專(zhuān)利名稱(chēng)：對(duì)比度補(bǔ)償?shù)难b置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用直方圖均衡化的對(duì)比度補(bǔ)償裝置及其方法，特別涉及一個(gè)有著簡(jiǎn)化的器件結(jié)構(gòu)和較低對(duì)比度失真的對(duì)比度補(bǔ)償裝置及其方法。
背景技術(shù)：
直方圖均衡化的基本原理是由變化給定圖像的直方圖來(lái)改變?cè)搱D像的特性。直方圖顯示了一幅圖像的灰度級(jí)亮度分布。這種灰度級(jí)直方圖顯示出圖像明暗的比率，即對(duì)比度率，對(duì)比度率會(huì)隨著直方圖變化而改變。通常，高對(duì)比度率呈現(xiàn)出圖像清晰，而低對(duì)比度率呈現(xiàn)出圖像是模糊的。
圖1A和圖1C是說(shuō)明對(duì)比度概念的視圖，圖1B和圖1D是分別說(shuō)明圖1A和圖1C直方圖的視圖。
圖1A和圖1C中顯示的視圖分別說(shuō)明了一幅圖像和一幅由直方圖均衡化而加強(qiáng)了對(duì)比度的圖像。如圖1A和圖1C中顯示的，組成圖像的像素個(gè)體間的不同亮度對(duì)比度方便了圖像的識(shí)別。圖1B說(shuō)明了圖1A中圖像的亮度分布直方圖。如圖1B顯示的，像素聚集在低亮度區(qū)域。因此，組成圖像的不同像素的亮度差異很小，這就使圖像很難識(shí)別。圖1D說(shuō)明了圖1C中圖像的直方圖。圖1D直方圖中，亮度以擴(kuò)展的方式網(wǎng)格化(ramified)。因此，組成圖像的各個(gè)像素有著不同的亮度等級(jí)，這就使得圖像容易識(shí)別。
圖2是展示傳統(tǒng)的對(duì)比度補(bǔ)償設(shè)備的框圖。圖2中的對(duì)比度補(bǔ)償設(shè)備有概率密度函數(shù)(PDF，Probability Density Function)計(jì)算單元10，累積分布函數(shù)(CDF，Cumulative Distribution Function)計(jì)算單元20，以及映射單元30。
概率密度函數(shù)計(jì)算單元10檢測(cè)組成圖像的各個(gè)像素的亮度等級(jí)，并在檢測(cè)基礎(chǔ)上計(jì)算概率密度函數(shù)。概率密度函數(shù)是將特定亮度像素的數(shù)量進(jìn)行圖形化的函數(shù)。
累積分布函數(shù)計(jì)算單元20隨后累積概率密度函數(shù)，以此獲得一個(gè)累積分布。累積分布函數(shù)由下述的公式1所定義公式1]
CDF=Σi=0nPDF(i)]]>其中i＝0，1，2，3...
當(dāng)一幅輸入圖像的總體亮度很高時(shí)，映射單元30基于由公式獲得的累積分布函數(shù)將像素的低亮度值映射成高亮度值。
圖3A到圖3H是說(shuō)明通過(guò)圖2中的對(duì)比度補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行的圖像補(bǔ)償過(guò)程的視圖。
圖3A顯示了一幅整體看上去較黑暗的夜晚山丘圖像。因此，如果在組成圖3A圖像的各個(gè)像素的所計(jì)算亮度等級(jí)的基礎(chǔ)上表示出概率密度函數(shù)，那么在圖3B中的顯示中就會(huì)看到多個(gè)暗色的分布。圖3C顯示了由公式1獲得的圖3B的累積分布函數(shù)，當(dāng)把圖3C的累積分布函數(shù)轉(zhuǎn)換為256級(jí)的灰度時(shí)就得到了圖3D。這里用圖3D來(lái)說(shuō)明映射圖像信號(hào)的映射函數(shù)。例如，如果輸入圖像整體上是黑暗的，組成圖像的任意一個(gè)像素有著100灰度級(jí)，那么映射單元30就會(huì)將該圖像映射成80灰度級(jí)。
與此同時(shí)，如圖3E中所示，如果圖像中在夜晚山丘A和夜空B的右上方出現(xiàn)高亮度的月亮C，那么在圖3F中就可以形成一個(gè)概率密度函數(shù)。圖3F的左邊表示低亮度像素的分布，右邊則表示高亮度像素的分布?；诠?獲得的針對(duì)圖3F的累積分布函數(shù)如圖3G所示。當(dāng)把圖3G的累積分布函數(shù)轉(zhuǎn)換為256級(jí)灰度時(shí)得到圖3H，將圖3H用作映射函數(shù)時(shí)，把100灰度級(jí)映射成120灰度級(jí)，這是因?yàn)楫?dāng)明亮的月亮C的概率密度函數(shù)與圖3F的概率密度函數(shù)相累加時(shí)，累積分布函數(shù)的斜率會(huì)快速增加。當(dāng)把圖3H用作映射函數(shù)時(shí)，組成圖像的所有像素的平均亮度增加了。就是說(shuō)，不僅月亮C出現(xiàn)的位置變亮了，而且整個(gè)圖像也變亮了。因此，整個(gè)圖像有了一個(gè)高亮度，山丘A，天空B，以及月亮C在相互間的亮度上變得不清楚了，從而使圖像變模糊了。這就是說(shuō)，對(duì)比度率下降了。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了以上問(wèn)題。由此，本發(fā)明的一個(gè)方面就是提供一個(gè)比傳統(tǒng)器件具有更少對(duì)比度失真和簡(jiǎn)化的器件結(jié)構(gòu)的對(duì)比度補(bǔ)償裝置以及其方法。
實(shí)現(xiàn)以上及/或其他方面，對(duì)比度補(bǔ)償裝置包括像素值檢測(cè)單元，用來(lái)檢測(cè)輸入圖像信號(hào)中各個(gè)像素的像素值分布；像素值限定單元，具有預(yù)設(shè)的亮度限定值并且連接到該像素值檢測(cè)單元，基于預(yù)設(shè)亮度限定值來(lái)重置各個(gè)像素的像素值分布；和映射單元，連接到該像素值限定單元，用以在關(guān)于重置像素值的累積分布函數(shù)基礎(chǔ)上，設(shè)置各個(gè)像素的亮度值。
通常，預(yù)設(shè)亮度限定值包括第一設(shè)定值，用于設(shè)定檢測(cè)出的各個(gè)像素的像素值的上限；和第二設(shè)定值，用于設(shè)定檢測(cè)出的各個(gè)像素的像素值的下限。
作為代表性的，像素值限定單元包括第一比較部分，用于將由像素值檢測(cè)單元檢測(cè)出的各個(gè)像素的像素值與第一設(shè)定值相比較，并在檢測(cè)出的像素值超出第一設(shè)定值時(shí)輸出第一設(shè)定值；和第二比較部分，用于將由像素值檢測(cè)單元檢測(cè)出的各個(gè)像素的像素值與第二設(shè)定值相比較，并在檢測(cè)出的像素值小于第二設(shè)定值時(shí)輸出第二設(shè)定值。
通常，第一比較部分包括第一比較部分包括第一緩沖器，具有用于輸入圖像信號(hào)的輸入端和連接第一比較部分輸出端的輸出端；第一存儲(chǔ)器，用以存儲(chǔ)第一設(shè)定值；和第一比較儀，用以將圖像信號(hào)與第一存儲(chǔ)器中的第一設(shè)定值相比較，基于比較的結(jié)果，激活下述之一第一緩沖器，以使檢測(cè)出的像素值輸出到第二比較部分；以及第一存儲(chǔ)器，以使第一設(shè)定值輸出到第二比較部分。
作為代表性的，第二比較部分包括第二緩沖器，具有接收從第一比較部分輸出的輸入圖像信號(hào)的輸入端，并且具有連接第二比較部分輸出端的輸出端；第二存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)第二設(shè)定值；和第二比較儀，用于來(lái)自第一比較部分的輸出與第二存儲(chǔ)器中的第二設(shè)定值相比較，基于比較的結(jié)果，激活下述之一第二緩沖器，以使第一比較部分的輸出值可以從像素值限定單元輸出；和第二存儲(chǔ)器，以使第二設(shè)定值可以從像素值限定單元輸出。
通常，對(duì)比度補(bǔ)償裝置進(jìn)一步會(huì)包含累積分布函數(shù)轉(zhuǎn)換單元，該單元在像素值限定單元和映射單元之間，用于基于如下所示的、應(yīng)用在像素值限定單元中重置的像素值累積分布函數(shù)的公式來(lái)轉(zhuǎn)換圖像信號(hào)CDF(K)=CDF(K)-CDF(N)N×K+K]]>其中N為當(dāng)圖像信號(hào)構(gòu)成圖像時(shí)可顯示的最高像素值，K表示一個(gè)像素值。
實(shí)現(xiàn)以上及/或其他方面，對(duì)比度補(bǔ)償方法包括計(jì)算圖像信號(hào)像素值；基于預(yù)設(shè)的亮度限定值來(lái)限制計(jì)算出的像素值，并重置圖像信號(hào)的已計(jì)算出的像素值；以及為重置的像素值計(jì)算累積分布函數(shù)，并基于累積分布函數(shù)設(shè)定圖像信號(hào)的對(duì)比度。
本發(fā)明其它方面及/或優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)以下描述來(lái)進(jìn)行闡明，其中部分方面在說(shuō)明書(shū)中是顯而易見(jiàn)的，或可以通過(guò)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明來(lái)了解。
作為代表性的，重置計(jì)算出的像素值的操作包括設(shè)定計(jì)算出的像素值的上限值；設(shè)定計(jì)算出的像素值的下限值；以及將高于上限值的像素值和低于下限值的像素值分別映射為上限值和下限值。
通常，圖像信號(hào)對(duì)比度的設(shè)定包括將累積分布函數(shù)轉(zhuǎn)換成預(yù)定的灰度級(jí)；以及基于轉(zhuǎn)換成預(yù)定灰度級(jí)的累積分布函數(shù)來(lái)映射所計(jì)算的圖像信號(hào)的像素值。
作為代表性的，映射操作包括將累積分布函數(shù)除以形成圖像信號(hào)的像素?cái)?shù)；以及再將除以像素?cái)?shù)的累積分布函數(shù)乘以預(yù)定的灰度級(jí)。
通常，設(shè)定圖像信號(hào)對(duì)比度的操作進(jìn)一步包括計(jì)算像素值的累積分布函數(shù)和基于以下公式重置累積分布函數(shù)CDF(K)=CDF(K)-CDF(N)N×K+K]]>其中N為當(dāng)圖像信號(hào)構(gòu)成圖像時(shí)可顯示的最高像素值，K表示一個(gè)像素值。


圖1A和圖1C是說(shuō)明對(duì)比度概念的視圖；圖1B和圖1D是分別說(shuō)明圖1A和圖1C直方圖的視圖；圖2是圖解表示傳統(tǒng)的對(duì)比度補(bǔ)償設(shè)備的框圖；圖3A到圖3H是說(shuō)明通過(guò)圖2中的對(duì)比度補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行的圖像補(bǔ)償過(guò)程的視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例來(lái)圖解對(duì)比度補(bǔ)償設(shè)備的框圖；圖5是說(shuō)明圖4中的亮度值限制單元的框圖；圖6A和圖6B是說(shuō)明亮度值限定單元操作的視圖；圖7是說(shuō)明圖4中累積分布函數(shù)補(bǔ)償單元的框圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例來(lái)展示對(duì)比度補(bǔ)償方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在會(huì)給本發(fā)明的實(shí)施例做出詳細(xì)的說(shuō)明，本發(fā)明中的例子也會(huì)配以附圖來(lái)說(shuō)明，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件。在下面描述實(shí)施例，以便可以參照附圖來(lái)解釋本發(fā)明。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例來(lái)圖解表示對(duì)比度補(bǔ)償設(shè)備的框圖。
如圖4說(shuō)明的實(shí)施例中的對(duì)比度補(bǔ)償裝置包括概率密度函數(shù)計(jì)算單元100，亮度值限定/限制單元(或是比特下門(mén)限比特上門(mén)限(BUBO，Bit Underthreshold Bit over threshold)單元)200，累積分布函數(shù)單元300，累積分布函數(shù)補(bǔ)償單元400，以及映射單元500。
概率密度函數(shù)計(jì)算單元100檢測(cè)輸入圖像的像素值分布，并且基于該分布計(jì)算概率密度函數(shù)(PDF)。這里，按照前面公式1定義概率密度函數(shù)。
像素值可以是亮度值，三原色R，G，B中的灰度值，或是色差信號(hào)Y，Cb，Cr中的灰度值。通過(guò)以8比特表示灰度值，可以用256級(jí)(也就是28級(jí))來(lái)呈現(xiàn)原色R，G，B和飽和度。亮度值也可以表示成256級(jí)，色差信號(hào)Y，Cb，Cr可以分別由8比特來(lái)表示。因此，亮度值，原色信號(hào)的灰度值和色差信號(hào)的灰度值是依照輸入圖像信號(hào)明亮值的變化而變化的，并且對(duì)應(yīng)輸入圖像信號(hào)亮度變化的概率密度函數(shù)是可以計(jì)算的。在以下的描述中，將會(huì)根據(jù)有關(guān)輸入圖像信號(hào)的亮度值來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的對(duì)比度補(bǔ)償裝置。然而，應(yīng)該注意的是本發(fā)明對(duì)于三原色R，G，B和色差信號(hào)的灰度值是同樣適用的。
比特下門(mén)限比特上門(mén)限單元200包括設(shè)定了所檢測(cè)出的亮度值的上門(mén)限值(或高于上限定值的值)的第一設(shè)定值和設(shè)定了所檢測(cè)出的亮度值的下門(mén)限值(或低于下限定值的值)的第二設(shè)定值，并且該比特下門(mén)限比特上門(mén)限單元200從概率密度函數(shù)計(jì)算單元100所檢測(cè)出的亮度值中，將高于第一設(shè)定值或低于第二設(shè)定值的映射亮度值映射為第一設(shè)定值或第二設(shè)定值。例如，當(dāng)將第一和第二設(shè)定值分別設(shè)定為20級(jí)灰度和200級(jí)灰度，對(duì)一幅有著256級(jí)灰度(0～255灰度級(jí))的輸入圖像，比特下門(mén)限比特上門(mén)限單元200輸出20級(jí)到200級(jí)的圖像到累積分布函數(shù)單元300中，其中比特下門(mén)限比特上門(mén)限單元200在輸出到累積分布函數(shù)單元300之前，將低于20級(jí)灰度(例如15)的亮度值映射成20級(jí)灰度，將高于200級(jí)灰度(例如210)的亮度值映射成200級(jí)灰度。通過(guò)這樣設(shè)定灰度和亮度值，盡管某些圖像部分具有過(guò)高或者過(guò)低的亮度值，仍然可以防止在顯示圖像時(shí)整個(gè)圖像的亮度過(guò)高或過(guò)低。
累積分布函數(shù)計(jì)算單元300隨后累積并計(jì)算由比特下門(mén)限比特上門(mén)限單元200輸出的概率密度函數(shù)。于是，累積分布函數(shù)就以前面的公式2定義出來(lái)。
累積分布函數(shù)補(bǔ)償單元400將由累積分布函數(shù)計(jì)算單元300輸出的累積計(jì)算值除以組成一幅圖像的像素?cái)?shù)從而獲得一個(gè)平均值。這個(gè)過(guò)程將會(huì)在后文中詳細(xì)描述。
圖5是一個(gè)圖4中所示比特下門(mén)限比特上門(mén)限單元200的實(shí)施例的說(shuō)明框圖。
如圖5所示的比特下門(mén)限比特上門(mén)限單元200包括第一比較部分210和第二比較部分220。第一比較部分210將第一設(shè)定值與由概率密度函數(shù)計(jì)算單元100檢測(cè)出的亮度值相比較，如果比較結(jié)果是檢測(cè)出的亮度值超過(guò)第一設(shè)定值，就輸出第一設(shè)定值。如果檢測(cè)出的亮度值沒(méi)有超出第一設(shè)定值，第一比較部分210就輸出檢測(cè)出的亮度值到第二比較部分220。
第二比較部分220將第二設(shè)定值與由比特下門(mén)限比特上門(mén)限單元200檢測(cè)出的亮度值相比較，如果比較結(jié)果是亮度值小于第二設(shè)定值，就輸出第二設(shè)定值。如果亮度值大于第二設(shè)定值，就將檢測(cè)出的亮度值輸出到累積分布函數(shù)計(jì)算單元300。
通常，第一比較部分210包括第一設(shè)定值存儲(chǔ)器(第一存儲(chǔ)器)211，第一比較儀212，以及第一緩沖器213。第一設(shè)定值存儲(chǔ)器(第一存儲(chǔ)器)211存儲(chǔ)第一設(shè)定值，并在第一比較儀212輸出邏輯“高”時(shí)激活。第一比較儀212將由概率密度函數(shù)計(jì)算單元100檢測(cè)出的亮度值與存儲(chǔ)在第一設(shè)定值存儲(chǔ)器(第一存儲(chǔ)器)211中存儲(chǔ)的第一設(shè)定值相比較。如果比較結(jié)果是檢測(cè)出的亮度值沒(méi)有超過(guò)第一設(shè)定值，則第一比較儀212輸出邏輯“低”。因此，第一緩存器213被激活，以便使所檢測(cè)出的亮度值輸出到第二比較部分220中。如果比較結(jié)果是所檢測(cè)出的亮度值超過(guò)第一設(shè)定值，則輸出邏輯“高”來(lái)激活第一設(shè)定值存儲(chǔ)器(第一存儲(chǔ)器)211，將存儲(chǔ)在第一設(shè)定值存儲(chǔ)器(第一存儲(chǔ)器)211中的第一設(shè)定值輸出到第二比較單元220中。
第二比較部分220包括第二設(shè)定值存儲(chǔ)器(第二存儲(chǔ)器)221，第二比較儀222，以及第二緩沖器223。第二設(shè)定值存儲(chǔ)器(第二存儲(chǔ)器)221存儲(chǔ)第二設(shè)定值，并在第二比較儀222輸出邏輯“高”時(shí)激活。第二比較儀222將第二設(shè)定值與由第一比較部分210輸出的亮度值相比較。如果比較結(jié)果是所施加的亮度值小于第二設(shè)定值，第二比較儀222輸出邏輯“低”，如果所施加的亮度值大于第二設(shè)定值，就輸出邏輯“高”。因此，如果第二比較儀222的輸出值是邏輯“低”，則累積分布函數(shù)計(jì)算單元300就輸出第一比較部分210的輸出值，如果果第二比較儀222的輸出值是邏輯“高”，就將第二設(shè)定值輸出到累積分布函數(shù)計(jì)算單元300中。
圖6A和圖6B分別是圖解說(shuō)明圖5中第一和第二比較部分210和220的操作的視圖。
圖6A是說(shuō)明圖5中第一比較部分210的操作的視圖，其中圖6A中的(1)表示一幅圖像的概率密度函數(shù)，圖6A中的(2)表示大于第一設(shè)定值的亮度值部分，圖6A中的(3)表示將高于第一設(shè)定值的亮度值映射成第一設(shè)定值的映射。
圖6B是說(shuō)明圖4中第二比較部分220的操作的視圖，其中圖6B中的(1)表示一幅圖像的概率密度函數(shù)，圖6B中的(2)表示小于第二設(shè)定值的亮度值，圖6B中的(3)表示將小于第二設(shè)定值的亮度值映射成第二設(shè)定值的。根據(jù)圖6A和圖6B的圖解所示，對(duì)比度補(bǔ)償裝置減小了由于組成圖像的特定部分的亮度對(duì)整個(gè)圖像的亮度產(chǎn)生的影響。
圖7是說(shuō)明圖4中累積分布函數(shù)補(bǔ)償單元400實(shí)施例的框圖。累積分布函數(shù)補(bǔ)償單元400包括亮度值檢測(cè)單元410，乘法器420，桶形移位器430，減法器440，以及加法器450。
亮度值檢測(cè)器410輸入一幅圖像，并檢測(cè)輸入圖像的亮度值。乘法器420將亮度值檢測(cè)器410所檢測(cè)出的亮度值與組成輸入圖像中選定圖像的像素?cái)?shù)相乘。桶形移位器430將從乘法器420輸出的圖像信號(hào)以亮度數(shù)(也就是亮度值)，例如255，進(jìn)行移位，該亮度數(shù)用于形成所選定的圖像。桶形移位器430的移位操作如同除法器將乘法器420的輸出除以亮度數(shù)一樣。
將累積分布函數(shù)計(jì)算單元300的輸出和桶形移位器430的輸出輸入減法器440，并計(jì)算累積分布函數(shù)計(jì)算單元300的輸出和桶形移位器430的輸出之間的差值。
加法器450將亮度值檢測(cè)器410所檢測(cè)出的亮度值與減法器440的輸出相加。
在下文中，將參考圖7，通過(guò)本實(shí)施例及累積分布函數(shù)補(bǔ)償單元400的更細(xì)致操作的例子來(lái)進(jìn)行更詳細(xì)的描述。
首先，在下面的例子中，假定圖像X有一個(gè)如下的亮度信號(hào)分布X＝{1，1，2，2，2，2，3，3，3，3，4，4，4，4，4，4，4，4，4，4，4，4，4，3，3，3，3，2，2，2，2，1，1}此處，亮度信號(hào)的最低值是“1”，最高值是“4”。為了簡(jiǎn)便，例子中的亮度值限定為4，但亮度信號(hào)的亮度是有256級(jí)(0～255)的。
然后，當(dāng)有著以上亮度分布的圖像X輸入到概率密度函數(shù)(PDF)計(jì)算單元100中時(shí)，得到以下的概率密度函數(shù)。
PDF{1}＝4PDF{2}＝8PDF{3}＝8PDF{4}＝13以上的值表示亮度值為“1”的像素?cái)?shù)是4，亮度值為“2”的像素?cái)?shù)是8，亮度值為“3”的像素?cái)?shù)是8，亮度值為“4”的像素?cái)?shù)是13。
然后，當(dāng)將概率密度函數(shù)輸出到累積分布函數(shù)(CDF)計(jì)算單元200中，得到以下的累積分布函數(shù)。
CDF{1}＝4CDF{2}＝12CDF{3}＝20CDF{4}＝33就是說(shuō)，CDF{2}＝PDF{1}+PDF{2}，CDF{4}＝PDF{1}+PDF{2}+PDF{3}+PDF{4}。
累積分布函數(shù)補(bǔ)償單元400通過(guò)下面的公式2將上述過(guò)程中獲得的累積分布函數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化公式2]CDF(K)=CDF(K)-CDF(N)N×K+K]]>此處，其中N為當(dāng)圖像信號(hào)構(gòu)成圖像時(shí)可顯示的最高亮度值，就是說(shuō)，由于亮度值為N＝4，在本例中，K表示一個(gè)在1到4范圍內(nèi)的亮度值。
可以根據(jù)如下所示的公式2來(lái)重置累積分布函數(shù)CDF{1}＝(4-33/(4×1))+1＝-3.25CDF{2}＝(12-33/(4×2))+2＝-2.50CDF{3}＝(20-33/(4×3))+3＝-1.75
CDF{4}＝(33-33/(4×4))+4＝+4.00此處，將這些負(fù)數(shù)(-3.25，-2.50，-1.75)分別假定映射為正數(shù)“1”，重置的累積分布函數(shù)(以下稱(chēng)之為查詢表(LUT，Look Up Table))如下LUT{1}＝1LUT{2}＝1LUT{3}＝1LUT{4}＝4將上文中重置后的累積分布函數(shù)作為查詢表存儲(chǔ)在映射單元500中，然后對(duì)比度補(bǔ)償裝置根據(jù)重置的累積分布函數(shù)映射并輸出圖像信號(hào)的亮度值。例如，如果圖像信號(hào)的亮度值是1，2，和3，那么輸出的映射亮度值就為“1”，只有當(dāng)圖像信號(hào)的亮度值是4時(shí)，才會(huì)輸出亮度值“4”。因此，當(dāng)圖像信號(hào)轉(zhuǎn)化為圖像時(shí)，盡管圖像基本是高亮度值“4”，整個(gè)圖像也不會(huì)變得明亮，這就降低了它的對(duì)比度率。
與此同時(shí)，公式2的在器件實(shí)施上需要加法器，減法器，乘法器和除法器，而將桶形移位器430作為實(shí)施對(duì)比度補(bǔ)償裝置的除法器使用，以便大大簡(jiǎn)化器件結(jié)構(gòu)。桶形移位器430的移位數(shù)是基于可顯示的最大亮度值“N”決定的，在通常的對(duì)比度補(bǔ)償中，“N”為“255”。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例來(lái)說(shuō)明對(duì)比度補(bǔ)償方法的操作的流程圖。
首先，概率密度函數(shù)計(jì)算單元100檢測(cè)輸入圖像信號(hào)的像素值，計(jì)算基于像素值(S100)的概率密度函數(shù)。像素值可以是亮度值，三原色R，G，B中的灰度值，或色差信號(hào)Y，Cb，Cr中的灰度值。通過(guò)使用8比特表示灰度值，將使原色R，G，B和飽和度為256級(jí)(也就是28級(jí))。亮度值也可以表示為256級(jí)，色差信號(hào)Y，Cb，Cr可以分別用8比特表示。因此，亮度值，原色信號(hào)的灰度值和色差信號(hào)的灰度值是依照輸入圖像信號(hào)明亮值的變化而變化的，并且對(duì)應(yīng)輸入圖像信號(hào)亮度變化的概率密度函數(shù)是可以計(jì)算的。在以下的描述中，將會(huì)根據(jù)有關(guān)輸入圖像信號(hào)亮度值來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的對(duì)比度補(bǔ)償裝置。然而，應(yīng)該注意的是本發(fā)明對(duì)于三原色R，G，B和色差信號(hào)的灰度值是同樣適用的。
其次，設(shè)置一個(gè)上門(mén)限值和一個(gè)下門(mén)限值以消除象“0”或“255”這樣的亮度值，相對(duì)于只占據(jù)圖像的部分而言，這些亮度值對(duì)整個(gè)圖像亮度值的影響卻是巨大的，就是說(shuō)，這些亮度值使得圖像過(guò)暗或過(guò)亮(S200)。上門(mén)限值和下門(mén)限值可以分別設(shè)置為與最大亮度值相差10％和與最小亮度值相差10％，但這樣的值不是固定的，而是隨著圖像呈現(xiàn)成暗或亮而變化的。這里，當(dāng)圖像信號(hào)的亮度值超出上限值時(shí)，將該值映射成上限值，當(dāng)圖像信號(hào)的亮度值小于下限值時(shí)，將該值映射成下限值(S300)。因此，圖像亮度不會(huì)被特定的亮度值所控制。然后，將具有由上限值和下限值限定亮度的概率密度函數(shù)依次相加，就獲得了概率分布函數(shù)(S400)。其后，將得到的概率分布函數(shù)轉(zhuǎn)化為灰度(S500)。最后，將圖像信號(hào)的亮度基于灰度概率分布函數(shù)(以下稱(chēng)之為查詢表(LUT))映射輸出。基于概率分布函數(shù)(LUT)的灰度轉(zhuǎn)化方法和映射方法是眾所周知的技術(shù)，所以省略對(duì)其的描述。因此，當(dāng)一幅圖像的某部分呈現(xiàn)很亮或很暗時(shí)，可由上限值和下限值來(lái)減少整個(gè)圖像變亮或變暗的現(xiàn)象。
如上所述，當(dāng)一幅圖像的某部分呈現(xiàn)很亮或很暗時(shí)，整個(gè)圖像突然變亮或變暗的現(xiàn)象減少了，于是就減小了圖像對(duì)比度的下降。進(jìn)一步說(shuō)，對(duì)比度補(bǔ)償裝置不僅使用了最少的乘法器、加法器和減法器，使結(jié)構(gòu)得以簡(jiǎn)化，而且裝置在器件中實(shí)施時(shí)也會(huì)消耗更少的電能。
盡管只是展示和說(shuō)明了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該意識(shí)到，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求及其等同范圍內(nèi)的原則和精神的情況下，可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行適當(dāng)修改。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)比度補(bǔ)償裝置包括像素值檢測(cè)單元，用來(lái)檢測(cè)輸入圖像信號(hào)中各個(gè)像素的像素值分布；像素值限定單元，具有預(yù)設(shè)的亮度限定值并且連接到該像素值檢測(cè)單元，基于預(yù)設(shè)亮度限定值來(lái)重置各個(gè)像素的像素值分布；和映射單元，連接到該像素值限定單元，用以在關(guān)于重置像素值的累積分布函數(shù)基礎(chǔ)上，設(shè)置各個(gè)像素的亮度值。
2.如權(quán)利要求1所述的對(duì)比度補(bǔ)償裝置，其中預(yù)設(shè)亮度限定值包括第一設(shè)定值，用于設(shè)定檢測(cè)出的各個(gè)像素的像素值的上限；和第二設(shè)定值，用于設(shè)定檢測(cè)出的各個(gè)像素的像素值的下限。
3.如權(quán)利要求2所述的對(duì)比度補(bǔ)償裝置，其中像素值限定單元包括第一比較部分，用于將由像素值檢測(cè)單元檢測(cè)出的各個(gè)像素的像素值與第一設(shè)定值相比較，并在檢測(cè)出的像素值超出第一設(shè)定值時(shí)輸出第一設(shè)定值；和第二比較部分，用于將由像素值檢測(cè)單元檢測(cè)出的各個(gè)像素的像素值與第二設(shè)定值相比較，并在檢測(cè)出的像素值小于第二設(shè)定值時(shí)輸出第二設(shè)定值。
4.如權(quán)利要求3所述的對(duì)比度補(bǔ)償裝置，其中第一比較部分包括第一緩沖器，具有用于輸入圖像信號(hào)的輸入端和連接第一比較部分輸出端的輸出端；第一存儲(chǔ)器，用以存儲(chǔ)第一設(shè)定值；和第一比較儀，用以將圖像信號(hào)與第一存儲(chǔ)器中的第一設(shè)定值相比較，基于比較的結(jié)果，激活下述之一第一緩沖器，以使檢測(cè)出的像素值輸出到第二比較部分；以及第一存儲(chǔ)器，以使第一設(shè)定值輸出到第二比較部分。
5.如權(quán)利要求4所述的對(duì)比度補(bǔ)償裝置，其中第二比較部分包括第二緩沖器，具有接收從第一比較部分輸出的輸入圖像信號(hào)的輸入端，并且具有連接第二比較部分輸出端的輸出端；第二存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)第二設(shè)定值；和第二比較儀，用于來(lái)自第一比較部分的輸出與第二存儲(chǔ)器中的第二設(shè)定值相比較，基于比較的結(jié)果，激活下述之一第二緩沖器，以使第一比較部分的輸出值可以從像素值限定單元輸出；和第二存儲(chǔ)器，以使第二設(shè)定值可以從像素值限定單元輸出。
6.如權(quán)利要求5所述的對(duì)比度補(bǔ)償裝置，進(jìn)一步包括累積分布函數(shù)轉(zhuǎn)換單元，該單元在像素值限定單元和映射單元之間，用于基于如下所示的、應(yīng)用在像素值限定單元中重置的像素值累積分布函數(shù)的公式來(lái)轉(zhuǎn)換圖像信號(hào)CDF(K)=CDF(K)-CDF(N)N×K+K]]>其中N為當(dāng)圖像信號(hào)構(gòu)成圖像時(shí)可顯示的最高像素值，K表示一個(gè)像素值。
7.如權(quán)利要求1所述的對(duì)比度補(bǔ)償裝置，其中像素值可以是明亮值，三原色R，G，B中的灰度值，或是色差信號(hào)Y，Cb，Cr中的灰度值中的其一。
8.一種對(duì)比度補(bǔ)償方法包括計(jì)算圖像信號(hào)像素值；基于預(yù)設(shè)的亮度限定值來(lái)限制計(jì)算出的像素值，并重置圖像信號(hào)的已計(jì)算出的像素值；以及為重置的像素值計(jì)算累積分布函數(shù)，并基于累積分布函數(shù)設(shè)定圖像信號(hào)的對(duì)比度。
9.如權(quán)利要求8所述的對(duì)比度補(bǔ)償方法，其中重置計(jì)算出的像素值的操作包括設(shè)定計(jì)算出的像素值的上限值；設(shè)定計(jì)算出的像素值的下限值；以及將高于上限值的像素值和低于下限值的像素值分別映射為上限值和下限值。
10.如權(quán)利要求9所述的對(duì)比度補(bǔ)償方法，其中圖像信號(hào)對(duì)比度的設(shè)定包括將累積分布函數(shù)轉(zhuǎn)換成預(yù)定的灰度級(jí)；以及基于轉(zhuǎn)換成預(yù)定灰度級(jí)的累積分布函數(shù)來(lái)映射所計(jì)算的圖像信號(hào)的像素值。
11.如權(quán)利要求10所述的對(duì)比度補(bǔ)償方法，其中映射操作包括將累積分布函數(shù)除以形成圖像信號(hào)的像素?cái)?shù)；以及再將除以像素?cái)?shù)的累積分布函數(shù)乘以預(yù)定的灰度級(jí)。
12.如權(quán)利要求11所述的對(duì)比度補(bǔ)償方法，其中設(shè)定圖像信號(hào)對(duì)比度的操作進(jìn)一步包括計(jì)算所計(jì)算的像素值的累積分布函數(shù)和基于以下公式重置累積分布函數(shù)CDF(K)=CDF(K)-CDF(N)N×K+K]]>其中N為當(dāng)圖像信號(hào)構(gòu)成圖像時(shí)可顯示的最高像素值，K表示像素值。
13.如權(quán)利要求8所述的對(duì)比度補(bǔ)償方法，其中像素值可以是明亮值，三原色R，G，B中的灰度值，或是色差信號(hào)Y，Cb，Cr中的灰度值中的一個(gè)。
14.一種存儲(chǔ)對(duì)比度補(bǔ)償方法的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的計(jì)算機(jī)可讀媒體包含計(jì)算圖像信號(hào)像素值；基于預(yù)設(shè)的亮度限定值來(lái)限制計(jì)算出的像素值，并重置所計(jì)算的圖像信號(hào)的像素值；計(jì)算累積分布函數(shù)以重置像素值；以及基于累積分布函數(shù)設(shè)定圖像信號(hào)的對(duì)比度。
15.如權(quán)利要求14所述的計(jì)算機(jī)可讀媒體，其中計(jì)算累積分布函數(shù)以重置像素值的操作包括設(shè)定計(jì)算出的像素值的上限值；設(shè)定計(jì)算出的像素值的下限值；以及將高于上限值的像素值和低于下限值的像素值分別映射為上限值和下限值。
16.如權(quán)利要求14所述的計(jì)算機(jī)可讀媒體，其中設(shè)定圖像信號(hào)對(duì)比度的操作包括將累積分布函數(shù)轉(zhuǎn)換成預(yù)定的灰度級(jí)；以及基于轉(zhuǎn)換成預(yù)定灰度級(jí)的累積分布函數(shù)來(lái)映射所計(jì)算的圖像信號(hào)的像素值。
17.如權(quán)利要求16所述的計(jì)算機(jī)可讀媒體，其中映射操作包括將累積分布函數(shù)除以組成圖像信號(hào)的像素?cái)?shù)；以及再將除以像素?cái)?shù)的累積分布函數(shù)乘以預(yù)定的灰度級(jí)。
18.如權(quán)利要求14所述的計(jì)算機(jī)可讀媒體，其中設(shè)定圖像信號(hào)對(duì)比度的操作進(jìn)一步包括計(jì)算所計(jì)算的像素值的累積分布函數(shù)和基于以下公式重置累積分布函數(shù)CDF(K)=CDF(K)-CDF(N)N×K+K]]>其中N為當(dāng)圖像信號(hào)構(gòu)成圖像時(shí)可顯示的最高像素值，K表示像素值。
19.一種對(duì)比度補(bǔ)償裝置包括概率密度函數(shù)計(jì)算單元，用于檢測(cè)輸入圖像各個(gè)像素的像素值；比特下門(mén)限比特上門(mén)限單元，與概率密度函數(shù)計(jì)算單元相連接，用來(lái)在各個(gè)像素的亮度等級(jí)的基礎(chǔ)上設(shè)定第一設(shè)定值和第二設(shè)定值中的一個(gè)，并輸出所得到的概率函數(shù)；累積分布函數(shù)單元，與比特下門(mén)限比特上門(mén)限單元相連接，用于依次累積從比特下門(mén)限比特上門(mén)限單元輸出的概率函數(shù)；累積分布函數(shù)補(bǔ)償單元，與累積分布函數(shù)單元相連接，根據(jù)預(yù)定的亮度調(diào)整來(lái)重置所累的積概率函數(shù)，該調(diào)整是為了減少由于形成輸出圖像的預(yù)定部分的亮度對(duì)輸出圖像整體亮度的影響；和映射單元，與累積分布函數(shù)補(bǔ)償單元相連接，用于接收輸入圖像，存儲(chǔ)重置的累積分布函數(shù)，并根據(jù)重置的累積分布函數(shù)來(lái)映射并輸出輸入圖像的像素值。
20.如權(quán)利要求19所述的對(duì)比度補(bǔ)償裝置，其中比特下門(mén)限比特上門(mén)限單元包括第一比較單元，與概率密度函數(shù)單元相連接，用于將第一設(shè)定值與由概率密度函數(shù)計(jì)算單元所檢測(cè)出的像素值相比較，其中，如果該像素值大于或等于第一設(shè)定值，第一比較單元輸出第一設(shè)定值；如果該像素值小于第一設(shè)定值，第一比較單元輸出該像素值；第二比較單元，與第一比較單元相連接，將第二設(shè)定值與來(lái)自第一比較單元的像素值相比較，其中如果該像素值小于或等于第二設(shè)定值，第二比較單元輸出第二設(shè)定值；如果該像素值大于第二設(shè)定值，第二比較單元輸出該像素值到累積分布函數(shù)單元中。
21.如權(quán)利要求20所述的對(duì)比度補(bǔ)償裝置，其中累積分布函數(shù)補(bǔ)償單元包括像素值檢測(cè)器，用于接收輸入圖像，檢測(cè)輸入圖像的像素值；乘法器，與像素值檢測(cè)器相連接，用于將檢測(cè)出的像素值與像素?cái)?shù)相乘，用來(lái)形成來(lái)自輸入圖像中所選定的圖像，以提供圖像信號(hào)；桶形移位器，與乘法器相連接，用于將圖像信號(hào)以預(yù)定像素值進(jìn)行移位，該預(yù)定像素值用于形成所選定的圖像；減法器，與累積分布函數(shù)單元和桶形移位器相連接，用于計(jì)算分布函數(shù)計(jì)算單元的輸出和桶形移位器的輸出之間的差值；以及加法器，與減法器和像素值檢測(cè)器相連接，用于將像素值和減法器的輸出相加。
全文摘要
一種對(duì)比度補(bǔ)償裝置及其方法使用簡(jiǎn)化的器件結(jié)構(gòu)和低的對(duì)比度失真。對(duì)比度補(bǔ)償裝置包括像素值檢測(cè)單元，用于檢測(cè)輸入圖像信號(hào)中各個(gè)像素的像素值失真；像素值限定單元，包括預(yù)設(shè)的亮度值，并基于預(yù)設(shè)亮度限定值重置各個(gè)像素的像素值分布；以及映射單元，用于在關(guān)于重置像素值的累積分布函數(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)定各個(gè)像素的亮度。當(dāng)一幅圖像的某部分呈現(xiàn)很亮或很暗時(shí)，整個(gè)圖像突然變亮或變暗的現(xiàn)象減少了。進(jìn)一步講，對(duì)比度補(bǔ)償裝置只使用了最少的乘法器、加法器和減法器，在簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)和使用更少的電能上具有優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)H04N5/20GK1499441SQ20031011481
公開(kāi)日2004年5月26日 申請(qǐng)日期2003年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月7日
發(fā)明者樸永浚, 吳才煥, 姜賢, 梁承埈 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社