CN1069010C - 增强视频信号局部对比度的方法及设备 - Google Patents

Abstract

一种自适应地进行局部对比度增强的方法和设备。根据视频信号的局部对比度的大小对该视频信号赋以不同的权值并将加权后的信号加到原始信号上，由此可以不考虑局部对比度的大小而完整地输出原始信号。本发明的上述目的可以用一个在视频信号处理器中增强局部对比度的设备来实现，该设备包括：M×N窗口处理器，M×N低通滤波器，第一加法器，取绝对值电路，加权器，乘法器以及第二加法器。

Description

增强视频信号局部对比度的方法及设备

本发明涉及一种用于在视频信号处理***中增强局部对比度的方法及设备。尤其涉及一种自适应地进行局部对比度增强的方法及设备，它根据视频信号的局部对比度的大小给视频信号以不同的加权并把加权后的信号加到原始信号上。本申请以韩国申请NO.49345/1995为基础，这里结合它以供参考。

通常，视频信号会由于多种因素而降低其图像质量。具体地说，例如，低对比度就是上述对降低图像质量有影响的代表性因素之一。图像灰度校正(γ校正)法或直方图均衡法是修正低对比度的典型方法。利用上述方法，可以相应地增强对比度。但是这些方法对增强视频信号的整体对比度有作用，而不能在视觉方面增强其局部单元的局部对比度。

已有技术的增强局部对比度的方法是对输入视频信号作低通滤波并把低通滤波后的值加到增强后的对比度值上。上述方法已经由授权给Fuchsberger的美国专利NO.4,825,297具体公布。图1是表示利用低通滤波器来获得增强已有技术视频信号的局部对比度的电路结构的图。图1中的最后输出g从下述的表达式(1)获得：

g=K1(m)+K2(f-m)…(1)

其中，K1、K2称为特征曲线，m是低通滤波器的输出，f为低通滤波器的输入，g为低通滤波器的最后输出。

从上述表达式(1)可以看出，K2(f-m)具有图2所示的特性。图2是说明已有技术高通通道的非线性放大特性曲线K2的示意图。

在上述的美国专利中，局部对比度(f-m)被自适应地加权并且将低通滤波后的信号(m)以K1的大小加到加权后的局部对比度上，由此输出一个输出信号。这里，之所以自适应地为局部对比度加权，是为了防止由于噪声的增加而降低图像质量以及防止对局部对比度进行过度的增强。换句话说，当局部对比度小于某一任意值时，即A2＜f-m＜A1(这里A1、A2是已知的常数)时，就检测到该对比度有噪声存在的可能性。于是，为防止对噪声进行增强，就不做对比度增强，即K2(f-m)=0。当局部对比度区域被分开后，若局部对比度大于某一任意值，为了减小噪声的增加，应对该对比度进行过度增强。

由于局部对比度值对应于低通滤波后的信号的量和自适应加权后的局部对比度的和，在应用这项技术时就会存在限制情况。例如，不能执行下述的功能。

(a)当局部对比度值较小时，对比度可以是由噪声产生的。这样，输入的视频信号不经过对比度增强而完整无损地输出。即g=f。

(b)当局部对比度值很大时，输入信号的对比度足够大。于是输入的视频信号不经过对比度增强而完整无损地输出。即g=f。

在前述的专利中，不能执行上述功能是因为低通滤波后的信号构成输出信号。在情况(a)中，输出信号g=m，在情况(b)中，g≈m。因此，既然在上述的情况(a)、(b)中都有模糊现象，最好不要有上述的现象。

由此本发明的目的在于提供一种通过根据视频信号的局部对比度的大小对视频信号进行不同加权并把加权后的信号加到原始信号来自适应地进行局部对比度增强的方法和设备，由此能够不论局部对比度是大还是小而完整无损地输出原始信号。

根据本发明的上述目的可以由一个在视频信号处理器内增强局部对比度的设备来实现。它包括：M×N窗口处理器，用于当向视频信号输入端输入一个视频信号时，通过计算而产生一个M×N窗口信号，如下述的表达式(1)；M×N低通滤波器，用于对M×N窗口处理器所产生的M×N窗口信号进行低通滤波；第一加法器，用于求M×N低通滤波器的输出与M×N窗口处理器的中心输出的差值，并将上述差值定义为人们在光学上可以感觉到的对比度；取绝对值电路，用于将第一加法器的输出值转化成绝对值，并据此设定出高对比度区域和低对比度区域；加权器，用于根据绝对值电路的输出值输出一个权值；乘法器，用于对第一加法器的输出与加权器的输出作相乘运算；以及第二加法器，用于将M×N窗口处理器的中心输出加到乘法器的输出上。

其中

另外，本发明可以用在视频信号处理器中增强局部对比度的方法来实现，其中视频信号的局部对比度根据当前取样值与周边取样值的均值之间的差值来检测，并且根据检测到的局部对比度的值来自适应地增强对比度，这样做的目的是为了防止因视频信号局部对比度低而降低该视频信号的图像质量。

参考附图及下述的详细说明会对本发明及其许多的优越之处有更全面的理解。附图中相同的标记符号表示相同或相近的部件，其中：

图1是表示利用低通滤波器来获得已有技术视频信号的增强的局部对比度的电路结构图；

图2是表示已有技术高通通道中非线性放大特性曲线K2的图；

图3是表示根据本发明的一个实施例用于增强视频信号的局部对比度的电路结构图；

图4是图3中的M×N窗口处理器300的详细电路图；以及

图5是表示根据本发明的加权函数的图。

在所有附图中，可以注意到用相同的字母标号来表示相似或相同的具有同样功能的部件。另外，在下面的说明中，还陈述了诸如构成电路及频率的具体部件的数字具体细节，以提供对本发明的更透彻的理解。然而对于本技术领域的技术人员来说，显然，没有这些具体细节，本发明也可以实施出来。关于公知的功能和构造的详细说明会使本发明的主题失色，所以在本发明中将不做这样的说明。

图3是根据本发明的一个实施例的用于增强视频信号局部对比度的电路结构图。

作为如本发明中所说明的增强局部对比度的方法和设备，当通过视频信号输入端Vin输入视频信号时，M×N窗口处理器300产生如下述表达式(2)表示的M×N窗口信号W，并把所产生的M×N窗口信号W输入到M×N低通滤波器302。

其中

在本文中，虽然对W的格式没有限制，但是为解释方便起见，目前将W的M×N矩形窗口格式作为W的示范窗口格式。

再有，M×N窗口W的中心取样值X被输入到两个加法器304和312。这里，上述的中心取样值x代表用于增强对比度的一个输入取样值。M=N=3时的M×N窗口处理器的详细电路表示在图4中。图4中分别用D表示样本延迟单元，H表示水平延迟线。图3中M×N低通滤波器302的输出信

M    N号m定义为∑∑aij Wij。这里，aij表示预定的系数。此时，M×N窗口

i-li-1处理器300的中心取样值x与M×N低通滤波器302的输出信号m之间的差x-m起到人们能够在视觉上感受到的对比度的作用，它在加法器304中产生。也就是说，将该差值x-m定义为局部对比度。为了检测出局部对比度的高区域或低区域，x-m值的大小从取绝对值单元306中以绝对值输出。｜x-m｜大的区域作为高区域，｜x-m｜小的区域作为低区域。在本发明中，根据上述定义的局部对比度，利用下述方法可以在加权器308中对局部对比度进行增强。从图3中可见，｜x-m｜在加权器308中被放大到f(｜x-m｜)，放大后的值f(｜x-m｜)被乘以值｜x-m｜，相乘后的值{(x-m)f(｜x-m｜)}被加到原始信号x上，最后，输出视频信号y由下式(3)给出：

y=x+f(｜x-m｜)(x-m)   ——(3)

其中，因为函数f(o)是加权函数，所以它是｜x-m｜的函数。本发明通过适当地选择加权函数能够得到多种局部对比度增强特性。例如，当f(｜x-m｜)=0时，y=x。换句话说，没有对比度增强效果。若｜x-m｜＜T，则f(｜x-m｜)=K。还有，与上述相同的条件下，若｜x-m｜＞T，则f(｜x-m｜)=0。这里T和K是常量。在如上述表示式(3)中表示的对比度增强方法中，虽然局部对比度低的区域的局部对比度被放大，在局部对比度高的区域却进行自适应对比度增强以使输入取样值旁通。

f(｜x-m｜)=非零，当T1＜｜x-m｜＜T2时，

(其中T1,T2是阈值)

f(｜x-m｜)=0，其它情况。

根据本发明的用于增强局部对比度的设备中，若局部对比度小于一任意值T1，那么它是作为由噪声产生的局部对比度来检测的，因此完整无损地旁通输入取样值。若局部对比度大于一任意值(T2)，则局部对比度如上所述是足够大的，因此输入取样值也可以完整无损地旁通过去。

加权函数的上述例子示于图5中。更普遍地说，应该注意到：利用更多种形式加权函数可以得到各种各样的对比度增强特性。

根据以上说明本发明显然具有这样的优点，即视频信号的局部对比度定义为当前取样值与周边取样值的均值之差，并且对比度作为局部对比度值来自适应增强。这样做的目的是为了防止因视频信号局部对比度低而降低图像的质量。

在说明和描述了被认为是本发明最优实施例之后，本领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明的真正范围的条件下可以进行各种变化和修改，并可用等效元件来代替其中的元件。另外，还可以根据本发明的指导思想，在不脱离其中心范畴的情况下进行多种修改以适应特殊的情形。所以，本发明意在不局限于作为实现本发明的最佳方式的某些特殊的实施例，而是包括落在附属的权利要求书的范围内的所有实施例。

Claims (4)

1、一种用于在视频信号处理器中增强局部对比度的方法，包括以下步骤：检测所述视频信号的所述局部对比度，作为低通滤波信号和输入信号的差值；以及，根据所述检测到的局部对比度的大小对所述对比度进行加权，以自适应地放大该对比度，由此将所述经过放大的对比度加到原始信号上。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的局部对比度是从所述的给定尺寸的窗口的中心取样值中减去窗口的输出值而设定的。

3、一种用于在视频信号处理器中增强局部对比度的设备，包括：

一个M×N窗口处理器，用于产生一个M×N窗口信号，当向视频信号输入端输入一个视频信号时就计算所述窗口信号，如下述的表达式(1)；

一个M×N低通滤波器，用于对所述的M×N窗口处理器中产生的M×N窗口信号进行低通滤波；

第一加法器，用于计算所述的M×N低通滤波器的输出与所述的M×N窗口处理器的中心输出的差值，并将所述的差值定义为人们能在视觉上感觉到的对比度；

取绝对值电路，用于将所述第一加法器的所述输出值转化成绝对值，由此设定高对比度区域和低对比度区域；

加权器，用于根据所述取绝对值电路的所述输出值来输出一个权值；

乘法器，用于对所述第一加法器的所述输出值与所述加权器的所述输出权值作乘法运算；以及

第二加法器，用于将所述M×N窗口处理器的中心输出值加到所述乘法器的所述输出值；其中

4、如权利要求3所述的设备，其特征在于：所述的M×N窗口处理器包括：

第一及第二水平行延迟单元，用于通过逐行延迟将所述视频信号输入端来的行分离开来；以及

第一到第六取样延迟单元，用于对由所述第一、第二水平行延迟单元分离开的每一行的象素进行延迟。

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