利用帧间相关性的图象质量增强电路和方法 【技术领域】
本发明涉及一种利用帧间的相关性增强图象质量的图象质量增强电路和方法，特别涉及通过根据帧间的相关性自适应地补偿亮度信号来增强图象质量的图象质量增强电路和方法。
背景技术
用于对比度增强的各种方法的直方图均衡化是广泛公知的。一般来说，直方图均衡化具有拉伸图象的动态范围以便将结果的图象的灰度平坦地分布的效果，因此增强了图象的对比度。
这样的直方图均衡化的广泛公知的特点在一些实际的情况下称为缺点。即，直方图均衡化地恒定的输出密度导致输出图象的平均亮度较接近中间灰度级。
在公知的直方图均衡化中，对于每个帧独立计算传递函数，并且将其应用到每个帧，而不管相邻的帧之间的相关性如何。当相邻帧之间的相关性变低的时候，这样的传统的直方图均衡化的应用向图象提供了增强对比度的效果，但是当相关值变高的时候传统直方图均衡化的应用可能导致图象质量恶化的问题。例如，显示器由于其将它的亮度从亮向暗改变的闪烁现象出现在这样的情况下，即在前一个和当前帧具有相同的背景图象的时候当前帧示出了在前一个帧中不存在的特定的目标。
【发明内容】
本发明被设计来解决上述和/或其他的问题，本发明的一个方面是提供一种图象质量增强电路和一种根据帧间相关性而自适应地向图象应用直方图均衡化的方法。
本发明的其它方面和优点将部分地在后面的说明书中给出，并且将从说明书中部分地显而易见，或者可以通过本发明的实践来领会。
按照本发明的上述和/或其他方面，利用帧间相关性来对以预定数目的灰度级表示的亮度信号执行直方图均衡化的图象质量增强电路包括：第一传递函数产生器，对于由帧单元输入的亮度信号计算对应于灰度级分布的直方图数据，以利用直方图数据产生第一传递函数；帧间相关性计算器，从用于至少一个在前的帧和当前帧的直方图数据计算帧间相关系数，以便输出与帧间相关系数对应的帧间相关性信息；传递函数调整器，根据从帧间相关性计算器输出的帧间相关性信息有选择地输出第一传递函数；映射器，根据从传递函数调整器输出的传递函数校正和输出所输入的亮度信号。
按照本发明的另一个方面，帧间相关性计算器包括：第一相关系数计算器，根据前一个帧的第一直方图数据和当前帧的第二直方图数据来计算第一相关系数；图象改变判定单元，如果第一相关系数低于所设置的阈值，则将第一相关系数与设置的阈值比较以向传递函数调整器输出图象改变检测信号。如果接收到图象改变检测信号，则传递函数调整器向映射器输出第一传递函数。
按照本发明的另一个方面，传递函数调整器向映射器输出第一传递函数的累计的平均值，所述平均值是在图象改变检测信号不从图象改变判决单元发生时从具有相对于在当前帧之前的另一个帧的、在图象改变判定单元中检测的图象改变(图象改变检测信号)的帧获得的。
按照本发明的另一个方面，帧间相关性计算器还包括：第二相关系数计算器，从被设置来与前一个帧相比较的帧的直方图数据和当前帧的直方图数据来计算第二相关系数；摄全景判定单元，如果第二相关系数以预定数量的帧来逐渐降低，则摄全景判定单元确定摄全景现象，以便向传递函数调整器输出摄全景检测信号，其中在图象改变检测信号不从图象改变判定单元发生时设置预定数量的帧。
如果从摄全景判决单元接收到摄全景检测信号，则传递函数调整器向映射器输出第一传递函数的累计平均值作为第二传递函数，所述第一传递函数是从相对于恰好在当前帧之前的另一个帧具有图象改变检测信号的帧获得的。
要与前一个帧相比较的第二相关系数计算器的帧被更新，以被设置为具有在图象改变判决单元中检测的图象改变的帧的下一个的摄全景现象停止帧、或具有来自摄全景判决单元的摄全景现象的最后帧。
如果未接收到摄全景检测信号和图象改变检测信号，传递函数调整器向映射器输出与作为传递函数值的1对应的信号。
第一传递函数产生器包括：帧直方图计算器，计算直方图数据；帧平均计算器，计算对于帧单元的输入的亮度信号的平均水平值；划分器，根据亮度信号的平均水平值将直方图数据划分为预定数量的子帧，以计算子帧k的概率密度函数；CDF(累计密度函数)计算器，根据由子帧输出的概率密度函数计算子帧的累计密度函数以输出累计的密度函数作为第一传递函数。
而且，为了实现本发明的上述和/或其他方面，通过利用帧间相关性对由预定数量的灰度级表示的亮度信号执行直方图均衡化以增强图象质量的、增强图象质量的图象质量增强方法包括：对于帧单元输入的亮度信号计算对应于灰度级分布的直方图数据；通过利用直方图数据来产生第一传递函数；从对于至少一个在前帧和当前帧的直方图数据计算帧间相关系数，以输出对应于相关性的帧间相关信息；根据帧间相关性信息有选择地将第一传递函数应用来校正输入的亮度信号。
按照本发明的另一个方面，如果对于在前一个帧和当前帧之间的相关性获得的第一相关系数低于设置的阈值，则确定图象改变，并且把第一传递函数应用到输入的亮度信号以校正输入的亮度信号。
而且，从被设置来与在前的帧相比较的帧的直方图数据和当前帧的直方图数据计算第二相关系数，如果第二相关系数在第一相关系数不低于所设置的阈值时设置的预定数量的帧中逐渐降低，则确定摄全景现象，并且对于恰好在当前帧之前的一个帧的第一传递函数的平均值作为传递函数被施加到输入的亮度信号来用于校正，其中第一传递函数是从具有低于阈值的第一相关系数的帧获得的。
按照本发明的另一个方面，如果帧间相关信息不指示摄全景现象或图象改变，则不对输入的亮度信号执行校正，
【附图说明】
通过下面参照附图详细说明优选实施例，本发明的这些和其他方面和优点将会变得更加清楚和更容易被理解，其中：
图1是按照本发明的一个实施例的图象质量增强电路的方框图；
图2是示出图1所示的图象质量增强电路的帧间相关性计算器的方框图；
图3是说明从由图2所示的帧间相关性计算器计算的在前帧和当前帧之间的相关系数来检测图象改变的处理的曲线图；
图4是说明从图象改变帧和当前帧之间的相关性信息来检测摄全景现象的另一个处理的图，其中相关性信息由图2所示的帧间相关性计算器检测；
图5是部分示出按照本发明的另一个实施例的图象质量增强电路的方框图；
图6是部分示出按照本发明的另一个实施例的图象质量增强电路的方框图。
【具体实施方式】
现在详细说明本发明的当前的优选实施例，其示例被示出在附图中，其中在全部附图中，类似的附图标号表示类似的元件。下面说明这些实施例以便参照附图来说明本发明。
以下，参照附图来详细说明按照本发明的、利用帧间相关性的图象质量增强电路和方法。
图1是按照本发明的一个实施例的图象质量增强电路的方框图。参见图1，图象质量增强电路包括第一传递函数产生器10、帧间相关性计算器20、传递函数调整器30、映射器40和延迟输入的亮度信号的第一帧存储器50。
第一传递函数产生器10计算与输入到第一传递函数产生器10的、帧单元中像素的亮度水平分布对应的直方图数据，并且利用直方图数据产生第一传递函数f1。
适合于各种已知的直方图均衡器的传递函数产生器可以用作第一传递函数产生器10。
例如，传递函数产生器10可以在韩国专利第255636、319864、207660、183830和188679号中公开的应用于直方图均衡器的一个传递函数产生器。
上述的直方图均衡器中，在韩国专利第183830号中公开的传递函数产生器被应用为作为本发明的一个示例的实施例的第一传递函数产生器10。
第一传递函数产生器10包括帧直方图计算器11、帧平均计算器12、划分器13、具有第一CDF计算器14a和第二CDF计算器14b的CDF计算器14、CDF存储器15。
帧直方图计算器11对于输入的亮度信号计算帧单元的直方图，即计算一个帧图象的灰度级分布。在此，所述帧单元指的是一个半帧或帧单元，在以下作为示例的帧单元的情况下进行说明。
帧平均计算器12对于输入的亮度信号来计算所述帧单元的平均水平值。
划分器13根据在帧平均计算器12中计算的平均水平将在帧直方图计算器11中计算的灰度级分布划分为预定数量的、例如，两个子帧，并且输出这两个子帧的的概率密度函数。
第一CDF计算器14a使用在从划分器13输出的帧示例中低于平均水平的子帧之一(以下称为“第一子帧”)的概率密度函数，并且计算第一累计密度函数。
第二CDF计算器14b使用在从划分器13输出的帧示例中高于平均水平的子帧之一(以下称为“第二子帧”)的概率密度函数，并且计算第二累计密度函数。
CDF存储器15由所述帧单元按照同步信号在CDF计算器14中计算的第一和第二累计密度函数来被更新，并且在更新CDF存储器15期间向传递函数调整器30输出先前存储的累计密度函数。在此，如果所述帧单元是半帧则所述同步信号变为一个半帧同步信号，或者如果所述帧单元是帧则所述同步信号变为帧同步信号，并且CDF存储器15被用作缓冲器。
第一传递函数产生器10的上述传递函数产生处理被公开在韩国专利第183830号中，因此在此省略传递函数产生处理的详细说明。
帧间相关性计算器20使用从帧直方图计算器11输出的直方图数据来计算帧间相关性。
参照图2来说明帧间相关性计算器20。
参见图2，帧间相关性计算器20包括第一相关系数计算器23、图象改变判定单元24、第二相关系数计算器26、摄全景判定单元27。帧间相关性计算器20还包括：第二帧存储器21，将从帧直方图计算器11输出的当前帧的直方图数据相对于当前帧延迟一个帧；低通滤波器(LPF)22a和22b。
第一相关系数计算器23对于当前帧直方图数据(Curr_histo)和在前帧直方图数据(Prev_histo)使用由下面公式表示的相关系数计算公式来计算第一相关系数Cn1。
公式1Cn1=Q@i(xi-xm)(yi-ym)Q@i(xi-xm)2Q@i(yi-ym)2]]>
在此，下标i表示像素编号，xi是当前帧的对应像素编号的亮度水平值，yi是在前帧的对应像素编号的亮度水平值，xm是当前帧的直方图平均值，ym是在前帧的直方图平均值。
图象改变判定单元24把设置的阈值和由第一相关系数计算器23根据公式1计算和输出的第一相关系数Cn1相比较，并且输出对应于图象改变判定单元24的比较结果的信号。例如，如果第一相关系数Cn1低于设置的阈值，则图象改变判定单元24输出高信号(Sc＝1)作为帧图象改变的检测信号，并且如果第一相关系数Cn1高于设置的阈值，则图象改变判定单元24输出低信号(Sc＝0)作为帧图象改变的未检测信号。
即，当以图3所示的模式输出第一相关系数Cn1的时候，图象改变判定单元24输出指示在每个部分a1、a2和a3中的突然的图象改变的帧改变检测信号。
根据所使用的帧的特性来适当地确定阈值。有可能阈值被确定在从0.9到0.95的范围内。
第二相关系数计算器26对于从第三帧存储器25输出的直方图数据(init_histo)使用由下面的公式2表示的相关系数计算公式来计算第二相关系数Cn2，其中第三帧存储器25存储要与当前帧的直方图数据(Curr_histo)比较的帧的直方图数据。与公式1中类似的元素被指示为类似的符号。
公式2Cn2=Q@i(xi-xm)(zi-zm)Q@i(xi-xm)2Q@i(zi-zm)2]]>
在此，zi表示被设置用于比较的一个帧的对应的像素数量的亮度水平值，zm是要比较的帧的直方图平均值。
具有被检测的图象改变的帧或在由摄全景判定单元27(后述)确定为具有摄全景现象的帧的下一个帧被确定为用于比较的帧，即作为在第三帧存储器25中更新和存储的直方图数据。每次上述定义的帧出现，用于比较的帧被更新到第三帧存储器25中。
摄全景判定单元27利用图象改变判定单元24的输出信号Sc和第二相关系数计算器26的第二相关系数Cn2来确定是否存在摄全景现象。摄全景现象指的是这样的现象，其中在图象改变情况下高于由图象改变判定单元24确定的相关性的帧间相关性逐渐降低。
如果图象改变判定单元24将帧图象改变未检测信号(Sc＝0)保持设置的摄全景检测部分、例如10-20帧并且第二相关系数Cn2逐渐降低，则摄全景判定单元27确定摄全景现象，并且向传递函数调整器30输出摄全景检测信号(Pc＝1)。
即，如图4所示，当输出第二相关系数Cn2的时候，k1和k2部分对应于摄全景检测部分，P1和P2部分对应于摄全景部分。
参见图4，摄全景部分P1和P2后面的帧、即摄全景部分停止的定时点后面的帧，或者具有低于阈值的第一相关系数Cn1的图象改变帧a1、a2和a3被以产生的顺序更新和存储在第三帧存储器25中来作为在第二相关系数计算中用于帧比较的直方图数据。
传递函数调整器30根据从帧间相关性计算器20输出的相关性信息有选择地采用第一传递函数f1。
在图解传递函数调整器30的图2中，传递函数调整器30包括瞬时滤波器31、第四帧存储器32和选择器33。
瞬时滤波器31是计算当前帧的第一传递函数和从发生图象改变到当前帧的前一个帧的帧的第一传递函数的累计平均值fm的低通滤波器。第四帧存储器32存储由瞬时滤波器31计算的累计平均值fm，并且向第四帧存储器32输入累计的平均值fm。
选择器33有选择地输出第一传递函数f1、通过瞬时滤波器31输入的第一传递函数的累计平均值fm和对应于1的传递函数来作为传递函数fa。
即，如果从图象改变判定单元24输入图象改变检测信号(Sc＝1)，则选择器33向映射器40输出第一传递函数f1作为传递函数fa，并且如果从摄全景判定单元27输入摄全景检测信号(Pc＝1)，则选择器33输出通过瞬时滤波器31输入的第一传递函数的累计平均值作为传递函数fa，如果输入图象改变未检测信号(Sc＝0)和摄全景未检测信号(Pc＝0)，则选择器33向映射器输出对应于1的传递函数值作为传递函数fa。在此，传递函数值1对应于映射器40的输出而不校正存储在第一帧存储器50中的输入图象信号。
映射器40使用从传递函数调整器30输出的传递函数值来映射在第一帧存储器50中存储的输入亮度信号，并且输出校正的亮度信号Xc。
同时，图5图解了不同与图2所示的帧间相关性计算器120。具有类似功能的组成元素被以前面图2所示的类似的附图标号指示。
在图5中，帧间相关性计算器120包括第一相关系数计算器23和图象改变判定单元24。
如果从图象改变判定单元24接收到图象改变检测信号(Sc＝1)，则选择器33输出第一传递函数f1，如果接收到图象改变未检测信号(Sc＝0)，则选择器33输出从传递函数调整器30输出的信号。
同时，当没有图象改变发生时，不象图5所示的，可能象当前帧的第一传递函数f1和通过瞬时滤波器31输出的累计平均传递函数fm分别应用预定的权。第一传递函数f1和累计平均传递函数fm被相加作为另一个传递函数fw。即。当输出图象改变无发生信号(Sc＝0)的时候，向当前帧的第一传递函数f1应用设置的加权W1，向累计平均传递函数施加设置的权W2，它们被相加以获得可以用作最后的传递函数fn的值。
可以通过下列公式3来获得上述方法的另一个传递函数fw。
公式3
fw＝w1*f1+w2*fm
在此，w1和w2是权值(设置的权)，它们被确定为当相加时为1。
而且，通过输入图象信号或实验设计值的特性来合适地确定分别应用到第一传递函数f1和累计平均传递函数fm的权。
图6是部分示出按照本发明的另一个实施例的图象质量增强电路的方框图。
参见图6，传递函数调整器130还包括算术运算器135，它对于第一传递函数f1和从瞬时滤波器31输出的累计平均传递函数fm执行算术运算，并且向选择器133输出运算结果。
算术运算器135根据上述的公式3利用对第一传递函数和累计平均传递函数分别设置的加权来进行算术运算，并且输出运算结果作为最后的传递函数fw。
在上述的情况下，如果从图象改变判定单元24接收到图象改变检测信号(Sc＝1)，则选择器133输出第一传递函数f1，如果从图象改变判定单元24接收到图象改变未检测信号(Sc＝0)，则选择器133输出在算术运算器135中根据公式3运算的结果值。
如上所述，按照本发明的利用帧间相关性的图象质量增强电路和方法根据在连续帧之间的相关性有选择地应用直方图均衡化处理，因此增强了图象质量。
虽然已经参照本发明的实施例具体示出和说明了本发明，本领域的技术人员会明白，在不脱离所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的各种改变。
本申请要求2002年7月15日在韩国知识产权局提交的第2002-41365号韩国申请的优先权，其公开内容在此引入作为参考。