(shí)施方式
中將直方圖近似為三角形后不同形狀的三角形 所對應(yīng)的拉伸曲線。
圖5是本發(fā)明具體實(shí)施方式
中亮度對比度增強(qiáng)模塊102的結(jié)構(gòu)框圖。 圖6是本發(fā)明具體實(shí)施方式
中小曲線生成模塊502的流程圖。 圖7是本發(fā)明具體實(shí)施方式
中生成亮度映射曲線的過程示意圖。 圖8是本發(fā)明具體實(shí)施方式
中將七點(diǎn)擬合成曲線的示意圖。 圖9是曲線生成模塊中相鄰兩段小曲線的組合方法。 圖IO是本發(fā)明具體實(shí)施例二的整體結(jié)構(gòu)框圖。 圖11為本發(fā)明具體實(shí)施例一的曲線列表。 圖12為本發(fā)明具體實(shí)施例二的曲線列表。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)描述。由于本發(fā)明所述 一種數(shù)字圖像亮度對比度增強(qiáng)裝置中輸入視頻信號的位數(shù)不同導(dǎo)致本發(fā)明具體 實(shí)施中所需參數(shù)的范圍，本發(fā)明選擇標(biāo)準(zhǔn)的8位視頻輸入信號的情況為例進(jìn)行說明。
具體實(shí)施例一
圖1為本實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)框圖，包括亮度信息統(tǒng)計(jì)模塊101、第一延遲模 塊1031、第二延遲模塊1032、第三延遲模塊1033、第四延遲模塊1034、亮度 映射曲線生成模塊104、場間亮度關(guān)系判斷模塊105以及亮度調(diào)整模塊106，其 中，四個(gè)延遲模塊1031至1034為相同的模塊。
本具體實(shí)施例中亮度信號Y一in輸入到亮度信息統(tǒng)計(jì)模塊101得到當(dāng)前場的 直方圖統(tǒng)計(jì)信息及亮度平均值；所述直方圖統(tǒng)計(jì)信息經(jīng)過第一延遲模塊1031后 得到延遲的直方圖信息His一d輸入到亮度映射曲線生成模塊104，初步生成當(dāng)前 場的亮度映射曲線L—1。同時(shí)，所述亮度平均值依次經(jīng)過第二延遲模塊1032和 第三延遲模塊1033后輸入到場間亮度關(guān)系判斷模塊105，得到比例系數(shù)R—new 和R一old，與由亮度映射曲線生成模塊104得到的曲線L—1和由第四延遲模塊 1034得到的上一場的亮度映射曲線L—delay加權(quán)，則得到所需的亮度映射曲線 L—valid,將該亮度映射曲線L—valid輸入到亮度調(diào)整模塊中，對下一場的亮度信 號Y—in調(diào)整即得到對比度調(diào)整過的圖像，同時(shí)，所述亮度映射曲線L—valid經(jīng) 過第四延遲模塊1034作為下一場涉及的亮度映射曲線L一delay;所述當(dāng)前場的 直方圖統(tǒng)計(jì)信息經(jīng)過第二延遲單元1032作為下一場涉及的延遲直方圖信息 His—d。
以下分別描述各模塊的功能。
亮度信息統(tǒng)計(jì)模塊101負(fù)責(zé)兩個(gè)任務(wù)，其一為計(jì)算當(dāng)前場圖像的亮度平均 值輸入細(xì)U第二延遲模塊1032;其二為統(tǒng)計(jì)當(dāng)前場圖像亮度的分布，得到圖像的
直方圖分布，在本實(shí)施例中，采用歸一化的七段直方圖來代替完整的直方圖； 附圖2描述了一般直方圖和本發(fā)明使用的七段直方圖的關(guān)系。在亮度信息統(tǒng)計(jì) 模塊101中只統(tǒng)計(jì)16 47， 48 79， 80 111， 112 143， 144 175， 176 207， 208 235七段亮度范圍內(nèi)的亮度點(diǎn)數(shù)Hl， H2， H3， H4， H5， H6， H7，將所 述七段亮度范圍的7個(gè)統(tǒng)計(jì)值都?xì)w一化到0 15 ，排列起來作為 一個(gè)七段直方圖， 如附圖2 (b)中所示。所得7個(gè)歸一化數(shù)值均由一個(gè)4位寄存器存儲(chǔ)。
圖像直方圖分布的另一種計(jì)算方法是采用歸一化的九段直方圖來代替完整的直方圖，與所述七段直方圖的統(tǒng)計(jì)方法相似，將視頻圖像的亮度范圍分為九
段，分別為16 39， 40 63， 64 87， 88 111, 112 135， 136 159， 160 183， 184 207， 208 235。統(tǒng)計(jì)所述九個(gè)范圍內(nèi)的亮度點(diǎn)數(shù)hl到h9，同理歸 一化到0 15，排列起來為一個(gè)九段直方圖，由九個(gè)4位寄存器存儲(chǔ)。
本發(fā)明不局限于上述七段和九段直方圖統(tǒng)計(jì)方法，其它滿足反映圖像直方 圖信息的統(tǒng)計(jì)方法均屬于本發(fā)明的范圍。
本實(shí)施例中，亮度信息統(tǒng)計(jì)模塊101根據(jù)四個(gè)統(tǒng)計(jì)窗控制參數(shù)win_xl， win—x2， winjl， win_y2控制統(tǒng)計(jì)窗的大小。統(tǒng)計(jì)只涉及win—xl至lj win一x2行， win_yl至U win_y2歹U的亮度數(shù)據(jù)。win—xl， win—x2， win_yl， win_y2的數(shù){直可 以通過I2C配置寄存器的方式調(diào)整，用戶在調(diào)試時(shí)可以根據(jù)實(shí)際情況配置統(tǒng)計(jì)窗 的大?。豢梢詾檎鶊D像的大小，也可以為整幅圖像的一部分。
值得注意的是，所述直方圖統(tǒng)計(jì)模塊的統(tǒng)計(jì)窗的設(shè)置方法不局限于本發(fā)明 所述方法，不設(shè)置統(tǒng)計(jì)窗而直接取整幅圖像的大小也屬于本發(fā)明的范圍。
四個(gè)延遲模塊1031到1034的結(jié)構(gòu)完全相同，負(fù)責(zé)將輸入信號延遲一場的 時(shí)間。所述延遲模塊均由一個(gè)場信號Vsyn控制，當(dāng)檢測到場信號Vsyn時(shí)，各 延遲模塊更新輸出，當(dāng)還處于一場數(shù)據(jù)中時(shí)，各延遲模塊維持當(dāng)前輸出不變。 由于直方圖統(tǒng)計(jì)及亮度平均值的計(jì)算需要整幅圖像的信息，因此對比度的調(diào)整 是采用第k-l場和第k-2場圖像的統(tǒng)計(jì)信息生成的亮度映射曲線調(diào)整第k場圖像 的亮度，對于連續(xù)場景的視頻信號，這是可行的，雖然在場景變化時(shí)會(huì)出現(xiàn)瞬 間的閃爍，但基本不影響觀賞效果。
亮度映射曲線生成模塊104根據(jù)亮度信息統(tǒng)計(jì)模塊101得到的直方圖信息 生成適合當(dāng)前圖像的亮度映射曲線。
本發(fā)明中，亮度對比度的增強(qiáng)是通過拉伸亮度直方圖實(shí)現(xiàn)的，圖3和圖4 描述了本發(fā)明所依據(jù)的直方圖拉伸的原理。其中，如圖3所示，直方圖的形狀 可以近似成由兩種基本形狀或其組合構(gòu)成，其中兩種基本形狀為如圖6模版1 和模版2所示的兩種直角三角形，其組合為如圖6模版3和模版4所示的兩種 直角三角形的組合。而從圖4可以看到，對于其中任何一種三角形，如果要對 其拉伸；則只需一個(gè)弧線型的亮度映射曲線就可以。本發(fā)明中，將直方圖劃分 為若干個(gè)三角形，然后根據(jù)圖4的原理設(shè)計(jì)亮度轉(zhuǎn)換曲線，并將所有的小三角形對應(yīng)的曲線組合，則得到整個(gè)亮度空間的轉(zhuǎn)換曲線，根據(jù)所述曲線修改圖像 亮度，實(shí)現(xiàn)直方圖拉伸。.
附圖5為本實(shí)施例中亮度映射曲線生成模塊104的結(jié)構(gòu)框圖。亮度映射曲 線生成模塊104由直方圖分段模塊501、小曲線生成模塊502、小曲線合成模塊 503組成。本實(shí)施例中，直方圖分段模塊501將直方圖分為低亮度區(qū)、中亮度區(qū) 和高亮度區(qū)3段。則小曲線生成模塊502根據(jù)每段的亮度統(tǒng)計(jì)結(jié)果，通過査找 曲線列表(Curve—LUT)，生成所述曲線列表對應(yīng)范圍內(nèi)的三條亮度映射曲線。 小曲線合成模塊503將三段亮度范圍的亮度映射曲線組合成對應(yīng)全部亮度區(qū)域 的完整的亮度映射曲線。
附圖7為本實(shí)施例中七段直方圖時(shí)亮度映射曲線的形成原理示意圖，得到 附圖2 (b)所示的7段直方圖后，直方圖分段模塊501將直方圖的七段Hl到 H7分為三部分，其中Hl、 H2、 H3為低亮度段，H3、 H4、 H5為中亮度段，H5、 H6、 H7為高亮度段。對所述三部分中的任何一部分，都可以根據(jù)Hi、 Hi+1、 Hi+2 這3個(gè)值的高度排列來判斷該部分直方圖可以用哪種類型的三角形或者三角形 的組合。小曲線生成模塊502根據(jù)每段亮度區(qū)域的三角形的形狀特征，在曲線 列表中選擇適當(dāng)?shù)那€作為該亮度段的亮度映射曲線。小曲線合成模塊503把 低、中、高三個(gè)亮度段的曲線組合起來，生成整個(gè)亮度空間的亮度映射曲線。
若所述亮度信息統(tǒng)計(jì)模塊101得到的直方圖為九段時(shí)，同七段直方圖時(shí)唯 一區(qū)別的是，將直方圖的九段G1到G9分為三部分時(shí)，其中G1、 G2、 G3為低 亮度段，G4、 G5、 G6為中亮度段，G7、 G8、 G9為高亮度段，而七段直方圖分 為三部分時(shí)，H3和H5被重復(fù)使用。
圖6描述了小曲線生成模塊502的流程結(jié)構(gòu)。取某段直方圖的三個(gè)值分別 為Hi、 Hi+1、 Hi+2，由直方圖分段模塊501得到的直方圖信息經(jīng)過模版生成模塊 601,得到的模版在比較模塊602中與Hi、 Hi+1、 Hi+2進(jìn)行比較，選擇適合的模 版后進(jìn)入曲線選擇模塊603得到該段直方圖對應(yīng)的轉(zhuǎn)換曲線。以下對圖6中各 個(gè)模塊進(jìn)行詳細(xì)描述。
本發(fā)明中，采用如圖6所示的四種模版來近似直方圖的一部分。模版生成 模塊601按如下步驟生成對應(yīng)的四種類型的模版
步驟一:對Hi、 Hi+1、 Hi+2由小到大排序，分別用A， B， C表示。其中A=min(Hi、 Hi+1、 Hi+2) (1) C=max(Hi、 Hi+1、 Hi+2) (2) B= Hi+Hi+1+Hi+2 -A-C ( 3)
步驟二 modell=[C，B,A]，如附圖6所示模版1;
model2=[A，B,C],如附圖6所示模版2; model3=[(C+B)/2，A,(C+B)/2],如附圖6所示模版3; model4=[(A+B)/2,C,(A+B)/2]，如附圖6所示模版4; 比較模塊602分別計(jì)算每段直方圖中Hi、 Hi+1、 Hj+2的和moddl、 model2、 model3、 modd4差的絕對值，選出絕對值最小的模版類型，作為當(dāng)前段直方圖 的類型，所述類型決定了曲線選擇模塊.603中曲線選擇的類別以及曲線形成方 式。
曲線選擇模塊603根據(jù)得到的模版，在相應(yīng)的曲線査找表中，根據(jù)該段直 方圖的變化梯度從曲線列表中選擇合適的曲線，作為該段直方圖的小亮度轉(zhuǎn)換 曲線。
所述曲線列表中曲線的條數(shù)不是唯一的，可以根據(jù)所述曲線幅度分為N條， 其中N為自然數(shù)。存儲(chǔ)的曲線條數(shù)越多，則曲線精度越高，但占據(jù)的存儲(chǔ)空間 也比較大；同樣，存儲(chǔ)的曲線條數(shù)越少，存儲(chǔ)空間減小的同時(shí)精度也越低，綜 合精度及存儲(chǔ)空間兩個(gè)因素的考慮，本實(shí)施例中，以曲線列表存放著兩種極性、 3種幅度共6條曲線為例。兩種極性，是指模版1型和模版2型對應(yīng)的左弧曲線 和右弧曲線這兩種基本曲線，而模版3型和模版4型對應(yīng)的反S曲線和正S曲 線，可由所述兩種基本曲線左弧曲線和右弧曲線組合而成。
本實(shí)施例中，為了便于硬件實(shí)現(xiàn)，取低亮度段為16 112，中亮度段為80 176，高亮度段為144 240，使每個(gè)亮度段都對應(yīng)一個(gè)0 96的長度，方便統(tǒng)一 設(shè)計(jì)曲線。曲線列表只用七個(gè)點(diǎn)依次連接形成的折線來構(gòu)成曲線，而兩點(diǎn)之間. 的其他值由插值得到，在曲線列表中，每條曲線都是對應(yīng)坐標(biāo)[O， 16, 32, 48, 64, 80: 96]的七個(gè)高度值，如圖8所示。
值得注意的是，圖像高、中、低亮度的分段標(biāo)準(zhǔn)不局限于本實(shí)施例提出的 分段方式，其它16到235之間任意的分段都是可以的；另外，曲線列表的長度 和坐標(biāo)也不局限于本實(shí)施例中0 96的長度及對應(yīng)坐標(biāo)「0, 16, 32, 48, 64. 80. 961，對應(yīng)長度內(nèi)也可以選擇任意多點(diǎn)依次相連擬合成曲線，比如[O， 8， 16， 24， 32, 48， 64， 80， 96]，本實(shí)施例中的選擇是基于降低硬件代碼的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度以及設(shè) 計(jì)曲線的方便統(tǒng)一。
圖11給出了本實(shí)施例中曲線列表的具體值，而且所述具體值可以通過I2C 適時(shí)地配置，因此可以根據(jù)具體情況配置合適的值，更加靈活準(zhǔn)確。
本實(shí)施例中，設(shè)曲線表的三條曲線按幅度由大到小依次為Curve一a， Curve一b， Curve—c，曲線選擇模塊603根據(jù)當(dāng)前段直方圖的三角形梯度來選擇曲 線，梯度越大，選擇的曲線調(diào)整幅度越大，以下選擇一種梯度劃分方式對附圖6 所述的四種模版對應(yīng)的曲線的選擇分別作詳細(xì)說明，其中，設(shè)定hl、 h2、 h3為 當(dāng)直方圖特征符合模版1型和模版2型計(jì)算中的標(biāo)志值，hll、 h12、 h13、 h21、 h22、 h23為當(dāng)直方圖特征符合模版3型和模版4型時(shí)的計(jì)算中的標(biāo)志值。
(1) 模版1型和模版2型
若C/4> (B+A)/2或C/8>A時(shí)，hl=l ，否則hl-O;
若C/3〉(B+A)/2或者C/6〉A(chǔ)時(shí)，h2=l，否則h2-0;
若072>(8+八)/2或者((0=8)&&(0八+10))時(shí)，h3=l，否則h3=0;
若hl+h2+h3-3，則選擇幅度最大的Curve—a;如果hl+h2+h3=2，則選擇幅 度適中的Curve一b;如果hl+h2+h3=l ，則選擇幅度最小的Curve_c;如果 hl+h2+h3=0,則選擇默認(rèn)曲線，即沒有任何調(diào)整的曲線。
其中，模版1型在左弧曲線組中選擇，模版2型在右弧曲線組中選擇。
值得注意的是，本發(fā)明不局限于所述梯度劃分方式，任何只要滿足區(qū)分了 直方圖的梯度的計(jì)算方法均屬于本發(fā)明的范圍；本發(fā)明也不局限于將梯度分為 三個(gè)等級，當(dāng)需要從N條曲線中按照梯度選擇一條曲線時(shí)，可以將梯度劃分為 N個(gè)等級，其中，N為自然數(shù)。
(2) 模版3型
所述模版3的反S形曲線可以由左弧形曲線和右弧形曲線組合而成，其中， 前半段為左弧形，后半段為右弧形。 所述反S曲線前半段 若Hi/4〉Hw， hi 1=1，否則hll-0; 若Hi/2〉Hw， hl2=l，否則hl2-0;若Hi/3,Hw， hl3-l，否則hl3:0;
與(1)中的選擇方法相同，根據(jù)WHhl2+h13的值，在Curve—a, Curve_b， Curve c中選擇一條曲線，設(shè)其對應(yīng)的七個(gè)點(diǎn)的值為Curve一templ-[CU， C12, C13,CM，C15，C16,C17。
所述反S曲線后半段 若Hm/4〉Hw， h21-l,否則h21-0; 若Hm/2〉Hw， h22-l，否則h22-0; 若Hm/3承2〉Hw, h23-l，否則h23-0;
與(1)中的選擇方法相同，根據(jù)h21+h22+h23的值，在Curve_a， Curve一b， Curve—c中選擇一條曲線，設(shè)其對應(yīng)的七個(gè)點(diǎn)的值為Curve—temp2= [C21， C22， C23，C24， C25， C26, C27]。
由于兩段曲線都是對應(yīng)[O， 16, 32, 48, 64， 80， 96]，因此將Curve—tempi映射 到[O， 8， 16， 24， 32， 40， 48〗，而把Curve—temp2映射到[48， 56， 64, 72, 82， 88， 96〗， 由公式(4)和(5)得到兩條新的曲線列表值，將兩條曲線結(jié)合到0到96的范 圍內(nèi)
curve—new 1 = Curve—temp 1/2 ( 4 )
curve—newS- 48+Curve—temp2 / 2 ( 5 )
而圖n和圖12所示的曲線列表中，為節(jié)省存儲(chǔ)空間，只存儲(chǔ)中間5個(gè)點(diǎn)，
首尾點(diǎn)取默認(rèn)值Cll-O; C17-96; C21-0; C27=96。
因此，得到
的點(diǎn)，為了和其他類型的曲線一致，選擇抽取[O, 16， 32， 48， 64， 80， 96〗對 應(yīng)的點(diǎn)，最終得到所需的曲線
。 (3)模版4型
本發(fā)明中正S形曲線和反S形曲線的形成方法相同，區(qū)別在于前半段選右 弧形曲線，后半段選左弧形曲線。
每段的小曲線生成后，小曲線合成模塊503將3條小曲線合成為一條完整 的大曲線。由于低亮、中亮、高亮每段曲線都是由7個(gè)點(diǎn)組成，都有0 96的范圍，且三段曲線之間相互有長度為32的重合區(qū)域(即3個(gè)重合點(diǎn))。圖9描 述了相鄰兩段曲線的組合方法。
假設(shè)查圖11所示曲線列表得到三段亮度對應(yīng)的曲線分別為
ori—CL -[CL 1 ，CL2，CL3 ，CL4，CL5，CL6,CL7]，
ori一CM- [CM1，CM2，CM3，CM4，CM5， CM6,CM7]，
ori—CH=[CH1,CH2，CH3,CH4，CH5，CH6，CH7]。
由于曲線列表是在0 96亮度范圍內(nèi)建立的，且分別對應(yīng)16 112，80 176， 144 240，所以需要將曲線修正為
new—CL= ori_CL+16 ( 6 )
new—CM= ori—CL+80 ( 7 )
new—CH= ori一CL+144 ( 8 )
對曲線重合的3個(gè)點(diǎn)，則按一定原則加權(quán)平均，本實(shí)施例中對重合點(diǎn)取平 均值。最后得到的曲線共有15個(gè)點(diǎn)，分別為[CL1+16, CL2+16, CL3+16, CL4+16, CL5+16, ((CL6+16)+(CM2+80))/2, CM3+80, CM4+80, CM5+80, ((CM6+80)+(CH2+144))/2， CH3+144, CH4+144, CH5+144, CH6+144, CH7+144],分別對應(yīng)的亮度原始值為[16， 32， 48， 64， 80， 96， 112， 128, 144， 160， 176， 192， 208， 224， 240]。所述15個(gè)相鄰間距為16的點(diǎn)順序相連則得到一條由折 線近似組成的曲線。
另外，視頻信號的范圍一般是確定的，以8位的系統(tǒng)為例，亮度信號的范 圍為16 235，所以在曲線的生成過程中需要使曲線經(jīng)過亮度的極限值，從而防 止高低亮度區(qū)域的信號損失。
得到所述三段合成的亮度轉(zhuǎn)換曲線后，由于在同一場景的相鄰圖像，可能 會(huì)因?yàn)閳D像亮度分布的輕微差異，使得映射曲線生成模塊104對前后兩場連續(xù) 場景圖像生成差異較大的亮度映射曲線。如果直接將生成的調(diào)整曲線作用于圖 像，會(huì)導(dǎo)致同一場景中的所述兩場相鄰圖像出現(xiàn)較大的亮度調(diào)整差異，若所述 情況連續(xù)出現(xiàn)，則會(huì)導(dǎo)致畫面閃爍，因此本發(fā)明增加場間亮度關(guān)系判斷模塊105。 場間亮度關(guān)系判斷模塊105根據(jù)前后兩場的平均亮度值來判斷是否出現(xiàn)場 景切換，以決定如何組合由亮度映射曲線生成模塊104生成的新的亮度映射曲 線和當(dāng)前場的最終調(diào)整曲線以得到下一場的最終調(diào)整曲線。若場間亮度平均值說明書第12/14頁
差異很大，則認(rèn)為發(fā)生場景切換，下一場的最終調(diào)整曲線完全采用104生成的 新的亮度映射曲線，否則下一場的最終調(diào)整曲線取104生成的新的亮度映射曲 線和當(dāng)前場的最終調(diào)整曲線的加權(quán)平均，使在同一場景中的相鄰圖像，亮度映 射曲線是漸變的，從而避免在相鄰近似場景中出現(xiàn)由于曲線差異造成的閃爍現(xiàn)象。
場間亮度關(guān)系判斷模塊105的具體判斷方法是基于被判斷關(guān)系的兩場圖像 的平均亮度值A(chǔ)v—Yk-t和Av—Yk，將其帶入公式(9)，得到相鄰兩場'圖像的亮度 平均值差的絕對值-
dif_Av—Y=| Av—Yk—t—Av_Yk| (9 )
若dif_Av—Y>Y—th，則R—new=l， R—old=0;
否則R—new=dif_Av—Y/Y—th， R_old=l—R—new。
其中，以輸入信號為8位的系統(tǒng)為例，Y—th為小于50亮度閾值，具體的實(shí) 現(xiàn)中可以根據(jù)實(shí)際情況配置。如圖1所示，Rjiew與當(dāng)前計(jì)算出的亮度映射曲 線L—1相乘，R—old與經(jīng)第四延遲模塊1034延遲的上一場計(jì)算出的最終的亮度 映射曲線L—delay相乘，兩個(gè)乘積之和，則為當(dāng)前場所得到的最終的亮度映射曲 線L—valid,用于調(diào)整下一場的圖像亮度對比度，所述亮度映射曲線由[16,32,48, 64, 80， 96， 112, 128， 144, 160, 176, 192, 208， 224， 240]各點(diǎn)依次相連的折線擬合得 到。
亮度調(diào)整模塊106根據(jù)所述得到的16 235整個(gè)亮度范圍內(nèi)的亮度映射曲 線修改圖像每個(gè)像素的亮度，由此實(shí)現(xiàn)了圖像的亮度對比度的調(diào)整。對應(yīng)[16,32: 48, 64， 80， 96, 112， 128, 144, 160， 176, 192， 208, 224, 240]上各點(diǎn)的轉(zhuǎn)換亮度值可 直接替換，其他亮度的轉(zhuǎn)換需要由其左右兩個(gè)已知亮度轉(zhuǎn)換值插值計(jì)算得出。
具體實(shí)施例(二)
本實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)框圖如附圖IO所示，與所述具體實(shí)施例一的整體結(jié)構(gòu) 框圖相同的是，包括亮度信息統(tǒng)計(jì)模塊101、第一延遲模塊1031、第二延遲模 塊1032、第三延遲模塊1033、第四延遲模塊1034、亮度映射曲線生成模塊104、 場間亮度關(guān)系判斷模塊105以及亮度調(diào)整模塊106;不同的是，本實(shí)施例中還包 括近似飽和度計(jì)算模塊102和第五延遲模塊1035。由于增加所述近似飽和度計(jì)算模塊102，本具體實(shí)施例中輸入數(shù)據(jù)為亮度信 號Y一in，以及色差信號Cb一in和Cr—in，其中色差信號Cb—in和Cr—in輸入到 近似飽和度計(jì)算模塊102中得到圖像的平均近似飽和度。
近似飽和度計(jì)算模塊102負(fù)責(zé)統(tǒng)計(jì)圖像色度信息，計(jì)算當(dāng)前圖像的色彩平 均近似飽和度，飽和度的計(jì)算公式如公式(10)，本實(shí)施例中，將公式(10)簡 化為公式(11)，近似計(jì)算圖像中每個(gè)點(diǎn)的色彩近似飽和度S，將所有統(tǒng)計(jì)點(diǎn)的 色彩近似飽和度S求均值則得到整幅圖像的色彩平均近似飽和度Av_S。 S = A/Cb2+Cr2 (10) S = |Cb_128| + |Cr-128| (11)
本實(shí)施例中，近似飽和度計(jì)算模塊102選擇參與計(jì)算的圖像范圍和亮度信 息統(tǒng)計(jì)模塊101的統(tǒng)計(jì)窗相同，選擇win一xl行到win一x2行，winjl列到win_y2 列的統(tǒng)計(jì)窗內(nèi)的色差信號Cb_in和Cr—in參與計(jì)算圖像的平均近似飽和度。其 中win一xl， win_x2， winjl， winj2的數(shù)值可以通過I2C配置寄存器的方式調(diào) 整，用戶在調(diào)試時(shí)可以根據(jù)實(shí)際情況配置統(tǒng)計(jì)窗的大小，可以為整幅圖像的大 小，也可以為整幅圖像的一部分。
基于所述由圖像近似飽和度對曲線進(jìn)行初步篩選的原理，本實(shí)施例與具體 實(shí)施例一不同的地方還在于，曲線列表存放著兩種極性、5種幅度共10條曲線， 如圖12所示，首先由曲線平均近似飽和度從五條曲線中選擇所需的三條，再按 照具體實(shí)施例一所述的方法根據(jù)直方圖的梯度信息選擇本發(fā)明所需的調(diào)整圖像 對比度的曲線。相應(yīng)的，曲線選擇步驟分為兩步，相比具體實(shí)施例一附圖6曲 線選擇模塊603中增加了一個(gè)步驟。所述增加的步驟為步驟一-
將所述色彩平均近似飽和度Av_S按閾值TS1和TS2分成三個(gè)區(qū)域，首先 根據(jù)圖像的色彩平均近似飽和度Av一S縮小曲線選擇的范圍，其中，TS1和TS2 為寄存器可配置的值，具體的方法分以下三種情況S1、 S2、 S3:
Sl:當(dāng)圖像的色彩平均近似飽和度Av—S大于TS1時(shí)，曲線選擇范圍縮小 為Curve3 Curve5這3組幅度最小的曲線；
S2:當(dāng)圖像的色彩平均近似飽和度Av—S小于TS1且大于TS2時(shí)，曲線選 擇范圍縮小為Curve2~Curve4這3組幅度適中的曲線；
S3:當(dāng)圖像的色彩平均近似飽和度Av—S小于TS2時(shí)，曲線選擇范圍縮小為Curvel Curve3這3組幅度最大的曲線。
得到所述三條曲線后，進(jìn)入步驟二，所述步驟二為具體實(shí)施例一中曲線選 擇模塊603中的步驟一。
以下的處理與具體實(shí)施例一中完全相同。
本實(shí)施例增加亮度近視飽和度模塊102的有益效果在于在曲線選擇模塊中， 首先由圖像的平均近似飽和度在曲線査找表中縮小選擇范圍，由于顏色鮮艷的 圖像，色彩平均近似飽和度Av—S往往很大，此類圖像不需要大幅度的亮度拉伸， 若采用飽和度作初步篩選，則可以防止所述顏色鮮艷的圖像被大幅度拉伸反而 使圖像顯示效果變差的現(xiàn)象發(fā)生。
值得注意的是，本發(fā)明具體實(shí)施例二和具體實(shí)施例一中情況相同，所述直 方圖統(tǒng)計(jì)模塊不局限于所述七段和九段直方圖統(tǒng)計(jì)方法，其它滿足反映圖像直 方圖信息的統(tǒng)計(jì)方法均屬于本發(fā)明的范圍；所述近似飽和度計(jì)算模塊的統(tǒng)計(jì)窗 的設(shè)置方法也不局限于本發(fā)明所述方法，不設(shè)置統(tǒng)計(jì)窗而直接取整幅圖像的大 小也屬于本發(fā)明的范圍。
另外，本發(fā)明實(shí)施例一和實(shí)施例二均以8位系統(tǒng)為例，若輸入信號為其它 位數(shù)n時(shí)，實(shí)施例中所涉及到得數(shù)據(jù)為本發(fā)明實(shí)施例中數(shù)的2S'n倍，其中，n為 自然數(shù)。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不 能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替 換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種數(shù)字圖像亮度對比度增強(qiáng)裝置，其特征在于該裝置包括亮度信息統(tǒng)計(jì)模塊(101)、第一延遲模塊(1031)、第二延遲模塊(1032)、第三延遲模塊(1033)、第四延遲模塊(1034)、亮度映射曲線生成模塊(104)、場間亮度關(guān)系判斷模塊(105)以及亮度調(diào)整模塊(106)；其中，亮度信號Y_in輸入到亮度信息統(tǒng)計(jì)模塊(101)得到當(dāng)前第k場的直方圖統(tǒng)計(jì)信息及亮度平均值，所述直方圖統(tǒng)計(jì)信息經(jīng)第一延遲模塊(1031)延遲后輸入到亮度映射曲線生成模塊(104)，初步生成當(dāng)前第k場的亮度映射曲線L_1，第k-1場的亮度平均值依次經(jīng)第二延遲模塊(1032)和第三延遲模塊(1033)延遲后，與經(jīng)過第二延遲模塊(1032)的第k場的亮度平均值同時(shí)輸入到場間亮度關(guān)系判斷模塊(105)，得到比例系數(shù)R_new和R_old并與由亮度映射曲線生成模塊(104)得到的曲線L_1和由第四延遲模塊(1034)得到的上一場的亮度映射曲線L_delay進(jìn)行加權(quán)，則得到所需的亮度映射曲線L_valid，所述亮度映射曲線L_valid輸入到亮度調(diào)整模塊，對下一場第k+1場的亮度信號Y_in進(jìn)行調(diào)整即得到對比度調(diào)整過的圖像。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字圖像亮度對比度增強(qiáng)裝置，其特征在于 所述裝置還包括以下模塊近似飽和度計(jì)算模塊(102)和第五延遲模塊(1035)， 所述近似飽和度計(jì)算模塊(102)的輸入信號為圖像的色差信號。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種數(shù)字圖像亮度對比度增強(qiáng)裝置，其特征在于 所述近似飽和度計(jì)算模塊(102)輸出的圖像平均近似飽和度經(jīng)第五延遲模塊(1035)延遲后輸入到亮度映射曲線生成模塊(104)，配合圖像直方圖信息從 曲線列表中選擇合適的曲線。
4、 '根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種數(shù)字圖像亮度對比度增強(qiáng)裝置，其特征 在于:所述亮度映射曲線生成模塊(104)將所述亮度信息統(tǒng)計(jì)模塊(101)得 到的直方圖分為三段，每段均根據(jù)形狀近似成三角形模版1: l,或三角形模版2:』，或三角形組合模版3:",或三角形組合模版4: ▲。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種數(shù)字圖像亮度對比度增強(qiáng)裝置，其特征在于 所述四種模版k、』、M、 A分別對應(yīng)的直方圖的拉伸曲線為^形、^ 形、Z形、7形。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種數(shù)字圖像亮度對比度增強(qiáng)裝置，其特征在于:所述亮度映射曲線生成模塊(104)根據(jù)三段直方圖得到三段拉伸曲線，并將所述的三段拉伸曲線合成為一條完整的數(shù)字圖像亮度對比度拉伸曲線。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種數(shù)字圖像亮度對比度增強(qiáng)裝置，其特征在于:所述四種直方圖拉伸曲線可以有不同的幅度。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種數(shù)字圖像亮度對比度增強(qiáng)裝置，其特征在于:所述不同幅度的直方圖拉伸曲線通過查找曲線列表，由曲線列表中存儲(chǔ)的點(diǎn)依次連接得到；所述査找曲線列表的依據(jù)是直方圖梯度的大小。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種數(shù)字圖像亮度對比度增強(qiáng)裝置，其特征在于所述四種直方圖拉伸曲線每種至少有一條存儲(chǔ)于所述的曲線列表中。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種數(shù)字圖像亮度對比度增強(qiáng)裝置，其特征在于所述曲線列表的值可以通過fC配置寄存器的方式進(jìn)行調(diào)整。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種數(shù)字圖像亮度對比度增強(qiáng)裝置，其特征在于所述亮度信息統(tǒng)計(jì)模塊(101)和近似飽和度計(jì)算模塊(102)中涉及的由參數(shù)win—xl， win—x2， win_yl， win^y2確定的統(tǒng)計(jì)窗，其中，所述win—xl,win_x2， win_yl， win_y2的值可以通過I2C配置寄存器的方式進(jìn)行調(diào)整。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種數(shù)字圖像亮度對比度增強(qiáng)裝置，其特征在于所述亮度信息統(tǒng)計(jì)模塊(101)和近似飽和度計(jì)算模塊(102)中可以不設(shè)置由參數(shù)win—xl， win—x2， win_yl， win_y2確定的統(tǒng)計(jì)窗，而取整幅圖像參與計(jì)算。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種數(shù)字圖像亮度對比度增強(qiáng)裝置，其特征在于所述第一延遲模塊(1031 )、第二延遲模塊(1032)、第三延遲模塊(1033)、第四延遲模塊(1034)、第五延遲模塊(1035)為完全相同的模塊。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種數(shù)字圖像亮度對比度增強(qiáng)裝置，該裝置包括亮度信息統(tǒng)計(jì)模塊、第一延遲模塊、第二延遲模塊、第三延遲模塊、第四延遲模塊、亮度映射曲線生成模塊、場間亮度關(guān)系判斷模塊以及亮度調(diào)整模塊，本發(fā)明將圖像按亮度分成三個(gè)部分分別調(diào)整，可以根據(jù)不同亮度區(qū)域的亮度分布特點(diǎn)有針對性地調(diào)整，既使整幅圖像的對比度得到很好的提升，又避免了在不需要調(diào)整的地方調(diào)整時(shí)導(dǎo)致的失真；本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)中處處考慮到硬件的可實(shí)現(xiàn)性，降低其復(fù)雜度，節(jié)省存儲(chǔ)空間，因此便于集成到芯片中；另外所述裝置還包括近似飽和度計(jì)算模塊和第五延遲模塊，增加對圖像飽和度的考慮使本發(fā)明所述的對比度調(diào)整裝置對彩色圖像的調(diào)整效果更好。
文檔編號H04N5/57GK101472113SQ200710125619
公開日2009年7月1日 申請日期2007年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月29日
發(fā)明者官安全, 常軍鋒, 亮 彭, 琛 李, 楊維維, 嶺 石, 濤 鄭 申請人:深圳艾科創(chuàng)新微電子有限公司