对比增强装置及方法.pdf

一种对比增强装置及方法。使用可调混合单元以混合线性对比函数与非线性对比函数，因而形成可调对比曲线。该非线性对比函数可通过混合参数来作调整，使得对比曲线至线性对比曲线的距离得以改变。

1、  一种对比增强装置，包含
可调混合单元，通过混合线性对比函数与非线性对比函数，以形成可调对比曲线。

2、  如权利要求1所述的对比增强装置，其中所述非线性对比函数是可调整的。

3、  如权利要求2所述的对比增强装置，其中所述非线性对比函数通过混合参数来调整，使得对比曲线至线性对比曲线的距离得以改变，其中所述线性对比曲线代表未受任何对比增强的函数。

4、  如权利要求1所述的对比增强装置，其中所述非线性对比函数包含定义基本对比曲线的基本对比函数与所述线性对比函数的差。

5、  如权利要求3所述的对比增强装置，其中所述对比函数定义第一曲线，其具有面对所述线性对比曲线的第一方向；及第二曲线，其具有面对所述线性对比曲线的第二方向，其中所述第二方向大致与所述第一方向相反。

6、  如权利要求1所述的对比增强装置，其中所述基本对比函数为影像平均亮度值的函数。

7、  如权利要求6所述的对比增强装置，其中所述影像平均亮度值为可调整的。

8、  如权利要求7所述的对比增强装置，其中所述影像平均亮度值通过强度参数来调整，使得所述对比曲线的转换点受到改变。

9、  如权利要求4所述的对比增强装置，其中所述基本对比函数为：

其中，Y’代表所述基本对比曲线的输出值，Y代表输入像素的亮度值，
其中，a＝round(avgBrightness*p)，avgBrightness代表影像的平均亮度值，round为数学舍入运算，且p代表对比增强的强度参数。

10、  如权利要求9所述的对比增强装置，其中所述对比曲线可表示为：
Y”＝Y+(Y’-Y)*b
其中，Y”代表输出像素的亮度值，且b为定义对比曲线至线性对比曲线的接近度的参数，其中所述线性对比曲线代表未受任何对比增强的函数；
其中，所述Y代表所述线性对比函数，且(Y’-Y)代表所述非线性对比函数。

11、  一种对比增强方法，包含
通过混合线性对比函数与非线性对比函数，以形成可调对比曲线。

12、  如权利要求11所述的对比增强方法，其中所述非线性对比函数是可调整的。

13、  如权利要求12所述的对比增强方法，还包含一步骤，通过混合参数来调整所述非线性对比函数，使得对比曲线至线性对比曲线的距离得以改变，其中所述线性对比曲线代表未受任何对比增强的函数。

14、  如权利要求11所述的对比增强方法，其中所述非线性对比函数包含定义基本对比曲线的基本对比函数与所述线性对比函数的差。

15、  如权利要求13所述的对比增强方法，其中所述对比函数定义第一曲线，其具有面对所述线性对比曲线的第一方向；及第二曲线，其具有面对所述线性对比曲线的第二方向，其中所述第二方向大致与所述第一方向相反。

16、  如权利要求11所述的对比增强方法，其中所述基本对比函数为影像平均亮度值的函数。

17、  如权利要求16所述的对比增强方法，其中所述影像平均亮度值为可调整的。

18、  如权利要求17所述的对比增强方法，还包含一步骤，通过强度参数来调整所述影像平均亮度值，使得所述对比曲线的转换点受到改变。

19、  如权利要求14所述的对比增强方法，其中所述基本对比函数为：

其中，Y’代表所述基本对比曲线的输出值，Y代表输入像素的亮度值，
其中，a＝round(avgBrightness*p)，avgBrightness代表影像的平均亮度值，round为数学舍入运算，且p代表对比增强的强度参数。

20、  如权利要求19所述的对比增强方法，其中所述对比曲线可表示为：
Y”＝Y+(Y’-Y)*b
其中，Y”代表输出像素的亮度值，且b为定义对比曲线至线性对比曲线的接近度的参数，其中所述线性对比曲线代表未受任何对比增强的函数；
其中，所述Y代表所述线性对比函数，且(Y’-Y)代表所述非线性对比函数。

对比增强装置及方法
技术领域
本发明涉及对比增强(contrast enhancement)，特别涉及使用可调(adjustable)及可适(adaptable)转换函数的对比增强。
背景技术
对比增强为一种重要的数字影像处理，通常用以改善不良强度(intensity)分布的影像的视觉品质。例如，一个褪色的影像，其强度的分布会局限于部分的灰阶值。
传统的色谱等化(histogram equalization)方法常用以重新分配或等化整个影像的色谱曲线。然而，由于其需要大量的计算，因此是一种耗时缓慢的运算方法。二元(binary)对比增强或临界法(thresholding)也是传统的对比增强方法之一。在此方法中，所有小于临界值的亮度值被设为黑(0)，而所有大于临界值的亮度值则被设为白(255)。由于二元对比增强方法产生极为高对比的影像，因此其应用受到限制，例如用于辨识影像中物件的轮廓或形状。鉴于此，一般的对比增强使用较不陡峻的转换曲线。
查表(lookup table)方式也是传统对比增强的常用方式之一。然而，此查表方式需要相当大的存储空间，且自存储器读取数据时需要耗用许多的读取周期。片段式线性近似法(piecewise linear approximation)是传统对比增强的另一种常用方式。然而，此种方式需要许多的暂存器以储存片段的端点(end points)，且容易产生近似误差。
因此，亟需提出一种快速且简便的方式来进行对比增强。
发明内容
鉴于上述，本发明的目的之一为提供一种快速且简便的对比增强方式。此种对比增强方法及其转换曲线所需的计算远比传统方法来得少。再者，使用者也可方便地缩放(scale)转换曲线的形状，调整其强度(strength)，且可改变其临界点(或转换点(transitional point))。
根据本发明实施例，使用可调混合单元以混合线性对比函数与非线性对比函数，因而形成可调对比曲线。该非线性对比函数可通过混合参数来作调整，使得对比曲线至线性对比曲线的距离得以改变。该对比曲线还可通过强度参数来作调整，使得对比曲线的转换点或临界点受到改变。
附图说明
图1的方块图显示了本发明实施例的一个对比增强装置；
图2显示了本发明实施例的对比增强方法；
图3显示了各种混合参数所相对应的对比曲线；
图4显示了各种强度参数所相对应的对比曲线。
具体实施方式
图1的方块图显示了本发明实施例的一个对比增强(contrastenhancement)装置100，图2则显示了本发明实施例的对比增强方法200。本实施例的装置100及方法200用以改善不良强度(intensity)分布的影像的视觉品质。本实施例使用8位来表示亮度值，因此总共有256灰阶(亦即，0至255)。然而，也可根据特定系统设计需求而使用其他的位数。
在本实施例中，对比增强转换函数定义如下：

Y”＝Y+(Y’-Y)*b             (2)
a＝round(avgBrightness*p)    (3)
其中，Y代表输入像素的亮度值(或luma值)，
Y’代表基本(base)对比曲线的输出值，
Y”代表输出像素的亮度值，
p为定义对比增强的强度(strength)参数，及
b为定义对比增强曲线至线性对比增强曲线的接近度(closeness)的参数。
第(3)式中的avgBrightness代表目前影像的平均亮度值。在本实施例中，在步骤20(图2)中，针对整个影像图框或欲进行对比增强的影像视窗部分的像素，以可适(adaptable)亮度值单元10(图1)来取得平均亮度值。在本说明书中，“单元”一词可用以指电路、程序片段或其组合。此平均亮度值通过亮度值“a”以影响式(1)的输出值Y’，并进一步影响式(2)的Y”。装置100及方法200可调适地(adaptable)针对变化的平均亮度值以自动改变其对比增强。此可适性尤其在装置100从不同影像装置输入不同平均亮度的影像时特别有用。
通过步骤21至22对亮度值“a”作进一步调整。其中，在步骤21中，当需要调整对比增强的强度时，以步骤22取得的强度参数p或由使用者输入此参数，并传送至可适(adaptable)亮度值单元10。在本实施例中，使用式(3)将平均亮度值(avgBrightness)乘以强度参数p。式(3)中的运算子“round”是进行数学舍入(rounding)运算。然而，如果装置100为非整数系统，则舍入运算即可省略。至于强度参数p对于对比增强的影响将在后面详述。
式(1)中的Y’函数代表基本(base)对比曲线(步骤23及方块12)，其对应于图3中b＝1的对比曲线。式(2)中的Y”函数代表一般对比曲线，其由线性部分Y及非线性部分(Y’-Y)所组合或混合(blend)而成。函数Y”的混合(步骤25)是将非线性部分(Y’-Y)乘以混合参数b，其可由使用者输入(步骤24)至可调混合单元14中。当b＝1时，一般对比曲线Y”即变为基本对比曲线Y’；当b＝0时，一般对比曲线Y”即变为线性对比曲线。如图3所示，对比曲线Y”(b≠0)至线性对比曲线(b＝0，亦即，未作任何对比增强)的距离会随混合参数b的增加而增加，反之，则随混合参数b的减小而减小。图3也显示出各对比曲线会收敛于两端(亦即图例中的0和255)，且所有对比曲线具有相同的转换点“a”。每一对比曲线包含第一曲线，其具有面对线性对比曲线的第一方向；且包含第二曲线，其具有面对线性对比曲线的第二方向，其中第二方向大致与第一方向相反。
如前所述，基本对比曲线为亮度值“a”的函数，而当选择强度调整时，亮度值“a”又为强度参数p的函数。图4显示各种强度参数p所相对应的对比曲线。对比曲线Y”的强度随强度参数p的增加而增加，反之，强度随强度参数p的减小而减小。在本实施例中，大于1的参数p使得对比增强变得更强势(aggressive)或较大强度，而小于1的参数p使得对比增强变得较不强势或较小强度。
因此，本发明实施例提出一种快速且简便以进行对比增强的装置及方法。本发明实施例所揭露的对比增强及其对比曲线所需的计算量远比传统对比增强方法来得少。再者，使用者也可方便地缩放(scale)对比曲线的形状并调整其强度。另外，在本实施例中，使用单一的6位暂存器即足以同时储存混合参数b及强度参数p。本发明实施例的装置及方法可调适地(adaptable)针对变化的平均亮度值以自动改变其对比增强。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用以限定本发明的权利要求的保护范围；凡其它未脱离发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在所附的权利要求的保护范围内。