[發明專利]一種非線性分段的伽馬校正實現方法

有效

• 申請號: 201611270167.5
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106657945B
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 李林;史漢臣;李琛;張小亮;袁慶;張遠
• 申請（專利權）人: 上海集成電路研發中心有限公司;成都微光集電科技有限公司
• 主分類號: H04N9/04
• 分類號: H04N9/04;G09G3/20
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;陳慧弘

一種非線性分段的伽馬校正實現方法，其包括將具有像素矩陣的圖像傳感器中每一個像素的RGB色彩編碼模式線性轉換為對應的YUV色度域編碼模式；分別將所述像素矩陣中同一行的所有像素保留Y通道像素預補償前對應的像素值，將相鄰點兩兩進行奇偶配對相鄰像素點的U預補償前的像素相同U值，且相鄰像素點的V通道預補償前的像素相同V值，即U通道和V通道的預補償前對應的像素值分別相同；將像素值的區間分為多段，每一段使用線性計算在計算過程中，U通道和V通道加以合并的預補償前對應的像素值僅計算一次，最終得到每一個Y通道、U通道和V通道的預補償后對應的像素值。

技術領域

本發明涉及半導體集成電路制造技術領域，尤其涉及一種芯片硬件的優化方法，更具體地，一種非線性分段的伽馬校正硬件實現方法。

背景技術

現實世界中幾乎所有的CRT顯示設備、攝影膠片和許多電子照相機的光電轉換特性都是非線性的。這些非線性部件的輸出與輸入之間的關系(例如，電子攝像機的輸出電壓與場景中光強度的關系，CRT發射的光的強度與輸入電壓的關系)可以用一個冪函數來表示，它的一般形式是：

輸出＝(輸入)γ

式中的γ是冪函數的指數，它用來衡量非線性部件的轉換特性。這種特性稱為冪-律(power-law)轉換特性。按照慣例，“輸入”和“輸出”都縮放到0～1之間。其中，0表示黑電平，1表示顏色分量的最高電平。對于特定的部件，人們可以度量它的輸入與輸出之間的函數關系，從而找出γ值。

實際的圖像系統是由多個部件組成的，這些部件中可能會有幾個非線性部件。如果所有部件都有冪函數的轉換特性，那么整個系統的傳遞函數就是一個冪函數，它的指數γ等于所有單個部件的g的乘積。如果圖像系統的整個γ＝1，輸出與輸入就成線性關系。這就意味在重現圖像中任何兩個圖像區域的強度之比率與原始場景的兩個區域的強度之比率相同，這似乎是圖像系統所追求的目標：真實地再現原始場景。但實際情況卻不完全是這樣。

當這種再生圖像在“明亮環境”下，也就是在其他白色物體的亮度與圖像中白色部分的亮度幾乎相同的環境下觀看時，γ＝1的系統的確可使圖像看起來像“原始場景”一樣。但是某些圖像有時在“黑暗環境”下觀看所獲得的效果會更好，放映電影和投影幻燈片就屬于這種情況。在這種情況下，γ值不是等于1而通常認為γ≈1.5時，人的視角系統所看到的場景就好像是“原始場景”。根據這種觀點，投影幻燈片的γ值就設計為1.5左右，而不是1。還有一種環境稱為中間環境的“暗淡環境”，這種環境就像房間中的其他東西能夠看到，但比圖像中白色部分的亮度更暗。看電視的環境和計算機房的環境就屬于這種情況。在這種情況下，通常認為再現圖像需要γ≈1.25才能看起來像“原始場景”。根據上面的分析，為了在不同環境下觀看到“原始場景”可在適當的地方加入伽馬(γ)校正。

伽馬校正就是對圖像的伽馬曲線進行編輯，以對圖像進行非線性色調編輯的方法，檢出圖像信號中的深色部分和淺色部分，并使兩者比例增大，從而提高圖像對比度效果。

人類視覺系統(Human Visual System，簡稱HVS)人類視覺系統只有3種視錐細胞的響應曲線是非線性的，可以使用冪值函數表示，一般稱為伽馬曲線，如圖1所示。

ValueOut＝ValueIn ^1/gamma

伽馬(Gamma曲線)是一種特殊的色調曲線，當Gamma值等于1的時候，曲線為與坐標軸成45°的直線，這個時候表示輸入亮度和輸出亮度有著相同的密度函數。高于1的Gamma值將會造成輸出亮化，低于1的Gamma值將會造成輸出暗化。

原則上人類的視覺感知需求是輸入和輸出比率盡可能地接近于1。在輸入、輸出設備中這是一個相當常見并且比較重要的概念。但是在圖像處理系統中，由于顯示器、掃描儀、打印機等輸入輸出設備的非線性響應原因，會出現實際輸出的圖像在亮度上有偏差，而Gamma曲線校正就是通過一定的方法來糾正圖像這種感知偏差的方法。