CN101626454B - 一种增强视频可视性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及信息处理技术领域，具体涉及一种增强视频可视性的方法，包括以下步骤：(1)读入视频数据，对视频数据中的序列图像进行采集；(2)对序列图像进行虚拟曝光，增加亮度范围；(3)采用自适应的时域和空域相结合的滤波器降低视频噪声；(4)对序列图像进行色调映射，调整对比度和白平衡。本发明能提高摄像头捕捉的视频流的可视性，加快视频处理速度，提高摄像头性能；能对普通摄像头得到的视频流进行增强处理，提高视频监视系统的性能。本发明还能应用于对电影、电视等视频技术的后期处理。

Description

一种增强视频可视性的方法

技术领域

本发明涉及信息处理技术领域，具体涉及一种增强视频可视性的方法。

背景技术

随着多媒体技术的迅猛发展及计算机性能的不断提高，视频技术的应用越来越广，但是视频在采集过程中不可避免的会受到传感器灵敏度、噪声干扰以及外部条件等等因素影响而导致视频无法达到人眼的视觉效果。现有技术已有多种针对视频技术而提出的提高画面品质的技术如美国PIXONICS公司申请的专利US6157396，公开了一种提高视频清晰度的方法，但该方法不能解决黑暗、强光、大雾等具体不利外界环境下捕获的视频模糊的问题。

图像在颜色方面的处理主要是使恢复的颜色逼真，但适当的变化使得图像颜色饱和度加强和层次增多，会使图像颜色更加鲜艳，这符合许多应用场合下的应用需求。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，提出了一种可以使得在黑暗、强光、大雾等具体不利外界环境下捕获的视频变得清晰的方法。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种增强视频可视性的方法，它包括以下步骤：

(1)读入视频数据，对视频数据中的序列图像进行采集；

(2)对序列图像进行虚拟曝光，增加亮度范围；

(3)采用自适应的时域和空域相结合的滤波器降低视频噪声；

(4)对序列图像进行色调映射，调整对比度和白平衡。

人类视觉能够察觉高达1∶10000的对比率。也就是说，人可以接受这样的景象，其中该景象某些部分的亮度是该景象其它部分的亮度的巧10000倍，而人可以看到该景象的最亮部分和最暗部分二者中的细节。此外，人类视觉可以以进一步的6个量级使其灵敏度适应于较亮或较暗的景象。通常现有摄像设备获得的序列图像为低动态图像，P.Debevic和J.Malik和著的“Recovering High DynamicRange Radiance Maps from Photographs″，SfGGRAPH，1997中提供了一种由一组低动态范围的图像生成高动态范围的图像的方法。本发明的虚拟曝光步骤即利用了该方法，将低动态的序列图像变成高动态的序列图像，变成高动态的序列图像后，那些在黑暗、强光、大雾等不利环境下获得模糊区域得到了强曝光，通过对高动态的序列图像的一系列处理，就能够较好地提高序列图像的质量。例如，除掉有些帧的具有变化的噪声贡献度的个别象素点，这样就排除了运动物体象素点整合，从而避免模糊和重像。

当前的显示设备的显示范围通常都属于低动态范围，高动态范围图像不能直接在通常的显示设备上显示，否则会丢失图像的高动态范围信息，造成曝光不足或者过度曝光。高动态范围的图像需要经过色调映射将颜色信息从高动态范围映射到低动态范围，才能正确地在显示设备上显示出来。色调映射方法通常分为全局算子和局部算子。全局算子的基本思想是对一幅图像上的所有像素用同一个映射函数进行映射。全局算子架构简单，效率较高，但是对于较亮和较暗的区域容易失真。在局部算子方法中，每个像素不再由统一映射函数处理，而是根据其相邻像素来决定映射的结果。局部算子改善了细节失真的问题，通常能获得比全局算子更好的效果。

例如，为了利用所生成高动态范围图像，E.Reinhard，M.Stark，P.Shirley和J.Ferwerda合著的“Photographic ToneReproduction for Digital Images″，SIGGRAPH，2002中提出了一种快速且高效的色调映射算法，将高动态范围图像映射为低动态范围图像，并尽可能保留更多的图像细节。

本发明的方法可通过上述方法将虚拟曝光的高动态范围的序列图像利用，并通过色调映射算法得到低动态范围图像，它极大地提高了图像的可视性。

本发明方法可通过已有的硬件设备的，完成视频可视性增强功能。作为本发明上述技术方案的优选，可以对读入的图像数据进行预处理，所述预处理可以是现有技术的任何一种使得视频质量变高的方法。

作为本发明的优选，所述的步骤(2)是采用时空结合方式使尽量多的象素在更长曝光中被处理，象素采用(x，y，t)编号，其中t为视频帧数。

作为本发明的优选，所述步骤(1)中，对视频数据中的序列图像进行采集后还对所述的序列图像进行预处理。

作为本发明的优选，步骤(4)包括：(41)、滤波器利用时域双边过滤处理图像的亮度并映射到每个通道上，所述滤波器利用空域双边滤波处理图像的颜色并映射到每个通道上，所述滤波器还利用空域双边滤波处理图像的Log域；(42)、采用log函数映射方法通过滤波器将图像亮度分为原始粗略部分和原始细节部分；(43)、采用空域双边过滤和时域双边过滤处理原始粗略部分得中间粗略部分；(44)、中间粗略部分经e^x计算后得粗略亮度，粗略亮度经映射后与原始细节部分叠加得到最终细节部分；(45)、粗略亮度经log函数映射方法得到最终粗略部分；(46)、最终粗略部分和最终细节部分合成后经e^x计算后得到最终亮度；(47)、由步骤(46)所得最终亮度与步骤(41)所得饱和度合成清晰的视频；

所述的log函数映射方法中应用的函数为：

$m(x,\mathrm{\ψ})=\frac{\log (\frac{x}{\mathrm{xMax}}(\mathrm{\ψ}-1)+1)}{\log \left(\mathrm{\ψ}\right)}$

其中亮度的白光级别被设为xMax，ψ作为一个变量，细节部分和粗略部分的特征采用不同的ψ值。

作为本发明的优选经步骤(41)后得饱和度还经过高斯模糊计算才与步骤(46)所得亮度进行合成。

作为本发明的优选，所述滤波器还采用空域双边滤波处理图像的Log域。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的方法应用于摄像头芯片中可以提高摄像头捕获的视频流的可视性，也加快视频处理速度，提高摄像头的性能；

2、将本发明方法添加到现有视频监控系统中，对普通摄像头得到的视频流进行增强处理，提高视频监控系统的性能。

本发明的方法用于对电影、电视等视频技术后期处理，提高视频的可视性，可有效地增强了视频可视性，为视频技术的广泛应用奠定了基础。

附图说明

图1是本发明实施例1所述方法的流程框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

如附图1所示，首先读入原视频数据，然后通过虚拟曝光技术标识出原视频曝光不足的区域，并通过对序列图像模拟更长曝光提高精度，这种模拟曝光采用了时空结合方式是尽量多的象素在更长曝光中被处理。象素采用(x，y，t)编号，t就是视频帧数。但是有些帧的个别象素点具有变化的噪声贡献度，我们不整合这种大噪声象素点，这样就排除了运动物体象素点整合，从而避免模糊和重像。即采用ASTA滤噪。

得到经过ASTA滤噪的信息后，采用滤波器通过时域双边过滤处理图像的亮度并映射到每个通道上，所述滤波器利用空域双边滤波处理图像的颜色并映射到每个通道上，所述滤波器还利用空域双边滤波处理图象的Log域；

采用log函数映射方法通过滤波器将图像亮度分为原始粗略部分和原始细节部分；采用空域双边过滤和时域双边过滤处理原始粗略部分得中间粗略部分；中间粗略部分经e^x计算后得粗略亮度，粗略亮度经映射后与原始细节部分叠加得到最终细节部分；粗略亮度经log函数映射方法得到最终粗略部分；最终粗略部分和最终细节部分合成后经e^x计算后得到最终亮度；由步骤(46)所得最终亮度与步骤(41)所得饱和度合成清晰的视频；

所述的log函数映射方法中应用的函数为：

$m(x,\mathrm{\ψ})=\frac{\log (\frac{x}{\mathrm{xMax}}(\mathrm{\ψ}-1)+1)}{\log \left(\mathrm{\ψ}\right)}$

其中亮度的白光级别被设为xMax，ψ作为一个变量，细节部分和粗略部分的特征采用不同的ψ值。

Claims (4)

1.一种增强视频可视性的方法，它包括以 下步骤：

(1)读入视频数据，对视频数据中的序列图像进行采集；

(2)对序列图像进行虚拟曝光，增加亮度范围；

(3)采用自适应的时域和空域相结合的滤波器降低视频噪声；

(4)对序列图像进行色调映射，调整对比度和白平衡；

所述的步骤(2)是采用时空结合方式使尽量多的像素在更长曝光中被处理，像素采用(x，y，t)编号，其中t为视频帧数；

步骤(4)包括：(41)、滤波器利用时域双边过滤处理图像的亮度并映射到每个通道上，所述滤波器利用空域双边滤波处理图像的颜色并映射到每个通道上，所述滤波器还利用空域双边滤波处理图像的Log域；(42)、采用log函数映射方法通过滤波器将图像亮度分为原始粗略部分和原始细节部分；(43)、采用空域双边过滤和时域双边过滤处理原始粗略部分得中间粗略部分；(44)、中间粗略部分经e^x计算后得粗略亮度，粗略亮度经映射后与原始细节部分叠加得到最终细节部分；(45)、粗略亮度经log函数映射方法得到最终粗略部分；(46)、最终粗略部分和最终细节部分合成后经e^x计算后得到最终亮度；(47)、由步骤(46)所得最终亮度与步骤(41)所得饱和度合成清晰的视频；

所述的log函数映射方法中应用的函数为：

$m(x,\mathrm{\ψ})=\frac{\log (\frac{x}{\mathrm{xMax}}(\mathrm{\ψ}-1)+1)}{\log \left(\mathrm{\ψ}\right)}$

其中亮度的白光级别被设为xMax，ψ作为一个变量，细节部分和粗略部分的特征采用不同的ψ值。

2.根据权利要求1所述的增强视频可视性的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，对视频数据中的序列图像进行采集后还对所述的序列图像进行预处理。

3.根据权利要求1所述的增强视频可视性的方法，其特征在于：经步骤(41)后得饱和度还经过高斯模糊计算才与步骤(46)所得亮度进行合成。

4.根据权利要求1所述的增强视频可视性的方法，其特征在于：所述滤波器还采用空域双边滤波处理图像的Log域。

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