專利名稱：圖像陰影和高光的自動局部調(diào)整的制作方法
圖像陰影和高光的自動局部調(diào)整
背景技術(shù)：
眾所周知，人眼同時感知明亮和昏暗的區(qū)域的細(xì)節(jié)的能力與傳統(tǒng)的圖像捕捉設(shè)備不匹配。結(jié)果，攝影師通過肉眼可以感知到一個場景在明亮的和昏暗的區(qū)域都有細(xì)節(jié)，但是，當(dāng)攝影的時候，所得到的該同樣場景的照片可能包含“溢出的”、缺乏細(xì)節(jié)的明亮的區(qū)域，并可能包含類似太暗的、并且同樣缺乏細(xì)節(jié)的黑暗的區(qū)域。專業(yè)的攝影師很清楚這個缺陷并通過可在捕捉圖像之前實(shí)施的各種手段來預(yù)防這一點(diǎn)。反之，業(yè)余攝影師往往并不清楚他們的圖像捕捉設(shè)備的這些局限性，結(jié)果，捕捉到的圖像缺乏細(xì)節(jié)。隨著數(shù)字圖像捕捉和數(shù)字圖像處理技術(shù)的到來，在圖像被捕捉之后可應(yīng)用各種機(jī)制來改進(jìn)圖像的明亮或者昏暗區(qū)域的細(xì)節(jié)的缺失。典型地這些機(jī)制被稱作“高光和陰影”處理。在多數(shù)數(shù)字圖像編輯軟件應(yīng)用程序中可找到手動的高光和陰影處理功能。然而，由于這些程序提供的高光和陰影處理是由用戶手動調(diào)節(jié)的，改進(jìn)給定圖像的能力直接取決于該 用戶熟練地有見識地使用這些功能的能力。不幸的是，起初不很了解如何避免照出這種照片的用戶事后同樣不大可能熟練運(yùn)用高光和陰影處理來修復(fù)這些照片。認(rèn)識到此二分性，ー些數(shù)字圖像編輯軟件應(yīng)用程序提供自動的高光和陰影處理，通常稱作“自動曝光”。然而，這種自動處理對整個數(shù)字圖像運(yùn)用同樣的修正。這些自動處理沒有嘗試區(qū)分?jǐn)?shù)字圖像的哪些區(qū)域代表高光、哪些區(qū)域代表陰影，并區(qū)分對待這些區(qū)域，或?qū)@些不同的區(qū)域運(yùn)用不同的修正。相反，這種自動的高光和陰影處理籠統(tǒng)地基于整個圖像來決定要運(yùn)用的數(shù)字修正，并將這些修正運(yùn)用到整個圖像中。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實(shí)施例中，自動高光和陰影處理在數(shù)字圖像上局部地實(shí)施，這樣該數(shù)字圖像的各個區(qū)域可對其運(yùn)用不同的高光和陰影處理。在另ー個實(shí)施例中，生成一個模片(mask)來識別代表數(shù)字圖像的高光區(qū)域的那些數(shù)字圖像部分以及識別代表數(shù)字圖像的陰影區(qū)域的那些數(shù)字圖像部分。這個模片可通過對被處理的數(shù)字圖像運(yùn)用高斯模糊來生成，從而將微小細(xì)節(jié)用與其環(huán)境同樣的方式來分類。此外，高斯模糊的結(jié)果可與原始圖像混合以保留識別為高光的區(qū)域和識別為陰影的區(qū)域之間的銳利轉(zhuǎn)變。在進(jìn)ー步的實(shí)施例中，自動運(yùn)用的高光和陰影處理可以基于可以從ー個或多個光度直方圖中導(dǎo)出的目標(biāo)集合，所述光度直方圖包括針對整個數(shù)字圖像的光度直方圖和分別表示陰影區(qū)域和高光區(qū)域的各自的光度直方圖。光度直方圖的平均值、方差值和其它矩值可被用來生成目標(biāo)矩值，包括目標(biāo)平均值和目標(biāo)方差值。之后高光和陰影區(qū)域可被自動地處理直至至少有ー個矩值達(dá)到了目標(biāo)矩值。在又一實(shí)施例中，從光度直方圖的已有的矩值中導(dǎo)出目標(biāo)矩值的機(jī)制可從數(shù)字圖像的參考集合中獲得。數(shù)字圖像的參考集合可以被手動調(diào)整，以優(yōu)化這些數(shù)字圖像的高光和陰影區(qū)域的細(xì)節(jié)的顯示。包括各自代表陰影區(qū)域和単獨(dú)代表高光區(qū)域的直方圖的原始圖像的光度直方圖可與手動修正過的圖像的光度直方圖進(jìn)行比較。從這種比較中，能夠獲得從原始矩值導(dǎo)出目標(biāo)矩值的機(jī)制。提供本發(fā)明內(nèi)容部分以簡化的形式介紹概念的選擇，在下面具體實(shí)施方式
中其將被進(jìn)ー步描述。本發(fā)明內(nèi)容并不g在識別所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保護(hù)的主題的范圍。其它特征和優(yōu)點(diǎn)將通過下面通過參考附圖進(jìn)行的具體描述而變得清楚。


結(jié)合附圖，下述具體描述可以被最好地理解，其中
圖I是圖像的陰影和高光區(qū)域的示例性自動和局部調(diào)整的框圖； 圖2是用于自動識別圖像的高光和陰影區(qū)域的模片的示例生成的框圖； 圖3是對圖像的聞光和陰影區(qū)域的不例加權(quán)的不意 圖4是以局部的方式自動調(diào)整圖像的陰影和高光區(qū)域的示例機(jī)制的框 圖5是生成原始圖像的直方圖矩和目標(biāo)直方圖矩之間的函數(shù)關(guān)系的示例機(jī)制的流程
圖6是以局部的方式自動調(diào)整圖像的陰影和高光區(qū)域的示例機(jī)制的流程圖；及 圖7是示例計算設(shè)備的框圖。
具體實(shí)施例方式下述說明涉及以局部的方式自動調(diào)整圖像的陰影和高光區(qū)域的機(jī)制。可生成自動將數(shù)字圖像的局部區(qū)域識別為高光區(qū)域或陰影區(qū)域的模片。隨后，不同的處理可自動地分別運(yùn)用到高光區(qū)域和陰影區(qū)域?？蓪φ麄€圖像、以及分別在高光區(qū)域和陰影區(qū)域的那些數(shù)字圖像部分獲取光度直方圖。包括例如均值和方差的那些直方圖的矩可與目標(biāo)矩進(jìn)行比較，并且可繼續(xù)分別對高光區(qū)域和陰影區(qū)域運(yùn)用處理，直至達(dá)到ー個或多個目標(biāo)矩?？梢曰趫D像參考集合的先期手動優(yōu)化生成的關(guān)系從原始圖像直方圖的原始矩中生成目標(biāo)矩。為了舉例，此處所述的技術(shù)參考単一靜態(tài)數(shù)字圖像。然而，這些參考的確是示例性的，而非g在將所描述的機(jī)制限定到靜態(tài)數(shù)字圖像的處理。事實(shí)上，所描述的技術(shù)同樣可適用于任何ー個或多個數(shù)字圖像或數(shù)字圖像的序列，包括數(shù)字電影和其它動態(tài)數(shù)字圖像內(nèi)容中發(fā)現(xiàn)的那些。此外，此處所描述的技術(shù)也同樣可適用于數(shù)字圖像，而不管這些數(shù)字圖像是以何種方式捕捉到的，包括通過數(shù)字?jǐn)z像機(jī)捕獲的數(shù)字圖像、模擬圖像的數(shù)字掃描及生成的數(shù)字圖像。雖然并不要求，以下描述將在由計算設(shè)備執(zhí)行的比如程序模塊的計算機(jī)可執(zhí)行指令的常規(guī)背景中進(jìn)行。更具體來說，除非另作說明，所述描述將參考由ー個或多個計算設(shè)備或外圍設(shè)備實(shí)施的動作或操作的符號表示。同樣地，要理解的是，有時被稱為是計算機(jī)執(zhí)行的這些動作和操作包括以結(jié)構(gòu)化形式表示數(shù)據(jù)的電子信號的處理單元進(jìn)行的處理。這種處理對數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換或?qū)⑵浔４嬖诖鎯ζ髦心程?，它以本領(lǐng)域技術(shù)人員周知的方式重新配置或其他方式改變計算設(shè)備或外圍設(shè)備的操作。保存數(shù)據(jù)所用的這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是具有由數(shù)據(jù)格式定義的特定屬性的物理位置。通常，程序模塊包括實(shí)施特定任務(wù)或?qū)崿F(xiàn)特定抽象數(shù)據(jù)類型的例程、程序、對象、組件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解所述計算設(shè)備無需局限于傳統(tǒng)的個人計算機(jī)，它包括其它計算配置，包括手持設(shè)備、多處理器系統(tǒng)、基于微處理器的或可編程的消費(fèi)電子產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)PC、小型計算機(jī)、大型機(jī)等。類似地，所述計算設(shè)備無需局限于獨(dú)立的計算設(shè)備，因?yàn)樗鰴C(jī)制也可以在分布計算環(huán)境中實(shí)踐，在分布計算環(huán)境中，任務(wù)由通過通信網(wǎng)絡(luò)連接的遠(yuǎn)程處理設(shè)備執(zhí)行。在分布計算環(huán)境中，程序模塊可以置于本地和遠(yuǎn)程記憶儲存設(shè)備這兩者中。翻到圖1，展示了系統(tǒng)100，其包括示例性的數(shù)字圖像110和示例性的自動校正的數(shù)字圖像130。通過對圖像110和130的視覺比較可以看出，自動校正的圖像130改善了例如原始圖像110中看上去昏暗的、缺乏細(xì)節(jié)的那些區(qū)域的陰影區(qū)域的細(xì)節(jié)呈現(xiàn)。運(yùn)用到原始圖像110的調(diào)整可以按動作120所示的自動的方式來運(yùn)用。在一個實(shí)施例中，運(yùn)用到原始圖像110的由動作120所表示的自動校正可以以局部的方式運(yùn)用，從而實(shí)施到原始圖像110的比如由橢圓116和118大致勾畫的區(qū)域的陰影區(qū)域的調(diào)整可以使得這些區(qū)域的細(xì)節(jié)能被顯現(xiàn)，比如自動校正的圖像130中所顯示的那樣，而同時在原始圖像110的比如由橢圓112和114大致勾畫的區(qū)域的高光區(qū)域僅運(yùn)用最小的調(diào)整，從而保留原始圖像110中的那些區(qū)域中已經(jīng)顯示的細(xì)節(jié)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，如果沒有運(yùn)用這種局部調(diào)整，而是 動作120所表示的對原始圖像110的調(diào)整被全局地運(yùn)用到整個圖像，那么得到的圖像要么會保留基本缺乏細(xì)節(jié)的陰影區(qū)域，要么會導(dǎo)致高光區(qū)域太亮且失去這些區(qū)域中原本存在的細(xì)節(jié)。翻到圖2，系統(tǒng)200說明了一個示例性的機(jī)制，用于識別數(shù)字圖像中的哪些像素或其它量要被當(dāng)作圖像的具體的、局部的區(qū)域或方面的部分，例如，哪些像素要被當(dāng)作圖像的高光區(qū)域或陰影區(qū)域的部分。系統(tǒng)200參考包括高光區(qū)域211和陰影區(qū)域216的簡化的、示例性的圖像210說明了一個這樣的示例性機(jī)制。此外，為了說明這ー個示例性機(jī)制，該簡化的、示例性的圖像210包括高光區(qū)域211中的細(xì)節(jié)212和213，及陰影區(qū)域216中的細(xì)節(jié)217和218。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，為了確定哪些像素要接收特定于高光的調(diào)整，高光區(qū)域211中的細(xì)節(jié)212和213的像素應(yīng)被當(dāng)作高光區(qū)域211的一部分，即使這些像素可能在光度上比該高光區(qū)域211中的其它像素要暗得多。類似地，為了確定哪些像素要接收特定于陰影的調(diào)整，陰影區(qū)域216中的細(xì)節(jié)217和218的像素同樣應(yīng)被當(dāng)作陰影區(qū)域216的一部分，即使這些像素可能在光度上比該陰影區(qū)域216中的其它像素要亮得多。因此，從圖像210中導(dǎo)出模片，它能夠用于將圖像210中的每個像素分配作為高光區(qū)像素、陰影區(qū)像素或其某種組合，細(xì)節(jié)212和213及周圍區(qū)域211之間的光度差異、以及細(xì)節(jié)217和218及周圍區(qū)域216之間的差異可被減少。在一個實(shí)施例中，為了減少這種光度上的差異，可以在圖像210中運(yùn)用高斯模糊，如動作220所示。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，比如動作220所示的高斯模糊的運(yùn)用通俗地說能夠使各種細(xì)節(jié)212、213、217和218分別“淡入”到它們的周圍區(qū)域211和216中。因此，如圖2的系統(tǒng)200所示，通過將比如動作220所示的高斯模糊運(yùn)用到示例性的圖像210中可以得到的示例性的圖像230，可包括對應(yīng)于示例性圖像210的高光區(qū)域211的高光區(qū)域231和對應(yīng)于示例性圖像210的陰影區(qū)域216的陰影區(qū)域236。在高光區(qū)域231中，對應(yīng)于示例性圖像210中的細(xì)節(jié)212和213的細(xì)節(jié)232和233在得到的圖像230中可以更加擴(kuò)散，致使細(xì)節(jié)區(qū)域232和233更大，這些區(qū)域的每ー個在它們與周圍高光區(qū)域231之間的光度上的區(qū)別更小。類似地，在陰影區(qū)域236中，對應(yīng)于示例性圖像210中的細(xì)節(jié)217和218的細(xì)節(jié)237和238在得到的圖像230中可以同樣更加擴(kuò)散，也致使細(xì)節(jié)區(qū)域237和238更大，這些區(qū)域的每ー個在它們與周圍陰影區(qū)域236之間的光度上的區(qū)別更小。細(xì)節(jié)區(qū)域，比如細(xì)節(jié)區(qū)域232、233、237、238，與其周邊區(qū)域(比如高光區(qū)域231和陰影區(qū)域236)各自的光度之間差別的減少可以使得得到的圖像230作為模片來使用，該模片可用于識別屬于高光區(qū)域的那些像素和屬于陰影區(qū)域的那些像素，包括識別更大的高光區(qū)域和陰影區(qū)域內(nèi)的細(xì)節(jié)區(qū)域的像素，這將在下面進(jìn)ー步詳述。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，比如動作220所示的高斯模糊的運(yùn)用典型地要求指定所運(yùn)用的高斯模糊的半徑。在一個實(shí)施例中，動作220運(yùn)用的高斯模糊可以具有介于被運(yùn)用高斯模糊的圖像210的尺寸的2%到10%之間的半徑。經(jīng)驗(yàn)測試顯示高斯模糊的半徑為被運(yùn)用高斯模糊的圖像的最小尺寸的4%時效果好。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，這里用到的術(shù)語“半徑”意為用作高斯濾波器核心的高斯分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差。在圖2的系統(tǒng)200所示的特定例子中，示例性圖像210形狀是長方形的，因此其高度尺寸比寬度尺寸要長。因此，在這個特定的例子中，動作220運(yùn)用的高斯模糊可以具有是示例性圖像210的寬度的4%的半徑。在一個實(shí)施例中，為了優(yōu)化性能，可以利用三或四個繼發(fā)方形模糊有效地近似大核心高 斯模糊。比如圖2的示例系統(tǒng)200所示，示例性圖像210包括在高光區(qū)域211和陰影區(qū)域216之間的精確的輪廓215。不幸的是，動作220所示的高斯模糊的運(yùn)用不僅能夠以上面詳細(xì)描述的方式模糊細(xì)節(jié)區(qū)域，也可造成圖像230的高光區(qū)域231和陰影區(qū)域236之間的擴(kuò)散的或模糊的過渡235。在細(xì)節(jié)區(qū)域的情況下可能期望這些區(qū)域的模糊以及這些區(qū)域和它們周邊區(qū)域之間的光強(qiáng)度差別的減少，與細(xì)節(jié)區(qū)域的情況不同，在過渡235的情況下，可能更期望保留精確的輪廓，比如輪廓215，而不是模糊的輪廓235。例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，過渡235的模糊可能導(dǎo)致對高光區(qū)域側(cè)上的像素運(yùn)用以陰影為中心的處理，以及類似地，對陰影區(qū)域側(cè)上的像素運(yùn)用以高光為中心的處理。發(fā)生這一事件的視覺影響可能是過渡235附近區(qū)域中的“光暈”或其它類似的視覺偽像。在一個實(shí)施例中，為了消除在高光區(qū)域和陰影區(qū)域之間恰當(dāng)過渡的區(qū)域中的這種模糊(而不僅僅在高光區(qū)域或陰影區(qū)域內(nèi)的細(xì)節(jié))，可以運(yùn)用混合，使得可以從示例性圖像210中保留銳利輪廓215，同時得到的圖像230的其它區(qū)域中存在的模糊因上述有益的理由而另外被保留。因此，如圖2的示例系統(tǒng)200的混合動作240所示，可生成混合圖像250，其包括光強(qiáng)度上模糊而較不清晰的來自結(jié)果圖像230的細(xì)節(jié)區(qū)域232、233、237和238，同時也保留了來自示例性圖像210的銳利輪廓215。一個實(shí)施混合動作240的示例性機(jī)制可以是簡單保留得到的圖像230中除了動作220所運(yùn)用的高斯模糊的梯度接近其理論最大值處的區(qū)域之外的區(qū)域。在這些區(qū)域中，可以轉(zhuǎn)而使用示例性圖像210的對應(yīng)部分。例如，混合圖像250可表達(dá)為示例性圖像210和對示例性圖像210運(yùn)用動作220的高斯模糊后所得到的結(jié)果圖像230的數(shù)學(xué)組合。這ー表達(dá)的形式可以是混合圖像=高斯圖像+ (原始圖像一高斯圖像)X
白おま值。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，在上面的表達(dá)式中稱作“高斯圖像”的得到的圖像230中梯度量值很小或接近于零的區(qū)域中，比如高光區(qū)域231和陰影區(qū)域236的大部分中，上述表達(dá)式變成混合圖像=高斯圖像+ (原始圖像一高斯圖像)X 襟^·畺夏’
其簡化為混合圖像=高斯圖像+ O =高斯圖像。反之，在得到的圖像230的梯度量值接近其理論最大值的區(qū)域，比如在過渡區(qū)域235，上述表達(dá)式變成混合圖像=高斯圖像+ (原始
圖像一高斯圖像)X g自^,其簡化為混合圖像=高斯圖像十(原始圖像一高斯圖
像)Xl =原始圖像。因此，如混合圖像250所示，高光區(qū)域251和陰影區(qū)域256之間的過渡255可幾乎等同于示例性圖像210中的過渡215，而細(xì)節(jié)252、253、257和258，以及高光區(qū)域251和陰影區(qū)域256幾乎可以分別等同于來自得到的圖像230的細(xì)節(jié)232、233、237和238，以及高光區(qū)域231和陰影區(qū)域236。如前面指出的，圖2的示例性系統(tǒng)200所示的動作的目的是生成可用于識別像素是屬于高光區(qū)域、陰影區(qū)域或其某種組合的模片。在一個實(shí)施例中，混合圖像250的光強(qiáng)度可被用作模片，并由此實(shí)施將每個像素分配作為高光區(qū)域像素、陰影區(qū)域像素或其某種組 合。例如，如果圖像250的光度是基于范圍從O到I的標(biāo)準(zhǔn)尺度考慮的，其中零值代表沒有光度，或絕對的黑，值一代表可能的最高光度，或絕對的白，像素的光度值可被認(rèn)為是像素分配到高光區(qū)域的指示，反之，一減去該像素的光度值所得到的值可被認(rèn)為是該像素分配到陰影區(qū)域的指示。例如，區(qū)域252中可以具有高光度值但還不是光度值I的例如光度值O. 75的像素，可被認(rèn)為75%分配到高光區(qū)域，或75%是高光區(qū)域的一部分，及25%分配到陰影區(qū)域，或25%是陰影區(qū)域的一部分。如下面將進(jìn)ー步詳細(xì)描述的，這ー確定可以使得運(yùn)用到高光區(qū)域的修正僅有75%能運(yùn)用到上述示例性像素中，并進(jìn)一歩使得運(yùn)用到陰影區(qū)域的修正僅有25%能運(yùn)用到上述示例性像素。當(dāng)圖像250的光強(qiáng)度可以被直接用作將每個像素量化為高光區(qū)域像素、陰影區(qū)域像素或其某種組合的模片，在另ー個實(shí)施例中，像素屬于高光區(qū)域、陰影區(qū)域或其某種組合的加權(quán)可以略微修改以產(chǎn)生高光和陰影區(qū)域的更具視覺吸引力的自動增強(qiáng)和調(diào)整。例如，如圖3所示的曲線圖300示出了存在于比如混合圖像250中的光度值與分配給具有這些光度值的像素的得到的陰影和高光加權(quán)之間的一個示例性的非線性轉(zhuǎn)換。通過示例，虛線311和321代表上述的直接的加權(quán)。例如上述示例性像素在曲線圖300的光度軸320上的位置337處有ー個光度，如圖3所示。如前面所指出的，這ー示例性像素可被分配為25%屬于陰影區(qū)域，如直接的、線性陰影加權(quán)函數(shù)341上的點(diǎn)366所示，并可被分配為75%屬于高光區(qū)域，如直接的、線性高光加權(quán)函數(shù)351上的點(diǎn)365所示。另ー個實(shí)施例考慮采用分段的、非線性的加權(quán)函數(shù)，比如曲線圖300中所示的加權(quán)函數(shù)340和350，而不是從上述比如加權(quán)函數(shù)341和351所示的直接的、線性加權(quán)中生成加權(quán)(通過該加權(quán)特定像素被考慮作為陰影區(qū)域、高光區(qū)域或其某種組合的一部分)。更確切地說，為了改善視覺外觀，可以選擇建立黒點(diǎn)光度332，使得光度低于該黑點(diǎn)光度332的像素被加權(quán)為100%屬于陰影區(qū)域。類似地，同樣為改善視覺外觀，也可以選擇建立白點(diǎn)光度338，使得光度高于該白點(diǎn)光度338的像素被加權(quán)為100%屬于高光區(qū)域。因此，如曲線圖300所示，陰影加權(quán)函數(shù)340可以是分段的函數(shù)，其可導(dǎo)致光度值低于黒點(diǎn)光度值332的所有像素被分配100%屬于該陰影區(qū)域的加權(quán)。類似地，同樣如曲線圖300所示，高光加權(quán)函數(shù)350同樣可以是分段的函數(shù)，其可導(dǎo)致光度值高于白點(diǎn)光度值338的所有像素被分配100%屬于該高光區(qū)域的加權(quán)。黒點(diǎn)光度值332和白點(diǎn)光度值338可以獨(dú)立地建立。例如，在一個實(shí)施例中，黒點(diǎn)光度值332可以簡單地設(shè)為光度值零。在另ー個實(shí)施例中，黒點(diǎn)光度值332可被設(shè)置為與原始圖像110 (如圖I所示)暗電流均值相等。類似地，在一個實(shí)施例中，白點(diǎn)光度值338可以簡單地設(shè)為光度值一。在另ー個實(shí)施例中，白點(diǎn)光度值338可設(shè)為與原始圖像110(如圖I所不)光度范圍中的最聞值相等。在一個實(shí)施例中，分段的高光加權(quán)函數(shù)350可以從高光限制光度值336線性地向前面所述的白點(diǎn)光度值338前進(jìn)。該高光限制光度值336可以與陰影限制光度值334 —起設(shè)立，使得只要高光限制光度值336大于陰影限制光度值334，就不會有像素被加權(quán)成同時屬于陰影區(qū)域和高光區(qū)域。然而在其它實(shí)施例中，高光限制光度值336可被設(shè)置為小于陰影限制光度值334。事實(shí)上，如下面將進(jìn)ー步描述的，這些實(shí)施例可以提供視覺上更好的結(jié)果。如圖3的曲線圖300所示，高光限制光度值336可以是這樣選擇的光度值其使得具有大于高光限制光度值336的光度值的所有像素至少在某種程度上被加權(quán)為屬于高光區(qū)域。 更通俗地說，高光限制光度值336可以是像素所能具有的、且尚未被加權(quán)為(即使部分地被加權(quán)為)屬于高光區(qū)域的最高光度值。結(jié)果，分段的高光加權(quán)函數(shù)350可以對光度小于或等于高光限制光度336的所有像素運(yùn)用零高光加權(quán)，然后線性地增加運(yùn)用到具有介于高光限制光度值336和白點(diǎn)光度值338之間的光度值的那些像素的高光加權(quán)，然后將100 %的高光加權(quán)運(yùn)用到具有大于或等于白點(diǎn)光度值338的光度值的所有像素。在數(shù)學(xué)上，將像素加權(quán)
f/ / -Sr _ - -^jAge ill \ XsI
為屬于高光區(qū)域可被表達(dá)為=Min卜Μ χ|湯·)J 。按照類似方式，陰影加權(quán)函數(shù)340可以是分段函數(shù)，它可以對具有大于或等于陰影限制光度值334的光度的所有像素運(yùn)用零陰影權(quán)值，并且可以將100%的陰影加權(quán)運(yùn)用到具有小于或等于黑點(diǎn)光度值332的光度的所有像素。因此，通俗地說，像高光限制光度336 一祥，陰影限制光度334可以被認(rèn)為是像素所能具有的、且尚未被加權(quán)為(即使部分地被加權(quán)為)屬于陰影區(qū)域的最低光度值。如下面將進(jìn)一歩指出的，雖然陰影限制光度334被顯示為低于高光限制光度336，從而使得沒有像素被加權(quán)為(或至少部分地被加權(quán)為)屬于陰影區(qū)域和高光區(qū)域這兩者，但陰影限制光度334可以獨(dú)立于高光限制光度336而設(shè)置，并可設(shè)置為高于高光限制光度336?；氐疥幱凹訖?quán)函數(shù)340，陰影加權(quán)函數(shù)340并非以線性的方式從黑點(diǎn)光度值332降低到陰影限制光度值334，而是可以以非線性的方式降低，比如曲線圖300中所示那樣。例如，陰影加權(quán)函數(shù)340可以以與光度值的平方成反比的方式降低，使得運(yùn)用到光度值在黑點(diǎn)光度值332和陰影限制光度值334之間的像素的陰影加權(quán)以曲線圖300所示的方式從100%降到0%。從數(shù)學(xué)上，將像素加權(quán)為屬于陰影區(qū)域可表達(dá)為
Γ f f亮度一高光眼制Min I’ Max O, .g:尸..；か..,畫- ο如所示，經(jīng)驗(yàn)證據(jù)表明運(yùn)用到給
\— J
定像素的陰影加權(quán)的這樣ー個拋物線下降可以產(chǎn)生視覺上更吸引人的結(jié)果。在一個實(shí)施例中，陰影限制光度值334可以被設(shè)置為低于高光限制光度值336的光度，比如例如圖3的示例性曲線圖300所示。在這樣ー個實(shí)施例中，如前面所指出的，將沒有像素被加權(quán)為屬于高光區(qū)域和陰影區(qū)域這兩者。事實(shí)上，光度值高于陰影限制光度值334且低于高光限制光度值336的像素將不會被加權(quán)為屬于陰影區(qū)域或高光區(qū)域。然而在另ー個實(shí)施例中，陰影限制光度值334可以獨(dú)立于高光限制光度值336而設(shè)置，使得陰影限制光度值334可以高于高光限制光度值336。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，在這樣ー個實(shí)施例中，光度值高于高光限制光度值336但低于陰影限制光度值334的那些像素將至少部分地被加權(quán)為屬于高光區(qū)域和陰影區(qū)域這兩者。例如，高光限制光度值336可以被設(shè)置為等于黒點(diǎn)光度值332，從而提供可以類似于直接的、線性高光加權(quán)函數(shù)351的高光加權(quán)函數(shù)350，例外的是對于光度值小于黒點(diǎn)光度值332 (仍可以加權(quán)為不屬于高光區(qū)域)的像素和光度值大于白點(diǎn)光度值338 (仍可被加權(quán)為整體屬于高光區(qū)域)的像素來說，高光權(quán)值函數(shù)350仍然可以是分段的。作為另ー 個例子，陰影限制光度值334可以被設(shè)置為當(dāng)利用規(guī)則的閾值算法時判定是高光區(qū)域像素的那些像素的平均光強(qiáng)度值。在一個實(shí)施例中，該閾值算法可以是最小化高光類或陰影類的類內(nèi)方差同時最大化高光和陰影類之間的類間方差的閾值算法。圖300描述了ー個從比如上述的模片來識別應(yīng)該對其運(yùn)用加權(quán)的特定于高光的調(diào)整的那些像素、應(yīng)該對其運(yùn)用加權(quán)的特定于陰影的調(diào)整的那些像素和應(yīng)該對其運(yùn)用其某種加權(quán)組合的那些像素的示例性機(jī)制。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，能夠被運(yùn)用的一類調(diào)整可以由給定輸入條件定義輸出結(jié)果的色調(diào)曲線來描述。因此，一個色調(diào)曲線可以描述運(yùn)用到陰影區(qū)域的調(diào)整，而另ー個獨(dú)立確定的色調(diào)曲線可以描述運(yùn)用到高光區(qū)域的調(diào)整。通過這種方式，運(yùn)用到原始圖像110 (如圖I所示)的調(diào)整可以以局部的方式來運(yùn)用，其中運(yùn)用到陰影區(qū)域的調(diào)整與運(yùn)用到高光區(qū)域的調(diào)整不同。如前所述，運(yùn)用到比如原始圖像110 (如圖I所示)的圖像的調(diào)整的目的是改善太暗的陰影區(qū)域中細(xì)節(jié)的顯示和太亮的高光區(qū)域中細(xì)節(jié)的顯示，例如由經(jīng)驗(yàn)不足的攝影者拍攝的照片中發(fā)現(xiàn)的高光區(qū)域和陰影區(qū)域。以上描述示出了可以將原始圖像中的特定像素識別為至少部分地屬于高光區(qū)域和至少部分地屬于陰影區(qū)域的幾種機(jī)制，以允許運(yùn)用到這些區(qū)域中每ー個區(qū)域的不同調(diào)整，從而允許局部調(diào)整。下面詳述的調(diào)整在像素的“亮度”和能對該亮度作出的變更的上下文中描述。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將知道，確定像素在紅、緑、藍(lán)(“RGB”)色彩空間中的亮度值的一個傳統(tǒng)機(jī)制可被表達(dá)為亮度=O. 299XR + 0. 587XG +O. 114XB，其中變量“R”、“G”、“B”分別代表紅、綠、藍(lán)色值。然而，同樣將被本領(lǐng)域技術(shù)人認(rèn)識到的是，也可利用替代的亮度確定公式。例如，在另ー個實(shí)施例中，亮度值可簡單地為紅、綠或藍(lán)色值的最大值。為改善高光區(qū)域和陰影區(qū)域中的細(xì)節(jié)顯示，作為高光區(qū)域或陰影區(qū)域的部分背景的像素的亮度值以及包含試圖使其更加可見的高光區(qū)域或陰影區(qū)域細(xì)節(jié)的像素的亮度值之間的差別可以被増大?？梢蕴峁┻^于簡化的例子，說明將陰影區(qū)域像素的亮度值増加比如増益因子為2的簡單增益的效果。在這樣ー個過于簡化的例子中，構(gòu)成昏暗背景的、例如亮度值約為O. I的像素將被調(diào)整増益因子，以具有約為O. 2的亮度值，而構(gòu)成陰影區(qū)域的細(xì)節(jié)的、亮度值例如介于約為O. 15到O. 2之間的像素將被調(diào)整増益因子，以具有約為O. 3到O. 4的亮度值。結(jié)果，可以從這個過于簡化的例子中看出，如果構(gòu)成昏暗背景的那些像素和構(gòu)成細(xì)節(jié)的那些像素之間的原始光度值的差僅為O. 05，將很難將構(gòu)成細(xì)節(jié)的像素與構(gòu)成背景的像素進(jìn)行很好地區(qū)分。然而，在這個過于簡化的例子中運(yùn)用增益因子之后，構(gòu)成昏暗背景的那些像素和構(gòu)成細(xì)節(jié)的那些像素之間的最終光度值的差不再只是O. 05，而是至少差為O. I或高達(dá)O. 2,從而使得細(xì)節(jié)能被容易地感知到。為改善高光區(qū)域的細(xì)節(jié)顯示，包括明亮背景的像素的亮度值和包括細(xì)節(jié)的像素的亮度值之間的差同樣可以増加，例外的是，與其中亮度差的這種增加可通過增加包括細(xì)節(jié)的像素的亮度來實(shí)現(xiàn)的陰影區(qū)域的情況不同，在高光區(qū)域，這種亮度差的増加可通過減少包括細(xì)節(jié)的像素的亮度同時保持或以較小的比率減少包括背景的像素的亮度來實(shí)現(xiàn)?？偟膩碚f，像素亮度的調(diào)整，或者事實(shí)上對像素的任何視覺調(diào)整可以通過比如可將輸入亮度映射到修正的輸出亮度的色調(diào)曲線的形式來表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，這種色調(diào)曲線的形狀可被彎曲，使得増大包括背景的像素亮度和包括細(xì)節(jié)的像素亮度之間的差。例如，可以運(yùn)用到陰影區(qū)域的色調(diào)曲線可以被彎曲，使得可改變陰影區(qū)域內(nèi)包括較明亮的細(xì)節(jié)的像素的亮度，從而這些像素相比于該陰影區(qū)域內(nèi)包括較昏暗背景的像素亮度來說更加突出。類似地，可以運(yùn)用到高光區(qū)域的色調(diào)曲線可以被彎曲，使得改變高光區(qū)域內(nèi)包括較明亮的背景的像素的亮度，從而該高光區(qū)域內(nèi)包括較昏暗的細(xì)節(jié)的像素亮度相比于較明亮的背景來說能夠更加突出。在一個實(shí)施例中，色調(diào)曲線可以局部地運(yùn)用到陰影區(qū)域來調(diào)整該區(qū)域內(nèi)的
#月影區(qū)域中的増強(qiáng)畺+1)X亮度
權(quán)利要求
1.ー種通過以局部的方式自動調(diào)整數(shù)字圖像(110)來生成改善的圖像的方法，所述方法包含步驟 生成模片，其將數(shù)字圖像(110)的高光區(qū)域區(qū)別于所述數(shù)字圖像的陰影區(qū)域勾畫出來； 生成所述數(shù)字圖像(I 10)的ー個或多個直方圖(480)； 從所述數(shù)字圖像(I 10)的ー個或多個直方圖(480)中生成ー個或多個矩(490)； 從ー個或多個矩(490)中生成ー個或多個目標(biāo)矩(495)； 對所述數(shù)字圖像(110)中由所述模片勾畫的區(qū)域運(yùn)用調(diào)整以獲取調(diào)整的圖像(130)；對應(yīng)于從所述數(shù)字圖像(110)中生成的所述ー個或多個直方圖(480)的至少ー些，生成所述調(diào)整的圖像的一個或多個調(diào)整的直方圖； 從所述一個或多個調(diào)整的直方圖中生成一個或多個調(diào)整的矩；所述ー個或多個調(diào)整的矩對應(yīng)于從所述ー個或多個直方圖(480)中生成的矩(490)中的至少ー些；及 如果所述調(diào)整的矩沒有一個等于對應(yīng)的目標(biāo)矩(495)，則在調(diào)整比先前運(yùn)用的調(diào)整更大的情況下重復(fù)所述運(yùn)用調(diào)整、所述生成所述ー個或多個調(diào)整的直方圖、及所述生成所述一個或多個調(diào)整的矩。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述生成模片包括對所述數(shù)字圖像運(yùn)用高斯模糊，并從所述高斯模糊和所述數(shù)字圖像的混合生成所述模片，所述混合在高斯模糊的數(shù)字圖像上的、高斯模糊的梯度接近于其理論最大值的區(qū)域中強(qiáng)化所述數(shù)字圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述生成ー個或多個直方圖包括生成僅針對所述數(shù)字圖像的高光區(qū)域的高光區(qū)域直方圖以及僅針對所述數(shù)字圖像的陰影區(qū)域的陰影區(qū)域直方圖。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述生成ー個或多個矩包括生成所述ー個或多個直方圖的個體的均值及所述ー個或多個直方圖的個體的方差。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)ー步包括步驟如果所述調(diào)整的矩的至少ー個等于對應(yīng)的目標(biāo)矩，則在區(qū)域與先前調(diào)整所運(yùn)用的先前區(qū)域不同的情況下重復(fù)所述運(yùn)用調(diào)整、所述生成所述ー個或多個調(diào)整的直方圖及所述生成所述ー個或多個調(diào)整的矩。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述重復(fù)是對高光區(qū)域和陰影區(qū)域交替實(shí)施的。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)ー步包括步驟即使所述調(diào)整的矩的至少ー個等于對應(yīng)的目標(biāo)矩，也在調(diào)整比先前運(yùn)用的調(diào)整更大的情況下重復(fù)所述運(yùn)用調(diào)整、所述生成所述ー個或多個調(diào)整的直方圖及所述生成所述ー個或多個調(diào)整的矩，以確定是否所述重復(fù)將導(dǎo)致更多的調(diào)整的矩等于對應(yīng)的目標(biāo)矩。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述生成所述ー個或多個目標(biāo)矩包括 針對參考圖像集合中的每個參考圖像生成模片，所生成的模片將參考圖像的高光區(qū)域區(qū)別于所述參考圖像的陰影區(qū)域勾畫出來； 針對所述參考圖像集合中的每個參考圖像生成ー個或多個參考圖像直方圖； 針對所述參考圖像集合中的每個參考圖像從所述一個或多個參考圖像直方圖中生成一個或多個參考圖像矩； 手動優(yōu)化所述參考圖像集合中的每個參考圖像的視覺外觀以增強(qiáng)所述高光區(qū)域和所述陰影區(qū)域的細(xì)節(jié)；針對所述參考圖像集合中的每個手動優(yōu)化的參考圖像生成一個或多個優(yōu)化的直方圖； 針對所述參考圖像集合中的每個參考圖像從所述一個或多個優(yōu)化的直方圖中生成一個或多個優(yōu)化的矩； 生成所述ー個或多個矩的個體與所述ー個或多個優(yōu)化的矩的對應(yīng)個體之間的函數(shù)關(guān)系；及 利用所生成的函數(shù)關(guān)系從所述ー個或多個矩中生成所述ー個或多個目標(biāo)矩。
9.一種或多種計算機(jī)可讀媒介，包含用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求I的步驟的計算機(jī)可執(zhí)行指令。
10.ー種生成原始直方圖矩和目標(biāo)直方圖矩之間的函數(shù)關(guān)系(470)的方法，所述方法包括步驟 針對參考圖像集合(410)的每個參考圖像生成模片，所生成的模片將參考圖像的高光區(qū)域區(qū)別于參考圖像的陰影區(qū)域勾畫出來； 針對所述參考圖像集合(410)的每個參考圖像生成ー個或多個直方圖(420)； 針對所述參考圖像集合(410)的每個參考圖像從所述ー個或多個直方圖(420)中生成ー個或多個矩(430)； 手動優(yōu)化所述參考圖像集合(410)中的每個參考圖像的視覺外觀以增強(qiáng)所述高光區(qū)域和所述陰影區(qū)域的細(xì)節(jié)； 針對所述參考圖像集合中的每個手動優(yōu)化的參考圖像生成一個或多個優(yōu)化的直方圖(450)； 針對所述參考圖像集合中的每個參考圖像從所述一個或多個優(yōu)化的直方圖(450)中生成ー個或多個優(yōu)化的矩(460);及 生成所述ー個或多個矩(430)的個體與所述ー個或多個優(yōu)化的矩(460)的對應(yīng)個體之間的函數(shù)關(guān)系(470)。
全文摘要
圖像的陰影和高光區(qū)域可以以局部的方式被自動地優(yōu)化?？梢陨赡Ｆ?，它可以自動地將數(shù)字圖像的局部區(qū)域識別為高光區(qū)域或陰影區(qū)域。隨后對高光區(qū)域和陰影區(qū)域可分別自動地運(yùn)用不同的處理?？梢垣@得針對整個數(shù)字圖像的亮度直方圖、以及數(shù)字圖像中分別位于高光區(qū)域和陰影區(qū)域的那些部分的亮度直方圖。這些直方圖的矩，包括均值和方差，可以與目標(biāo)矩進(jìn)行比較，可以繼續(xù)分別對高光區(qū)域和陰影區(qū)域進(jìn)行處理直到實(shí)現(xiàn)一個或多個目標(biāo)矩。目標(biāo)矩可以基于先前對圖像的參考集合進(jìn)行手動優(yōu)化而生成的關(guān)系從原始圖像直方圖的原始矩生成。
文檔編號G06T5/40GK102693532SQ201210045349
公開日2012年9月26日 申請日期2012年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者D.德曼多爾克斯 申請人:微軟公司