TW201419260A - 用於提升顯示系統顯示的彩色影像之對比的方法以及利用此方法的影像處理系統 - Google Patents

用於提升顯示系統顯示的彩色影像之對比的方法以及利用此方法的影像處理系統 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種用於提升顯示系統顯示的彩色影像之對比的方法及利用此方法的影像處理系統。本發明在處理影像的過程中，將一張彩色影像畫面的RGB灰階值分開統計，並且在計算每個像素中R、G或B灰階值對應的輸出值時，根據RGB灰階值比例進行適應性的調整。本發明能夠有效保留相當程度的色彩分佈特性，顯著提升影像的對比。

Description

用於提升顯示系統顯示的彩色影像之對比的方法以及利用此 方法的影像處理系統
本發明係關於一種影像顯示技術，特別有關一種用於提升顯示系統顯示的彩色影像之對比的方法及利用此方法的影像處理系統。
隨著顯示技術日益進步，消費者對顯示系統(如，液晶顯示器、SMART TV、平板電腦等)的影像顯示品質的要求也越來越高，其中提升顯示影像的對比度是改善影像品質的方式之一。
為了使顯示器顯示的畫面更為亮麗，通常採用的是先統計一個畫面的影像資料，製成影像特性圖，如第1圖所示，統計該畫面中所有像素的灰階值落在各個區間的數量分佈。接著，製作一個轉換曲線，如第2圖所示，以使得灰階值數量分佈較多的區間，增加其灰階範圍來顯示，該畫面中每個像素的灰階值經過該轉換曲線後一對一映射成另一個灰階值並輸出至顯示面板。
然而，上述的做法是將一個畫面中的紅色(R)、綠色(G)和藍色(B)的灰階值合併統計後再製得的轉換曲線，針對某些RGB顏色分佈離散度較大的畫面而言，將RGB灰階值合併統計會使得整體的灰階分佈較為平均，導致灰階輸入值與輸出值的比近乎1：1，而無法有效提升影像的對比。如第3A圖至第3C圖所示，其分別顯示一個畫面中R、G和B灰階值在各區間的數量分佈，將此畫面的RGB灰階值合併統計後如第4A圖所示，可知合併統計後整體的灰階分佈較為平均，導致轉換曲線的斜率幾乎為1(如第4B圖所示)，亦即灰階輸入值幾乎等於輸出值，並無法有效提高對比。
有鑑於此，有必要提出一種新的可提升影像之對比的方法，以改善上述習知技術的缺失。
本發明之目的在於提供一種用於提升顯示系統顯示的彩色影像之對比的方法及利用此方法的影像處理系統，以有效提升顯示影像的對比度。
為達成上述目的，本發明提供用於提升顯示系統顯示的彩色影像之對比的方法，所述方法包含下列步驟：A、提供該彩色影像，其具有複數個像素，每個像素具有紅、藍和綠三原色的灰階值；B、分別統計該彩色影像中所有像素的紅色灰階值、藍色灰階值和綠色灰階值的數量分佈；C、根據步驟B所統計的數量分佈，分別計算出所有像素的紅色灰階值、藍色灰階值和綠色灰階值各自的轉換曲線；D、根據該等像素中的一個像素的紅色灰階值在各轉換曲線的轉換值以及與該等轉換值各自對應的權重係數，計算這個像素中紅色灰階值對應的輸出值，根據這個像素的藍色灰階值在各轉換曲線的轉換值以及與該等轉換值各自對應的權重係數，計算這個像素中藍色灰階值對應的輸出值，以及根據這個像素的綠色灰階值在各轉換曲線的轉換值以及與該等轉換值各自對應的權重係數，計算這個像素中綠色灰階值對應的輸出值。
本發明另一方面提供一種影像處理系統，從一影像傳輸介面接收彩色影像的訊號，該彩色影像具有複數個像素，每個像素由紅、藍和綠三原色的灰階值所組成，所述影像處理系統包含：一影像統計模組，用以分別統計該彩色影像中所有像素的紅色灰階值、藍色灰階值和綠色灰階值的數量分佈；一轉換曲線計算模組，耦接至該影像統計模組，用以根據該影像統 計模組所統計的數量分佈，分別計算出所有像素的紅色灰階值、藍色灰階值和綠色灰階值各自的轉換曲線；一權重計算模組，用以計算權重係數，其分母為該等像素中的一個像素的紅色灰階值、藍色灰階值和綠色灰階值的和，而其分子分別為這個像素的紅色灰階值、藍色灰階值和綠色灰階值；以及一輸出值計算模組，耦接至該權重計算模組，用以根據這個像素的紅色灰階值在各個轉換曲線的轉換值以及與該等轉換值各自對應的權重係數，計算這個像素中紅色灰階值對應的輸出值，根據這個像素的藍色灰階值在各個轉換曲線的轉換值以及與該等轉換值各自對應的權重係數，計算這個像素中藍色灰階值對應的輸出值，以及根據這個像素的綠色灰階值在各個轉換曲線的轉換值以及與該等轉換值各自對應的權重係數，計算這個像素中綠色灰階值對應的輸出值。
本發明在處理影像的過程中，將一張彩色影像的RGB灰階值分開統計，並且在計算每個像素中R、G或B灰階值對應的輸出值時，根據RGB灰階值比例進行適應性的調整，能夠有效保留相當程度的色彩分佈特性，並且顯著提升影像的對比，使其看起來更鮮豔亮麗。
本發明提升彩色影像之對比的方法係適用於在顯示系統顯示的彩色影像。在本發明中，先對該影像進行影像處理，以提升其對比度，再顯示處理過的影像。第5圖係顯示本發明提升彩色影像對比之方法的流程示意圖。以下將參照第5圖，對本發明提升彩色影像對比之方法作詳細說明。
步驟S10：首先，輸入欲顯示在螢幕上的彩色影像，例如，此彩色影像可來自於電腦端經由影像傳輸介面傳輸。一般而言，一張彩色影像具有複 數個像素，而每個像素具有紅(R)、綠(G)和藍(B)三原色的灰階值，例如，每個顏色的灰階值從0到255。
步驟S12：分別統計這張彩色影像中所有像素的紅色(R)灰階值、藍色(B)灰階值和綠色(G)灰階值的數量分佈。具體來說，係統計這張彩色影像中所有像素的紅色灰階值落在各個灰階值區間的數量分佈(如第6A圖所示的影像特性圖)，統計這張彩色影像中所有像素的藍色灰階值落在各個灰階值區間的數量分佈(如第6C圖所示的影像特性圖)，以及統計這張彩色影像中所有像素的綠色灰階值落在各個灰階值區間的數量分佈(如第6B圖所示的影像特性圖)。在此步驟中，係將這張影像的RGB灰階值分開統計，而非將這張影像的RGB灰階值合併統計。
步驟S14：根據步驟S12所統計的數量分佈，分別計算出所有像素的紅色灰階值、藍色灰階值和綠色灰階值各自的轉換曲線，如第6A圖至第6C圖所示，對應紅色灰階值的轉換曲線MR、對應綠色灰階值的轉換曲線MG以及對應藍色灰階值的轉換曲線MB。此轉換曲線係依照灰階值數量分佈較多時增加其灰階範圍來顯示的原則計算而得，也就是說，灰階值落在某個區間的數量越多時，這些灰階值經過轉換曲線轉換後，分佈變廣，大於原始的區間。每個像素的灰階值(R、G或B)經過轉換曲線後會一對一映射成另一個灰階值。
步驟S16：以這張彩色影像的一個像素來說，先計算這個像素的紅色灰階值在各轉換曲線的轉換值(如第7A圖至第7C圖所示)，接著將權重係數分派個這些轉換值，以計算得出這個像素中紅色灰階值對應的灰階輸出值。權重係數係為這個像素各顏色的灰階值佔所有顏色之灰階值的比例， 亦即其分母為這個像素的紅色灰階值、藍色灰階值和綠色灰階值的和，而其分子分別為這個像素的紅色灰階值、藍色灰階值和綠色灰階值。以這個像素中紅色灰階值對應之灰階輸出值來說，可依下列公式(1)進行計算： 其中M_r表示這個像素的紅色灰階值對應的輸出值，R、G、B分別代表這個像素的紅色灰階值、綠色灰階值和藍色灰階值，、 為權重係數，MR_r為這個像素的紅色灰階值在紅色轉換曲線的轉換值，MG_r為這個像素的紅色灰階值在綠色轉換曲線的轉換值，MB_r為這個像素的紅色灰階值在藍色轉換曲線的轉換值。
類似地，這個像素中綠色灰階值和藍色灰階值對應之灰階輸出值，可分別依下列公式(2)和(3)來進行計算：
之後，依照上述方式，處理這張彩色影像所有的像素，以得出所有像素中R、G和B灰階值各自對應的輸出值。
步驟S18：將步驟S16所得出的所有像素中R、G和B灰階值各自對應的輸出值輸出到顯示面板，藉此在螢幕上顯示出對比度提升的畫面。
下面舉出兩個實際的例子來說明步驟S16中輸出值的計算，假設彩色影像中的一個像素值為R=0、G=71、B=148，以輸入值B=148為例，根據 上述做法計算灰階值148經過R、G、B的轉換曲線後的轉換值。之後，將權重係數分派給這些轉換值，計算輸入值B=148所對應的輸出值：M_148=(0/(0+71+148))×MR_148+(71/(0+71+148))×MG_148+(148/(0+71+148))×MB_148，如第7A圖至第7C圖所示，轉換值MR_148、MG_148和MB_148分別為201、119、101，因此可得出B=148灰階值的輸出值為M_148=108，這個像素的其他灰階值R=0、G=71的對應輸出值也可照此方法類推。
另外，假設彩色影像中的一個像素值為R=54、G=106、B=0，以輸入值G=106為例，根據上述做法計算灰階值106經過R、G、B的轉換曲線後的轉換值。之後，將權重係數分派給這些轉換值，計算輸入值G=106所對應的輸出值：M_106=(54/(54+106+0))×MR_106+(106/(54+106+0))×MG_106+(0/(54+106+0))×MB_106，若轉換值MR_106、MG_106和MB_106分別為150、53、66，可得出G=106灰階值的輸出值為M_106=85。這個像素的其他灰階值R=54、B=0的對應輸出值也可照此方法類推。
第6A圖至第6C圖所示的R、G、B轉換曲線，針對該彩色影像中某一個像素進行權重分配後合併，可得出這個像素所屬的綜合轉換曲線，如第8圖所示。也就是說，R、G、B轉換曲線各別乘上針對這個像素計算出的權重係數後相加，即得出該綜合轉換曲線，這個像素中對應R、G、B灰階值的輸出值可直接從該綜合轉換曲線對照得出。而一張影像中，每個像素會有各自對應的綜合轉換曲線，因此能夠針對各像素的差異性進行對比提升，從而能夠避免RGB灰階值合併統計後灰階值均化的情形。
本發明在處理影像的過程中，將一張彩色影像的RGB灰階值分開統 計，並且在計算每個像素中R、G或B灰階值對應的輸出值時，根據RGB灰階值比例進行適應性的調整，能夠有效保留相當程度的色彩分佈特性，並且顯著提升影像的對比，使其看起來更鮮豔亮麗。
請參閱第9圖和第10圖，其分別顯示依本發明實現的顯示系統和顯示系統中的影像處理系統的示意圖。如第9圖所示，本發明之顯示系統包含影像處理系統12、時序控制器14、源極驅動器16、閘極驅動器18和顯示面板20。影像處理系統12可經由嵌入式顯示埠(embedded DisplayPort,eDP)或低電壓差分訊號(low-voltage differential signaling,LVDS)介面接收影像訊號，例如，影像訊號可來自於電腦端。影像處理系統12將影像傳輸介面傳來的原始影像進行影像處理以提升其對比度，經處理過的影像再傳送至時序控制器14。時序控制電路板10上的時序控制器14控制閘極驅動器18的掃描時序，並控制源極驅動器16將經過處理過的影像資料饋入顯示面板20的時序，而顯示面板20顯示該經處理過的影像於螢幕上。
如第10圖所示，影像處理系統12包含有影像統計模組122、轉換曲線計算模組124、權重計算模組126和輸出值計算模組128。影像統計模組122分別統計一張彩色影像中所有像素的紅色灰階值、藍色灰階值和綠色灰階值的數量分佈(見第6A圖至第6C圖所示的影像特性圖)。轉換曲線計算模組124耦接至影像統計模組122，用以根據影像統計模組122所統計的數量分佈，分別計算出所有像素的紅色灰階值、藍色灰階值和綠色灰階值各自的轉換曲線(見第6A圖至第6C圖所示的轉換曲線MR、MG和MB)。權重計算模組126會針對每一個像素計算權重係數，其分母為一個像素中的紅色灰階值、藍色灰階值和綠色灰階值的和，而其分子分別為這個像素的 紅色灰階值、藍色灰階值和綠色灰階值，即、、 。輸出值計算模組128耦接至權重計算模組126，會根據這個像素的紅色灰階值在各個轉換曲線的轉換值以及與該等轉換值各自對應的權重係數，計算這個像素中紅色灰階值對應的輸出值，依此方式，繼續計算這個像素中藍色灰階值和綠色灰階值分別對應的輸出值，如依上述公式(1)、(2)和(3)計算各顏色灰階值對應的輸出值，並依照這個方式處理這張彩色影像中所有的像素。本發明之影像處理系統12中影像統計模組122、轉換曲線計算模組124、權重計算模組126和輸出值計算模組128的功能可參照上述步驟S12~S16的描述，在此不再贅述。
如第11圖和第12圖所示，影像處理系統12可設置於時序控制器14後端，或整合於時序控制器14中；或者整合影像處理系統12於顯示卡或顯示晶片內。
綜上所述，雖然本發明已用較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧時序控制電路板
12‧‧‧影像處理系統
14‧‧‧時序控制器
16‧‧‧源極驅動器
18‧‧‧閘極驅動器
20‧‧‧顯示面板
122‧‧‧影像統計模組
124‧‧‧轉換曲線計算模組
126‧‧‧權重計算模組
128‧‧‧輸出值計算模組
S10~S18‧‧‧步驟
第1圖為影像特性圖。
第2圖為根據影像特性圖製作的轉換曲線圖。
第3A圖為一張影像中紅色灰階值的數量分佈圖。
第3B圖為該影像中綠色灰階值的數量分佈圖。
第3C圖為該影像中藍色灰階值的數量分佈圖。
第4A圖為影像灰階值合併統計所製得的影像特性圖。
第4B圖為影像灰階值合併統計所製得的轉換曲線圖。
第5圖顯示本發明提升彩色影像對比之方法的流程示意圖。
第6A圖為一張影像中紅色灰階值的數量分佈圖和其對應的轉換曲線。
第6B圖為一張影像中綠色灰階值的數量分佈圖和其對應的轉換曲線。
第6C圖為一張影像中藍色灰階值的數量分佈圖和其對應的轉換曲線。
第7A圖為一個像素的灰階值對照第6A圖的轉換曲線所得的轉換值的示意圖。
第7B圖為該像素的灰階值對照第6B圖的轉換曲線所得的轉換值的示意圖。
第7C圖為該像素的灰階值對照第6C圖的轉換曲線所得的轉換值的示意圖。
第8圖為該像素對應的綜合轉換曲線圖。
第9圖顯示根據本發明實現的顯示系統的方塊圖。
第10圖顯示根據本發明實現的顯示系統中的影像處理系統的方塊圖。
第11圖顯示根據本發明實現的另一顯示系統的方塊圖。
第12圖顯示根據本發明實現的再一顯示系統的方塊圖。
S10~S18‧‧‧步驟

Claims (9)

  1. 一種用於提升顯示系統顯示的彩色影像之對比的方法，所述方法包含下列步驟：A、提供該彩色影像，其具有複數個像素，每個像素具有紅、藍和綠三原色的灰階值；B、分別統計該彩色影像中所有像素的紅色灰階值、藍色灰階值和綠色灰階值的數量分佈；C、根據步驟B所統計的數量分佈，分別計算出所有像素的紅色灰階值、藍色灰階值和綠色灰階值各自的轉換曲線；D、根據該等像素中的一個像素的紅色灰階值在各轉換曲線的轉換值以及與該等轉換值各自對應的權重係數，計算這個像素中紅色灰階值對應的輸出值，根據這個像素的藍色灰階值在各轉換曲線的轉換值以及與該等轉換值各自對應的權重係數，計算這個像素中藍色灰階值對應的輸出值，以及根據這個像素的綠色灰階值在各轉換曲線的轉換值以及與該等轉換值各自對應的權重係數，計算這個像素中綠色灰階值對應的輸出值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中步驟B係統計該彩色影像中所有像素的紅色灰階值落在各個灰階值區間的數量分佈、統計該彩色影像中所有像素的藍色灰階值落在各個灰階值區間的數量分佈以及統計該彩色影像中所有像素的綠色灰階值落在各個灰階值區間的數量分佈。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中步驟C係依照灰階值數量分佈較多時增加其灰階範圍來顯示的原則計算出該轉換曲線。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中步驟D中的權重係數，其 分母為這個像素的紅色灰階值、藍色灰階值和綠色灰階值的和，而其分子分別為這個像素的紅色灰階值、藍色灰階值和綠色灰階值。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中步驟D中的輸出值係依照下列公式進行計算以得出對應該紅色灰階值的輸出值： 其中M_r表示這個像素的紅色灰階值對應的輸出值，R、G、B分別代表這個像素的紅色灰階值、綠色灰階值和藍色灰階值，、 為權重係數，MR_r為這個像素的紅色灰階值在紅色轉換曲線的轉換值，MG_r為這個像素的紅色灰階值在綠色轉換曲線的轉換值，MB_r為這個像素的紅色灰階值在藍色轉換曲線的轉換值。
  6. 一種影像處理系統，接收彩色影像的訊號，該彩色影像具有複數個像素，每個像素由紅、藍和綠三原色的灰階值所組成，所述影像處理系統包含：一影像統計模組，用以分別統計該彩色影像中所有像素的紅色灰階值、藍色灰階值和綠色灰階值的數量分佈；一轉換曲線計算模組，耦接至該影像統計模組，用以根據該影像統計模組所統計的數量分佈，分別計算出所有像素的紅色灰階值、藍色灰階值和綠色灰階值各自的轉換曲線；一權重計算模組，用以計算權重係數，其分母為該等像素中的一個像素的紅色灰階值、藍色灰階值和綠色灰階值的和，而其分子分別為這個像 素的紅色灰階值、藍色灰階值和綠色灰階值；以及一輸出值計算模組，耦接至該權重計算模組，用以根據這個像素的紅色灰階值在各個轉換曲線的轉換值以及與該等轉換值各自對應的權重係數，計算這個像素中紅色灰階值對應的輸出值，根據這個像素的藍色灰階值在各個轉換曲線的轉換值以及與該等轉換值各自對應的權重係數，計算這個像素中藍色灰階值對應的輸出值，以及根據這個像素的綠色灰階值在各個轉換曲線的轉換值以及與該等轉換值各自對應的權重係數，計算這個像素中綠色灰階值對應的輸出值。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之影像處理系統，其中該影像統計模組係統計該彩色影像中所有像素的紅色灰階值落在各個灰階值區間的數量分佈、統計該彩色影像中所有像素的藍色灰階值落在各個灰階值區間的數量分佈以及統計該彩色影像中所有像素的綠色灰階值落在各個灰階值區間的數量分佈。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之影像處理系統，其中該轉換曲線計算模組係依照灰階值數量分佈較多時增加其灰階範圍來顯示的原則計算出該轉換曲線。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之影像處理系統，其中該輸出值計算模組依照下列公式進行計算以得出對應該紅色灰階值的輸出值： 其中M_r表示這個像素的紅色灰階值對應的輸出值，R、G、B分別代表這個像素的紅色灰階值、綠色灰階值和藍色灰階值，、 為權重係數，MR_r為這個像素的紅色灰階值在紅色轉換曲線的轉換值，MG_r為這個像素的紅色灰階值在綠色轉換曲線的轉換值，MB_r為這個像素的紅色灰階值在藍色轉換曲線的轉換值。
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