專利名稱：影像處理方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于影像處理方法與裝置，特別是關(guān)于區(qū)域性影像動態(tài)響應(yīng)重新分布的影像處理方法與裝置。
背景技術(shù)：
數(shù)碼相機(jī)及其他影像處理裝置的組成單元主要包含有影像擷取、影像處理、影像顯示以及影像壓縮等。這些單元對同一影像源所能處理的信息量都有所不同，因而在影像處理過程中會造成信息的損失。在這些信息中，灰階的損失會讓影像的細(xì)部紋理(detail texture)因而喪失，亦即會降低影像處理裝置系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)范圍(dynamic response range)。尤其是當(dāng)所擷取的影像其灰階的動態(tài)幅度非常寬時，例如使用閃光燈或是逆光攝影時，最后一級所產(chǎn)出的影像在強(qiáng)光區(qū)域(hightlight)或者陰影部份(shadow)的細(xì)部明亮變化，將因所能提供的資訊不足下而無法表示出來。
美國第6,256,424專利「影像過濾電路(Image Filter Circuit)」利用一個IIR-type的低頻濾波器產(chǎn)生邊緣模糊(unsharp)的影像用來做動態(tài)幅度壓縮的硬體架構(gòu)。其缺點(diǎn)為在動態(tài)幅度壓縮率大的情況下，會造成處理過后的影像在各邊緣(edge)產(chǎn)生擬似的邊緣(pseudo-edge)而造成失真。而美國第6,807,316專利「影像處理方法與裝置(Image Processing Method andImage Processing Apparatus)」利用多個低頻濾波器產(chǎn)生邊緣模糊(unsharp)的影像用來做動態(tài)幅度壓縮的方法及機(jī)制，可解決上篇專利產(chǎn)生擬似的邊緣(pseudo-edge)的缺點(diǎn)。
圖1顯示美國第6,807,316專利「影像處理方法與裝置」的架構(gòu)圖。如該圖所示，該影像處理方法與裝置是先利用第一過濾處理(FilteringProcess 1)與第二過濾處理(Filtering Process 2)將輸入信號分別轉(zhuǎn)換成第一邊緣模糊影像信號(Unsharp Image signal 1)與第二邊緣模糊影像信號(Unsharp Image signal 2)。之后，利用查表合成(LUT Synthsis)將第一邊緣模糊影像信號與第二邊緣模糊影像信號合成單一影像信號。接著，再利用查表計(jì)算(LUT Computation)產(chǎn)生一補(bǔ)償信號。最后，將輸入信號與補(bǔ)償信號相加后產(chǎn)生輸出信號。
上述的技術(shù)主要是利用低通濾波器分離出原影像的低頻和高頻信號，然后對低頻信號做增益(gain)的降低，以壓縮原影像低頻區(qū)的動態(tài)響應(yīng)幅度。最后利用此一壓縮后的低頻信號和原影像的高頻信號做結(jié)合，期許能得出既保有原影像高頻信號亦即細(xì)部紋理，同時動態(tài)響應(yīng)幅度亦壓縮至影像處理單元所能提供的信息量的范圍。此種技術(shù)的缺點(diǎn)在于所有的影像其頻率響應(yīng)屬連續(xù)性的，如果單純用某一頻率做低頻和高頻信號的切分點(diǎn)，最后影像將導(dǎo)致如美國第6,256,424專利所述邊緣模糊的現(xiàn)象，以至于需如美國第6,807,316專利所述需再加數(shù)級的頻帶切分點(diǎn)，試圖降低邊緣模糊的現(xiàn)象。此外，此種技術(shù)的另一缺點(diǎn)是其著重在處理低頻的動態(tài)響應(yīng)，而對高頻信號在不同亮態(tài)區(qū)的增益未做處理。此方法對于高對比度的影像而言，雖然能適當(dāng)?shù)慕档推鋵Ρ榷龋珜τ谟跋裰邪祽B(tài)以及亮態(tài)區(qū)的高頻部份卻無法提供適當(dāng)?shù)脑鲆?，以至于最終影像趨于平坦而缺乏影像的傳真度。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于上述問題，本發(fā)明影像處理方法與裝置特別利用區(qū)域性的影像動態(tài)響應(yīng)重新分布來進(jìn)行影像處理。
為達(dá)成上述目的，本發(fā)明影像處理裝置包含一影像特征值產(chǎn)生單元，接收影像資料并對欲處理的畫素的周圍影像進(jìn)行區(qū)域性的影像分析，且計(jì)算出該區(qū)域影像的平均亮度、亮度變異性、與長方條表示的統(tǒng)計(jì)圖等影像特征值；一權(quán)值產(chǎn)生單元，根據(jù)影像特征值產(chǎn)生第一與第二權(quán)值，其中第一權(quán)值與平均亮度成反比且與亮度變異性成正比，而第二權(quán)值與長方條表示的統(tǒng)計(jì)圖以及該畫素的亮度有關(guān)；一第一調(diào)變亮度值產(chǎn)生單元，接收影像資料并對欲處理的畫素依據(jù)其亮度求出高增益動態(tài)響應(yīng)分布曲線在該亮度下的最大增益值；一第二調(diào)變亮度值產(chǎn)生單元，接收影像資料并對欲處理的畫素依據(jù)其亮度求出低增益動態(tài)響應(yīng)分布曲線在該亮度下的最小增益值；以及一亮度計(jì)算單元，將第一權(quán)值乘上第一調(diào)變亮度值產(chǎn)生一第一權(quán)值亮度值，以及將第二權(quán)值乘上第二調(diào)變亮度值產(chǎn)生一第二權(quán)值亮度值，并將該第一權(quán)值亮度值與第二權(quán)值亮度值相加后產(chǎn)生一影像值。
因此，本發(fā)明所提出的對影像動態(tài)響應(yīng)重新分布(dynamic responsere-mapping)的方法及機(jī)制能避免現(xiàn)有專利因利用頻帶切分點(diǎn)所導(dǎo)致邊緣模糊的缺點(diǎn)。同時，本發(fā)明亦進(jìn)一步的提供對不同亮態(tài)區(qū)的影像的高頻信號做增益的變化。本發(fā)明由改變影像的動態(tài)響應(yīng)分布，提高影像細(xì)節(jié)部份的紋理變化量，以期降低在影像處理過程中因資訊的損失所造成的系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)范圍下降，同時亦能因影像動態(tài)響應(yīng)的重新分布而提高影像的傳真度(fidelity)。


圖1顯示現(xiàn)有影像處理裝置的架構(gòu)圖。
圖2顯示本發(fā)明影像處理方法的流程圖。
圖3為本發(fā)明影像處理裝置的架構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
以下參考圖式詳細(xì)說明本發(fā)明影像處理方法與裝置。
本發(fā)明是利用影像特征分析器對欲處理的畫素(pixel)的附近影像進(jìn)行區(qū)域(local)性的影像分析以粹取出其特征值(characteristic value)。此特征值包含有平均亮度、亮度變異性、長方條表示的統(tǒng)計(jì)圖(histogram)等。然后依據(jù)這些資訊對此畫素做不同的增益。此增益是依預(yù)設(shè)的影像動態(tài)響應(yīng)分布曲線所產(chǎn)生的。
本發(fā)明的影像動態(tài)響應(yīng)分布曲線分二種，其一是高增益動態(tài)響應(yīng)分布曲線，其二是低增益動態(tài)響應(yīng)分布曲線。對欲處理畫素的增益則限制在此二增益動態(tài)響應(yīng)分布曲線之間。本發(fā)明可由對此二增益動態(tài)響應(yīng)分布曲線的改變，而得以對影像做整體亮度的調(diào)變，亦可對不同亮度區(qū)域的的增益強(qiáng)度做改變。
圖2顯示本發(fā)明影像處理方法的流程圖。如該圖所示，本發(fā)明影像處理方法的實(shí)施步驟如下步驟S200開始。
步驟S202讀取影像資料。
步驟S204產(chǎn)生區(qū)域性的影像特征值。對欲處理的畫素(pixel)的附近影像，進(jìn)行區(qū)域(local)性的影像分析。此區(qū)域的影像信號經(jīng)影像特征分析器計(jì)算出該區(qū)域影像的特征值，此特征值包含有平均亮度Δy、亮度變異性δy、長方條表示的統(tǒng)計(jì)圖(histogram)等。
步驟S206產(chǎn)生二權(quán)值(Weighting)。根據(jù)區(qū)域性的影像特征值決定高低二增益動態(tài)響應(yīng)分布曲線作用在此畫素上的二權(quán)值。高增益曲線可提高影像的亮度，例如可用來提升影像暗態(tài)區(qū)的亮度，低增益曲線將降低影像的亮度，此可用來增加影像的對比度。在本申請的實(shí)施例中，高增益曲線的權(quán)值是和特征分析器計(jì)算出的平均亮度成反比的關(guān)系，和亮度變異性成正比的關(guān)系，意即在影像的暗態(tài)區(qū)并且該區(qū)域的亮度變異性大時，則高增益曲線的權(quán)值變高，而低增益曲線的權(quán)值則和特征分析器計(jì)算出的長方條表示的統(tǒng)計(jì)圖(histogram)以及該畫素的亮度有關(guān)，如果該畫素的亮度座落于長方條表示的統(tǒng)計(jì)圖的暗態(tài)區(qū)則低增益曲線的權(quán)值會變高。
第一權(quán)值
weighting_1＝c1*(2d-Δy)+c2(δy)…(1)其中c1、c2為常數(shù)、2d表影像的最大灰階數(shù)、Δy表平均亮度、δy為亮度變異性。在本實(shí)施例c1＝1、c2＝16。而當(dāng)影像為256灰階數(shù)時，則d＝8。
第二權(quán)值Weighting_2＝c3*position(y at histogram)…(2)其中c3為常數(shù)。在本實(shí)施例c3＝16、position(y at histogram)表y在長方條表示的統(tǒng)計(jì)圖的位置。
步驟S208產(chǎn)生調(diào)變亮度值。對欲處理的畫素依據(jù)其亮度求出高低二增益動態(tài)響應(yīng)分布曲線在該亮度下的最大以及最小增益值，并依此二增益值作用在該畫素上產(chǎn)生調(diào)變過的二亮度值y1與y2。y1為高增益動態(tài)響應(yīng)分布曲線的調(diào)變亮度值，y2為低增益動態(tài)響應(yīng)分布曲線的調(diào)變亮度值。
步驟S210亮度調(diào)整。將二權(quán)值分別乘上調(diào)變亮度值產(chǎn)生權(quán)值亮度值y1’與y2’，最后將權(quán)值亮度值y1’與y2’合成單一亮度值y_out。
y1’＝y(tǒng)1*Weighting_1…(3)y2’＝y(tǒng)2*Weighting_2…(4)y_out＝y(tǒng)1’+y2’…(5)步驟S212結(jié)束。
上述步驟是針對一個畫素的處理步驟。對于其余畫素重復(fù)執(zhí)行即可。
圖3為本發(fā)明影像處理裝置的架構(gòu)圖。如該圖所示，本發(fā)明影像處理裝置30包含一第一調(diào)變亮度值產(chǎn)生單元31、一第二調(diào)變亮度值產(chǎn)生單元32、一影像特征值產(chǎn)生單元33、一權(quán)值計(jì)算單元34、以及一亮度計(jì)算單元35。而該亮度計(jì)算單元35包含兩個乘法器351與352、以及一個加法器353。
第一調(diào)變亮度值產(chǎn)生單元31與第二調(diào)變亮度值產(chǎn)生單元32同時接收影像資料y_in，并對欲處理的畫素依據(jù)其亮度求出高低二增益動態(tài)響應(yīng)分布曲線在該亮度下的最大以及最小增益值，并依此二增益值作用在該畫素上產(chǎn)生調(diào)變過的二調(diào)變亮度值y1與y2。一般而言，第一調(diào)變亮度值產(chǎn)生單元31與第二調(diào)變亮度值產(chǎn)生單元32即所謂的γ曲線調(diào)整。由于γ曲線調(diào)整為現(xiàn)有技術(shù)，不在此重復(fù)說明。而γ曲線調(diào)整的參數(shù)可由使用者依據(jù)喜愛設(shè)定。
影像特征值產(chǎn)生單元33是根據(jù)影像資料產(chǎn)生影像特征值。亦即，影像特征值產(chǎn)生單元33對欲處理的畫素附近的影像進(jìn)行區(qū)域性的影像分析。此區(qū)域的影像信號經(jīng)影像特征分析后計(jì)算出該區(qū)域影像的特征值，此影像特征值包含有平均亮度Δy、亮度變異性δy、長方條表示的統(tǒng)計(jì)圖等。而計(jì)算影像的平均亮度Δy、亮度變異性δy、以及長方條表示的統(tǒng)計(jì)圖為現(xiàn)有技術(shù)，不在此重復(fù)說明。而所謂區(qū)域性的影像是指欲處理的畫素附近的部分畫素，例如欲處理的畫素周圍的5*5矩陣的影像畫素。
權(quán)值計(jì)算單元34是用來產(chǎn)生調(diào)變亮度值y1與y2的權(quán)值Weighting_1與Weighting_2。權(quán)值計(jì)算單元34根據(jù)影像特征值計(jì)算出權(quán)值Weighting_1與Weighting_2。計(jì)算方式如第(1)與(2)式所示。
weighting_1＝c1*(2d-Δy)+c2(δy) …(1)其中c1、c2為常數(shù)、2d表影像的最大灰階數(shù)、Δy表平均亮度、δy為亮度變異性。在本實(shí)施例c1＝1、c2＝16。而當(dāng)影像為256灰階數(shù)時，則d＝8。
Weighting_2＝c3*position(y at histogram) …(2)其中c3為常數(shù)。在本實(shí)施例c3＝16、position(y at histogram)表y在長方條表示的統(tǒng)計(jì)圖的位置。
乘法器351將調(diào)變亮度值y1與權(quán)值Weighting_1相乘后產(chǎn)生權(quán)值亮度值y1’。乘法器352將調(diào)變亮度值y2與權(quán)值Weighting_2相乘后產(chǎn)生權(quán)值亮度值y2’。最后，加法器353將權(quán)值亮度值y1’與權(quán)值亮度值y2’相加后產(chǎn)生輸出影像y_out。
因此，本發(fā)明能避免現(xiàn)有專利因利用頻帶切分點(diǎn)所導(dǎo)致邊緣模糊的缺點(diǎn)。同時，本發(fā)明亦進(jìn)一步的提供對不同亮態(tài)區(qū)的影像的高頻信號做增益的變化。本發(fā)明由改變影像的動態(tài)響應(yīng)分布，提高影像細(xì)節(jié)部份的紋理變化量，以期降低在影像處理過程中因資訊的損失所造成的系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)范圍下降，同時亦能因影像動態(tài)響應(yīng)的重新分布而提高影像的傳真度。
以上雖以實(shí)施例說明本發(fā)明，但并不因此限定本發(fā)明的范圍，只要不脫離本發(fā)明的要旨，該行業(yè)者可進(jìn)行各種變形或變更。
權(quán)利要求
1.一種影像處理方法，其特征在于，包含下列步驟產(chǎn)生區(qū)域性的影像特征值，對欲處理的畫素的周圍影像進(jìn)行區(qū)域性的影像分析，并計(jì)算出該區(qū)域影像的平均亮度、亮度變異性、與長方條表示的統(tǒng)計(jì)圖等影像特征值；產(chǎn)生第一與第二權(quán)值，根據(jù)前述影像特征值產(chǎn)生該第一與第二權(quán)值，其中高增益曲線的第一權(quán)值是與平均亮度成反比且與亮度變異性成正比，而低增益曲線的第二權(quán)值則與長方條表示的統(tǒng)計(jì)圖以及該畫素的亮度有關(guān)；產(chǎn)生高增益曲線的第一調(diào)變亮度值，對欲處理的畫素依據(jù)其亮度求出高增益動態(tài)響應(yīng)分布曲線在該亮度下的最大增益值；產(chǎn)生低增益曲線之第二調(diào)變亮度值，對欲處理的畫素依據(jù)其亮度求出低增益動態(tài)響應(yīng)分布曲線在該亮度下的最小增益值；以及產(chǎn)生輸出影像值，將前述第一權(quán)值乘上第一調(diào)變亮度值產(chǎn)生一第一權(quán)值亮度值，以及將前述第二權(quán)值乘上第二調(diào)變亮度值產(chǎn)生一第二權(quán)值亮度值，并將該第一權(quán)值亮度值與第二權(quán)值亮度值合成后輸出一影像值。
2.如權(quán)利要求1所述的影像處理方法，其特征在于，前述第一權(quán)值可由下式計(jì)算產(chǎn)生weighting_1＝c1*(2d-Δy)+c2(δy)，其中weighting_1為第一權(quán)值、c1與c2為常數(shù)、2d表影像的最大灰階數(shù)、Δy表平均亮度、δy為亮度變異性。
3.如權(quán)利要求1所述的影像處理方法，其特征在于，前述第二權(quán)值可由下式計(jì)算產(chǎn)生weighting_2＝c3*position(y at histogram)，其中c3為常數(shù)、position(y at histogram)表y在長方條表示的統(tǒng)計(jì)圖的位置。
4.一種影像處理裝置，其特征在于，包含一影像特征值產(chǎn)生單元，接收影像資料，并對欲處理的畫素的周圍影像進(jìn)行區(qū)域性的影像分析，且計(jì)算出該區(qū)域影像的平均亮度、亮度變異性、與長方條表示的統(tǒng)計(jì)圖等影像特征值；一權(quán)值產(chǎn)生單元，根據(jù)前述影像特征值產(chǎn)生一第一與一第二權(quán)值，其中第一權(quán)值與平均亮度成反比且與亮度變異性成正比，而第二權(quán)值與長方條表示的統(tǒng)計(jì)圖以及該畫素的亮度有關(guān)；一第一調(diào)變亮度值產(chǎn)生單元，接收前述影像資料，并對欲處理的畫素依據(jù)其亮度求出高增益動態(tài)響應(yīng)分布曲線在該亮度下的最大增益值；一第二調(diào)變亮度值產(chǎn)生單元，接收前述影像資料，并對欲處理的畫素依據(jù)其亮度求出低增益動態(tài)響應(yīng)分布曲線在該亮度下的最小增益值；以及一計(jì)算單元，將前述第一權(quán)值乘上前述第一調(diào)變亮度值產(chǎn)生一第一權(quán)值亮度值，以及將前述第二權(quán)值乘上前述第二調(diào)變亮度值產(chǎn)生一第二權(quán)值亮度值，并將該第一權(quán)值亮度值與第二權(quán)值亮度值合成后輸出一影像值。
5.如權(quán)利要求4所述的影像處理裝置，其特征在于，前述權(quán)值產(chǎn)生單元可由下式計(jì)算產(chǎn)生前述第一權(quán)值weighting_1＝c1*(2d-Δy)+c2(δy)，其中weighting_1為第一權(quán)值、c1與c2為常數(shù)、2d表影像的最大灰階數(shù)、Δy表平均亮度、δy為亮度變異性。
6.如權(quán)利要求4所述的影像處理裝置，其特征在于，前述權(quán)值產(chǎn)生單元可由下式計(jì)算產(chǎn)生前述第二權(quán)值weighting_2＝c3*position(y at histogram)，其中c3為常數(shù)、position(y at histogram)表y在長方條表示的統(tǒng)計(jì)圖的位置。
7.如權(quán)利要求4所述的影像處理裝置，其特征在于，前述計(jì)算單元包含一第一乘法器，接收前述第一權(quán)值與前述第一調(diào)變亮度值，并將該第一權(quán)值與第一調(diào)變亮度值相乘后產(chǎn)生前述第一權(quán)值亮度值；一第二乘法器，接收前述第二權(quán)值與前述第二調(diào)變亮度值，并將該第二權(quán)值與第二調(diào)變亮度值相乘后產(chǎn)生前述第二權(quán)值亮度值；以及一加法器，接收前述第一權(quán)值亮度值與前述第二權(quán)值亮度值，并將該第一權(quán)值亮度值與第二權(quán)值亮度值相加后產(chǎn)生前述影像值。
全文摘要
本發(fā)明為一種影像處理方法與裝置，該影像處理裝置包含影像特征值產(chǎn)生單元，接收影像資料并對欲處理的畫素的周圍影像進(jìn)行區(qū)域性的影像分析，且計(jì)算出該區(qū)域影像的平均亮度、亮度變異性、與長方條表示的統(tǒng)計(jì)圖等影像特征值；權(quán)值產(chǎn)生單元，根據(jù)影像特征值產(chǎn)生第一與第二權(quán)值；第一調(diào)變亮度值產(chǎn)生單元及第二調(diào)變亮度值產(chǎn)生單元，接收影像資料并對欲處理的畫素依據(jù)其亮度求出高、低增益動態(tài)響應(yīng)分布曲線在該亮度下的最大增益值；亮度計(jì)算單元，將第一權(quán)值乘上第一調(diào)變亮度值產(chǎn)生第一權(quán)值亮度值，以及將第二權(quán)值乘上第二調(diào)變亮度值產(chǎn)生第二權(quán)值亮度值，并將該第一權(quán)值亮度值與該第二權(quán)值亮度值相加后產(chǎn)生影像值。
文檔編號G06T5/00GK1855994SQ200510067948
公開日2006年11月1日 申請日期2005年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月28日
發(fā)明者林焜尉, 簡千佳 申請人:凌陽科技股份有限公司