影像对比加强方法 【技术领域】
本发明涉及一种影像对比加强方法，特别涉及一种避免提高影像噪声及改善影像不自然的影像对比加强方法。
背景技术
光源在影像形成时有很重要的影响，当摄像环境过亮或是过暗时，通常所撷取到的影像将是一张低对比度的影像。为了提高影像对比，一个常用的基本方法是直方图均等化(Histogram Equalization)。当获得一张影像的亮度直方图时，会根据直方图信息求出一亮度转移函数，并以此函数做影像亮度的调整，以期达到良好的影像对比品质。直方图均等化的基本观念是指定较大范围的灰阶值给直方图中值较高的灰阶值。然而，此法会造成较细微的部分对比遗失、提高不想要的影像噪声和造成影像的不自然。
Y.T.Kim 1997年发表论文：″Contrast Enhancement Using BrightnessPreserving Bi-Histogram Equalization″及K.Wongsritong等人于1998年发表的论文：″Contrast Enhancement Using Multipeak Histogram Equalization WithBrightness Preserving″，认为直方图均等化法所产生的不自然地影像，可能是由于处理前后影像平均亮度值的改变。因此他们提出了一些方式试着改善此问题。然而，若使处理前后影像平均亮度值不改变并不能够保证影像自然性的保存，因为除了亮度值外，影像的色彩信息或是影像中对象的信息也是相当重要的。
另外，J.Y.Kim等人在2001年发表的论文：″An Advanced ContrastEnhancement Using Partially Overlapped Sub-Block Histogram Equalization″以及T.K.Kim等人在1998年发表的论文：″Contrast Enhancement SystemUsing Spatially Adaptive Histogram Equalization with Electronics″，提出一种区域性直方图均等化的方法以提高对比，然而，他们所提出的方法在计算上仍有相当高的复杂度。
还有，S.Sakaue等人在1995年发表的论文：″Dynamic Range Expansionof Video Cameras by Adaptive Gamma Processing″提出利用一神经元网络来提高影像对比，但是训练数据(training data)和决定法则(decision rules)可能也会影响品质，因此并无法有效提高对比品质。
有鉴于此，本发明针对上述现有技术中存在的缺陷，提出一种影像对比加强方法，以改善上述缺失。
【发明内容】
本发明的主要目的，旨在提供一种影像对比加强方法，其是利用正向力序列提高影像对比，并利用反向力序列避免噪声放大，且利用一映对函数值调整净力序列，以避免过度加强造成的不自然视觉效果。
为达到上述目的，本发明提出一种影像对比加强方法，包括首先提供一影像，并扫描此影像以计算影像中相邻两像素亮度差异的值，再来判断此差异的值是否大于预设的一阈值，若是，则根据相对应的亮度信息产生一正向力序列，若否，则根据此两亮度值产生一负向力序列，正向力序列和负向力序列的产生及累加运算将一直重复运作为净正向力序列及净负向力序列，直到检查过输入影像的所有像素点信息为止，接着将净正向力序列减去加上权重的净负向力序列，成为一净力序列，接着积分净力序列，并将积分值正规化在0至255间，以得到一扩张力函数，最后将扩张力函数与原始亮度转换函数进行线性组合，而得到一新的亮度转换函数，并以此函数调整原始影像的亮度值，以得到对比加强的影像。另外，为了减低硬件负担及成本，本发明进一步提出了两种不同形式的力序列(形式一和形式二)，若以此力序列作为对比加强的基础，可进一步省去计算负向力序列所需的成本。
为了使本发明的目的、技术内容、特点及其所实现的功效更容易理解，下面结合附图详细说明具体实施例。
【附图说明】
图1为本发明的流程图。
图2为本发明亮度差异的值比对的方式。
图3为本发明的一实施例的映对函数图。
图4为本发明的原始转移函数图。
图5为一二维影像亮度值。
图6为本发明中影像像素点扫描方式示意图。
图7为本发明的实施例的正向力序列和负向力序列的示意图。
图8为根据图5所得的净正向力序列示意图。
图9为根据图5所得的净负向力序列示意图。
图10为图8、9所合成的净力序列示意图。
图11为根据图3将图10调整后所得的新力序列示意图。
图12为图11积分结果示意图。
图13为图12正规化后所得的扩张力函数示意图。
图14为图4和图13线性组合后所的的亮度转换函数示意图。
图15为本发明另一实施例形式一力序列示意图。
图16为本发明另一实施例形式二力序列示意图。
图17为本发明的图15及图16的流程图。
【具体实施方式】
鉴于先前技术在改善影像对比时，仍会产生若干的问题，可能出现计算复杂、造成噪声放大或影像不自然等缺点，因此，本发明提出一种影像对比加强方法，以改善上述的缺失。
图1所示为本发明的影像对比加强方法的步骤流程图，首先在步骤S10，提供一影像，接着在步骤S12计算相邻两像素点亮度差异的值，计算方式如图2所示，其中英文字母A～I为像素点的亮度值信息，对于像素点亮度值E，在本发明中，计算此值和周围邻近八个像素点亮度值的亮度差异值信息，但上述方式可能造成重复计算现象，因此实际上只需计算亮度信息E和亮度信息A，B，C和D之间的亮度值差异即可，如图2实线所示，再来进行步骤S14，判断亮度差异的值是否大于预设的一阈值，此阈值一般设为影像中噪声标准差的三倍值，但亦可由使用者自行选定。若亮度差异的值大于预设的阈值，则进行步骤S16，根据亮度值产生相对应的正向力序列，并将此力序列和前次所产生的正向力序列做一累加，若亮度差异值小于预设的阈值，则进行步骤S18，根据亮度值产生相对应的负向力序列，并将此力序列和前次所产生的负向力序列做一累加，每次所产生的正向力序列和负向力序列其力大小为1，S16和S18的正向力序列和负向力序列的产生及累加运算将一直重复运作，直到检查过输入影像的所有像素点信息为止，如步骤S20。接着进行步骤S22，将净正向力序列减去加上权重的净负向力序列，成为一净力序列，此净力序列中的任一净力若是其值为负时，则将该值进一步设定为零，进行完步骤S22后，再进行步骤S24，积分净力序列，并将积分值正规化在0至255间，以得到一扩张力函数，最后在步骤S26，将扩张力函数与原始亮度转换函数进行线性组合，而在步骤S28，得到一新的亮度转换函数，并以此函数调整原始影像的亮度值，以得到对比加强的影像。
其中，在进行完步骤S22，将净正向力序列加上净负向力序列成为净力序列后，可以利用一如图3所示型态的映对函数值Mo将净力序列的大小做一调整，以得到一新力序列。此新力序列＝净力序列(1/Mo)，映对函数值Mo的值为约介于1至5，然此映对函数值Mo也可依影像所需调整的程度而自行设定；而亮度转换函数＝k×扩张力函数+(1-k)×原始转换函数，k为结合常数，其介于0与1之间，而原始转换函数型态为图4所示。
下面，为了更好地阐明本发明的特点，故举出多个实施例以说明。
首先提供一张影像，如图5所示，其中每个数字代表影像中的每一像素亮度值，接着根据图6所示，依序对影像像素做扫描，当扫描至某一像素点时，则根据图2所示计算相邻像素间的亮度差异值，若亮度差异值大于预设的阈值，则根据亮度值产生相对应的正向力序列，若否，同样根据亮度值产生相对应的负向力序列，如图7所示，当一方面扫描像素，一方面产生相对应的正向力序列和负向力序列时，同时也将每次所产生的正向力序列和负向力序列进行累加的运算。以图6的影像而言，将每次所产生的正向力序列和负向力序列累加后所得的净正向力序列和净负向力序列如图8、9所示，将净正向力序列减去加上权重的净负向力序列即可得到净力序列，如图10。接着使用图3的映对函数，其中Mo＝2将净力序列大小做一调整后，可得到图11的新力序列，接着对新力序列进行积分，可得到图12的结果，接着再将积分值正规化在0至255间，以得到图13的扩张力函数。将图4原始转移函数与图13扩张力函数进行线性组合，得到亮度转换函数，如图14所示，并以此亮度转换函数对影像亮度做调整，以得到一调整后对比较佳的影像。
为了利于硬件上的实现及成本上的考虑，本发明进一步提出了两种可能的方式将负向力序列的效应合并在正向力序列中，藉此省去储存负向力序列所需成本，图15是所提方式一，根据原始作法，其将在10到50之间产生正向力序列，但在所提方式一中，所产生的形式一力序列，对于平坦区附近的亮度值，也就是10、11和50，并不产生相对应的力序列，藉此避免平坦区噪声因对比加强运算而被放大的问题，为了达到更佳的效果，在图16所提方法二中，所产生的形式二力序列，除了在10、11和50不产生力序列外，进一步的在11、49产生了反向力序列，藉此达到更佳的噪声抑制效果。
根据所提的形式一力序列和形式二力序列，整个处理流程可简化为图17。首先在步骤S30，提供一影像，接着在步骤S32计算相邻两像素点亮度差异的值，计算方式如图2所示，再来进行步骤S34，判断亮度差异值是否大于预设的一阈值，此阈值一般设为影像中三倍噪声标准差的值，但也可依使用者需要而自行调整。若亮度差异值大于预设的阈值，则进行步骤S36，根据亮度值产生形式一力序列或是形式二的力序列，并将此力序列和前次所产生的力序列进行S38的累加运算，步骤S36和S38的力序列的产生及累加运算将一直重复运作，直到输入影像的最后一个像素点信息为止，如步骤S40，接着进行步骤42，积分净力序列，并将积分值正规化在0至255间，以得到一扩张力函数，最后在步骤S44，将扩张力函数与原始亮度函数做线性组合，而在步骤S46，得到一亮度转换函数，并以此函数调整原始影像的亮度值，以得到对比加强的影像。
本发明的影像对比加强方法也可应用在彩色影像上，当提供一张彩色影像时，可先将原始RGB彩色影像转换成其它的影像格式，例如HSI或YCbCr，使影像分解为一个亮度成分影像及二个彩色成分影像，当我们将亮度成分影像提高后，再将其与二个彩色成分影像结合为一影像，便可以提高对比，而不会造成色彩的失真。
本发明提出一种影像对比加强方法，利用影像平坦区及边角区域的亮度差异值以达到影像对比的加强，当为边角区域时，则产生单方向的正向力序列，当为平坦区域时，则产生负向的力序列，以将二者相减得到净力序列，此法可防止影像平坦区的噪声在对比加强时一并被加强的缺点，另外，本发明还可利用一映对函数值以调整净力序列而得到一新力序列，以避免影像在对比加强后所产生的不自然，此函数的功能就是保持过大的扩张力，加强较小的扩张力，以达到影像自然性保存的目的。
另外，为了减低硬件负担及成本，本发明进一步提出了两种不同形式的力序列(形式一和形式二)，若以此力序列作为对比加强的基础，可进一步省去计算负向力序列所需的成本。
以上所述是藉由实施例说明本发明的特点，其目的在使本领域的技术人员能更好了解本发明的内容并据以实施，而不是用以限定本发明，对于本领域的普通技术人员在未脱离本发明的精神与范畴的前提下，对本发明进行的任何等效修改或变更，均应包括在本发明的权利要求中。