一種優(yōu)化圖像辨識度的hdr自適應顏色映射方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種優(yōu)化圖像辨識度的hdr自適應顏色映射方法，輸入彩色圖像，對彩色圖像像素點的亮度或飽和度進行歸一化處理；對歸一化處理后彩色圖像像素點亮度或飽和度進行直方圖均衡化，直方圖均衡化為：某個像素點的亮度或飽和度為小于該點的像素點個數(shù)占圖像中所有像素點個數(shù)的比例，將所有像素點的亮度或飽和度映射為輸出的亮度或飽和度取值，輸出彩色圖像。本發(fā)明計算簡單，對于普通狀況的圖像，不需顏色空間轉(zhuǎn)換，圖像映射方法快速簡單，所需的計算量較小，適合移動計算等計算量要求不高的環(huán)境；效果良好，亮度和飽和度增強的程度比較適中，人眼的視覺感知比較自然舒適，色彩的鮮艷度改善明顯。
【專利說明】
-種優(yōu)化圖像辨識度的hd r自適應顏色映射方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設及圖像和視頻處理領(lǐng)域，尤其設及一種優(yōu)化圖像辨識度的hdr自適應顏 色映射方法。
【背景技術(shù)】
[0002] h化化igh data rate,高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù))是面向CDMA所開發(fā)的高速無線接入技 術(shù)，隨著CMOS和CCD等光電感應技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在數(shù)碼拍照、數(shù)碼攝影已經(jīng)變得極其廉 價而廣泛普及，并隨著智能手機的普及成為幾乎人人擁有的應用。而我們拍照時，會出現(xiàn)各 種原始圖片曝光不夠準確等造成的圖片發(fā)灰、辨識度不高的現(xiàn)象。因此，對運些照片進行自 動、自適應優(yōu)化，在不改變圖片大小的情況下盡可能保留原始信息、提高圖形辨識度，成為 一種廣泛的需求。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，對于分辨率越來越高的數(shù)碼照片或者影片，基于人體對顏色的辨識 能力人們發(fā)明了多種照片和影片壓縮方案，如肝G、MPEG等。運些壓縮方案的常見共同點是 把亮度壓縮到了8bit，即28 = 256階亮度中。把原始數(shù)據(jù)壓縮到256階亮度的過程中，最常用 的算法就是線性截取，即W測光點為平均亮度(最大亮度的128/256倍)上下共256倍的亮度 區(qū)間，在運個區(qū)間內(nèi)進行均分為256階亮度的線性映射。但是運種映射存在窗口過大或者過 小的問題。拍攝的原始數(shù)據(jù)中，即自然界中，亮度變化范圍遠大于256階運個范圍。在逆光 (物體背后即強光光源)等場合，如果把僅僅256倍亮度范圍的數(shù)據(jù)納入，就會出現(xiàn)低端過暗 (亮度小于1或者接近1時對小數(shù)點后取整，失去信息)和高端過亮(亮度超過255被截斷取整 為255失去信息）的情況。而在拍攝霧中天氣時，又會出現(xiàn)亮度范圍狹窄（如32.5~57.8)，原 始信息包含小數(shù)點后信息，在數(shù)字化取整后丟失運些信息，如果映射時未提高對比度，即使 后期進行提高對比度等數(shù)字操作也無法恢復的問題。其他還有對數(shù)映射，或者基于丫值的 幕函數(shù)等方案，對于人眼而言顯然對數(shù)映射更為合理，但是計算量較大。
[0004] 對于最優(yōu)化拍攝，即獲取正確曝光的操作，選測光點、改變曝光時間、光圈、改變eV 都僅僅是改變映射窗口的中屯、點位置。改變對比度，會收窄或者展寬映射窗口。對于大部分 情況，可W看到直方圖中，亮度呈正態(tài)分布，選擇中屯、點就能正確曝光。常見的自動照片優(yōu) 化，則會通過提高對比度來提高運種照片的辨識度，但是提高對比度的算法往往是線性的 而不夠智能，容易出現(xiàn)高光區(qū)溢出死白的現(xiàn)象，而提高飽和度會讓照片色彩更為鮮艷諷麗， 但是提高飽和度造成飽和度溢出死紅丟失細節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述問題中存在的不足之處，本發(fā)明提供一種優(yōu)化圖像辨識度的hdr自適應 顏色映射方法。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種優(yōu)化圖像辨識度的h化自適應顏色映射方法，包 括：
[0007] 步驟一、輸入彩色圖像；
[0008] 步驟二、對彩色圖像像素點的亮度或飽和度進行歸一化處理；
[0009] 步驟=、對歸一化處理后彩色圖像像素點亮度或飽和度進行直方圖均衡化，所述 直方圖均衡化為:某個像素點的亮度或飽和度為小于該點的像素點個數(shù)占圖像中所有像素 點個數(shù)的比例；
[0010] 步驟四、將所有像素點的亮度或飽和度映射為輸出的亮度或飽和度取值；
[00川步驟五、輸出彩色圖像。
[0012] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟二中歸一化處理的方法為：
[0013] 將所有像素點的亮度或飽和度除W所有像素點中亮度或飽和度的最大值，得到0 ~1的取值。
[0014] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟=中直方圖均衡化的公式為：
[0015]
[0016] 式中：x為該像素點的初始亮度或飽和度，X的取值為0~1;
[001 7 ] Map ( X )為直方圖均衡化處理后該像素點的亮度或飽和度，Map ( X )的取值為0~1 ;
[001引 Count(i)為彩色圖像中亮度或飽和度為i的像素點的個數(shù)，i的取值為0~1。
[0019] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟=和步驟四之間還包括步驟六；
[0020] 所述步驟六、根據(jù)預設權(quán)重對直方圖均衡化的結(jié)果進行優(yōu)化映射。
[0021] 作為本發(fā)明的進一巧改進，所述巧驟六中優(yōu)化映射的公式為：
[0022]
[0023] 式中：x為該像素點的初始亮度或飽和度，X的取值為0~1;
[0024] Map(X) '為優(yōu)化映射后該像素點的亮度或飽和度，Map (X) '的取值為0~1;
[0025] Count (i)為彩色圖像中亮度或飽和度為i的像素點的個數(shù)，i的取值為0~1;
[0026] We ight (i)為彩色圖像中亮度或飽和度為i的像素點的預設權(quán)重。
[0027] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
[002引本發(fā)明公開的一種優(yōu)化圖像辨識度的hdr自適應顏色映射方法，將歸一化處理的 亮度或飽和度進行直方圖均衡化，即某個像素點的亮度或飽和度為小于該點的像素點個數(shù) 占圖像中所有像素點個數(shù)的比例，將均衡化后的亮度或飽和度映射為輸出的亮度或飽和度 取值，輸出彩色圖像;本發(fā)明解決了在逆光、霧靈環(huán)境下出現(xiàn)高光溢出死白、圖片發(fā)灰辨識 度偏低、丟失重要的圖片原始細節(jié)等問題，其能自動適應各種極端情況，得到最優(yōu)化的顏色 重映射方案，盡可能保留原始重要信息;本發(fā)明計算簡單，對于普通狀況的圖像，不需顏色 空間轉(zhuǎn)換，圖像映射方法快速簡單，所需的計算量較小，適合移動計算等計算量要求不高的 環(huán)境;效果良好，亮度或飽和度增強的程度比較適中，人眼的視覺感知比較自然舒適，色彩 的鮮艷度改善明顯；
[0029]本發(fā)明根據(jù)預設權(quán)重對直方圖均衡化的結(jié)果進行優(yōu)化映射，可W人為的彩色圖像 的亮度或飽和度進行干預，根據(jù)環(huán)境要求選擇適合的處理流程，在低計算量和高計算量場 合獲得適合的最佳處理結(jié)果。
【附圖說明】
[0030] 圖1為本發(fā)明一種實施例公開的優(yōu)化圖像辨識度的Mr自適應顏色映射方法的流 程圖。
【具體實施方式】
[0031] 為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例 中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是 本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0032] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細描述：
[0033] 如圖1所示，本發(fā)明提供一種優(yōu)化圖像辨識度的hdr自適應顏色映射方法，該方法 同時適用于亮度和飽和度的優(yōu)化，用W解決在逆光、霧靈環(huán)境下出現(xiàn)高光溢出死白、圖片發(fā) 灰辨識度偏低、丟失重要的圖片原始細節(jié)等問題，可W自動適應各種極端情況，得到最優(yōu)化 的顏色重映射方案，盡可能保留原始重要信息;其具體包括：
[0034] 步驟一、輸入彩色圖像；
[0035] 步驟二、對彩色圖像像素點的亮度或飽和度進行歸一化處理；
[0036] 歸一化處理的方法為:將所有像素點的亮度或飽和度除W所有像素點中亮度或飽 和度的最大值，得到0~1的取值；
[0037] 步驟=、對歸一化處理后彩色圖像像素點亮度或飽和度進行直方圖均衡化，直方 圖均衡化為:某個像素點的亮度或飽和度為小于該點的像素點個數(shù)占圖像中所有像素點個 數(shù)的比例;直方圖均衡化對信息密度做了最大化，因此不管是高動態(tài)范圍，還是發(fā)灰的低動 態(tài)范圍，或者多亮度峰等復雜情況，都能夠自動處理而無需人為干預。
[0038] 直方圖均衡化的公式為：
[0039]
[0040] 式中：x為該像素點的初始亮度或飽和度，X的取值為0~1;
[0041 ] Map ( X )為直方圖均衡化處理后該像素點的亮度或飽和度，Map ( X )的取值為0~1 ;
[0042] Count(i)為彩色圖像中亮度或飽和度為i的像素點的個數(shù)，i的取值為0~1。
[0043] 目P :若某個像素點的亮度為0.3,彩色圖像中55%的像素點亮度小于等于0.3,則該 點亮度為0.55;按照上述方法對所有像素點進行直方圖均衡化。
[0044] 步驟四、當存在各種影響，造成圖像處于各種極端狀況時的時候，我們要給不同的 亮度或飽和度予W不同的權(quán)重（即預設權(quán)重）：根據(jù)代表環(huán)境要求的權(quán)重對直方圖均衡化的 結(jié)果進行優(yōu)化映射；因為不同像素點的重要性不一樣，越低的亮度或飽和度含有越多的信 息，因此我們在計算某種亮度或飽和度的像素點的個數(shù)時把它加倍計算，權(quán)重就是加倍的 系數(shù)，表明了原始像素點的重要性，由原始亮度或飽和度決定。
[0045] 優(yōu)化映射的公式為：
[0046]
[0047] 式中：x為該像素點的初始亮度或飽和度，X的取值為0~1;
[0048] Map(X) '為優(yōu)化映射后該像素點的亮度或飽和度，Map (X) '的取值為0~1;
[0049] Count(i)為彩色圖像中亮度或飽和度為i的像素點的個數(shù)，i的取值為0~1;
[0050] Wei曲t(i)為彩色圖像中亮度或飽和度為i的像素點的預設權(quán)重，Wei曲t(i)為其 他公式計算的和亮度或飽和度相關(guān)的預設權(quán)重(和具體情況有關(guān)，比如數(shù)量截斷、取對數(shù)、 取倒數(shù)等各種函數(shù)）；
[0051] 人眼近似可W看成對于圖案，只對其相對亮度比例敏感、而不在乎絕對亮度，所W 權(quán)重應該是In(X)的導數(shù)，即1A，也就是說如果是裸眼看自然物體那么顯然對數(shù)映射是信 息密度最高的。但是由于存在噪聲，所W當X接近于零時我們不能得到無窮大的信息密度。 假如噪聲強度為n，則從獨立概率假設，有效信息強度應該近似為ln(\sqd(x~2+rT2))的導 數(shù)。對于數(shù)碼圖像，噪聲大小和IS0、CCD大小、工作溫度都有關(guān)系，常見的小底手機拍照，平 均噪點強度大于5/256是很正常的。使用信息密度作為權(quán)重顯然有利于進一步提高亮度中 信息的有效利用。
[0052] 步驟五、將所有像素點的亮度或飽和度映射為輸出的亮度或飽和度取值，轉(zhuǎn)換為 標準的像素點的亮度或飽和度的取值;如:將所有像素點的亮度或飽和度映射為0~255;
[0053] 步驟六、輸出彩色圖像。
[0054] 本發(fā)明解決了在逆光、霧靈環(huán)境下出現(xiàn)高光溢出死白、圖片發(fā)灰辨識度偏低、丟失 重要的圖片原始細節(jié)等問題，其能自動適應各種極端情況，得到最優(yōu)化的顏色重映射方案， 盡可能保留原始重要信息;本發(fā)明計算簡單，對于普通狀況的圖像，不需顏色空間轉(zhuǎn)換，圖 像映射方法快速簡單，所需的計算量較小，適合移動計算等計算量要求不高的環(huán)境;效果良 好，亮度或飽和度增強的程度比較適中，人眼的視覺感知比較自然舒適，色彩的鮮艷度改善 明顯;本發(fā)明預設權(quán)重對直方圖均衡化的結(jié)果進行優(yōu)化映射，可W人為的彩色圖像的亮度 或飽和度進行干預，根據(jù)環(huán)境要求選擇適合的處理流程，在低計算量和高計算量場合獲得 適合的最佳處理結(jié)果。
[0055] W上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人 員來說，本發(fā)明可W有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、 等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種優(yōu)化圖像辨識度的hdr自適應顏色映射方法，其特征在于，包括： 步驟一、輸入彩色圖像； 步驟二、對彩色圖像像素點的亮度或飽和度進行歸一化處理； 步驟三、對歸一化處理后彩色圖像像素點亮度或飽和度進行直方圖均衡化，所述直方 圖均衡化為:某個像素點的亮度或飽和度為小于該點的像素點個數(shù)占圖像中所有像素點個 數(shù)的比例； 步驟四、將所有像素點的亮度或飽和度映射為輸出的亮度或飽和度取值； 步驟五、輸出彩色圖像。2. 如權(quán)利要求1所述的優(yōu)化圖像辨識度的hdr自適應顏色映射方法，其特征在于，所述 步驟二中歸一化處理的方法為： 將所有像素點的亮度或飽和度除以所有像素點中亮度或飽和度的最大值，得到〇~1的 取值。3. 如權(quán)利要求1所述的優(yōu)化圖像辨識度的hdr自適應顏色映射方法，其特征在于，所述 步驟三中直方圖均衡化的公式為：式中:x為該像素點的初始亮度或飽和度，X的取值為0~1; Map (X)為直方圖均衡化處理后該像素點的亮度或飽和度，Map (X)的取值為0~1; Count (i)為彩色圖像中亮度或飽和度為i的像素點的個數(shù)，i的取值為0~1。4. 如權(quán)利要求1所述的優(yōu)化圖像辨識度的hdr自適應顏色映射方法，其特征在于，所述 步驟三和步驟四之間還包括步驟六； 所述步驟六、根據(jù)預設權(quán)重對直方圖均衡化的結(jié)果進行優(yōu)化映射。5. 如權(quán)利要求4所述的優(yōu)化圖像辨識度的hdr自適應顏色映射方法，其特征在于，所述 步驟六中優(yōu)化映射的公式為：式中:x為該像素點的初始亮度或飽和度，X的取值為0~1; Map(x) '為優(yōu)化映射后該像素點的亮度或飽和度，Map(x) '的取值為0~1; Count (i)為彩色圖像中亮度或飽和度為i的像素點的個數(shù)，i的取值為0~1; Weight (i)為彩色圖像中亮度或飽和度為i的像素點的預設權(quán)重。
【文檔編號】H04N9/77GK105828057SQ201610167492
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月23日
【發(fā)明人】朱山, 朱光喜, 喻西香
【申請人】武漢鴻瑞達信息技術(shù)有限公司