專利名稱：一種基于色域映射的圖像光照校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)講，涉及一種處理明、暗場(chǎng)景光照 下圖像色彩增強(qiáng)和校正的基于色域映射的圖像光照校正方法。
背景技術(shù)：
許多圖像、視頻采集設(shè)備，如數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)等，在進(jìn)行圖像信號(hào)的采 集時(shí)，由于圖像是由光的反射形成的，常出現(xiàn)光源在景物上照射不均勻的現(xiàn)象， 至使光照強(qiáng)的部分較亮，光照弱的部分較暗，導(dǎo)致環(huán)境光照不均勻的情況，或 者光線較暗，或者光線比較明亮。
為了避免這種光照較暗或者較亮的現(xiàn)象，可以通過(guò)調(diào)節(jié)曝光時(shí)間來(lái)進(jìn)行彌 補(bǔ)。而現(xiàn)有的圖像信號(hào)采集設(shè)備，對(duì)于同一場(chǎng)景，每次獲得的曝光時(shí)間只能有 一個(gè)，因此在同一副圖像中不能同時(shí)捕捉不同光照下的物體的細(xì)節(jié)，往往造成 場(chǎng)景中，有的地方光照較昏暗，有的地方光照較明亮，使得圖像信號(hào)的對(duì)比度 降低。而圖像的對(duì)比度對(duì)于人類視覺的影響是至關(guān)重要的，因此亟需解決圖像 信號(hào)在不同光照環(huán)境下的色彩校正技術(shù)，以滿足人類視覺感官需要。
另一方面，由于獲得圖像的光照不均勻，對(duì)于后繼的圖像處理，如模式識(shí) 別、目標(biāo)跟蹤等都會(huì)造成較大的影響。
此外隨著高動(dòng)態(tài)范圍，即HDR， High Dynamic Range技術(shù)的發(fā)展，也需要 解決如何在低動(dòng)態(tài)范圍，S卩LDR， Low Dynamic Range設(shè)備上顯示高動(dòng)態(tài)范圍 圖像信號(hào)的問(wèn)題。目前大多數(shù)采用數(shù)字?jǐn)z像和顯示設(shè)備都屬于低動(dòng)態(tài)范圍設(shè)備， 為了使獲取的影像具有更廣的亮度范圍和更多的色彩層次，高動(dòng)態(tài)范圍成像和 顯示設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)。由于成本價(jià)格等因素的原因，為了能夠在低動(dòng)態(tài)范圍設(shè)備 上顯示高動(dòng)態(tài)范圍影像，需要進(jìn)行高動(dòng)態(tài)范圍影像到低動(dòng)態(tài)范圍影像的轉(zhuǎn)換。 而該問(wèn)題的關(guān)鍵也在于如何保持圖像在不同光照下色彩的映射和校正問(wèn)題。
目前對(duì)于不同光照下圖像信號(hào)的校正有主要有直方圖均衡、同態(tài)濾波等 較為常用的方法，這些方法在一定程度上達(dá)到圖像對(duì)比度增強(qiáng)和光照平衡的目的。
直方圖均衡是一種經(jīng)典的圖像視頻增強(qiáng)的方法，其基本原理是，通過(guò)統(tǒng)計(jì) 一幅圖像的直方圖，將該圖像的直方圖重新按照某種分布進(jìn)行調(diào)整，比如均勻 分布，然后再將亮度值按照重新賦予的新值映射回去。
直方圖均衡方法對(duì)于背景和前景都太亮或者太暗的圖像比較有效，這種方 法的主要缺點(diǎn)是它對(duì)處理的數(shù)據(jù)不加選擇，在增強(qiáng)的同時(shí)會(huì)增加背景噪聲的對(duì) 比度并且降低有用信號(hào)的對(duì)比度。對(duì)直方圖均衡也產(chǎn)生了許多改進(jìn)方法，但這 些方法都會(huì)在增強(qiáng)圖像的同時(shí)增加背景噪聲。為了解決圖像局部對(duì)比度增強(qiáng)的 問(wèn)題，產(chǎn)生了自適應(yīng)直方圖均衡；為了消弱平滑區(qū)域的噪聲，產(chǎn)生了對(duì)比度限 制自適應(yīng)直方圖均衡方法等。
同態(tài)濾波是一種把頻率過(guò)濾和灰度變換結(jié)合起來(lái)的一種處理方法。它是把 圖像的照明反射模型作為頻域處理的基礎(chǔ)，利用壓縮灰度范圍和增強(qiáng)對(duì)比度來(lái) 改善圖像的一種處理技術(shù)。假定一幅圖像的照明分量通常用慢變化來(lái)表征，而 反射分量則傾向于急劇變換。圖像取對(duì)數(shù)后得傅立葉變換的低頻部分主要對(duì)應(yīng) 照度分量，而高頻部分主要對(duì)應(yīng)反射分量。適當(dāng)?shù)倪x擇濾波器函數(shù)將會(huì)對(duì)傅立 葉變換中的低頻部分和高頻部分產(chǎn)生不同的響應(yīng)。處理結(jié)果會(huì)使像元灰度的動(dòng) 態(tài)范圍或圖像對(duì)比度得到增強(qiáng)。
同態(tài)濾波方法對(duì)于處理同時(shí)具有明亮區(qū)域和黑暗區(qū)域的圖像比較有效。但 這種方法，從是基于傅立葉變換的，而在頻率域進(jìn)行處理，不僅花費(fèi)大量的計(jì) 算時(shí)間，而且最終的處理結(jié)果也會(huì)出現(xiàn)偽色彩和紋理。此外，這種方法對(duì)于單 一的光照較暗或者較亮的情況處理效果不好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有圖像光照校正方法的不足，提供一種能很好保 持原始圖像色彩、不會(huì)增加圖像噪聲的基于色域映射的圖像光照校正方法。
為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的基于色域映射的圖像光照校正方法，包括 以下步驟(1) 、將輸入圖像按照?qǐng)D像色彩通道進(jìn)行分解，然后進(jìn)行亮度計(jì)算，得到 各像素點(diǎn)的亮度值；
(2) 、將各像素點(diǎn)的R、 G、 B值除以步驟(1)得到亮度值，進(jìn)行色彩空 間分解；
(3) 、對(duì)步驟(1)得到亮度值進(jìn)行增強(qiáng)計(jì)算，校正各像素點(diǎn)的亮度；
(4) 、將校正后的亮度值乘以步驟(2)色彩空間分解后的R、 G、 B值， 生成暗光校正后的圖像；
(5) 、判斷輸入圖像是否需要進(jìn)行高光校正，如果不需要進(jìn)行高光校正， 直接輸出暗光校正后圖像，作為光照校正后圖像，圖像的光照校正結(jié)束；如果 需要，則進(jìn)行下一步；
(6) 、對(duì)輸入圖像進(jìn)行求補(bǔ)運(yùn)算，然后按步驟(1) ~ (4)進(jìn)行處理，生 成的暗光校正后的圖像，再進(jìn)行一次求補(bǔ)運(yùn)算，得到高光校正后的圖像；
(7) 、將步驟(4)得到暗光校正后的圖像和步驟(6)得到的高光校正后 的圖像進(jìn)行融合，輸出光照校正后圖像，圖像的光照校正結(jié)束。
本發(fā)明將輸入圖像的亮度和色彩空間分解后的R、 G、 B值分開進(jìn)行處理， 然后，將亮度增強(qiáng)計(jì)算得到的亮度值乘以色彩空間分解后的R、 G、 B值，恢復(fù) 得到光照校正后圖像，這種色彩空間分解和亮度增強(qiáng)能夠在提高圖像對(duì)比度的 同時(shí)更好地保持原始圖像的色彩、不會(huì)增加圖像的噪聲。同時(shí)，本發(fā)明所采用 的光照校正方法是基于圖像的像素進(jìn)行處理的，不需要進(jìn)行圖像的變換和圖像 信息的統(tǒng)計(jì)，降低了計(jì)算的復(fù)雜性，更加易于硬件實(shí)現(xiàn)。此外，對(duì)于高亮光照 環(huán)境，采用圖像的求補(bǔ)運(yùn)算，使得亮度增強(qiáng)計(jì)算具有較好的通用性，能夠同時(shí) 處理多種復(fù)雜光照條件。
本發(fā)明給出的圖像光照校正方法，能夠同時(shí)處理具有暗光和高光等多種復(fù) 雜光照條件下的圖像信號(hào)。


圖1是本發(fā)明圖像光照校正方法的一種具體實(shí)施方式
的流程圖；. 圖2是圖1所示圖像光照校正方法對(duì)應(yīng)的校正系統(tǒng)框圖；圖3是圖2所示暗光校正系統(tǒng)的框圖； 圖4是本發(fā)明實(shí)施例輸入圖像；
圖5是圖4所示輸入圖像經(jīng)過(guò)本發(fā)明實(shí)施例的圖像光照校正方法校正后的圖像。
具體實(shí)施例方式
為更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更為詳細(xì)描述。 在以下的描述中，當(dāng)已有的現(xiàn)有技術(shù)的詳細(xì)描述也許會(huì)淡化本發(fā)明的主題內(nèi)容 時(shí)，這些描述在這兒將被忽略。
圖1是本發(fā)明圖像光照校正方法的一種具體實(shí)施方式
的流程圖。在本實(shí)施例 中，按照以下步驟進(jìn)行
ST101:首先將輸入圖像，按照?qǐng)D像色彩通道進(jìn)行分解，然后進(jìn)行亮度計(jì)算。 在本實(shí)施例中，亮度計(jì)算公式為
/ = 0.27xi + 0.67xG + 0.06x5 (1)
ST102:根據(jù)公式(1)計(jì)算得到的各像素點(diǎn)亮度值/，進(jìn)行色彩空間分解， 即各像素點(diǎn)的R、 G、 B值除以步驟(1)得到亮度值/，得到色彩空間分解后的 R、 G、 B值，艮卩
G' = G// (2)
為色彩信號(hào)的保持和增強(qiáng)視覺效果起到一定作用，在本實(shí)施例中，色彩空 間分解后的R、 G、 B值進(jìn)行高斯濾波計(jì)算，該計(jì)算描述如下式
G脾,G、g(x，乂cr) (3) 其中，g為高斯核函數(shù)，c為高斯核函數(shù)的方差。
ST103:對(duì)步驟ST101得到亮度值進(jìn)行增強(qiáng)計(jì)算，校正各像素點(diǎn)的亮度，
亮度增強(qiáng)計(jì)算公式為/' = log (/K -1) + 1) (4) 其屮a為光照校正增益，^為光照校正比例系數(shù)。
ST104:根據(jù)校正后的亮度值/'，分通道校正圖像的光照，生成暗光校正后 的圖像S。分通道校正的圖像是色彩空間分解的逆過(guò)程，將校正后的亮度值/'乘 以步驟(2)色彩空間分解后的R、 G、 B值，即i ,u、 G， 、 S，s，得到暗光 校正后的圖像《，其R、 G、 B值，即《、G2、 5,，具體采用下述公式進(jìn)行
《=^g?？В?
G, =G—,/' (5)
ST105:判斷輸入圖像是否需要進(jìn)行高光校正，如果不需要進(jìn)行高光校正， 直接輸出暗光校正后圖像，作為光照校正后圖像，圖像的光照校正結(jié)束；如果 需要，則進(jìn)行下-步；
ST106:對(duì)輸入圖像進(jìn)行求補(bǔ)運(yùn)算，具體可通過(guò)對(duì)像素逐點(diǎn)進(jìn)行如下計(jì)算完
成
7 = /-/ (6)
其中/_為輸入圖像的最大亮度水平。
然后按步驟ST101 ST104進(jìn)行處理，生成的暗光校正后的圖像，其亮度值
7"'
再進(jìn)行一次求補(bǔ)運(yùn)算，得到高光校正后的圖像尸2，其亮度值為。
ST107:將步驟ST104得到暗光校正后的圖像S和步驟ST106得到的高光 校正后的圖像g進(jìn)行融合，輸出光照校正后圖像尸_，圖像的光照校正結(jié)束。在 本實(shí)施例中，融合計(jì)算參將對(duì)暗光像素進(jìn)行處理的結(jié)果和高光像素進(jìn)行處理的 結(jié)果進(jìn)行綜合，計(jì)算方法如下
K^ + " (8)
其中，^,4為權(quán)重系數(shù)。
圖2是圖1所示圖像光照校正方法對(duì)應(yīng)的校正系統(tǒng)框圖。在本實(shí)施例中， 主要包括暗光校正系統(tǒng)502、 505，圖像取補(bǔ)運(yùn)算504、 506，融合計(jì)算508兒個(gè)
7部分。將輸入圖像501中的像素分別按照光照強(qiáng)度進(jìn)行分類，對(duì)于喑光的像素
僅采用暗光校正系統(tǒng)502完成校正和增強(qiáng)，得到光照校正圖像^503，而對(duì)于高 光像素還要進(jìn)行像素求補(bǔ)運(yùn)算504，然后再應(yīng)用暗光校正系統(tǒng)505，進(jìn)行光照的 校正，所得圖像進(jìn)行取補(bǔ)運(yùn)算506，得到光照校正圖像g507。最后通過(guò)融合計(jì) 算508將兩種情況校正的結(jié)果進(jìn)行綜合，得到最終的光照校正圖像P^509。
圖3是圖2所示暗光校正系統(tǒng)的框圖。在本實(shí)施例中，主要包括亮度計(jì) 算模塊405，色彩空間分解計(jì)算模塊406，亮度增強(qiáng)計(jì)算模塊411，以及高斯濾 波計(jì)算模塊412。
在本實(shí)施例中，具體過(guò)程為當(dāng)輸入圖像401進(jìn)入暗光校正系統(tǒng)后，首先 將該輸入圖像401按照色彩通道分解為R通道信號(hào)402， G通道信號(hào)403，以及 B通道信號(hào)404。分別通過(guò)亮度計(jì)算405進(jìn)行圖像亮度計(jì)算，得到亮度信號(hào)/407。 對(duì)亮度信號(hào)/407通過(guò)亮度增強(qiáng)計(jì)算411，獲得增強(qiáng)后新的亮度信號(hào)/'413。通過(guò) 色彩空間分解計(jì)算406，提取輸入圖像信號(hào)各通道的色彩信號(hào)化408， G'409， S'410。將色彩信號(hào)i '408， G'409， #410進(jìn)行高斯濾波計(jì)算412，獲得新的色 彩信號(hào)&。
414， Gg。,,ss415， 5g_416。將增強(qiáng)后的亮度信號(hào)/'413和新的色彩信 號(hào)^,4"， Gs_415， S，,416進(jìn)行合成，以獲得光照校正后的圖像信號(hào)。
圖4是本發(fā)明實(shí)施例輸入圖像，圖5是圖4所示輸入圖像經(jīng)過(guò)本發(fā)明實(shí)施 例的圖像光照校正方法校正后的圖像。對(duì)比兩幅圖像，我們可以清楚地看出， 經(jīng)過(guò)光照校正后，圖像的對(duì)比度得到了提高，同時(shí)保持了原始圖像的色彩。
盡管上面對(duì)本發(fā)明說(shuō)明性的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)清楚，本發(fā) 明不限于具體實(shí)施方式
的范圍，對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)講，只要各種
變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而 易見的， 一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
權(quán)利要求
1、一種基于色域映射的圖像光照校正方法，其特征在于，包括以下步驟(1)、將輸入圖像按照?qǐng)D像色彩通道進(jìn)行分解，然后進(jìn)行亮度計(jì)算，得到各像素點(diǎn)的亮度值；(2)、將各像素點(diǎn)的R、G、B值除以步驟(1)得到亮度值，進(jìn)行色彩空間分解；(3)、對(duì)步驟(1)得到亮度值進(jìn)行增強(qiáng)計(jì)算，校正各像素點(diǎn)的亮度；(4)、將校正后的亮度值乘以步驟(2)色彩空間分解后的R、G、B值，生成暗光校正后的圖像；(5)、判斷輸入圖像是否需要進(jìn)行高光校正，如果不需要進(jìn)行高光校正，直接輸出暗光校正后圖像，作為光照校正后圖像，圖像的光照校正結(jié)束；如果需要，則進(jìn)行下一步；(6)、對(duì)輸入圖像進(jìn)行求補(bǔ)運(yùn)算，然后按步驟(1)～(4)進(jìn)行處理，生成的暗光校正后的圖像，再進(jìn)行一次求補(bǔ)運(yùn)算，得到高光校正后的圖像；(7)、將步驟(4)得到暗光校正后的圖像和步驟(6)得到的高光校正后的圖像進(jìn)行融合，輸出光照校正后圖像，圖像的光照校正結(jié)束。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于色域映射的圖像光照校正方法，其特征在于， 步驟(2)所述的各像素點(diǎn)的R、 G、 B值除以步驟(1)得到亮度值，然后進(jìn)行 高斯濾波計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為色彩空間分解后的R、 G、 B值。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于色域映射的圖像光照校正方法，其特征在于， 步驟(3)所述的增強(qiáng)計(jì)算為亮度增強(qiáng)計(jì)算公式為<formula>formula see original document page 2</formula> (4)其中，/步驟(1)得到亮度值，/'為增強(qiáng)計(jì)算后的亮度值，《為光照校正 增益，P為光照校正比例系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于色域映射的圖像光照校正方法，將輸入圖像的亮度和色彩空間分解后的R、G、B值分開進(jìn)行處理，然后，將亮度增強(qiáng)計(jì)算得到的亮度值乘以色彩空間分解后的R、G、B值，恢復(fù)得到光照校正后圖像，這種色彩空間分解和亮度增強(qiáng)能夠在提高圖像對(duì)比度的同時(shí)更好地保持原始圖像的色彩、不會(huì)增加圖像的噪聲。同時(shí)，本發(fā)明所采用的光照校正方法是基于圖像的像素進(jìn)行處理的，不需要進(jìn)行圖像的變換和圖像信息的統(tǒng)計(jì)，降低了計(jì)算的復(fù)雜性，更加易于硬件實(shí)現(xiàn)。此外，對(duì)于高亮光照環(huán)境，采用圖像的求補(bǔ)運(yùn)算，使得亮度增強(qiáng)計(jì)算具有較好的通用性，能夠同時(shí)處理多種復(fù)雜光照條件。
文檔編號(hào)H04N9/77GK101478690SQ200810147788
公開日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2008年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月8日
發(fā)明者吳亞?wèn)|, 李慧然, 袁梓瑾 申請(qǐng)人:四川虹微技術(shù)有限公司