CN101815158B - 改善数字影像中色影的补偿方法 - Google Patents

Abstract

一种改善数字影像中色影的补偿方法，用以校正数字影像中的色影现象导致数字影像中各区域间的亮度差异，补偿方法包括检索均匀的色块的色块影像；计算色块影像的多个水平区域的水平补偿系数；对水平补偿系数进行线性内插而产生相应的水平内插系数，并计算得所有水平区域所分别对应的决定水平校正系数；计算色块影像的多个垂直区域的垂直补偿系数；将决定水平校正系数与垂直补偿系数分别相乘以求得色块影像各区域分别的色影补偿系数；将色块影像各区域的亮度平均值与分别对应的色影补偿系数相乘，以对色块影像作色影现象的补偿。

Description

改善数字影像中色影的补偿方法

技术领域

本发明涉及一种影像处理技术，特别是一种有关改善数字影像中色影现象的补偿方法。

背景技术

传统的数字摄像装置检索数字影像时，数字摄像装置将反射光解析成三原色光，即红色(R)、绿色(G)及蓝色(B)，并将此三原色光导引至光电转换器，例如电荷耦合装置(charge-coupled device，CCD)转换成该三原色光的模拟信号。该三原色光的模拟信号经模拟数字转换器转换成数字信号以输出。

上述的数字摄像装置中，当我们在均匀亮度环境下利用数字摄像装置拍摄均匀色块时，时常会发现数字影像的周围亮度比数字影像中心的亮度较暗，这个现象即为色影(Color Shading)现象。产生这个现象最主要的原因是因为光线经折射后，能量上的衰减所导致。光线经过镜片会产生折射将影像呈现于CCD上，经过镜片边缘的光线所产生的折射角会比经过镜片中心的光线所产生的折射角大，因此在周围的能量比中心的能量衰减较多，造成了数字影像的边缘会较暗而产生色影现象。

为解决色影现象，现有技术中提出可在一均匀亮度环境下拍摄一均匀色块，接着将该张影像分割成例如为M×N个的区域，并算出每个区域的亮度平均值，再找出这些区域中亮度平均值最大的区域。将此区域的像素平均值当作整张影像在无光线衰减情况下应有的亮度平均值，而其它区域的衰减率可由此最大亮度平均值与本身区域的亮度平均值算出。前述最大像素平均值除以各区域的像素平均值即可得到各区域分别对应的补偿系数，因此在拍摄得到的影像的像素与此组补偿系数相乘即可将因色影现象所衰减的能量做补偿。

上述方法虽可解决色影现象的问题，然而将影像切割为M×N块后各区域的补偿系数形成一曲线函数，目前影像检索装置例如相机等的内存有限，要满足该曲线函数必须耗费许多时间。

为了节省时间以及减少色影现象所耗费的内存，另外提出一种新的方式：首先在一均匀亮度环境下利用拍摄一均匀色块，将此影像在水平方向切成M个区域，接着找寻这些区域中亮度平均值最大的区域，将像素平均值最大的区域的亮度平均值当作整张影像在没有光线衰减情况下应当有的水平像素平均值。而将最大亮度平均值除以个别区域的亮度平均值，即可得到实际所需的多个水平补偿系数。然而为了减少所需的内存，可将均匀色块最边缘区域的补偿系数设为一基准系数，并由该基准系数往像素平均值最大的区域作线性内插而得多个差值系数，其中该基准系数及这些差值系数所构成的线性函数可代替原本的诸水平补偿系数所构成的曲线。接着将该影像在垂直方向切成N个区域，找寻出这些区域中亮度平均值最大的区域，将此区域的亮度平均值当作整张影像在没有光线衰减情况下应当有的垂直亮度平均值，将最大像素平均值除以本身区域的亮度平均值即可得到补偿系数。将水平方向与垂直方向的补偿系数相乘，即可得整张影像的补偿系数。因此在拍摄得到的影像的像素与该组补偿系数做相乘即可将衰减的能量做补偿。

虽然上述方式可有效的节省补偿色影现象所需的内存，然而由于水平方向的能量衰减并非一线性变化，而是越往边缘衰减的速度越快，因此若用一线性函数取代原本的水平补偿曲线，将会造成过度补偿的情形。

发明内容

本发明的目的是提供一种可减少数字影像中色影现象的改善数字影像中色影的补偿方法，以节省内存的方式减少数字影像中的色影现象，并准确地补偿数字影像中的色影现象，避免产生过度补偿的缺失。

为了实现上述目的，本发明提供了一种改善数字影像中色影的补偿方法，用以校正数字影像中的色影(color shading)现象导致数字影像中各区域间的亮度差异，补偿方法包括：提供一均匀的色块，并检索色块的色块影像；将色块影像的水平方向切割成多个水平区域，并计算该些水平区域分别相应的各水平补偿系数；执行内插程序，对这些水平补偿系数进行线性内插，而产生多个水平内插系数；由这些水平内插系数找出分别对应的同水平区域的水平补偿系数，将各该水平内插系数除以各对应的水平补偿系数而求得多个水平校正系数；依据这些水平校正系数与分别对应的水平内插系数的乘积求得多个决定水平校正系数，通过任两相邻的决定水平校正系数的线性内插以求出所有水平区域所分别对应的决定水平校正系数；将该色块影像的垂直方向切割成多个垂直区域，并计算这些垂直区域分别相应的各垂直补偿系数；将所述的决定水平校正系数与这些垂直补偿系数一一相乘以求得该色块影像各区域分别的色影补偿系数；以及将该色块影像各区域的亮度平均值与分别对应的色影补偿系数相乘，以对该色块影像作色影现象的补偿。

根据本发明所提供的的改善数字影像中色影的补偿方法，依据最后计算得的色影补偿系数可补偿数字影像的色影现象，以减少由数字影像周围光线的能量衰减。

其中，上述色块影像包括绿色像素、红色像素与蓝色像素。

另外，上述的计算水平区域分别相应的各水平补偿系数的步骤可包括：计算每一个水平区域所对应的水平亮度平均值；从水平区域所对应的水平亮度平均值中，选取最大的亮度平均值并将其定义为水平亮度基准值；将该水平亮度基准值除以所述的水平亮度平均值，用以产生水平补偿系数。

此外，上述的计算垂直区域分别相应的各垂直补偿系数的步骤可包括：计算每一个垂直区域所对应的垂直亮度平均值；从垂直区域所对应的垂直亮度平均值中，选取最大的亮度平均值并将其定义为垂直亮度基准值；将该垂直亮度基准值除以所述的垂直亮度平均值，用以产生垂直补偿系数。

由于色影现象由色块影像的中央往两侧产生亮度衰减，因此计算水平内插系数的步骤主要包括计算两斜率对称的线性线段，以下以计算其中之一进行说明。计算水平内插系数的步骤可包括：由最边缘的水平区域所具的水平补偿系数当作一个基准系数；由基准系数作为一起始值往水平亮度平均值最高的水平区域所具水平补偿系数每相隔数个水平区域作内插，而得到多个差值系数，因此一线性线段的水平内插系数可包含有一个基准系数及多个差值系数。

上述决定水平校正系数实际上重迭于部分水平补偿系数，而各该决定水平校正系数可连成多个线性线段，因此其它水平区域的决定水平校正系数则可通过任两相邻的决定水平校正系数进行内插而求得。

本发明的改善数字影像中色影的补偿方法以经修正过后的水平内插系数得到多个决定水平内插系数，再以既有的决定水平内插系数以内插方式求得其它水平区域的决定水平内插系数，由于大部分决定水平内插系数以线性内插方式求得，因此与现有技术相比可节省大量的内存。

同时，本发明的改善数字影像中色影的补偿方法，以理想的水平补偿系数修正水平内插系数后得到多个决定水平内插系数，而这些决定水平内插系数所构成的多个线性线段可比现有技术中的单一线性线段更贴近理想的水平补偿系数曲线，因此可更为准确地补偿色块影像的色影现象，避免产生现有技术中过度补偿的问题。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明的一实施例的流程图；

图2为本发明的一实施例的水平补偿系数计算流程图；

图3为本发明的一实施例的水平内插系数计算流程图；

图4为本发明的一实施例的水平校正系数计算流程图；

图5为本发明的一实施例的垂直补偿系数计算流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

根据本发明的改善数字影像中色影的补偿方法，应用于具有影像检索功能的电子装置。本方法可通过软件或韧体程序内建于电子装置的储存装置中，再由电子装置的处理器执行内建的软件或韧体程序搭配影像检索功能来实现本发明的改善数字影像中色影的补偿方法。所述的电子装置可为具影像检索功能的计算机(Computer)、具影像检索功能的行动电话(Mobile Phone)或具影像检索功能的个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)等，但不局限于上述的电子装置。

图1为依据本发明的一实施例的流程图。本发明的流程包括以下步骤：

S100：利用前述的这些电子装置其中之一对一均匀的色块进行影像检索，以取得色块影像；

S200：将该色块影像的水平方向切割成m个水平区域，并计算m个水平区域相应的m个水平补偿系数；

S300：执行内插程序，对m个水平补偿系数进行线性内插计算，用以产生一组数量有k个的水平内插系数；

S400：由k个的水平内插系数找出分别对应的同水平区域的水平补偿系数，将各水平内插系数除以对应的水平补偿系数而求得一组水平校正系数；

S500：依据求得水平校正系数与分别对应的水平内插系数的乘积求得决定水平校正系数，由任两相邻的决定水平校正系数的线性内插以求出所有水平区域所分别对应的决定水平校正系数；

S600：将该色块影像的垂直方向切割成n个垂直区域，并计算n个垂直区域相应的n个垂直补偿系数；

S700：将决定水平校正系数与n个垂直补偿系数一一相乘以求得该色块影像各区域分别所具的色影补偿系数；以及

S800：将色块影像各区域的亮度平均值与分别对应的色影补偿系数相乘，并对该色块影像作色影现象的补偿。

上述水平区域为：{H1，H2，...，Hi，...，Hm-1，Hm}，水平补偿系数为：{FH1，FH2，...，FHi，...，FHm-1，FHm}。其中，m为色块影像的水平区域总数、Hi为色块影像的第i个水平区域、FHi为第i个水平区域的水平补偿系数，其中i为正整数。

上述色块影像可为绿色像素、红色像素与蓝色像素。

图2为依据本发明的一实施例的水平补偿系数计算流程图。对于上述的步骤S200，可包括以下实施步骤：

S210：计算m个水平区域中每一个水平区域所对应的水平亮度平均值；

S220：从m个水平区域所对应的m个水平亮度平均值中，选取最大的亮度平均值并将其定义为水平亮度基准值；以及

S230：将水平亮度基准值分别除以m个水平亮度平均值，用以产生m个水平补偿系数。

上述水平区域所对应的水平亮度平均值可利用下式所计算得： $\stackrel{\‾}{H_i}=\frac{1}{p}\underset{x=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{H}_{i\left(x\right)},$ 其中，H_i为第i个水平区域的水平亮度平均值、p为第i个水平区域的像素总数、x为第i个水平区域的第x个像素、H_i(x)为第i个水平区域的第x个像素的亮度值，且i、p与x为正整数。

上述水平补偿系数可利用下式所计算得： ${\mathrm{FH}}_i=\frac{{\mathrm{Max}}_{\stackrel{\‾}{H}}}{\stackrel{\‾}{H_i}},$ 其中，FH_i为第i个水平区域的水平补偿系数、H_i为第i个水平区域的水平亮度平均值、Max_H为水平亮度基准值，且i为正整数。

步骤S300中所述的水平内插系数为：{FI1，FI2，...，FIj，...，FIk-1，FIk}。其中，FIj为第j个水平内插系数，j为正整数，k为水平内插系数的总数。上述色影现象由色块影像的中央往两侧产生亮度衰减，因此计算水平内插系数的步骤主要包括计算两斜率对称的线性线段，以下以计算其中之一进行说明。如图3所示，为依据本发明的一实施例的水平内插系数计算流程图。计算水平内插系数的步骤可包括以下步骤：

S310：由最边缘的水平区域所具的水平补偿系数当作一个基准系数；

S320：由基准系数作为一起始值，往水平亮度平均值最高的水平区域所具水平补偿系数，每相隔数个水平区域作内插；以及

S330：依据内插的结果计算得到多个差值系数。

因此一线性线段的水平内插系数可包含有一个基准系数及数个差值系数。FIj的计算公式如下：

${\mathrm{FI}}_1={\mathrm{FH}}_1,{\mathrm{FI}}_2=\frac{{\mathrm{FH}}_{1+D}-{\mathrm{FH}}_1}{D},$

${\mathrm{FI}}_3=\frac{{\mathrm{FH}}_{1+2D}-{\mathrm{FH}}_{1+D}}{D},{\mathrm{FI}}_4=\frac{{\mathrm{FH}}_{1+3D}-{\mathrm{FH}}_{1+2D}}{D},...,$

${\mathrm{FI}}_j=\frac{{\mathrm{FH}}_{1+(j-1)D}-{\mathrm{FH}}_{1+(j-2)D}}{D}.$ 其中，D为正整数。

如图4所示，为依据本发明的一实施例的水平校正系数计算流程图。在此为方便说明，假设由色块影像的m个水平区域中，选择影像两端各32个水平区域进行说明。在此虽是描述32个水平区域，但可依据实际情况调整区域数量。对于步骤S400，可包括以下实施步骤：

S410：由色块影像的m个水平区域中，分别选择两端的32个水平区域；以及

S420：以水平标准系数对前述选择的64个水平区域所对应水平内插系数进行校正，以产生64个水平区域所对应水平校正系数。

上述选择的64个水平区域为：{H1，H2，...，H31，H32，Hm-31，Hm-30，...，Hm-1，Hm}，水平校正系数FC为：{FC1，FC2，...，FC31，FCm-31，FCm-30，...，FCm-1，FCm}，其中，{H1，H2，...，H31，H32}为色块影像的m个水平区域中一端的32个水平区域、{Hm-31，Hm-30，...，Hm-1，Hm}为色块影像的m个水平区域中另一端的32个水平区域。水平校正系数FC的计算公式如下：

${\mathrm{FC}}_1=\frac{{\mathrm{FH}}_1}{{\mathrm{FI}}_1},{\mathrm{FC}}_2=\frac{{\mathrm{FH}}_2}{{\mathrm{FI}}_1+{\mathrm{FI}}_2},{\mathrm{FC}}_3=\frac{{\mathrm{FH}}_3}{{\mathrm{FI}}_1+2\×{\mathrm{FI}}_2},...,{\mathrm{FC}}_{1+D}=\frac{{\mathrm{FH}}_{1+D}}{{\mathrm{FI}}_1+D\×{\mathrm{FI}}_2},$

${\mathrm{FC}}_{1+D+1}=\frac{{\mathrm{FH}}_{1+D+1}}{{\mathrm{FI}}_1+D\×{\mathrm{FI}}_2+{\mathrm{FI}}_3},{\mathrm{FC}}_{1+D+2}=\frac{{\mathrm{FH}}_{1+D+2}}{{\mathrm{FI}}_1+D\×{\mathrm{FI}}_2+2{\mathrm{FI}}_3},...,$

${\mathrm{FC}}_{1+D+D}=\frac{{\mathrm{FH}}_{1+D+D}}{{\mathrm{FI}}_1+D\×{\mathrm{FI}}_2+D\×{\mathrm{FI}}_3},....$

，其中，D为正整数。

此外，上述垂直区域为：{V1，V2，...，Vj，...，Vn-1，Vn}，垂直补偿系数为：{FV1，FV2，...，FVj，...，FVn-1，FVn}。其中，n为色块影像的垂直区域总数、Vj为色块影像的第j个垂直区域、FVj为第j个垂直区域的垂直补偿系数，其中j为正整数。

另外，上述垂直补偿系数可利用下式所计算得： ${\mathrm{FV}}_j=\frac{{\mathrm{Max}}_{\stackrel{\‾}{V}}}{\stackrel{\‾}{V_j}},$ 其中，FV_j为第j个垂直区域的垂直补偿系数、V_j为第j个垂直区域的垂直亮度平均值、Max_V为垂直亮度基准值，且j为正整数。

上述决定水平校正系数实际上重迭于部分的水平补偿系数，而各该决定水平校正系数可连成多个线性线段，因此其它水平区域的决定水平校正系数则可通过任两相邻的决定水平校正系数进行内插而求得。

如图5所示，为依据本发明的一实施例的垂直补偿系数计算流程图。对于步骤S600，可包括以下实施步骤：

S610：计算n个垂直区域中每一个垂直区域所对应的垂直亮度平均值；

S620：从n个垂直区域所对应的n个垂直亮度平均值中，选取最大的亮度平均值并将其定义为垂直亮度基准值；以及

S630：将垂直亮度基准值分别除以n个垂直亮度平均值，用以产生n个垂直补偿系数。

上述垂直区域所对应的垂直亮度平均值可利用下式所计算得： $\stackrel{\‾}{V_j}=\frac{1}{q}\underset{y=1}{\overset{q}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{j\left(y\right)},$ 其中，V_j为第j个垂直区域的垂直亮度平均值、q为第j个垂直区域的像素总数、y为第j个垂直区域的第y个像素、V_j(y)为第j个垂直区域的第y个像素的亮度值，且j、q与y为正整数。

另外，步骤S700中所述的色块影像的各区域的色影补偿区域为：{H1V1，H2V1，...，HiV1，...，Hm-1V1，HmV1，H1V2，H2V2，...，HiV2，...，Hm-1V2，HmV2，...，H1Vj，H2Vj，...，HiVj，...，Hm-1Vj，HmVj，...，H1Vn，H2Vn，...，HiVn，...，Hm-1Vn，HmVn}，各区域的色影补偿系数为：{FH1V1，FH2V1，...，FHiV1，...，FHm-1V1，FHmV1，FH1V2，FH2V2，...，FHiV2，...，FHm-1V2，FHmV2，...，FH1Vj，FH2Vj，...，FHiVj，...，FHm-1Vj，FHmVj，...，FH1Vn，FH2Vn，...，FHiVn，...，FHm-1Vn，FHmVn}。其中，m为色块影像的水平区域总数、n为色块影像的垂直区域总数、HiVj为色块影像的第i个水平第j个垂直区域、FHiVj为第i个水平第j个垂直区域的色影补偿系数，其中m、n、i与j为正整数。

其中，上述各区域的色影补偿系数计算公式如下：

FH₁V₁＝FI₁×FV₁×FC₁，FH₂V₁＝(FI₁+FI₂)×FV₁×FC₂，

FH₃V₁＝(FI₁+2×FI₂)×FV₁×FC₃，...，FH_1+DV₁＝(FI₁+D×FI₂)×FV₁×FC_1+D，

FH_1+D+1V₁＝(FI₁+D×FI₂+FI₃)×FV₁×FC_1+D+1，...，

FH₁V_j＝FI₁×FV_j×FC₁，FH₂V_j＝(FI₁+FI₂)×FV_j×FC₂，

FH₃V_j＝(FI₁+2×FI₂)×FV_j×FC₃，...，FH_1+DV_j＝(FI₁+D×FI₂)×FV_j×FC_1+D，

FH_1+D+1V_j＝(FI₁+D×FI₂+FI₃)×FV_j×FC_1+D+1，...，，其中，D与j为正整数。

由上可知，本发明的改善数字影像中色影的补偿方法可克服现有技术的缺点，因此可比现有技术节省大量的内存，且更为准确地补偿色块影像的色影现象，以避免产生现有技术的过度补偿的问题。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种改善数字影像中色影的补偿方法，用以校正导致数字影像中各区域间的亮度差异的数字影像中的色影现象，其特征在于，该补偿方法包括：

提供一均匀的色块，并检索该色块的一色块影像；

将该色块影像的水平方向切割成多个水平区域，并计算这些水平区域分别相应的各水平补偿系数，该各水平补偿系数的计算步骤包括：

计算各该水平区域所分别对应的一水平亮度平均值；

从这些水平区域所对应的该水平亮度平均值中，选取最大的亮度平均值并将其定义为一水平亮度基准值；

将该水平亮度基准值除以这些水平亮度平均值，用以产生这些水平补偿系数；

执行一内插程序，对这些水平补偿系数进行线性内插，而产生多个水平内插系数；

由这些水平内插系数找出分别对应的同水平区域的水平补偿系数，将各该水平内插系数除以各对应的水平补偿系数而求得多个水平校正系数；

依据这些水平校正系数与分别对应的水平内插系数的乘积求得多个决定水平校正系数，由任两相邻的决定水平校正系数的线性内插以求出所有水平区域所分别对应的决定水平校正系数；

将该色块影像的垂直方向切割成多个垂直区域，并计算这些垂直区域分别相应的各垂直补偿系数，该各垂直补偿系数的计算步骤包括：

计算各该垂直区域所对应的一垂直亮度平均值；

从这些垂直区域所对应的该垂直亮度平均值中，选取最大的亮度平均值并将其定义为一垂直亮度基准值；

将该垂直亮度基准值除以这些垂直亮度平均值，用以产生这些垂直补偿系数；

将这些决定水平校正系数与这些垂直补偿系数一一相乘以求得该色块影像各区域分别的色影补偿系数；以及

将该色块影像各区域的亮度平均值与分别对应的色影补偿系数相乘，以对该色块影像作色影现象的补偿。 

2.如权利要求1所述的改善数字影像中色影的补偿方法，其特征在于，所述的色块影像包括绿色像素、红色像素与蓝色像素。

3.如权利要求1所述的改善数字影像中色影的补偿方法，其特征在于，所述的水平内插系数组成有多个线性线段，而每一线性线段包括有一基准系数及多个由该基准系数为起始值作线性内插而得的差值系数。

4.如权利要求3所述的改善数字影像中色影的补偿方法，其特征在于，所述的基准系数是该色块影像中最边缘的水平区域的水平补偿系数。 

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