用於對比度增強的方法和設備的製作方法

2023-05-17 16:47:56 1

專利名稱：用於對比度增強的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明的方面涉及一種增強輸入圖像的對比度的方法和設備，更具體地 講，涉及一種通過依賴於圖像的區域來增加亮度和減小亮度以增強對比度的 方法和設備。
背景技術：
通常，由圖像輸入設備輸入的圖像具有對象的各種信息，然而，由於圖 像輸入設備的條件，亮度信號的元素被集中(concentrate)或失真，從而對象的 特性不能被精確的表現。根據傳統技術，為了校正失真的亮度信號，在分析圖像之後，通過根據 圖像來不同地處理增強增益，使暗的圖像變亮，並且亮的圖像相對地加重暗 的區域。在這個示例中，失真的圖像的亮度可以被校正。然而，未失真的圖像的 亮度增強可以被省略，並且可以按照原樣輸出原始的輸入信號值。當上述的 傳統技術被應用到電影時，由於電影的幀之間的增強增益差導致會產生閃爍現象。此外，根據傳統技術，為了增強對比度，通過使用滑動窗口或低通濾波 器(LPF)來計算輸入像素周圍的平均亮度。在滑動窗口或濾波器不斷地疊加 (overlap)輸入像素的同時，計算周邊亮度。在這個示例中，窗口的大小或濾波器的大小影響算法的性能。因為窗口 的大小或濾波器的大小越大，需要越多的存儲器和處理時間。因此，使用窗 口或濾波器來增強圖像在操作實施應用方面存在許多的限制。因此，需要一種通過依賴於圖像的區域來增加亮度和減小亮度以增強對 比度的方法和設備。發明內容本發明的方面提供了 一種不受存儲器和處理時間限制的通過將輸入圖像 劃分為多個塊並一次掃描所有的多個塊來增強輸入圖像的對比度的方法和設本發明的其它方面還提供了 一種可以通過使用輸入像素的特有亮度值和 輸入像素的周邊亮度值之間的相關性來確定亮度增量和亮度減小量的增強輸 入圖像的對比度的方法和設備。本發明的另外的方面還提供了 一種可以通過使用輸入像素的周邊的亮度 值將失真的像素與未失真的像素分開並不同地增強每個像素的亮度的增強輸 入圖像的對比度的方法和設備。本發明的另外的方面還提供了 一種可以增加輸入像素的特有亮度值並參 照亮度增量減小輸入像素的特有亮度值的增強輸入圖像的對比度的方法和設 備。根據本發明的一方面提供了一種增強對比度的方法，所述方法的步驟 包括將圖像劃分為多個塊並計算每個塊的平均亮度值；通過使用平均亮度 值對所述圖像的每個輸入像素的周邊亮度值進行插值；通過使用輸入像素的 經插值的周邊亮度值和輸入像素的特有亮度值來增強輸入像素的對比度。在本發明的一方面中，所述增強步驟包括通過使用輸入像素的特有亮 度值和輸入像素的周邊亮度值來增加特有亮度值；根據特有亮度值的增量來 減小特有亮度值。在本發明的一方面中，所述插值步驟包括測量與輸入像素相鄰的多個 塊的中心像素和輸入像素之間的相對距離；通過使用根據所述相對距離賦值 的權重來對每個輸入像素的周邊亮度值進行插值。根據本發明的另一方面，提供了一種用於增強對比度的設備，所述設備 包括平均亮度值計算單元，將圖像劃分為多個塊並計算每個塊的平均亮度 值；周邊亮度值插值單元，通過使用平均亮度值來對圖像的每個輸入像素的 周邊亮度值進行插值；對比度增強單元，通過使用輸入像素的經插值的周邊 亮度值和輸入像素的特有亮度值來增強輸入像素的對比度。在本發明方面中，對比度增強單元包括特有亮度值增加單元，通過使 用輸入像素的特有亮度值和輸入像素的周邊亮度值來增加特有亮度值；特有亮度值減小單元，根據特有亮度值的增量來減小特有亮度值。將在下面的描述中部分地闡述本發明的另外的方面和/或優點，並且本發 明的另外的方面和/或優點的將部分地通過描述變得明了 ，或可以通過實施本 發明而獲知。


通過下面結合附圖對實施例的描述，本發明的這些和/或其它方面和優點 將變得明顯並更易於理解，附圖中圖1是示出了根據本發明的實施例的增強輸入圖像的對比度的方法的流程圖；圖2示出了根據本發明的實施例的通過使用每個塊的中心像素來對輸入像素的周邊亮度值進行插值的過程；圖3示出了根據本發明的實施例的通過使用輸入像素的特有亮度值和輸 入像素的周邊亮度值來增加輸入像素的特有亮度值的曲線圖；圖4示出了根據本發明的實施例的參照特有亮度值的增量來減小特有亮 度值的曲線圖；圖5是示出了根據本發明的實施例的用於增強輸入圖像的對比度的設備 的示圖。
具體實施方式
現在，將對於本發明的當前的實施例做出詳細的說明，附圖中示出了其 示例，附圖中，相同的標號始終表示相同的元件。為了說明本發明，下面通 過參照附圖來描述示例性實施例。圖1是示出了根據本發明的實施例的增強輸入圖像的對比度的方法的流程圖。參照圖1 ,在操作S101中，輸入的圖像被劃分為多個塊，以計算平均 亮度值。在這個示例中，輸入圖像可以被劃分為具有NxN尺寸的多個塊。根據傳統技術，由於操作時間和存儲器的限制，所以增加N的值有所限 制。然而，在本發明中可以依賴於輸入圖像沒有限制的不同地設定N的值。在操作S102中，計算輸入圖像的每個劃分出的塊的平均亮度值。在這個 示例中，通過使用一次掃描所有的輸入圖像幀的過程來計算每個塊的平均亮度值，這區別於在滑動窗口或濾波器不斷地疊加輸入圖像的同時掃描輸入圖 像的情況。因此，由於一次掃描整個輸入圖像，所以處理時間被減小，並需要與劃 分出的塊的數量相對應的數量的存儲器。因此，可以有效地計算每個塊的平 均亮度值。將整個輸入圖像劃分成塊並總共處理圖像一次的方法可以比在滑 動窗口疊加輸入圖像的同時處理圖像的方法更適合於實時應用。根據本發明的實施例，可以產生按排列存儲計算出的每個塊的平均亮度值的查詢表(LUT)。在查詢表的排列中指定的地址可以被用於搜索處理圖像所需的塊。具體地講，可以通過使用針對排列的每個地址存儲的平均亮度值來 對輸入像素的周邊亮度值進行插值。在操作S103中，可以通過使用針對每個塊計算出的平均亮度值來對圖像 的每個輸入像素的周邊亮度值進行插值。具體地講，可以針對構成輸入圖像的所有的輸入像素的每個位置產生新的像素值。在這個示例中，在與輸入圖 像的所有的像素相對應的位置，反覆地對周邊亮度值執行插值。通過使用插值，輸入圖像的每個像素具有成對的特有亮度值和經插值的 周邊亮度值。在這個示例中，特有亮度值為輸入像素的原始亮度值。因此，本發明可以通過使用輸入像素的特有亮度值和輸入像素的經插值 的周邊亮度值之間的相關性來增強輸入像素的對比度。根據本發明的實施例，可以通過使用由線性方法確定的權重和計算出的 平均亮度值來對周邊亮度值進行插值。測量在輸入像素和與輸入像素相鄰的 塊的每個中心像素之間的相對距離。這裡，中心像素可以具有對應的塊的平 均亮度值，並可以位於對應的塊的中心。上述的插值方法使用由線性方法確定的權重。在這個示例中，權重可以 與中心像素和輸入像素之間的相對距離中的每個成反比。可以通過使用每個 中心像素的平均亮度值乘以每個權重所得的結果的和的值來對周邊亮度值進 行插值。上述插值的過程示出了簡單的線性插值的示例，然而，本發明可以使用 諸如最接近原則插值、雙線性插值、三次插值、高階插值、B樣條插值等的 各種插值方法。圖2示出了通過使用特定的示例來對輸入像素的周邊亮度進 行插值的過程。在操作S104中，通過使用輸入像素的特有亮度值和輸入像素的經插值的周邊亮度值來增加輸入像素的特有亮度值。在這個示例中，可以通過對比特 有亮度值與周邊亮度值來確定對應的輸入像素比周邊的像素亮還是暗。具體地講，當特有亮度值大於周邊亮度值時，表示出輸入像素相對亮於 周邊的像素。此外，當特有亮度值小於周邊亮度值時，表示出輸入像素相對 暗於周邊的像素。因此，當輸入像素相對亮於周邊的像素時，可以充分地增加輸入像素的 特有亮度值。相反，當輸入的像素相對暗於周邊的像素時，會減小輸入像素 的特有亮度值的增量，或者會保持所述增量幾乎為零。具體地講，根據周邊亮度值，選擇性地增加輸入像素的特有亮度值。因 此，可以增加局部的對比度，並且可以同時增加暗的區i或的可見度。根據本發明的實施例，當輸入像素的特有亮度值d、於所有的亮度梯度的 中點值時，輸入像素的特有亮度值會是將要增加的對象。然而，當輸入像素的特有亮度值大於所有的亮度梯度的中點值時，輸入 像素的特有亮度值不會是將要增加的對象，從而可以保持原始的值。這裡，在8位圖像的情況下，所有的亮度梯度的中點值可以為與具有 28=256級的所有的亮度梯度的128級相對應的值。具體地講，當輸入像素的 特有亮度值存在於小於或等於128的低梯度區域中時，特有亮度值會是將要 增力口的3十象。此外，由於輸入像素的特有亮度值小於周邊亮度值，因此即使輸入像素 的特有亮度值存在於低梯度區域中，特有亮度值的增量實際上也可以是非常 小的或幾乎為零。根據本發明的實施例，當特有亮度值存在於低梯度區域中並大於周邊亮 度值時，根據第一亮度增加函數來增加特有亮度值。相反，當特有亮度值存 在於低梯度區域中並小於周邊亮度值時，根據第二亮度增加函數來增加特有 亮度值。接著，通過使用每個亮度增加函數來計算特有亮度值的增量。參照 圖3來詳細地描述通過使用與亮度增加函數相對應的亮度梯度曲線來增加特 有亮度值的方法。在操作S105中，根據特有亮度值的增量來減小輸入像素的特有亮度值。 具體地講，可以通過使用根據特有亮度值的增量計算出的輸入像素的對比度 伽瑪增益來減小特有亮度值。可以通過使用將特有亮度值的增量乘以預定的減小比率所得的結果和輸入像素的對比度強度之間的差來計算對比度伽瑪增益。在這個示例中，當對 比度伽瑪增益的值小於或等於閾值時，對比度伽瑪增益被設定為閾值。這裡， 閾值通常可以被設定為1。可以通過使用式1來計算對比度伽瑪增益。[式l]Contrast一g = Strength + (Ratio—Bright2x(- Ratio—Decrease)) If (Contrast—g> 1.0) Contrast一g =1.0,其中，Contrast—g表示對比度伽瑪增益，Strength表示對比度強度， Ratio_Bi'ight表示特有亮度值的增量，Ratio_Decrease表示減小比率。在這個示例中，隨著特有亮度值的增量的增加，對比度伽瑪增益可以被 減小到閾值。相反，隨著特有亮度值的增量的減小，對比度伽瑪增益可以被 增力口。可以通過使用與計算出的輸入像素的對比度伽瑪增益相對應的特有亮度 值的梯度曲線來減小特有亮度值。這裡，根據對比度伽瑪增益的特有亮度值 的梯度曲線可以通過使用式Y^XS來表示，其中Y表示輸出，X表示輸入，g 表示對比度伽瑪增益。當對比度伽瑪增益等於閾值1時，可以產生其中輸入值和輸出值相等的 亮度梯度曲線。此外，當對比度伽瑪增益大於1時，可以產生向下彎曲的梯 度曲線。在這個示例中，因為與特定輸入值相對應的輸出值小於當對比度伽 瑪增益為1時的輸出值，所以特有亮度值被減小。然而，當對比度伽瑪增益小於1時，亮度梯度曲線變為向上彎曲的梯度 曲線。因此，由於與特定輸入值相對應的輸出值大於當對比度伽瑪增益為1 時的輸出值，所以特有亮度值被增加。因為操作S105特徵性地減小或最低限度的保持特有亮度值，所以當對比 度伽瑪增益小於1時可以將對比度伽瑪增益設定為最小閾值1。參照圖4詳 細地描述通過使用對比度伽瑪增益來減小特有亮度值的過程。圖2示出了根據本發明的實施例的通過使用每個塊的中心像素來對輸入 像素的周邊亮度值進行插值的過程。對構成輸入圖像的所有的輸入像素的位 置的周邊亮度值進行插值。輸入圖像201可以被劃分為具有相等的大小的多個塊。此外，可以以操 作S102中描述的方式計算每個塊的平均亮度值。這裡，因為隨著每個塊的大小的增加，對應的圖像劃分出的塊的數量被減小，所以隨著每個塊的大小的 增加，處理圖像的時間可以被縮短。中心像素PA202、中心像素PB203、中心像素Pc204和中心像素PD205 位於與輸入像素206相鄰的塊的中心。在這個示例中，在輸入像素206的位 置，可以通過使用與中心像素和輸入像素之間的相對距離成反比的權重來對 周邊亮度值進行插值。這裡，中心像素PA202、中心像素PB203、中心像素 Pc204和中心像素PD205中的每個的亮度值可以分別為對應的塊的平均亮度 值。例如，可以假設在輸入像素206與中心像素PA202、中心像素Pb203、中 心像素Pc204和中心像素PD205之間的相對距離分別為3、 5、 1和4。因此， 中心像素PA202的權重為(5+1+4)/(1+3+4+5)=0.77,中心像素PB203的權重為 (l+3+4)/(l+3+4+5)=0.62。此外，中心像素Pc204的權重為(3+4+5)/( 1+3+4+5)= 0.92,中心像素PD205的權重為(1+3+5)/(1+3+4+5)=0.69。如上所述，因為權 重與相對距離成反比，所以可以理解的是，賦值給具有最短的相對距離的中 心像素Pc204的權重最大。因此，通過使用每個中心像素的平均亮度值乘以計算出的權重所得的結 果的和的值來對輸入像素206的周邊亮度值進行插值。對輸入圖像的每個像 素的插值可以被反覆的執行。上述的示例對應於線性插值的示例，然而本發 明不限於此。對周邊亮度進行插值的方法可以包括執行相同功能的各種插值 方法。圖3示出了根據本發明的實施例的通過使用輸入像素的特有亮度值和輸 入像素的周邊亮度值來增加輸入像素的特有亮度值的曲線圖。圖3的每個曲 線圖表示水平軸對應於輸入值，垂直軸可以對應於與輸入值相對應的輸出 值。此外，每個曲線圖可以對應於其中所有的亮度值被歸一化到0和1之間 的梯度曲線。過程301表示當輸入像素的特有亮度值大於經插值的周邊亮度值時通過 使用亮度梯度曲線來增加特有亮度值的過程。過程302表示當輸入像素的特 有亮度值小於經插值的周邊亮度值時通過使用亮度梯度曲線來增加特有亮度 值的過程。曲線圖303示出了當特有亮度值大於周邊亮度值時輸入像素的特有亮度 值(即，I)的梯度曲線，以及經插值的周邊亮度值L的梯度曲線。參照曲線圖303,可以理解的是，與相同的輸入值相對應的在特有亮度值的梯度曲線中的 輸出值大於在周邊亮度值的梯度曲線中的輸出值。相反，曲線圖306示出了當特有亮度值小於周邊亮度值時輸入像素的特 有亮度值(即，I)的梯度曲線，以及經插值的周邊亮度值L的梯度曲線。參照 曲線圖306，可以理解的是，與相同的輸入值相對應的在特有亮度值的梯度 曲線中的輸出值小於在周邊亮度值的梯度曲線中的輸出值。曲線圖3 04是當特有亮度值大於周邊亮度值時通過使用與低梯度區域相 對應的亮度值I和周邊亮度值L變換出的L'的曲線圖。此外，曲線圖307是 當特有亮度值小於周邊亮度值時通過使用與低梯度區域相對應的亮度值I和 周邊亮度值L變換出的L'的曲線圖。這裡，通過使用式L'=(I/L)+1來變換出 L'。曲線圖305是當特有亮度值大於周邊亮度值時通過使用第一亮度增加函 數得到的L"的曲線圖。在這個示例中，第一亮度增加函數可定義為 L"=L'x(l—L')+I2。此外，曲線圖308是當特有亮度值小於周邊亮度值時通過使用第二亮度 增加函數得到的L"的曲線圖。在這個示例中，第二亮度增加函數可定義為 L"=L'x(l+(L-I)-L')+I2。比較曲線圖305和曲線圖308,可以理解的是，當特有 亮度值大於周邊亮度值時L"和特有亮度值之間的差大於當特有亮度值小於周 邊亮度值時L"和特有亮度值之間的差。曲線圖309是將曲線圖305和曲線圖308進行逆變換的曲線圖，表示特 有亮度值的亮度增加曲線。R表示特有亮度值的增量。在這個示例中，增量R 可以通過使用式R4/L"來獲得。因此，當特有亮度值存在於低梯度區域(1)時特有亮度值的增量。具體地講， 可以理解的是，當位於與低梯度區域相對應的暗的區域中的輸入像素相對亮 於周邊的像素時，亮度增量更大。相反，可以理解的是，當位於低梯度區域 中的輸入像素相對暗於周邊的像素時，亮度增量非常小或幾乎為零。可以在諸如陰影的失真的部分中增加可見度。此外，當與低梯度區域相 對應的輸入像素相對亮於周圍的像素時，輸入像素更大程度地變亮，並且可 以局部地增強對比度。此外，可以被理解的是，依賴於輸入像素的亮度和周 邊的像素的亮度來不同地增加輸入像素的特有亮度值。圖4示出了根據本發明的實施例的參照特有亮度值的增量來減小特有亮 度值的曲線圖。參照圖3描述了根據周邊亮度值來增加存在於與陰影區域相對應的低梯 度區域中的輸入像素的特有亮度值。這裡，可以通過使用陰影區域的特有亮 度值的增量來減小其中特有亮度值不增加或增量小的像素的特有亮度值。具 體地講，可以通過減小具有小的特有亮度值的增量的輸入像素的特有亮度值 來相對地增強對比度。曲線圖401與曲線圖309相同。具體地講，可以理解的是，當輸入像素 的特有亮度值對應於低梯度區域(0.5)時，根據周邊亮度值來顯著地增加特有 亮度值，或者非常輕微地增加特有亮度值。這裡，可以通過使用特有亮度值 的增量(即，R)來減d、具有小的增量的輸入像素的特有亮度值。曲線圖402表示示出了根據特有亮度值的增量來改變的對比度伽瑪增益 的曲線圖。曲線圖402的水平軸R表示特有亮度值的增量，垂直軸g表示對 比度伽瑪增益。參照圖402,可以理解的是，在小於預定值R的區域中，隨著特有亮度 值的增量的增加，對比度伽瑪增益減小。對比度伽瑪增益曲線可以對應於式 1。具體地講，可以通過使用特有亮度值的增量乘以預定的減小比率所得的結 果和輸入像素的對比度強度之間的差來得到對比度伽瑪增益。在這個示例中，可以理解的是，當特有亮度值的增量大於或等於預定的 值時，對比度伽瑪增益不會被進一步減小並被繼續保持為1.0。具體地講，當 通過使用式1計算出對比度伽瑪增益為小於或等於閾值1.0的值時，可以表 示出對比度伽瑪增益被設定為閾值。曲線圖403示出了根據對比度伽瑪增益的在低梯度區域中的特有亮度值 的梯度曲線。實際上，在高梯度區域中，輸入像素的特有亮度值不減小。當特有亮度值的輸入值為X,並且特有亮度值的輸出值為Y時，根據對 比度伽瑪增益g的特有亮度值的梯度曲線可以與式Y-Xg—致。可以理解的 是，隨著g增加，曲線變得向下彎曲，表示特有亮度值的減小程度的R'增力口。然而，隨著g減小，梯度曲線變得向上彎曲。然而，因為減小特有亮度 值是目標，所以g不會具有小於閾值1.0的值。可以理解的是，當g具有閾 值1.0時，特有亮度值不被減小，並且計算出等於輸入值的輸出值。具體地講，亮度增加效果在亮度信息失真的諸如陰影區域等的區域中是 大的。相反，非常亮或未失真的普通區域保持原始的信號，並且對比度不會 被增強。因此，當輸入像素的特有亮度值的增量是小的或幾乎為零時，可以 通過減小特有的亮度來增強對比度的值。圖5是示出了根據本發明的實施例的用於增強輸入圖像的對比度的設備 的示圖。可以通過使用根據本發明的實施例的增強對比度的方法來操作用於 增強對比度的設備。用於增強對比度的設備可以包括平均亮度值計算單元501、周邊亮度值 插值單元502和對比度增強單元503。在這個示例中，對比度增強單元503 包括特有亮度值增加單元504和特有亮度值減小單元505。平均亮度值計算單元501可以將輸入的圖像劃分為多個塊並計算每個塊 的平均亮度。在這個示例中，可以通過一次掃描所有的劃分出的多個塊來計 算每個塊的平均亮度值。根據本發明的增強對比度的方法比在滑動窗口或濾 波器疊加輸入圖像的同時掃描輸入圖像的方法更大程度地減小操作時間，並 且只需對應於塊的數量的數量的存儲器。此外，為了減小平均亮度值的計算次數，平均亮度值計算單元501可以 選擇性地包括LUT產生單元以產生先前按排列存儲了每個塊的平均亮度值的 LUT。因此，可以通過使用在LUT的排列中存儲的平均亮度值來對輸入像素 的周邊亮度值進行插值。周邊亮度值插值單元502可以通過使用每個塊的平均亮度值對每個輸入 像素的周邊亮度值進行插值。下面描述對周邊亮度值進行插值的過程。周邊 亮度插值單元502測量與輸入像素相鄰的多個塊的中心像素和輸入像素之間 的相對距離。此外，周邊亮度插值單元502可以通過賦值與測出的相對距離成反比的 權重以及將權重乘以每個中心像素的平均亮度值來對每個輸入像素的周邊亮 度值進行插值。在這個示例中，中心像素具有與輸入像素相鄰的多個塊中的 每個塊的平均亮度值，並位於多個塊中的每個塊的中心。特有亮度值增加單元504可以通過使用輸入像素的特有亮度值和輸入像素的周邊亮度值之間的相關性來增加輸入像素的特有亮度值。當特有亮度值 存在於低梯度區域中並大於經插值的周邊亮度值時，特有亮度值增加單元504 可以根據第一亮度增加函數來增加特有亮度值。當特有亮度值存在於低梯度區域中並小於經插值的周邊亮度值時，特有亮度值增加單元504可以根據第二亮度增加函數來增加特有亮度值。上面參 照圖3描述了根據第一亮度增加函數和第二亮度增加函數來增加特有亮度值 的詳細過程。特有亮度值增加單元504可以計算特有亮度值的增量。當特有亮度值存 在於低梯度區域中並大於周邊亮度值時，特有亮度值的增量大於當特有亮度 值小於周邊亮度值時特有亮度值的增量。具體地講，存在於低梯度區域中並位於相對亮於周圍像素的區域中的輸 入像素的特有亮度值可以比存在於低梯度區域中並位於相對暗於周圍像素的 區域中的輸入像素的特有亮度值更大程度地被增加。因此，可以增加諸如陰影的失真部分的可見度。然而，當輸入像素的特 有亮度值幾乎等於周圍的像素或相對暗於周圍的像素時，特有亮度值的增量 可以是小的或幾乎為零。特有亮度值減小單元505可以減小其中通過特有亮度值增加單元504的 特有亮度值的增量是小的或幾乎為零的輸入像素的特有亮度值。特有亮度值減小單元505可以根據特有亮度值的增量來計算輸入像素的 對比度伽瑪增益，並通過使用對比度伽瑪增益來減小特有亮度值。在這個示 例中，通過使用特有亮度值的增量乘以預定的減小比率所得的結果和輸入像 素的對比度強度之間的差來計算對比度伽瑪增益。具體地講，可以通過使用 上述的式1來計算對比度伽瑪增益。當對比度伽瑪增益具有的值小於或等於閾值時，對比度伽瑪增益可以被 設定為閾值。閾值通常被設定為1。這裡，當對比度伽瑪增益小於1時，亮 度梯度曲線變得向上彎曲並變為亮度增加曲線。當對比度伽瑪增益小於1時， 對比度伽瑪增益被設定為閾值特有亮度值減小單元505可以通過確定與計算出的對比度伽瑪增益相對 應的特有亮度值的梯度曲線來確定特有亮度值的減小量。隨著特有亮度值的 增量被增加，輸入像素可以被認為是失真的。因為先前通過使用特有亮度值 增加單元504執行了失真的校正，所以具有亮度值的最大增量的輸入像素具有相對小或幾乎為零的亮度值的減小量。相反，當通過使用特有亮度值增加單元504計算出的特有亮度值的增量 小時，輸入像素可以被視為位於未失真和普通的區域中。特有亮度值減小單元505可以通過減小輸入像素的特有亮度值來增強局部的區域的對比度。具 體地講，在具有小的特有亮度值增量的輸入像素中，特有亮度值的減小量被 增加。因此，輸入像素的特有亮度值被減小，並且相對地增強局部的對比度 的效果被示出。具體地講，可以通過將輸入圖像中的未失真的信息與輸入圖像中失真的 信息分開來將每個不同的亮度變換函數應用於每個像素。因此，由於亮的區 域和暗的區域之間的差被增加，整個對比度可以被增強。失真的圖像的亮度 值被恢復，並且未失真的圖像的對比度被加重顯示。根據上面描述的本發明的示例性實施例的增強對比度的方法可以被記錄 在包括用於實現由計算機執行的各種操作的程序指令的計算機可讀介質中。 介質還可以包括單獨的程序指令、數據文件、數據結構等或它們的組合。介 質和程序指令可以是針對本發明的目的被特別的設計和構造的方法和程序指 令，或者它們可以為計算機軟體領域的技術人員公知的和可用的類型。計算 機可讀介質的示例包括磁介質，諸如硬碟、軟盤和磁帶；光介質，諸如CD ROM盤和DVD;磁光介質，諸如光碟；為存儲並執行程序指令而特別構造 的硬體裝置，諸如只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、閃速存儲器 等。程序指令的示例包括如通過編譯器產生的機器碼和包含可以由計算機使 用解釋器來執行的高級代碼的文件兩者。為了執行本發明的上述的示例性實 施例的操作，可以構造所述硬體裝置以執行一個或多個軟體模塊。根據本發明的上述的示例性實施例，提供了一種不受存儲器和處理時間限制的通過將輸入圖像劃分為多個塊並一次掃描所有的多個塊來增強輸入圖 像的對比度的方法和設備。此外，根據本發明的上述的示例性實施例，提供了一種可以通過使用輸 入像素的特有亮度值和輸入像素的周邊亮度值之間的相關性來確定亮度增量 和亮度減小量的增強輸入圖像的對比度的方法和設備。此外，根據本發明的上述的示例性實施例，提供了一種可以通過使用輸 入像素的周邊的亮度值將失真的像素與未失真的像素分開並不同地增強每個 像素的亮度的增強輸入圖像的對比度的方法和設備。此外，根據本發明的上述的示例性實施例，提供了一種可以增加輸入像 素的特有亮度值並參照亮度增量減小輸入像素的特有亮度值的增強輸入圖像 的對比度的方法和設備。雖然已經示出和描述了本發明的一些實施例，但是本領域技術人員應該 理解的是，在不脫離本發明的原理和精神的情況下，可以對這些實施例做出 改變，本發明的範圍由權利要求及其等同物來限定。
權利要求
1、一種增強對比度的方法，所述方法的步驟包括將圖像劃分為多個塊並計算每個塊的平均亮度值；通過使用平均亮度值對所述圖像的每個輸入像素的周邊亮度值進行插值；通過使用輸入像素的經插值的周邊亮度值和輸入像素的特有亮度值來增強輸入像素的對比度。
2、 如權利要求l所述的方法，其中，所述增強步驟包括通過使用輸入像素的特有亮度值和輸入像素的周邊亮度值來增加特有亮 度值；根據特有亮度值的增量來減小特有亮度值。
3、 如權利要求l所述的方法，其中，所述圖像的劃分步驟和平均亮度值 的計算步驟通過一次掃描所有的劃分出的多個塊來計算平均亮度值。
4、 如權利要求l所述的方法，其中，所述圖像的劃分步驟和平均亮度值 的計算步驟產生按排列存儲每個塊的平均亮度值的查詢表。
5、 如權利要求4所述的方法，其中，所述插值步驟通過使用存儲在查詢 表的排列中的平均亮度值來對周邊亮度值進行插值。
6、 如權利要求l所述的方法，其中，所述插值步驟包括 測量與輸入像素相鄰的多個塊的中心像素和輸入像素之間的相對距離； 通過使用根據相對距離賦值的權重來對每個輸入像素的周邊亮度值進行插值。
7、 如權利要求6所述的方法，其中，中心像素具有與輸入像素相鄰的多 個塊中的每個塊的平均亮度值，並位於所述多個塊中的每個塊的中心。
8、 如權利要求7所述的方法，其中，所述插值步驟通過使用每個中心像 素的平均亮度值乘以與所述相對距離成反比的權重的所得的結果的和的值來 對周邊亮度值進行插值。
9、 如權利要求2所述的方法，其中，所述增加步驟包括 當特有亮度值大於周邊亮度值並小於整個亮度梯度的中點值時，根據第一亮度增加函數來增加特有亮度值；當特有亮度值小於周邊亮度值並小於整個亮度梯度的中點值時，根據第二亮度增加函數來增加特有亮度值；通過使用第一亮度增加函數和第二亮度增加函數中的任意一個來計算特 有亮度值的增量。
10、 如權利要求9所述的方法，其中，根據第一亮度增加函數和第二亮度增加函數中的任意一個來增加特有亮度值的步驟當特有亮度值小於整個亮 度梯度的中點值時增加特有亮度值，並且當特有亮度值大於整個亮度梯度的 中點值時保持特有亮度值。
11、 如權利要求9所述的方法，其中，第一亮度增加函數為 L"=L'x(l-L')+I2,其中，L'=(I/L)+1， I表示被歸一化到0和1之間的特有亮度值，L表示 被歸一化到0和1之間的周邊亮度值。
12、 如權利要求9所述的方法，其中，第二亮度增加函數為 L"=L'x(l+(L-I)-L')+I2,其中，L'=(I/L)+1, I表示被歸一化到0和1之間的特有亮度值，L表示 被歸一化到0和1之間的周邊亮度值。
13、 如權利要求11和權利要求12中的任意一個所述的方法，其中，所 述增量的計算步驟根據特有亮度值和與特有亮度值相對應的L"的比率來計算增量。
14、 如權利要求2所述的方法，其中，所述減小步驟包括 根據特有亮度值的增量來計算輸入像素的對比度伽瑪增益； 通過使用對比度伽瑪增益來減d 、特有亮度值。
15、 如權利要求14所述的方法，其中，所述對比度伽瑪增益的計算步驟 通過使用所述增量乘以預定的減小比率所得的結果和輸入像素的對比度強度 之間的差來計算對比度伽瑪增益，並且當對比度伽瑪增益小於或等於閾值時， 對比度伽瑪增益糹皮-沒定為閾值。
16、 如權利要求15所述的方法，其中，所述對比度伽瑪增益的計算步驟 隨著所述增量的增加將對比度伽瑪增益減小到閾值。
17、 如權利要求14所述的方法，其中，所述減小步驟根據計算出的對比 度伽瑪增益通過使用特有亮度值的梯度曲線來減小特有亮度值。
18 、 一種存儲用於實現增強對比度的方法的程序的計算機可讀記錄介質， 所述方法包括將圖像劃分為多個塊並計算每個塊的平均亮度值；通過使用平均亮度值對所述圖像的每個輸入像素的周邊亮度值進行插值；通過使用經插值的輸入像素的周邊亮度值和輸入像素的特有亮度值來增 強輸入像素的對比度。
19、 一種用於增強對比度的設備，所述設備包括平均亮度值計算單元，將圖像劃分為多個塊並計算每個塊的平均亮度值； 周邊亮度值插值單元，通過使用平均亮度值來對圖像的每個輸入像素的周邊亮度值進行插值；對比度增強單元，通過使用輸入像素的經插值的周邊亮度值和輸入像素的特有亮度值來增強輸入像素的對比度。
20、 如權利要求19所述的設備，其中，對比度增強單元包括特有亮度值增加單元，通過使用輸入像素的特有亮度值和輸入像素的周 邊亮度值來增加特有亮度值；特有亮度值減小單元，根據特有亮度值的增量來減小特有亮度值。
21、 如權利要求19所述的設備，其中，平均值計算單元通過一次掃描所 有的劃分出的多個塊來計算平均亮度值。
22、 如權利要求19所述的設備，其中，平均亮度值計算單元包括 查詢表產生單元，產生按排列存儲每個塊的平均亮度值的查詢表。
23、 如權利要求22所述的設備，其中，周邊亮度值插值單元通過使用存 儲在查詢表的排列中的平均亮度值來對周邊亮度值進行插值。
24、 如權利要求19所述的設備，其中，周邊亮度值插值單元測量與輸入 像素相鄰的多個塊的中心像素和輸入像素之間的相對距離，並通過使用根據 相對距離賦值的權重來對每個輸入像素的周邊亮度值進行插值。
25、 如權利要求24所述的設備，其中，中心像素具有與輸入像素相鄰的 多個塊中的每個塊的平均亮度值，並位於所述多個塊中的每個塊的中心。
26、 如權利要求25所述的設備，其中，周邊亮度值插值單元通過使用每 個中心像素的平均亮度值乘以與所述相對距離成反比的權重的所得的結果的 和的值來對周邊亮度值進行插值。
27、 如權利要求20所述的設備，其中，當特有亮度值大於周邊亮度值時， 特有亮度值增加單元根據第一亮度增加函數來增加特有亮度值，當特有亮度值小於周邊亮度值時，特有亮度值增加單元根據第二亮度增 加函數來增加特有亮度值，特有亮度值增加單元通過使用第 一亮度增加函數和第二亮度增加函數中 的任意一個來計算特有亮度值的增量。
28、 如權利要求27所述的設備，其中，當特有亮度值小於整個亮度梯度 的中點值時，特有亮度值增加單元增加特有亮度值，當特有亮度值大於整個 亮度梯度的中點值時，特有亮度值增加單元保持特有亮度值。
29、 如權利要求27所述的設備，其中，第一亮度增加函數為 L"=L'x(l-L')+I2,其中，L'=(I/L)+1， I表示被歸一化到0和1之間的特有亮度值，L表示 被歸一化到0和1之間的周邊亮度值。
30、 如權利要求27所述的設備，其中，第二亮度增加函數為 L"=L'x(l+(L-I)-L')+I2,其中，L'=(I/L)+1, I表示被歸一化到0和l之間的特有亮度值，L表示 被歸一化到0和1之間的周邊亮度值。
31、 如權利要求29和權利要求30中的任意一個所述的設備，其中，根 據特有亮度值和與特有亮度值相對應的L"的比率來計算所述增量。
32、 如權利要求20所述的設備，其中，特有亮度值減小單元根據特有亮 度值的增量來計算輸入像素的對比度伽瑪增益，並且通過使用對比度伽瑪增 益來減小特有亮度值。
33、 如權利要求32所述的設備，其中，通過使用所述增量乘以預定的減 小比率所得的結果和輸入像素的對比度強度之間的差來計算對比度伽瑪增 益，並且當對比度伽瑪增益具有的值小於或等於閾值時，對比度伽瑪增益被 設定為閾值。
34、 如權利要求33所述的設備，其中，隨著所述增量的增加將對比度伽 瑪增益減小到閾值。
35、 如權利要求32所述的設備，其中，特有亮度減小單元根據計算出的 對比度伽瑪增益通過使用特有亮度值的梯度曲線來減小特有亮度值。
全文摘要
本發明提供了一種增強對比度的方法和用於增強對比度的設備。所述增強對比度的方法的步驟包括將圖像劃分為多個塊並計算每個塊的平均亮度值；通過使用平均亮度值對所述圖像的每個輸入像素的周邊亮度值進行插值；通過使用輸入像素的經插值的周邊亮度值和輸入像素的特有亮度值來增強輸入像素的對比度。
文檔編號G06T5/00GK101325646SQ20081008042
公開日2008年12月17日 申請日期2008年2月18日 優先權日2007年6月13日
發明者樸鬥植, 李承信, 韓榮蘭 申請人:三星電子株式會社