CN1158531A - 运用积分查阅表的自适应伽马校正装置 - Google Patents

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Abstract

自适应伽马校正装置运用将分布亮度信号积分得到的查阅表而有效利用输入信号动态范围。它包括：接收R、G、和B图像信号并输出亮度信号的矩阵单元；通过比较亮度信号分布电平并对相应每电平的分布数计数而获得分布亮度信号直方图的直方图提取装置；将分布亮度信号直方图累加和积分的直方图积分装置；积分查阅表(LUT)，接收从直方图积分装置获得的积分曲线并校正输入图像信号；及对图像信号进行伽马处理并输出校正的亮度信号的伽马电平确定装置。

Description

运用积分查阅表的自适 应伽马校正装置
本发明涉及用于校正从摄像机的电荷耦合器件(以下称之为CCD)输出的亮度信号的伽马校正装置，尤其涉及利用查阅表(以下称为LUT)的自适应伽马校正装置，该查阅表是通过对从摄像机的CCD输出的亮度信号的分布直方图积分而获得的，以有效地利用信号的动态范围。
此处，伽马代表光电转换***或电光转换***的线性部分的斜率，该***中摄像机的输入和输出特性分别在X和Y轴上表示。在一电视机中，阴极射线管上随摄像机输出电压而变的亮度相对于目标亮度的对数比表示为伽马。
伽马校正装置由非线性电路构成，该非线性电路能够产生相对于满足指数曲线的输入信号的输出信号。
图1示出一个神经伽马校正装置的方框图，它是一种常规伽马校正装置。
其组成为，一个矩阵单元10，用于接收输入图像信号R、G和B并提取亮度信号，一个特征量提取单元12，用于从矩阵单元10的亮度信号提取特征亮度量，一个伽马电平确定单元14，用于利用分别从特征量提取单元12获得的对应于低光部分、中光部分、和高光部分的特征亮度量确定伽马电平，以及一个增益增强器16，用于利用从矩阵单元10输出的亮度信号和从伽马电平确定单元14输出的伽马电平增强增益。
这种常规神经伽马校正装置的操作如下。
矩阵单元10从输入信号R、G和B提取亮度信号。所提取的亮度信号经过亮度信号的电平测试，以对对应于包括在一帧中的亮度信号电平的低光部分。中光部分、和高光部分的数目计数。当确定逆光状态存在时，对帧数据执行伽马过程，当给定帧中的数据出现率低时压缩亮度电平，而给定帧中的亮度数据出现率高时扩展亮度电平，从而扩大亮度信号的动态范围。
当在逆光状态下拍摄一目标时，目标的高光部分具有大量的入射光，因此白色限幅区增加，而低光部分具有少量的入射光，因此不可能表示画面层次。亦即，由于区别画面的中等暗部分与很暗的部分变得困难，因此将每一部分表示为具有相同的暗度。
在这种情况下，即使利用百分之百的动态范围，在中亮度电平上分布少量的信号数据，代之以，在低或高亮度电平上分布大多数信号数据。
为了解决上述问题，现有技术利用了神经伽马校正装置。
图2是逆光拍摄期间亮度信号的分布特性的图示。参见图2，亮度信号被分为三个区域，即，低、中、和高亮度电平，并已经历了数据校正的第一步骤。亦即，在密集分布区域的信号用三倍的最大值扩展，而在稀疏分布区域的信号被压缩。
图3是表示逆光状态期间按照画面校正的输入/输出特性曲线的图示。
参见图3，在正常光状态下，输入/输出特性指数曲线形成一个一对一的旁路线，而在一特定画面获取状态下，如逆光状态，输入/输出特性曲线形成一直线α。当执行用于平滑亮度信号分布的第一校正时，出现输入/输出特性曲线β。
此外，当在第一画面校正以后执行第二画面校正时，输入/输出特性曲线如图4所示。
这种校正是由图1中所示的增益增强器16执行的，并且常规神经伽马校正装置是通过按照亮度信号的特征量调整增益增强度来执行这种功能。
但是，由于常规神经校正装置执行图像数据校正是通过按照亮度分量分布将图像数据的特征量分为三部分，低光、中光、及高光，所以逆光校正在亮度信号如图5A所示那样分布的情况下不能起作用。这是因为亮度信号分布在低亮度与中亮度电平之间的中部区域中，或在中亮度电平与高亮度电平之间的中部区域中，因此按照亮度信号分布的电平间的相应差别不清楚。
在亮度信号分布在如图5B所示的具有三个或更多亮度电平的区域的情况下具有相同的情形。
因此，按照常规装置，为了解决上述问题，三个亮度电平的划分应该用数十个亮度电平的划分来代替，并还需要数十增益增强。然而，由于实时操作和硬件尺寸的限制，这样做是非常困难的。
为了消除或减少上述问题，本发明的目的是提供一种自适应伽马校正装置，它利用一个查阅表来适当地校正具有复杂亮度信号的图像数据，该复杂亮度信号形成不均匀的直方图。
为了达到该目的，所提供的自适应伽马校正装置包含：
用于接收R、G、和B图像信号并输出亮度信号的矩阵单元；
通过比较从所述矩阵单元输出的所述亮度信号的分布电平并对相应于每一电平的分布数计数而获得分布亮度信号直方图的直方图提取装置；
将所述分布亮度信号直方图累加和积分的直方图积分装置；
积分查阅表(LUT)，用于接收从所述直方图积分装置获得的积分曲线并校正输入图像信号；以及
用于对积分LUT校正的所述图像信号进行伽马处理并输出经校正的亮度信号的伽马电平确定装置。
本发明的上述目的和优点通过参照附图详细描述优选实施例将变得更为显而易见。附图中：
图1是常规伽马校正装置的方框图；
图2是表示在逆光状态下进行拍摄的亮度信号的分布特性的图示；
图3是表示在逆光状态下按照常规校正装置的输入/输出特性曲线的图示；
图4是表示按照理想校正的输入/输出特性曲线的图示；
图5A和5B示出用常规伽马校正装置不能作画面校正的逆光状态；
图6是按照本发明的自适应伽马校正装置的方框图；
图7是图6所示的直方图提取单元的详图；
图8是图6所示的直方图积分单元的详图；
图9是表示利用按照本发明实施例的自适应校正装置的逆光状态下的图像信号的亮度分布图示；以及
图10是表示按照图9所示积分LUT的输入/输出特性的图示。
参见图6，按照本发明实施例的自适应伽马校正装置由以下几部分构成，一个矩阵单元60，用于接收图像信号R、G、和B并输出亮度信号，一个直方图提取单元62，用于按照从矩阵单元60获得的亮度信号分布提取亮度信号的分布直方图，一个直方图积分单元64，用于对从直方图提取单元62输出的直方图积分，一个积分LUT66，用于利用直方图积分单元64的输出数据将输入图像信号转换为当前屏幕的最适当画面，和一个伽马确定单元68，用于利用积分LUT66的输出信号确定一伽马值并输出一校正的图像。
参见图7，图6所示的直方图提取单元62由分别对应于比较器的256个比较器70和256个计数器72构成。
从矩阵单元60输出的亮度信号在比较器70中经过电平比较，然后将具有相同亮度电平的计数器72加1。亦即，在将一帧中的视频信号的电平与相应参考电平值比较后，提取对应于每一电平的像素数。
参见图8，该图为图6所示直方图积分单元64的详图，从最低电平计数器到最高电平计数器按顺序输出的像素数在一累加器80中累加并积分。此时，累加后的值被存储在积分LUT66中。
图9是说明利用按照本发明实施例的自适应伽马校正装置的图像信号在逆光状态下的亮度分布的图示，及图10是说明图9所示积分LUT的输入/输出特性的图示。
现在，参照图6到10描述按照本发明实施例的自适应伽马校正装置的操作。
在诸如逆光的特定状态下，由于一帧的高光部分和低光部分相互为极端对比度，并且几乎不存在中光部分，所以可以如图9所示表示从直方图提取单元62获得的直方图。
提供输入图像的已校正输入/输出特性的积分LUT66(图10所示)可以用DRAM、SRAM、FRAM、EEPROM等来构成。
与划分亮度信号电平、对相应于每一电平的亮度信号数计数、并根据在逆光状态下的亮度信号电平调整增益增强度的常规神经伽马校正方法不同，按照本发明实施例的伽马校正方法使用从亮度信号分布获得的LUT，因此能够自适应地获得更适当的输入/输出特性。
参见图10所示的输入/输出特性，作为LUT的Y信号输入的60以下的较低光信号被扩展，其中亮度信号稀疏地分布在0与255之间的整个亮度信号中，因此可以更精确地表示出细节。
此外，如图9所示，由于在电平60与电平200之间的中部电平不存在亮度信号，所以尽管输入可能大大改变，但输出不变。
参见如图10所示的输入/输出特性曲线，当输入电平200与电平255之间的亮度信号时，根据那里的亮度电平被相应放大的亮度信号成为输出。
因此，亮度信号稀疏分布的部分被更详细地表示出，而亮度信号密集分布的部分或根本没有分布的部分被简单地加以表示，这样能够更有效地利用动态范围。
另外，按照本发明实施例的伽马校正装置使用积分方法，这样如图5A和图5B所示的亮度信号的复杂不均匀分布也能够被有效地校正。
已按照上述图像校正操作平滑的输出用图4所示的伽马曲线进行校正。
如上所述，不同于压缩或扩展输入/输出特性的常规方法，因为按照本发明实施例的自适应校正装置运用能够有效利用动态范围的积分方法，因此即使在因压缩或扩展范围非常宽而不可能进行逆光校正的组合分布亮度信号电平上，也能获得适当的输入和输出特性。
而且，常规伽马校正装置校正复杂分布的亮度信号很困难，因为需要大型的硬件和受到实时操作的限制，而按照本发明实施例的自适应伽马校正装置却能在效地获得所期望的输入/输出特性曲线而无这样的需要或限制。

Claims (5)

1、一种自适应伽马校正装置，所述装置包含：
用于接收R、G、和B图像信号并输出亮度信号的矩阵单元；
通过比较从所述矩阵单元输出的所述亮度信号的分布电平并对相应于每一电平的分布数计数而获得分布亮度信号直方图的直方图提取装置；
将所述分布亮度信号直方图累加和积分的直方图积分装置；
积分查阅表(LUT)，用于接收从所述直方图积分装置获得的积分曲线并校正所述输入图像信号；以及
用于对积分LUT校正的所述图像信号进行伽马处理并输出经校正的亮度信号的伽马电平确定装置。
2、如权利要求1所述的自适应伽马校正装置，其中用于比较每一帧中视频信号亮度电平并提取对应于每一电平的像素数的所述直方图提取装置包含多个比较器和多个与之对应的计数器。
3、如权利要求2所述的自适应伽马校正装置，其中所述直方图积分装置通过从最低电平计数器到最高电平计数器依次累积所述计数器的输出值实现积分。
4、如权利要求1所述的自适应伽马校正装置，其中所述积分LUT利用RAM来校正输入/输出特性。
5、如权利要求1所述利用积分查阅表的自适应伽马校正装置，其中所述积分LUT利用EEPROM校正输入/输出特性。
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