CN102238339B - 一种逆光补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种逆光补偿方法，包括以下步骤：作正常曝光处理，获取待处理图像；检测待处理图像中的拍摄主体是否处于逆光环境中；在拍摄主体处于逆光环境中时，获取增量曝光时间，根据增量曝光时间对暗区的像素灰度值进行正值增量处理，对亮区的像素灰度值进行负值增量处理，获取目标图像。通过以上方式，本发明提供的技术方案通过获取增量曝光时间，以分别对暗区的像素灰度值进行正值增量处理，对亮区的像素灰度值进行负值增量处理，使得拍摄主体得到逆光补偿，从而使得拍摄设备在逆光的环境中所获取的图像中的拍摄主体曝光合适，图片中的拍摄主体清晰，另外，由于无需使用不同的补偿函数进行背光补偿，因此其更具有对系统性能要求不高的优点。

Description

一种逆光补偿方法

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，特别是涉及一种逆光补偿方法。 

背景技术

在日常使用摄影机等拍摄设备时，常常会遇到拍摄主体处于逆光（即背光）状态下的情况，当拍摄主体处于逆光状态时，由于大量光线从拍摄主体的背景射入到拍摄设备的感光阵列中，从而使得拍摄设备所获取的图像存在拍摄主体曝光不足，背景部分曝光过度的问题。 

在现有技术的逆光补偿处理方法中，首先获取待处理图像的直方图，以根据直方图判断待处理图像是否需要进行背光补偿，具体而言，其通过获取第一亮度分界值和第二亮度分界值，根据以上两个亮度分界值确定像素点的亮度范围，对于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。但以上所揭示的方法因采用不同的补偿函数进行背光补偿，因此，其处理过程过于复杂，运算速度较慢，且对系统性能很高。 

因此，亟须提供一种逆光补偿方法，以解决上述问题。 

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种逆光补偿方法及其装置，以解决现有技术在逆光环境中拍摄主体曝光不足，背景部分曝光过度的技术问题，且更具有对系统性能要求不高的优点。 

为解决技术问题，本发明所采取的技术方案是：提供一种逆光补偿方法，包括以下步骤：a.作正常曝光处理，以获取待处理图像；b.检测待处理图像中的拍摄主体是否处于逆光环境中；c.在拍摄主体处于逆光环境中时，获取增量曝光时间，并根据增量曝光时间对暗区的像素灰度 值进行正值增量处理，对亮区的像素灰度值进行负值增量处理，以获取目标图像；其中，在步骤b中，将待处理图像中的每一像素点的灰度值与第一阈值进行比较，在像素点对应的灰度值大于第一阈值时，将像素点对应的灰度值设置为最大灰度值，并且在像素点对应的灰度值小于第一阈值时，将像素点对应的灰度值设置为最小灰度值； 

其中，在步骤b中，根据以下公式获取暗区像素灰度均值： 

[0008]  Ypl=(Yx1y1+Yx2y2+…+Yxlnyln)/ln； 

[0009]  其中，Ypl为暗区像素灰度均值，ln为小于暗区灰度门限值Ythl的像素点的数量，Yx1y1、Yx2y2…Yxlnyln为灰度值小于暗区灰度门限值Ythl的像素点所对应的灰度值；进一步地，根据以下公式计算亮区灰度门限值: 

Ythh=Ythl+(ln/10)×8； 

其中，Ythh为亮区灰度门限值，将每一像素点对应的灰度值与亮区灰度门限值Ythh进行比较，以获取大于亮区灰度门限值Ythh的像素点，设置Yx1’y1’、Yx2’y2’…Yxhnyhn为灰度值大于亮区灰度门限值Ythh的像素点所对应的灰度值，hn为大于亮区灰度门限值Ythh的像素点的数量；并且，根据以下公式计算亮区像素灰度均值： 

[0012]  Yph=(Yx1’y1’+Yx2’y2’+…..+Yxhnyhn)/hn； 

[0013]  其中，Yph为亮区像素灰度均值，Thn为第二阈值，在暗区像素灰度均值Ypl以及亮区像素灰度均值Yph满足：Yph/Ypl>Thn时，判定拍摄主体处于逆光环境； 

其中，在步骤c中，根据以下公式计算增量曝光时间： 

AETf=(Yt/Ypl+k)×AETn； 

AETf为增量曝光时间，Yt为期望亮度值，Ypl为暗区像素灰度均值，k为修正值，AETn为正常曝光时间，AETf为增量曝光时间； 

根据以下公式计算修正值： 

k=(hn-12)/3-ln/16。 

其中，步骤b进一步包括：检测拍摄主体是否为人形，在步骤c中，在拍摄主体处于逆光环境中，且拍摄主体为人形时，根据增量曝光时间 对暗区的像素灰度值进行正值增量处理，对亮区的像素灰度值进行负值增量处理，以获取目标图像。 

其中，在步骤b中，将待处理图像分为n×n格等分窗口，在n×n格等分窗口中的两者或两者以上组成L、⊥、I或L的水平镜像等形态中的任一者时，判定拍摄主体为人形人形，其中，n为正整数。 

其中，在暗区像素灰度均值Ypl以及亮区像素灰度均值Yph满足：Yph/Ypl<Thm时，判定拍摄主体处于普通环境，其中，Thm为第三阈值。 

其中，在步骤c中，将待处理图像分为n×n格等分窗口，分别利用以下公式计算暗区权重值Wlxy和亮区权重值Whxy： 

Wlxy=Wl/ln； 

Whxy=Wh/hn； 

其中，Wlxy为暗区权重值，Whxy为亮区权重值，暗区权重值Wlxy为对暗区每个窗口的权重值，亮区权重值Whxy为对亮区每个窗口的权重值，Wl为暗区权重，Wh为亮区权重，x和y为正整数，对暗区上的像素点的灰度值加上暗区权重Wl，对亮区上的像素点的灰度值加上亮区权重Wh，以对暗区的像素灰度值进行加Wl的正值增量处理，以对亮区的像素灰度值进行加Wh的负值增量处理。 

本发明的有益效果是：区别于现有技术中需要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而造成处理过程过于复杂，运算速度较慢，且对系统性能很高的技术方案，本发明所揭示的技术方案通过获取增量曝光时间，以分别对暗区的像素灰度值进行正值增量处理，对亮区的像素灰度值进行负值增量处理，使得拍摄主体得到逆光补偿，从而使得拍摄设备在逆光的环境中所获取的图像中的拍摄主体曝光合适，图片中的拍摄主体清晰，另外，由于无需使用不同的补偿函数进行背光补偿，因此其更具有对系统性能要求不高的优点。 

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的逆光补偿方法的流程图。 

图2是本发明第二实施例的逆光补偿方法的流程图 

图3是根据本发明第二实施例的逆光补偿方法中进行人形检测的L型人形形态示意图。 

图4是根据本发明第二实施例的逆光补偿方法中进行人形检测的⊥型人形形态示意图。 

图5是根据本发明第二实施例的逆光补偿方法中进行人形检测的I型人形形态示意图。 

图6是根据本发明第二实施例的逆光补偿方法中进行人形检测的L的水平镜像型人形形态示意图。 

图7是根据本发明第二实施例的逆光补偿方法中进行人形检测的另一L的水平镜像型人形形态示意图。 

具体实施方式

首先请参见图1，图1是根据本发明第一实施例的逆光补偿方法的流程图。 

如图1所述，根据本发明第一实施例的逆光补偿方法包括以下步骤： 

步骤101，作正常曝光处理，以获取待处理图像。 

步骤102，检测拍摄主体是否在逆光环境中。 

步骤103，在检测到拍摄主体在逆光环境中时，获取增量曝光时间，并根据增量曝光时间对暗区的像素灰度值进行正值增量处理，对亮区的像素灰度值进行负值增量处理，以获取目标图像。 

在本实施例中，首先利用步骤101进行图像预获取，并利用步骤102判断作为预获取结果的待处理图像中，拍摄主体是否在逆光环境中，而当判断到拍摄主体在逆光环境中时，再利用步骤103，获取增量曝光时间，以对暗区的像素灰度值进行正值增量处理，对亮区的像素灰度值进行负值增量处理，从而使得在待处理图像中，暗区的像素灰度值升高，亮区的像素灰度值减少，从而使得待处理图像得到逆光补偿，从而获取 目标图像。 

另外，在本实施例中，也可根据需要选择性增设一步骤104，如图1所示，在步骤104中，在检测到拍摄主体不在逆光环境中时，显示待处理图像。 

以下请参见图2，图2是根据本发明第二实施例的逆光补偿方法的流程图，如图2所示，根据本发明第一实施例的逆光补偿方法包括以下步骤： 

步骤201，作正常曝光处理，获取待处理图像。举例而言，在拍摄过程中，可利用本领域公知的图像传感器获取待处理图像。 

步骤202，检测是否存在人形。在检测到存在人形时，执行步骤203，反之，则执行步骤204。 

步骤203，检测拍摄主体是否在逆光环境中。在检测结果为“是”时，执行步骤205，反之，则执行步骤204。 

步骤204，显示待处理图像。 

步骤205，获取增量曝光时间。 

步骤206，根据增量曝光时间对暗区的像素灰度值进行正值增量处理，对亮区的像素灰度值进行负值增量处理，以获取目标图像。 

步骤207，显示目标图像。 

本发明的第二实施例与第一实施例的区别在于，在第二实施例中更增设一人形检测步骤（步骤202），在检测到拍摄主体是人形时，才进行逆光环境判断，进行以上设置是由于在实际拍摄中，拍摄主体多数情况下是人，因此，增设这一步骤，可有效避免频繁进行具有较大运算量的逆光环境判断步骤（步骤203），从而有效地减小了系统负荷。 

并且，在第二实施例中，在步骤207完成之后，流程可跳转至步骤201，从新执行上述步骤，从而达到动态调整的功能，使得在拍摄主体移动至非逆光环境或背景部分的亮度变小时（即转移至非逆光环境中时），可直接执行步骤204，显示未经逆光补偿处理的待处理图像。 

在本发明的其他实施方式中，也可省略步骤207，因为在一些应用中，不需要显示目标图像，也可能需要对其作出保存、发送等其他相关 操作。 

于下文将会详细介绍上述步骤202、步骤203、步骤205-206的优选实施方式。 

首先，在步骤202中，可对所获取的待处理图像进行二值化处理，使得待处理图像仅显示为“黑”、“白”两种颜色，具体而言，可将待处理图像中的每一像素点的灰度值与第一阈值进行比较，在像素点对应的灰度值大于第一阈值时，将像素点对应的灰度值设置为最大灰度值，并且在像素点对应的灰度值小于第一阈值时，将像素点对应的灰度值设置为最小灰度值。当然，在其他实施例中，也可在像素点对应的灰度值大于第一阈值时，将像素点对应的灰度值设置为最小灰度值，并且在像素点对应的灰度值小于第一阈值时，将像素点对应的灰度值设置为最大灰度值。值得注意的是，最小灰度值可为256个灰度值中的0，最大灰度值可为256灰度值中的256，当然，若采用其他图像格式，也可相应选取对应的大小数值。 

待处理图像在经过上面的二值化处理后，只表现为“黑”、“白”两种颜色，因此，在优选实施方式中，更可将二值化后的待处理图像分为n×n格等分窗口，在n×n格等分窗口中的两者或两者以上组成L、⊥、I或L的水平镜像等形态中的任一者时，判定拍摄主体为人形，其中，n为正整数。 

以下请参见图3-7，图3-7根据本发明第二实施例的逆光补偿方法中进行人形检测的人形形态示意图。 

在图3-7中，将待处理图像分为6×6格等分窗口（即n＝6），当检测到待处理图像的任意位置中出现L（图3）、⊥（图4）、I（图5）或L的水平镜像（图6或图7）等形态中的任一者时，即可判定拍摄主体为人形。 

当然，以上所揭示的将待处理图像分为n×n格等分窗口，并进行人形判断的方法仅为本发明的一种优选实施方式，在本发明的其他实施方式中，在进行二值化处理后，也可通过本领域常用的各种算法进行人形判断，于此不在赘述。并且，上述的第一阈值可以根据实际需要定义 和选取。 

而在步骤203中，具体可根据以下方式检测待处理图像中的拍摄主体是否处于逆光环境中，具体而言，首先可根据以下公式获取暗区像素灰度均值： 

Ypl=(Yx1y1+Yx2y2+...+Yxlnyln)/ln；（1） 

其中，在公式（1）中，Ypl为暗区像素灰度均值，ln为小于暗区灰度门限值Ythl的像素点的数量，Yx1y1、Yx2y2...Yxlnyln为灰度值小于暗区灰度门限值Ythl的像素点所对应的灰度值，并且，灰度门限值Ythl可根据实际需要选取，具体而言可根据多次实验测试获得。 

进一步地，可根据以下公式计算亮区灰度门限值: 

Ythh=Ythl+(ln/10)×8；（2） 

其中，Ythh为亮区灰度门限值，可将每一像素点对应的灰度值与亮区灰度门限值Ythh进行比较，以获取大于亮区灰度门限值Ythh的像素点，设置Yx1’y1’、Yx2’y2’...Yxhnyhn为灰度值大于亮区灰度门限值Ythh的像素点所对应的灰度值，hn为大于亮区灰度门限值Ythh的像素点的数量。 

并且，根据以下公式计算亮区像素灰度均值： 

Yph=(Yx1’y1’+Yx2’y2’+.....+Yxhnyhn)/hn；（3） 

其中，Yph为亮区像素灰度均值，在暗区像素灰度均值Ypl以及亮区像素灰度均值Yph满足： 

Yph/Ypl>Thn    （4） 

时，判定拍摄主体处于逆光环境，其中，Thn为第二阈值。 

另外，在暗区像素灰度均值Ypl以及亮区像素灰度均值Yph满足： 

Yph/Ypl<Thm    （5） 

时，判定拍摄主体处于普通环境，其中，Thm为第三阈值。 

在步骤205中，可根据待处理图像以自动曝光算法获取正常曝光时间，其中，自动曝光算法，即AE（Auto Expose）算法，为本领域常用的曝光算法，在算得正常曝光时间后，可根据以下公式计算增量曝光时间： 

AETf=(Yt/Ypl+k)×AETn；（6） 

其中，AETf为增量曝光时间，Yt为期望亮度值，Ypl为暗区像素灰度均值，k为修正值，AETn为正常曝光时间，AETf为增量曝光时间。 

值得注意的是，在本发明的优选实施方式中，可根据以下公式计算修正值： 

k=(hn-12)/3-ln/16（7） 

其中，k为一修正值，其可使得暗区能清楚显示的同时，尽可能保护处于暗区与亮区之间的连接区域。 

在步骤206中，可优选将待处理图像分为n×n格等分窗口，分别利用以下公式计算暗区权重值和亮区权重值： 

Wlxy=Wl/ln；（8） 

Whxy=Wh/hn；（9） 

其中，Wlxy为暗区权重值，Whxy为亮区权重值，具体而言，暗区权重值Wlxy为对暗区每个窗口的权重值，亮区权重值Whxy为对亮区每个窗口的权重值，Wl为暗区权重，Wh为亮区权重，x和y为正整数，用于标示Wlxy或Whxy在n×n格等分窗口中的某一具体窗口内，在进行曝光处理时，可对暗区上的像素点的灰度值加上暗区权重Wl，对亮区上的像素点的灰度值加上亮区权重Wh，籍此以分别对亮区和暗区进行曝光处理。 

而在本发明的优选实施方式中，上述的n可取值为6，因此待处理图像分为6×6格等分窗口，即共有36个等分窗口，每一窗口可根据x值及y值在二维坐标系中确定位置，而每一窗口所对应的暗区权重值Wlxy或亮区权重值Whxy可根据x值及y值施加到对应窗口的像素点中，从而使得暗区对应的像素点可获得Wlxy值的权重补偿，而亮区对应的像素点可获得Whxy值的权重补偿，一般而言，暗区权重值Wlxy为正值，而亮区权重值Whxy为负值。 

具体而言，增量曝光时间AETf与暗区权重值Wlxy以及亮区权重值Whxy之间的推导关系如下：由于曝光时间与画面亮度成正比关系，因此可获取以下等式： 

AETn/AETf=Ynj/Yfj;（10） 

其中，Ynj为在正常曝光AETn时画面的平均亮度，Yfj为在逆光补偿处理后画面的平均亮度，Ynj满足以下等式： 

Ynj=（Y0+....+Yn）/n；（11） 

设每个窗口的增加的权重均相等，且为Wnj，则具有以下等式： 

Ynj=(Y0×Wnj+.....+Yn×Wnj)/n×Wnj;（12） 

因此，在逆光补偿处理后画面的平均亮度Yfj可以通过修改各个窗口的权重而得到，设暗区窗口权重为Wl，亮区窗口权重值为Wh，则根据上述可知： 

Yfj=（Ypl×Wl+Yph×Wh）/（Wl+Wh）；（13） 

由于在本发明中重点关注的是对暗区的亮度补偿，因此我们可以自定义亮区窗口权重值Wh，当设Wh为一已知值，便可计算出Wl，因此：Wlxy=Wl/ln，Whxy=Wh/hn。 

值得注意的是，上文着重介绍了步骤202-203、步骤205-206的优选实施方式，但，本发明也可采用本领域公知的各种算法来实现上述各步骤的功能，本发明对此并不作任何限定。 

因此，本发明揭示了一种逆光补偿方法，其通过获取增量曝光时间，以分别对暗区的像素灰度值进行正值增量处理，对亮区的像素灰度值进行负值增量处理，使得拍摄主体得到逆光补偿，从而使得拍摄设备在逆光的环境中所获取的图像中的拍摄主体曝光合适，图片中的拍摄主体清晰，另外，由于无需使用不同的补偿函数进行背光补偿，因此其更具有对系统性能要求不高的优点。 

以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。 

Claims (5)

1.一种逆光补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.作正常曝光处理，以获取待处理图像；

b.检测所述待处理图像中的拍摄主体是否处于逆光环境中；

c.在拍摄主体处于所述逆光环境中时，获取增量曝光时间，并根据所述增量曝光时间对暗区的像素灰度值进行正值增量处理，对亮区的像素灰度值进行负值增量处理，以获取目标图像；

在所述步骤b中，将所述待处理图像中的每一像素点的灰度值与第一阈值进行比较，在所述像素点对应的所述灰度值大于所述第一阈值时，将所述像素点对应的所述灰度值设置为最大灰度值，并且在所述像素点对应的所述灰度值小于所述第一阈值时，将所述像素点对应的所述灰度值设置为最小灰度值；

在所述步骤b中，根据以下公式获取暗区像素灰度均值：

Ypl=(Yx1y1+Yx2y2+…+Yxlnyln)/ln；

其中，Ypl为暗区像素灰度均值，ln为小于暗区灰度门限值Ythl的像素点的数量，Yx1y1、Yx2y2…Yxlnyln为灰度值小于所述暗区灰度门限值Ythl的像素点所对应的灰度值；

进一步地，根据以下公式计算亮区灰度门限值:

Ythh=Ythl+(ln/10)×8；

其中，Ythh为所述亮区灰度门限值，将每一所述像素点对应的灰度值与亮区灰度门限值Ythh进行比较，以获取大于亮区灰度门限值Ythh的像素点，设置Yx1’y1’、Yx2’y2’…Yxhnyhn为灰度值大于所述亮区灰度门限值Ythh的像素点所对应的灰度值，hn为大于亮区灰度门限值Ythh的像素点的数量；

并且，根据以下公式计算亮区像素灰度均值：

Yph=(Yx1’y1’+Yx2’y2’+…..+Yxhnyhn)/hn；

其中，Yph为所述亮区像素灰度均值，Thn为第二阈值，在所述暗区像素灰度均值Ypl以及所述亮区像素灰度均值Yph满足：Yph/Ypl>Thn时，判定所述拍摄主体处于逆光环境；

在所述步骤c中，根据以下公式计算增量曝光时间：

AETf=(Yt/Ypl+k)×AETn；

AETf为增量曝光时间，Yt为期望亮度值，Ypl为暗区像素灰度均值，k为修正值，AETn为正常曝光时间；

根据以下公式计算所述修正值：

k=(hn-12)/3-ln/16。

2.根据权利要求1所述的逆光补偿方法，其特征在于，所述步骤b进一步包括：检测所述拍摄主体是否为人形，在所述步骤c中，在所述拍摄主体处于所述逆光环境中，且所述拍摄主体为所述人形时，根据所述增量曝光时间对暗区的像素灰度值进行正值增量处理，对亮区的像素灰度值进行负值增量处理，以获取目标图像。

3.根据权利要求2所述的逆光补偿方法，其特征在于，在所述步骤b中，将所述待处理图像分为n×n格等分窗口，在所述n×n格等分窗口中的两者或两者以上组成L、⊥、I或L的水平镜像等形态中的任一者时，判定所述拍摄主体为人形，其中，所述n为正整数。

4.根据权利要求1所述的逆光补偿方法，其特征在于，在所述暗区像素灰度均值Ypl以及所述亮区像素灰度均值Yph满足：Yph/Ypl<Thm时，判定所述拍摄主体处于普通环境，其中，Thm为第三阈值。

5.根据权利要求1所述的逆光补偿方法，其特征在于，在所述步骤c中，将所述待处理图像分为n×n格等分窗口，分别利用以下公式计算暗区权重值Wlxy和亮区权重值Whxy：

Wlxy=Wl/ln；

Whxy=Wh/hn；

其中，Wlxy为所述暗区权重值，Whxy为所述亮区权重值，所述暗区权重值Wlxy为对暗区每个窗口的权重值，所述亮区权重值Whxy为对亮区每个窗口的权重值，Wl为暗区权重，Wh为亮区权重，x和y为正整数，对所述暗区上的像素点的灰度值加上所述暗区权重Wl，对所述亮区上的像素点的灰度值加上亮区权重Wh，以对所述暗区的像素灰度值进行加Wl的正值增量处理，以对所述亮区的像素灰度值进行加Wh的负值增量处理。

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