CN103177422A

CN103177422A - 背光补偿方法和系统

Info

Publication number: CN103177422A
Application number: CN2011104567436A
Authority: CN
Inventors: 郑艳; 谭志明
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2013-06-26

Abstract

公开了一种背光补偿方法和系统。该背光补偿方法包括：将背光图像的灰度级范围划分为多个区间；利用不同的补偿函数分别对灰度级处于不同区间的像素的灰度级进行背光补偿。本发明能够提高处于背光区域中的像素的灰度级，同时扩大背光图像中处于不同灰度级的像素的灰度级之间的差值，从而使得整个视场的可视性增强。

Description

背光补偿方法和系统

技术领域

本发明涉及图像处理领域，更具体地涉及背光补偿方法和系统。

背景技术

在视频监控系统中，对各种监控对象的信息识别受到光照、天气条件等的影响。对于其中存在背光区域的监控图像(这里称为背光图像)，背光补偿成为一个需要关注的问题。这是因为，背光区域的灰度级过低会导致背光区域的画面太黑，从而使得背光区域的画面的细节模糊甚至无法识别。

背光补偿也称作逆光补偿或逆光补正，它可以有效补偿摄像机在逆光环境下拍摄时主体画面黑暗的缺陷。当引入背光补偿功能时，可以使监视器上的主体画面明朗。但是，此时的背景画面会更加明亮，并且由于其与主体画面的主观亮度差会大大降低，所以整个视场的可视性会受到影响。

发明内容

鉴于以上问题，本发明提供了一种新颖的背光补偿方法和系统。

根据本发明实施例的背光补偿方法包括：将背光图像的灰度级范围划分为多个区间；利用不同的补偿函数分别对灰度级处于不同区间的像素的灰度级进行背光补偿。

根据本发明实施例的背光补偿系统包括：区间划分单元，用于将背光图像的灰度级范围划分为多个区间；背光补偿单元，用于利用不同的补偿函数分别对灰度级处于不同区间的像素的灰度级进行背光补偿。

本发明能够提高处于背光区域中的像素的灰度级，同时扩大背光图像中处于不同灰度级的像素的灰度级之间的差值，从而使得整个视场的可视性增强。

附图说明

从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明，其中：

图1示出了根据本发明实施例的背光补偿系统的框图；

图2示出了根据本发明实施例的背光补偿方法的流程图；

图3是示出示例性背光图像中的处于各个灰度级的像素的分布状况的直方图；

图4是示出图3所示的示例性背光图像的灰度级范围的划分情况的示意图；

图5是示出用于图4所示的各个区间中的像素的灰度级的补偿函数的示意图；

图6是示出过渡区域BC的决定方法的示意图；以及

图7至9是示出在P点的纵坐标取不同的值时的补偿效果的示例图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明各个方面的特征和示例性实施例。下面的描述涵盖了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更清楚的理解。本发明绝不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了相关元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。

图1示出了根据本发明实施例的背光补偿系统的框图。图2示出了根据本发明实施例的背光补偿方法的流程图。下面结合图1和图2详细说明根据本发明实施例的背光补偿系统和方法。

如图1所示，根据本发明实施例的背光补偿系统包括区间划分单元102和背光补偿单元104。区间划分单元102将背光图像的灰度级范围划分为多个区间(即，执行步骤S202)。背光补偿单元104利用不同的补偿函数分别对灰度级处于不同区间的像素的灰度级进行背光补偿(即，执行步骤S204)。

下面结合图3和图4所示的示例，来说明区间划分单元102的处理过程。具体地，图3是示出示例性背光图像中的处于各个灰度级的像素的分布状况的直方图(其中，横坐标表示灰度级，纵坐标表示处于相应灰度级的像素的数目)。图4是示出图3所示的示例性背光图像的灰度级范围的划分情况的示意图。

如图4所示，可以将图3所示的示例性背光图像的灰度级范围划分为三个区间：AB区间(背光区间)、BC区间(过渡区间)、以及CD区域(亮光区间)。在这里假设，灰度级处于AB区间的像素处于背光图像的背光区域中，灰度级处于BC区间的像素处于背光图像的过渡区域中，并且灰度级处于CD区间的像素处于背光图像的亮光区域中。

从图3中可以看出，在示例性背光图像中，在背光区域中处于灰度级G1的像素的数目最大，为峰值A；在亮光区域中处于灰度级G2的像素的数目最大，为峰值B。

在背光补偿处理中，需要提高处于背光区域中的像素的灰度级，同时扩大背光图像中处于不同灰度级的像素的灰度级之间的差值。

下面结合图5，详细说明背光补偿单元104的处理过程。具体地，背光补偿单元104基于以上假设，针对以上所述的AB区间、BC区间、以及CD区间设计补偿函数。

图5是示出用于图4所示的各个区间中的像素的灰度级的补偿函数的示意图。其中，横坐标表示补偿前的灰度级，纵坐标表示补偿后的灰度级。具体地，如图5所示，利用一次函数f1(x)对灰度级处于AB区间中的像素的灰度级进行补偿，并且利用一次函数f2(x)对灰度级处于BC区间和CD区间中的像素的灰度级进行补偿。

其中，根据背光区域的亮度改善程度和整个背光图像的过渡曝光结果之间的折衷来确定图5中所示的P点。这里，作为示例，A点的坐标位置为(0，0)，D点的坐标位置为(255，255)。关于P点的选择，实验数据显示，P点的横坐标取B点的灰度级，P点的纵坐标处于可选区间范围[R1，R2]中，其中R1＝max(B，0.7C)，R2＝0.85C。R1＝max(B，0.7C)是为了避免BC区间过小的情况下，如果0.7C＜B，则背光部分非但没有得到补偿，反而更黑了。这是一种在极端情况下的约束。

图7至9是示出在P点的纵坐标取不同的值时的补偿效果的示例图。其中，图7至9中的每张小图下面的xC，表示P点的纵坐标是x*C的位置(比如0.7C，表示P点的纵坐标取0.7*c处，做成一次函数对背光部分进行补偿)。图7至9中所示的每个系列的第一张小图是原始的背光图像。从图7至9可以看出，当P点的纵坐标取0.7C以下时，补偿效果是不明显的；而当P点的纵坐标取到0.85C以上时，亮光部分就会过补偿，视觉效果变差(如图7和图9所示)或者过渡部分/背光部分边缘效应增强(如图8所示)。

另外，BC区间的决定方法参考图6。图6中，x轴表示的是像素的亮度水平。HIST表示超过某像素亮度水平的像素个数与全体像素个数的比率。SW(Slide Window)表示HIST的积分值小于0.2的窗口。当这个窗口取得最大时，即SWmax区间的位置就是过渡区域BC的位置。

换言之，一次函数f1(x)(即，第一一次补偿函数)是由以下两点限定的直线方程：以背光区间的最低灰度级为纵坐标和横坐标的一点、以及以与过渡区间的最高灰度级成比例的灰度级为纵坐标并且以过渡区间的最低灰度级为横坐标的一点。一次函数f2(x)(即，第二一次补偿函数)是由以下两点限定得出的直线方程：以与过渡区间的最高灰度级成比例的灰度级为纵坐标并且以过渡区间的最低灰度级为横坐标的一点、以及以亮光区间的最高灰度级为纵坐标和横坐标的一点。

通过本发明，可以提高处于背光区域中的像素的亮度，同时可以扩大背光图像中处于不同灰度级的像素的灰度级之间的差值，从而使得整个视场的可视性增强。

以上已经参考本发明的具体实施例来描述了本发明，但是本领域技术人员均了解，可以对这些具体实施例进行各种修改、组合和变更，而不会脱离由所附权利要求或其等同物限定的本发明的精神和范围。

根据需要可以用硬件或软件来执行步骤。注意，在不脱离本发明范围的前提下，可向本说明书中给出的流程图添加步骤、从中去除步骤或修改其中的步骤。一般来说，流程图只是用来指示用于实现功能的基本操作的一种可能的序列。

本发明的实施例可利用编程的通用数字计算机、利用专用集成电路、可编程逻辑器件、现场可编程门阵列、光的、化学的、生物的、量子的或纳米工程的系统、组件和机构来实现。一般来说，本发明的功能可由本领域已知的任何手段来实现。可以使用分布式或联网系统、组件和电路。数据的通信或传送可以是有线的、无线的或者通过任何其他手段。

还将意识到，根据特定应用的需要，附图中示出的要素中的一个或多个可以按更分离或更集成的方式来实现，或者甚至在某些情况下被去除或被停用。实现可存储在机器可读介质中的程序或代码以允许计算机执行上述任何方法，也在本发明的精神和范围之内。

此外，附图中的任何信号箭头应当被认为仅是示例性的，而不是限制性的，除非另有具体指示。当术语被预见为使分离或组合的能力不清楚时，组件或者步骤的组合也将被认为是已经记载了。

附记：

1.一种背光补偿方法，包括：

将背光图像的灰度级范围划分为多个区间；

利用不同的补偿函数分别对灰度级处于不同区间的像素的灰度级进行背光补偿。

2.根据权利要求1所述的背光补偿方法，其特征在于，利用不同的一次补偿函数分别对灰度级处于不同区间的像素的灰度级进行背光补偿。

3.根据权利要求1所述的背光补偿方法，其特征在于，将所述背光图像的灰度级范围划分为背光区间、过渡区间、以及亮光区间三个区间。

4.根据权利要求3所述的背光补偿方法，其特征在于，利用第一一次补偿函数对灰度级处于所述背光区间的像素的灰度级进行背光补偿，并利用第二一次补偿函数对灰度级处于所述过渡区间和所述亮光区间的像素的灰度级进行背光补偿。

5.根据权利要求4所述的背光补偿方法，其特征在于，所述第一一次补偿函数是这样的直线方程，其中，该直线方程是由以下两点限定得出的：以所述背光区间的最低灰度级为纵坐标和横坐标的一点、以及以与所述过渡区间的最高灰度级成比例的灰度级为纵坐标并且以所述过渡区间的最低灰度级为横坐标的一点。

6.根据权利要求4所述的背光补偿方法，其特征在于，所述第二一次补偿函数是这样的直线方程，其中该直线方程是由以下两点限定得出的：以与所述过渡区间的最高灰度级成比例的灰度级为纵坐标并且以所述过渡区间的最低灰度级为横坐标的一点、以及以所述亮光区间的最高灰度级为纵坐标和横坐标的一点。

7.根据权利要求5或6所述的背光补偿方法，其特征在于，限定所述第一和第二一次补偿函数的所述以与所述过渡区间的最高灰度级成比例的灰度级为纵坐标并且以所述过渡区间的最低灰度级为横坐标的一点的纵坐标的取值范围为：不小于所述过渡区间的最高灰度级的0.7倍且不大于所述过渡区间的最高灰度级的0.85倍。

8.一种背光补偿系统，包括：

区间划分单元，用于将背光图像的灰度级范围划分为多个区间；

背光补偿单元，用于利用不同的补偿函数分别对灰度级处于不同区间的像素的灰度级进行背光补偿。

9.根据权利要求8所述的背光补偿系统，其特征在于，所述背光补偿单元利用不同的一次补偿函数分别对灰度级处于不同区间的像素的灰度级进行背光补偿。

10.根据权利要求9所述的背光补偿系统，其特征在于，所述区间划分单元将所述背光图像的灰度级范围划分为背光区间、过渡区间、以及亮光区间三个区间。

11.根据权利要求10所述的背光补偿系统，其特征在于，所述背光补偿单元利用第一一次补偿函数对灰度级处于所述背光区间的像素的灰度级进行背光补偿，并利用第二一次补偿函数对灰度级处于所述过渡区间和所述亮光区间的像素的灰度级进行背光补偿。

12.根据权利要求11所述的背光补偿系统，其特征在于，所述第一一次补偿函数是由以下两点限定得出的直线方程：以所述背光区间的最低灰度级为纵坐标和横坐标的一点、以及以与所述过渡区间的最高灰度级成比例的灰度级为纵坐标并且以所述过渡区间的最低灰度级为横坐标的一点。

13.根据权利要求11所述的背光补偿系统，其特征在于，所述第二一次补偿函数是由以下两点限定得出的直线方程：以与所述过渡区间的最高灰度级成比例的灰度级为纵坐标并且以所述过渡区间的最低灰度级为横坐标的一点、以及以所述亮光区间的最高灰度级为纵坐标和横坐标的一点。

14.根据权利要求12或13所述的背光补偿系统，其特征在于，限定所述第一和第二一次补偿函数的所述以与所述过渡区间的最高灰度级成比例的灰度级为纵坐标并且以所述过渡区间的最低灰度级为横坐标的一点的纵坐标的取值范围为：不小于所述过渡区间的最高灰度级的0.7倍且不大于所述过渡区间的最高灰度级的0.85倍。

Claims

1.一种背光补偿方法，包括：

将背光图像的灰度级范围划分为多个区间；

2.根据权利要求1所述的背光补偿方法，其特征在于，将所述背光图像的灰度级范围划分为背光区间、过渡区间、以及亮光区间三个区间。

3.根据权利要求2所述的背光补偿方法，其特征在于，利用第一一次补偿函数对灰度级处于所述背光区间的像素的灰度级进行背光补偿，并利用第二一次补偿函数对灰度级处于所述过渡区间和所述亮光区间的像素的灰度级进行背光补偿。

4.根据权利要求3所述的背光补偿方法，其特征在于，所述第一一次补偿函数是这样的直线方程，其中，该直线方程是由以下两点限定得出的：以所述背光区间的最低灰度级为纵坐标和横坐标的一点、以及以与所述过渡区间的最高灰度级成比例的灰度级为纵坐标并且以所述过渡区间的最低灰度级为横坐标的一点。

5.根据权利要求3所述的背光补偿方法，其特征在于，所述第二一次补偿函数是这样的直线方程，其中该直线方程是由以下两点限定得出的：以与所述过渡区间的最高灰度级成比例的灰度级为纵坐标并且以所述过渡区间的最低灰度级为横坐标的一点、以及以所述亮光区间的最高灰度级为纵坐标和横坐标的一点。

6.一种背光补偿系统，包括：

7.根据权利要求6所述的背光补偿系统，其特征在于，所述区间划分单元将所述背光图像的灰度级范围划分为背光区间、过渡区间、以及亮光区间三个区间。

8.根据权利要求7所述的背光补偿系统，其特征在于，所述背光补偿单元利用第一一次补偿函数对灰度级处于所述背光区间的像素的灰度级进行背光补偿，并利用第二一次补偿函数对灰度级处于所述过渡区间和所述亮光区间的像素的灰度级进行背光补偿。

9.根据权利要求8所述的背光补偿系统，其特征在于，所述第一一次补偿函数是由以下两点限定得出的直线方程：以所述背光区间的最低灰度级为纵坐标和横坐标的一点、以及以与所述过渡区间的最高灰度级成比例的灰度级为纵坐标并且以所述过渡区间的最低灰度级为横坐标的一点。

10.根据权利要求8所述的背光补偿系统，其特征在于，所述第二一次补偿函数是由以下两点限定得出的直线方程：以与所述过渡区间的最高灰度级成比例的灰度级为纵坐标并且以所述过渡区间的最低灰度级为横坐标的一点、以及以所述亮光区间的最高灰度级为纵坐标和横坐标的一点。