CN104700371B - 一种蒙版的生成方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蒙版的生成方法和系统，其首先根据初始映射表对图像的每个像素点的初始亮度值进行高斯分布计算生成亮度映射表，并根据所述的亮度映射表进行映射处理得到映射亮度图，并进行正片叠底得到正片叠底亮度图，然后分别对所述的映射亮度图和所述的正片叠底亮度图进行模糊处理，并将模糊后的映射亮度图和正片叠底亮度图的每个像素点的亮度值与初始亮度值进行差值计算和阈值计算得到蒙版结果图上对应像素点的亮度值；从而使得生成的蒙版能够反映出图像的阴影高光的程度，能够得到更好的图像增强效果。

Description

一种蒙版的生成方法和系统

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，特别是一种蒙版的生成方法及其应用该方法的系统。

背景技术

在拍照过程中，由于相机参数的设置、拍摄时间、天气情况等原因，导致实际拍摄到的图像偏暗或偏亮，对比度不足，视觉效果不理想。因此，在图像处理过程中，我们经常会对偏暗或偏亮的图像的阴影高光区域进行单独处理，从而达到增强明暗对比，或者是增强暗部细节、减弱亮部细节。

现有的图像增强方法主要是应用直方图均衡技术来拉伸图像，达到自动增强整个图像的对比度的效果，但该方法的具体增强效果不容易控制，并且对于某些灰度频数较小的灰度会被合并，造成分辨率的下降，视觉上会产生明显的生硬感，还会增加背景噪声及出现闪烁。因此如何突出细节，并更好地保留边缘以及明暗间过渡自然，成为我们生成能够反映阴影高光程度的蒙版的关键。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供了一种蒙版的生成方法和系统，使得图像的增强效果更好。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种蒙版的生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤10.创建初始映射表，并根据初始映射表对图像的每个像素点的初始亮度值进行高斯分布计算生成亮度映射表；

步骤20.对图像的每个像素点的初始亮度值根据所述的亮度映射表进行映射处理得到映射亮度图；

步骤30.将图像的每个像素点的初始亮度值与所述的映射亮度图的对应像素点的映射亮度值进行正片叠底得到正片叠底亮度图；

步骤40.分别对所述的映射亮度图和所述的正片叠底亮度图进行模糊处理；

步骤50.将模糊后的映射亮度图和正片叠底亮度图的每个像素点的亮度值与初始亮度值进行差值计算；

步骤60.对所述的每个像素点的差值进行阈值计算，如果差值大于或等于预设阈值，则将蒙版结果图上对应像素点的亮度值设为零，如果差值小于预设阈值则进一步对所述的映射亮度图和正片叠底亮度图进行颜色减淡叠加处理，得到蒙版结果图上对应像素点的亮度值。

优选的，所述的步骤10中，是通过计算图像的每个像素点的初始亮度值与预设的期望亮度值之间的差值，并根据初始映射表以及所述的差值进行高斯分布计算生成初始亮度值与映射亮度值的亮度映射表。

优选的，所述的亮度映射表的计算公式为：

dist＝(i-fExpect)*(i-fExpect)；

pMapTable[i]＝min(255,(0.5+255.0*exp(-dist/Sigma)))；

其中，i为每个初始亮度值的序列；fExpect为期望亮度值；dist为每个初始亮度值i与期望亮度值fExpect的差的平方；pMapTable[i]为初始亮度值i的对应映射亮度值；Sigma为σ^2方差，σ为标准差，表示高斯分布的范围。

优选的，所述的步骤20中，通过进行映射处理得到映射亮度图的计算公式为：

maskLight＝pMapTable[light]；

其中，light为像素点的初始亮度值，pMapTable为所述的亮度映射表，maskLight为映射处理后得到的映射亮度图上对应像素点的映射亮度值。

优选的，所述的步骤30中，通过进行正片叠底得到正片叠底亮度图的计算公式为：

mutableLight＝((maskLight*light+128)+(maskLight*light+128)/255)/255；

其中，light为像素点的初始亮度值，maskLight为映射处理后得到的映射亮度图上对应像素点的映射亮度值，mutableLight为正片叠底后得到的正片叠底亮度图上对应像素点的正片叠底亮度值。

优选的，所述的步骤40中分别对所述的映射亮度图和所述的正片叠底亮度图进行模糊处理，采用以下模糊算法的一种或一种以上的组合：中值模糊处理、高斯模糊处理、均值模糊处理、卷积处理。

优选的，所述的步骤50中的差值计算，是指计算映射亮度图的每个像素点的映射亮度值与所述的期望亮度值的亮度差的绝对值，以及计算正片叠底亮度图的每个像素点的正片叠底亮度值与所述的期望亮度值的亮度差的绝对值。

优选的，所述的步骤60中的阈值计算，是判断所述的亮度差的绝对值是否小于127，如果所述的亮度差的绝对值大于或等于127，则将蒙版结果图上对应像素点的亮度值设为零；如果所述的亮度差的绝对值小于127，则进一步对所述的映射亮度图和正片叠底亮度图进行颜色减淡叠加处理，得到蒙版结果图上对应像素点的亮度值。

优选的，所述的步骤60中的颜色减淡叠加处理得到蒙版结果图上对应像素点的亮度值，进一步包括：

步骤61.将所述的正片叠底亮度值与反相后的映射亮度值进行颜色减淡得到第一值value1；

步骤62.将127减去所述的亮度差的绝对值，所得的差与中性灰进行颜色减淡得到第二值value2；

步骤63.将所述的第一值value1与第二值value2进行正片叠底得到正片叠底结果值；

步骤64.所述的期望亮度值包括3组值，分别为阴影值、中间调值、高光值，对所述的3组值分别重复步骤61、62、63的计算得到图像的每个像素点的三个蒙版结果图上对应像素点的亮度值；

步骤65.将得到的每个像素点的三个蒙版结果图的对应像素点的亮度值进行累加计算得到最终蒙版结果图的对应像素点的最终亮度值。

优选的，所述的期望亮度值包括3组值，包括阴影值、中间调值、高光值，分别对该3组值进行步骤10至步骤60的计算得到每个像素点的三个蒙版结果图的对应像素点的亮度值，并对该三个亮度值进行累加计算得到最终蒙版结果图的对应像素点的最终亮度值

优选的，所述的3组亮度期望值分别为0,127.5,255，其中，0为阴影值，127.5为中间调值，255为高光值。

另外，本发明还提供一种蒙版的生成系统，其特征在于，其包括：

映射表创建模块，其用于创建初始映射表，并根据初始映射表对图像的每个像素点的初始亮度值进行高斯分布计算生成亮度映射表；

映射处理模块，其对图像的每个像素点的初始亮度值根据所述的亮度映射表进行映射处理得到映射亮度图；

正片叠底处理模块，其将图像的每个像素点的初始亮度值与所述的映射亮度图的对应像素点的映射亮度值进行正片叠底得到正片叠底亮度图；

模糊处理模块，用于分别对所述的映射亮度图和所述的正片叠底亮度图进行模糊处理；

分析计算模块，其将模糊后的映射亮度图和正片叠底亮度图的每个像素点的亮度值与初始亮度值进行差值计算，并对所述的差值进行阈值计算；

颜色减淡叠加处理模块，用于当所述的差值小于预设阈值时进一步对所述的映射亮度图和正片叠底亮度图进行颜色减淡叠加处理，从而得到蒙版结果图。

本发明的有益效果是：

本发明的一种蒙版的生成方法和系统，其首先根据初始映射表对图像的每个像素点的初始亮度值进行高斯分布计算生成亮度映射表，并根据所述的亮度映射表进行映射处理得到映射亮度图，以及进行正片叠底得到正片叠底亮度图，然后分别对所述的映射亮度图和所述的正片叠底亮度图进行模糊处理，并将模糊后的映射亮度图和正片叠底亮度图的每个像素点的亮度值与初始亮度值进行差值计算和阈值计算，如果差值大于或等于预设阈值，则将蒙版结果图上对应像素点的亮度值设为零，如果差值小于预设阈值则进一步对所述的映射亮度图和正片叠底亮度图进行颜色减淡叠加处理，得到蒙版结果图上对应像素点的亮度值；从而使得生成的蒙版结果图能够反映出图像的阴影高光的程度，使用该蒙版结果图进行图像处理时能够增强明暗对比，并且通过模糊处理使蒙版像素间存在空间信息的过渡，从而使相邻周围的信息权重得到平滑，从而使明暗的过渡自然，平缓，蒙版的边缘线条能够保留边缘细节，避免阴影或高光的扩散，从而得到更好的图像增强效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一种蒙版的生成方法的流程简图；

图2为本发明一种蒙版的生成系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明的一种蒙版的生成方法，其包括以下步骤：

步骤10.创建初始映射表，并根据初始映射表对图像的每个像素点的初始亮度值进行高斯分布计算生成亮度映射表；

步骤20.对图像的每个像素点的初始亮度值根据所述的亮度映射表进行映射处理得到映射亮度图；

步骤30.将图像的每个像素点的初始亮度值与所述的映射亮度图的对应像素点的映射亮度值进行正片叠底得到正片叠底亮度图；

步骤40.分别对所述的映射亮度图和所述的正片叠底亮度图进行模糊处理；

步骤50.将模糊后的映射亮度图和正片叠底亮度图的每个像素点的亮度值与初始亮度值进行差值计算；

步骤60.对所述的每个像素点的差值进行阈值计算，如果差值大于或等于预设阈值，则将蒙版结果图上对应像素点的亮度值设为零，如果差值小于预设阈值则进一步对所述的映射亮度图和正片叠底亮度图进行颜色减淡叠加处理，得到蒙版结果图上对应像素点的亮度值。

所述的步骤10中，是通过计算图像的每个像素点的初始亮度值与预设的期望亮度值之间的差值，并根据初始映射表以及所述的差值进行高斯分布计算生成初始亮度值与映射亮度值的亮度映射表；所述的初始映射表为一个256的数组，其值依次为0,1,2，……255；所述的亮度映射表的计算公式为：

dist＝(i-fExpect)*(i-fExpect)；

pMapTable[i]＝min(255,(0.5+255.0*exp(-dist/Sigma)))；

其中，i为每个初始亮度值的序列；fExpect为期望亮度值；dist为每个初始亮度值i与期望亮度值fExpect的差的平方；pMapTable[i]为初始亮度值i的对应映射亮度值；Sigma为σ^2方差，σ为标准差，表示高斯分布的范围，本实施例中，Sigma默认为100*100*2。

所述的步骤20中，通过进行映射处理得到映射亮度图的计算公式为：

maskLight＝pMapTable[light]；

其中，light为像素点的初始亮度值，pMapTable为所述的亮度映射表，maskLight为映射处理后得到的映射亮度图上对应像素点的映射亮度值。

所述的步骤30中，通过进行正片叠底得到正片叠底亮度图的计算公式为：

mutableLight＝((maskLight*light+128)+(maskLight*light+128)/255)/255；

其中，light为像素点的初始亮度值，maskLight为映射处理后得到的映射亮度图上对应像素点的映射亮度值，mutableLight为正片叠底后得到的正片叠底亮度图上对应像素点的正片叠底亮度值。

所述的步骤40中分别对所述的映射亮度图和所述的正片叠底亮度图进行模糊处理，采用以下模糊算法的一种或一种以上的组合：中值模糊处理、高斯模糊处理、均值模糊处理、卷积处理。

中值模糊处理，即中值滤波处理，是对要处理的像素点周围的N*N模板像素点的亮度值进行从大到小或者从小到大的排序，得到排序后最中间的那个亮度值，即中位数，然后将该像素点的亮度值设置为其中位数的亮度值；其中，N为模糊的半径。

高斯模糊处理，是采用正态分布计算图像中每个像素的变换。

均值模糊处理是典型的线性滤波算法，它是指在图像上对目标像素给一个模板，该模板包括了其周围的临近像素；该临近像素是指以目标象素为中心的周围8个象素，构成一个滤波模板，即去掉目标象素本身；再用模板中的全体像素的平均值来代替原来像素值。

卷积处理：卷积是对矩阵中的每一个元素进行的操作，卷积所实现的功能是由其卷积核的形式决定的，卷积核是一个大小固定、有数值参数构成的矩阵，矩阵的中心为参考点或锚点，矩阵的大小称为核支撑；要计算一个像素点的卷积后的亮度值，首先将核的参考点定位到该像素点，核的其余元素覆盖矩阵中相对应的局部周围点；对于每一个核中的的像素点，得到这个像素点的值与卷积核数组中特定点的值的乘积并求所有这些乘积的累加和，即该特定点的卷积值，用这个结果替代该像素点的亮度值；通过在整个图像上移动卷积核，对图像的每个像素点重复此操作。

所述的步骤50中的差值计算，是指计算映射亮度图的每个像素点的映射亮度值与所述的期望亮度值的亮度差的绝对值，以及计算正片叠底亮度图的每个像素点的正片叠底亮度值与所述的期望亮度值的亮度差的绝对值。

所述的步骤60中的阈值计算，是判断所述的亮度差的绝对值是否小于127，如果所述的亮度差的绝对值大于或等于127，则将蒙版结果图上对应像素点的亮度值设为零；如果所述的亮度差的绝对值小于127，则进一步对所述的映射亮度图和正片叠底亮度图进行颜色减淡叠加处理，得到蒙版结果图上对应像素点的亮度值。其中，所述的步骤60中的颜色减淡叠加处理得到蒙版结果图上对应像素点的亮度值，进一步包括以下步骤：

步骤61.将所述的正片叠底亮度值与反相后的映射亮度值进行颜色减淡得到第一值value1；

步骤62.将127减去所述的亮度差的绝对值，所得的差与中性灰进行颜色减淡得到第二值value2；

步骤63.将所述的第一值value1与第二值value2进行正片叠底得到正片叠底结果值；

步骤64.所述的期望亮度值包括3组值，分别为阴影值、中间调值、高光值，对所述的3组值分别重复步骤61、62、63的计算得到图像的每个像素点的三个蒙版结果图上对应像素点的亮度值；

步骤65.将得到的每个像素点的三个蒙版结果图的对应像素点的亮度值进行累加计算得到最终蒙版结果图的对应像素点的最终亮度值。

所述的期望亮度值包括3组值，包括阴影值、中间调值、高光值，分别对该3组值进行步骤10至步骤60的计算得到每个像素点的三个蒙版结果图的对应像素点的亮度值，并对该三个亮度值进行累加计算得到最终蒙版结果图的对应像素点的最终亮度值；其中，所述的3组期望亮度值分别为0,127.5,255，其中，0为阴影值，127.5为中间调值，255为高光值；所述的中性灰在RGB色彩模式下指的是R：G：B＝1：1：1，即红绿蓝三色数值相等，即为中性灰；当R＝G＝B＝128，被称作“绝对中性灰”。上述三个蒙版结果图分别代表对图像的三个区域进行处理，即阴影区域、中间区域、高光区域。当然，上述阴影值、中间调值、高光值还可以按照亮度程度进行细分为三个以上的值，并且区分越详细得到的最终蒙版结果图的效果越好，只是计算更复杂，处理速度较慢。

另外，本发明还提供一种蒙版的生成系统，其特征在于，其包括：

映射表创建模块A，其用于创建初始映射表，并根据初始映射表对图像的每个像素点的初始亮度值进行高斯分布计算生成亮度映射表；

映射处理模块B，其对图像的每个像素点的初始亮度值根据所述的亮度映射表进行映射处理得到映射亮度图；

正片叠底处理模块C，其将图像的每个像素点的初始亮度值与所述的映射亮度图的对应像素点的映射亮度值进行正片叠底得到正片叠底亮度图；

模糊处理模块D，用于分别对所述的映射亮度图和所述的正片叠底亮度图进行模糊处理；

分析计算模块E，其将模糊后的映射亮度图和正片叠底亮度图的每个像素点的亮度值与初始亮度值进行差值计算，并对所述的差值进行阈值计算；

颜色减淡叠加处理模块F，用于当所述的差值小于预设阈值时进一步对所述的映射亮度图和正片叠底亮度图进行颜色减淡叠加处理，从而得到蒙版结果图。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于系统类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。并且，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (12)

1.一种蒙版的生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤10.创建初始映射表，并根据初始映射表对图像的每个像素点的初始亮度值进行高斯分布计算生成亮度映射表；

步骤20.对图像的每个像素点的初始亮度值根据所述的亮度映射表进行映射处理得到映射亮度图；

步骤30.将图像的每个像素点的初始亮度值与所述的映射亮度图的对应像素点的映射亮度值进行正片叠底得到正片叠底亮度图；

步骤40.分别对所述的映射亮度图和所述的正片叠底亮度图进行模糊处理；

步骤50.将模糊后的映射亮度图和正片叠底亮度图的每个像素点的亮度值与初始亮度值进行差值计算；

步骤60.对所述的每个像素点的差值进行阈值计算，如果差值大于或等于预设阈值，则将蒙版结果图上对应像素点的亮度值设为零，如果差值小于预设阈值则进一步对所述的映射亮度图和正片叠底亮度图进行颜色减淡叠加处理，得到蒙版结果图上对应像素点的亮度值。

2.根据权利要求1所述的一种蒙版的生成方法，其特征在于：所述的步骤10中，是通过计算图像的每个像素点的初始亮度值与预设的期望亮度值之间的差值，并根据初始映射表以及所述的差值进行高斯分布计算生成初始亮度值与映射亮度值的亮度映射表。

3.根据权利要求2所述的一种蒙版的生成方法，其特征在于：所述的亮度映射表的计算公式为：

dist＝(i-fExpect)*(i-fExpect)；

pMapTable[i]＝min(255,(0.5+255.0*exp(-dist/Sigma)))；

其中，i为每个初始亮度值；fExpect为期望亮度值；dist为每个初始亮度值i与期望亮度值fExpect的差的平方；pMapTable[i]为初始亮度值i的对应映射亮度值；Sigma为σ^2方差，σ为标准差，表示高斯分布的范围。

4.根据权利要求1所述的一种蒙版的生成方法，其特征在于：所述的步骤20中，通过进行映射处理得到映射亮度图的计算公式为：

maskLight＝pMapTable[light]；

其中，light为像素点的初始亮度值，pMapTable为所述的亮度映射表，maskLight为映射处理后得到的映射亮度图上对应像素点的映射亮度值。

5.根据权利要求1所述的一种蒙版的生成方法，其特征在于：所述的步骤30中，通过进行正片叠底得到正片叠底亮度图的计算公式为：

mutableLight＝((maskLight*light+128)+(maskLight*light+128)/255)/255；

其中，light为像素点的初始亮度值，maskLight为映射处理后得到的映射亮度图上对应像素点的映射亮度值，mutableLight为正片叠底后得到的正片叠底亮度图上对应像素点的正片叠底亮度值。

6.根据权利要求1所述的一种蒙版的生成方法，其特征在于：所述的步骤40中分别对所述的映射亮度图和所述的正片叠底亮度图进行模糊处理，采用以下模糊算法的一种或一种以上的组合：中值模糊处理、高斯模糊处理、均值模糊处理、卷积处理。

7.根据权利要求2所述的一种蒙版的生成方法，其特征在于：所述的步骤50中的差值计算，是指计算映射亮度图的每个像素点的映射亮度值与所述的期望亮度值的亮度差的绝对值，以及计算正片叠底亮度图的每个像素点的正片叠底亮度值与所述的期望亮度值的亮度差的绝对值。

8.根据权利要求7所述的一种蒙版的生成方法，其特征在于：所述的步骤60中的阈值计算，是判断所述的亮度差的绝对值是否小于127，如果所述的亮度差的绝对值大于或等于127，则将蒙版结果图上对应像素点的亮度值设为零；如果所述的亮度差的绝对值小于127，则进一步对所述的映射亮度图和正片叠底亮度图进行颜色减淡叠加处理，得到蒙版结果图上对应像素点的亮度值。

9.根据权利要求7或8所述的一种蒙版的生成方法，其特征在于：所述的步骤60中的颜色减淡叠加处理得到蒙版结果图上对应像素点的亮度值，进一步包括：

步骤61.将所述的正片叠底亮度值与反相后的映射亮度值进行颜色减淡得到第一值value1；

步骤62.将127减去所述的亮度差的绝对值，所得的差与中性灰进行颜色减淡得到第二值value2；

步骤63.将所述的第一值value1与第二值value2进行正片叠底得到正片叠底结果值；

步骤64.所述的期望亮度值包括3组值，分别为阴影值、中间调值、高光值，对所述的3组值分别重复步骤61、62、63的计算得到图像的每个像素点的三个蒙版结果图上对应像素点的亮度值；

步骤65.将得到的每个像素点的三个蒙版结果图的对应像素点的亮度值进行累加计算得到最终蒙版结果图的对应像素点的最终亮度值。

10.根据权利要求2或3或7或8所述的一种蒙版的生成方法，其特征在于：所述的期望亮度值包括3组值，包括阴影值、中间调值、高光值，分别对该3组值进行步骤10至步骤60的计算得到每个像素点的三个蒙版结果图的对应像素点的亮度值，并对该三个亮度值进行累加计算得到最终蒙版结果图的对应像素点的最终亮度值。

11.根据权利要求10所述的一种蒙版的生成方法，其特征在于：所述的3组期望亮度值分别为0,127.5,255，其中，0为阴影值，127.5为中间调值，255为高光值。

12.一种蒙版的生成系统，其特征在于，其包括：

映射表创建模块，其用于创建初始映射表，并根据初始映射表对图像的每个像素点的初始亮度值进行高斯分布计算生成亮度映射表；

映射处理模块，其对图像的每个像素点的初始亮度值根据所述的亮度映射表进行映射处理得到映射亮度图；

正片叠底处理模块，其将图像的每个像素点的初始亮度值与所述的映射亮度图的对应像素点的映射亮度值进行正片叠底得到正片叠底亮度图；

模糊处理模块，用于分别对所述的映射亮度图和所述的正片叠底亮度图进行模糊处理；

分析计算模块，其将模糊后的映射亮度图和正片叠底亮度图的每个像素点的亮度值与初始亮度值进行差值计算，并对所述的差值进行阈值计算；

颜色减淡叠加处理模块，用于当所述的差值小于预设阈值时进一步对所述的映射亮度图和正片叠底亮度图进行颜色减淡叠加处理，从而得到蒙版结果图。