CN102547117B

CN102547117B - 一种摄像机对比度增强方法

Info

Publication number: CN102547117B
Application number: CN201110434315.3A
Authority: CN
Inventors: 杨云飞
Original assignee: BEIJING ITARGE SOFTWARE TECHNOLOGIES DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: BEIJING ITARGE TECHNOLOGIES CO., LTD.
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2031-12-22
Also published as: CN102547117A

Abstract

本发明提出一种摄像机对比度增强方法，包括以下步骤，(1)由摄像机的CCD或CMOS图像传感器采集一帧图像RAW数据；(2)结合摄像机事先设定好的比度开关参数K对步骤(1)所采集的图像RAW数据进行分析，分析该图像二维RAW数据直方图的数据分布规律系数C；(3)将步骤(2)得到的系数C作为增强系数，采用图像直方图均衡化的方式对图像对比度进行增强。本方法不但能够软件运行和实现，而且能够通过配置相机中硬件的寄存器较好的潜入到相机中，使其应用范围更加广泛。

Description

一种摄像机对比度增强方法

技术领域

本发明属于摄像机对比度调整技术领域，尤其是涉及一种摄像机对比度增强方法。

背景技术

目前已经研究出来的图像增强算法比较多，但是实际能够应用到高清摄像机硬件中的比较少，很多算法在硬件的实现过程中比较复杂不容易实现，并且无法潜入到高清相机中。还有很多算法只适合对一副图像或多幅不连续的图像处理，所以这些算法应用的范围比较窄。

发明内容

本发明为了解决上述图像增强算法的缺陷而提出一种新的摄像机对比度增强方法，不但适合单幅图像的处理，而且适合高清摄像机视频图像的处理，应用范围比较广，并且能够实际的场景自动的调整图像对比度强度，其技术方案如下，

一种摄像机对比度增强方法，包括以下步骤，

(1)由摄像机的CCD或CMOS图像传感器采集一帧图像RAW数据；

(2)结合摄像机事先设定好的比度开关参数K对步骤(1)所采集的图像RAW数据进行分析，分析该图像二维RAW数据直方图的数据分布规律系数C；

(3)将步骤(2)得到的系数C作为增强系数，采用图像直方图均衡化的方式对图像对比度进行增强。

所述步骤(2)对于图像二维RAW数据直方图分析过程为；

①求出RAW二维数组中的最大值L和中间值M，最大值的一半即为中间值，即M＝L/2；

②求出二维数组中大于和小于M的平均值，即二维数组中大于M的所有点值的和与大于M所有点个数和的比值，记为L_ave，二维数组中小于M的所有点所有值的和与小于M所有的个数和的比值S_ave；

③根据L_ave、S_ave和M数值分别求L_ave、S_ave与M的差值的绝对值，将L_ave与M的差值的绝对值记为L_P，将S_ave与M的差值的绝对值记为S_P，然后求取L_P与S_P差值的绝对值J_P。L_P、S_P和J_P的计算公式为，L_P＝|L_ave-M|、S_P＝|M-S_ave|、J_P＝|L_P-S_P|；

④将L_P、S_P和J_P与摄像机事先设定好的对比度开关参数值K进行比较，求取直方图的数据分布规律系数C，其求取规则为：

当J_P小于K时，定义此时为白天正常模式，C＝0，

当J_P大于K且L_P大于S_P时，C＝0.8*(L_P/M)，

当J_P大于K且L_P小于S_P时，C＝0.5*(L_P/M)。

所述步骤(3)中图像对比度增强的方式为，结合系数C对相机采集到的RAW数据进行软直方图拉伸，求出RAW数据每个通道的直方图，对直翻图数据进行C次根运算，运算后再生成配准直方图，然后将RAW数据再按照配准直方图生成新的RAW数据，其步骤如下：

I分别求取步骤(1)中RAW数据R、G、B三通道的直方图数组，H_R、H_G和H_B；

II对步骤I的数组进行C次方运算，求出hist_R、hist_G和hist_B，其计算方法为，hist_R[i]＝H_R[i]^C、hist_G[i]＝H_G[i]^C、hist_B[i]＝H_B[i]^C；

III求取R、G、B三通道每个通道的数组的和S_R、S_G和S_B，其计算方法为，

S_R = Σ_{i = 1}^{long} hist_R [i],

S_G = Σ_{i = 1}^{long} hist_G [i],

S_G = Σ_{i = 1}^{long} hist_B [i];

IV将RAW数据的R、G、B通道直方图数组变化到0-255范围内，得到变换后的直方图数组hist2_r、hist2_g和hist2_b，其变化方法为，

hist 2_r [i] = ((Σ_{i = 1}^{i - 1} hist_r [i - 1] + hist_r [i] / 2) / S_R) * 255;

hist 2_g [i] = ((Σ_{i = 1}^{i - 1} hist_g [i - 1] + hist_g [i] / 2) / S_G) * 255;

hist 2_b [i] = ((Σ_{i = 1}^{i - 1} hist_b [i - 1] + hist_b [i] / 2) / S_B) * 255;

V将R，G，B通道RAW数据按照hist2_r，hist2_g，hist2_b进行配准，配准后得到的RAW数组即为经过软直方图增强后的RAW数据。

步骤V中的配准方法为，用步骤IV中计算得到的hist2_r、hist2_g和hist2_b数组替换掉步骤I中的H_R、H_G和H_B数组，将hist2_r、hist2_g和hist2_b数组中的数据对应H_R、H_G和H_B数组中的数据在RAW直方图中的位置对RAW直方图进行重新填充。

本方法通过对高清摄像机采集到的raw数据进行实时的计算出对比度调整系数组，根据系数组的大小进行动态的调整视频的增强强度，通过本方法能够较好的解决高清摄像机夜间采集到的图像过暗图像不清晰的问题和采集到的图像过亮产生的图像对比度不够的情况。本方法不但能够软件运行和实现，而且能够通过配置相机中硬件的寄存器较好的潜入到相机中，使其应用范围更加广泛。

附图说明

图1是本发明的一种实施方式的流程示意图；

图2是图1实施例中求取系数C的流程示意图；

图3是图1实施例中对比度增强过程的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

结合图1，本发明的一种实施例。图1过程包括以下步骤：

(1)由摄像机的CCD或CMOS图像传感器采集一帧图像RAW数据；

参照图2，图1实施例中系数C的求取过程。

①求出RAW二维数组中的最大值L和中间值M，最大值的一半即为中间值，即M＝L/2。在RAW图像数据中，每一幅RAW数据就是一个二维数组，每个像素就是二维数组中的一个点，最大值就是这个数组中的最大的那个值L，中间值M就是这个最大数值的一半，即(M＝L/2)。

②求出二维数组中大于和小于M的平均值，即二维数组中大于M的所有点值的和与大于M所有点个数和的比值，记为L_ave，二维数组中小于M的所有点所有值的和与小于M所有的个数和的比值S_ave。

③根据L_ave、S_ave和M数值分别求L_ave、S_ave与M的差值的绝对值，将L_ave与M的差值的绝对值记为L_P，将S_ave与M的差值的绝对值记为S_P，然后求取L_P与S_P差值的绝对值J_P。L_P、S_P和J_P的计算公式为，L_P＝|L_ave-M|、S_P＝|M-S_ave|、J_P＝|L_P-S_P|。

对于步骤①、②、③，下图举例说明。下图为一个4*4的RAW数据二维矩阵，每个小方块都是一个像素点，小方块内的值为该像素点的值；

4	7	3	8
				7	6	2	4
5	3	4	6
				4	5	3	4

其中，最大值：L＝8，中间值为：M＝L/2＝4。

大于M的数值为7、8、7、6、5、6，大于M的像素点的个数为6，得L_ave＝(7+8+7+6+5+6)/6＝6.5。小于M的数值为3、2、3、3，小于M的像素点的个数为4得S_ave＝(3+2+3+3)/4＝2.75。

L_ave、S_ave与M的差值的绝对值分别为：

S_P＝|S_ave-M|＝|2.75-4|＝1.25；

L_P＝|M-L_ave|＝|4-6.5|＝2.5；

S_P与L_P的差值的绝对值为：J_P＝|S_P-L_P|＝|1.25-2.5|＝1.25。

当J_P小于K时，定义此时为白天正常模式，C＝0，

当J_P大于K且L_P大于S_P时，C＝0.8*(L_P/M)，

当J_P大于K且L_P小于S_P时，C＝0.5*(L_P/M)，其中K值的较佳取值范围为0-150。

参照图3，根据图1中求取的系数C对RAW图像数据对比度的增强过程。结合系数C对相机采集到的RAW数据进行软直方图拉伸，求出RAW数据每个通道的直方图，对直翻图数据进行C次根运算，运算后再生成配准直方图，然后将RAW数据再按照配准直方图生成新的RAW数据，其步骤如下：

II对步骤I的数组进行C次方运算，求出hist_R、hist_G和hist_B，其计算方法为，hist_R[i]＝H_R[i]C、hist_G[i]＝H_G[i]C、hist_B[i]＝H_B[i]C；

S_R = Σ_{i = 1}^{long} hist_R [i],

S_G = Σ_{i = 1}^{long} hist_G [i],

S_G = Σ_{i = 1}^{long} hist_B [i];

hist 2_r [i] = ((Σ_{i = 1}^{i - 1} hist_r [i - 1] + hist_r [i] / 2) / S_R) * 255;

hist 2_g [i] = ((Σ_{i = 1}^{i - 1} hist_g [i - 1] + hist_g [i] / 2) / S_G) * 255;

hist 2_b [i] = ((Σ_{i = 1}^{i - 1} hist_b [i - 1] + hist_b [i] / 2) / S_B) * 255;

下面对以上增强过程进行举例做进一步说明。

例2一个6*6的RAW数据：

2^G	4^R	2^G	1^R	3^G	2^R
						4^B	2^G	3^B	4^G	7^B	4^G
1^G	4^R	3^G	7^R	5^G	9^R
						6^B	4^G	7^B	7^G	3^B	5^G
7^G	1^R	5^G	2^R	2^G	8^R
						5^B	3^G	0^B	4^G	9^B	6^G

(一)分别统计RAW中每个通道每个数据的个数，即H_R [0]＝0、H_R[1]＝2、H_R[2]＝2、H_R[3]＝0......。

得到

(二)若步骤(2)中求出的分布规律系数C＝2，则：根据步骤II对H_R数组、H_G数组和H_B数组数据进行C次方运算后得到

(三)求取S_R、S_G和S_B，由(二)进行求和运算得到：S_R＝0+4+4+0+4+0+0+1+1+1＝15，同理：S_G＝56；S_B＝13；

(四)将将RAW数据的R、G、B通道直方图数组数据变化到0-10之间(本例为方便理解和计算只将通道数值变化到0-10之间，而不是实际需要中的0-255之间)根据步骤IV公式计算得到：

hist2_R[0]＝0；

hist2_R[1]＝((0+4/2)/15)*10＝1；

hist 2_R[2]＝(((0+4)+4/2)/15)*10＝4；

hist2_R [3]＝(((0+4+4)+0/2)/15)*10＝5；

hist2_R[4]＝(((0+4+4+0)+4/2)/15)*10＝7；

即得到得到hist2_r、hist2_g和hist2_b数组

(五)配准就是将(四)的数据对应(一)的数据的位置填充到RAW直方图中，如

H_R[0]	0	2	2	0	2	0	0	1	1	1
											hist2_R[0]	0	1	4	5	7	8	8	8	9	10
	[0]	[1]	[2]	[3]	[4]	[5]	[6]	[7]	[8]	[9]

根据以上表格进行填充，填充的结果为：

以上所述，为发明的较佳实施案例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims

1.一种摄像机对比度增强方法，其特征在于，包括以下步骤，

（1）由摄像机的CCD或CMOS图像传感器采集一帧图像RAW数据；

（2）结合摄像机事先设定好的比度开关参数K对步骤（1）所采集的图像RAW数据进行分析，分析该图像二维RAW数据直方图的数据分布规律系数C；

（3）将步骤（2）得到的系数C作为增强系数，采用图像直方图均衡化的方式对图像对比度进行增强；

步骤（2）中，对于图像二维RAW数据直方图分析过程为；

①求出RAW二维数组中的最大值L和中间值M，最大值的一半即为中间值，即M=L/2；

③根据L_ave、S_ave和M数值分别求L_ave、S_ave与M的差值的绝对值,将L_ave与M的差值的绝对值记为L_P，将S_ave与M的差值的绝对值记为S_P，然后求取L_P与S_P差值的绝对值J_P、L_P、S_P和J_P的计算公式为，L_P=|L_ave-M|、S_P=|M-S_ave|、J_P=|L_P-S_P|；

当J_P小于K时，定义此时为白天正常模式，C=0，

当J_P大于K且L_P大于S_P时，C=0.8*（L_P/M），

当J_P大于K且L_P小于S_P时，C=0.5*（L_P/M）。

2.根据权利要求1所述的摄像机对比度增强方法，其特征在于，所述步骤（3）中图像对比度增强的方式为，结合系数C对相机采集到的RAW数据进行软直方图拉伸，求出RAW数据每个通道的直方图，对直方图数据进行C次方运算，运算后再生成配准直方图，然后将RAW数据再按照配准直方图生成新的RAW数据，其步骤如下：

Ⅰ分别求取步骤（1）中RAW数据R、G、B三通道的直方图数组，H_R、H_G和H_B；

Ⅱ对步骤I的数组进行C次方运算，求出hist_R、hist_G和hist_B，其计算方法为，hist_R[i]=H_R[i]^C、hist_G[i]=H_G[i]^C、hist_B[i]= H_B[i]^C；

Ⅲ求取R、G、B三通道每个通道的数组的和S_R、S_G和S_B，其计算方法为，

S_R=、S_G=、S_B=；

Ⅳ将RAW数据的R、G、B通道直方图数组变化到0-255范围内，得到变换后的直方图数组hist2_R、hist2_G和hist2_B，其变化方法为，

；

Ⅴ将R,G,B通道RAW数据按照hist2_R,hist2_G,hist2_B进行配准，配准后得到的RAW数组即为经过软直方图增强后的RAW数据。

3.根据权利要求2所述的摄像机对比度增强方法，其特征在于，步骤Ⅴ中的配准方法为，用步骤Ⅳ中计算得到的hist2_R、hist2_G和hist2_B数组替换掉步骤Ⅰ中的H_R、H_G和H_B数组，将hist2_R、hist2_G和hist2_B数组中的数据对应H_R、H_G和H_B数组中的数据在RAW直方图中的位置对RAW直方图进行重新填充。