CN105895036B - 对比强化方法及其对比强化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对比强化方法及其对比强化装置。所述对比强化方法包括接收具有多个像素的一图像；统计所述多个像素亮度值的平均值作为一总体亮度平均值；根据所述总体亮度平均值，产生一增益曲线；统计所述多个像素分别对应于多个亮度值的像素数量；根据所述多个像素中对应于所述多个亮度值的像素数量，调整所述增益曲线；以及利用所述增益曲线，调整每一像素的亮度值，以产生一总体强化图像。

Description

对比强化方法及其对比强化装置

技术领域

本发明涉及一种用于具有显示面板的电子产品的对比强化方法及其对比强化装置，尤其涉及一种能够增进具有显示面板的电子产品有效对比率的对比强化方法及其对比强化装置。

背景技术

液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)具有外型轻薄、低辐射、体积小及低耗能等优点，广泛地应用在笔记本计算机或平面电视等资讯产品上。因此，液晶显示器已逐渐取代传统的阴极射线管显示器(Cathode Ray Tube Display)成为市场主流，其中又以主动矩阵式薄膜晶体管液晶显示器(Active Matrix TFT LCD)最受欢迎。简单来说，主动矩阵式薄膜晶体管液晶显示器的驱动系统是由一时序控制器(Timing Controller)、源极驱动器(Source Driver)以及栅极驱动器(Gate Driver)所构成。源极驱动器及栅极驱动器分别控制数据线(Data Line)及扫描线(Scan Line)，其在面板上相互交叉形成电路单元矩阵，而每个电路单元(Cell)包括液晶分子及晶体管。液晶显示器的显示原理是栅极驱动器先将扫描信号送至晶体管的栅极，使晶体管导通，接着源极驱动器将时序控制器送来的数据转换成输出电压后，将输出电压送至晶体管的源极，此时液晶一端的电压会等于晶体管漏极的电压，并根据漏极电压改变液晶分子的倾斜角度，进而改变透光率达到显示不同颜色的目的。

当液晶显示器显示图像时，若液晶显示器所处环境的环境光亮度过大，可能会造成使用者无法清楚辨识图像内容。现有技术提供一有效对比率(Effective ContrastRatio，ECR)，用来衡量液晶显示器于不同环境光亮度下使用者对于图像内容辨识能力的指标，其定义如下：-

其中，发射光亮度为液晶显示器自身产生的光线强度，而反射光亮度为液晶显示器反射环境光所产生的亮度。

一般而言，当有效对比率大于10时，即便使用者于日光下观赏液晶显示器，使用者仍可清楚辨识液晶显示器上的图像内容；当有效对比率介于5～9时，使用者辨识图像内容的能力下降，但使用者在日光下观赏液晶显示器所显示的图像时仍具有相当程度的辨识能力；当有效对比率下降至3～4时，使用者便难以在日光下辨识液晶显示器所显示的图像内容；而当有效对比率下降至1～2时，使用者无法在日光下辨识液晶显示器所显示的图像内容。由上述可知，液晶显示器的有效对比率越大，使用者在日光下对于液晶显示器所显示的图像内容的辨识能力越高。为了增加液晶显示器的有效对比率以提升使用者体验，现有解决方法之一为提高液晶显示器的背光亮度。然而，提高液晶显示器的背光亮度将会造成液晶显示器的功率消耗大幅上升。因此，如何在不大幅影响液晶显示器效能的情况下增进液晶显示器的有效对比率，便成为业界亟欲探讨的议题。

发明内容

为了解决上述的问题，本发明提供一种能够增进显示装置的有效对比率的对比强化方法及其对比强化装置。

本发明公开一种对比强化方法，用于一显示装置，所述对比强化方法包括接收具有多个像素的一图像；统计所述多个像素亮度值的平均值作为一总体亮度平均值；根据所述总体亮度平均值，产生一增益曲线；统计所述多个像素分别对应于多个亮度值的像素数量；根据所述多个像素中对应于所述多个亮度值的像素数量，调整所述增益曲线；以及根据所述增益曲线，调整每一像素的亮度值，以产生一总体强化图像。

本发明还公开一种对比强化装置，包括一平均亮度运算单元，用来统计一图像中多个像素的亮度值的平均值作为一总体亮度平均值；一灰阶分布计数单元，用来统计所述多个像素分别对应于多个亮度值的像素数量；一增益曲线产生模块，包括一色调曲线产生单元，用来根据所述总体亮度平均值，产生一增益曲线；以及一自适应调整单元，用来根据所述多个像素中对应于所述多个亮度值的像素数量，调整所述增益曲线；以及一内插单元，用来根据所述增益曲线，调整每一像素的亮度值，以产生一总体强化图像。

附图说明

图1为本发明实施例一对比强化装置的示意图。

图2为本发明实施例一亮度与增益值间相对关系的示意图。

图3为本发明实施例亮度与增益值间相对关系的另一示意图。

图4为本发明实施例一亮度值数量分布的示意图。

图5为本发明实施例另一对比强化装置的示意图。

图6为本发明实施例一像素区域的示意图。

图7为本发明实施例一流程的流程图。

图8为本发明实施例另一流程的流程图。

其中，附图标记说明如下：

10、50 对比强化装置

100、500 平均亮度运算单元

102、502 灰阶分布计数单元

104、504 增益曲线产生模块

106、506 内插单元

108、508 色调曲线产生单元

110、510 自适应调整单元

512 局部对比强化单元

514 加法单元

60 像素区域

70、80 流程

700～714、800～822 步骤

GAVG 总体亮度平均值

GC 增益曲线

GC_UB、GC_UB1 增益曲线上界

GC_LB、GC_LB1 增益曲线下界

C_R、C_R1 参考线

IMG 图像

IMG_GE 总体强化图像

IMG_LE 局部强化图像

IMG_F 最终输出图像

P1～Pn、P、Pa～Ph 像素

Y1～Yn 亮度值

具体实施方式

请参考图1，图1为本发明实施例一对比加强装置10的示意图。对比加强装置10可用于如液晶显示器、智能型移动电话、智能型电视、平板电脑等具有液晶面板的电子产品。如图1所示，对比加强装置10包含有平均亮度运算单元100、灰阶分布计数单元102、增益曲线产生模块104及内插单元106。对比加强装置10于接收具有多个像素P1～Pn的一图像IMG后，利用平均亮度运算单元100及灰阶分布计数单元102分别计算像素P1～Pn的亮度值Y1～Yn的平均值作为一总体亮度平均值GAVG及统计亮度值Y1～Yn分布状况。根据总体亮度平均值GAVG及亮度值Y1～Yn分布状况，增益曲线产生模块104可产生一增益曲线GC。在取得增益曲线GC后，内插单元106可根据增益曲线GC分别调整亮度值Y1～Yn，以产生总体强化图像IMG_GE。总体强化图像IMG_GE中包括图像IMG中图像细节且总体强化图像IMG_GE的平均亮度高于图像IMG的平均亮度。因此，若电子产品改为显示总体强化图像IMG_GE，电子产品的有效对比率(Effective Contrast Ratio)可获得有效提升。

详细来说，平均亮度运算单元100用来计算亮度值Y1～Yn的平均值作为总体亮度平均值GAVG，且灰阶分布计数单元102用来统计亮度值Y1～Yn的分布。根据总体亮度平均值GAVG，增益曲线产生模块104中一色调曲线产生单元108可产生一增益曲线上界GC_UB。当亮度值小于总体亮度平均值GAVG时，增益曲线上界GC_UB的增益大于1；而当亮度值大于总体亮度平均值GAVG时，增益曲线上界GC_UB的增益等于1。也就是说，增益曲线上界GC_UB的目的在于提升小于总体亮度平均值GAVG的亮度值。在一实施例中，定义增益曲线上界GC_UB的公式可为：

其中，x为亮度值，c为一小于总体亮度平均值GAVG的常数，且常数c可依据不同设计理念而更改及变动。

根据公式(1)，色调曲线产生单元108可产生如第2图所示的增益曲线上界GC_UB。接下来，增益曲线产生模块104中一自适应调整单元110会根据灰阶分布计数单元102所统计的亮度值Y1～Yn的数量分布，调整增益曲线上界GC_UB，以产生增益曲线GC。举例来说，增益曲线产生模块104首先根据增益曲线上界GC_UB与斜率为1(即增益为1)的参考线C_R间的差异，定义出一增益曲线下界GC_LB。在此实施例中，增益曲线下界GC_LB被定义为：

GC_LB(x)＝(GC_UB(x)-x)*reg_hist_lb+x (2)

其中，x为亮度值，reg_hist_lb为一介于0与1之间的常数。在此实施例中，reg_hist_lb被设为1/4，且不限于此。

根据公式(2)，自适应调整单元110可取得如第2图所示的增益曲线下界GC_LB。接下来，自适应调整单元110会根据及增益曲线上界GC_UB、增益曲线下界GC_LB及一权重coeff，产生增益曲线GC。在此实施例中，权重coeff及增益曲线GC被定义为：

GC(x)＝coeff*GC_UB(x)+(1-coeff)*GC_LB(x) (4)

其中，x为亮度值，C1、C2为介于0与1之间的常数且C2大于C1，N(x)为亮度值为x的像素数量，而TH1、TH2则为图像IMG内像素的数量n与两比例间的乘积，且TH2大于TH1。举例来说，C1及C2可分别为1/8、1，而TH1及TH2则可分别为n/8及n/2，且不限于此。此外，权重coeff的最大值为C2。由公式(3)、(4)可知，当对应于一亮度值的像素数量多(如N(x)>TH2)时，增益曲线上界GC_UB中对应于此亮度值的增益值维持不变；当多个像素中对应于一亮度值的像素数量少(如TH1≤N(x)≤TH2或N(x)<TH1)时，增益曲线上界GC_UB中对应于此相同亮度值的增益值则会被降低(如下降至增益曲线下界GC_UB与增益曲线下界GC_LB之间或降低至增益曲线下界GC_LB。根据公式(3)、(4)，自适应调整单元110可依据亮度值Y1～Yn的数量分布，调整增益曲线上界GC_UB，以取得增益曲线GC。随后，内插单元106即可根据增益曲线GC分别调整图像IMG中像素P1～Pn的亮度值Y1～Yn，以产生总体强化图像IMG_GE。内插单元106根据增益曲线GC调整亮度值Y1～Yn的方法应为本领域具通常知识者熟知，为求简洁，在此不赘述。总体强化图像IMG_GE保留有图像IMG的图像细节，且总体强化图像IMG_GE的平均亮度高于图像IMG的平均亮度。当电子产品改为显示总体强化图像IMG_GE时，电子产品的有效对比率可获得有效提升。

为了降低自适应调整单元110的运算负载，自适应调整单元110可改为根据多个亮度值范围内的像素个数来调整增益曲线上界GC_UB中所述多个亮度值范围的中央亮度值的增益值。举例来说，增益曲线产生模块104可根据亮度值位于32～95的像素数量，来调整增益曲线上界GC_UB中对应于亮度值的增益值。需注意的是，当自适应调整单元110改为根据多个亮度值范围内的像素个数来调整增益曲线上界GC_UB时，C1、C2、TH1及TH2需根据亮度值范围的大小被合适地修改。

关于增益曲线产生模块104根据多个亮度值范围内的像素个数来调整增益曲线上界GC_UB的运作过程举例说明如下。请参考图3及图4，图3为本发明实施例中亮度值与增益值间相对关系的示意图，图4为本发明实施例中亮度值Y1～Yn数量分布的示意图。色调曲线产生单元首先根据平均亮度运算单元100产生的总体亮度平均值GAVG产生增益曲线上界GC_UB1，并利用公式(2)及增益曲线上界GC_UB1与参考线C_R1间的差异，取得增益曲线下界GC_LB1，如第3图所示。在此实施例中，总体亮度平均值GAVG为192，且reg_hist_lb被设为1/2。

接下来，请共同参考图4。在此实施例中，图像IMG中多个像素的亮度值位于0～255之间，且增益曲线产生模块104欲根据多个亮度值范围调整亮度值8、16、24、32、48、64、96、128、160的增益值，其中对应于亮度值8的亮度范围为亮度值0～15，对应于亮度值16的亮度范围为亮度值8～23，对应于亮度值24的亮度范围为亮度值16～31，其余以此类推。需注意的是，根据不同应用及设计理念，对应于亮度值8、16、24、32、48、64、96、128、160的亮度值范围可被合适的更动及修改。此外，根据亮度值范围的大小，公式(3)中的TH1及TH2须被合适地改变。举例来说，当增益曲线产生模块104根据亮度值位于32～95的像素数量来调整增益曲线上界GC_UB1中对应于亮度值64的增益值时，TH1可设为n/8且TH2可设为n/2，且不限于此。据此，增益曲线产生模块104可根据多个亮度值范围内的像素个数来调整增益曲线上界GC_UB1，以产生增益曲线GC1。

由图3及图4可知，由于对应于亮度值8、16、24、32、128的亮度范围的像素数量多(如大于TH2)，因此增益曲线GC1中对应于亮度值8、16、24、32、128的增益值都与增益曲线上界GC_UB1相同。进一步地，由于对应于亮度值48、64、96、160的亮度范围的像素数量少(如小于TH2)，因此增益曲线GC1中对应于亮度值48、64、96、160的增益值都被降低。据此，总体强化图像IMG_GE可同时保留有图像IMG中图像细节并提升平均亮度，从而改善电子产品的有效对比率。

在上述实施例中，对比加强装置10通过统计图像IMG中多个像素的总体亮度平均值及亮度值分布，产生增益曲线GC，并根据增益曲线GC调整图像IMG中多个像素的亮度值。在此状况下，总体强化图像IMG_GE可保留有图像IMG中图像细节，且总体强化图像IMG_GE的平均亮度高于图像IMG的平均亮度。当电子产品改为显示总体强化图像IMG_GE时电子产品的有效对比率可被有效提升。根据不同应用及设计理念，本领域技术人员应可据此实施合适的更动及修改。

请参考图5，图5为本发明实施例一对比加强装置50的示意图。对比加强装置10可用于如液晶显示器、智能型移动电话、智能型电视、平板电脑等具有液晶面板的电子产品。对比加强装置50包含有一平均亮度运算单元500、一灰阶分布计数单元502、一增益曲线产生模块504、一内插单元506、一局部对比强化单元512及一加法单元514，其中平均亮度运算单元500、灰阶分布计数单元502、增益曲线产生模块504(即色调曲线产生单元508及自适应调整单元510)、及内插单元506的运作原理可参照对比加强装置10的平均亮度运算单元100、灰阶分布计数单元102、增益曲线产生模块104及内插单元106，为求简洁，在此不赘述。相较于图1所示的对比加强装置10，对比加强装置50新增了局部对比强化单元512及加法单元514。局部对比强化单元512用来加强图像IMG中像素P1～Pn与其周围像素的亮度差异，以产生局部强化图像IMG_LE。加法单元514用来分别累加总体强化图像IMG_GE及局部强化图像IMG_LE像素P1～Pn的亮度值，作为最终输出图像IMG_F。

关于局部对比强化单元512的运作原理举例说明如下。局部对比强化单元512于接收图像IMG后，会依据像素P1～Pn的位置，划分多个相对应的像素区域。举例来说，请参考图6，图6为本发明实施例中一像素区域60的示意图。如图6所示，局部对比强化单元512依据像素P，划分包含像素P及其周围像素Pa～Ph的像素区域60。然后，局部对比强化单元512统计像素区域60中所有像素(即像素P、Pa～Ph)的局部亮度平均值LVAG，并计算像素P的亮度值与局部亮度平均值LVAG间的差异DIF。最后，局部对比强化单元512会根据差异DIF，调整像素P的亮度值，以加强像素P与周围像素的亮度差异。举例来说，局部对比强化单元512根据差异DIF调整像素P的亮度值的公式可被定义为：

P＝P+DIF*WEI (5)

其中WEI为一介于0～1的常数。

此外，根据不同应用及设计理念，像素区域的形状及所包含的像素数量可据此更动及修改，而不限于图6所示的像素区域60。

上述实施例中对比加强装置10改善包含液晶面板的电子产品的有效对比率的流程可被归纳为一流程70，如第7图所示。流程70可用于如液晶显示器、智能型移动电话、智能型电视、平板电脑等具有液晶面板的电子产品，且包含有以下步骤：

步骤700：开始。

步骤702：接收具有多个像素的一图像。

步骤704：统计所述多个像素的一总体亮度平均值。

步骤706：根据所述总体亮度平均值，产生一增益曲线，其中所述增益曲线用来调整小于总体亮度平均值的亮度值。

步骤708：统计多个像素分别对应于多个亮度值的像素数量。

步骤710：根据所述多个像素中对应于多个亮度值的像素数量，调整所述增益曲线。

步骤712：利用所述增益曲线，调整每一像素的亮度值。

步骤714：结束。

根据流程70，电子产品中对比加强装置首先计算所接收图像中所有像素的总体亮度平均值，并根据此总体亮度平均值产生一增益曲线(如增益曲线上界GC_UB)。在所述增益曲线中，小于总体亮度平均值的亮度值的增益大于1，且大于总体亮度平均值的亮度值的增益等于1。换言之，所述增益曲线是用来调整小于总体亮度平均值的亮度值。接下来，对比加强装置10统计多个像素分别对应于多个亮度值的像素数量，得知所接收图像中像素亮度值的分布状况，并据此调整所述增益曲线。如此一来，对比加强装置10即可利用所述增益曲线，调整所接收的图像中所有像素的亮度值，以产生总体强化图像。总体强化图像可保留所接收图像中的图像细节，且总体强化图像的平均亮度高于所接收图像的平均亮度。当电子产品改为显示总体强化图像时，电子产品的有效对比率可获得有效提升。

上述实施例中对比加强装置50改善包含液晶面板的电子产品的有效对比率的流程可被归纳为一流程80，如第8图所示。流程80可用于如液晶显示器、智能型移动电话、智能型电视、平板电脑等具有液晶面板的电子产品，且包含有以下步骤：

步骤800：开始。

步骤802：接收具有多个像素的一图像。

步骤804：统计所述多个像素的一总体亮度平均值。

步骤806：根据所述总体亮度平均值，产生一增益曲线，其中所述增益曲线用来调整小于总体亮度平均值的亮度值。

步骤808：统计多个像素分别对应于多个亮度值的像素数量。

步骤810：根据所述多个像素中对应于多个亮度值的像素数量，调整所述增益曲线。

步骤812：利用所述增益曲线，调整每一像素的亮度值，以产生一总体强化图像。

步骤814：划分对应于所述多个像素的多个像素区域。

步骤816：统计所述多个像素区域的多个局部亮度平均值。

步骤818：根据每一像素的亮度值与相对应的像素区域的所述局部亮度平均值间的差异，调整每一像素的亮度值，以产生一局部强化图像。

步骤820：分别累加所述总体强化图像与所述局部强化图像中相对应像素的亮度值。

步骤820：结束。

于流程80中，步骤802～步骤812的详细运作过程可参照流程70的步骤702～712，为求简洁，在此不赘述。相较于流程70，流程80另指示电子产品中对比强化装置划分对应于所接收图像中多个像素的多个像素区域，并统计每一像素区域中所有像素亮度值的局部亮度平均值。接下来，根据每一像素的亮度值与相对应的像素区域的局部亮度平均值间的差异，对比强化装置调整每一像素的亮度值，以强化每一像素与其周围像素间的亮度差异并产生局部强化图像。然后，对比强化装置分别累加所述总体强化图像与所述局部强化图像中相对应像素的亮度值，以取得最终输出图像。如此一来，对比加强装置可进一步改进电子产品的有效对比率。

上述实施例的对比强化装置通过统计所接收的图像中多个像素的总体亮度平均值及亮度值分布来产生增益曲线，并根据增益曲线调整所接收图像中多个像素的亮度值。在此状况下，电子产品所显示的图像可保留有所接收图像中图像细节可获得保留并提升平均亮度，从而改善电子产品的有效对比率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种对比强化方法，用于一显示装置，所述对比强化方法包括：

接收具有多个像素的一图像；

统计所述多个像素亮度值的平均值作为一总体亮度平均值；

根据所述总体亮度平均值，产生一增益曲线；

统计所述多个像素分别对应于多个亮度值的像素数量；

根据所述多个像素中对应于所述多个亮度值的像素数量，调整所述增益曲线；以及

根据所述增益曲线，调整每一像素的亮度值，以产生一总体强化图像。

2.如权利要求1所述的对比强化方法，其特征在于：所述增益曲线用来调整所述多个亮度值中小于所述总体亮度平均值的亮度值。

3.如权利要求1所述的对比强化方法，其特征在于另包括：

划分对应于所述多个像素的多个像素区域；

统计所述多个像素区域的多个局部亮度平均值；

根据每一像素的亮度值与相对应的像素区域的所述局部亮度平均值间的差异，调整每一像素的亮度值，以产生一局部强化图像；以及

分别累加所述总体强化图像与所述局部强化图像中相对应像素的亮度值，以产生一最终输出图像。

4.如权利要求3所述的对比强化方法，其特征在于：根据每一像素的亮度值与相对应的像素区域的所述局部亮度平均值间的差异，调整每一像素的亮度值，以产生所述局部强化图像的步骤包括：

根据每一像素的亮度值与相对应的像素区域的所述局部亮度平均值间的差异，调整所述每一像素的亮度值，以增加所述每一像素与相对应的像素区域的所述局部亮度平均值间的差异。

5.如权利要求1所述的对比强化方法，其特征在于：根据所述多个像素中对应于所述多个亮度值的像素数量，调整所述增益曲线的步骤包括：

根据多个亮度值范围中的像素数量与所述多个像素的数量间的比例，调整所述增益曲线。

6.一种对比强化装置，包括：

一平均亮度运算单元，用来统计一图像中多个像素的亮度值的平均值作为一总体亮度平均值；

一灰阶分布计数单元，用来统计所述多个像素分别对应于多个亮度值的像素数量；

一增益曲线产生模块，包括：

一色调曲线产生单元，用来根据所述总体亮度平均值，产生一增益曲线；以及

一自适应调整单元，用来根据所述多个像素中对应于所述多个亮度值的像素数量，调整所述增益曲线；以及

一内插单元，用来根据所述增益曲线，调整每一像素的亮度值，以产生一总体强化图像。