CN101763802A - 用于平板显示器的图像增强方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于平板显示器的图像增强方法和装置，方法包括以下步骤：评价原图像的整体亮度水平；根据整体亮度水平拟合实时伽玛曲线；以及将原图像的灰度代入实时伽玛曲线计算出调节值。本发明克服了现有技术将灰度校正和对比度增强分开所带来的灰度损失的问题，进而可以对各种输入图像均取得较好的增强效果。

Description

用于平板显示器的图像增强方法和装置

技术领域

本发明涉及平板显示器领域，具体而言，涉及用于平板显示器的图像增强方法和装置。

背景技术

由于阴极射线管电视(CRT)的显示特性是非线性的，目前使用的视频图像信号为了适应阴极射线管电视(CRT)显示的要求，在视频图像信号发送端都预先作了Gamma(伽玛，即灰度)校正，所以电视接收到的视频图像信号并不是线性的。而对于等离子体电视(PDP)、液晶电视(LCD)等电视而言，其显示特性是线性的，为了显示经过预校正的视频信号，必须对视频信号进行反Gamma校正。另外，为了增强视频图像的显示效果，对比度增强技术是提高视频图像画面显示质量的一项重要的技术手段。

然而在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中，往往灰度校正和对比度增强是分开进行的，造成在进行对比度增强时灰度损失，特别是低灰度损失非常严重，而限制了对比度增强的效果的进一步提升。

发明内容

本发明旨在提供一种用于平板显示器的图像增强方法和装置，能够解决现有的图像增强方法在进行对比度增强时灰度损失的问题。

在本发明的实施例中，提供了一种用于平板显示器的图像增强方法，包括以下步骤：评价原图像的整体亮度水平；根据整体亮度水平拟合实时伽玛曲线；以及将原图像的灰度代入实时伽玛曲线计算出调节值。

可选的，在上述的图像增强方法中，评价原图像的整体亮度水平具体包括：对原图像各像素的亮度统计平均值。

可选的，在上述的图像增强方法中，对原图像各像素的亮度统计平均值具体包括：计算

其中，x为各像素的横坐标，y为各像素的纵坐标，I(x，y)为像素(x，y)的亮度，C为原图像的列数，L为原图像的行数，APL(I(x，y))为亮度统计平均值。

可选的，在上述的图像增强方法中，还包括：预先将整体亮度水平的取值范围划分为多个等级；根据整体亮度水平拟合实时伽玛曲线具体包括：确定整体亮度水平的值属于多个等级中的一个等级；将确定的等级代入到各个标准伽玛曲线的拟合公式进行计算得到多条实时伽玛曲线；根据确定的等级从多条实时伽玛曲线中选择相应的实时伽玛曲线。

可选的，在上述的图像增强方法中，将原图像的灰度代入实时伽玛曲线计算出调节值具体包括：将实时伽玛曲线制作成数据表保存于存储器中；将原图像值的灰度在数据表中进行检索，以获得调整值。

在本发明的实施例中，还提供了一种用于平板显示器的图像增强装置，包括：评价模块，用于评价原图像的整体亮度水平；拟合模块，用于根据整体亮度水平拟合实时伽玛曲线；以及计算模块，用于将原图像的灰度代入实时伽玛曲线计算出调节值。

可选的，在上述的图像增强装置中，评价模块用于对原图像各像素的亮度统计平均值。

可选的，在上述的图像增强装置中，评价模块对原图像各像素的亮度统计平均值具体包括：计算

其中，x为各像素的横坐标，y为各像素的纵坐标，I(x，y)为像素(x，y)的亮度，C为原图像的列数，L为原图像的行数，APL(I(x，y))为亮度统计平均值。

可选的，在上述的图像增强装置中，预先将整体亮度水平的取值范围划分为多个等级；根据整体亮度水平拟合实时伽玛曲线具体包括：确定单元，用于确定整体亮度水平的值属于多个等级中的一个等级；拟合单元，用于将确定的等级代入到各个标准伽玛曲线的拟合公式进行计算得到多条实时伽玛曲线；选择单元，用于根据确定的等级从多条实时伽玛曲线中选择相应的实时伽玛曲线。

可选的，在上述的图像增强装置中，计算模块具体包括：制表模块，用于将实时伽玛曲线制作成数据表保存于存储器中；检索单元，用于将原图像值的灰度在数据表中进行检索，以获得调整值。

本发明上述实施例的图像增强方法和装置因为评价了整体亮度水平，所以克服了现有技术将灰度校正和对比度增强分开所带来的灰度损失的问题，进而可以对各种输入图像均取得较好的增强效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的图像增强方法的流程图；

图2示出了标准的伽玛2.2曲线；

图3示出了根据本发明优选实施例的伽玛曲线；

图4示出了根据本发明一个实施例的图像增强装置的方框图；

图5示出了根据本发明一个优选实施例的图像增强装置的方框图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

图1示出了根据本发明一个实施例的用于平板显示器的图像增强方法的流程图，包括以下步骤：

步骤S10，评价原图像的整体亮度水平；

步骤S20，根据整体亮度水平拟合实时伽玛曲线；以及

步骤S30，将原图像的灰度代入实时伽玛曲线计算出调节值。

该图像增强方法基于整幅图像的明暗变化统计数值来动态实施伽玛变化的，这种变化是通过实时计算得到的最终结果。该图像增强方法因为评价了整体亮度水平，所以克服了现有技术将灰度校正和对比度增强分开所带来的灰度损失的问题，进而可以对各种输入图像均取得较好的增强效果。

可选的，步骤S10具体包括：对原图像各像素的亮度统计平均值APL(Average Picture Level)。平均值能够较好地反映图像的整体亮度水平。

可选的，原图像各像素的亮度统计平均值具体包括：计算

$\mathrm{APL}\left(I(x,y)\right)=\frac{1}{C\×L}\underset{x,y}{\mathrm{\Σ}}I(x,y);$

其中，x为各像素的横坐标，y为各像素的纵坐标，I(x，y)为像素(x，y)的亮度，C为原图像的列数，L为原图像的行数，APL(I(x，y))为亮度统计平均值。

该公式计算量较小，硬件上容易实现。

可选的，在上述的图像增强方法中，还包括：预先将整体亮度水平的取值范围划分为多个等级；步骤S20具体包括：

确定整体亮度水平的值属于多个等级中的一个等级；

将确定的等级代入到各个标准伽玛曲线的拟合公式进行计算得到多条实时伽玛曲线；

根据确定的等级从多条实时伽玛曲线中选择相应的实时伽玛曲线。

例如，如果APL的取值范围是0～255，可以将整个亮度水平分成三种等级：0～100为等级一，表示整个图像亮度偏暗；101-180为等级二，表示整个输入图像亮度比较正常；181～255为等级三，表示整个输入图像的亮度最亮。从而通过APL计算公式就可以将输入图像的统计数值计算出来，然后归结到前面划分的三个等级中去。进而可以执行步骤S30进行图像的反伽玛校正。

值得注意的是，上述的实施例中，因为预先设置了多条标准伽玛曲线，而每两条伽玛曲线对应一个拟合公式，通常为二项式，将确定的等级作为二项式的系数代入到每个拟合公式中进行计算。每个拟合公式的计算可以同步进行，所以得到多条实时伽玛曲线，再根据确定的等级选择其中的一条。因为这些拟合公式可以同步进行计算，所以效率上不会有任何损失。

本发明的一个实施例采用另一种方法，先根据确定的等级选择相应的标准伽玛曲线，只对选择的标准伽玛曲线的拟合公式进行计算得到需要的实时伽玛曲线。这相当于将选择步骤提前执行了，效果和上面的实施例区别不大。

另外，目前采用的图像对比度增强的技术手段，其增强效果是不可控的，对于视频图像、特别是电视显示来说是不适用的，其增强效果太强引起了图像的失真。而本实施例的图像增强方法还可以通过制定不同的标准伽玛曲线和拟合公式以及等级划分标准，从而对增强效果进行控制，以满足用户不同的需求。

可选的，步骤S30具体包括：将实时伽玛曲线制作成数据表保存于存储器中；将原图像值的灰度在数据表中进行检索，以获得调整值。

将实时伽玛曲线转换成一系列采样点得到的数据表，然后用查表的方式获取调整值，显然速度会更快。本发明的一个实施例则通过实时将灰度代入实时伽玛曲线进行计算来得到调整值。

图2示出了标准的伽玛2.2曲线，在一般伽玛变化电路中均采用此变化来实现FPD线性化的过程。图2的横坐标对应原图像的灰度值，纵坐标对应调整值。

图3示出了根据本发明优选实施例的伽玛曲线。这个曲线是APL在选择在第一阶段(比较暗画面)时计算所得结果。可以看出利用伽玛为1和伽玛为3的两个曲线，利用二次多项式来拟合最终的曲线2，这个曲线在暗画面的时候可以增加图像的亮度，在亮画面的时候增加了图像的变化幅度。因此可以在进行伽玛反变化的同时增强图像的效果。

在本发明的实施例中，还提供了一种用于平板显示器的图像增强装置(如图4所示)，包括：

评价模块10，用于评价原图像的整体亮度水平；

拟合模块20，用于根据整体亮度水平拟合实时伽玛曲线；以及

计算模块30，用于将原图像的灰度代入实时伽玛曲线计算出调节值。

该图像增强装置因为评价了整体亮度水平，所以克服了现有技术将灰度校正和对比度增强分开所带来的灰度损失的问题，进而可以对各种输入图像均取得较好的增强效果。

可选的，评价模块10用于对原图像各像素的亮度统计平均值。平均值能够较好地反映图像的整体亮度水平。

可选的，评价模块10对原图像值的亮度统计平均值具体包括：计算

其中，x为各像素的横坐标，y为各像素的纵坐标，I(x，y)为像素(x，y)的亮度，C为原图像的列数，L为原图像的行数，APL(I(x，y))为亮度统计平均值。该公式计算量较小，硬件上容易实现。

可选的，预先将整体亮度水平的取值范围划分为多个等级；拟合模块20具体包括：

确定单元，用于确定整体亮度水平的值属于多个等级中的一个等级；

拟合单元，用于将确定的等级代入到各个标准伽玛曲线的拟合公式进行计算得到多条实时伽玛曲线；

选择单元，用于根据确定的等级从多条实时伽玛曲线中选择相应的实时伽玛曲线。

例如，如果APL的取值范围是0～255，可以将整个亮度水平分成三种等级：0～100为等级一，表示整个图像亮度偏暗；101-180为等级二，表示整个输入图像亮度比较正常；181～255为等级三，表示整个输入图像的亮度最亮。从而可以通过APL计算公式就可以将输入图像的统计数值计算出来，然后归结到前面划分的三个等级中去。进而可以通过计算模块30进行图像的反伽玛校正。

值得注意的是，上述的实施例中，因为预先设置了多条标准伽玛曲线，而每两条伽玛曲线对应一个拟合公式，通常为二项式，将确定的等级作为二项式的系数代入到每个拟合公式中进行计算。每个拟合公式的计算可以同步进行，所以得到多条实时伽玛曲线，再根据确定的等级选择其中的一条。因为这些拟合公式可以同步进行计算，所以效率上不会有任何损失。

本发明的一个实施例采用另一种拟合模块20，先根据确定的等级选择相应的标准伽玛曲线，只对选择的标准伽玛曲线的拟合公式进行计算得到需要的实时伽玛曲线。这相当于将选择步骤提前执行了，效果和上面的实施例区别不大。

另外，目前采用的图像对比度增强的技术手段，其增强效果是不可控的，对于视频图像、特别是电视显示来说是不适用的，其增强效果太强引起了图像的失真。而该图像增强装置还可以通过制定不同的伽玛曲线对增强效果进行控制，以满足用户不同的需求。

可选的，在上述的图像增强装置中，计算模块30具体包括：

制表模块，用于将实时伽玛曲线制作成数据表保存于存储器中；

检索单元，用于将原图像值的灰度在数据表中进行检索，以获得调整值。

将实时伽玛曲线转换成一系列采样点得到的数据表，然后用查表的方式获取调整值，显然速度会更快。本发明的一个实施例则通过实时将灰度代入实时伽玛曲线进行计算来得到调整值。

图5示出了根据本发明一个优选实施例的图像增强装置的方框图，具体包括：

APL统计电路，用于计算APL，即实现评价模块10；

输入信号的伽玛计算电路，用于将原始的伽玛针对不同等级的APL选择不同的计算公式来计算出拟合的实时伽玛曲线，即用于预先设计各种实时伽玛曲线；

伽玛选择电路，用于根据APL的等级，选择相应的伽玛计算电路所计算的实时伽玛曲线。伽玛计算电路和伽玛选择电路一起实现了拟合模块20；

伽玛查找表电路，用于将输入的RGB数据信号检索伽玛计算电路计算的伽玛曲线得到的数据表，通过查找对应关系然后得到最终的变换后的RGB数据即调整值，即实现计算模块30。

在伽玛计算电路中，主要的计算方式就是针对不同的APL将原始的1、2.2、2.6等伽玛曲线根据图像增强的需要进行数据计算，例如：在图像比较暗的画面时就必须使用1和2.2伽玛曲线之间的一种图像拟合方式，而这种图像的得到就是利用APL发给伽玛计算单元的数值来生成的。

在使用中，先在预伽玛电路中存储相应的伽玛曲线，如这里存储的为伽玛1，伽玛2，伽玛2.2和伽玛2.6曲线。通过输入RGB数据来计算APL值，这里的APL值通过归一化过程限定为0-255的区间。在APL计算出初值后利用该初值选择伽玛计算模块中的计算公式，然后计算出两条所需的伽玛值。得到伽玛计算结果后利用APL的计算值影响伽玛选择电路得到最后的伽玛表，输入信号在最终伽玛表的映射下得到最终的RGB输出结果。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例图像增强方法和装置，可以在进行反Gamma校正的同时对视频图像进行对比度增强。而且对比度增强是基于APL统计后对伽玛曲线进行公式调整的方法来实现的，该方法可以对各种输入图像均取得较好的增强效果。本发明提出的图像增强方法和装置还可以对增强效果进行控制，以满足用户不同的需求。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于平板显示器的图像增强方法，其特征在于，包括以下步骤：

评价原图像的整体亮度水平；

根据所述整体亮度水平拟合实时伽玛曲线；以及

将所述原图像的灰度代入所述实时伽玛曲线计算出调节值。

2.根据权利要求1所述的图像增强方法，其特征在于，评价原图像的整体亮度水平具体包括：

对所述原图像各像素的亮度统计平均值。

3.根据权利要求2所述的图像增强方法，其特征在于，对所述原图像各像素的亮度统计平均值具体包括：

计算 $\mathrm{APL}\left(I(x,y)\right)=\frac{1}{C\×L}\underset{x,y}{\mathrm{\Σ}}I(x,y)$

其中，x为所述各像素的横坐标，y为所述各像素的纵坐标，I(x，y)为像素(x，y)的亮度，C为所述原图像的列数，L为所述原图像的行数，APL(I(x，y))为所述亮度统计平均值。

4.根据权利要求1所述的图像增强方法，其特征在于，还包括：预先将所述整体亮度水平的取值范围划分为多个等级；根据所述整体亮度水平拟合实时伽玛曲线具体包括：

确定所述整体亮度水平的值属于所述多个等级中的一个等级；

将所述确定的等级代入到各个标准伽玛曲线的拟合公式进行计算得到多条实时伽玛曲线；

根据所述确定的等级从多条实时伽玛曲线中选择相应的实时伽玛曲线。

5.根据权利要求4所述的图像增强方法，其特征在于，将所述原图像的灰度代入所述实时伽玛曲线计算出调节值具体包括：

将所述实时伽玛曲线制作成数据表保存于存储器中；

将所述原图像值的灰度在所述数据表中进行检索，以获得所述调整值。

6.一种用于平板显示器的图像增强装置，其特征在于，包括：

评价模块，用于评价原图像的整体亮度水平；

拟合模块，用于根据所述整体亮度水平拟合实时伽玛曲线；以及

计算模块，用于将所述原图像的灰度代入所述实时伽玛曲线计算出调节值。

7.根据权利要求6所述的图像增强装置，其特征在于，所述评价模块用于对所述原图像各像素的亮度统计平均值。

8.根据权利要求7所述的图像增强装置，其特征在于，所述评价模块对所述原图像各像素的亮度统计平均值具体包括：

计算 $\mathrm{APL}\left(I(x,y)\right)=\frac{1}{C\×L}\underset{x,y}{\mathrm{\Σ}}I(x,y)$

其中，x为所述各像素的横坐标，y为所述各像素的纵坐标，I(x，y)为像素(x，y)的亮度，C为所述原图像的列数，L为所述原图像的行数，APL(I(x，y))为所述亮度统计平均值。

9.根据权利要求6所述的图像增强装置，其特征在于，预先将所述整体亮度水平的取值范围划分为多个等级；根据所述整体亮度水平拟合实时伽玛曲线具体包括：

确定单元，用于确定所述整体亮度水平的值属于所述多个等级中的一个等级；

拟合单元，用于将所述确定的等级代入到各个标准伽玛曲线的拟合公式进行计算得到多条实时伽玛曲线；

选择单元，用于根据所述确定的等级从多条实时伽玛曲线中选择相应的实时伽玛曲线。

10.根据权利要求9所述的图像增强装置，其特征在于，所述计算模块具体包括：

制表模块，用于将所述实时伽玛曲线制作成数据表保存于存储器中；

检索单元，用于将所述原图像值的灰度在所述数据表中进行检索，以获得所述调整值。

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