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研究生:陳世文
研究生(外文):SHIH-WEN,CHEN
論文名稱:TFT-LCD影像對比提昇技術之研究與實現
論文名稱(外文):Study and Implementation of an Image Contrast Refinement Technology for TFT-LCD system
指導教授:宋朝宗謝焸家
學位類別:碩士
校院名稱:中華大學
系所名稱:電機工程學系(所)
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:115
中文關鍵詞:影像提昇對比提昇直方圖均化影像處理
外文關鍵詞:image enhancementcontrast enhancementhistogram equalizationImage Processing
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近年來,隨著科技產品日新月異,液晶顯示器(TFT-LCD)面板尺寸快速地成長,且對影像品質的要求日益提高,使得影像品質的提昇技術愈來愈形重要而受到重視。在數位影像中,受限於面板本身的特性,常會發生對比度不足的問題,以致造成影像失真、模糊或明暗對比不明顯等現象,進而降低影像品質,使得影像不易辨識或無法滿足使用者視覺感官的基本要求。本論文以影像灰階直方圖(Histogram)的統計資訊為基礎,經由直方圖與累積密度函數的動態分佈狀態,分析不同性質影像之亮度特性,進而應用灰階直方圖均化(Histogram Equalization)的方法,提出改良型累積密度函數之演算法,以更有效改善像素的灰度值分佈圖,來達到影像明暗對比之提昇,以強化影像的品質與視覺效果。本論文所提出的改良式演算法主要是改善WTHE方法對於影像低密度灰階的過渡補償與高灰階的容易飽和之問題,進行演算法之修正與改良,進而提出改良式SWTHE演算法,並研究及實現SWTHE影像對比提昇之相關技術。SWTHE影像對比提昇技術主要利用色彩空間的轉換方法,分離出代表影像色彩亮度Y之資訊,根據亮度Y資訊進行像素的灰階值之分佈統計,如此可以在不影響其他彩色資訊下,改善影像的灰階值直方分佈圖,進一步提出改良式影像對比提昇方法,以改善影像的明暗對比與畫面品質。本方法提供一個簡易和有效的機制,針對不同類型的圖像,以適當地調整與控制影像品質的提昇方式,讓像素的灰階值分佈圖可以得到適度地均化及延伸(Histogram Equalization and Histogram Extension),再經由所提出的SWTHE演算法,得到新的影像灰階密度分佈曲線,平均擴大影像的明暗對比分佈,以使影像品質更為清晰明亮。最後,在系統的驗證與實現方面,本論文利用自動判斷灰階直方圖的影像特性,以選擇適合應用的SWTHE曲線,進行實際系統之實驗,以驗證與評估SWTHE演算法之可行性與實用性。總論,本論文透過改善影像的灰階亮度分佈之方法,以強化影像畫面的顯示品質,並透過數值模擬與FPGA影像驗證平台,輔以主觀及客觀之方式,以評估影像畫質的改善效果,進而驗證系統性能與研究成果。
In order to upgrade the quality of TFT-LCD image, the high-contrast enhancement technology is one of the significantly researchable issues for TFT-LCD systems, especially applying the histogram equalization approaches to achieve the high-contrast and high-color depth improvement of image quality. The contrast factor plays a very important role in image and dominates the image quality for the visual perception of human beings. Since the poor photographical environment will affect the contrast ratio of the pictures so that an unexpected image is produced, the image contrast enhancement/refinement technologies have been fast developed to adjust the available contrast compensations and to provide the smooth and colorful visual perception for the shot image in recent years. In this thesis, applying and extending the principle of Weighted and Threshold Histogram Equalization (WTHE), a novel approach for the image contrast refinement technology is proposed and called the S-Shaped WTHE (SWTHE). Based on the gray-level histogram of image, the probability and cumulative density functions is derived and analyzed to understand the dynamical distribution situations. Furthermore, applying the histogram equalization approach, the modified method of cumulative density function and the improved algorithm of histogram equalization are explored and discussed for the contrast promotion of image quality. The SWTHE algorithm is studied and proposed to improve the defects of image compensation that the low grey-level density is overcompensated and the high grey-level density is easily saturated in the WTHE. The SWTHE presents a revised image contrast refinement technology by using the piecewise nonlinear adjustments of probability and cumulative density functions and producing the more equalization histogram to enhance the contrast performance of image quality. According to the brightness property of image, the decision rules automatic discrimination are also proposed to select the best S-shaped curve of the SWTHE algorithm depending on the histogram characteristics of image. Eventually, the proposed SWTHE algorithm is illustrated by the practical demonstrations on FPGA-based experimental platform to verify the contrast refinement performance of image quality and evaluate the application feasibility for TFT-LCD panels.
摘要 i Abstract iii 誌謝 iv 目錄 v 圖目錄 viii 表目錄 xii 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究背景及動機 2 1.3 論文架構 7 第二章 數位影像處理 9 2.1 數位影像探討 9 2.1.1 數位影像表示法 11 2.1.2 影像的類型 12 2.2 數位影像增強 15 2.2.1 空間域中的影像增強 16 2.2.2 頻率域中的影像增強 18 2.3 影像品質的評估 20 2.3.1 主觀評估準則 21 2.3.2 客觀評估準則 23 2.4 色彩空間的轉換 26 2.4.1 RGB 色彩空間模式 26 2.4.2 YCbCr色彩空間模式 27 2.4.3 YIQ色彩空間模式 28 第三章 影像對比增強相關技術之研究 30 3.1 直方圖處理 30 3.2 傳統的THE方法 33 3.3 對比擴展法 36 3.4 WTHE方法 38 第四章 改良式SWTHE影像對比提昇技術 42 4.1 影像灰階密度特性分析 42 4.1.1 機率密度特性分析 44 4.2 S-Shaped加權曲線之研究 48 4.2.1 各種曲線特性分析 50 4.3 改良式SWTHE影像對比提昇演算法 56 4.4 SWTHE影像品質提昇之模擬分析 60 4.5 相關提昇技術之分析與比較 71 第五章 SWTHE系統驗證 84 5.1 實驗系統與環境 84 5.1.1 面板模組規格 86 5.2 測試影像說明 87 5.3 影像品質提昇技術之評估比較 89 第六章 結論與未來展望 97 6.1 結論 97 6.2 未來展望 99 參考文獻 100
[1]黃一民, 超解析技術應用於影像序列放大之研究, 國立成功大學資訊工程學系博士論文, 民國91年6月. [2]張政祺, 利用雙攝影機即時監視系統作人員偵測及特寫之研究, 銘傳大學資訊管理研究所碩士論文, 民國91年6月. [3]劉國慶, 利用磁振造影的血流灌注影像分割技術來評估腦部疾病, 陽明大學放射醫學科學研究所碩士論文, 民國91年7月. [4]Qing Wang, Rabab Ward “Fast Image/Video Contrast Enhancement Based on WTHE”, IEEE Workshop on Multimedia Signal Processing (MMSP2006), Victoria, Canada, October 3-6, pp.338-343, 2006. [5]K. Wogsritong, K. Kittayaruasiriwat, F. Cheevasuvit, K. Dejhan, and A. Somboonkaew, “Contrast enhancement using multipeak histogram equalization with brightness preserving”, IEEE Conference on Circuits and Systems, Bangkok, Thailand, pp. 455-458, 1998. [6] Y. Wang, Q. Chen and B. Zhang “Image enhancement based on equal area dualistic sub-image histogram equalization method”, IEEE Transaction on Consumer Electronics, Vol. 45, No. 1, pp. 68-75, 1999. [7] Y. T. Kim, “Contrast enhancement using brightness preserving bi-histogram equalization”, IEEE Transaction on Consumer Electronics, Vol. 43, No. 1, pp.1-8, 1997. [8] Sang Yeon Kim, Dongil Han, Seung Jong Choi, and Jong Seok Park, “Image contrast enhancement based on the piecewise-linear approximation of CDF”, IEEE Transaction on Consumer Electronics, Vol. 45, No. 3, pp. 828-834, 1999. [9] Wen-Bin Liu and Chi-Fang Lin, “A fast approach for enhancing sequence of color images using dichotomy histogram equalization”, Thesis of Institute of Computer Science and Engineering, Yuan-Ze University, 2002. [10] 梁銘誠, 植基於向量量化編碼法之影像檢索技術, 靜宜大學資訊管理學系研究所碩士論文, 民國92年6月. [11] 許志遠, 基於軟式計算技術之智慧型影像濾波器,國立成功大學資訊工程研究所碩士論文, 民國93年6月. [12] 陳玉璽, 植基於區塊平滑級別的影像偽裝技術, 逢甲大學通訊工程研究所碩士論文, 民國93年6月. [13] 繆紹綱, 數位影像處理, 普林斯頓國際發行, 2003. [14] Rafael C. Gonzalez and Richard E. Woods, “Digital Image Processing, Second Edition ”, Prentice Hall, 2002. [15] 王鴻彬, 強健性彩色數位浮水印之研究, 崑山科技大學電機工程學系碩士論文, 民國92年6月. [16] 林家瑋, 眼位追蹤系統, 國立中山大學資訊工程學系碩士論文, 民國92年7月. [17] 鄭心惠, 遙測影像空間品質之評估, 國立成功大學測量工程學系碩士論文, 民國91年6月. [18] Fairchild, M. D. and Calabria A. J, “ Perceived Image Contrast and Observer Preference I. The Effects of Lightness, Chroma and Sharpness Manipulations on Contrast Perception ” Journal of imaging science and technology, vol.47 NO.6, p479-493, 2003. [19] Fairchild, M. D. and Calabria A. J. “Perceived Image Contrast and Observer Preference II. Empirical Modeling of Perceived Image Contrast and Observer Preference Data ” Journal of imaging science and technology, vol.47 NO.6 , p494-508, 2003. [20] 林青森, 遙測影像空間品質之評估, 逢甲大學自動控制工程學系碩士論文, 民國92年12月. [21] 吳鴻謙、史天元、劉榮寬, 以小波理論進行影像壓縮之三種實現比較, 航測及遙測學刊, 第十卷第三期第305-314頁,民國94年9月. [22] 曾建昌, 使用小波係數具抗旋轉性之顏色紋理影像檢索系統, 國立成功大學電機工程學系碩士論文, 民國91年6月. [23] 王崇任, 利用碎形維度計算對連續影像進行壓縮, 國立中山大學應用數學研究所碩士論文, 民國88年6月. [24] 唐英曦, 以幾何特徵為基礎之醫學影像三維重建與視覺化研究, 大葉大學自動化控制工程學系碩士論文, 民國91年6月. [25] 井上誠喜及八木伸行, C語言數位影像處理, 全華科技圖書有限公司, 民國94年5月. [26] NOVATEK NT39402 Datasheet,聯詠科技. [27] NOVATEK NT39324 Datasheet,聯詠科技. [28] 徐名潭, TFT-LCD 動態Gamma控制技術之研發,中華大學電機工程學系碩士論文, 民國94年8月. [29] 朱勝嵐, 應用半色調方法之TFT-LCD可調式Gamma補償技術研發 ,中華大學電機工程學系碩士論文, 民國94年8月. [30] 宋朝宗、徐名潭、陳世文和廖德誠, “應用模糊法則之動態GAMMA控制技術研究,” 2007 National Symposium on System Science and Engineering (NSSSE’07) , Taipei, Taiwan, June 21-22, 2007, pp. 1-6.
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