CN101582991B - 图像处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种图像处理方法及装置，其中图像处理方法包括：生成待处理图像的图像直方图；根据所述图像直方图，判断所述待处理图像是否需要进行背光补偿；若所述待处理图像需要进行背光补偿，则确定用于区分是否进行背光补偿的第一亮度分界值A，并确定用于区分进行正、负背光补偿的第二亮度分界值C；分别对待处理图像中像素点亮度值在[0，A]范围内的像素点进行背光补偿。本发明实施例方法简单，通用性好，经过背光补偿后的图像对比度高，不会出现背景过曝光现象以及分层现象，较好地实现了背光环境中的图像处理。

Description

图像处理方法及装置 

技术领域

本发明涉及数字信号处理技术，尤其涉及一种图像处理方法及装置。 

背景技术

随着信息技术的发展，带有拍照、摄像功能的数字终端越来越多，例如，便携式摄像机、便携式照相机、带有拍照/摄像功能的移动终端、具备可视通信功能的电话终端、会议电视终端等。这些终端都包含一个处理器，用来处理通过图像或视频获取装置获得的图像和视频数据。在获取图像或视频时，当被拍摄的主体目标后面是非常明亮的背景或存在发光光源时，被拍摄主体目标将处于背光状态。在背光状态下获得的图像或视频，其背景非常明亮而前景主体目标却非常暗淡。在背光环境下获得的图像或视频的图像质量下降非常厉害，以致于无法清楚得辨认出主体目标。例如，在背光环境下拍摄的人物图像或视频，人脸图像将变得很黑，以致于无法辨认图像或视频中的人物。 

针对背光环境中获得的图像或视频质量不高的问题，可以对该图像或视频进行背光补偿，也可以称作背光纠正或逆光补偿。通常背光补偿的方法有两类，一类是控制摄像或拍照时的曝光强度；在进行拍摄时，通过光线检测器之类的器件检测出当前被拍摄主体目标是否处于背光环境，如果是，那么光线检测器产生一个信号用来控制拍摄设备进行强行闪光，或者加长拍摄的曝光时间，这样就可以提高被拍摄主体目标的亮度。这种方法的问题在于在提高被拍摄主体目标亮度的同时也提高了背景部分的亮度，使得本来已经非常亮的背景出现过曝现象，背景部分出现大片白色，以致于无法辨认出背景 中的细节，另外，由于此种方法对图像或视频的全局进行了曝光加强，获得的图片或视频的对比度严重下降。 

另一类方法是通过信号处理方法对拍摄后的图像或视频信号进行再处理。如一种技术方案具体为：首先，获得基于图像平均亮度差的背光度参数以及基于图像直方图的背光度参数，并根据这两个背光度参数获得图像的总背光度参数，然后获得图像的背景重要性参数，最后将图像的总背光度参数、图像的背景重要性参数以及图像的平均亮度作为输入，根据预先指定的21个模糊规则，输出一个补偿量，利用该补偿量对整个图像进行亮度补偿。该方法的问题在于：(1)采用模糊逻辑控制的方法制定了21个模糊规则来得到补偿量，方法复杂度高；(2)在获得基于图像平均亮度差的背光度参数以及基于图像直方图的背光度参数时，需要对图像进行分区，通用性弱；(3)由于该方法采用一个补偿量对整个图像进行亮度补偿，所以补偿后的图像对比度下降。 

另一种技术方案具体为：将图像分为背景区域和目标区域，获得背景区域的均值和方差以及目标区域的均值和方差，将这四个参数作为模糊系统的输入获得一个补偿量，然后对亮度小于某一固定值的像素点根据该补偿量进行背光补偿，对亮度大于所述固定值的像素点不进行背光补偿，然后对经过背光补偿后的图像采用拉伸对比度的方法进行处理，提高图像的对比度。该方法的问题在于：(1)该方法采用模糊逻辑控制的方法确定补偿量，方法复杂度高；(2)该方法对对亮度小于某一固定值的像素点根据同一补偿量进行背光补偿，实质上属于线性补偿，会造成图像色度信息丢失；(3)该方法对亮度小于某一固定值的像素点根据该补偿量进行了背光补偿，而对亮度大于所述固定值的像素点没有进行背光补偿，经过了背光补偿后的与原固定值亮度对应的的像素点的亮度可能会远远地偏离原固定值亮度，从而导致经过了背光补偿后的整个图像出现分层、亮度不连续的现象；(4)该方法采用拉伸对比度的方法，会导致主体目标亮度过高。 

发明内容

本发明实施例针对现有技术存在的问题，提供一种图像处理方法及装置，方法算法简单，能够解决背光环境中图像对比度低的问题，并且不会造成处理后图像出现分层的现象。 

本发明实施例提供了一种图像处理方法，包括： 

生成待处理图像的图像直方图； 

根据所述图像直方图，判断所述待处理图像是否需要背光补偿； 

当所述待处理图像需要背光补偿时，确定用于区分是否进行背光补偿的第一亮度分界值A和用于区分进行正、负背光补偿的第二亮度分界值C； 

对所述待处理图像中像素点亮度值在[0，C]、(C，A]范围内的像素点背光补偿，所述第一亮度分界值A的像素点经过背光补偿后的亮度等于所述第一亮度分界值A，所述第二亮度分界值C的像素点经过背光补偿后的亮度等于所述第二亮度分界值C。 

本发明实施例还提供了一种图像处理装置，包括： 

图像直方图生成单元，用于生成待处理图像的图像直方图； 

背光补偿判断单元，与所述图像直方图生成单元连接，用于判断所述待处理图像是否需要背光补偿； 

背光补偿参数生成单元，与所述背光补偿检测单元连接，用于在所述待处理图像需要背光补偿时，生成用于进行背光补偿的第一亮度分界值A和第二亮度分界值C； 

背光补偿单元，与所述背光补偿参数生成单元连接，用于根据所述背光补偿参数生成单元生成的第一亮度分界值和第二亮度分界值对所述待处理图像进行背光补偿，使得所述第一亮度分界值的像素点经过背光补偿后的亮度等于所述第一亮度分界值，所述第二亮度分界值的像素点经过背光补偿后的亮度等于所述第二亮度分界值。 

本发明实施例提供的图像处理方法及装置，通过获取第一亮度分界值和第二亮度分界值，根据这两个亮度分界值确定的像素点亮度范围，对属于不 同亮度范围的像素点采用不同的补偿函数进行背光补偿，属于非线性补偿，不会造成图像色度信息丢失及主体目标亮度过高，并保证亮度值为第一亮度分界值的像素点经过背光补偿后的亮度值等于补偿前，亮度值为第二亮度分界值的像素点经过背光补偿后的亮度值等于补偿前，方法简单，通用性好，经过背光补偿后的图像对比度高，不会出现背景过曝光现象以及分层现象，较好地实现了背光环境中的图像处理。 

下面通过具体实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。 

附图说明

图1所示为本发明实施例中涉及到的背光环境中的图像直方图的示意图； 

图2所示为本发明图像处理方法实施例一流程图； 

图3所示为本发明图像处理方法中使用单位门序列对归一化直方图进行卷积和运算示意图； 

图4所示为本发明图像处理方法中使用单位门序列对归一化直方图进行卷积和运算后的结果示意图； 

图5所示为本发明图像处理方法中采用第一补偿函数和第二补偿函数对图像进行背光补偿的示意图； 

图6所示为本发明图像处理方法实施例二流程图； 

图7所示为本发明图像处理装置实施例一结构示意图； 

图8所示为本发明图像处理装置实施例二结构示意图。 

具体实施方式

图像的直方图描述了图像的灰度级内容，任何一幅图像的直方图都包含了丰富的信息，如图1所示为本发明实施例中涉及到的背光环境中的图像直方图，图1所示的直方图中，横坐标表示图像中像素点的亮度值，纵坐标表示每个亮度值对应的像素点的个数。直方图中的某个峰值表示该亮度值的像素点的个数比较多，即该“峰”对应着一幅图像中大片相同亮度的区域。在典型的人脸背光环境中，人脸和背景环境在整幅图像中占据的面积最大，此时人脸比较暗，处于暗块区域，而背景非常明亮，处于亮块区域，根据直方图中“峰”的上述特性以及大量的实验结果可以知道，在背光环境中所拍摄图像的直方图中峰顶值最大的最大峰峰顶对应的亮度值即为图像中高亮度的背景亮度值，直方图中峰顶值仅次于图像平均亮度的次大峰的峰顶对应的亮度值即为图像中较暗的主体目标人脸。 

基于这一结论，本发明实施例提出了一种解决背光图像问题的图像的处理方法，如图2所示为本发明图像处理方法实施例一流程图，具体为： 

步骤101、生成待处理图像的图像直方图； 

步骤102、根据所述图像直方图，判断所述待处理图像是否需要进行背光补偿，如果是，则执行步骤103；否则，结束背光补偿，进行后续图像处理流程； 

步骤103、确定用于区分是否进行背光补偿的第一亮度分界值A，并确定用于区分进行正、负背光补偿的第二亮度分界值C； 

步骤104、对所述待处理图像中像素点亮度值在[0，，A]范围内的像素点进行背光补偿补偿。 

下面详细介绍以上各步骤的具体实施方式。 

从图1中可以看出，图像直方图中存在毛刺小峰，这些毛刺小峰会对寻找直方图中最大峰和次大峰存在干扰，所以需要先对直方图采用卷积和的方法进行平滑化。平滑化的过程具体为：通过单位门序列对归一化的直方图进行卷积和运算。经过归一化的直方图是指：将直方图中每个亮度值对应的像素点的个数归一化为该亮度值对应像素点的个数占整个图像像素点总数的百分比，图1所示的直方图中纵坐标为每个亮度值对应的像素点的个数，如图3所示的直方图为归一化后的直方图，如图3所示为本发明图像处理方法中使用单位门序列对归一化直方图进行卷积和运算示意图。图3中，卷积和运算可以用如下公式(1)来表示： 

$P_s\left(x\right)=\underset{i=x}{\overset{x+P_w-1}{\mathrm{\Σ}}}h\left(i\right)---\left(1\right)$

式中，x为图像中像素点亮度值，h(x)(即相当于h(i))为亮度值为x的像素点的个数占图像像素点总数的百分比，P_w为单位门序列的宽度，P_s(x)为单位门序列宽度范围内像素点个数与图像像素点总数之比。P_w是一个可调的值，该值的选取对于能够检测到直方图的峰顶具有重要影响，较佳地，P_w的值选为16可以较准确地检测出峰顶。如图4所示为本发明图像处理方法中使用单位门序列对归一化的直方图进行卷积和运算后的结果示意图，图4中，横坐标为图像中像素点的亮度值，纵坐标为P_s(x)，这样就能较为准确地反应不同亮度值的像素点的数量，从而找出最大峰和次大峰。 

在此需要说明的是：对图像直方图进行归一化处理过程，并非一定需要，也可直接使用单位门序列对图像直方图进行卷积和运算，也能够达到对图像直方图进行平滑的目的。 

在对图像直方图经过平滑化之后，需要寻找图像直方图中的最大峰和次大峰来确定是否需要对该图像进行背光补偿，具体方法为：基于图4获得的曲线，根据最大峰的定义(峰顶值最大的峰)以及次大峰的定义(峰顶值对应的像素点亮度值仅次于图像平均亮度值的峰)找出这两个峰，并找出最大峰峰顶值对应的像素点亮度值L₁以及次大峰峰顶值对应的像素点的亮度值L₂，如果L₁-L₂＞K，则认为背景亮度与前景主体目标亮度差异较大，该图像是背光环境中获得的图像，需要对该图像进行背光补偿。其中，K为一固定值，可以根据图像处理的实际情况进行设定，较佳地，当K＝60时，可以较为准确地判断出是否需要进行背光补偿。如果L₁-L₂≤K，则认为该图像不是从背光环境中获得的，不需要进行背光补偿。 

对于某些特殊情况下获得的图像，虽然从经过平滑后的直方图中可以找到最大峰，但是该最大峰峰顶值对应的像素点亮度值很低，例如10，这说明该最大峰对应的像素点并非是背光环境中的像素点。寻找次大峰的过程中也 存在同样的问题，从经过平滑后的直方图中寻找到的次大峰峰顶值对应的像素点的亮度值很可能很高，例如130，这说明该次大峰对应的像素点并非是背光环境中较暗的前景主体背景。为了使找出的最大峰和次大峰能够准确的反映图像的实际情况，在寻找最大峰时，可以规定，该最大峰峰顶值对应的像素点亮度值应当大于等于130，如果该最大峰峰顶值对应的像素点亮度值小于130，则应当从像素点亮度值大于等于130的峰中选择一个峰作为最大峰；该次大峰的峰顶值对应的像素点的亮度值应当小于等于80，如果该次大峰峰顶值对应的像素点的亮度值大于80，则应当从像素点亮度值小于等于80的峰中选择一个峰作为次大峰。 

在确定需要对图像进行背光补偿之后，就需要开始选择背光补偿参数，来对图像进行背光补偿了。背光图像的特点是背景亮度很高，前景主体目标亮度很低，为了使背光补偿后的图像亮度连续平滑，现有技术通常在对前景主体目标图像进行补偿的同时也对背景图像进行补偿，这样不仅加大了运算量，而且很容易造成背景过度曝光。实际上，如果可以合理地选取一个选择进行背光补偿与不选择进行背光补偿的第一亮度值分界点，对亮度值大于该第一亮度分界值的像素点不进行背光补偿，对亮度值小于等于该第一亮度分界值的像素点进行背光补偿，这样就可以实现分区域对图像中的像素点进行背光补偿。第一亮度值分界点的选取遵循的原则：1.该第一亮度分界值应当大于图像中前景主体目标的任意一个像素点的亮度；例如，对于背光环境中的人脸图像，第一亮度分界值应当大于人脸处的任意一个像素点的亮度。如果第一亮度分界值选取过大，则可能在对前景主体目标进行背光补偿的同时，也对较多的环境部分像素点进行了补偿，所以在选择第一亮度分界值时还应遵循原则：2.第一亮度分界值应当小于图像直方图最大峰峰顶值对应的亮度值。同时，为了避免进行背光补偿后的图像出现分层现象，即补偿前亮度连续的图像，经过补偿后出现亮度断续、不连贯的现象，在选择第一亮度分界值时还应遵循原则：3.第一亮度分界值对应的像素点数目应当尽可能小。按 照以上三条原则，较佳地，本发明实施例中选取与最大峰相邻的，最大峰左侧的第一个直方图曲线极小值对应的亮度值作为第一亮度分界值，即最大峰左侧的第一个“谷”对应的像素点亮度值，图4中箭头所指即为该“谷”。 

在确定了第一亮度分界值之后，就可以对亮度值小于等于该分界值的像素点进行背光补偿了。如果采用同一函数对亮度值小于等于该分界值的像素点进行背光补偿，则补偿后的图像可能会出现对比度下降的问题，为了解决此问题，在提高前景主体目标亮度的同时，还应当降低亮度值低于前景主体目标的像素点的亮度，这时需要确定一第二亮度分界值，对于亮度值小于该第二亮度分界值的像素点进行负背光补偿，即经过背光补偿后的像素点亮度值低于经过背光补偿前的像素点亮度值，对于亮度值大于等于该第二亮度分界值的像素点进行正背光补偿，即经过背光补偿后的像素点亮度值高于经过背光补偿前的像素点亮度值。 

第二亮度分界值的选取应遵循原则：1.第二亮度分界值应当小于前景主体目标任意像素点的亮度值，即应当小于图像直方图中次大峰的峰顶值对应的像素点的亮度值；以背光环境中的人脸图像为例，第二亮度分界值应当小于人脸图像中任意一个像素点的亮度值。但是，如果第二亮度分界值太小，则会造成前景主体目标进行正背光补偿太过，图像会出现泛白，所以综合考虑，第二亮度分界值的取值如公式(2)所示： 

             C＝L₂-ΔL                (2) 

式中，C为第二亮度分界值，L₂为图像直方图中次大峰的峰顶值对应的像素点的亮度值，ΔL为一亮度值偏移量，ΔL大于0并且小于或等于30，较佳地，ΔL取8，图像处理后的效果较好。此时，如果当L₂取值较小时，应该认为保证通过式(2)计算后的C的值大于0。 

在确定第一亮度分界值和第二亮度分界值之后，需要选取第一补偿函数对亮度值在[0，C]范围内的像素点进行负背光补偿，选取第二补偿函数对亮度值在(C，A]范围内的像素点进行正背光补偿，其中A为第一亮度分界值，C为 第二亮度分界值。补偿函数应当满足平滑、不均匀增长的特性，如果采用一个定值或一个线性函数对图像进行背光补偿，则不可避免地会出现过饱和现象或分层现象。幂函数曲线平滑，并且当自变量较小时，函数值增长率较大，当自变量较大时，函数值增长率较小，是比较符合背光补偿要求的函数。另外，高次函数也是比较合适的符合背光补偿要求的函数，其中，二次函数复杂度低，具备不均匀性增长的特性，是较佳的符合背光补偿要求的函数。本发明实施例中选择二次函数作为背光补偿函数，具体为： 

第一补偿函数如公式(3)所示： 

        f₁(x)＝mx²，0≤x≤C                (3) 

其中，f₁(x)为第一补偿函数，m为该二次函数的一个待定参数。 

第二补偿函数如公式(4)所示： 

        f₂(x)＝k(x-A)²+b，C＜x≤A          (4) 

其中，f₂(x)为第二补偿函数，k和b为该二次函数的两个待定参数。 

对于亮度值在[0，C]范围内的像素点采用第一补偿函数进行负背光补偿，对于亮度值在(C，A]范围内的像素点采用第二补偿函数进行正背光补偿，对于亮度值大于A的像素点可以不进行背光补偿。为了避免进行背光补偿后的图像产生分层现象，需要保证背光补偿后的整幅图像的亮度具有连续性，需要使亮度值为第一亮度分界值的像素点经过背光补偿后的亮度等于第一亮度分界值，第二亮度分界值的像素点经过背光补偿后的亮度等于第二亮度分界值，即满足公式(5)和(6) 

         f₁(C)＝C              (5) 

         f₂(A)＝A              (6) 

并且，为了保证连续性，还必须满足 

         f₁(C)＝f₂(C)          (7) 

综合公式(5)(6)(7)，即可分别求出函数f₁(x)和f₂(x)中各待定参数 的值，求得的 $m=\frac{1}{C},$ b＝A，k＝1/(C-A)，最后得到的两个补偿函数如公式(8)和(9)所示： 

$f_1\left(x\right)=\frac{1}{C}{x}^2,0\≤x\≤C---\left(8\right)$

       f₂(x)＝(x-A)²/(C-A)+A，C＜x≤A          (9) 

如图5所示为本发明图像处理方法中采用第一补偿函数和第二补偿函数对图像进行背光补偿的示意图，如果不对图像进行背光补偿，则输入亮度应当等于输出亮度(即如图中所示未补偿之前输入输出曲线应当是y＝x)，经过背光补偿处理后，亮度值在[0，C]范围内的像素点亮度经过第一补偿函数进行负背光补偿后亮度低于补偿前，亮度值在(C，A]范围内的像素点亮度经过第二补偿函数进行正背光补偿后亮度高于补偿前，提高了前景主体目表的亮度，降低了亮度低于前景主体目标的像素点的亮度，对背景像素点亮度未做补偿，提高了图像对比度，并且由于亮度值为第一亮度分界值的像素点经过背光补偿后的亮度等于第一亮度分界值，第二亮度分界值的像素点经过背光补偿后的亮度等于第二亮度分界值，经过背光补偿后的图像不会出现分层现象。 

对于亮度值大于A的像素点，也可以根据实际图像处理的需要进行相应的背光补偿，并非绝对不能对亮度值处于该范围内的像素点进行背光补偿，具体的背光补偿方法本发明实施例中不做具体解释，可以根据现有技术来实现。 

本实施例提供的图像处理方法，通过获取第一亮度分界值和第二亮度分界值，根据这两个亮度分界值确定的像素点亮度范围，对属于不同亮度范围的像素点采用不同的补偿函数进行背光补偿，属于非线性补偿，不会造成图像色度信息丢失及主体目标亮度过高，并保证亮度值为第一亮度分界值的像素点经过背光补偿后的亮度值等于补偿前，亮度值为第二亮度分界值的像素点经过背光补偿后的亮度值等于补偿前，方法简单，通用性好，经过背光补 偿后的图像对比度高，不会出现背景过曝光现象以及分层现象，较好地实现了背光环境中的图像处理。以上所述的图像处理方法，适用于单幅图像的处理，例如照相机中拍到的图像的处理，对于视频图像处理，例如对于摄像机中摄制的视频数据的处理，视频图像可以看成连续的多个单帧图像，单帧图像之间可能会发生场景变化，这时就需要根据场景变化检测的结果来进行相应的图像处理了。 

如图6所示为本发明图像处理方法实施例二流程图，具体包括： 

步骤201、获取当前帧图像直方图，并获取场景变化检测结果； 

步骤202、判断是否需要进行背光补偿，如果是，执行步骤203，否则结束背光补偿，进行后续图像处理流程； 

步骤203、根据所述场景变化检测结果判断图像是否发生场景变化，如果是，执行步骤204；否则，执行步骤206； 

步骤204、确定用于区分是否进行亮度补偿的第一亮度分界值A，并确定用于区分进行正负背光补偿的第二亮度分界值C； 

步骤205、分别对图像中亮度值在[0，C]、(C，A]范围内的像素点进行背光补偿； 

步骤206、将处理上一帧图像所用的原第一亮度分界值A₀作为用于处理当前帧图像的第一亮度分界值，将处理上一帧图像所用的原第二亮度分界值C₀作为用于处理当前帧图像的第二亮度分界值； 

步骤207、分别对图像中亮度值在[0，C₀]、(C₀，A₀]范围内的像素点进行背光补偿。 

本发明实施例二用于处理连续图像。对于连续图像，与单帧图像处理的区别在于，在判断当前帧图像是否需要进行背光补偿之后，还要判断当前帧图像与前一帧图像相比，是否发生了场景变化。场景变化是指：视频的内容发生了较大的变化，如，转动摄像头时，拍摄的视频整个背景都会发生变化，此时需要重新判断图像是否处于背光状态以及需要重新求取背光补偿参数； 一般可通过图像中发生运动块的数目占整个图像分块数目的百分比来判断视频场景是否发生变化，当这个比例达到一定域值时可认为场景发生了变化。如果与前一帧图像相比，当前帧图像发生了场景变化，则根据获取的当前帧图像的直方图确定第一亮度分界值A和第二亮度分界值C，然后确定第一补偿函数和第二补偿函数，对亮度值在[0，C]范围内的像素点用第一补偿函数进行背光补偿，对亮度值在(C，A]范围内的像素点用第二补偿函数进行背光补偿，方法与实施例一中方法相同，此处不再赘述。如果与前一帧图像相比，当前帧图像没有发生场景变化，如果根据当前帧图像直方图重新确定第一亮度分界值和第二亮度分界值，那么当前帧图像的这两个参数会与前一帧图像不同，这样经过背光补偿后的图像序列就会出现闪烁，为了避免出现此现象，将用于处理前一帧图像的原第一亮度分界值A₀和原第二亮度分界值C₀作为处理当前帧图像用的第一亮度分界值和第二亮度分界值，由于亮度分界值与前一帧图像相同，所以根据这两个亮度分界值确定的第一补偿函数和第二补偿函数也与前一帧图像相同，然后对亮度值在[0，C₀]范围内的像素点用原第一补偿函数进行背光补偿，对亮度值在(C₀，A₀]范围内的像素点用原第二补偿函数进行背光补偿。通过这样的方式就可以避免处理连续图像时出现闪烁的问题。 

如图7所示为本发明图像处理装置实施例一结构示意图，本实施例一图像处理装置用于处理单帧图像，具体包括：第一图像直方图生成单元11，用于生成图像的图像直方图；第一背光补偿判断单元12，与所述第一图像直方图生成单元11连接，用于判断该图像是否需要进行背光补偿；第一背光补偿参数生成单元13，与所述第一背光补偿判断单元12连接，用于生成用于进行背光补偿的第一亮度分界值A和第二亮度分界值C；第一背光补偿单元14，与所述第一背光补偿参数生成单元13连接，用于根据第一背光补偿参数生成单元13生成的第一亮度分界值和第二亮度分界值对图像进行亮度补偿。其中，第一背光补偿参数生成单元13具体包括：第一分界值生成单元131，与 所述第一背光补偿判断单元12和第一背光补偿单元14连接，用于根据图像直方图生成单元生成的直方图生成第一亮度分界值和第二亮度分界值；还可以包括第一函数生成单元132，与所述第一分界值生成单元131和第一背光补偿单元14连接，用于根据第一分界值生成单元131生成的第一亮度分界值和第二亮度分界值生成第一补偿函数和第二补偿函数，该第一补偿函数和第二补偿函数用于对待处理图像进行背光补偿。 

如图8所示为本发明图像处理装置实施例二结构示意图，本实施例二图像处理装置用于处理连续帧图像，具体包括：第二图像直方图生成单元21，用于生成图像的直方图；第二背光补偿判断单元22，与所述第二直方图生成单元21连接，用于判断当前帧图像是否需要进行背光补偿；第一场景变化检测单元23，用于检测当前帧图像与前一帧图像相比是否发生场景变化；第二背光补偿参数生成单元24，与第二背光补偿判断单元22和第一场景变化检测单元23连接，用于生成用于进行背光补偿的第一亮度分界值A和第二亮度分界值C；第二背光补偿单元25，用于根据第二背光补偿参数生成单元生成的第一亮度分界值和第二亮度分界值对图像进行亮度补偿。其中，第二背光补偿参数24生成单元具体包括：存储单元241，用于存储当前帧图像之前的图像的背光补偿参数，即处理当前帧图像之前的图像所用的第一亮度分界值以及第二亮度分界值；第二分界值生成单元242，与第二背光补偿判断单元22、第一场景变化检测单元23以及第二背光补偿单元25连接，用于根据第二背光补偿判断单元22的结果以及第一场景变化检测单元23检测到的结果生成当前帧图像的第一和第二亮度分界值，或者将前一帧图像的第一和第二亮度分界值确定为当前帧图像的亮度分界值；还包括第二函数生成单元243，与第二分界值生成单元242及第二背光补偿单元25连接，于根据第二分界值生成单元242生成的第一亮度分界值和第二亮度分界值生成第一补偿函数和第二补偿函数，该第一补偿函数和第二补偿函数用于对待处理图像进行背光补偿。 

对于如图7和图8所示的图像处理装置，如果得到的图像不满足背光补偿所要求的数据格式，则该图像处理装置还包括图像前处理单元，用于将获取的图像处理为符合背光补偿要求的图像数据格式。如果经过背光补偿处理后的图像不满足显示设备所要求的图像格式，则图像处理装置还需包括图像后处理单元，用于将经过背光补偿后的图像处理为符合显示设备要求的图像数据格式。 

本发明实施例提供的图像处理方法及装置，通过获取第一亮度分界值和第二亮度分界值，根据这两个亮度分界值确定的像素点亮度范围，对属于不同亮度范围的像素点采用不同的补偿函数进行背光补偿，并保证亮度值为第一亮度分界值的像素点经过背光补偿后的亮度值等于补偿前，亮度值为第二亮度分界值的像素点经过背光补偿后的亮度值等于补偿前，方法简单，经过背光补偿后的图像对比度高，不会出现背景过曝光现象以及分层现象，较好地实现了背光环境中的图像处理。 

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。 

Claims (21)

1.一种图像处理方法，其特征在于，包括：

生成待处理图像的图像直方图；

根据所述图像直方图，判断所述待处理图像是否需要背光补偿；

当所述待处理图像需要背光补偿时，确定用于区分是否进行背光补偿的第一亮度分界值A和用于区分进行正、负背光补偿的第二亮度分界值C；

对所述待处理图像中像素点亮度值在[0，C]、(C，A]范围内的像素点背光补偿，所述第一亮度分界值A的像素点经过背光补偿后的亮度等于所述第一亮度分界值A，所述第二亮度分界值C的像素点经过背光补偿后的亮度等于所述第二亮度分界值C。

2.根据权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于，还包括：当所述待处理图像需要背光补偿时，检测作为当前帧图像的所述待处理图像与前一帧图像相比是否发生了场景变化。

3.根据权利要求2所述的图像处理方法，其特征在于，还包括：

当检测到作为所述当前帧图像的所述待处理图像与所述前一帧图像相比没有发生场景变化时，将前一帧图像的第一亮度分界值和第二亮度分界值分别作为当前帧图像的第一亮度分界值和第二亮度分界值；

当检测到作为当前帧图像的所述待处理图像与前一帧图像相比发生场景变化时，根据所述作为当前帧图像的所述待处理图像的图像直方图，重新确定用于区分是否进行背光补偿的第一亮度分界值A，和用于区分进行正、负背光补偿的第二亮度分界值C。

4.根据权利要求1或3所述的图像处理方法，其特征在于，所述判断所述待处理图像是否需要背光补偿为：

获取所述待处理图像的图像直方图中峰顶亮度最大的最大峰的峰顶值对应的像素点的亮度值L₁，以及峰顶亮度值低于图像直方图平均亮度的次大峰 的峰顶值对应的像素点的亮度值L₂；

当L₁-L₂＞K时，确定该待处理图像需要背光补偿；其中，K为一固定亮度差值，K＞0。

5.根据权利要求4所述的图像处理方法，其特征在于，还包括：

通过单位门序列对归一化后的图像直方图进行卷积和运算，找出所述最大峰和所述次大峰的峰顶。

6.根据权利要求1或3所述的图像处理方法，其特征在于，所述确定用于区分是否进行背光补偿的第一亮度分界值A和用于区分进行正、负背光补偿的第二亮度分界值C为：

将大于所述待处理图像中前景主体目标任意一个像素点亮度的一亮度值作为第一亮度分界值A。

7.根据权利要求6所述的图像处理方法，其特征在于，所述确定用于区分是否进行背光补偿的第一亮度分界值A为：

将满足以下条件的亮度值确定为第一亮度分界值A：

大于所述待处理图像中前景主体目标任意一个像素点亮度；且

小于所述待处理图像的图像直方图中最大峰峰顶值对应的像素点的亮度值。

8.根据权利要求7所述的图像处理方法，其特征在于，所述确定用于区分是否进行背光补偿的第一亮度分界值A为：

选择所述图像直方图中与最大峰峰顶值相邻的极小值点对应的横坐标作为第一亮度分界值A，该极小值点对应的横坐标小于最大峰峰顶值对应的横坐标。

9.根据权利要求7或8所述的图像处理方法，其特征在于，所述用于区分进行正负背光补偿的第二亮度分界值C的确定为：

将小于所述待处理图像中前景主体目标的任意像素点亮度的亮度值确定为第二亮度分界值C。 

10.根据权利要求9所述的图像处理方法，其特征在于，将小于所述待处理图像中前景主体目标的任意像素点亮度的亮度值确定为第二亮度分界值C具体为：将第二亮度分界值C确定为L₂-ΔL，其中ΔL为一固定亮度值偏移量，L₂为峰顶亮度值低于图像直方图平均亮度的次大峰的峰顶值对应的像素点的亮度值。

11.根据权利要求10所述的图像处理方法，其特征在于，所述对所述待处理图像中像素点亮度值在[0，C]、(C，A]范围内的像素点背光补偿为：

获取用于对所述待处理图像中像素点亮度值在[0，C]范围内的像素点进行背光补偿的第一补偿函数f₁(x)；

获取用于对所述待处理图像中像素点亮度值在(C，A]范围内的像素点进行背光补偿的第二补偿函数f₂(x)；

根据所述第一补偿函数f₁(x)对所述像素点亮度值在[0，C]范围内的像素点进行背光补偿；

根据所述第二补偿函数f₂(x)对所述像素点亮度值在(C，A]范围内的像素点进行背光补偿。

12.根据权利要求11所述的图像处理方法，其特征在于，所述第一补偿函数f₁(x)和第二补偿函数f₂(x)为幂函数。

13.根据权利要求11所述的图像处理方法，其特征在于，所述第一补偿函数f₁(x)和第二补偿函数f₁(x)为高次函数。

14.根据权利要求11或12或13所述的图像处理方法，其特征在于，获取所述第一补偿函数和第二补偿函数为：

根据f₁(C)＝C、f₂(A)＝A以及f₁(C)＝f₂(C)的条件确定所述第一补偿函数f₁(x)和第二补偿函数f₂(x)中非自变量之外的参数的值。

15.根据权利要求14所述的图像处理方法，其特征在于，所述第一补偿函数为 

其中，0≤x≤C。 

16.根据权利要求14所述的图像处理方法，其特征在于，所述第二补偿函数为 

其中，C＜x≤A。

17.根据权利要求15或16所述的图像处理方法，其特征在于，还包括：对所述待处理图像中像素点亮度值在(A，∝)范围内的像素点进行背光补偿。

18.一种图像处理装置，其特征在于，包括：

图像直方图生成单元，用于生成待处理图像的图像直方图；

背光补偿判断单元，与所述图像直方图生成单元连接，用于判断所述待处理图像是否需要背光补偿；

背光补偿参数生成单元，与所述背光补偿判断单元连接，用于在所述待处理图像需要背光补偿时，生成用于进行背光补偿的第一亮度分界值A和第二亮度分界值C；

背光补偿单元，与所述背光补偿参数生成单元连接，用于根据所述背光补偿参数生成单元生成的第一亮度分界值和第二亮度分界值对所述待处理图像进行背光补偿，使得所述第一亮度分界值的像素点经过背光补偿后的亮度等于所述第一亮度分界值，所述第二亮度分界值的像素点经过背光补偿后的亮度等于所述第二亮度分界值。

19.根据权利要求18所述的图像处理装置，其特征在于，所述背光补偿参数生成单元包括：

第一分界值生成单元，与所述背光补偿判断单元和背光补偿单元连接，用于根据所述图像直方图生成第一亮度分界值和第二亮度分界值；

第一函数生成单元，与所述第一分界值生成单元和背光补偿单元连接，用于根据所述第一分界值生成单元生成的第一亮度分界值和第二亮度分界值生成用于对所述待处理图像进行背光补偿的第一补偿函数和第二补偿函数。

20.根据权利要求18所述的图像处理装置，其特征在于，还包括：

场景变化检测单元，与所述背光补偿参数生成单元连接，用于检测作为 当前帧图像的所述待处理图像与前一帧图像相比是否发生场景变化，当发生场景变化时，执行背光补偿参数生成单元的功能。

21.根据权利要求20所述的图像处理装置，其特征在于，所述背光补偿参数生成单元具体包括：

存储单元，用于存储当前帧图像之前的图像的背光补偿参数，即处理当前帧图像之前的图像所用的第一亮度分界值以及第二亮度分界值；

第二分界值生成单元，与所述存储单元、场景变化检测单元、背光补偿判断单元以及背光补偿单元连接，用于根据所述背光补偿判断单元的结果以及所述场景变化检测单元检测到的结果生成当前帧图像的第一亮度分界值和第二亮度分界值，或者将前一帧图像的第一亮度分界值和第二亮度分界值作为当前帧图像的第一亮度分界值和第二亮度分界值；

第二函数生成单元，与所述第二分界值生成单元以及背光补偿单元连接，用于根据所述第二分界值生成单元生成的第一亮度分界值和第二亮度分界值生成用于对所述待处理图像进行背光补偿的第一补偿函数和第二补偿函数。 

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