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

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