高動態(tài)范圍圖像壓縮方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高動態(tài)范圍圖像壓縮方法及裝置，該方法包括：將原始亮度圖像減去基礎層，獲得細節(jié)層，該基礎層通過濾波器對原始亮度圖像濾波獲得；在獲得像素點的基礎層亮度后，根據(jù)局部亮度映射曲線獲得該像素點的局部亮度調(diào)整值；根據(jù)原始亮度圖像的亮度均值確認分段閾值，將原始亮度圖像分為低光區(qū)、中光區(qū)以及高光區(qū)，并分別構造各光區(qū)的映射曲線，根據(jù)所述像素點所屬光區(qū)，選擇對應的光區(qū)映射曲線，計算該像素點的全局亮度映射值；結合細節(jié)層亮度、局部亮度調(diào)整值以及全局亮度映射值計算該像素點的最終亮度值，進而得到整個壓縮后的亮度圖像。本發(fā)明使得高動態(tài)范圍圖像經(jīng)過壓縮后，其動態(tài)范圍盡量飽滿，圖像更加清晰，細節(jié)更加完整。
【專利說明】高動態(tài)范圍圖像壓縮方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像處理【技術領域】，尤其涉及一種高動態(tài)范圍圖像壓縮方法及裝置?！颈尘凹夹g】
[0002]聞動態(tài)范圍圖像可以表不真實世界場景中聞動態(tài)范圍的売度/[目息，其所能表現(xiàn)的層次更加豐富，場景中的高亮度區(qū)和低亮度區(qū)的細節(jié)信息都能很好的保留下來，可以得到更符合人視覺系統(tǒng)的效果，在視頻監(jiān)控領域具有巨大的應用價值。目前大多數(shù)常規(guī)顯示設備都只支持較低動態(tài)范圍的顯示輸出，而高動態(tài)范圍圖像很難在常規(guī)顯示設備上顯示出來，若直接顯示會導致圖像亮度信息丟失，人眼視覺感受差，圖像細節(jié)丟失。色階映射技術傳統(tǒng)上屬于計算機圖形學的范疇，它的作用是把高動態(tài)范圍壓縮到低動態(tài)范圍，或者說是把自然界真實的亮度范圍縮小到顯示器上能顯示的亮度范圍。所謂亮度范圍是指一個范圍或區(qū)域內(nèi)，最大亮度值與最小亮度值的比值。
[0003]在圖像處理領域，由于對數(shù)關系的變化非常接近于人眼對于亮度變化的模式，因此采用對數(shù)方程來對高動態(tài)范圍圖像進行壓縮，能夠取得較好的效果。該算法的核心思想是根據(jù)高動態(tài)范圍圖像中的不同區(qū)域，采用不同基數(shù)為底的對數(shù)曲線完成色階映射過程。該算法處理速度很快，并且不會產(chǎn)生光暈的失真效果，可以處理較廣動態(tài)范圍的圖像。但由于該方法基于經(jīng)驗模型，要想達到較好的效果，需要調(diào)整基數(shù)插值函數(shù)。在圖像分布很密集的區(qū)域，對數(shù)壓縮算法容易將很多亮度值映射成同一個整數(shù)值，造成映射后的圖像細節(jié)的丟失，相反，在分布很稀疏的區(qū)間，較少的亮度值被映射到同一個整數(shù)值，造成了浪費。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種高動態(tài)范圍圖像壓縮裝置，該裝置應用于顯像設備上，該裝置包括:
[0005]圖像分層單元，用于將原始亮度圖像減去基礎層，獲得該原始亮度圖像的細節(jié)層，該基礎層通過濾波器對原始亮度圖像濾波獲得；
[0006]局部亮度調(diào)整單元，用于在獲得像素點的基礎層亮度后，根據(jù)局部亮度映射曲線獲得該像素點的局部亮度調(diào)整值；
[0007]自適應分區(qū)單元，用于根據(jù)原始亮度圖像的亮度均值確認分段閾值，將原始亮度圖像分為低光區(qū)、中光區(qū)以及高光區(qū)，并分別構造各光區(qū)的映射曲線，根據(jù)所述像素點所屬光區(qū)，選擇對應的光區(qū)映射曲線，計算該像素點的全局亮度映射值；
[0008]亮度映射輸出單元，用于結合所述像素點的細節(jié)層亮度、局部亮度調(diào)整值以及全局亮度映射值計算該像素點的最終亮度值，進而得到整個壓縮后的亮度圖像。
[0009]本發(fā)明還提供了一種高動態(tài)范圍圖像壓縮方法，該方法應用于顯像設備上，該方法包括:
[0010]步驟A，將原始亮度圖像減去基礎層，獲得該原始亮度圖像的細節(jié)層，該基礎層通過濾波器對原始亮度圖像濾波獲得；[0011]步驟B，在獲得像素點的基礎層亮度后，根據(jù)局部亮度映射曲線獲得該像素點的局部亮度調(diào)整值；
[0012]步驟C，根據(jù)原始亮度圖像的亮度均值確認分段閾值，將原始亮度圖像分為低光區(qū)、中光區(qū)以及高光區(qū)，并分別構造各光區(qū)的映射曲線，根據(jù)所述像素點所屬光區(qū)，選擇對應的光區(qū)映射曲線，計算該像素點的全局亮度映射值；
[0013]步驟D，結合所述像素點的細節(jié)層亮度、局部亮度調(diào)整值以及全局亮度映射值計算該像素點的最終亮度值，進而得到整個壓縮后的亮度圖像。
[0014]本發(fā)明使得高動態(tài)范圍圖像經(jīng)過壓縮后，其動態(tài)范圍盡量飽滿，圖像更加清晰，細節(jié)更加完整。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明一種實施方式中高動態(tài)范圍圖像壓縮裝置的邏輯結構及其基礎硬件環(huán)境的示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明一種實施方式中高動態(tài)范圍圖像壓縮方法的流程圖。
[0017]圖3是本發(fā)明一種實施方式中高動態(tài)范圍圖像壓縮過程示意圖。
【具體實施方式】
[0018]以下結合附圖對本發(fā)明進行詳細說明。
[0019]本發(fā)明提供一種高動態(tài)范圍圖像壓縮裝置，該裝置應用于顯像設備上，以下以軟件實現(xiàn)為例進行說明，但是本發(fā)明并不排除諸如硬件或者邏輯器件等其他實現(xiàn)方式。如圖1所示，該顯像設備包括CPU、內(nèi)存、非易失性存儲器以及其他硬件。該高動態(tài)范圍圖像壓縮裝置作為一個邏輯層面的虛擬裝置，其通過CPU來運行。該裝置包括圖像分層單元、局部亮度調(diào)整單元、自適應分區(qū)單元以及亮度映射輸出單元。請參考圖2，該裝置的使用和運行過程包括以下步驟:
[0020]步驟101，圖像分層單元將原始亮度圖像減去基礎層，獲得該原始亮度圖像的細節(jié)層，該基礎層通過濾波器對原始亮度圖像濾波獲得；
[0021]步驟102，局部亮度調(diào)整單元在獲得像素點的基礎層亮度后，根據(jù)局部亮度映射曲線獲得該像素點的局部亮度調(diào)整值；
[0022]步驟103，自適應分區(qū)單元根據(jù)原始亮度圖像的亮度均值確認分段閾值，將原始亮度圖像分為低光區(qū)、中光區(qū)以及高光區(qū)，并分別構造各光區(qū)的映射曲線，根據(jù)所述像素點所屬光區(qū)，選擇對應的光區(qū)映射曲線，計算該像素點的全局亮度映射值；
[0023]步驟104，亮度映射輸出單元結合所述像素點的細節(jié)層亮度、局部亮度調(diào)整值以及全局亮度映射值計算該像素點的最終亮度值，進而得到整個壓縮后的亮度圖像。
[0024]常見高動態(tài)范圍圖像壓縮處理算法可分為全局算子和局部算子兩大類:全局算子計算復雜度低且圖像處理速度快，但是所得到的低動態(tài)范圍圖像不能最大限度地顯示出圖像中包含的視覺信息。局部算子根據(jù)每個像素點的鄰域來進行色階映射，該方法以增加計算復雜度為代價，但是圖像的可見度和對比度均比較理想，而且局部算子由于模型的復雜性，降低了用戶使用的實時性和適用性。
[0025]本發(fā)明借鑒圖形學上的色階映射技術，把高動態(tài)范圍圖像壓縮到低動態(tài)范圍圖像，提出了一種結合局部亮度調(diào)整以及自適應分區(qū)的色階映射方法，參見圖3，其具體實現(xiàn)過程如下。
[0026]通過濾波器對原始亮度圖像進行分層處理，獲得基礎層信息，并通過原始亮度圖像減去基礎層信息，獲得該原始亮度圖像的細節(jié)層信息，保留該細節(jié)層信息。若不進行該分層處理，不保留該細節(jié)層信息，則在圖像經(jīng)過局部處理和全局處理后，該細節(jié)信息會被平滑掉，導致圖像細節(jié)丟失，可見性變差。本發(fā)明通過對細節(jié)信息的保留，在圖像經(jīng)過局部處理和全局處理后，再將細節(jié)信息添加到圖像中，以保證圖像細節(jié)不丟失，可見性強。
[0027]由于利用雙邊濾波器可能出現(xiàn)細節(jié)層梯度反轉的現(xiàn)象，因此，本發(fā)明采用guidedfilter (引導濾波器)代替雙邊濾波器實現(xiàn)圖像分層。guided filter是一種基于局部線性模型的優(yōu)化的圖像濾波器，具有平滑保邊緣的作用。假設濾波器輸出值q是以像素點k為中心的小鄰域系統(tǒng)內(nèi)的所有像素點I的線性結果，即:
[0028]
【權利要求】
1.一種高動態(tài)范圍圖像壓縮裝置，該裝置應用于顯像設備上，其特征在于，該裝置包括: 圖像分層單元，用于將原始亮度圖像減去基礎層，獲得該原始亮度圖像的細節(jié)層，該基礎層通過濾波器對原始亮度圖像濾波獲得； 局部亮度調(diào)整單元，用于在獲得像素點的基礎層亮度后，根據(jù)局部亮度映射曲線獲得該像素點的局部亮度調(diào)整值； 自適應分區(qū)單元，用于根據(jù)原始亮度圖像的亮度均值確認分段閾值，將原始亮度圖像分為低光區(qū)、中光區(qū)以及高光區(qū)，并分別構造各光區(qū)的映射曲線，根據(jù)所述像素點所屬光區(qū)，選擇對應的光區(qū)映射曲線，計算該像素點的全局亮度映射值； 亮度映射輸出單元，用于結合所述像素點的細節(jié)層亮度、局部亮度調(diào)整值以及全局亮度映射值計算該像素點的最終亮度值，進而得到整個壓縮后的亮度圖像。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于: 根據(jù)局部亮度映射曲線獲得局部亮度調(diào)整值的具體過程為:
3.如權利要求1所述的裝置，其特征在于: 所述各光區(qū)的映射曲線函數(shù)為:

4.如權利要求3所述的裝置，其特征在于:所述各光區(qū)的映射曲線函數(shù)可進一步改進為三次方曲線函數(shù):
5.如權利要求1所述的裝置，其特征在于: 所述像素點最終亮度計算公式為:
out=a氺local+(l_a)氺global+detail 其中， a為O到I之間的常數(shù) ； local為像素點的局部亮度調(diào)整值； global為像素點的全局亮度映射值； detail為像素點的細節(jié)亮度值； out為像素點的最終亮度值。
6.一種高動態(tài)范圍圖像壓縮方法，該方法應用于顯像設備上，其特征在于，該方法包括: 步驟A，將原始亮度圖像減去基礎層，獲得該原始亮度圖像的細節(jié)層，該基礎層通過濾波器對原始亮度圖像濾波獲得； 步驟B，在獲得像素點的基礎層亮度后，根據(jù)局部亮度映射曲線獲得該像素點的局部亮度調(diào)整值； 步驟C，根據(jù)原始亮度圖像的亮度均值確認分段閾值，將原始亮度圖像分為低光區(qū)、中光區(qū)以及高光區(qū)，并分別構造各光區(qū)的映射曲線，根據(jù)所述像素點所屬光區(qū)，選擇對應的光區(qū)映射曲線，計算該像素點的全局亮度映射值； 步驟D，結合所述像素點的細節(jié)層亮度、局部亮度調(diào)整值以及全局亮度映射值計算該像素點的最終亮度值，進而得到整個壓縮后的亮度圖像。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于: 根據(jù)局部亮度映射曲線獲得局部亮度調(diào)整值的具體過程為:
8.如權利要求6所述的方法，其特征在于:所述各光區(qū)的映射曲線函數(shù)為:
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于:所述各光區(qū)的映射曲線函數(shù)可進一步改進為三次方曲線函數(shù):
10.如權利要求6所述的方法，其特征在于:所述像素點最終亮度計算公式為:out=a*local+(l_a)*global+detailout=a氺local+(l_a)氺global+detail其中，a為O到I之間的常數(shù)；local為像素點的局部亮度調(diào)整值；global為像素點的全局亮度映射值；detail為像素點的細節(jié)亮度值；out為像素點的最終亮度值。
【文檔編號】H04N19/85GK103916669SQ201410146163
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權日:2014年4月11日
【發(fā)明者】王智玉, 朱旭東, 李嬋 申請人:浙江宇視科技有限公司