運用積分查閱表的自適應伽馬校正裝置的製作方法
2023-06-23 02:48:56 1
專利名稱：運用積分查閱表的自適應伽馬校正裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於校正從攝像機的電荷耦合器件(以下稱之為CCD)輸出的亮度信號的伽馬校正裝置，尤其涉及利用查閱表(以下稱為LUT)的自適應伽馬校正裝置，該查閱表是通過對從攝像機的CCD輸出的亮度信號的分布直方圖積分而獲得的，以有效地利用信號的動態範圍。
此處，伽馬代表光電轉換系統或電光轉換系統的線性部分的斜率，該系統中攝像機的輸入和輸出特性分別在X和Y軸上表示。在一電視機中，陰極射線管上隨攝像機輸出電壓而變的亮度相對於目標亮度的對數比表示為伽馬。
伽馬校正裝置由非線性電路構成，該非線性電路能夠產生相對於滿足指數曲線的輸入信號的輸出信號。
圖1示出一個神經伽馬校正裝置的方框圖，它是一種常規伽馬校正裝置。
其組成為，一個矩陣單元10，用於接收輸入圖像信號R、G和B並提取亮度信號，一個特徵量提取單元12，用於從矩陣單元10的亮度信號提取特徵亮度量，一個伽馬電平確定單元14，用於利用分別從特徵量提取單元12獲得的對應於低光部分、中光部分、和高光部分的特徵亮度量確定伽馬電平，以及一個增益增強器16，用於利用從矩陣單元10輸出的亮度信號和從伽馬電平確定單元14輸出的伽馬電平增強增益。
這種常規神經伽馬校正裝置的操作如下。
矩陣單元10從輸入信號R、G和B提取亮度信號。所提取的亮度信號經過亮度信號的電平測試，以對對應於包括在一幀中的亮度信號電平的低光部分。中光部分、和高光部分的數目計數。當確定逆光狀態存在時，對幀數據執行伽馬過程，當給定幀中的數據出現率低時壓縮亮度電平，而給定幀中的亮度數據出現率高時擴展亮度電平，從而擴大亮度信號的動態範圍。
當在逆光狀態下拍攝一目標時，目標的高光部分具有大量的入射光，因此白色限幅區增加，而低光部分具有少量的入射光，因此不可能表示畫面層次。亦即，由於區別畫面的中等暗部分與很暗的部分變得困難，因此將每一部分表示為具有相同的暗度。
在這種情況下，即使利用百分之百的動態範圍，在中亮度電平上分布少量的信號數據，代之以，在低或高亮度電平上分布大多數信號數據。
為了解決上述問題，現有技術利用了神經伽馬校正裝置。
圖2是逆光拍攝期間亮度信號的分布特性的圖示。參見圖2，亮度信號被分為三個區域，即，低、中、和高亮度電平，並已經歷了數據校正的第一步驟。亦即，在密集分布區域的信號用三倍的最大值擴展，而在稀疏分布區域的信號被壓縮。
圖3是表示逆光狀態期間按照畫面校正的輸入/輸出特性曲線的圖示。
參見圖3，在正常光狀態下，輸入/輸出特性指數曲線形成一個一對一的旁路線，而在一特定畫面獲取狀態下，如逆光狀態，輸入/輸出特性曲線形成一直線α。當執行用於平滑亮度信號分布的第一校正時，出現輸入/輸出特性曲線β。
此外，當在第一畫面校正以後執行第二畫面校正時，輸入/輸出特性曲線如圖4所示。
這種校正是由圖1中所示的增益增強器16執行的，並且常規神經伽馬校正裝置是通過按照亮度信號的特徵量調整增益增強度來執行這種功能。
但是，由於常規神經校正裝置執行圖像數據校正是通過按照亮度分量分布將圖像數據的特徵量分為三部分，低光、中光、及高光，所以逆光校正在亮度信號如圖5A所示那樣分布的情況下不能起作用。這是因為亮度信號分布在低亮度與中亮度電平之間的中部區域中，或在中亮度電平與高亮度電平之間的中部區域中，因此按照亮度信號分布的電平間的相應差別不清楚。
在亮度信號分布在如圖5B所示的具有三個或更多亮度電平的區域的情況下具有相同的情形。
因此，按照常規裝置，為了解決上述問題，三個亮度電平的劃分應該用數十個亮度電平的劃分來代替，並還需要數十增益增強。然而，由於實時操作和硬體尺寸的限制，這樣做是非常困難的。
為了消除或減少上述問題，本發明的目的是提供一種自適應伽馬校正裝置，它利用一個查閱表來適當地校正具有複雜亮度信號的圖像數據，該複雜亮度信號形成不均勻的直方圖。
為了達到該目的，所提供的自適應伽馬校正裝置包含用於接收R、G、和B圖像信號並輸出亮度信號的矩陣單元；
通過比較從所述矩陣單元輸出的所述亮度信號的分布電平並對相應於每一電平的分布數計數而獲得分布亮度信號直方圖的直方圖提取裝置；將所述分布亮度信號直方圖累加和積分的直方圖積分裝置；積分查閱表(LUT)，用於接收從所述直方圖積分裝置獲得的積分曲線並校正輸入圖像信號；以及用於對積分LUT校正的所述圖像信號進行伽馬處理並輸出經校正的亮度信號的伽馬電平確定裝置。
本發明的上述目的和優點通過參照附圖詳細描述優選實施例將變得更為顯而易見。附圖中圖1是常規伽馬校正裝置的方框圖；圖2是表示在逆光狀態下進行拍攝的亮度信號的分布特性的圖示；圖3是表示在逆光狀態下按照常規校正裝置的輸入/輸出特性曲線的圖示；圖4是表示按照理想校正的輸入/輸出特性曲線的圖示；圖5A和5B示出用常規伽馬校正裝置不能作畫面校正的逆光狀態；圖6是按照本發明的自適應伽馬校正裝置的方框圖；圖7是圖6所示的直方圖提取單元的詳圖；圖8是圖6所示的直方圖積分單元的詳圖；圖9是表示利用按照本發明實施例的自適應校正裝置的逆光狀態下的圖像信號的亮度分布圖示；以及圖10是表示按照圖9所示積分LUT的輸入/輸出特性的圖示。
參見圖6，按照本發明實施例的自適應伽馬校正裝置由以下幾部分構成，一個矩陣單元60，用於接收圖像信號R、G、和B並輸出亮度信號，一個直方圖提取單元62，用於按照從矩陣單元60獲得的亮度信號分布提取亮度信號的分布直方圖，一個直方圖積分單元64，用於對從直方圖提取單元62輸出的直方圖積分，一個積分LUT66，用於利用直方圖積分單元64的輸出數據將輸入圖像信號轉換為當前屏幕的最適當畫面，和一個伽馬確定單元68，用於利用積分LUT66的輸出信號確定一伽馬值並輸出一校正的圖像。
參見圖7，圖6所示的直方圖提取單元62由分別對應於比較器的256個比較器70和256個計數器72構成。
從矩陣單元60輸出的亮度信號在比較器70中經過電平比較，然後將具有相同亮度電平的計數器72加1。亦即，在將一幀中的視頻信號的電平與相應參考電平值比較後，提取對應於每一電平的像素數。
參見圖8，該圖為圖6所示直方圖積分單元64的詳圖，從最低電平計數器到最高電平計數器按順序輸出的像素數在一累加器80中累加並積分。此時，累加後的值被存儲在積分LUT66中。
圖9是說明利用按照本發明實施例的自適應伽馬校正裝置的圖像信號在逆光狀態下的亮度分布的圖示，及圖10是說明圖9所示積分LUT的輸入/輸出特性的圖示。
現在，參照圖6到10描述按照本發明實施例的自適應伽馬校正裝置的操作。
在諸如逆光的特定狀態下，由於一幀的高光部分和低光部分相互為極端對比度，並且幾乎不存在中光部分，所以可以如圖9所示表示從直方圖提取單元62獲得的直方圖。
提供輸入圖像的已校正輸入/輸出特性的積分LUT66(圖10所示)可以用DRAM、SRAM、FRAM、EEPROM等來構成。
與劃分亮度信號電平、對相應於每一電平的亮度信號數計數、並根據在逆光狀態下的亮度信號電平調整增益增強度的常規神經伽馬校正方法不同，按照本發明實施例的伽馬校正方法使用從亮度信號分布獲得的LUT，因此能夠自適應地獲得更適當的輸入/輸出特性。
參見圖10所示的輸入/輸出特性，作為LUT的Y信號輸入的60以下的較低光信號被擴展，其中亮度信號稀疏地分布在0與255之間的整個亮度信號中，因此可以更精確地表示出細節。
此外，如圖9所示，由於在電平60與電平200之間的中部電平不存在亮度信號，所以儘管輸入可能大大改變，但輸出不變。
參見如圖10所示的輸入/輸出特性曲線，當輸入電平200與電平255之間的亮度信號時，根據那裡的亮度電平被相應放大的亮度信號成為輸出。
因此，亮度信號稀疏分布的部分被更詳細地表示出，而亮度信號密集分布的部分或根本沒有分布的部分被簡單地加以表示，這樣能夠更有效地利用動態範圍。
另外，按照本發明實施例的伽馬校正裝置使用積分方法，這樣如圖5A和圖5B所示的亮度信號的複雜不均勻分布也能夠被有效地校正。
已按照上述圖像校正操作平滑的輸出用圖4所示的伽馬曲線進行校正。
如上所述，不同於壓縮或擴展輸入/輸出特性的常規方法，因為按照本發明實施例的自適應校正裝置運用能夠有效利用動態範圍的積分方法，因此即使在因壓縮或擴展範圍非常寬而不可能進行逆光校正的組合分布亮度信號電平上，也能獲得適當的輸入和輸出特性。
而且，常規伽馬校正裝置校正複雜分布的亮度信號很困難，因為需要大型的硬體和受到實時操作的限制，而按照本發明實施例的自適應伽馬校正裝置卻能在效地獲得所期望的輸入/輸出特性曲線而無這樣的需要或限制。
權利要求
1.一種自適應伽馬校正裝置，所述裝置包含用於接收R、G、和B圖像信號並輸出亮度信號的矩陣單元；通過比較從所述矩陣單元輸出的所述亮度信號的分布電平並對相應於每一電平的分布數計數而獲得分布亮度信號直方圖的直方圖提取裝置；將所述分布亮度信號直方圖累加和積分的直方圖積分裝置；積分查閱表(LUT)，用於接收從所述直方圖積分裝置獲得的積分曲線並校正所述輸入圖像信號；以及用於對積分LUT校正的所述圖像信號進行伽馬處理並輸出經校正的亮度信號的伽馬電平確定裝置。
2.如權利要求1所述的自適應伽馬校正裝置，其中用於比較每一幀中視頻信號亮度電平並提取對應於每一電平的像素數的所述直方圖提取裝置包含多個比較器和多個與之對應的計數器。
3.如權利要求2所述的自適應伽馬校正裝置，其中所述直方圖積分裝置通過從最低電平計數器到最高電平計數器依次累積所述計數器的輸出值實現積分。
4.如權利要求1所述的自適應伽馬校正裝置，其中所述積分LUT利用RAM來校正輸入/輸出特性。
5.如權利要求1所述利用積分查閱表的自適應伽馬校正裝置，其中所述積分LUT利用EEPROM校正輸入/輸出特性。
全文摘要
自適應伽馬校正裝置運用將分布亮度信號積分得到的查閱表而有效利用輸入信號動態範圍。它包括接收R、G、和B圖像信號並輸出亮度信號的矩陣單元；通過比較亮度信號分布電平並對相應每電平的分布數計數而獲得分布亮度信號直方圖的直方圖提取裝置；將分布亮度信號直方圖累加和積分的直方圖積分裝置；積分查閱表(LUT)，接收從直方圖積分裝置獲得的積分曲線並校正輸入圖像信號；及對圖像信號進行伽馬處理並輸出校正的亮度信號的伽馬電平確定裝置。
文檔編號H04N5/202GK1158531SQ96119760
公開日1997年9月3日 申請日期1996年12月11日 優先權日1996年1月18日
發明者李相浩, 李孝乘 申請人:三星電子株式會社