本发明提供一种运用像素区域特性的图像锐度强化方法及系统。所述系统包括:一最小值产生单元接收一局部区域中的像素,输出局部区域中最小的像素亮度值。一最大值产生单元接收该局部区域中的像素,输出该局部区域中最大的像素亮度值。一减法单元将该最大的像素亮度值减去该最小的像素亮度值,进而产生一差值。一局部区域平均值单元计算局部区域中的像素亮度平均值,以输出一区域平均值。一锐度计算单元依据该差值、区域平均值及一可调整系数,用以计算一像素(i,j)的锐度因子。一锐化处理单元依据该锐度因子,用以对像素(i,j)进行锐化处理。
1.一种图像锐度强化方法,对一图像的亮度信号执行锐度强化运算,其中,该图像是由多个像素以矩阵排列所构成,该方法包括步骤:A)针对一局部区域撷取其局部区域特征,用以找寻该局部区域中一最大的像素亮度值及一最小的像素亮度值,进而计算一差值及一区域平均值,其中该局部区域包含一像素;B)依据该差值,以计算该像素的锐度因子;C)依据该锐度因子,对该像素进行锐化处理;以及D)重复前述步骤A)至C),直到该图像中所有像素均执行前述锐化处理。
2.根据权利要求1所述的图像锐度强化方法,其中,该局部区域是以该像素为中心的一3X3区域,其还包含位于该像素的左上、上方、右上、左侧、右侧、左下、下方及右下像素。
3.根据权利要求2所述的图像锐度强化方法,其中,该差值为该最大的像素亮度值减去该最小的像素亮度值,该局部区域平均值为将该局部区域中所有像素亮度值相加再除以该局部区域中所有像素的数目。
4.根据权利要求3所述的图像锐度强化方法,其中,该锐度因子使用下列公式表示:s=r-(diff÷256),其中,s为该锐度因子,diff为该差值,r为一可调整系数,2≤r≤3。
5.根据权利要求3所述的图像锐度强化方法,其中,对该像素执行锐化处理是对该像素执行下列公式:p’=localmean+s×(p-localmean),其中,localmean为该局部区域平均值,s为该锐度因子,p为该像素的亮度值,p’为执行锐化处理后该像素(i,j)的亮度值。
6.根据权利要求1所述的图像锐度强化方法,其中在步骤A)之前还包含步骤:A0)将该图像由RGB域转换至YCbCr域。
7.根据权利要求6所述的图像锐度强化方法,其中在步骤D)之后还包含步骤:E)将该图像由该YCbCr域转换至该RGB域。
8.根据权利要求5所述的图像锐度强化方法,其中,该局部区域平均值是将位于该像素的左上、上方、右上、左侧、右侧、左下、下方及右下像素的亮度值相加后再向右移3位,再与该像素的亮度值相加后再向右移1位。
9.根据权利要求8所述的图像锐度强化方法,其中,当该锐度因子为1时,不进行前述锐化处理,当该锐度因子为3时,进行深度锐化,进而让该像素与该局部区域中的其它像素产生较大的差别。
10.一种运用像素区域特性的图像锐度强化系统,其对一图像的亮度信号执行锐度强化运算,该图像是由多个像素以矩阵排列所构成,该系统包含:一缓冲器,用以暂存该图像的一局部区域中的像素亮度值,其中该局部区域中具有相对应的像素;一最小值产生单元,连接至该缓冲器,用以接收该局部区域中相对应的该像素,进而输出该局部区域中最小的像素亮度值;一最大值产生单元,连接至该缓冲器,用以接收该局部区域中相对应的该像素,进而输出该局部区域中最大的像素亮度值;一减法单元,连接至该最小值产生器及该最大值产生器,用以将该最大的像素亮度值减去该最小的像素亮度值,进而产生一差值;一区域平均值单元,连接至该缓冲器,用以计算该局部区域中相对应的该像素的亮度平均值,进而输出一区域平均值;一锐度计算单元,连接至该减法单元及该局部区域平均值单元,其依据该差值、该区域平均值及一可调整系数,用以计算该像素的锐度因子;一锐化处理单元,连接至该缓冲器及该锐度计算单元,依据该锐度因子,对该像素进行锐化处理。
11.根据权利要求10所述的运用像素区域特性的图像锐度强化系统,其中,该局部区域是以该像素为中心的一3X3区域,其还包含位于该像素的左上、上方、右上、左侧、右侧、左下、下方及右下像素。
12.根据权利要求11所述的运用像素区域特性的图像锐度强化系统,其中,该局部区域平均值为将该局部区域中所有像素亮度值相加再除以该局部区域中的所有像素的数目。
13.根据权利要求12所述的运用像素区域特性的图像锐度强化系统,其中,该锐度因子使用下列公式表示:s=r-(diff÷256),其中,s为该锐度因子,diff为该差值,r为该可调整系数,2≤r≤3。
14.根据权利要求13所述的运用像素区域特性的图像锐度强化系统,其中,该锐化处理单元对该像素(i,j)进行锐化处理是对该像素执行下列公式:p’=localmean+s×(p-localmean),其中,localmean为该局部区域平均值,s为该锐度因子,p为该像素的亮度值,p’为执行锐化处理后该像素的亮度值。
15.根据权利要求10所述的运用像素区域特性的图像锐度强化系统,其还包含:一RGB至YCbCr转换单元,将该图像由RGB域转换至YCbCr域,进而输出至该缓冲器;及一YCbCr至RGB转换单元,连接至该该锐化处理单元,用以将该图像由该YCbCr域转换至该RGB域。
16.根据权利要求14所述的运用像素区域特性的图像锐度强化系统,其中,该局部区域平均值是将位于该像素的左上、上方、右上、左侧、右侧、左下、下方及右下像素的亮度值相加后再向右移3位,再与该像素的亮度值相加后再向右移1位。
17.根据权利要求16所述的运用像素区域特性的图像锐度强化系统,其中,当该锐度因子为1时,不进行该锐化处理,当该锐度因子为3时,进行深度锐化,进而让该像素与该局部区域中的其它像素产生较大的差别。技术领域
本发明涉及图像处理的技术领域,尤指一种运用像素区域特性的图像锐度强化方法及系统。
背景技术
由于图像中的边缘及其它灰阶突然地改变处通常与图像中的高频成分相关,因此图像锐度强化通常利用高通滤波达成,即该高通滤波衰减图像中的低频成分而不会干扰到图像中的高频成分。然而仅单独使用高通滤波会衰减图像中的低频成分,进而造成图像失真。为解决使用高通滤波所造成图像失真的问题,现有技术先使用反锐化掩模(unsharpxa0masking)用以增强图像的锐度,其中,反锐化掩模将一张原始图像减去该图像的模糊版本,进而获得一锐化图像。反锐化掩模可用系列数学公式表示: f s ( x , y ) = f ( x , y ) - f ‾ ( x , y ) , - - - ( 1 ) ]]>其中,f(x,y)为一原始图像,或是未经反锐化掩模处理的图像,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="157"/>为该图像的模糊版本,f_s(x,y)为经由反锐化掩模处理后的图像。高增强滤波(high-boostingxa0filtering)是反锐化掩模的下一代技术。其中,高增强滤波图像(high-boostingxa0filteringxa0image)定义为: f hb ( x , y ) = A × f ( x , y ) - f ‾ ( x , y ) , - - - ( 2 ) ]]>其中,A大于或等于1,f(x,y)为一原始图像,或是未经反锐化掩模处理的图像,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="155"/>为该图像的模糊版本,f_hb(x,y)为高增强滤波图像。高增强滤波图像f_hb(x,y)可改写为: f hb ( x , y ) = ( A - 1 ) × f ( x , y ) + f ( x , y ) - f ‾ ( x , y ) , - - - ( 3 ) ]]>由公式(1),公式(3)可改写为:f_hb(x,y)=(A-1)×f(x,y)+f_s(x,y)。(4)其中,高增强滤波可由图1中的掩模予以实现。当A=1时,高增强滤波类似拉普拉斯锐化(Laplacianxa0sharpening),当A大于1,且越来越大时,锐化程序的贡献度则越来越少。当A够大时,高增强滤波图像可视为原始图像乘上一常数。不论是拉普拉斯锐化、反锐化掩模或是高增强滤波,当使用掩模运算时,需使用9个乘法器及8个加法器,其硬件成本极高而不符合实际的需要,因此现有图像锐度强化方法及系统仍有诸多缺失而有予以改善的必要。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种运用像素区域特性的图像锐度强化方法及系统,其提供了一个不同于现有使用反锐化掩模(unsharpxa0masking)的简单方法及系统来强化图像锐度。并且能根据图像区域性内容的差异,产生不同大小的锐度因子,避免产生过度或者不足的锐度增强。同时也避免现有使用滤波器需使用大量硬件的缺点。依据本发明的一个特色,本发明提出一种图像锐度强化方法,对一图像的亮度信号执行锐度强化运算,其中,该图像是由多个像素以矩阵排列所构成,该方法包括步骤:A)针对一局部区域撷取其局部区域特征,用以找寻该局部区域中一最大的像素亮度值及一最小的像素亮度值,进而计算一差值及一区域平均值,其中该局部区域包含一像素;B)依据该差值,以计算该像素(i,j)的锐度因子;C)依据该锐度因子,对该像素(i,j)进行锐化处理;D)重复前述步骤A)至C),直到该图像中所有像素均执行前述锐化处理。依据本发明的另一特色,本发明提出一种运用像素区域特性的图像锐度强化系统,其对一图像的亮度信号执行锐度强化运算,该图像是多个像素以矩阵排列所构成,该系统包含一缓冲器、一最小值产生单元、一最大值产生单元、一减法单元、一区域平均值单元、一锐度计算单元、及一锐化处理单元。该缓冲器暂存该图像的一局部区域中的像素亮度值,其中该局部区域中具有相对应的像素。该最小值产生单元连接至该缓冲器,用以接收该局部区域中相对应的该像素,进而输出该局部区域中最小的像素亮度值。该最大值产生单元连接至该缓冲器,用以接收该局部区域中相对应的该像素,进而输出该局部区域中最大的像素亮度值。该减法单元连接至该最小值产生器及该最大值产生器,用以将该最大的像素亮度值减去该最小的像素亮度值,进而产生一差值。该局部区域平均值单元连接至该缓冲器,用以计算该局部区域中相对应的该像素的亮度平均值,进而输出一区域平均值。该锐度计算单元连接至该减法单元及该局部区域平均值单元,其依据该差值、该区域平均值及一可调整系数,用以计算该像素(i,j)的锐度因子。该锐化处理单元连接至该缓冲器及该锐度计算单元,依据该锐度因子,对该像素(i,j)进行锐化处理。
附图说明
图1是现有高增强滤波的掩模的示意图。图2是本发明运用像素区域特性的图像锐度强化系统的方块图。图3是本发明的局部区域的示意图。图4是本发明的最小值产生单元的示意图。图5是本发明运用像素区域特性的图像锐度强化方法的流程图。主要组件符号说明运用像素区域特性的图像锐度强化系统200缓冲器xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0210xa0xa0xa0xa0最小值产生单元xa0xa0xa0xa0220最大值产生单元xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0230xa0xa0xa0xa0减法单元xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0240局部区域平均值单元xa0xa0xa0xa0250xa0xa0xa0xa0锐度计算单元xa0xa0xa0xa0xa0xa0260锐化处理单元xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0270xa0xa0xa0xa0RGB至YCbCr转换单元280YCbCr至RGB转换单元xa0xa0xa0xa0290步骤A0、步骤A、步骤B、步骤C、步骤D、步骤E。
具体实施方式
本发明涉及一种运用像素区域特性的图像锐度强化方法和系统,其对于一图像的亮度信号执行锐度强化,该图像是由矩阵排列的多个像素所构成。图2是本发明运用像素区域特性的图像锐度强化系统的方块图。该系统200包含一缓冲器210、一最小值产生单元220、一最大值产生单元230、一减法单元240、一局部区域平均值单元250、一锐度计算单元260、一锐化处理单元270、一RGB至YCbCr转换单元280、及一YCbCr至RGB转换单元290。该RGB至YCbCr转换单元280将该图像由RGB域(RGBxa0domain)转换至YCbCr域。该缓冲器210连接至该RGB至YCbCr转换单元280,以暂存该图像的一局部区域中像素的亮度信号,其中,该局部区域中具有一像素(i,j),i,j表示像素在该图像中的位置索引。图3是本发明的局部区域的示意图,其中,该局部区域是以该像素(i,j)为中心的一3X3区域,其包含该像素(i,j)及位于该像素(i,j)的左上、上方、右上、左侧、右侧、左下、下方及右下的像素(i-1,j-1)、像素(i-1,j)、像素(i-1,j+1)、像素(i,j-1)、像素(i,j+1)、像素(i+1,j-1)、像素(i+1,j)、及像素(i+1,j+1)。该最小值产生单元220连接至该缓冲器210,用以接收该局部区域中的像素,并输出该局部区域中最小的像素亮度值min。图4是本发明的最小值产生单元220的示意图,该最小值产生单元220可由一VHDL程序代码所描述,本领域技术人员也可改写成Verilog程序代码、或是Systemxa0C程序代码。该最大值产生单元230连接至该缓冲器210,以接收该局部区域中的像素,输出该局部区域中最大的像素亮度值max。该减法单元240连接至该最小值产生器220及该最大值产生器230,用以将该最大的像素亮度值max减去该最小的像素亮度值min,进而产生一差值diff。该局部区域平均值单元250连接至该缓冲器210,用以计算该局部区域中的像素亮度平均值,进而输出一局部区域平均值localmean,其中该局部区域平均值localmean为将该局部区域中所有像素亮度值相加再除以该局部区域中像素的数目。在本实施例中,该局部区域平均值localmean是将像素(i-1,j-1)、像素(i-1,j)、像素(i-1,j+1)、像素(i,j-1)、像素(i,j)、像素(i,j+1)、像素(i+1,j-1)、像素(i+1,j)、及像素(i+1,j+1)的亮度值相加后再除以9。或者可先将像素(i,j)以外的8个像素的亮度值相加后再向右移3位,再与像素(i,j)的亮度值相加后再向右移1位,由此以避免使用除法器。该锐度计算单元260连接至该减法单元240及该局部区域平均值单元250,其依据该差值diff、区域平均值localmean及一可调整系数r,用以计算该像素(i,j)的锐度因子。其中,该锐度因子使用下列公式表示:s=r-(diff÷256),其中,s为该锐度因子,diff为该差值,r为该可调整系数,2≤r≤3。由于2≤r≤3、且差值diff小于256,故1≤s≤3。该锐化处理单元270连接至该缓冲器210及该锐度计算单元260,依据该锐度因子s,对该像素(i,j)进行锐化处理。其中,该锐化处理单元270对该像素(i,j)进行锐化处理是对该像素(i,j)执行下列公式:p’=localmean+s×(p-localmean),其中,localmean为该局部区域平均值,s为该锐度,p为该像素(i,j)的亮度值,p’为执行锐化处理后该像素(i,j)的亮度值。当s=1时,p’=p,不进行锐化,当s=3时,p’=3×p-2×localmean,表示进行深度锐化,用以让该像素(i,j)与该局部区域中的其它像素有较大的差别,进而达到锐化的目的。该YCbCr至RGB转换单元290连接至该该锐化处理单元270,以将该图像由YCbCr域转换至RGB域(RGBxa0domain)。本领域技术人员可依据前面关于该最大值产生单元230、该减法单元240、该局部区域平均值单元250、该锐度计算单元260、该锐化处理单元270的描述,而改写图4的程序代码,故不予赘述。图5是本发明运用像素区域特性的图像锐度强化方法的流程图,其对一图像的亮度信号执行锐度强化,该图像是由矩阵排列的多个像素所构成。首先,在步骤A0中,将该图像由RGB域转换至YCbCr域。在步骤A中,对包含一像素(i,j)的一局部区域撷取其局部区域特征,其找寻该局部区域中最大的像素亮度值max及最小的像素亮度值min,进而计算一差值diff及一区域平均值localmean。该局部区域是以该像素(i,j)为中心的一NxN区域,例如3X3区域,其包含该像素(i,j)及位于该像素(i,j)的左上、上方、右上、左侧、右侧、左下、下方及右下的像素(i-1,j-1)、像素(i-1,j)、像素(i-1,j+1)、像素(i,j-1)、像素(i,j+1)、像素(i+1,j-1)、像素(i+1,j)、及像素(i+1,j+1),其中,该差值diff为该局部区域中最大的像素亮度值max减去最小的像素亮度值min,该局部区域平均值localmean为将该局部区域中所有像素亮度值相加再除以该局部区域中的像素数目。在本实施例中,该局部区域平均值localmean是将像素(i-1,j-1)、像素(i-1,j)、像素(i-1,j+1)、像素(i,j-1)、像素(i,j)、像素(i,j+1)、像素(i+1,j-1)、像素(i+1,j)、及像素(i+1,j+1)的亮度值相加后再除以9。或者可先将像素(i,j)以外的8个像素的亮度值相加后再向右移3位,再与像素(i,j)的亮度值相加后再向右移1位,由此以避免使用除法器。在步骤B中,依据该差值diff,以计算该像素(i,j)的锐度因子s。其中,该锐度因子s使用下列公式表示:s=r-(diff÷256),其中,s为该锐度因子,diff为该差值,r为一可调整系数,2≤r≤3。由于2≤r≤3、且差值diff小于256,故1≤s≤3。在步骤C中,依据该锐度因子s,对该像素(i,j)进行锐化处理。其中,对该像素(i,j)执行锐化处理是对该像素(i,j)执行下列公式:p’=localmean+s×(p-localmean),其中,localmean为该局部区域平均值localmean,s为该锐度因子,p为该像素(i,j)的亮度值,p’为执行锐化处理后该像素(i,j)的亮度值。当s=1时,p’=p,不进行锐化,当s=2时,p’=3×p-2×localmean,进行深度锐化,以让该像素(i,j)与该局部区域中的其它像素有较大的差别,以达到锐化的目的。在步骤D中,重复前述步骤A至C,直至该图像所有像素均执行锐化处理。在步骤E中,将该图像由YCbCr域转换至RGB域(RGBxa0domain)。由前述说明可知,本发明无需像现有技术进行高通滤波,也无需执行边缘检测,即可达到图像锐化的目的。本发明在亮度域(Lumaxa0domain)进行分析与调整,通过区域对比增强(Localxa0contrastxa0stretching)的方式,来达成图像锐化的目的。本发明所采用的区域对比增强(Localxa0contrastxa0stretching)能够强化图像中的区域对比,包括针对边缘方向的对比,当边缘方向的对比提升之后,图像的锐度自然获得提升。同时,图像锐化的程度可由锐度因子决定,而锐度因子是通过分析图像中区域特性来产生,根据图像中区域特性的不同,进行不同程度的锐度增强,从而可以得到较为自然的图像。更进一步地,本发明提供了一个不同于现有使用反锐化掩模(unsharpxa0masking)方法来强化图像锐度。并且能根据图像区域性内容的差异,产生不同大小的锐度因子,避免产生不适当地锐度增强。同时,也避免现有使用滤波器需使用大量乘法器与加法器的硬件的缺点。由上述可知,本发明无论就目的、手段及功效,均显示其迥异于现有技术的特征,极具实用价值。但是应注意的是,上述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已,本发明所主张的权利范围自应以权利要求所述为准,而非仅限于上述实施例。