一種擴(kuò)展相機(jī)動態(tài)范圍的圖像處理方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種擴(kuò)展相機(jī)動態(tài)范圍的圖像處理方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]從廣義上來講，動態(tài)范圍是指某一事物變化的跨度區(qū)間，即其所能達(dá)到的最大值和最小值之間的差值。具體來說，相機(jī)的動態(tài)范圍是指相機(jī)拍攝的圖像所能呈現(xiàn)的最暗和最亮之間的差值，相機(jī)動態(tài)范圍的大小取決于相機(jī)內(nèi)部感光元件的感光范圍，感光范圍越大，其所能接收的光強(qiáng)范圍越大，從而使得圖像的層次、色彩空間以及亮暗部細(xì)節(jié)越豐富；拍攝場景的動態(tài)范圍是指拍攝場景中最暗和最亮之間的亮度差值，例如，在拍攝場景中反射和順光區(qū)域亮度值較高，陰影和逆光區(qū)域亮度值較低。
[0003]如果相機(jī)的動態(tài)范圍大于拍攝場景的動態(tài)范圍，則相機(jī)可以較好地描述場景中的亮暗部細(xì)節(jié)；相反，如果相機(jī)的動態(tài)范圍小于拍攝場景的動態(tài)范圍，則對于拍攝場景中的低亮區(qū)域，有可能會因?yàn)槠毓獠蛔愣優(yōu)楹谏瑢τ谂臄z場景中的高亮區(qū)域，有可能會因?yàn)槠毓膺^度而變?yōu)榘咨瑢?dǎo)致場景中的亮暗部細(xì)節(jié)丟失。
[0004]由于相機(jī)的動態(tài)范圍有限，導(dǎo)致其往往不能滿足一些特殊場景的拍攝需求。例如，在智能交通監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控相機(jī)需要全天候監(jiān)視路況信息，由于室外光線強(qiáng)度的變化范圍較大(從正午陽光的上萬勒克斯到夜間路燈的個位數(shù)勒克斯)使得監(jiān)控環(huán)境的動態(tài)范圍較大，在這種情況下，監(jiān)控相機(jī)無法完全適應(yīng)如此寬的動態(tài)范圍，進(jìn)而導(dǎo)致其拍攝的圖像部分細(xì)節(jié)丟失形成缺陷區(qū)域，如果缺陷區(qū)域恰巧出現(xiàn)在車牌或者司機(jī)等重要部分，則會嚴(yán)重影響智能交通監(jiān)控系統(tǒng)的正常工作。因此，有必要對相機(jī)進(jìn)行動態(tài)范圍的擴(kuò)展。
[0005]相機(jī)動態(tài)范圍的擴(kuò)展主要分為兩種:一種是從硬件的角度，通過提高感光元件的感光范圍直接提高相機(jī)的動態(tài)范圍；另一種是從軟件的角度，通過對相機(jī)拍攝圖像進(jìn)行后期處理間接提高相機(jī)的動態(tài)范圍。由于從硬件的角度擴(kuò)展相機(jī)的動態(tài)范圍所需的成本較高，因此，現(xiàn)有技術(shù)中對相機(jī)動態(tài)范圍的擴(kuò)展主要是指從軟件的角度實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)有技術(shù)中，對于存在過度曝光或曝光不足缺陷區(qū)域的圖像通過直方圖均衡方法處理，雖然可以在一定程度上提高圖像缺陷區(qū)域的細(xì)節(jié)信息，但效果不夠理想。因此，一種更好的擴(kuò)展相機(jī)動態(tài)范圍的圖像處理方法亟待出現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明實(shí)施例中提供了一種擴(kuò)展相機(jī)動態(tài)范圍的圖像處理方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中由于相機(jī)的動態(tài)范圍不足使得圖像中存在過度曝光或曝光不足的缺陷區(qū)域進(jìn)而影響成像效果的技術(shù)問題。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例公開了如下技術(shù)方案:
[0008]—種擴(kuò)展相機(jī)動態(tài)范圍的圖像處理方法，所述方法包括:
[0009]統(tǒng)計(jì)待處理圖像中初始像素值的概率分布直方圖，并根據(jù)所述初始像素值的概率分布直方圖計(jì)算初始像素值的初始累積概率直方圖；
[0010]根據(jù)預(yù)設(shè)的調(diào)整函數(shù)將所述初始累積概率直方圖調(diào)整為優(yōu)化累積概率直方圖，具體包括:將初始累積概率直方圖中初始像素值所對應(yīng)的累積概率代入調(diào)整函數(shù)中，將所述調(diào)整函數(shù)的輸出結(jié)果作為優(yōu)化累積概率直方圖中該初始像素值所對應(yīng)的累積概率；
[0011]根據(jù)優(yōu)化累積概率直方圖建立初始像素值與優(yōu)化像素值的映射表，具體為:將初始像素值在優(yōu)化累積概率直方圖中所對應(yīng)的累積概率乘以最大像素值然后取整，得到的結(jié)果作為映射表中與所述初始像素值相對應(yīng)的優(yōu)化像素值；
[0012]根據(jù)像素點(diǎn)的初始像素值在映射表中查找相對應(yīng)的優(yōu)化像素值，并以該優(yōu)化像素值替代該像素點(diǎn)的初始像素值，得到處理后的圖像；
[0013]其中，所述調(diào)整函數(shù)在定義域[0，1]的區(qū)域內(nèi)滿足以下條件:單調(diào)遞增；存在三個輸入值與輸出值相等的點(diǎn)，分別為(0，0)、(a，a)和(1，1);在定義域?yàn)?0，a)的區(qū)域內(nèi)，輸入值小于輸出值，在定義域?yàn)?a，1)的區(qū)域內(nèi)，輸入值大于輸出值。
[0014]優(yōu)選地，在計(jì)算初始像素值的初始累積概率直方圖之前，對初始像素值的概率分布直方圖橫向分割，將直方圖分割線以上的像素點(diǎn)均勻分布在概率分布直方圖的底部。
[0015]優(yōu)選地，所述對初始像素值的概率分布直方圖橫向分割，具體為:
[0016]在概率為b的位置進(jìn)行橫向分割，其中b為像素點(diǎn)的總個數(shù)與最大像素值的比值再加上調(diào)整參數(shù)。
[0017]—種擴(kuò)展相機(jī)動態(tài)范圍的圖像處理方法，所述方法包括:
[0018]以圖像分割線為基準(zhǔn)將待處理圖像分割為兩塊或兩塊以上圖像單元；
[0019]分布統(tǒng)計(jì)每塊圖像單元中初始像素值的概率分布直方圖，并根據(jù)所述初始像素值的概率分布直方圖計(jì)算每塊圖像單元中初始像素值的初始累積概率直方圖；
[0020]根據(jù)預(yù)設(shè)的調(diào)整函數(shù)將每塊圖像單元的初始累積概率直方圖調(diào)整為優(yōu)化累積概率直方圖；
[0021]根據(jù)每塊圖像單元的優(yōu)化累積概率直方圖建立每塊圖像單元中初始像素值與優(yōu)化像素值的映射表；
[0022]根據(jù)待處理圖像中像素點(diǎn)相對圖像分割線的位置，將待處理圖像劃分為臨界區(qū)域和非臨界區(qū)域，所述臨界區(qū)域橫跨兩個或兩個以上圖像單元，非臨界區(qū)域位于一個圖像單元內(nèi)；
[0023]對待處理圖像中的像素點(diǎn)進(jìn)行插值，得到處理后的圖像；
[0024]其中，所述插值方法具體為:若像素點(diǎn)位于臨界區(qū)域，則根據(jù)該像素點(diǎn)的初始像素值，分別在所述臨界區(qū)域橫跨的每個圖像單元的映射表內(nèi)查找相對應(yīng)的優(yōu)化像素值，并以所有優(yōu)化像素值的加權(quán)平均值替代該像素點(diǎn)的初始像素值；若像素點(diǎn)位于非臨界區(qū)域，則根據(jù)該像素點(diǎn)的初始像素值，在所述非臨界區(qū)域位于的圖像單元的映射表內(nèi)查找相對應(yīng)的優(yōu)化像素值，并以該優(yōu)化像素值替代該像素點(diǎn)的初始像素值。
[0025]優(yōu)選地，所述將待處理圖像分割為兩塊或兩塊以上圖像單元，具體為:
[0026]對待處理圖像進(jìn)行均勻分割，其中，若待處理圖像的行數(shù)或列數(shù)不能被分割塊數(shù)整除，則對待處理圖像中的某幾行或幾列鏡像擴(kuò)展至可以被分割塊數(shù)整除的行數(shù)或列數(shù)。
[0027]一種擴(kuò)展相機(jī)動態(tài)范圍的圖像處理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
[0028]統(tǒng)計(jì)模塊，用于統(tǒng)計(jì)待處理圖像中初始像素值的概率分布直方圖，并根據(jù)所述初始像素值的概率分布直方圖計(jì)算初始像素值的初始累積概率直方圖；
[0029]累積概率直方圖優(yōu)化模塊，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的調(diào)整函數(shù)將所述初始累積概率直方圖調(diào)整為優(yōu)化累積概率直方圖，具體為:將初始累積概率直方圖中初始像素值所對應(yīng)的累積概率代入調(diào)整函數(shù)中，將所述調(diào)整函數(shù)的輸出結(jié)果作為優(yōu)化累積概率直方圖中該初始像素值所對應(yīng)的累積概率；
[0030]映射表建立模塊，用于根據(jù)優(yōu)化累積概率直方圖建立初始像素值與優(yōu)化像素值的映射表，具體為:將初始像素值在優(yōu)化累積概率直方圖中所對應(yīng)的累積概率乘以最大像素值然后取整，得到的結(jié)果作為映射表中與所述初始像素值相對應(yīng)的優(yōu)化像素值；
[0031]插值模塊，用于根據(jù)像素點(diǎn)的初始像素值在映射表中查找相對應(yīng)的優(yōu)化像素值，并以該優(yōu)化像素值替代該像素點(diǎn)的初始像素值，得到處理后的圖像；
[0032]其中，所述調(diào)整函數(shù)在定義域在[0，1]的區(qū)域內(nèi)滿足以下條件:單調(diào)遞增；存在三個輸入值與輸出值相等的點(diǎn)，分別為(0，0)、(a，a)和(1，1);在定義域?yàn)?0，a)的區(qū)域內(nèi)，輸入值小于輸出值，在定義域?yàn)?a，l)的區(qū)域內(nèi)，輸入值大于輸出值。
[0033]優(yōu)選地，還包括:
[0034]直方圖分割模塊:用于在統(tǒng)計(jì)模塊計(jì)算初始像素值的初始累積概率直方圖之前，對初始像素值的概率分布直方圖橫向分割，將直方圖分割線以上的像素點(diǎn)均勻分布在初始累積概率直方圖的底部。
[0035]優(yōu)選地，所述直方圖分割模塊對初始像素值的概率分布直方圖橫向分割，具體為:
[0036]在概率為p的位置進(jìn)行橫向分割，其中p為像素點(diǎn)的總個數(shù)與最大像素值的比值再加上調(diào)整參數(shù)。
[0037]一種擴(kuò)展相機(jī)動態(tài)范圍的圖像處理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
[0038]圖像分割模塊，用于以圖像分割線為基準(zhǔn)將待處理圖像分割為兩塊或兩塊以上圖像單元；
[0039]統(tǒng)計(jì)模塊，用于統(tǒng)計(jì)每塊圖像單元中初始像素值的概率分布直方圖，并根據(jù)所述初始像素值的概率分布直方圖計(jì)算每塊圖像單元中初始像素值的初始累積概率直方圖；
[0040]累積概率直方圖優(yōu)化模塊，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的調(diào)整函數(shù)將每塊圖像單元的初始累積概率直方圖調(diào)整為優(yōu)化累積概率直方圖；
[0041]映射表建立模塊，用于根據(jù)每塊圖像單元的優(yōu)化概率分布直方圖建立每塊圖像單元中初始像素值與優(yōu)化像素值的映射表；
[0042]區(qū)域劃分模塊，用于根據(jù)待處理圖像中像素點(diǎn)相對圖像分割線的位置，將待處理圖像劃分為臨界區(qū)域和非臨界區(qū)域，所述臨界區(qū)域橫跨兩個或兩個以上圖像單元，非臨界區(qū)域位于一個圖像單元內(nèi)；
[0043]插值模塊，用于對待處理圖像中的像素點(diǎn)進(jìn)行插值，得到處理后的圖像；
[0044]其中，所述插值方法具體為:若像素點(diǎn)位于臨界區(qū)域，則根據(jù)該像素點(diǎn)的初始像素值，分別在所述臨界區(qū)域橫跨的每個圖像單元的映射表內(nèi)查找相對應(yīng)的優(yōu)化像素值，并以所有優(yōu)化像素值的加權(quán)平均值替代該像素點(diǎn)的初始像素值；若像素點(diǎn)位于非臨界區(qū)域，則根據(jù)該像素點(diǎn)的初始像素值，