專利名稱：顯示器之數(shù)字圖像適應性色彩調(diào)整方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顯示器之數(shù)字圖像適應性色彩調(diào)整方法與裝置。本發(fā)明特別涉及一種可調(diào)整圖像亮度與增加圖像質(zhì)量之適應性色彩調(diào)整方法與裝置。
背景技術(shù)：
近來顯示器相當重視輸出圖像的視覺質(zhì)量，所以顯示器硬件界面亦提供OSD(On Screen Display，顯示器顯示操控)，以供使用者自行調(diào)整輸出圖像質(zhì)量。
OSD指的就像是在調(diào)整音量或亮度之類的功能時，畫面會以格子或數(shù)字顯現(xiàn)出設定值?，F(xiàn)今OSD整合的功能相當?shù)亩?，除了基本的亮度、對比、移位調(diào)整等功能之外，甚至還包括桶型失真、梯形失真、平行四邊形失真、針墊現(xiàn)象等皆可由調(diào)整OSD設定值來改善。
使用OSD的好處為大幅降低了旋鈕，也因而降低了接觸不良的機會，并且還可將調(diào)整好的設定值儲存下來。
然而調(diào)整OSD設定為固定之調(diào)整機制，其無法讓顯示器永遠保持圖像之顯示質(zhì)量為最佳化。
現(xiàn)也有多種公知圖像調(diào)整技術(shù)，茲列舉如下。
美國專利號US6778183 B1利用累加圖像亮度信號的機率分布圖，作為判斷圖像之整體亮度屬性的依據(jù)。依此方法將圖像的屬性區(qū)分為暗圖像、中灰階圖像或亮圖像(dark，mid tone or bright image)，或其中任兩種組合的屬性。依據(jù)所判斷的圖像屬性以三種不同的輸出入對應表(In-OutLookUp Table)可調(diào)整圖像對比。同時以圖像像素中最暗點與最亮點為定義動態(tài)范圍(dynamic range)大小的依據(jù)。此專利的重點在提供三個使用者可更改的LUT以增強對比與動態(tài)范圍。特點為使用查表法，因此速度快。
美國專利號US6771837 B1披露一種提高圖像整體對比的方法。利用將空間域之所有圖像信息分布轉(zhuǎn)換至頻率域之頻率分布，其采用傅氏轉(zhuǎn)換法區(qū)分出高頻與低頻項次，進而判斷圖像內(nèi)容而加以強化。其特點為效果顯著，但是于硬件實現(xiàn)時因傅氏轉(zhuǎn)換法運算過于復雜，電路設計相當困難。
美國專利號US6618045 B1披露一個顯示器裝置，其附有一組感測使用者周遭環(huán)境光的傳感器；一組OSD可提供使用者設定喜好屏幕顯示之亮度、對比；以及專門處理隨著周遭環(huán)境光改變而調(diào)整屏幕輸出質(zhì)量的軟件邏輯結(jié)構(gòu)。
欲保持圖像質(zhì)量最佳化須針對不同性質(zhì)之圖像而有不同的調(diào)整機制。簡單調(diào)整機制不含大量數(shù)學運算，無法有明顯增強效果。但復雜調(diào)整機制于硬件實現(xiàn)時不僅造成運算負擔，亦凸顯硬件電路設計之困難。
故而，需要有一種較好之圖像適應性調(diào)整方法，可實時完成運算且提高輸出圖像的質(zhì)量。并可達到快速自動調(diào)整與提高輸出圖像質(zhì)量最佳化的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明之目的之一是提供一種圖像適應性色彩調(diào)整機制，其統(tǒng)計圖像信號亮度成分之原始機率分布圖、分析圖像亮度信息、重新計算符合人眼視覺對亮度自動平衡后之機率分布情形。
本發(fā)明之另一目的是提供一種圖像適應性色彩調(diào)整機制，依據(jù)重新計算后之機率分布圖計算延伸圖像動態(tài)范圍參數(shù)、自動產(chǎn)生調(diào)整圖像動態(tài)范圍之輸入輸出對應表。
本發(fā)明之另一目的是提供一種圖像適應性色彩調(diào)整機制，依據(jù)重新計算后之機率分布圖計算調(diào)整圖像對比參數(shù)、選取算法內(nèi)建數(shù)據(jù)庫之圖像對比增強曲線。
本發(fā)明之另一目的是提供一種圖像適應性色彩調(diào)整機制，于連續(xù)播放數(shù)字圖像時，利用平均法降低對應表變化，以減少人眼觀賞時所產(chǎn)生之不舒適感。
本發(fā)明之另一目的是提供一種圖像適應性色彩調(diào)整機制，將增強后之圖像做適當?shù)纳恃a償。
本發(fā)明一實施例提供一種顯示器之數(shù)字圖像適應性色彩調(diào)整裝置，包括分析單元，接收亮度色度圖像信號，該亮度色度圖像信號至少具有亮度成份與色度成份，該分析單元分析并重計該亮度色度圖像信號之該亮度成份之機率分布圖，以得到權(quán)重亮度機率分布圖；動態(tài)范圍亮度對應表產(chǎn)生單元，接收該分析單元所輸出之該權(quán)重亮度機率分布圖，產(chǎn)生動態(tài)范圍亮度對應表；對比增強亮度對應表產(chǎn)生單元，接收該分析單元所輸出之該權(quán)重亮度機率分布圖，產(chǎn)生對比增強亮度對應表，用以調(diào)整該亮度成份之圖像對比；亮度調(diào)整單元，根據(jù)該動態(tài)范圍亮度對應表與對比增強亮度對應表，來調(diào)整該亮度色度圖像信號之該亮度成份；彩度調(diào)整單元，依據(jù)調(diào)整前后之亮度關(guān)系，產(chǎn)生彩度補償因子，用以補償亮度色度圖像信號之色度成分。藉此以得到亮度成份與色度成份皆獲得補償之圖像信號。
本發(fā)明之另一實施例提供一種顯示器之數(shù)字圖像適應性色彩調(diào)整裝置，包括信號轉(zhuǎn)換單元，接收第一圖像信號以轉(zhuǎn)換成第二圖像信號，該第一圖像信號不具有亮度、色度分離之成份，該第二圖像信號具有亮度、色度分離之成份；分析單元，分析并權(quán)重計算該第二圖像信號之該亮度成份之機率分布圖，以得到權(quán)重亮度機率分布圖；動態(tài)范圍亮度對應表產(chǎn)生單元，接收該分析單元所輸出之該權(quán)重亮度機率分布圖，產(chǎn)生動態(tài)范圍亮度對應表，用以調(diào)整該亮度成份之動態(tài)范圍；對比增強亮度對應表產(chǎn)生單元，接收該分析單元所輸出之該權(quán)重亮度機率分布圖，產(chǎn)生對比增強亮度對應表，用以調(diào)整該亮度成份之圖像對比；平滑度調(diào)整單元，取該動態(tài)范圍亮度對應表產(chǎn)生單元所產(chǎn)生之多個動態(tài)范圍亮度對應表，加以平滑，以產(chǎn)生平滑后動態(tài)范圍亮度對應表，以及取該對比增強亮度對應表產(chǎn)生單元所產(chǎn)生之多個對比增強亮度對應表，加以平滑，以產(chǎn)生平滑后對比增強亮度對應表；亮度調(diào)整單元，根據(jù)該平滑后動態(tài)范圍亮度對應表與該平滑后對比增強亮度對應表，來調(diào)整該第二圖像信號之該亮度成份以產(chǎn)生調(diào)整后亮度成份；彩度補償單元，依據(jù)調(diào)整前后之亮度關(guān)系，產(chǎn)生彩度補償因子，并用以補償?shù)诙D像信號之色度成分；以及逆信號轉(zhuǎn)換單元，接收該第二圖像信號之該色度成份與該調(diào)整后亮度成份，以轉(zhuǎn)換成輸出圖像信號，該輸出圖像信號不具有亮度、色度分離之成份。
本發(fā)明之又一實施例提供一種圖像適應性色彩調(diào)整方法，包括(A)將連續(xù)輸入之輸入圖像信號轉(zhuǎn)換至連續(xù)之亮度色度分離信號，該亮度色度分離信號含亮度成份；(B)統(tǒng)計該亮度成份之機率分布圖，并進行適應性權(quán)重分配，以得到權(quán)重亮度機率分布圖；(C)對該權(quán)重亮度機率分布圖進行動態(tài)范圍(DR)延伸，以得到動態(tài)范圍亮度對應表(LUT_DR)；(D)對該權(quán)重亮度機率分布圖進行對比增強(CT)，以得到對比增強亮度對應表(LUT_CT)；(E)對該對比增強亮度對應表進行曲線平滑；(F)將多個亮度成份所對應之多個動態(tài)范圍亮度對應表相加平均而形成應用于后續(xù)亮度成份之動態(tài)范圍亮度對應表，以及將多個亮度成份所對應之多個平滑后對比增強亮度對應表相加平均而形成應用于該后續(xù)亮度成份之對比增強亮度對應表；(G)根據(jù)平均而成之該動態(tài)范圍亮度對應表與該對比增強亮度對應表，對該后續(xù)亮度成份進行亮度調(diào)整；(H)依據(jù)調(diào)整前后之亮度成份間之關(guān)系差異程度，產(chǎn)生彩度補償因子；(I)根據(jù)所產(chǎn)生之該彩度補償因子，進行圖像彩度補償；以及(J)對亮度調(diào)整與色度調(diào)整后之該亮度色度分離信號進行逆轉(zhuǎn)換，以產(chǎn)生連續(xù)之輸出圖像信號。
為讓本發(fā)明之上述和其它目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。


圖1為本發(fā)明一實施例之適應性色彩調(diào)整裝置100之功能方框圖。
圖2為圖像亮度機率分布圖與權(quán)重分配圖像亮度機率分布圖；圖3為圖像動態(tài)范圍調(diào)整(LUT_DR)之示意圖；圖4為圖像對比調(diào)整(LUT_CT)示意圖；圖5為增進圖像對比調(diào)整曲線平滑度之示意圖；
圖6為提高圖像平滑度之示意圖。
主要元件標記說明100適應性色彩調(diào)整裝置110信號轉(zhuǎn)換單元115分析單元120動態(tài)范圍亮度對應表產(chǎn)生單元130對比增強亮度對應表產(chǎn)生單元140平滑度調(diào)整單元150亮度調(diào)整單元170彩度補償單元160逆信號轉(zhuǎn)換單元具體實施方式

本發(fā)明之實施例披露一種可分析輸入圖像內(nèi)容，計算用以調(diào)整對比、動態(tài)范圍之參數(shù)并產(chǎn)生亮度對應表、以及依據(jù)調(diào)整前后之亮度關(guān)系進行彩度補償之圖像顯示調(diào)整機制。
圖1顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例之功能方框圖。適應性色彩調(diào)整裝置100之功能至少包括進行信號轉(zhuǎn)換，以得到亮度色度分離信號；計算欲調(diào)整圖像動態(tài)范圍(Dynamic Range，以DR簡稱)之參數(shù)并自動產(chǎn)生亮度對應表(LUT of dynamic range stretch，以LUT_DR簡稱)；計算欲調(diào)整圖像對比(Contrast，以CT簡稱)之參數(shù)并自動產(chǎn)生(或于內(nèi)建數(shù)據(jù)庫選取)對比增強之亮度對應表(LUT of contrast enhancement，以LUT_CT簡稱)；為增加平滑度與調(diào)整圖像整體亮度，還可自動微幅調(diào)整LUT_CT曲線。若輸入圖像信號為靜態(tài)圖像信號時，根據(jù)圖像亮度成分經(jīng)該自動產(chǎn)生之LUT_DR與該自動微調(diào)之LUT_CT調(diào)整后之亮度成分關(guān)系差異程度，計算彩度補償因子，并調(diào)整該圖像信號之亮度與色度成分以輸出數(shù)字圖像。若輸入圖像信號為連續(xù)之動態(tài)圖像信號時，以輸出圖像舒適感為目的下，將多個自動產(chǎn)生之LUT_DR與微調(diào)后之LUT_CT作平滑度處理，根據(jù)調(diào)整前后之亮度成分關(guān)系差異程度，計算該彩度補償因子，并調(diào)整該圖像信號之亮度與色度成分以輸出數(shù)字圖像。
如圖1所示適應性色彩調(diào)整裝置100包括信號轉(zhuǎn)換單元110，分析單元115，動態(tài)范圍亮度對應表產(chǎn)生單元120，對比增強亮度對應表產(chǎn)生單元130，平滑度(smoothing)調(diào)整單元140，亮度調(diào)整單元150，彩度補償單元170，以及逆信號轉(zhuǎn)換單元160。
信號轉(zhuǎn)換單元110接收輸入圖像信號(RGB)，將之轉(zhuǎn)換成亮度色度分離信號，如YCbCr，YUV，HIS，YPbPr等。在本實施例中，輸入圖像信號(RGB)必須是為數(shù)字圖像，可為靜態(tài)展示之圖像或動態(tài)連續(xù)播放之影片。圖1只以YCbCr為例做說明。若在一般8bit處理系統(tǒng)中，RGB之值為介于0～255之間的正整數(shù)，而YCbCr之范圍為Y0～255；Cb、Cr-127～127，YCbCr皆為整數(shù)值。信號轉(zhuǎn)換單元110所轉(zhuǎn)換出之信號乃是用以分析圖像內(nèi)容、計算調(diào)整參數(shù)。如果輸入圖像已為是亮度、色度分離之信號，則可不須信號轉(zhuǎn)換單元110。
分析單元115用于統(tǒng)計亮度Y的統(tǒng)計圖(histogram)，并據(jù)以模擬人眼自動亮度平衡機制。分析單元115會分析亮度Y，統(tǒng)計全部圖像在亮度方面的分布情形。在本實施例中，以亮度機率分布圖為手段，將亮度依照系統(tǒng)全數(shù)字值范圍(即8bit系統(tǒng)下亮度范圍為0～255；10bit下為0～1023)統(tǒng)計出圖像亮度之分布。所得之亮度機率分布圖如圖2之實線曲線所示。
此外，為模擬人眼視覺對亮度有自動平衡之反應，分析單元115還適當?shù)貙⒋肆炼葯C率分布圖作權(quán)重分配。比如，將機率分布圖中凡是次數(shù)高于出現(xiàn)次數(shù)最多者(MaxH)之一定比率(比如，一半)者，加以調(diào)整；次數(shù)比MaxH/2低者，維持不變。如圖2所示，h1＞MaxH/2，則將h1調(diào)整為h1’，h1’＝(MaxH/2+h1)*0.5。次數(shù)比MaxH/2低者維持原出現(xiàn)次數(shù)，如h0＜MaxH/2，則h0維持不變。依此調(diào)整方式可得到與原圖像不同曲線之亮度機率分布圖(Adaptive Histogram，以ADH簡稱)，如圖2之虛線所示。
分析單元115所產(chǎn)生之ADH則輸入至動態(tài)范圍亮度對應表產(chǎn)生單元120與對比增強亮度對應表產(chǎn)生單元130，用以產(chǎn)生動態(tài)范圍亮度對應表(LUT_DR)與對比增強亮度對應表(LUT_CT)。
動態(tài)范圍亮度對應表產(chǎn)生單元120對分析單元115所產(chǎn)生之ADH進行動態(tài)范圍(Dynamic Range，DR)延伸處理。首先，動態(tài)范圍亮度對應表產(chǎn)生單元120依據(jù)ADH，進一步計算圖像原有之黑階點(以DRb簡稱)與白階點(以DRw簡稱)。DRb可以是為圖像中最暗點之數(shù)字值，亦可以為ADH曲線上由數(shù)字值0往高數(shù)字值方向累加出現(xiàn)次數(shù)達某個值(如0.1)之數(shù)字值。DRw可以是為圖像中最亮點之數(shù)字值，亦可以于ADH曲線上由數(shù)字值255往低數(shù)字值方向累加出現(xiàn)次數(shù)達某個值(如0.1)之數(shù)字值。如在8bit系統(tǒng)下，某圖像之ADH分布圖中，累加數(shù)字值0～10之總出現(xiàn)機率可達累加機率大于等于0.1，則可定DRb＝10；累加數(shù)字值230～255之總出現(xiàn)機率可達累加機率大于等于0.1，則可定DRw＝230。
DR的最大程度應分布于系統(tǒng)之全數(shù)字值范圍，即在8bit系統(tǒng)下，DRb＝0，DRw＝255；在10bit系統(tǒng)下，DRb＝0，DRw＝1023。由上述方法計算出原圖像之DRb與DRw后，可任意定義小于DRb的數(shù)字值DRb’(DRb’＜DRb)為新黑階點，任意定義大于DRw的數(shù)字值DRw’(DRw’＞DRw)定義為新白階點。
計算DRb，DRw與定義DRb’，DRw’之目的為標定出LUT_DR之兩個轉(zhuǎn)折點。轉(zhuǎn)折點于LUT_DR上之坐標點的建立方式為(DRb，DRb’)與(DRw，DRw’)，其中DRb與DRw為原圖像之黑階點與白階點；DRb’與DRw’則為新黑階點與新白階點。其示意圖如圖3，其中虛線為未經(jīng)DR延伸調(diào)整之LUT曲線，而實線為經(jīng)DR延伸調(diào)整后之LUT曲線。
依據(jù)兩個端點與兩轉(zhuǎn)折點可自動建立出LUT_DR曲線上輸入值(Input)所對應之輸出值(Output)。產(chǎn)生輸出值之方式可依線性內(nèi)插方式或非線性內(nèi)插方式運算而得。ADH分布圖之亮度值即依此表完成DR延伸動作。
對比增強亮度對應表產(chǎn)生單元130對ADH進行對比增強處理。依據(jù)ADH，進一步計算圖像暗色與亮色像素成分。在8bit系統(tǒng)下，本實施例定義暗色成分的范圍分布于機率分布圖上數(shù)字值0至40；定義亮色成分的范圍分布于機率分布圖上數(shù)字值215至255。在10bit系統(tǒng)下，暗色分布于0至160；亮色分布于863至1023。
在本實施例中，計算暗色范圍內(nèi)之累加機率值(以F1代表此累加機率值)與亮色范圍內(nèi)之累加機率值(以F2代表此累加機率值)。不同的F1與F2值表圖像暗、亮色成分多寡不一，須通過不同曲線形狀的LUT_CT加以增強視覺對比。在本實施例中，LUT_CT是由內(nèi)建數(shù)據(jù)庫LUT_CTF1與LUT_CTF2組成，其涵蓋范圍如圖4。依據(jù)F1值大小可選定須增強暗色成分之半S形曲線(LUT_CTF1)；依據(jù)F2值大小可選定須增強亮色成分之半S形曲線(LUT_CTF2)。
于8bit系統(tǒng)下，LUT_CTF1為四個數(shù)字值0至79的亮度對應表(如圖4之a(chǎn)，b，c與d)；LUT_CTF2為四個數(shù)字值80至255的亮度對應表(如圖5.之e，f，g與h)。于10bit系統(tǒng)下，LUT_CTF1則為四個數(shù)字值0至317的亮度對應表；LUT_CTF2為四個數(shù)字值321至1023的亮度對應表。
四條LUT_CTF1的選擇條件可依所計算而得之F1與k*(F1計算范圍/全亮度數(shù)字值)來決定；四條LUT_CTF2的選擇條件可依所計算而得之F2與k*(F2計算范圍/全亮度數(shù)字值)來決定。k是選擇半S形曲線之調(diào)整因子，k值介于0～1.2。以8bit系統(tǒng)為例，F(xiàn)1計算范圍為40-0＝40；F2計算范圍為255-215＝40；全亮度數(shù)字值則為255-0＝255。因此僅須依據(jù)F1與F2值，對照選擇表即可選擇出適于增強對比的LUT_CTF1與LUT_CTF2曲線。半S形曲線選擇條件依如下表之不同k值所列


由上述計算得出之F1與F2依上表可選出LUT_CTF1與LUT_CTF2曲線。然而，如果直接將所選出之LUT_CTF1與LUT_CTF2曲線組合成LUT-CT，在某些情況下，可能會導致在LUT_CTF1與LUT_CTF2之交界點處之曲線斜率突然變化過大，導致某些圖像經(jīng)LUT_CT亮度對應查表后出現(xiàn)不協(xié)調(diào)之畫面。
為減少不協(xié)調(diào)畫面產(chǎn)生，同時達到圖像亮度最佳化，本實施例以如下方式增加LUT_CT曲線平滑度。比如，如圖5所示，LUT_CTF1與LUT_CTF2交界點(以midgry簡稱)之數(shù)字值分別減去第一微調(diào)系數(shù)g1與加上第二微調(diào)系數(shù)g2，取此midgry-g1、midgry與midgry+g2三坐標點進行亮度增強之微調(diào)。
如于8bit系統(tǒng)下，LUT_CTF1與LUT_CTF2之交界點midgry為80。為增加LUT_CT整體平滑度，可于LUT_CTF1與LUT_CTF2建構(gòu)完成LUT_CT后，取g1＝10，g2＝20，即以70、80、100三坐標點進行亮度修正。修正目的為使70至100之間的曲線更平滑。
修正方法可以為取70與100兩坐標點之一次線性內(nèi)插方式重建70至100的LUT_CT內(nèi)容值；或取70、80與100三坐標點做多次線性內(nèi)插方式重建70至100的LUT_CT內(nèi)容值，如圖5所示。依此方式所得之LUT_CT具有增強圖像對比與圖像亮度之功能。在圖5中，顯示出原本所選取之LUT_CTF1與LUT_CTF2。至于在座標點70～100間則是微調(diào)區(qū)域。
綜上所述，為達進行增強圖像對比與圖像亮度最佳化之目的，對比增強亮度對應表產(chǎn)生單元130會產(chǎn)生結(jié)合圖4與圖5之對應表。
于連續(xù)播放之數(shù)字圖像中，本實施例能針對個別視框(frame)的圖像內(nèi)容產(chǎn)生不同之LUT_DR與LUT_CT。但若連續(xù)視框之間的LUT變化差異過大，易于視覺上產(chǎn)生不舒適感覺。同時于硬件實現(xiàn)時，須考慮硬件運算增強參數(shù)之耗損時間。平滑度調(diào)整單元140即可用于提高圖像平滑度(Color Smoothing，C.S.)，其示意圖如圖6。
假設硬件運算參數(shù)(亦即產(chǎn)生對應表)須占去兩個視框時間。在本實施例中，C.S.的平滑機制即取多個已運算而得之LUT作曲線內(nèi)容值的相加平均，以當作該視框的LUT。
更詳細地說明，應用于第N～N+2個視框之LUT_DR是取第N-6個視框所得之LUT_DR與第N-3個視框所得之LUT_DR的曲線內(nèi)容值相加平均而得。同樣地，應用于第N～N+2個視框之LUT_CT是將第N-6個視框所得之LUT_CT與第N-3個視框所得之LUT_CT的曲線內(nèi)容值相加平均而得。在圖6中，LUT_N-6代表取第N-6個視框所得之LUT_DR與LUT_CT，其它意思可類推。
依平滑度調(diào)整單元140所平均出之LUT_DR’、LUT_CT’，亮度調(diào)整單元150調(diào)整亮度信號Y，以得到新亮度信號Y’。
彩度補償單元170會根據(jù)原亮度信號Y與新亮度信號Y’間之關(guān)系，而產(chǎn)生彩度補償因子f。彩度補償因子f與(Y’/Y)間可為一次線性關(guān)系或多次線性關(guān)系。彩度補償單元170再根據(jù)所產(chǎn)生之彩度補償因子f來補償亮度色度分離信號之色度信號(Cb，Cr)，以得到補償后色度信號(Cb’，Cr’)。其圖像之色度信號(Cb，Cr)與圖像二之色度信號(Cb’，Cr’)之間的關(guān)系可以如下公式Cb’＝f*Cb；Cr’＝f*Cr；最后，逆信號轉(zhuǎn)換單元160再根據(jù)新亮度信號Y’與補償后色度信號(Cb’，Cr’)，進行逆轉(zhuǎn)換，以得到輸出圖像信號(R’G’B’)。輸出圖像信號(R’G’B’)可提高圖像對比，動態(tài)范圍與圖像平滑度，同時能維持圖像色調(diào)之一致性。
請注意，如果輸入圖像為靜態(tài)圖像(如數(shù)字相片)等，則本發(fā)明實施例(如圖1)可不包括該平滑度調(diào)整單元140。亦即，由對應表產(chǎn)生單元120與130所產(chǎn)生之對應表LUT_DR與LUT_CT直接輸入至該亮度調(diào)整單元150，以調(diào)整亮度信號Y，但仍需要彩度補償單元170。
本發(fā)明另一實施例提供一種圖像適應性色彩調(diào)整方法。輸入圖像信號為RGB數(shù)字信號，假設硬件運算色彩調(diào)整參數(shù)須占去兩個視框時間。則此實施例之方法包括下列步驟。
A.)將圖像中第N個視框之所有數(shù)字信號RGB轉(zhuǎn)換至亮度與色度分離之信號YCbCr。
B.)統(tǒng)計此第N個視框之全圖像下亮度Y出現(xiàn)機率分布圖。
C.)對原圖像機率分布圖進行適應性權(quán)重分配(ADH)。
D.)進行動態(tài)范圍(DR)延伸取ADH中出現(xiàn)之最小數(shù)字值為DRb(比如，設為30)，與出現(xiàn)之最大數(shù)字值為DRw(比如，設為240)，任意訂出DRb’(比如，設為10)與DRw’(比如，設為250)，其中DRw’＜DRb；DRw’＞DRw。依照坐標點(0，0)(30，10)(240，250)(255，255)四點計算出LUT_DR，其中輸出數(shù)字值依線性內(nèi)插或非線性內(nèi)插方式計算得出。
E.)對比增強計算ADH下暗色成分(數(shù)字值0～40)之F1值(比如，為0.05)，與亮色成分(數(shù)字值215～255)之F2值(比如，為0.3)。依據(jù)F1值由數(shù)據(jù)庫中于LUT_CTF1范圍內(nèi)選出適當?shù)陌隨形曲線；依據(jù)F2值由數(shù)據(jù)庫中于LUT_CTF2范圍內(nèi)選出適當?shù)陌隨形曲線，如此可建構(gòu)出LUT_CT。為增加LUT_CT曲線平滑度與圖像亮度最佳化，將LUT_CT上之平滑微調(diào)區(qū)域(70～100，其選擇方式如上述)之兩坐標點以一次線性方式(或取三坐標點以二次線性方式)重新計算數(shù)字值70至100之間的矩陣內(nèi)容值而完成LUT_CT微調(diào)程序。
F.)提高圖像平滑度將第N-6個視框所得之LUT_DR與第N-3個視框所得之LUT_DR的曲線內(nèi)容值相加平均而成為第N～N+2個視框須增強之LUT_DR；將第N-6個視框所得之LUT_CT與第N-3個視框所得之LUT_CT的曲線內(nèi)容值相加平均而成為第N～N+2個視框須增強之LUT_CT。
G.)將原圖像之亮度信號(假設圖像中某亮度色度信號之數(shù)字值(Y，Cb，Cr)＝(100，30，-30))，依查表法查詢LUT_DR、LUT_CT可得新的亮度信號(假設新亮度色度信號之數(shù)字值(Y’，Cb，Cr)＝(110，30，-30))。
H.)根據(jù)原亮度信號(Y)與新亮度信號(Y’)間之關(guān)系，定義出彩度補償因子(假設f與Y’/Y之間為一次線性關(guān)系，亦即，則f＝110/100＝1.1)，原亮度色度信號之色度成分(Cb，Cr)即依f值作適當?shù)姆糯蠡蚩s小(即(Cb’，Cr’)＝(33，-33))。
I.)將調(diào)整后的亮度信號(Y’)與色度信號(Cb’，Cr’)轉(zhuǎn)換回RGB信號，輸出圖像完成圖像處理程序。
在本發(fā)明實施例中，可以使靜態(tài)彩色圖像于本處理程序后，圖像動態(tài)范圍方面黑階與白階明顯地延伸；圖像對比方面由白階至黑階亦具有較陡峭的變化。針對動態(tài)連續(xù)播放彩色影片，本發(fā)明實施例除了圖像動態(tài)范圍與圖像對比有顯著的變化之外，圖像信號同時因平滑機制處理而于人眼觀賞時呈現(xiàn)出更舒適之自然感，同時彩度補償機制還維持圖像調(diào)整前后色調(diào)一致性。由于計算與判斷可得到不同圖像時LUT的內(nèi)容，因此更符合適應性色彩調(diào)整的目的。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，當可作些許之更動與改進，因此本發(fā)明之保護范圍當視權(quán)利要求所界定者為準。
權(quán)利要求
1.一種顯示器之數(shù)字圖像適應性色彩調(diào)整裝置，其特征是包括分析單元，接收亮度色度圖像信號，該亮度色度圖像信號至少具有亮度成份與色度成份，該分析單元分析并重計該亮度色度圖像信號之該亮度成份之機率分布圖，以得到權(quán)重亮度機率分布圖；動態(tài)范圍亮度對應表產(chǎn)生單元，接收該分析單元所輸出之該權(quán)重亮度機率分布圖，對其進行動態(tài)范圍延伸，以產(chǎn)生動態(tài)范圍亮度對應表；對比增強亮度對應表產(chǎn)生單元，接收該分析單元所輸出之該權(quán)重亮度機率分布圖，對其進行對比增強，以產(chǎn)生對比增強亮度對應表，用以調(diào)整該亮度成份之圖像對比；亮度調(diào)整單元，根據(jù)該動態(tài)范圍亮度對應表與對比增強亮度對應表，來調(diào)整該亮度色度圖像信號之該亮度成份；以及彩度補償單元，根據(jù)調(diào)整前后之該亮度成份間之關(guān)系，來補償該亮度色度圖像信號之該色度成份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之數(shù)字圖像適應性色彩調(diào)整裝置，其特征是還包括信號轉(zhuǎn)換單元，將數(shù)字輸入圖像信號轉(zhuǎn)換成具該亮度成份與其它成份之該亮度色度圖像信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述之數(shù)字圖像適應性色彩調(diào)整裝置，其特征是該數(shù)字輸入圖像信號為靜態(tài)圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述之數(shù)字圖像適應性色彩調(diào)整裝置，其特征是還包括逆信號轉(zhuǎn)換單元，接收該亮度調(diào)整單元所輸出之該調(diào)整后亮度成份與該信號轉(zhuǎn)換單元所輸出之該亮度色度圖像信號之該其它成份，以產(chǎn)生不具亮度成份之輸出圖像信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述之數(shù)字圖像適應性色彩調(diào)整裝置，其特征是該亮度色度圖像信號包括YCbCr信號、YUV信號、HSI信號或YPbPr信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述之數(shù)字圖像適應性色彩調(diào)整裝置，其特征是該分析單元模擬人眼于觀賞圖像時的適應性視覺感知，對該亮度成份之該機率分布圖進行亮度分布權(quán)重分配，以取得符合視覺感知之該權(quán)重亮度機率分布圖。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述之數(shù)字圖像適應性色彩調(diào)整裝置，其特征是該動態(tài)范圍亮度對應表產(chǎn)生單元將該權(quán)重亮度機率分布圖之最暗點數(shù)字值與最亮點數(shù)字值定義為第一黑階點數(shù)字值與第一白階點數(shù)字值，以用于定義延展動態(tài)范圍之第二黑階點數(shù)字值與第二白階點數(shù)字值，其中該第二黑階點數(shù)字值小于該第一黑階點數(shù)字值，以及該第二白階點數(shù)字值大于該第一白階點數(shù)字值，該第二黑階點數(shù)字值與該第二白階點數(shù)字值用于產(chǎn)生該動態(tài)范圍亮度對應表。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述之數(shù)字圖像適應性色彩調(diào)整裝置，其特征是該動態(tài)范圍亮度對應表產(chǎn)生單元將累加該權(quán)重亮度機率分布圖之機率值達第一數(shù)值與第二數(shù)值之亮度數(shù)字值來定義第一黑階點數(shù)字值與第一白階點數(shù)字值，以用于定義延展動態(tài)范圍之第二黑階點數(shù)字值與第二白階點數(shù)字值，其中該第二黑階點數(shù)字值小于該第一黑階點數(shù)字值，以及該第二白階點數(shù)字值大于該第一白階點數(shù)字值，該第二黑階點數(shù)字值與該第二白階點數(shù)字值用于產(chǎn)生該動態(tài)范圍亮度對應表。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述之數(shù)字圖像適應性色彩調(diào)整裝置，其特征是該動態(tài)范圍亮度對應表依線性內(nèi)插法或非線性內(nèi)插法計算而得。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述之數(shù)字圖像適應性色彩調(diào)整裝置，其特征是該對比增強亮度對應表產(chǎn)生單元計算該權(quán)重亮度機率分布圖之暗色成分機率累加值(F1)與亮色成分機率累加值(F2)；根據(jù)該暗色成分機率累加值(F1)與該亮色成分機率累加值(F2)，該對比增強亮度對應表由兩組涵蓋不同數(shù)字值范圍之多個第一部分對比增強亮度對應表(LUT_CTF1)與第二部分對比增強亮度對應表(LUT_CTF2)建構(gòu)而成，第一部分對比增強亮度對應表與第二部分對比增強亮度對應表包括四條不同形狀之曲線。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述之數(shù)字圖像適應性色彩調(diào)整裝置，其特征是為增加對比增強亮度對應表之曲線平滑度，該對比增強亮度對應表產(chǎn)生單元依據(jù)該第一部分對比增強亮度對應表(LUT_CTF1)與該第二部分對比增強亮度對應表(LUT_CTF2)之交界點，得到一段微調(diào)區(qū)域進行曲線平滑度微調(diào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述之數(shù)字圖像適應性色彩調(diào)整裝置，其特征是該段微調(diào)區(qū)域之曲線平滑度微調(diào)可利用一次線性內(nèi)插方式或多次線性內(nèi)插方式進行。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述之數(shù)字圖像適應性色彩調(diào)整裝置，其特征是該彩度補償單元根據(jù)調(diào)整前后之該亮度成份間之差異程度而計算出彩度補償因子，用以維持圖像之色調(diào)一致性。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述之數(shù)字圖像適應性色彩調(diào)整裝置，其特征是該彩度補償因子與調(diào)整前后之該亮度成份之差異程度之關(guān)系可為線性關(guān)系或多次線性關(guān)系式。
15.一種顯示器之數(shù)字圖像適應性色彩調(diào)整裝置，其特征是包括信號轉(zhuǎn)換單元，接收第一圖像信號以轉(zhuǎn)換成第二圖像信號，該第一圖像信號不具有亮度成份，該第二圖像信號至少具有亮度成份與色度成份；分析單元，分析并權(quán)重計算該第二圖像信號之該亮度成份之機率分布圖，以得到權(quán)重亮度機率分布圖；動態(tài)范圍亮度對應表產(chǎn)生單元，接收該分析單元所輸出之該權(quán)重亮度機率分布圖，對其進行動態(tài)范圍延伸，以產(chǎn)生動態(tài)范圍亮度對應表；對比增強亮度對應表產(chǎn)生單元，接收該分析單元所輸出之該權(quán)重亮度機率分布圖，對其進行對比增強，以產(chǎn)生對比增強亮度對應表，用以調(diào)整該亮度成份之圖像對比；平滑度調(diào)整單元，取該動態(tài)范圍亮度對應表產(chǎn)生單元所產(chǎn)生之多個動態(tài)范圍亮度對應表，加以平滑，以產(chǎn)生平滑后動態(tài)范圍亮度對應表，以及取該對比增強亮度對應表產(chǎn)生單元所產(chǎn)生之多個對比增強亮度對應表，加以平滑，以產(chǎn)生平滑后對比增強亮度對應表；亮度調(diào)整單元，根據(jù)該平滑后動態(tài)范圍亮度對應表與該平滑后對比增強亮度對應表，來調(diào)整該第二圖像信號之該亮度成份以產(chǎn)生調(diào)整后亮度成份；彩度補償單元，根據(jù)調(diào)整前后之該亮度成份間之關(guān)系，來補償該第二圖像信號之該色度成份；以及逆信號轉(zhuǎn)換單元，接收該第二圖像信號之補償后色度成份與該調(diào)整后亮度成份，以轉(zhuǎn)換成輸出圖像信號，該輸出圖像信號不具有亮度成份。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述之數(shù)字圖像適應性色彩調(diào)整裝置，其特征是該第二圖像信號包括YCbCr信號、YUV信號、HSI信號或YPbPr信號。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述之數(shù)字圖像適應性色彩調(diào)整裝置，其特征是該第一圖像信號為動態(tài)圖像。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述之數(shù)字圖像適應性色彩調(diào)整裝置，其特征是該分析單元模擬人眼于觀賞圖像時的適應性視覺感知，對該亮度成份之該機率分布圖進行亮度分布權(quán)重分配，以取得符合視覺感知之該權(quán)重亮度機率分布圖。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述之數(shù)字圖像適應性色彩調(diào)整裝置，其特征是該動態(tài)范圍亮度對應表產(chǎn)生單元將該權(quán)重亮度機率分布圖之最暗點數(shù)字值與最亮點數(shù)字值定義為第一黑階點數(shù)字值與白階點數(shù)字值，任意定義用于延展動態(tài)范圍之第二黑階點數(shù)字值與第二白階點數(shù)字值，其中該第二黑階點數(shù)字值小于該第一黑階點數(shù)字值，以及該第二白階點數(shù)字值大于該第一白階點數(shù)字值，該第二黑階點數(shù)字值與該第二白階點數(shù)字值用于產(chǎn)生該動態(tài)范圍亮度對應表。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述之數(shù)字圖像適應性色彩調(diào)整裝置，其特征是該動態(tài)范圍亮度對應表產(chǎn)生單元將累加該權(quán)重亮度機率分布圖之機率值達第一數(shù)值與第二數(shù)值之亮度數(shù)字值來定義第一黑階點數(shù)字值與第一白階點數(shù)字值，以用于定義延展動態(tài)范圍之第二黑階點數(shù)字值與第二白階點數(shù)字值，其中該第二黑階點數(shù)字值小于該第一黑階點數(shù)字值，以及該第二白階點數(shù)字值大于該第一白階點數(shù)字值，該第二黑階點數(shù)字值與該第二白階點數(shù)字值用于產(chǎn)生該動態(tài)范圍亮度對應表。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20所述之數(shù)字圖像適應性色彩調(diào)整裝置，其特征是該動態(tài)范圍亮度對應表依線性內(nèi)插法或非線性內(nèi)插法計算而得。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述之數(shù)字圖像適應性色彩調(diào)整裝置，其特征是該對比增強亮度對應表產(chǎn)生單元計算該權(quán)重亮度機率分布圖之暗色成分機率累加值(F1)與亮色成分機率累加值(F2)；根據(jù)該暗色成分機率累加值(F1)與該亮色成分機率累加值(F2)，該對比增強亮度對應表由兩組涵蓋不同數(shù)字值范圍之多個第一部分對比增強亮度對應表(LUT_CTF1)與第二部分對比增強亮度對應表(LUT_CTF2)建構(gòu)而成，第一部分對比增強亮度對應表與第二部分對比增強亮度對應表包括四條不同形狀之曲線。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述之數(shù)字圖像適應性色彩調(diào)整裝置，其特征是為增加對比增強亮度對應表之曲線平滑度，該對比增強亮度對應表產(chǎn)生單元依據(jù)該第一部分對比增強亮度對應表(LUT_CTF1)與該第二部分對比增強亮度對應表(LUT_CTF2)之交界點，得到一段微調(diào)區(qū)域進行曲線平滑度微調(diào)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述之數(shù)字圖像適應性色彩調(diào)整裝置，其特征是該段微調(diào)區(qū)域之曲線平滑度微調(diào)可利用一次線性內(nèi)插方式或多次線性內(nèi)插方式進行。
25.根據(jù)權(quán)利要求15所述之數(shù)字圖像適應性色彩調(diào)整裝置，其特征是該彩度補償單元根據(jù)調(diào)整前后之該亮度成份間之差異程度而計算出彩度補償因子，用以維持圖像之色調(diào)一致性。
26.根據(jù)權(quán)利要求15所述之數(shù)字圖像適應性色彩調(diào)整裝置，其中該彩度補償因子與調(diào)整前后之該亮度成份之差異程度之關(guān)系可為線性關(guān)系或多次線性關(guān)系式。
27.一種圖像適應性色彩調(diào)整方法，其特征是包括將連續(xù)輸入之輸入圖像信號轉(zhuǎn)換至連續(xù)之亮度色度分離信號，該亮度色度分離信號含亮度成份與色度成份；統(tǒng)計該亮度成份之機率分布圖，并進行適應性權(quán)重分配，以得到權(quán)重亮度機率分布圖；對該權(quán)重亮度機率分布圖進行動態(tài)范圍(DR)延伸，以得到動態(tài)范圍亮度對應表(LUT_DR)；對該權(quán)重亮度機率分布圖進行對比增強，以得到對比增強亮度對應表(LUT_CT)；對該對比增強亮度對應表進行曲線平滑；將多個亮度成份所對應之多個動態(tài)范圍亮度對應表相加平均而形成應用于后續(xù)亮度成份之動態(tài)范圍亮度對應表，以及將多個亮度成份所對應之多個平滑后對比增強亮度對應表相加平均而形成應用于該后續(xù)亮度成份之對比增強亮度對應表；根據(jù)平均而成之該動態(tài)范圍亮度對應表與該對比增強亮度對應表，對該后續(xù)亮度成份進行亮度調(diào)整；根據(jù)調(diào)整前后之亮度成份，對該亮度色度分離信號之該色度成份進行彩度補償；以及對亮度調(diào)整與彩度補償后之該亮度色度分離信號進行逆轉(zhuǎn)換，以產(chǎn)生連續(xù)之輸出圖像信號。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述之方法，其特征是該亮度色度分離信號包括YCbCr信號、YUV信號、HSI信號或YPbPr信號。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述之方法，其特征是得到該權(quán)重亮度機率分布圖之該步驟包括模擬人眼于觀賞圖像時的適應性視覺感知，對該亮度成份之該機率分布圖進行亮度分布權(quán)重分配。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述之方法，其特征是進行動態(tài)范圍(DR)延伸以得到該動態(tài)范圍亮度對應表(LUT_DR)之該步驟包括將該權(quán)重亮度機率分布圖之最暗點數(shù)字值與最亮點數(shù)字值定義為第一黑階點數(shù)字值與白階點數(shù)字值，任意定義用于延展動態(tài)范圍之第二黑階點數(shù)字值與第二白階點數(shù)字值，其中該第二黑階點數(shù)字值小于該第一黑階點數(shù)字值，以及該第二白階點數(shù)字值大于該第一白階點數(shù)字值，該第二黑階點數(shù)字值與該第二白階點數(shù)字值用于產(chǎn)生該動態(tài)范圍亮度對應表。
31.根據(jù)權(quán)利要求27所述之方法，其特征是該動態(tài)范圍亮度對應表產(chǎn)生單元將累加該權(quán)重亮度機率分布圖之機率值達第一數(shù)值與第二數(shù)值之亮度數(shù)字值來定義第一黑階點數(shù)字值與第一白階點數(shù)字值，以用于定義延展動態(tài)范圍之第二黑階點數(shù)字值與第二白階點數(shù)字值，其中該第二黑階點數(shù)字值小于該第一黑階點數(shù)字值，以及該第二白階點數(shù)字值大于該第一白階點數(shù)字值，該第二黑階點數(shù)字值與該第二白階點數(shù)字值用于產(chǎn)生該動態(tài)范圍亮度對應表。
32.根據(jù)權(quán)利要求30或31所述之方法，其特征是該動態(tài)范圍亮度對應表依線性內(nèi)插法或非線性內(nèi)插法計算而得。
33.根據(jù)權(quán)利要求27所述之方法，其特征是對該權(quán)重亮度機率分布圖進行對比增強以得到該對比增強亮度對應表(LUT_CT)之該步驟包括計算該權(quán)重亮度機率分布圖之暗色成分機率累加值(F1)與亮色成分機率累加值(F2)；根據(jù)該暗色成分機率累加值(F1)與該亮色成分機率累加值(F2)，該對比增強亮度對應表由兩組涵蓋不同數(shù)字值范圍之多個第一部分對比增強亮度對應表(LUT_CTF1)與第二部分對比增強亮度對應表(LUT_CTF2)建構(gòu)而成，第一部分對比增強亮度對應表與第二部分對比增強亮度對應表包括四條不同形狀之曲線。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述之方法，其特征是對該對比增強亮度對應表進行曲線平滑之該步驟包括依據(jù)該第一部分對比增強亮度對應表(LUT_CTF1)與該第二部分對比增強亮度對應表(LUT_CTF2)之交界點，得到一段微調(diào)區(qū)域進行曲線平滑度微調(diào)。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述之方法，其特征是該段微調(diào)區(qū)域之曲線平滑度微調(diào)可利用一次線性內(nèi)插方式或多次線性內(nèi)插方式進行。
36.根據(jù)權(quán)利要求27所述之方法，其特征是該彩度補償單元根據(jù)調(diào)整前后之該亮度成份間之差異程度而計算出彩度補償因子，用以維持圖像之色調(diào)一致性。
37.根據(jù)權(quán)利要求27所述之方法，其特征是該彩度補償因子與調(diào)整前后之該亮度成份之差異程度之關(guān)系可為線性關(guān)系或多次線性關(guān)系式。
全文摘要
本發(fā)明提供一種顯示器之數(shù)字圖像適應性色彩調(diào)整方法與裝置。當顯示器于播放數(shù)字圖像時，能自動針對圖像內(nèi)容以提高輸出圖像的對比與動態(tài)范圍。在本發(fā)明中，會計算圖像亮度分布之統(tǒng)計圖、分析圖像之動態(tài)范圍程度、計算動態(tài)范圍延展參數(shù)、分析圖像對比強度與計算對比增強參數(shù)。在計算動態(tài)延展參數(shù)與對比增強參數(shù)時，乃是自動產(chǎn)生亮度之對應表(Look Up Table)以及彩度補償參數(shù)。根據(jù)此對應表及彩度補償參數(shù)，來調(diào)整圖像亮度與色度，以增加圖像畫面質(zhì)量。
文檔編號G09G5/06GK1997165SQ200510135699
公開日2007年7月11日 申請日期2005年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月31日
發(fā)明者柯俊宇, 陳君彥, 何肇偉 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院