TWI482147B - 影像處理方法及影像顯示裝置 - Google Patents

Description

影像處理方法及影像顯示裝置

本發明關於一種影像處理方法及影像顯示裝置，尤指一種可針對局部影像區塊重新顯示之影像處理方法及影像顯示裝置。

於習知超音波顯像系統中，對標的物體檢測的回波以類比訊號表現，為便於後續數位電子裝置處理，此類比訊號將轉換為數位訊號，此數位訊號仍保存有相當豐富關於該標的物體結構的資訊。但受限於顯示器的解析能力，目前顯示器無法有效地顯示出所有結構細節，前述數位訊號通常進一步轉換成適合顯示器解析能力的灰階訊號，再作為顯示器的輸入訊號。一般而言，兼顧顯示器的解析能力及人眼視覺特性，前述轉換成灰階訊號多採用對數壓縮(log compression)。轉換後的灰階訊號即供顯示器顯示影像，此可提供使用者標的結構特徵之整體概廓描繪。然而，經過前述對數壓縮，轉換後的灰階訊號所含結構特徵資訊已明顯少於原數位訊號，故當使用者對某一特定區域需進一步檢視時，習知超音波顯像系統多僅能根據對應該區域的灰階訊號將該區域放大顯示，便於使用者檢視，但無法提供更詳細的標的結構特徵。

鑑於先前技術中的問題，本發明的目的之一在於提供一種影像處理方法，根據自一影像框內選定之一影像區塊，產生新的灰階訊號以重新顯示該影像區塊，進而提供使用者關於該影像區塊更清析的影像，應用於超音波顯像系統中時，可解決習知技術無法提供更詳細結構特徵的影像的缺點。

本發明之影像處理方法用以重新顯示自一影像框內選定之一影像區塊，該影像框係由一系列數位訊號根據一第一訊號-灰階關係而顯示。該影像處理方法首先自該系列數位訊號中解析出用於顯示該影像區塊之一子集合數位訊號，其中該系列數位訊號根據該第一訊號-灰階關係對應一第一灰階範圍，該子集合數位訊號根據該第一訊號-灰階關係對應一第二灰階範圍，該第一灰階範圍包含該第二灰階範圍；接著，根據該第二灰階範圍產生一第二訊號-灰階關係；之後，根據該子集合數位訊號及該第二訊號-灰階關係重新顯示該影像區塊。因此，根據本發明之影像處理方法，該影像區塊係以原數位訊號(即自該系列數位訊號中解析出的子集合數位訊號)根據新的訊號-灰階關係(即該第二訊號-灰階關係)重新顯示，使得該重新顯示的影像區塊可包含充足的影像細節資訊；換言之，無論是以原尺寸重新顯示或是重新放大顯示，該重新顯示的影像區塊均可提供使用者相較於原顯示的影像區塊更詳細的影像細節。

本發明之另一目的在於提供一種影像顯示裝置，可使用本發明之影像處理方法以重新顯示特定的影像區塊，提供使用者關於該影像區塊更清析的影像，可解決習知技術無法提供更詳細結構特徵的影像的缺點。

本發明之影像顯示裝置包含一屏幕及與該屏幕電連接之一處理模組。該處理模組接收一系列數位訊號並根據一第一訊號-灰階關係顯示一影像框於該屏幕上，該系列數位訊號根據該第一訊號-灰階關係對應一第一灰階範圍。該處理模組根據自該影像框內選定之一影像區塊，自該系列數位訊號中解析出用於顯示該影像區塊之一子集合數位訊號，該子集合數位訊號根據該第一訊號-灰階關係對應一第二灰階範圍，該第一灰階範圍包含該第二灰階範圍。該處理模組根據該第二灰階範圍產生一第二訊號-灰階關係，該處理模組根據該子集合數位訊號及該第二訊號-灰階關係重新顯示該影像區塊於該屏幕上。同樣地，該影像區塊係以原數位訊號(即自該系列數位訊號中解析出的子集合數位訊號)根據新的訊號-灰階關係(即該第二訊號-灰階關係)重新顯 示，使得該重新顯示的影像區塊可包含充足的影像細節資訊；藉此，無論是以原尺寸重新顯示或是重新放大顯示，該重新顯示的影像區塊均可提供使用者相較於原顯示的影像區塊更詳細的影像細節。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

1‧‧‧影像顯示裝置

2‧‧‧感測器

3‧‧‧類比數位轉換器

12‧‧‧處理模組

14‧‧‧屏幕

16‧‧‧操作介面

122‧‧‧處理器

124‧‧‧記憶體

142‧‧‧影像框

144、146‧‧‧影像區塊

R1、R3‧‧‧訊號強度範圍

R2、R4、R5‧‧‧第一灰階範圍

S1‧‧‧類比訊號

S2‧‧‧數位訊號

S3、S3‧‧‧灰階影像訊號

S100~S180‧‧‧實施步驟

第1圖為根據本發明之一較佳具體實施例之一影像顯示裝置之功能方塊圖。

第2圖為第1圖中影像顯示裝置應用本發明之影像處理方法之流程圖。

第3圖為根據本發明之一第一訊號-灰階關係之示意圖。

第4圖為第1圖中影像顯示裝置之一屏幕之示意圖。

第5圖為根據本發明之一第二訊號-灰階關係之示意圖。

第6圖為第4圖中屏幕重新顯示一影像區塊之示意圖。

第7圖為第4圖中屏幕根據另一實施例重新顯示影像區塊之示意圖。

請參閱第1圖，其為根據本發明之一較佳具體實施例之一影像顯示裝置1之功能方塊圖。影像顯示裝置1包含一處理模組12、一屏幕14及一操作介面16。屏幕14及操作介面16分別與處理模組12電連接。處理模組12包含一處理器122及一記憶體124。於本實施例中，一感測器2被用於檢測一標的物體以產生一系列類比訊號S1，此系列類比訊號S1再經一類比數位轉換器3轉換為一系列數位訊號S2，此系列數位訊號S2再為影像顯示裝置1接收、處理以顯示影像(例如超音波影像)。處理模組12可經由操作介面16接收使用者的輸入資訊並據以重新處理數位訊號S2並重新顯示部分影像。於實作上，類比數位轉換器3亦可直接整合至影像顯示裝置1中，或是類比數位轉換器3整合至感測器2中，以直接產生數位訊號S2。

請併參閱第2圖，其為第1圖中影像顯示裝置1應用本發明之影 像處理方法之流程圖。首先，感測器2檢測標的物體以產生類比訊號S1，如步驟S100所示；接著，類比數位轉換器3將類比訊號S1轉換為數位訊號S2，如步驟S110所示。處理器122自類比數位轉換器3接收數位訊號S2並根據一第一訊號-灰階關係(如第3圖所示)產生灰階影像訊號S3，如步驟S120所示。於第一訊號-灰階關係中，其橫軸為數位訊號輸入，以訊號強度為度量單位；其縱軸為灰階輸出，灰階值以0至255表示。接著，處理器122控制屏幕14根據灰階影像訊號S3顯示影像，如步驟S130所示。此影像構成一影像框142，如第4圖所示。一般而言，該第一訊號-灰階關係包含至少一數位訊號對數壓縮關係(如第3圖中包含兩段對數壓縮關係)，以兼顧顯示器的解析能力及人眼視覺特性，該第一訊號-灰階關係可依感測器2的規格而定並預先儲存於記憶體124中。此時，影像框142可提供使用者標的結構特徵之整體概廓描繪。

當使用者對影像框142內特定區域需進一步檢視時，使用者可透過操作介面16選定一影像區塊144(以虛線框示於第4圖中)，如步驟S140所示；此影像區塊144即為使用者感興趣的區域(region of interest)。操作介面16可為滑鼠、觸控面板等輸入裝置。此時，處理器122即可經由操作介面16接收輸入資料以確認影像區塊144之相關資訊，並根據影像區塊144自該系列數位訊號S2中解析出用於顯示影像區塊144之一子集合數位訊號，如步驟S150所示。於實作上，影像框142多以掃描方式顯示，故可根據影像區塊144相對於影像框142之位置，自數位訊號S2中找出相對應的訊號，並集合成該該子集合數位訊號，其實施細節為本技術領域之人所熟知，不另贅述。

該子集合數位訊號為數位訊號S2之一部分，故於大部分的情形，該子集合數位訊號本身的訊號強度分佈範圍及經該第一訊號-灰階關係映射的灰階分佈範圍均分別落於數位訊號S2的訊號強度分佈範圍及經該第一訊號-灰階關係映射的灰階分佈範圍內。如第3圖所示，為便於說明，數位訊號S2的訊號強度範圍R1剛好佔滿該第一訊號-灰階關係之數位訊號輸入範圍， 數位訊號S2根據該第一訊號-灰階關係對應一第一灰階範圍R2，剛好包含全部的灰階值範圍(0至255)。該子集合數位訊號的訊號強度範圍R3即落於訊號強度範圍R1內，該子集合數位訊號根據該第一訊號-灰階關係對應一第二灰階範圍R4，落於第一灰階範圍R2內，亦即第一灰階範圍R2包含第二灰階範圍R4。

明顯地，第二灰階範圍R4並未充分利用可用的灰階範圍，因此，處理器122根據第二灰階範圍R4產生一第二訊號-灰階關係，如步驟S160所示。該第二訊號-灰階關係如第5圖所示，該子集合數位訊號根據該第二訊號-灰階關係對應一第三灰階範圍R5，第三灰階範圍R5包含第二灰階範圍R4，換言之，第三灰階範圍R5相對於第二灰階範圍R4擴大利用可用的灰階範圍。於本實施例中，扣除人眼較不敏感的灰階範圍，第三灰階範圍R5係大致為自5至250，已盡量使用可用的灰階範圍，但本發明不以此為限。基於同樣的考量，於該第一訊號-灰階關係中，亦可修改該第一訊號-灰階關係以使第一灰階範圍R2為自5至250。另外，於實作上，第三灰階範圍R5亦可設定為與第一灰階範圍R2相同。補充說明的是，於本實施例中，該第二訊號-灰階關係包含一數位訊號對數壓縮關係，即第5圖中對應該子集合數位訊號的訊號強度範圍R3的曲線，其得以函數y=a+b log(x-m)表示，其中y為灰階(輸出)，x為數位訊號(輸入)，a、b、m均為非負實數；於實作上，該第二訊號-灰階關係亦可包含多段對數壓縮關係，如該第一訊號-灰階關係一般。

接著，處理器122根據該子集合數位訊號及該第二訊號-灰階關係產生另一灰階影像訊號S4，如步驟S170所示。之後，處理器122即可控制屏幕14根據灰階影像訊號S4重新顯示影像區塊144，如步驟S180所示。於一實施例中，重新顯示的影像區塊146可為於原位置重新顯示，大小不變，而影像框142中除去影像區塊144的部分可全黑、全白重新顯示，或是保持不變。於另一實施例中，重新顯示的影像區塊146可為重新放大顯示的影像，如第6圖所示，其中以虛線框表示原影像區塊144之輪廓；於實作上，重新 顯示的影像區塊146放大至整個屏幕14。於又一實施例中，處理器122除了根據該子集合數位訊號及該第二訊號-灰階關係重新顯示影像區塊146，亦根據該子集合數位訊號及該第一訊號-灰階關係重新顯示影像區塊144，亦即重新顯示的影像區塊146及原影像區塊144均同時顯示於屏幕14上，可供使用者比對，如第7圖所示。另外，前述同時顯示的影像區塊144、146得上下或左右排列於屏幕14上，或是以其他配置顯示於屏幕14上，且影像的大小不以相同為限。

綜上說明，相較於習知僅將原灰階影像訊號(例如灰階影像訊號S3)進行對比強化處理，其僅能使影像銳利，但無法提供原灰階影像訊號所未包含的影像細節，反之，根據本發明之影像處理方法，該子集合數位訊號根據該第一訊號-灰階關係及該第二訊號-灰階關係分別映射出之灰階影像訊號S3、S4已不相同，故分別根據灰階影像訊號S3、S4顯示之影像區塊144、146自亦不同。由於灰階影像訊號S4的灰階分佈範圍顯大於灰階影像訊號S3的灰階分佈範圍，故影像區塊146的對比將優於影像區塊144，且灰階影像訊號S4相對於灰階影像訊號S3更能反映出該子集合數位訊號的組成特徵，使得由灰階影像訊號S4所重新顯示的影像區塊146相對於影像區塊144能包含更多的影像細節資訊，可提供使用者更清楚的影像，有效克服習知影像處理的瓶頸。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

1‧‧‧影像顯示裝置

2‧‧‧感測器

3‧‧‧類比數位轉換器

12‧‧‧處理模組

14‧‧‧屏幕

16‧‧‧操作介面

122‧‧‧處理器

124‧‧‧記憶體

S1‧‧‧類比訊號

S2‧‧‧數位訊號

S3、S3‧‧‧灰階影像訊號

Claims (14)

1. 一種影像處理方法，用以重新顯示自一影像框內選定之一影像區塊，該影像框係由一系列數位訊號根據一第一訊號-灰階關係而顯示，該影像處理方法包含下列步驟：(a)自該系列數位訊號中解析出用於顯示該影像區塊之一子集合數位訊號，其中該系列數位訊號根據該第一訊號-灰階關係對應一第一灰階範圍，該子集合數位訊號根據該第一訊號-灰階關係對應一第二灰階範圍，該第一灰階範圍包含該第二灰階範圍；(b)根據該第二灰階範圍產生一第二訊號-灰階關係；以及(c)根據該子集合數位訊號及該第二訊號-灰階關係重新顯示該影像區塊；其中該第一訊號-灰階關係及該第二訊號-灰階關係分別包含一數位訊號對數壓縮關係。
2. 如請求項1所述之影像處理方法，其中該第二訊號-灰階關係以函數y=a+b log(x-m)表示，其中y為灰階，x為數位訊號，a、b、m均為非負實數。
3. 如請求項1所述之影像處理方法，其中該子集合數位訊號根據該第二訊號-灰階關係對應一第三灰階範圍，該第三灰階範圍包含該第二灰階範圍。
4. 如請求項3所述之影像處理方法，其中該第三灰階範圍與該第一灰階範圍相同。
5. 如請求項1所述之影像處理方法，其中該影像區塊係根據該子集合數位訊號及該第二訊號-灰階關係重新放大顯示。
6. 如請求項1所述之影像處理方法，更包含下列步驟：全黑或全白重新顯示該影像框中除去該影像區塊的部分。
7. 如請求項1所述之影像處理方法，其中步驟(c)包含：根據該子集合數位訊號，並分別根據該第一訊號-灰階關係以及該第二訊號-灰階關係同時顯示 該影像區塊。
8. 一種影像顯示裝置，包含：一屏幕；以及一處理模組，與該屏幕電連接，該處理模組接收一系列數位訊號並根據一第一訊號-灰階關係顯示一影像框於該屏幕上，該系列數位訊號根據該第一訊號-灰階關係對應一第一灰階範圍，該處理模組根據自該影像框內選定之一影像區塊，自該系列數位訊號中解析出用於顯示該影像區塊之一子集合數位訊號，該子集合數位訊號根據該第一訊號-灰階關係對應一第二灰階範圍，該第一灰階範圍包含該第二灰階範圍，該處理模組根據該第二灰階範圍產生一第二訊號-灰階關係，該處理模組根據該子集合數位訊號及該第二訊號-灰階關係重新顯示該影像區塊於該屏幕上，其中該第一訊號-灰階關係及該第二訊號-灰階關係分別包含一數位訊號對數壓縮關係。
9. 如請求項8所述之影像顯示裝置，其中該第二訊號-灰階關係以函數y=a+b log(x-m)表示，其中y為灰階，x為數位訊號，a、b、m均為非負實數。
10. 如請求項8所述之影像顯示裝置，其中該子集合數位訊號根據該第二訊號-灰階關係對應一第三灰階範圍，該第三灰階範圍包含該第二灰階範圍。
11. 如請求項10所述之影像顯示裝置，其中該第三灰階範圍與該第一灰階範圍相同。
12. 如請求項8所述之影像顯示裝置，其中該處理模組根據該子集合數位訊號及該第二訊號-灰階關係重新放大顯示該影像區塊於該屏幕上。
13. 如請求項8所述之影像顯示裝置，其中該處理模組全黑或全白重新顯示該影像框中除去該影像區塊的部分於該屏幕上。
14. 如請求項8所述之影像顯示裝置，其中該處理模組根據該子集合數位訊號，於該屏幕上之不同區域分別根據該第一訊號-灰階關係以及該第二訊號-灰階關係同時顯示該影像區塊。