TWI566232B - Image brightness adjustment circuit - Google Patents

Description

影像亮度調整電路

本發明係一種影像調整電路，尤指一種影像亮度調整電路。

在高度科技化的現今社會中，電子產品已逐漸融入人們的居家生活，從提供娛樂的電視、遊戲機，到工作上使用的電腦或是智慧型手機等，都顯示出人們在日常生活上對這些電子產品的依賴性。其中，無論是工作上的需求，或是生活上的娛樂，電視、投影機、液晶顯示器等顯示裝置皆為不可或缺的電子產品。

其中，又以液晶顯示器為現今社會之主流，但使用液晶顯示器雖可增加螢幕的尺寸，但與使用陰極射線管之電視機相比，影像亮度會降低，然而，隨著人們對影像品質的要求愈來愈高，發展出許多影像亮度處理技術，對於過暗的影像，只要經過適當的影像處理，就能提升影像之亮度。

影像亮度調整的方法有很多種，例如中華民國專利公開號第200403626號之具色彩維持之可調式對比與亮度加強方法，請參閱第一圖，中華民國專利公開號第200403626號之第一實施例之對比與亮度加強裝置100包括第一影像轉換電路10，最大值輸出電路20，第一發光位準轉換電路30，第二影像轉換電路40，第二發光位準轉換電路50與位準平滑電路60。第一影像轉換電路10接收RGB影像信號(RGB)，將RGB信號轉換成YCbCr色彩間距(color space)，並輸出數位發光位準Y與色差資訊至第一發光位準轉換 電路30。色差資訊包括兩個色差成份Cb與Cr。Cb代表藍色信號與參考信號間之差異，而Cr代表紅色信號與參考信號間之差異。因此，第一影像轉換電路10將8位元RGB資料轉換成8位元YCbCr資料。最大值輸出電路20接收輸入之RGB影像信號(RGB)，將RGB影像信號之位準彼此比較，並將具有RGB影像信號(RGB)中之最大位準之信號M1輸出至第二發光位準轉換電路50。

第一發光位準轉換電路30接收第一影像轉換電路10之輸出信號YCbCr，並依據輸出信號YCbCr與第一控制信號CHM而輸出所得到Y’CbCr至第二影像轉換電路40。亦即，第一發光位準轉換電路30依既定增益C_gain而只減少發光資訊Y之位準。

由上述可知，中華民國專利公開號第200403626號之裝置需要設置第一影像轉換電路10與第二影像轉換電路40，第一影像轉換電路10將8位元RGB資料轉換成8位元YCbCr資料，與將所接收之信號轉換成RGB影像信號，第二影像轉換電路40再將接受到的Y’CbCr轉換為R₁G₁B₁並輸出至顯示裝置。然而，此種方式不論是電路複雜度亦或是在成本上都有很大的進步空間。

因此，近年來發展出一種不需轉換色彩值(RGB)而可直接對色彩值進行調整而對亮度調整之裝置，但是一般直接利用色彩值進行亮度調整的方法為直接對複數色彩值(R、G、B)分別加上同一個調整值，然而此種方式若色彩值(R、G、B)分別為(240、150、100)，而調整值為30時，紅色色彩值R加上調整值後為270，但由於色彩值之上限為255，因此加上調整值後紅色色彩值R會停留在255，而綠色色彩值G與藍色色彩值B則持續上升為180與，而產生亮度過飽和的問題，故，需要一種發明以解決上述之問題。

為了解決上述問題，本發明針對上述之問題提供了一種電路 複雜度與成本低，且可解決影像亮度過飽和的問題之影像亮度調整電路。

本發明之主要目的，係提供一種影像亮度調整電路，其藉由將複數輸入色彩值(R、G、B)之其中之一進行補數運算，以達到調整影像之亮度的目的，且不會有亮度過飽和的問題。

為了達到上述各目的及其功效，本發明揭示一種影像亮度調整電路，其包含一第一調整電路與一加法單元。第一調整電路接收複數輸入色彩值，並將該些輸入色彩值之其中之一進行補數運算，以產生一第一調整值；加法單元耦接第一調整電路，並接收第一調整值與該些輸入色彩值而將第一調整值加至該些輸入色彩值中，而產生複數輸出色彩值。以達到調整影像之亮度的目的，且不會有亮度過飽和的問題。

10‧‧‧第一調整電路

101‧‧‧第一選擇單元

103‧‧‧運算單元

105‧‧‧第一增益調整單元

30‧‧‧加法單元

301‧‧‧第一加法器

303‧‧‧第二加法器

305‧‧‧第三加法器

50‧‧‧顯示面板

70‧‧‧第二調整電路

701‧‧‧第二選擇單元

703‧‧‧第二增益調整單元

第一圖：其係為習知影像亮度調整方法之電路方塊圖；第二圖：其係為本發明第一實施例之電路方塊圖；第三圖：其係為本發明第一實施例之輸入色彩值與輸出色彩值之關係圖；第四圖：其係為本發明第二實施例電路方塊圖；及第五圖：其係為本發明第二實施例之輸入色彩值與輸出色彩值之關係圖；第六圖：其係為本發明第三實施例之輸入色彩值與輸出色彩值之關係圖；第七(A)圖：其係為本發明第二實施例之影像示意圖； 第七(B)圖：其係為本發明第二實施例之影像直方圖；第八(A)圖：其係為本發明第二、三實施例調整前之影像示意圖；第八(B)圖：其係為本發明第二、三實施例調整前之影像直方圖；第九(A)圖：其係為本發明第三實施例之影像示意圖；以及第九(B)圖：其係為本發明第三實施例之影像直方圖。

為使 貴審查委員對本發明之結構特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：請參閱第二圖，其係為本發明之第一實施例之影像亮度調整電路的方塊圖，如圖所示，本發明之影像亮度調整電路連接一顯示面板50，以提供複數輸出色彩值(R'、G'、B')至顯示面板50。本發明之影像亮度調整電路包含一第一調整電路10以及一加法單元30。第一調整電路10接收複數輸入色彩值(R、G、B)，該些輸入色彩值(R、G、B)包含一紅色輸入色彩值R、一綠色輸入色彩值G與一藍色輸入色彩值B，第一調整電路10選擇該些輸入色彩值(R、G、B)之其中之一，而對該些輸入色彩值(R、G、B)之其中之一進行補數運算，於本實施例中，第一調整電路10選擇該些輸入色彩值(R、G、B)之一最大值，並第一調整電路10對輸入色彩值(R、G、B)之最大值進行1的補數(1’s complements)運算後，再乘以一第一增益值G_K而產生一第一調整值X。加法單元30接收輸入色彩值(R、G、B)與第一調整值X，並將第一調整值X分別加至輸 入色彩值(R、G、B)而產生複數輸出色彩值(R'、G'、B')，以調整該些輸入色彩值(R、G、B)，並傳送該些輸出色彩值(R'、G'、B')至顯示面板50。其中，該些輸出色彩值(R'、G'、B')包含一紅色輸出色彩值R'、一綠色輸出色彩值G'與一藍色輸出色彩值B'。顯示面板50可為任何形式之顯示面板，例如液晶顯示面板。

承上所述，第一調整電路10包含一第一選擇單元101、一運算單元103以及一第一增益調整單元105。第一選擇單元101接收該些輸入色彩值(R、G、B)，並選擇該些輸入色彩值(R、G、B)之最大值，並將最大值輸出。運算單元103對最大值進行1的補數運算後，輸出一運算值，舉例而言，在8位元的狀況下，是以(255-最大值)來獲得補數運算值。第一增益調整單元105接收運算值，並將運算值乘以第一增益值G_K而輸出第一調整值X。其中，第一增益調整單元105為一乘法器，但是亦可為一內存有增益值之暫存器，而第一增益值G_K為-1至1間之任意數。

加法單元30包含一第一加法器301、一第二加法器303以及一第三加法器305。第一加法器301接收紅色輸入色彩值R與第一調整值X，並將紅色輸入色彩值R與第一調整值X相加而產生紅色輸出色彩值R'，第二加法器303接收綠色輸入色彩值G與第一調整值X，並將綠色輸入色彩值G與第一調整值X相加而產生綠色輸出色彩值G'，第三加法器305接收藍色輸入色彩值B與第一調整值X，並將藍色輸入色彩值B與第一調整值X相加而產生藍色輸出色彩值B'，其中，該些輸出色彩值(R'、G'、B')也可表示為(R+X、G+X、B+X)。

請一併參閱第三圖，其顯示本發明之第一實施例之影像亮度調整電路之紅色輸入色彩值R、綠色輸入色彩值G、藍色輸入色彩 值B、第一調整值X、紅色輸出色彩值R'、綠色輸出色彩值G'與藍色輸出色彩值B'間的關係。其中，垂直軸上之值255是色彩值之上限，若紅色輸入色彩值R為155，綠色輸入色彩值G為95與藍色輸入色彩值B為35，而第一增益值G_K設定為0.5(圖中未示)，所以，該些輸入色彩值(R、G、B)中的最大值為紅色輸入色彩值R為155，之後，對輸入色彩值(R、G、B)中之最大值進行1的補數運算後，再乘以第一增益值G_K而產生第一調整值X，也就是X=(255-R)*G_K，即X=(255-155)*0.5=50，接著將第一調整值X分別加至該些輸入色彩值(R、G、B)而產生該些輸出色彩值(R'、G'、B')，即紅色輸出色彩值R'=R+X=155+50=205，綠色輸出色彩值G'=G+X=95+50=145，藍色輸出色彩值B'=B+X=35+50=85。

由上述可知，由於本發明之第一實施例是將該些輸入色彩值(R、G、B)中之最大值做1的補數運算後，乘以第一增益值G_K得到第一調整值X，接著再將第一調整值X分別加至輸入色彩值(R、G、B)中，其中，對最大值取1的補數也就是用色彩值之上限255減去最大值，其用意是為了取該些輸入色彩值(R、G、B)的最大亮度調整空間，以避免產生亮度過飽和的問題，並且第一增益值G_K為-1至1間之任意數，因此，將進行補數運算後之最大值乘以G_K後所得之第一調整值X加至輸入色彩值(R、G、B)所得之輸出色彩值(R'、G'、B')必然不會超過上限值255，所以本發明不會產生亮度過飽和的問題。

此外，本發明之運算單元103並不侷限進行1的補數運算，亦可進行2的補數運算，所以，運算單元103做任何補數運算皆為本發明所要保護的範圍。

請參閱第四圖，其係為本發明之第二實施例之影像亮度調整 電路的方塊圖，如圖所示，本實施例與第一實施例不同之處，在於此實施例之影像亮度調整電路中更包含一第二調整電路70。第二調整電路70接收該些輸入色彩值(R、G、B)，並將該些輸入色彩值(R、G、B)之一最小值乘以一第二增益值G_W而產生一第二調整值Y。

承上所述，第二調整電路70包含一第二選擇單元701以及一第二增益調整單元703。第二選擇單元701接收該些輸入色彩值(R、G、B)，並選擇該些輸入色彩值(R、G、B)之一最小值，並將最小值輸出至第二增益調整單元703。第二增益調整單元703接收最小值，並將最小值乘以第二增益值G_W而產生第二調整值Y，並輸出第二調整值Y至加法單元30。其中，第二增益調整單元703為一乘法器，但是亦可為一內存有增益值之暫存器，而第二增益值G_W為-1至1間之任意數。

接著，加法單元30之第一加法器301接收紅色輸入色彩值R、第一調整值X與第二調整值Y，並將紅色輸入色彩值R、第一調整值X與第二調整值Y相加而產生紅色輸出色彩值R'，第二加法器303接收綠色輸入色彩值G、第一調整值X與第二調整值Y，並將綠色輸入色彩值G、第一調整值X與第二調整值Y相加而產生綠色輸出色彩值G'，第三加法器305接收藍色輸入色彩值B、第一調整值X與第二調整值Y，並將藍色輸入色彩值B、第一調整值X與第二調整值Y相加而產生藍色輸出色彩值B'，而輸出色彩值(R'、G'、B')可表示為(R+X+Y、G+X+Y、B+X+Y)。

請一併參閱第五圖，其顯示本發明之第二實施例之影像亮度調整電路之紅色輸入色彩值R、綠色輸入色彩值G、藍色輸入色彩值B、第一調整值X、第二調整值Y、紅色輸出色彩值R'、綠色輸 出色彩值G'與藍色輸出色彩值B'間的關係。其中，垂直軸上之值255是色彩值之上限，若紅色輸入色彩值R為155，綠色輸入色彩值G為95，藍色輸入色彩值B為35，而第一增益值G_K設定為0.5、第二增益值G_W設定為-0.6(圖中未示)時，該些輸入色彩值(R、G、B)的最大值與最小值分別為紅色輸入色彩值R為155與藍色輸入色彩值B為35。之後，對該些輸入色彩值(R、G、B)中之最大值進行1的補數運算後，乘以第一增益值G_K而產生第一調整值X，X=(255-R)*G_K，X=(255-155)*0.5=50，將該些輸入色彩值(R、G、B)中之最小值乘以第二增益值G_W而輸出一第二調整值Y，也就是Y=B*G_W，Y=35*(-0.6)=-21，接著將第一調整值X與第二調整值Y分別加至該些輸入色彩值(R、G、B)而產生該些輸出色彩值(R'、G'、B')，即紅色輸出色彩值R'=R+X+Y=155+50-21=184，綠色輸出色彩值G'=G+X+Y=95+50-21=124，藍色輸出色彩值B'=B+X+=35+50-21=64。

由上述可知，由於本發明之第二實施例是將輸入色彩值(R、G、B)中之最大值做1的補數運算後，乘以第一增益值G_K而得到第一調整值X，並將輸入色彩值(R、G、B)中之最小值乘以第二增益值G_W而得到第二調整值Y，接著再將第一調整值X與第二調整值Y分別加至輸入色彩值(R、G、B)中，其中，對最大值取1的補數也就是用色彩值之上限255減去最大值，而G_K與G_W為-1至1間之任意數，因此，於此實施例中將G_K設定為正數，將G_W設定為負數之情況中，將補數運算後之最大值乘以G_K所得之第一調整值X與將最小值乘以G_W所得之第二調整值Y，加至輸入色彩值(R、G、B)所得之輸出色彩值(R'、G'、B')必然不會超過上限值255，所以本發明不會產生亮度過飽和的問題。

請一併參閱第六圖，其顯示本發明之第三實施例之影像亮度調整電路之紅色輸入色彩值R、綠色輸入色彩值G、藍色輸入色彩值B、第一調整值X、第二調整值Y、紅色輸出色彩值R'、綠色輸出色彩值G'與藍色輸出色彩值B'間的關係，此實施例與第二實施例之差異僅在於，此實施例將第一增益值G_K設定為-0.5，而將第二增益值G_W設定為0.6。之後，對該些輸入色彩值(R、G、B)中之最大值進行1的補數運算後，乘以第一增益值G_K而產生第一調整值X，X=(255-R)*G_K，X=(255-155)*(-0.5)=-50，將該些輸入色彩值(R、G、B)中之最小值乘以第二增益值G_W而輸出一第二調整值Y，也就是Y=B*G_W，Y=35*0.6=21，接著將第一調整值X與第二調整值Y分別加至該些輸入色彩值(R、G、B)而產生該些輸出色彩值(R'、G'、B')，即紅色輸出色彩值R'=R+X+Y=155-50+21=126，綠色輸出色彩值G'=G+X+Y=95-50+21=66，藍色輸出色彩值B'=B+X+=35-50+21=6。

由上述可知，於第三實施例中將G_K設定為負數，將G_W設定為正數之情況中，將補數運算後之最大值乘以G_K所得之第一調整值X與將最小值乘以G_W所得之第二調整值Y，加至輸入色彩值(R、G、B)所得之輸出色彩值(R'、G'、B')為將影像調暗。

另外，請一併參閱第七(A)圖至第九(B)圖，其中第八(A)圖為本發明之第二與第三實施例之影像亮度調整電路調整前之影像示意圖，也就是輸入色彩值(R、G、B)為(155、95、35)之影像，第八(B)圖則為其對應之影像直方圖，而第七(A)、(B)圖為第二實施例調整後之影像示意圖及其直方圖，第九(A)、(B)則為第三實施例調整後之影像示意圖及其直方圖。

如第七(A)圖與第八(A)圖所示，經本發明之第二實施例的亮 度調整後，第七(A)圖的亮度明顯高於第八(A)圖，且不會有亮度過飽和的問題。

而從第九(A)圖與第八(A)圖可看出，經本發明之第三實施例的亮度調整後，第九(A)圖的亮度明顯低於第八(A)圖，且從第九(B)圖與第八(B)圖可得知，經過第三實施例將第一增益值G_K設定為負數而將第二增益值G_W設定為正數之方式調整後，其亮點會較第八(B)圖(調整前)為向右移，而其暗點會較第八(B)圖(調整前)為向左移，也就是直方圖的寬度拉長，而使影像的對比度增加。

綜上所述，本發明之影像亮度調整電路，其利用將該些輸入色彩值中之最大值作1的補數運算後乘以第一增益值而得到第一調整值，再將第一調整值分別加至該些輸入色彩值中，以達到對影像進行亮度調整的目的。由於，第一增益值為-1至1間之任意數，所以第一調整值為最大值進行1的補數運算後再乘以一個-1至1間的值所得之值，因此，第一調整值加至輸入色彩值中所得之輸出色彩值必然不會超過色彩值的上限。且，本發明之影像亮度調整電路更可將該些輸入色彩值中之最小值乘以第二增益值後所得到之第二調整值與第一調整值分別加至該些輸入色彩值中，以達到對影像進行亮度調整的目的。藉由上述之方式本發明之影像亮度調整電路不僅可達到對影像進行亮度調整的目的，且更可解決習知亮度調整之裝置會有亮度過飽和的問題。

惟以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

本發明係實為一具有新穎性、進步性及可供產業利用者，應 符合我國專利法所規定之專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈 鈞局早日賜准專利，至感為禱。

10‧‧‧第一調整電路

101‧‧‧第一選擇單元

103‧‧‧運算單元

105‧‧‧第一增益調整單元

30‧‧‧加法單元

301‧‧‧第一加法器

303‧‧‧第二加法器

305‧‧‧第三加法器

50‧‧‧顯示面板

Claims (8)

1. 一種影像亮度調整電路，其包含：一第一調整電路，接收複數輸入色彩值，並將該些輸入色彩值之一最大值進行補數運算，以產生一第一調整值；一加法單元，耦接該第一調整電路據以接收該第一調整值與該些輸入色彩值，並將該第一調整值加至該些輸入色彩值而產生複數輸出色彩值；以及一第二調整電路，接收該些輸入色彩值，並選擇該些輸入色彩值之一最小值而乘以一增益值而產生一第二調整值，並傳送該第二調整值至該加法單元，該加法單元更將該第二調整值分別加至該些輸入色彩值而調整該些輸出色彩值；其中，該第一調整值與該第二調整值之一為正值，且另一為負值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之影像亮度調整電路，其中該第一調整電路對該些輸入色彩值之該最大值進行1的補數運算。
3. 如申請專利範圍第1項所述之影像亮度調整電路，其中該第一調整電路包含：一第一選擇單元，接收該些輸入色彩值，並選擇該些輸入色彩值之該最大值而輸出；以及一運算單元，接收該第一選擇單元輸出之該些輸入色彩值之該最大值，並對該第一選擇單元輸出之該些輸入色彩值之該最大值進行補數運算，以產生該第一調整值。
4. 如申請專利範圍第3項所述之影像亮度調整電路，其中該第一調整電路更包含：一第一增益調整單元，接收該運算單元產生之一運算值，並將該運算值乘以一增益值而輸出該第一調整值。
5. 如申請專利範圍第4項所述之影像亮度調整電路，其中該第一增益調整單元之該增益值為-1至1間之一任意數。
6. 如申請專利範圍第4項所述之影像亮度調整電路，其中該第一增益調整單元為一暫存器或一乘法器。
7. 如申請專利範圍第1項所述之影像亮度調整電路，其中該第二調整電路包含：一第二選擇單元，接收該些輸入色彩值，並選擇該些輸入色彩值之該最小值而輸出；以及一第二增益調整單元，接收該最小值，並將該最小值乘以該增益值而產生該第二調整值。
8. 如申請專利範圍第1項所述之影像亮度調整電路，其中該增益值為-1至1間之一任意數。