CN1430420A - 控制图像亮度的装置和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种图像亮度控制装置和方法，和基于图像的亮度等级和/或亮度范围的一种自适应亮度控制装置和方法。所述的亮度控制装置包括：亮度增量算术单元，用于为像素输出亮度增量；以及单独的分量亮度增量算术单元，用于响应针对像素的亮度增量而输出构成像素的单独的分量的亮度增量。单独的分量亮度增量算术单元，将像素的亮度增量乘以构成像素的分量的每个单位矢量，以获得单独的分量的亮度增量。所述的图像亮度控制装置还包括一个加法器，用于将构成像素的分量加到该分量的亮度增量中。图像亮度控制装置和自适应图像亮度控制装置，可以在维持图像的颜色的感觉(sense)(例如，图像的色调或色彩浓度)的同时增加图像的亮度等级和亮度范围。

Description

控制图像亮度的装置和方法

技术领域

本发明涉及亮度控制电路，更具体地说，涉及基于图像的亮度级别和/或亮度范围的一种图像控制装置和方法、以及一种自适应图像亮度控制装置和方法，当增加在诸如显示监视器或彩色电视(TV)的图像显示装置上显示的整个图像或部分图像的亮度时，这些装置和方法能够维持诸如原始色调(颜色的风格)或色彩浓度的颜色的感觉(sense)。

背景技术

图像亮度控制装置，是一种用于控制所显示的视频图像的亮度的电路。在U.S.Patent No.4,717,953中披露的图像亮度控制电路，将直流(偏置(offset))应用到构成图像信号的红、绿、以及蓝信号上。相应地，传统的图像亮度控制电路在图像的亮度上的增加是有限的。

控制图像的亮度的方法包括：通过将Γ函数(gamma function)应用到亮度信号Y的控制图像的亮度的方法；和通过将Γ函数应用到红、绿、以及蓝信号(下面，称为RGB信号)的控制图像的亮度的方法。在前者的方法中，一路RGB信号被分成一路亮度信号Y和两路色差(color-difference)信号Cb与Cr或I与Q，通过将Γ函数应用到亮度信号Y，来增加图像的亮度，合成的信号被转换回RGB信号。

然而，这种方法会引起一个问题，即，可以再现的颜色超出色域(colorgamut)。这种色域问题的意思是说，亮度增加了的亮度信号Y并没有两个相对应的色差信号。在这种情况下，增加亮度了的图像就不再保持原始的色调和色彩浓度了。这就回引起图像的质量的下降。

在后者的方法中，非线性对合(nonlinear involution)被应用到输入的RGB信号的每一个分量中，并且，相应地，来自输入的RGB信号的输出RGB信号具有不同的比率，也就是说，不同方向矢量，导致颜色变化。

通过由W.K.Pratt，在“数字图像处理(Digital Image Processing)”，Wiley，1978，和R.C.Gonzalez和R.E.Woods，在“Digital Image Processing”，Addison-Wesley，1993中，提出的直方图均衡化(histogram equalization)，可以增加图像的亮度和对比度。然而，在这种直方图均衡化中，来自输入颜色的矢量方向的输出颜色的矢量方向可能会改变，这就导致了颜色变化。

发明内容

为解决上述问题，本发明的第一个目的是提供一种在增加图像的亮度的同时能够保持颜色的感觉(例如，色调、色彩浓度等)的图像亮度控制装置和方法。

本发明的第二个目的是提供一种根据图像的亮度等级自适应地控制图像的亮度的装置及其方法。

本发明的第三个目的是提供一种根据图像的亮度范围自适应地控制图像的亮度的装置及其方法。

为实现第一个目的，本发明提供了一种图像亮度控制装置，该装置包括用于针对像素输出亮度增量的亮度增量算术单元。该图像亮度控制装置也包括单独的分量亮度增量算术单元，该单独的分量亮度增量算术单元用于响应针对像素的亮度增量，来输出构成像素的单独的分量的亮度增量。

单独的分量亮度增量算术单元，将像素的亮度增量乘以构成像素的分量的每个单位矢量，以获得单独的分量的亮度增量。图像亮度控制装置还包括一个加法器，该加法器用于将构成像素的分量加到分量的亮度增量。

为实现第一个目的，本发明也提供了一种图像亮度控制装置，包括：亮度算术单元、参考值算术单元、亮度增量算术单元、单独的分量亮度增量算术单元、和算术单元。亮度算术单元输出一输入信号的亮度。参考值算术单元输出用于输入信号的亮度的参考亮度。亮度增量算术单元输出与参考亮度和输入信号的亮度之间的差值相对应的亮度增量。单独的分量亮度增量算术单元响应用于输入信号的亮度增量，来计算构成输入信号的单独分量的亮度增量。算术单元将构成输入信号的分量加到从单独的分量亮度增量算术单元输出的亮度增量中，以获得亮度增加的信号。

单独的分量亮度增量算术单元，将输入信号的亮度增量乘以构成输入信号的分量的每个单位矢量，以获得单独的分量的亮度增量。

为实现第一个目的，本发明也提供了一种图像亮度控制装置，包括：亮度参数算术单元、参考值算术单元、亮度改善比率除法器、和单独的分量乘法器。亮度参数算术单元输出用于由多个分量组成输入图像信号的亮度参数。参考值算术单元输出用于输出亮度参数的参考亮度值。亮度改善比率除法器将参考亮度值除以从亮度参数算术单元输出的亮度参数，以获得亮度改善比率。单独的分量乘法器将构成输入图像信号的每个分量乘以亮度改善比率。

亮度参数算术单元，将构成输入图像信号的分量之中的最大分量的值确定为亮度参数。

参考值算术单元，使用与一个接收的控制信号相对应的多个参考亮度值函数，来计算与从亮度参数算术单元输出的亮度参数相对应的参考亮度值。

为实现本发明的第一个目的，提供了一种根据本发明的一实施例的图像亮度控制方法。在这个方法中，响应用于像素的亮度增量，来输出用于像素的亮度增量，和输出构成像素的单独的分量的亮度增量。

在输出单独的分量的亮度增量的步骤中，单独的分量的亮度增量，是通过将像素的亮度增量乘以构成像素的分量的每个单位矢量而获得的。该图像亮度控制方法还包括将构成像素的分量加到分量的亮度增量中。

为实现本发明的第一个目的，提供了一种根据本发明的另一实施例的图像亮度控制方法。在这个方法中，在构成输入信号的分量之中的最大分量的亮度被输出。用于最大分量的亮度的参考亮度被输出。参考亮度与最大分量的亮度之间的差值被输出。响应亮度差值和构成输入信号的分量，与亮度差值相对应的亮度增量被输出。响应构成输入信号的分量和从亮度增量算术单元接收的亮度增量，构成输入信号的单独的分量的亮度增量被输出。构成输入信号的分量被加到分量的亮度增量中。

为实现本发明的第一个目的，提供了一种根据本发明的又一实施例的图像亮度控制方法。在这个方法中，用于由多个分量组成的输入图像信号的亮度参数被计算出来。用于所计算出的亮度参数的参考亮度值被计算出来。参考亮度值除以所计算出的亮度参数，以获得亮度改善比率。构成输入图象信号的每个分量都乘以亮度改善比率。

在亮度参数计算步骤中，构成输入图像的分量之中的最大分量的值被确定为亮度参数。

为实现本发明的第二个目的，提供了一种依赖于图像的亮度级别的图像亮度控制装置。在这个装置中，亮度改善参数设置部分，响应由多个分量组成的输入图像信号和控制信号，来设置用于确定在图像的亮度上增加或减少的程度。亮度控制器，响应亮度改善参数和输入图像信号，来控制图像的亮度。

亮度控制器包括：亮度参数算术单元，用于输出针对输入图像信号的亮度参数；参考值算术单元，用于输出针对输出亮度参数的参考亮度值；亮度改善比率除法器，用于将参考亮度值除以从亮度参数算术单元输出的亮度参数，来获得亮度改善比率；单独的分量乘法器，用于将构成输入图像信号的每个分量都乘以亮度改善比率。

亮度参数算术单元，将构成输入图像信号的分量之中的最大分量的值确定为亮度参数。

为实现本发明的第二个目的，提供了一种基于图像的亮度级别的自适应图像亮度控制方法。在这个方法中，响应由多个分量组成的输入图像信号和控制信号，设置了用于确定在图像的亮度上的增加或减少的程度的亮度改善参数。然后，响应亮度改善参数和输入图像信号，来控制图像的亮度。

亮度控制步骤包括：计算用于输入图像信号的亮度参数；计算用于输出亮度参数的参考亮度值；将参考亮度值除以所计算出的亮度参数，以获得亮度改善比率；以及将构成输入图像信号的每个分量乘以亮度改善比率。

在亮度参数计算步骤中，在构成输入图像信号的分量之中的最大分量的值被确定为亮度参数。

为实现本发明的第三个目的，提供了一种依赖于图像的亮度范围的图像亮度控制装置。在该装置中，参数设置部分，响应由多个分量组成的输入图象信号和控制信号，来设置输入图像信号的亮度的最大值和最小值，以及被增强了的亮度的最大值和最小值。亮度范围改善部分，响应输入图像信号、从参数设置部分输出的多个值、输入图像信号的亮度的预定的最大参考值和最小参考值、以及被增强的亮度的最大参考值和最小参考值，来输出通过增强输入图像信号的亮度范围而获得的亮度信号。

亮度范围改善部分包括：亮度参数算术单元，用于输出针对输入图像信号的亮度参数；范围比较器，用于将亮度参数与输入图像信号的亮度的最大值和最小值进行比较，以确定亮度参数是属于哪个区域，并输出区域信息；以及亮度信号算术单元，用于响应区域信息和亮度参数，来输出被亮度范围增强了的亮度参数。

亮度参数算术单元，将构成输入图像信号的分量之中的最大分量的值确定为亮度参数。

为实现本发明的第三个目的，提供了一种依赖于图像的亮度范围的自适应图像亮度控制方法。在这个方法中，响应由多个分量组成的输入图像信号和控制信号，来设置参数，所设置的参数是输入图像信号的亮度的最大值和最小值，以及被增强了的亮度的最大值和最小值。响应输入图像信号、在先前步骤中所设置的多个值、输入图像信号的亮度的预定的最大参考值和最小参考值、以及被增强了的亮度的最大参考值和最小参考值，来增强输入图像信号的亮度范围，以获得其亮度范围被增强了的亮度信号。

下面，通过参考附图对优选实施例的详细描述，本发明的特点和优点将会变清楚。使用在整个说明书和权利要求中的术语和词汇，必须基于发明人(们)可以适当地限定的术语，解释为遵从本发明的技术实质的意思和概念。其中，发明人(们)可以适当地限定的术语是为了以最好的方式来解释他们的发明。

附图说明

通过参考附图对本发明的优选实施例的详细描述，本发明的上述目的和优点将变得更加明显，其中：

图1示出了在RGB颜色空间中由矢量表示的RGB信号；

图2是根据本发明的第一实施例的图像亮度控制装置的方块图；

图3是根据本发明的第二实施例的图像亮度控制装置的方块图；

图4是根据本发明的第三实施例的图像亮度控制装置的方块图；

图5是用于说明根据本发明的第一实施例的图像亮度控制方法的流程图；

图6是用于说明根据本发明的第二实施例的图像亮度控制方法的流程图；

图7是用于说明根据本发明的第三实施例的图像亮度控制方法的流程图；

图8是示出了根据本发明在图像的亮度上增加的第一图；

图9是示出了根据本发明在图像的亮度上增加的第二图；

图10是示出了根据本发明在图像的亮度上增加的第三图；

图11是示出了根据本发明在图像的亮度上增加的第四图；

图12是示出了根据本发明在图像的亮度上增加的第五图；

图13是根据本发明用于根据图像的亮度等级自适应地控制图像的亮度的装置的方框图；

图14是图13的亮度改善参数设置部分的细节的方框图；

图15是示出了具有不同亮度级别的三个图像的亮度柱状图的图；

图16是用于说明根据本发明的根据图像的亮度级别而自适应地控制图像的亮度的方法的流程图；

图17是图16中所示的步骤710的细节的流程图；

图18是图16中所示的步骤730的细节的流程图；

图19是根据本发明用于根据图像的亮度范围或图像的亮度范围与亮度级别而自适应地控制图像的亮度的装置的方框图；

图20是图19的参数设置部分170的细节的方框图；

图21A和图21B是图19的亮度范围改善部分180的方框图；

图22是图19的亮度控制器190的方框图；

图23是用于说明根据本发明的基于图像的亮度范围或图像的亮度范围和亮度级别的自适应地控制图像的亮度的方法；以及

图24是用于说明图23的步骤850的流程图。

具体实施方式

下面，将参考附图对本发明进行更全面地描述，在其中，本发明的优选实施例被示出。在整个说明书和附图中，相似的参考标号是指相同的元素。

图1示出了在RGB颜色空间中由矢量表示的红(R)、绿(G)、蓝(B)信号。在图1中，RGB信号被作为在RGB颜色空间中的具有方向和幅值的矢量而示出。

像素P_1、像素P_2、和像素P_3是由如图1中所示的分别具有幅值L_A、幅值L_C和幅值(L_A+L_F)、和方向的矢量来表示的。在这里，假定矢量幅值L_A、幅值L_C和幅值(L_A+L_F)分别表示像素P_1、像素P_2、和像素P_3的亮度，而矢量的方向表示颜色的感觉。

像素P_1由具有幅值L_A和一定的方向的矢量来表示。参考图1，像素P_3的矢量幅值由L_F和L_A给出，而像素P_3的矢量方向与像素P_1的矢量方向相同。相应地，像素P_3的亮度高于像素P_1的亮度，而像素P_3的颜色的感觉与像素P_1相同。在根据本发明的图像亮度控制装置和方法中，像素P_3是基于像素P_1而产生的。

然而，像素P_2的幅值L_C是从像素P_1的幅值L_A确定出的，但是，像素P_2的方向与像素P_1的方向不同。相应地，像素P_2的亮度高于像素P_1的亮度，但是像素P_2的颜色的感觉与像素P_1不同。这就导致了图像质量上的下降。

图2是根据本发明的第一实施例的图像亮度控制装置的方块图。参考图2，图像亮度控制装置100包括：最大分量算术单元10、参考值算术单元20、增益控制器30、亮度差值算术单元40、亮度增量算术单元50、RGB增量算术单元60、和加法器70。

亮度增量算术单元50包括：R(红)通道单位矢量算术单元61、G(绿)通道单位矢量算术单元63、B(蓝)通道单位矢量算术单元65、通道选择器51、和亮度增量算术电路53。RGB增量算术单元60包括：R通道单位矢量算术单元61、G通道单位矢量算术单元63、B通道单位矢量算术单元65、和RGB增量算术电路67。

最大分量算术单元10接收构成输入信号(或像素)的三个信号(或分量)，即，红信号Ri、绿信号Gi、和蓝信号Bi，并从这三个信号中输出一个具有最大值的信号到参考值算术单元20、亮度差值算术单元40、和亮度增量算术单元50。也就是说，最大分量算术单元10，将构成输入信号的红信号Ri、绿信号Gi、和蓝信号Bi中的最大信号的值，设置为输入信号的亮度Y。下面，Y被称之为最大分量(信号)的亮度。

参考值算术单元20，响应增益控制器30的输出信号Gval和从最大分量算术单元10输出的最大分量亮度Y，来计算与从最大分量算术单元10输出的最大分量亮度Y相对应的参考亮度Ref_Y，并将其输出到亮度差值算术单元40。增益控制器30的输出信号Gval可以由用户来控制。总之，参考值算术单元20，计算与从最大分量算术单元10输出的最大分量亮度Y相对应的参考亮度Ref_Y。使用与从最大分量算数单元10输出的最大分量亮度Y相对应的预置的查找表(lookup table)，就可以计算参考亮度Ref_Y。

亮度差值算术单元40，计算参考亮度Ref_Y与最大分量亮度Y之间的亮度差值dif_Y，并输出亮度差值dif_Y到亮度增量算术单元50。也就是说，亮度差值算术单元40，输出原始输入信号的亮度Y与参考亮度Ref_Y之间的壳度差值dif_Y。

响应输入信号、从最大分量算术单元10输出的最大分量亮度Y、和从亮度差值算术单元40输出的亮度差值dif_Y，亮度增量算术单元50计算最大分量亮度Y的亮度增量Inc_Y，并将其输出到RGB增量算术单元60。

RGB增量算术单元60，响应输入信号和从亮度增量算术单元50输出的亮度增量Inc_Y，来计算关于各R分量、G分量和B分量的R增量Inc_R、G增量Inc_G、和B增量Inc_B，并且，将R增量Inc_R、G增量Inc_G、和B增量Inc_B，输出到加法器70。R增量Inc_R、G增量Inc_G、和B增量Inc_B，是通过将从亮度增量算术单元50输出的亮度增量Inc_Y乘以构成输入信号的每个R单位矢量、G单位矢量和B单位矢量而获得的。

为了获得输出信号Ro、输出信号Go和输出信号Bo，加法器70，将构成输入信号的R信号、G信号和B信号，加到从RGB增量算术单元60输出的R增量Inc_R、G增量Inc_G、和B增量Inc_B。

R通道单位矢量算术单元61、G通道单位矢量算术单元63、B通道单位矢量算术单元65，分别计算分别通过R通道接收的红信号Ri的单位矢量R_vec、G通道接收的绿信号Gi的单位矢量G_vec和B通道接收的蓝信号Bi的单位矢量B_vec，并且，将它们输出到通道选择器51和RGB增量算术电路60。通道选择器51，从自R通道单位矢量算术单元61、G通道单位矢量算术单元63、B通道单位矢量算术单元65输出的单位矢量R_vec、单位矢量G_vec和单位矢量B_vec之中，选择一个，并且，将一个选择的单位矢量输出到亮度增量算术电路53。最好是，通道选择器51输出最大单位矢量。

亮度增量算术电路53，将通道选择器51的输出信号乘以从亮度差值算术单元40输出的亮度差值dif_Y，并将相乘的积输出到RGB增量算术电路67。RGB增量算术电路67，将从亮度增量算术电路53输出的亮度增量Inc_Y，分别乘以从R通道单位矢量算术单元61、G通道单位矢量算术单元63、B通道单位矢量算术单元65输出的单位矢量R_vec、单位矢量G_vec和单位矢量B_vec中的每一个，并且，将乘积Inc_R、乘积Inc_G、和乘积Inc_B输出到加法器70中。

图3是根据本发明的第二实施例的图像亮度控制装置的方块图。图3中的图像亮度控制装置200包括参考值算术单元20、增益控制器30、亮度算术单元110、亮度增量算数单元130、RGB增量算术单元60、和加法器70。由于图3的图像亮度控制装置200与图2的图像亮度控制装置100相似，所以，现在将只描述亮度算术单元110和亮度增量算术单元130。

亮度算术单元110，计算由R信号Ri、G信号Gi和B信号Bi组成的输入信号的亮度Y，并将其输出到参考值算术单元20和亮度增量算术单元130中。亮度增量算术单元130，计算从参考值算术单元20输出的参考亮度Ref_Y与从亮度算术单元110输出的亮度Y之间的亮度差值dif_Y，并将亮度差值dif_Y输出到RGB增量算术单元60。在这个实施例中，亮度差值dif_Y与亮度增量Inc_Y相同。

亮度增量算术单元60，响应构成输入信号的R信号Ri、G信号Gi和B信号Bi，以及从亮度增量算术单元130输出的亮度差值dif_Y，来计算R增量Inc_R、G增量Inc_G、和B增量Inc_B，并将其输出到加法器70中。加法器70，将所接收的R信号Ri、G信号Gi和B信号Bi，加到从RGB增量算术单元60输出的R增量Inc_R、G增量Inc_G、和B增量Inc_B中，以获得输出信号Ro、输出信号Go、和输出信号Bo。

图4是根据本发明的第三实施例的图像亮度控制装置的方块图。图4的图像亮度控制装置300包括：亮度参数算术单元145、参考值算术单元20、亮度改善比率除法器140、和RGB乘法器150。

亮度参数算术单元145，接收图像信号(Ri、Gi、和Bi)，确定所接收的图像信号的亮度参数，并将其输出到参考值算术单元20和亮度改善比率除法器140中。亮度参数可以由多种方法确定。例如，构成所接收的图像信号的三个分量Ri、分量Gi、和分量Bi之中的最大值可以被确定为亮度参数。

参考值算术单元20与上述的参考值算术单元相同，所以，将不再详细描述它了。

亮度改善比率除法器140，接收来自参考值算术单元20的参考亮度值和来自亮度参数计算单元145的亮度参数，产生这两个所接收的值的比率，并将结果输出到RGB乘法器150。RGB乘法器150将输入图像信号分量Ri、分量Gi、和分量Bi的每一个乘以从亮度改善比率除法器140接收的亮度改善比率，以获得由分量Ro、分量Go和分量Bo组成的被亮度改善了的信号。

图5是用于说明根据本发明的第一实施例的图像亮度控制方法的流程图。在参考图1、图2、和图5的的图像亮度控制方法中，首先，在步骤400中，最大分量算术单元10，接收由红信号Ri、绿信号Gi、和蓝信号Bi组成的图像信号(或像素)。其后，在步骤410中，最大分量算术单元10，使用方程1，获得红信号Ri、绿信号Gi、和蓝信号Bi中的最大信号：

Y＝Maximum(Ri，Gi，Bi)                     …(1)其中，Y表示构成输入信号(或像素)的信号Ri、信号Gi、和信号Bi的三个值中的最大值。最大值分量算术单元10，将最大信号(或分量)的亮度Y输出到参考值算术单元20、亮度差值算术单元40、和亮度增量算术单元50。

为响应在步骤421中的增益控制器30的输出信号Gval，参考值算术单元20，在步骤420中，使用方程2，计算与输入信号或最大信号(或分量)的亮度Y相对应的参考亮度Ref_Y，并将其输出到亮度差值算术单元40。方程2为如下：

Ref_Y＝F(Y，Gval)                  …(2)其中，F(Y，·)表示方程1中所表示的最大信号(或分量)的亮度Y的函数。换句话说，参考亮度Ref_Y，是由最大信号(或分量)与增益控制器30的输出信号的亮度Y而确定的。

图8是示出了根据本发明所获得的亮度增量的第一图；参考图8，方程F如方程3中所示：

F(x)＝g1×(x÷x_max)^Gval+g2               …(3)其中，g1表示比例常数(scale constant)，g2表示偏置(offset)常数，Gval表示代表一个对合(involution)的常数，x表示亮度Y，以及x_max表示最大亮度Y，如果R、G、和B全为最大值，Y将与白色相对应。

参考图8，点划斜线表示为1的斜率，函数F，是一个非线性函数，表示参考亮度Ref_Y，圆圈B1表示原始输入信号(或像素)的亮度Y，而圆圈B2表示由函数F产生的参考亮度Ref_V。也就是说，圆圈B1是Y，而圆圈B2是Ref_V。

图9是示出了根据本发明所获得的亮度增量的第二图。图9的函数F(x)是由两个非线性函数组成的且如方程4所示：

如果x＞x_th，则F1(x)＝g11×(x÷x_max)^Gval1+g21

否则，F2(x)＝g12×(x÷x_max)^Gval2+g22              …(4)其中，x_th表示分割一个亮度区域的边界值，g11表示第一亮度区域的比例常数，g21表示第一亮度区域的偏置常数，而Gval1表示第一亮度区域的对合值。同样，g12表示第二亮度区域的比例常数，g22表示第二亮度区域的偏置常数，而Gval2表示第二亮度部分的对合值。

参考图9，函数F1和函数F2是非线性函数，表示参考亮度Ref_Y，圆圈B1表示原始输入信号(或像素)的亮度Y，而圆圈B2表示由函数F1所产生的参考亮度Ref_V。也就是说，B2是Ref_V。

如果所使用的非线性函数的数目是m，则函数F(x)如方程5中所示：

如果x＞x_th(k)且x≤x_th(k-1)

则F(x，k)＝g1(k)×(x÷x_max)^Gval(k)+g2(k)      …(5)

                            (1≤k≤m)其中，k表示指定一个区域的指示器，g1(k)表示一个k区域的比例常数，g2(k)表示k区域的偏置常数，而Gval(k)表示在k区域中的对合。由方程5表示的函数F(x)没有在图9中示出。

图10是示出了根据本发明所获得的亮度增量的第三图。图10的函数F(x)是使用在本发明中的函数F(x)的另一个例子，是由线性函数组成的，且如方程6所示：

如果x＞x_th(k)且x≤x_th(k-1)，

则F(x，k)＝s1(k)×x+s2(k)           …(6)

                (1≤k≤m)其中，k表示用于指定一个区域的指示器，s1表示直线斜率，而s2表示偏置常数。同样，函数F1和函数F2是线性函数，表示参考亮度Ref_Y，圆圈B1表示原始输入信号(或像素)的亮度信号Y，而圆圈B2表示由函数F1所产生的参考亮度Ref_V。也就是说，B2是Ref_V。

图11是示出了根据本发明所获得的亮度增量的第四图。图11中所示的函数是由线性函数F2和非线性函数F1所组成的，在这里，B1是Y，而B2是Ref_V。

图12是示出了根据本发明所获得的亮度增量的第五图。图12中所示的函数在g1是1、g2是0、且Y_Gval大于1时，是由方程3所给出的函数F。图12的函数可以用来减小输入图像的亮度。在图12中，圆圈B1表示原始输入像素的亮度Y，而圆圈B3表示通过使用函数F所获得的参考亮度Ref_Y。

图8到图12的函数F是用来解释本发明的实施例的函数，所以，根据本发明的函数将不限于图8到图12的函数。

返回参考图5，亮度差值算术单元40，在步骤40中计算由方程7所表示的亮度差值dif_Y：

dif_Y＝Ref_Y-Y                   …(7)也就是说，亮度差值算术单元40，计算B2与B1之间的差值。

参考方程3和方程7，如果对合Gval等于或小于1，关于亮度Y的参考亮度Ref_Y就增加。如果对合Gval接近于0，亮度差值dif_Y就增加。结果，响应对合Gval，亮度差值dif_Y被控制。

在步骤430之后，亮度增量算术单元50，在步骤440中，使用方程8，响应通道选择器51的输出信号和从亮度差值算术单元40输出的亮度差值dif_V，计算亮度增量Inc_Y：

Inc_Y＝dif_Y÷(Max_Vector)                 …(8)其中，Max_Vector表示构成输入信号(或像素)的红信号Ri、绿信号Gi、和蓝信号Bi中的最大信号(或分量)的单位矢量。在这种情况下，亮度差值dif_Y表示用于R信号(或分量)、G信号、和B信号中的每一个的亮度增量。

在步骤440之后，RGB增量算术单元60，在步骤450中，响应从亮度增量算术单元50输出的亮度增量Inc_Y和从R通道单位矢量算术单元61、G通道单位矢量算术单元63、B通道单位矢量算术单元65输出的单位矢量R_vec、单位矢量G_vec和单位矢量B_vec，计算构成输入信号(或像素)的R信号Ri的增量Inc_R、G信号Gi的增量Inc_G和B信号Bi的增量Inc_B。增量Inc_R、增量Inc_G和增量Inc_B如方程9所示：

Inc_R＝Inc_Y*R_vec

Inc_G＝Inc_Y*G_vec

Inc_B＝Inc_Y*B_vec

R_vec＝b1*Ri/M1                 …(9)

G_vec＝b1*Gi/M1

B_vec＝b1*Bi/M1

M1＝(Ri*Ri+Gi*Gi+Bi*Bi)^1/2其中，b1表示比例常数，而R_vec、G_vec、和B_vec分别表示红信号Ri、绿信号Gi、和蓝信号Bi的单位矢量。

在步骤450之后，加法器70，在步骤460和步骤470中，分别将红信号Ri、绿信号Gi、和蓝信号Bi加到从RGB增量算术单元60输出的增量Inc_R、增量Inc_G和增量Inc_B中，以获得亮度增加了的R信号Ro、G信号Go、和B信号Bo。R信号Ro、G信号Go、和B信号Bo如方程10所示：

Ro＝Ri+Inc_R

Go＝Gi+Inc_G                  …(10)

Bo＝Bi+Inc_B

亮度增加了的R信号Ri、G信号Gi、和B信号Bi分别是R信号Ri与亮度增量Inc_R的和、G信号Gi与亮度增量Inc_G的和、以及B信号Bi与亮度增量Inc_B的和。响应地，根据本发明的第一实施例的图像亮度控制装置100，在增加输入信号的亮度的同时，可以保持诸如原始色调和色彩浓度的颜色的感觉。

同样，输出信号Ro、输出信号Go、和输出信号Bo的亮度增量不超过最大亮度。相应地，在RGB空间中，输出信号Ro、输出信号Go、和输出信号Bo不超过它们各自的最大值。

图6是用于说明根据本发明的第二实施例的图像亮度控制方法的流程图。由于图6与图5相似，所以，现在将只详细描述图6的特点。

在参考图3和图6的图像亮度控制方法中，首先，亮度算术单元100，在步骤500中，接收由红信号Ri、绿信号Gi、和蓝信号Bi组成的输入信号。接下来，亮度算术单元110，在步骤510中，如方程11中所示的那样，响应构成输入信号的红信号Ri、绿信号Gi、和蓝信号Bi，来计算输入信号的亮度Y：

Y＝a1×Ri+a2×Gi+a3×Bi              …(11)其中，a1、a2和a3分别表示代表构成输入信号的R信号、G信号、和B信号的权值的常数。参考值算术单元20，在步骤520中，使用方程12，响应从亮度算术单元110输出的亮度Y，而获得参考亮度Ref_Y。

响应输入信号的亮度Y和参考亮度Ref_Y，亮度增量算术单元130，在步骤530中，使用方程12，来获得输入信号的亮度Y与参考亮度Ref_Y之间的亮度差值dif_Y：

Inc_Y(＝dif_Y)＝Ref_Y-Y                …(12)在这种情况下，亮度差值dif_Y是亮度增量Inc_Y。

其后，RGB增量算术单元60，在步骤540中，响应从亮度增量算术单元50输出的亮度增量Inc_Y和从R通道单位矢量算术单元61、G通道单位矢量算术单元63、B通道单位矢量算术单元65输出的单位矢量R_vec、单位矢量G_vec和单位矢量B_vec，来计算红信号Ri的增量Inc_R、绿信号Gi的增量Inc_G和蓝信号Bi的增量Inc_B。

接下来，在步骤550到步骤560中，加法器70，分别将红信号Ri、绿信号Gi、和蓝信号Bi加到增量Inc_R、增量Inc_G、和增量Inc_B中，以获得亮度增加了的R信号Ro、G信号Go、和B信号Bo。从加法器70输出的信号Ro、信号Go、和信号Bo被表示成如前述的方程10中那样。

图7是说明根据本发明的第三实施例的图像亮度控制方法的流程图。在参考图4和图7的图像亮度控制方法中，在步骤600中，图像信号Ri、图像信号Gi、和图像信号Bi被输入到亮度参数算术单元145中。

代表输入信号的亮度的亮度参数被要求在色域中改善亮度，在所述的色域中，输入信号Ri、输入信号Gi、和输入信号Bi可以表示颜色。亮度参数可以通过多种方法来获得。第一方法是将RGB颜色空间中的三个信号(分量)，即，信号Ri、信号Gi、和信号Bi之中的最大分量的值确定为亮度参数。也就是说，亮度参数算术单元145，在步骤610中，使用前述的方程1，来获得亮度参数Y_ch。

获得亮度参数的第二方法，是使用前述的方程11，来获得亮度参数。第三方法是使用非线性方程13： $L=q1*{\left(\frac{Y}{Y\max }\right)}^{q2}-q3........\left(13\right)$ 其中，q1表示比例常数，q3表示偏置值，q2表示一个对合，而Y表示输入信号Ri、输入信号Gi、和输入信号Bi的线性亮度。亮度Y可以是亮度Yc。Ymax表示最大亮度，而L表示输入信号Ri、输入信号Gi、和输入信号Bi的非线性亮度。在内部标准颜色空间中，CIE L*，q1是116，q2是1/3，以及q3是16。

在步骤610之后，参考值算术单元20，在步骤620中，获得参考亮度Ref_Y。在这个时候，在步骤630中，亮度改善参数Y_Gval作为控制信号而被接收。参考亮度被表示成如在前述的方程2中那样。方程2中的函数F是亮度Y_ch(或Yc或L)的函数。图8到图12示出了方程2的函数F的例子。与图8到图11的函数相对照，在g1是1、g2是0、且Y_Gval大于1时，图12中所示的函数就是方程3的函数F。图12的函数可以被用来减小输入图像的亮度。在图12中，圆圈B1表示原始输入像素的亮度Y，而圆圈B3表示使用函数F而获得的参考亮度Ref_Y。

在步骤620之后，亮度改善比率除法器140，在步骤640中，获得输入像素的亮度Y_ch与参考亮度Ref_Y之间的亮度改善比率Brt_ratio。输入像素的亮度改善比率Brt_ratio是使用方程14而获得的：

Brt_ratio＝Ref_Y/Y_ch                 …(14)

在步骤640之后，RGB乘法器150，在步骤650中，将在步骤640中所获得的亮度改善比率，乘以用于输入像素的R分量、G分量、和B分量中的每一个，以获得被亮度改善了的输出像素。乘法被表示在方程15中：

Ro＝Brt_ratio*Ri

Go＝Brt_ratio*Gi                  …(15)

Bo＝Brt_ratio*Bi

方程14的Ref_V是在RGB颜色空间中的色域内的值，并且，RGB分量之中的最大分量的亮度改善比率Brt_ratio也是在色域之内。相应地，当等于或小于最大分量的值的其它两个分量的值被乘以亮度改善比率Brt_ratio时，它们也会落入色域之内。

在步骤650之后，在步骤660中，所获得的被亮度改善了的信号Ro、信号Go、和信号Bo，从RGB乘法器150中输出。

在方程3中所示的诸如g1、g2、和Y_Gva的亮度改善参数是所需要的。亮度改善参数的值可以由用户来控制。

图13是根据本发明用于依赖于图像的亮度等级自适应地控制图像的亮度的装置的方框图。这种装置包括亮度改善参数参数设置部分160和亮度控制器169。

亮度改善参数设置部分160，接收图像信号(Ri+Gi+Bi)和包括一个比例值(scale value)的控制信号，并计算亮度改善参数，所述的比例值对于亮度改善是必要的。控制信号可以是参考平均亮度(Y_refer)、DR_high、DR_low、ScaleFu、或ScaleFd，且将在稍后描述图18的时候更详细地描述它们。

亮度控制器169，从亮度改善参数设置部分160接收亮度改善参数Y_Gval，并且，根据该亮度改善参数Y_Gval，来控制图像信号的亮度，以获得被改善了的亮度信号。亮度控制器169，可以是图2、图3、和图4中的亮度控制器100、亮度控制器200、和亮度控制器300中的一个。

图14是亮度改善参数设置部分160的细节的方框图，包括RGB信号变换器161、平均亮度算术单元163、和参数算术单元165。

RGB信号变换器161接收图像信号(Ri+Gi+Bi)，将其变换成亮度信号Y，并将亮度信号Y输出到平均亮度算术单元163。然而，如果输入亮度信号Y、Cb、或Cr来代替RGB图像信号，就不需要RGB信号变换器。

平均亮度算术单元163，获得亮度信号Y的平均亮度，并将其输出到参数算术单元165。如果图像是每一个时间处理一帧，那么，帧的亮度值就被平均了。

参数算数单元165，接收来自平均亮度算术单元163的平均亮度和包括比例值的控制信号，计算亮度改善参数Y_Gval，并且，将其输出到亮度控制器169，所述的比例值对于亮度改善是必要的。

图16是用于说明根据本发明的依赖于图像的亮度级别而自适应地控制图像的亮度的方法的流程图。参考图13到图16，将描述如何依赖于输入信号(Ri+Gi+Bi)的亮度级别，来自适应地增加图像的亮度。

代表图像的亮度级别的代表性参数，是图像的平均亮度。图15示出了具有不同亮度级别的三个图像的亮度柱状图。在图15中，暗图像是由D1来指示，具有中间亮度的图像是由D2来指示，而亮图像是由D3来指示。代表图像D1、图像D2、和图像D3的亮度级别的平均亮度值，分别由Dc1、Dc2、和Dc3来指示。

参考图16，首先，在步骤700中，一帧图像被输入到亮度改善参数160和亮度控制器169中。

平均亮度算术单元163，在步骤710中，计算所接收的帧图像的平均亮度。

参数算术单元165，在步骤730中，从平均亮度算术单元163接收平均亮度，并根据控制信号计算亮度改善参数Y_Gval。

亮度控制器169，在步骤750中，响应亮度改善参数和所接收的图像，来计算用于像素的被改善的亮度值。被改善的亮度值可以通过如图5到图7中所示的方法来计算。

亮度控制器169，在步骤760中输出被改善的亮度值。

图17是步骤710的细节的流程图，步骤710是在图14的平均亮度算术单元163中执行的。图像的平均亮度Y_mean被表示成如方程16中那样： $Y\_\mathrm{mean}=\frac{1}{N}\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Yc}}_i........\left(16\right)$ 其中，Yc_i表示亮度参数且可以表示成如方程1那样，i表示一个代表图像内任一空间坐标的下标，而N表示图像的像素的总数目。

在在步骤711中接收一帧图像信号之前，在计算图像的平均亮度的步骤710中，首先，将下标i和亮度和Y_sum每一个都置为0。接下来，在步骤712中，接收构成帧图像信号的像素值Ri、像素值Gi、和像素值Bi。

其后，在步骤713中，在与下标i相对应的位置上的用于输入像素值Ri、输入像素值Gi、输入像素值Bi的亮度值被计算出。在图17中，亮度值是通过方程11而获得的。当然，亮度值可以使用方程1或方程13来计算。

在步骤713中获得的亮度值，在步骤714中被加到亮度和Y_sum中。

在步骤715中，确定下标i是否小于构成所接收的帧图像的像素的总数目。

如果下标i是小于总的像素的数目，则在步骤716中，将下标i增加1，该方法就返回到步骤712。

如果在步骤715中，确定下标i是等于或大于总像素数目，则在步骤717中，将亮度和Y_sum除以总的像素数目，以获得所接收的图像的平均亮度Y_mean。

图18是图16中所示的步骤730的细节的流程图。步骤730是在图14的参数算术单元165中执行的。现在，将参考图18来详细描述计算亮度改善参数Y_Gval的步骤730。

首先，在步骤731中，获得在步骤710中所获得的平均亮度Y_mean与参考平均亮度Y_refer之间的亮度差值Y_differ。被看作是平均亮度的基础的参考平均亮度Y_refer，被用来确定是否将依赖于图像的平均亮度Y_mean而增加或减小亮度。参考平均亮度，是当不需要增加或减少图像的亮度时的平均亮度。相应地，如果输入平均亮度小于参考平均亮度，就需要增加图像的亮度。如果输入平均亮度大于参考平均亮度，就需要减小图像的亮度。可以使用方程3的Γ指数Gval作为亮度改善参数，来实现图像的亮度的增加或减小。

在步骤731之后，如果在步骤733中确定平均亮度差值Y_differ为正，则在步骤735中，使用方程17，来计算亮度改善参数Y_Gval：Y_Gval＝G_def+{(Y_mean-Y_refer)/(DR_high-Y_refer)}*ScaleFu    …(17)

如果在步骤733中确定平均亮度差值Y_differ为负，则在步骤737中，使用方程18，来计算亮度改善参数Y_Gval：Y_Gval＝G_def+{(Y_mean-Y_refer)/(Y_refer-DR_low)}*ScaleFd    …(18)

在方程17和方程18中，G_def表示亮度改善参数Y_Gval的参考值，所述的Y_Gval是参考平均亮度值的Γ指数。DR_high表示图像的平均亮度的最大可允许的值。而DR_low表示图像的平均亮度的最小可允许的值。ScaleFu和ScaleFd，是比例因子(scale factor)，分别表示代表Γ指数的最大可允许的范围和最小可允许的范围的值。在本发明的优选实施例中，G_def可以被设置为1，Y_refer可以被设置为168，DR_high可以被设置为250，DR_low可以被设置为50，而ScaleFu和ScaleFd可以都设置为0.5。参考平均亮度(Y_refer)、DR_high、DR_low、ScaleFu、和ScaleFd，被用作施加到图13的亮度改善参数设置部分160的控制信号，且可以由用户或芯片制造者来调整。

图19是根据本发明用于基于图像的亮度范围或图像的亮度范围与亮度级别而自适应地控制图像的亮度的装置的方框图。这种装置包括参数设置部分170、亮度范围改善部分180、和亮度控制器190。

参数设置部分170接收：图像信号(Ri+Gi+Bi)、包括对于亮度改善是必要的比例值(scale value)的控制信号、包括亮度范围的最小比例值的控制信号LowScale、和包括亮度范围的最大比例值的控制信号HighScale。包括对于亮度改善是必要的比例值的控制信号，与施加到图13的亮度改善参数设置部分160的控制信号相同。也就是说，包括对于亮度改善是必要的比例值的控制信号，可以是参考平均亮度Y_refer、最大可允许的值DR_high、最小可允许的值DR_low、最大可允许的范围值ScaleFu、和最小可允许的范围值ScaleFd。依赖于施加到亮度改善参数设置部分160的控制信号的存在或不存在，或包括亮度范围的比例值的控制信号，图19的自适应图像亮度控制装置，自适应地控制图像的亮度。换句话说，图19的自适应图像亮度控制装置，依赖于亮度范围、或亮度级别、或亮度范围与亮度级别二者，来自适应地控制图像的亮度。

参数设置部分170，将亮度改善参数输出到亮度控制器190，并且，也将4类亮度范围改善参数输出到亮度范围改善部分180。在这里，所述的四种亮度范围改善参数是：所接收的图像信号的最小亮度值Y_low、所接收的图像信号的最大亮度值Y_high、被增强了的亮度范围的最小值AppYL、和被增强了的亮度范围的最大值AppYH。

亮度范围改善部分180，从参数设置部分170接收四种亮度范围改善参数Y_low、Y_high、AppYL、和AppYH，并且，也从微计算机MICOM(未示出)接收亮度范围参数，也就是说，参考亮度范围最大值ReferYH、参考亮度范围最小值ReferYL、被增强了的亮度范围的参考亮度范围最大值ReferYoH、和被增强了的亮度范围的参考亮度范围最小值ReferYoL。亮度范围改善部分180，也接收图像信号(Ri+Gi+Bi)，改善单独的像素的亮度范围，并且，将具有被改善了的亮度范围的信号输出到亮度控制器190。

亮度控制器190，从参数设置部分170接收亮度改善参数，并且，也从亮度范围改善部分180接收具有被改善了的亮度范围的信号。于是，亮度控制器190，计算用于图像信号(Ri+Gi+Bi)的单独像素的亮度改善，以获得亮度改善了的信号(Ro+Go+Bo)。

图20是图19的参数设置部分170的细节的方框图。参数设置部分170包括：图14的亮度改善参数设置部分160，和亮度范围改善参数设置部分171。亮度范围改善参数设置部分171包括：RGB信号变换器161、亮度最小值算术单元174、亮度最大值算术单元176、第二参数算术单元175，和第三参数算术单元177。

由于在上面描述了亮度改善参数设置部分160，现在，将只详细描述亮度范围改善参数设置部分171。

如上所述，如果输入图像信号是RGB信号，RGB信号变换器161就将输入图像信号变换成亮度信号，并且，将亮度信号输出到亮度最小值算术单元174和亮度最大值算数单元176。因此，如果输入图像信号是不同与RGB信号的其它信号，就不需要RGB信号变换器161进行处理。

亮度最小值算术单元174，获得最小亮度值Y_low，并将其输出到第二参数算术单元175和亮度图像改善部分180。

第二参数算术单元175，接收最小亮度值Y_low和包括最小亮度范围比例值的控制信号LowScale，计算被施加的亮度最小值参数AppYL，并且，将其输出到亮度范围改善部分180。

亮度最大值算术单元176，获得最大亮度值Y_high，并将其输出到第三参数算术单元177和亮度范围改善部分180。

第三参数算术单元177，接收最大亮度值Y_high和包括最大亮度范围比例值的控制信号HighScale，计算被施加的亮度最大值参数AppYH，并且，将其输出到亮度范围改善部分180。

图21A和图21B是图19的亮度范围改善部分180的方框图。参考图21A，亮度范围改善部分180包括：亮度参数算术单元145、范围比较器181、范围选择器189、和亮度信号算术单元182。亮度信号算术单元182包括：第一范围算术单元183、第二范围算术单元185、和第三范围算术单元187。

亮度参数算术单元145是如上所述的那样，所以将不再详细描述它了。从亮度参数算术单元145输出的亮度参数Y_ch，被施加到亮度控制器190、范围比较器181、第一范围算术单元183、第二范围算术单元185、和第三范围算术单元187。

范围比较器181，从亮度参数算术单元145接收亮度参数Y_ch，并且，也从参数设置部分170接收在输入图像中的区域的范围的最小值Y_low和最大值Y_high。范围比较器181，检查亮度参数Y_ch是否是小于最小值Y_low、位于最小值Y_low与最大值Y_high之间、或是大于最大值Y_high，为的是确定亮度参数是属于哪个区域，并且，将关于所确定的区域的信息输出到范围选择器189。

第一范围算术单元183，从亮度参数算术单元145接收亮度参数Y_ch。第一范围算术单元183也接收：输入图像信号的最小亮度值Y_low、和来自参数设置部分170的被增强了的亮度范围的最小值AppYL、和参考亮度范围最小值ReferYL、和来自MICOM(未示出)的被增强了的亮度范围的参考亮度范围最小值ReferYoL。其后，第一范围算术单元183，计算关于亮度参数Y_ch的亮度范围改善值，并将其输出到范围选择器189。

第二范围算术单元185，从亮度参数算术单元145接收亮度参数Y_ch。第二范围算术单元185，从参数设置部分170接收值Y_low、值Y_high、AppYL、和值AppYH，计算关于亮度参数Y_ch的亮度范围改善值，并将其输出到范围选择器189。

第三范围算术单元187，从亮度参数算术单元145接收亮度参数Y_ch。第三范围算术单元也接收：来自参数设置部分170的值Y_high和值AppYH，以及来自micom(未示出)的参考亮度范围最大值ReferYH和被增强了的亮度范围的参考亮度范围最大值ReferYoH。其后，第三范围算术单元187，计算关于亮度参数Y_ch的亮度范围改善值，并将其输出到范围选择器189。

范围选择器189，在从第一范围算术单元183、第二范围算术单元185、和第三范围算术单元187接收的信号之中，选择与从范围比较器181接收的区域信息相对应的信号，并将被亮度范围增强了的亮度信号Y1输出到亮度控制器190。

参考图21B，亮度范围改善部分180包括：亮度参数算术单元145、范围比较器181、和亮度信号算术单元182。亮度信号算术单元182包括：第一范围算术单元183、第二范围算术单元185、第三范围算术单元187。由于图21B的亮度范围改善区域与图21A的亮度范围改善区域相似，所以，现在将只详细描述特色部分。

范围比较器181，将区域信息应用到第一范围算术单元183、第二范围算术单元185、和第三范围算术单元187的每一个，在所述的三个范围算术单元中，激活(enable)与所确定的区域相对应的一个范围算述单元，而禁止其它两个范围算术单元。相应地，被亮度范围增强了的亮度信号Y1被输出到亮度控制器190。

图22是图19的亮度控制器190的方框图。亮度控制器190包括：参考值算术单元20、亮度改善比率除法器140、和RGB乘法器150。除了没有包括亮度参数算术单元之外，图19的亮度控制器190与图4的图像亮度控制装置相同。因此，现在将只详细描述特色部分。

不象图4的参考值算术单元20那样，从亮度参数算术145接收亮度参数Y_ch，图22的参考值算术单元20从亮度范围改善部分180接收被亮度范围改善了的亮度信号Y1，并计算参考亮度Ref_Y。如同方程3中所表达的函数F的参数x那样使用的被亮度范围改善了的亮度信号Y1，基于图像的亮度范围，激活自适应的图像亮度控制。

图23是用于说明根据本发明的基于图像的亮度范围或图像的亮度范围和亮度级别二者的自适应地控制图像的亮度的方法。图像的亮度范围Y_DR如方程19所示：

Y_DR＝Y_high-Y_low            …(19)其中，Y_high表示图像的亮度值之中的最大亮度值，而Y_low表示图像的亮度值之中的最小亮度值。可以分别将值Y_high设置成位于高于像素总数的10％的亮度值和将值Y_low设置成位于低于像素总数的10％的亮度值。

图像的对比度高的事实，意味着值Y_DR高。

图4和图22的参考值算术单元20，计算将用来改善输入图像的亮度的被表示成如方程2和方程3中的那样的参考亮度值Ref_Y。如果使用被亮度范围增强了的亮度Y1，来代替输入图像的亮度参数Y_ch，以作为函数F的参数，则可以获得其亮度依赖于输入图像的亮度范围而改善的输出图像。另外，使用从图16到图18的所描述的方法，对用于在亮度控制中使用的亮度改善参数Y_Gval的计算，会激活基于亮度范围的自适应亮度控制和基于图像的亮度级别的自适应亮度控制。

参考图19到图23，在自适应图像亮度控制方法中，首先，在步骤800中，一帧图像被输入到参数设置部分170、亮度范围改善部分180、和亮度控制器190。

平均亮度算术单元163，在步骤810中，获得所接收的帧图像亮度Y_mean。平均亮度Y_mean，可以通过图7的方法而获得。

参数算术单元165，在步骤820中，从平均亮度Y_mean中计算亮度改善参数Y_Gval。亮度改善参数Y_Gval可以通过图18的方法来计算。

亮度最小值算术单元174和亮度最大值算术176，在步骤830中，分别计算最小亮度范围值Y_low和最大亮度范围值Y_high。最小亮度范围值Y_low和最大亮度范围值Y_high，可以分别是在图像的亮度值之中的最大亮度值和最小亮度值。在本发明的实施例中所介绍的亮度柱状图中，分别将最大亮度范围值Y_high设置成位于高于像素总数的10％的亮度值和将最小亮度范围值Y_low设置成位于低于像素总数的10％的亮度值。

第一参数算术单元175和第二参数算术单元177，在步骤840中，分别计算最小应用的亮度范围值AppYL和最大应用的亮度范围值AppYH。为增强图像的亮度范围，需要参考亮度范围。参考亮度范围最大值ReferYH和参考亮度范围最小值ReferYL被用作参考亮度范围。当计算输入图像的亮度范围值Y_high和Y_low时，使用如方程20和方程21中所表示的值，来确定亮度范围的增量：AppYL＝Y_low-(Y_low-ReferYL)*LowScale           …(20)AppYH＝Y_high+(ReferYH-Y_high)*HighScale        …(21)其中，AppYL和AppYH分别表示将被应用到图像中的被增强了的亮度范围的最小值和最大值，而LowScale和HighScale表示用于控制亮度范围的增强的程度的参数。例如，值LowScale和HighScale二者都被设置为0.3，值ReferYL被设置为1，而值ReferYH被设置为255。

在步骤840之后，亮度范围改善部分180，在步骤850中，计算亮度范围被增强了的信号Y1，在信号Y1中，单独的区域与单独的像素的亮度范围被增强。在这里，亮度参数属于图像区域。

亮度控制器190，在步骤860中，使用亮度改善参数Y_Gval，来计算单独的像素的亮度改善值。亮度改善值可以通过图5到图7的方法而获得。

重复步骤850和步骤860，直到在步骤870中，在所接收的帧内的所有像素都得到处理为止。

图24是用于更加详细地说明图23的步骤850的流程图。参考图19、图21A、图21B、和图24，首先，在步骤851中，将亮度参数Y_ch、所应用的亮度最小值AppYL、和所应用的亮度最大值AppYH，应用到范围比较器181中。

在步骤852中，确定是否亮度参数Y_ch小于所应用的亮度最小值AppYL。

如果亮度参数Y_ch小于所应用的亮度最小值AppYL，则第一范围算术单元183，在步骤850中，使用方程22，来获得亮度范围被增强了的亮度信号Y1：Y_ch＜＝Y_low，Y1＝(Y_ch-ReferYL)*(AppYL-ReferYL)/(Y_low-ReferYL)+ReferYL

                                                    …(22)

另一方面，如果亮度参数Y_ch等于或大于所应用的亮度最小值AppYL，在步骤854中，确定是否亮度参数Y_ch大于所应用的亮度最大值AppYH。

如果亮度参数Y_ch小于或等于所应用的亮度最大值AppYH，第二范围算术单元185，在步骤855中，使用方程23，来获得被亮度范围增强了的亮度信号Y1：Y_high＞Y_ch＞Y_low，Y1＝(Y_ch-Y_low)*(AppYH-AppYL)/(Y_high-Y_low)+AppYL   …(23)

在步骤853、步骤855、和步骤856的每一步骤之后，在步骤857中，被亮度范围增强了的亮度信号Y1被输出到亮度控制器190。

本发明也可以作为在计算机可读的记录介质上的计算机可读的代码而实施。计算机可读的记录介质是可以存储数据的任何数据存储设备，所述的数据可以在其后由计算机系统读出。计算机可读的记录介质的例子包括：只读存储器、随机访问存储器、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁带、软盘、以及光学数据存储设备、等等。同样，所述的计算机可读的代码，可以通过如因特网(Internet)的载波来传输。所述的计算机可读的记录介质，也可以被分布在与网络相连接的计算机系统之上，这样，所述的计算机可读的代码就以分布方式存储和执行。

如上所述，在根据本发明的图像亮度控制装置和图像亮度控制方法中，整个或部分增加图像的亮度，而保持颜色的原始感觉。在根据本发明的基于图像的亮度级别的自适应地控制图像的亮度的装置和方法中，基于图像的亮度级别，整个图像或部分图像的亮度自适应地增加，同时保持颜色的原始感觉。在根据本发明的基于图像的亮度范围和/或亮度级别的自适应地控制图像的亮度的装置和方法中，依赖于图像的亮度范围和/或亮度级别，整个图像部分图像的亮度自适应地增加，同时保持颜色的原始感觉。

Claims (64)

1.一种图像亮度控制装置，包括：

亮度增量算术单元，用于为像素输出亮度增量；以及

单独的分量亮度增量算术单元，用于响应针对像素的亮度增量而输出构成像素的单独的分量的亮度增量。

2.如权利要求1的图像亮度控制装置，其中，单独的分量亮度增量算术单元，将像素的亮度增量乘以构成像素的分量的每个单位矢量，以获得单独的分量的亮度增量。

3.如权利要求1的图像亮度控制装置，还包括一个加法器，用于将构成像素的分量加到该分量的亮度增量中。

4.一种图像亮度控制装置，包括：

亮度差值算术单元，用于输出参考亮度与输入信号的亮度之间的亮度差值；

亮度增量算术单元，用于输出与亮度差值相对应的亮度增量；

单独的分量亮度增量算术单元，用于响应针对输入信号的亮度增量而输出构成输入信号的单独的分量的亮度增量；

算术单元，用于响应输入信号和单独分量亮度增量算术单元的输出信号，而输出其亮度从输入信号的亮度进行增加的信号。

5.如权利要求1的图像亮度控制装置，其中，单独的分量亮度增量算术单元，将输入信号的亮度增量乘以构成输入信号的分量的每个单位矢量，以获得单独的分量的亮度增量。

6.一种图像亮度控制装置，包括：

亮度算术单元，用于输出一输入信号的亮度；

参考值算术单元，用于输出针对输入信号的亮度的参考亮度；

亮度增量算术单元，用于输出与参考亮度和输入信号的亮度之间的差值相对应的亮度增量；

单独的分量亮度增量算术单元，用于响应针对输入信号的亮度增量而计算构成输入信号的单独的分量的亮度增量；以及

算术单元，用于将构成输入信号的分量加到从单独的分量亮度增量算术单元输出的亮度增量中，以获得亮度增加的信号。

7.如权利要求6的图像亮度控制装置，其中，单独的分量亮度增量算术单元，将输入信号的亮度增量乘以构成输入信号的分量的每个单位矢量，以获得单独的分量的亮度增量。

8.一种图像亮度控制装置，包括：

最大分量算术单元，用于输出构成输入信号的分量之中的最大分量的值；

参考值算术单元，用于输出针对输出值的参考亮度值；

亮度差值算术单元，用于输出参考亮度与最大分量的亮度之间的差值；

亮度增量算术单元，用于响应亮度差值和构成输入信号的分量，而输出与亮度差值相对应的亮度增量；

RGB亮度增量算术单元，用于响应构成输入信号的分量和从亮度增量算术单元接收的亮度增量，而计算构成输入信号的单独的分量的亮度增量；以及

加法器，用于将构成输入信号的分量加到该分量的亮度增量中。

9.一种图像亮度控制装置，包括：

亮度参数算术单元，用于输出针对由多个分量组成的输入图像信号的亮度参数；

参考值算术单元，用于输出针对输出亮度参数的参考亮度值；

亮度改善比率除法器，用于将参考亮度值除以从亮度参数算术单元输出的亮度参数，以获得亮度改善比率；以及

单独的分量乘法器，用于将构成输入图像信号的每个分量乘以亮度改善比率。

10.如权利要求9的图像亮度控制装置，其中，亮度参数算术单元，将构成输入图像信号的分量之中的最大分量的值，确定为亮度参数。

11.如权利要求9的图像亮度控制装置，其中，参考值算术单元，使用与一个接收的控制信号相对应的多个参考亮度值函数，来计算与从亮度参数算术单元输出的亮度参数相对应的参考亮度值。

12.一种依赖于图像的亮度级别的图像亮度控制装置，该装置包括：

亮度改善参数设置部分，用于响应由多个分量组成的输入图像信号和控制信号，来设置用于确定在图像的亮度上增加或减少的程度的亮度改善参数；以及

亮度控制器，用于响应亮度改善参数和输入图像信号，来控制图像的亮度。

13.如权利要求12的图像亮度控制装置，还包括一个RGB信号变换器，用于当输入图像信号是RGB信号时，将输入图像信号变换成亮度信号。

14.如权利要求12的图像亮度控制装置，其中，亮度控制器包括：

亮度参数算术单元，用于输出针对输入图像信号的亮度参数；

参考值算术单元，用于输出针对输出亮度参数的参考亮度值；

亮度改善比率除法器，用于将参考亮度值除以从亮度参数算术单元输出的亮度参数，以获得亮度改善比率；以及

单独的分量乘法器，用于将构成输入图像信号的每个分量乘以亮度改善比率。

15.如权利要求14的图像亮度控制装置，其中，亮度参数算术单元，将构成输入图像信号的分量之中的最大分量的值，确定为亮度参数。

16.如权利要求12的图像亮度控制装置，其中，亮度改善参数设置部分包括：

平均亮度算术单元，用于计算输入图像信号的平均亮度；以及

参数算术单元，用于响应平均亮度和控制信号，来计算亮度改善参数。

17.如权利要求16的图像亮度控制装置，其中，参数算数单元，通过将平均亮度与参考亮度进行比较，来计算亮度改善参数。

18.一种依赖于图像的亮度范围的图像亮度控制装置，该装置包括：

参数设置部分，用于响应由多个分量组成的输入图像信号和控制信号，来设置输入图像信号的亮度的最大值和最小值、以及增强的亮度的最大值和最小值；以及

亮度范围改善部分，用于响应输入图像信号、从参数设置部分输出的多个值、输入图像信号的亮度的预定的最大参考值和最小参考值、以及增强的亮度的最大参考值和最小参考值，来输出通过增强输入图像信号的亮度范围而获得的亮度信号。

19.如权利要求18的图像亮度控制装置，其中，亮度范围改善部分包括：

亮度参数算术单元，用于针对输入图像信号而输出亮度参数；

范围比较器，用于将亮度参数与输入图像信号的亮度的最大值和最小值进行比较，以确定亮度参数是属于那一个区域(section)，并输出区域信息；以及

亮度信号算术单元，用于响应区域信息和亮度参数，来输出被亮度范围增强了的亮度参数。

20.如权利要求18的图像亮度控制装置，其中，亮度范围改善部分包括：

亮度参数算术单元，用于针对输入图像信号而输出亮度参数；

范围比较器，用于将亮度参数与输入图像信号的亮度的最大值和最小值进行比较，以确定亮度参数是属于那一个区域，并输出区域信息；以及

亮度信号算术单元，用于响应亮度参数，来输出多个亮度参数，在所述的多个亮度参数中，单独的区域的亮度范围被增强了；以及

范围选择器，用于接收多个亮度参数和区域信息，并选择一个亮度参数，以获得亮度信号，其中，在多个亮度参数中，单独的区域的亮度范围是被增强了的，亮度参数是与所接收的亮度参数之中的区域信息相对应的，亮度信号的亮度范围是被增强了的。

21.如权利要求19的图像亮度控制装置，其中，亮度参数算术单元，将构成输入图像信号的分量之中的最大分量的值，确定为亮度参数。

22.如权利要求20的图像亮度控制装置，其中，亮度参数算术单元，将构成输入图像信号的分量之中的最大分量的值，确定为亮度参数。

23.如权利要求19的图像亮度控制装置，还包括亮度控制器，用于响应亮度参数、被亮度范围增强了的亮度信号、和输入图像信号，来控制图像的亮度。

24.如权利要求20的图像亮度控制装置，还包括亮度控制器，用于响应亮度参数、被亮度范围增强了的亮度信号、和输入图像信号，来控制图像的亮度。

25.如权利要求23的图像亮度控制装置，其中，亮度控制器包括：

参考值算术单元，用于输出针对被亮度范围增强了的亮度信号的参考亮度值；

亮度改善比率除法器，用于将参考亮度值除以从亮度参数算术单元输出的亮度参数，以获得亮度改善比率；以及

单独的分量乘法器，用于将构成输入图像信号的每个分量乘以亮度改善比率。

26.如权利要求23的图像亮度控制装置，其中，参数设置部分，响应输入图像信号和包括在控制信号中的信号，来设置用于确定在图像的亮度上增加或减少的程度的亮度改善参数。

27.如权利要求26的图像亮度控制装置，其中，参数设置部分包括：平均亮度算术单元，用于计算输入图像信号的平均亮度；以及参数算术单元，用于响应平均亮度和包括在控制信号中的信号，来计算亮度改善参数，并输出该亮度改善参数。

28.如权利要求27的图像亮度控制装置，其中，参数算数单元，通过将平均亮度与参考亮度进行比较，来计算亮度改善参数。

29.如权利要求27的图像亮度控制装置，其中，参数设置部分还包括一个RGB信号变换器，用于当输入图像信号是RGB信号时，将输入图像信号变换成亮度信号。

30.如权利要求28的图像亮度控制装置，其中，参数设置部分还包括一个RGB信号变换器，用于当输入图像信号是RGB信号时，将输入图像信号变换成亮度信号。

31.一种图像亮度控制方法，包括：

输出用于像素的亮度增量；以及

响应用于像素的亮度增量，输出构成像素的单独的分量的亮度增量。

32.如权利要求31的图像亮度控制方法，其中，在输出单独的分量的亮度增量的步骤中，单独分量的亮度增量是通过将像素的亮度增量乘以构成像素的分量的每个单位矢量而获得的。

33.如权利要求31的图像亮度控制方法，还包括将构成像素的分量加到分量的亮度增量中。

34.一种图像亮度控制方法，包括：

获得参考亮度与输入信号的亮度之间的差值；

获得与亮度差值相对应的亮度增量；

响应针对输入信号的亮度增量，来获得构成输入信号的单独的分量的亮度增量；以及

响应输入信号和单独的分量的所获得的亮度增量，获得其亮度是从输入信号的亮度增加的信号。

35.一种图像亮度控制装置，包括：

输出一输入信号的亮度；

输出用于输入信号的亮度的参考亮度；

输出与参考亮度和输入信号的亮度之间的差值相对应的亮度增量；

响应于用于输入信号的亮度增量，来计算构成输入信号的单独的分量的亮度增量；以及

将构成输入信号的分量加到单独分量的所计算的亮度增量中，以获得亮度增加了的信号。

36.一种图像亮度控制装置，包括：

输出构成输入信号的分量之中的最大分量的亮度；

输出用于最大分量的亮度的参考亮度；

输出参考亮度与最大分量的亮度之间的差值；

响应亮度差值和构成输入信号的分量，来输出与亮度差值相对应的亮度增量；

响应构成输入信号的分量和从亮度增量算术单元所接收的亮度增量，来计算构成输入信号的单独的分量的亮度增量；以及

将构成输入信号的分量加到分量的亮度增量中。

37.一种图像亮度控制方法，包括：

计算用于由多个分量组成的输入图像信号的亮度参数；

计算用于所计算出的亮度参数的参考亮度值；

将参考亮度值除以所计算出的亮度参数，以获得亮度改善比率；以及

将构成输入图像信号的每个分量乘以亮度改善比率。

38.如权利要求37的图像亮度控制方法，其中，在亮度参数计算步骤中，构成输入图像信号的分量之中的最大分量的值被确定为亮度参数。

39.如权利要求37的图像亮度控制方法，其中，在参考值计算步骤中，使用与一个接收的控制信号相对应的多个参考亮度值函数，来获得与所计算出的亮度参数相对应的参考亮度值。

40.一种基于图像的亮度等级的自适应图像亮度控制方法，该方法包括：

响应由多个分量组成的输入图像信号和控制信号，来设置用于确定在图像的亮度上增加或减少的程度的亮度改善参数；以及

响应亮度改善参数和输入图像信号，来控制图像的亮度。

41.如权利要求40的自适应图像亮度控制装置，还包括当输入图像信号是RGB信号时，将输入图像信号变换成亮度信号。

42.如权利要求40的自适应图像亮度控制装置，其中，亮度控制步骤包括：

计算用于输入图像信号的亮度参数；

计算用于输出亮度参数的参考亮度值；

将参考亮度值除以所计算出的亮度参数，来获得亮度改善比率；以及

将构成输入图像信号的每个分量乘以亮度改善比率。

43.如权利要求42的自适应图像亮度控制方法，其中，在亮度参数计算步骤中，构成输入图像信号的分量之中的最大分量的值被确定为亮度参数。

44.如权利要求40的自适应图像亮度控制方法，其中，亮度改善参数设置步骤包括：

计算输入图像信号的平均亮度；以及

响应平均亮度和控制信号，计算亮度改善参数。

45.如权利要求44的自适应图像亮度控制方法，其中，在亮度改善参数计算步骤中，通过将平均亮度与参考亮度进行比较，来获得亮度改善参数。

46.一种依赖于图像的亮度范围的自适应图像亮度控制方法，该方法包括：

响应由多个分量组成的输入图像信号和控制信号，来设置参数，所述的参数是输入图像信号的亮度的最大值和最小值、以及增强的亮度的最大值和最小值；以及

响应输入图像信号、在先前步骤中所设置的多个值、输入图像信号的亮度的预定的最大参考值和最小参考值、以及增强的亮度的最大参考值和最小参考值，来增强输入图像信号的亮度范围，以获得其亮度范围被增强了的亮度信号。

47.如权利要求46的自适应图像亮度控制方法，其中，亮度范围增强步骤包括：

输出与输入图像信号相对应的亮度参数；

将亮度参数与输入图像信号的亮度的最大值和最小值进行比较，以确定亮度参数是属于哪个区域，并输出区域信息；以及

响应区域信息和亮度参数，输出被亮度范围增强了的亮度参数。

48.如权利要求46的自适应图像亮度控制方法，其中，亮度范围增强部分包括：

输出用于输入图像信号的亮度参数；

将亮度参数与输入图像信号的亮度的最大值和最小值进行比较，以确定亮度参数是属于哪个区域，并输出区域信息；

响应亮度参数，输出多个亮度参数，在所述的多个亮度参数中，单独的区域的亮度范围是被增强了的；以及

接收多个被亮度增强了的亮度参数和区域信息，选择与所接收的亮度参数之中的区域信息相对应的一个亮度参数，以获得其亮度范围是被增强了的亮度信号。

49.如权利要求47的自适应图像亮度控制方法，其中，在亮度参数计算步骤中，构成输入图像信号的分量之中的最大分量的值被确定为亮度参数。

50.如权利要求48的自适应图像亮度控制方法，其中，在亮度参数计算步骤中，构成输入图像信号的分量之中的最大分量的值被确定为亮度参数。

51.如权利要求47的自适应图像亮度控制方法，还包括响应亮度参数、其亮度范围是被增强了的亮度信号、以及输入图像信号，来控制图像的亮度。

52.如权利要求48的自适应图像亮度控制方法，还包括响应亮度参数、其亮度范围是被增强了的亮度信号、以及输入图像信号，来控制图像的亮度。

53.如权利要求51的自适应图像亮度控制方法，其中，亮度控制步骤包括：

输出用于被亮度范围增强了的亮度信号的参考亮度值；

将参考亮度值除以从亮度参数算术单元输出的亮度参数，以获得亮度改善比率；以及

将构成输入图像信号的每个分量乘以亮度改善比率。

54.如权利要求51的自适应图像亮度控制方法，其中，在参数设置步骤中，响应输入图像信号和包括在控制信号中的信号，获得用于确定在图像的亮度中增加或减少的程度的亮度改善参数。

55.如权利要求54的自适应图像亮度控制方法，其中，参数设置步骤包括：

计算输入图像信号的平均亮度；以及

响应平均亮度和包括在控制信号中的信号，计算亮度改善参数。

56.如权利要求55的自适应图像亮度控制方法，其中，在计算亮度改善参数中，亮度改善参数，是通过将平均亮度与参考亮度进行比较而获得的。

57.如权利要求55的自适应图像亮度控制方法，其中，参数设置步骤还包括当输入图像信号是RGB信号时，将输入图像信号变换成亮度信号。

58.如权利要求56的自适应图像亮度控制方法，其中，参数设置步骤还包括当输入图像信号是RGB信号时，将输入图像信号变换成亮度信号。

59.一种记录用于实现一种图像亮度控制方法的程序的计算机可读的记录介质，包括：

输出用于像素的亮度增量；以及

响应用于像素的亮度增量，输出构成像素的单独的分量的亮度增量。

60.一种记录用于实现一种图像亮度控制方法的程序的计算机可读的记录介质，包括：

获得参考亮度与输入信号的亮度之间的差值；

获得与亮度差值相对应的亮度增量；

响应用于输入信号的亮度增量，获得构成输入信号的单独的分量的亮度增量；以及

响应输入信号和单独的分量的所获得的亮度增量，获得其亮度是从输入信号的亮度增加的信号。

61.一种存储用于实现一种图像亮度控制装置的程序的计算机可读的记录介质，包括：

输出在构成输入信号的分量之中的最大分量的亮度；

输出用于最大分量的亮度的参考亮度；

输出参考亮度与最大分量的亮度之间的差值；

响应亮度差值和构成输入信号的分量，输出与亮度差值相对应的亮度增量；

响应构成输入信号的分量和从亮度增量算术单元接收的亮度增量，来计算构成输入信号的单独的分量的亮度增量；以及

将构成输入信号的分量加到分量的亮度增量中。

62.一种存储用于实现一种图像亮度控制方法的程序的计算机可读的记录介质，包括：

计算用于由多个分量组成的输入图像信号的亮度参数；

计算用于所计算出的亮度参数的参考亮度值；

将参考亮度值除以所计算出的亮度参数，以获得亮度改善比率；以及

将构成输入图像信号的每一个分量乘以亮度改善比率。

63.一种存储用于基于图像的亮度级别来实现一种自适应图像亮度控制方法的程序的计算机可读的记录介质，所述的方法包括：

响应由多个分量组成的输入图像信号和控制信号，设置用于确定在图像的亮度上增加或减少的程度的亮度改善参数；以及

响应亮度改善参数和输入图像信号，来控制图像的亮度。

64.一种存储用于基于图像的亮度范围来实现一种自适应图像亮度控制方法的程序的计算机可读的记录介质，所述的方法包括：

响应由多个分量组成的输入图像信号和控制信号，来设置参数，所设置的参数是输入图像信号的亮度的的最大值和最小值以及被增强的亮度的最大值和最小值；以及

响应输入图像信号、在先前步骤中设置的多个值、输入图像信号的亮度预定的最大参考值和最小参考值、以及被增强的亮度的最大参考值和最小参考值，来增强输入图像信号的亮度范围，以获得其亮度范围被增强了的亮度信号。

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