CN106462950A - 用于局部对比度增强的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示用于改进图像帧的对比度的系统及方法。在一个实施例，一种用于改进图像帧的对比度的系统包含控制模块，所述控制模块经配置以：形成图像帧的强度直方图，在所述直方图的强度范围上定义一组标记，将混合因子指派到每一标记，计算所述图像的每一原始像素的混合因子，获得第一均衡化像素输出值，使用所述混合因子、所述第一均衡化像素输出值及原始像素值来计算最终均衡化像素输出值，以及输出构成输出图像的新像素值。
Description
技术领域
本文中所揭示的系统及方法大体来说涉及图像及视频的对比度增强。
背景技术
通常通过增强在图像的较暗部分中发现的细节，使用对比度增强来使图像及视频看起来“更好”或更令观看者愉悦。用于对比度增强的方法的范围从非常简单及非内容自适应解决方案(例如，明度拉伸、伽马曲线)到非常复杂解决方案(真实局部方法，例如，大规模模糊掩蔽或基于窗口的直方图均衡化)。然而，当图像的强度值已跨越整个强度范围时，这些方案中的一些方案可并非有效的。这些方案中的一些方案还可致使图片的大区域中的亮度移位，此并非所要的。
发明内容
本发明的系统、方法及装置各自具有数项发明性方面，其中无一者单独决定本文中所揭示的所要性质。可将本文中所描述的创新、方面及特征的组合并入于系统、方法及装置的各种实施例中，且此些组合并不受本文中所描述的实施例的实例的限制。
本文中所描述的实施例及创新涉及可在电子装置的处理器中运行以并有图像或视频的局部增强的系统及方法。优选地，局部对比度增强方法具有广泛控制范围且可实施于现有硬件或软件中。然而，在一些实施例中，经特别设计的硬件及软件可改进此些过程的速度或效率。在一些实施例中，类似算法可用于通过基于环境光水平而在对比度增强模式与日光可见度模式之间动态地切换来当在日光中观看时改进行动装置显示器的可见性。
在一些实施例中，执行对比度受限的直方图均衡化以在应用直方图均衡化算法之前修改输入图像的直方图。
一个方面涉及一种用于改进图像帧的对比度的系统。所述系统包含控制模块，所述控制模块经配置以确定具有多个像素的图像的直方图表示，每一像素具有在强度值范围内的强度值，所述直方图包含所述图像的具有针对所述强度值的范围内的每一强度值的强度值的像素的数目；定义跨越所述图像的所述直方图的所述强度值范围的至少一部分间隔开的一组标记，每一标记具有相关联混合因子；基于至少一个标记混合因子而确定所述图像的每一像素的像素混合因子；确定每一像素的第一均衡化像素输出值；及计算所述图像的每一像素的最终均衡化像素输出值，每一像素的所述最终均衡化像素输出值基于所述像素的所述像素混合因子、所述像素的所述第一均衡化像素输出值，以及所述像素的原始像素值。所述系统可进一步包含成像装置，所述成像装置包括成像传感器。在一些实施例中，控制模块为用于移动装置的相机应用程序的组件。在一些实施例中，所述标记跨越强度值范围等距间隔开。在一些实施例中，针对特定像素，像素混合因子基于内插两个邻近标记的混合因子。在一些实施例中，控制模块经进一步配置以对所述图像的每一像素执行对比度受限的直方图均衡化以获得每一像素的第一均衡化像素输出值。在一些实施例中，控制模块经进一步配置以将随机噪声值加总到每一像素的最终均衡化像素输出值。在一些实施例中，控制模块经进一步配置以基于最终均衡化像素输出值而输出经修改的图像。在一些实施例中，强度值范围的低强度值区域中定义的混合因子具有比直方图的高强度值区域中定义的混合因子高的权重。在一些实施例中，每一标记的混合因子至少部分地基于环境光水平。
在另一方面中，用于改进图像帧的对比度的方法包含以下步骤：确定具有多个像素的图像的直方图表示，每一像素具有在强度值范围内的强度值，所述直方图包含所述图像的具有针对所述强度值的范围内的每一强度值的强度值的像素的数目；定义跨越所述图像的所述直方图的所述强度值范围的至少一部分间隔开的一组标记，每一标记具有相关联混合因子；基于至少一个标记混合因子而确定所述图像的每一像素的像素混合因子；确定每一像素的第一均衡化像素输出值；及计算所述图像的每一像素的最终均衡化像素输出值，每一像素的所述最终均衡化像素输出值基于所述像素的所述像素混合因子、所述像素的所述第一均衡化像素输出值，以及所述像素的原始像素值。在一些实施例中，所述标记沿着强度值范围等距间隔开。在一些实施例中，针对特定像素，像素混合因子基于内插两个邻近标记的混合因子。在一些实施例中，所述方法进一步包含对所述图像的每一像素执行对比度受限的直方图均衡化以获得每一像素的第一均衡化像素输出值的步骤。在一些实施例中，所述方法进一步包含添加随机噪声因子以将随机噪声值加总到每一像素的最终均衡化像素输出值的步骤。在一些实施例中，所述方法进一步包含基于最终均衡化像素输出值而输出经修改图像的步骤。在一些实施例中，定义跨越图像的直方图表示的强度值范围的至少一部分间隔开的一组标记为至少部分地由环境光水平确定。在一些实施例中，确定每一标记的混合因子为至少部分地由环境光水平确定。
在另一方面中，用于改进图像帧的对比度的设备包含以下各项：用于确定具有多个像素的图像的直方图表示的装置，每一像素具有在强度值范围内的强度值，所述直方图包含所述图像的具有针对所述强度值的范围内的每一强度值的强度值的像素的数目；用于定义跨越所述图像的所述直方图的所述强度值范围的至少一部分间隔开的一组标记的装置，每一标记具有相关联混合因子；用于基于至少一个标记混合因子而确定所述图像的每一像素的像素混合因子的装置；用于确定每一像素的第一均衡化像素输出值的装置；及用于计算所述图像的每一像素的最终均衡化像素输出值的装置，每一像素的所述最终均衡化像素输出值基于所述像素的所述像素混合因子、所述像素的所述第一均衡化像素输出值，以及所述像素的原始像素值。
在另一方面中，一种非暂时性计算机可读媒体存储指令，所述指令在被执行时致使至少一个物理计算机处理器执行用于改进图像帧的对比度的方法。所述方法包含以下步骤：确定具有多个像素的图像的直方图表示，每一像素具有在强度值范围内的强度值，所述直方图包含所述图像的具有针对所述强度值的范围内的每一强度值的强度值的像素的数目；定义跨越所述图像的所述直方图表示的所述强度值范围的至少一部分间隔开的一组标记，每一标记具有相关联混合因子；基于至少一个标记混合因子而确定所述图像的每一像素的像素混合因子；确定每一像素的第一均衡化像素输出值；及计算所述图像的每一像素的最终均衡化像素输出值，每一像素的所述最终均衡化像素输出值基于所述像素的所述像素混合因子、所述像素的所述第一均衡化像素输出值，以及所述像素的原始像素值。在一些实施例中，所述标记跨越强度值范围等距间隔开。在一些实施例中，针对特定像素，像素混合因子基于内插两个邻近标记的混合因子。在一些实施例中，所述方法包含对所述图像的每一像素执行对比度受限的直方图均衡化以获得每一像素的第一均衡化像素输出值的步骤。在一些实施例中，所述方法包含将随机噪声值加总到每一像素的最终均衡化像素输出值的步骤。在一些实施例中，所述方法包含基于最终均衡化像素输出值而输出经修改图像的步骤。在一些实施例中，定义跨越图像的直方图表示的强度值范围的至少一部分间隔开的一组标记为至少部分地由环境光水平确定。在一些实施例中，确定每一标记的混合因子为至少部分地由环境光水平确定。
附图说明
下文中将结合随附图式描述所揭示方面以说明且不限制所揭示方面，其中相同指定标示相同元件。
图1A说明在应用直方图均衡化技术(或工艺)之前的图像的实例。
图1B为说明图1A的图像的像素强度的直方图。
图2A说明在应用直方图均衡化技术之后的图像的实例。
图2B为说明图2A的图像的像素强度的直方图。
图3为作为对比度增强处理的部分而应用于图像直方图的限幅或阈值化的实例。
图4为描绘实施用于图像的局部增强的一些操作性元件的系统的框图。
图5为说明用于图像的局部增强的过程的实例的流程图。
图6为说明用于图像的局部对比度增强的过程的示意图。
图7为说明作为局部对比度增强处理的部分放置多个标记及相关联混合因子的图像的像素强度的直方图。
图8为说明局部对比度增强处理的软件实施方案的实例的示意图。
图9A为在应用局部对比度增强处理之前的图像的实例。
图9B为在应用局部对比度增强处理之后的图9B的图像。
图10为说明用于在显示器被直接或借助日光间接地照明时改进电子装置的显示器的可见性的过程，即，用于电子装置的日光可见性改进的过程的流程图。
图11为说明用于电子装置的日光可见性改进的过程的实例的示意图。
具体实施方式
如本文中所使用，“图像直方图”通常是指为表示数字图像的像素数据的色调分布的图形说明的一类型的直方图。直方图指示每一色调值(其可称作“亮度”或“强度”值)下的像素的数目。特定图像的此直方图的检查将向观看者指示图像的整个色调分布。图像直方图还可用于在观看图像时或在使用图像进行处理期间确定图像细节是否可能已由于爆发高亮或遮蔽阴影而丢失。直方图均衡化可用于许多图像处理流水线中来使用图像的直方图执行图像的对比度增强。直方图均衡化为增强处理的类型，其涉及扩散图像的最频繁强度值使得较低局部对比度的区域获得较高对比度。换句话说，直方图均衡化通过拉伸直方图中具有大量像素的区域同时压缩直方图中具有少量像素的区域来执行对比度增强。拉伸直方图意味着这些像素的动态范围增加，借此增强对比度。直方图均衡化根据定义为内容自适应且使用输入图像的分布功能来计算输入输出像素映射。然而，直方图均衡化可造成图像的非常大改变，包含对图像的不期望的轮廓化。
图1A及B说明使用直方图均衡化的实例。图1A为具有多个像素的图像的实例，每一像素具有指示像素的强度(或亮度)的像素值。图1B说明对应于在将直方图均衡化工艺(或技术)应用于图像的像素数据之前的图1A中所描绘的图像的图像直方图。在图像直方图的此实例中，直方图沿着x轴说明色调或强度值(有时称作“直条(bin)”)且沿着y轴说明每一直条(或每一色调或强度)中的像素的数目。图1B中所展示的图像直方图相对于图像的像素值可展现的全强度范围看起来被压缩。举例而言，图1B说明所有(或几乎所有)像素值具有分布在大约120到200的强度范围内的强度(或色调)，其中总强度范围为0到255。
图2A说明在已将直方图均衡化技术应用于图像之后的图1A的图像。图2B说明图2A中所展示的经修改的图像的所得图像直方图。如在图2B中所见，图像直方图看起来已经拉伸以使得与在应用直方图均衡化之前相比，色调强度值更大范围地跨越从0到255的整个强度范围分布，且更少集中在120到200(沿着x轴)的强度范围。所得图像(图2A中所展示)相应地展现比原始图像(图1A中所展示)更广泛的色调范围但还具有由于图像的像素的强度值的差异所致的不期望的“轮廓化”，如在图2B中所说明的强度值中可见。即，强度值处于数个特定值，且所述特定值被多于一个强度值分开。图1B及2B中的每一者中的黑线表示直方图值的累积和。此线具有初始值零且其最终值为图像中的像素的总数目。在图1B中，此线非常快速地上升，指示图像中的像素的大部分集中在120到200的强度范围内。在图2B中，此线的增长要平缓得多，此意味着直方图由于均衡化程序而更均匀地展开。
对比度增强可用于改进许多消费电子装置(例如，电视、媒体播放器、机顶盒、移动电话、平板、膝上型计算机等)的图片质量。可借助通过线性拉伸强度值及应用伽马曲线来增加图像的动态范围来进行简单的对比度增强。然而，当像素已跨越整个强度范围时，这些方案可能并非有效。另外，这些方案还可导致图像或视频的大区域中的不期望的亮度移位。下文所论述的方法及系统提供全局处理解决方案，包含避免先前对比度增强方法的不足的图像及视频的局部对比度增强。
在一些实施例中，可将局部对比度增强引入到现有对比度受限的直方图均衡化工艺(CLHE)(其本身为对典型直方图均衡化算法的修改)。CLHE在应用直方图均衡化(HE)之前修改输入图像的直方图。在CLHE中，将阈值应用于原始图像的直方图，使得直方图经限幅以减小峰值。在限幅阶段丢失的像素可被等距分布到色调分布的剩余直条。接着将常规(即，非对比度受限的)直方图均衡化应用于使用经修改直方图的图像。直方图修改使原始图像直方图均等化且将可致使输出中的轮廓化的大峰值移除。所得图像增强因此并不像应用常规直方图均衡化一样强。局部对比度增强通常是通过单独地处理图像的大部分(或“窗口”)来进行，然而，此些技术可为计算密集的，且因此可需要大量硬件资源，或导致长软件处理时间。
图3说明对比度受限的直方图均衡化可应用于的图像直方图的实例。原始图像304的直方图(在左侧所展示)受阈值限制(或经箝位)以减小峰值，如由右侧经修改直方图306所展示。在箝位阶段丢失的像素经等距分布到直方图306的剩余直条；此过程由箭头302表示。接着将常规直方图均衡化应用于经修改直方图。直方图修改用于使直方图平滑且减小可导致输出中的轮廓化的大峰值。来自此复合过程的所得增强因此并不像来自直接直方图均衡化过程的所得增强一样强。
本文中所论述的局部对比度增强实施例局部地修改或增强对比度，替代将全局改变应用于图像或视频数据。局部对比度增强优选地为内容自适应且在无需移位或增强图像的中间或明亮区域的情况下增强图像或视频的暗区域。因此，通过比中间或明亮区域更多地增强暗区域来合意地实现较佳视觉效应。本文中所论述的实施例提供高效对比度增强算法，所述对比度增强算法全局地处理图像或视频(基于直方图均衡化型算法)但局部地增强图像或视频。相较于真实局部对比度增强算法，这些实施例合意地更易于以软件或硬件实施。
应注意，实例可被描述为过程，其被描绘为流程图、作业图、有限状态图、结构图或框图。尽管流程图可将操作描述为顺序过程，但操作中的许多者可并行或同时地执行，且可重复所述过程。另外，所述操作的次序可被重新布置。当过程的操作完成时终止所述过程。过程可对应于方法、功能、程序、子例程、子程序等。当过程对应于软件功能时，其终止对应于将所述功能返回到调用功能或主功能。
实施例可以片上系统(SoC)或外部硬件、软件、固件或其任何组合来实施。所属领域的技术人员将理解，可使用各种不同技艺及技术中的任一者表示信息及信号。举例来说，可通过电压、电流、电磁波、磁场或磁性粒子、光场或光学粒子或其任何组合来表示可贯穿以上描述所参考的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号及码片。
在以下描述中，给出特定细节以对实例有透彻的理解。然而，所属领域的技术人员将理解，可在无这些特定细节的情况下实践实例。举例来说，可以框图展示电组件/装置以便不以不必要细节模糊实例。在其它例子中，可更详细地展示此些组件、其它结构及技术以进一步解释实例。
系统概述
图4说明经配置以增强所获取图像或视频的对比度的系统100的一个实例。所说明实施例并不意味着为限制性，而是说明一些实施例中的某些组件。系统100可包含为所说明组件的清晰性起见未被展示的各种用于其它功能的其它组件。
系统100可包含成像装置110及电子显示器130。电子显示器130的某些实施例可为任何平板显示技术，例如，LED、LCD、等离子或投影屏幕。电子显示器130可被耦接到处理器120以用于接收用于向用户视觉显示的信息。此信息可包含(但不限于)存储在存储器位置中的文件、安装在处理器120上的软件应用程序、用户接口及网络可存取内容对象的视觉表示。
成像装置110可采用一个成像传感器或其组合。系统100可进一步包含链接到成像装置110的处理器120。工作存储器135、电子显示器130及程序存储器140也与处理器120通信。系统100可为移动装置，例如，平板、膝上型计算机或蜂窝式电话。在其它实施例中，系统100可为电视或桌上型计算机。
处理器120可为通用处理单元或其可为经特殊设计以用于手持式电子装置的成像应用程序的处理器。如所展示，处理器120经连接到程序存储器140及工作存储器135，且与其进行数据通信。在一些实施例中，可将工作存储器135并入处理器120(例如，高速缓冲存储器)中。工作存储器135还可为与处理器120分离且耦接到处理器120的组件，例如，一或多个RAM或DRAM组件。换句话说，尽管图4说明两个存储器组件，包含包括数个模块的存储器组件140及包括工作存储器的单独存储器135，但所属领域的技术人员将认识到利用不同存储器架构的数个实施例。举例来说，设计可利用ROM或静态RAM存储器来存储实施被包含在存储器140中的模块的处理器指令的存储。接着可将处理器指令加载到RAM以促进由处理器执行。举例来说，工作存储器135可为RAM存储器，其中指令在由处理器120执行之前被加载到工作存储器135中。
在所说明实施例中，程序存储器140存储图像捕获模块145、标记定义模块150、混合因子计算模块155、对比度受限的直方图均衡化(CLHE)计算模块157、混合模块160、操作系统165及用户接口模块170。这些模块可包含配置处理器120以执行各种图像处理及装置管理任务的指令。程序存储器140可为任何适合计算机可读存储媒体，例如，非暂时性存储媒体。工作存储器135可由处理器120用于存储被含在存储器140的模块中的工作处理器指令集。替代地，工作存储器135还可由处理器120用于存储在成像系统100的操作期间形成的动态数据。
如上文所提及，处理器120可由存储在存储器140中的数个模块配置。换句话说，处理120可运行存储在存储器140中的模块中的指令。图像捕获模块145可包含配置处理器120以从成像装置获得图像的指令。因此，处理器120连同图像捕获模块145、成像装置110及工作存储器135表示一个用于获得图像传感器数据的装置。
仍参考图4，存储器140还可含有标记定义模块150。标记定义模块150可包含配置处理器120以在与混合因子或值相关联的图像直方图的强度范围上定义一组标记的指令，如下文将进一步详细所描述。可基于所要增强类型而对标记及混合因子进行编程。这些数目的编程在某种程度上为启发式且基于输出的经验及视觉感知。在典型标记放置中，将较高数目个标记放置在直方图的期望较强增强的区域中。这些标记还将具有与其相关联的较高混合因子。在其它区域中，在期望较弱或较少增强的情况下，可放置较少标记且这些标记的混合因子可为较低。还可根据显示器的类型、显示器的输出响应、增强强度(例如，低、中及高设置)、增强模式(如同运动、影院、游戏)等来调整标记的数目及放置。因此，处理器120连同标记定义模块150及工作存储器135表示一个用于在图像直方图的强度范围上定义标记的装置。
存储器140还可含有混合因子计算模块155。混合因子计算模块155可包含配置处理器120以计算图像的每一输入像素的混合因子β的指令，如下文更详细所论述。举例而言，混合因子计算模块155可指示处理器120计算图像的每一输入像素的混合因子β且将所述混合因子存储在工作存储器135或存储装置125中。在一个实施例，可通过输入像素与两个邻近标记之间的距离且使用此距离来内插两个邻近标记的混合因子来计算每一输入像素的混合因子β。因此，处理器120连同标记定义模块150、混合因子计算模块155及工作存储器135表示一个用于计算及存储图像的每一输入像素的混合因子的装置。
存储器140还可含有对比度受限的直方图均衡化计算模块157。图4中所说明的对比度受限的直方图均衡化计算模块157可包含配置处理器120以通过将对比度受限的直方图均衡化应用于图像直方图来计算每一输入像素yIN的CLHE输出值yCLHE的指令。因此，处理器120连同对比度受限的直方图均衡化计算模块157及工作存储器135表示一个用于产生图像的每一输入像素的CLHE输出值的装置。
存储器140还可含有混合模块160。图4中所说明的混合模块160可包含配置处理器120以使用混合因子β、输入像素值yIN及CLHE输出值yCLHE来计算图像的每一像素的输出值的指令。因此，处理器120连同标记定义模块150、混合因子计算模块155、对比度受限的直方图均衡化计算模块157、混合模块160及工作存储器135表示一个用于计算图像的每一像素的输出值的装置。
存储器140还可含有用户接口模块170。图4中所说明的用户接口模块170可包含配置处理器120以提供显示中对象集合及允许用户与装置交互的软控制的指令。用户接口模块170还允许应用程序与系统的剩余部分交互。操作系统模块165还可驻留在存储器140中且与处理器120操作以管理系统100的存储器及处理资源。举例而言，操作系统165可包含用以管理硬件资源(例如，电子显示器130或成像装置110)的装置驱动器。在一些实施例中，含在标记定义模块150及混合因子计算模块155中的指令可不与这些硬件资源直接交互，但替代地通过位于操作系统165中的标准子例程或API交互。操作系统165内的指令可接着与这些硬件组件直接交互。
处理器120可将数据写入到存储模块125。虽然存储模块125以图形方式表示为传统磁盘驱动，但所属领域的技术人员将理解多个实施例可包含基于磁盘的存储装置或数个其它类型的存储媒体中的一者，包含存储器磁盘、USB驱动、快闪驱动、远程连接存储媒体、虚拟磁盘驱动器或其类似者。
尽管图4将包括单独组件的装置描绘为包含处理器、成像装置、电子显示器及存取器，但所属领域的技术人员将认识到这些单独组件可以各种方式组合以实现特定设计目的。举例而言，在替代实施例中，存储器组件可与处理器组件组合以节省成本且改进性能。
另外，尽管图4说明两个存储器组件，包含包括数个模块的存储器组件140及包括工作存储器的单独存储器135，但所属领域的技术人员将认识到利用不同存储器架构的数个实施例。举例来说，设计可利用ROM或静态RAM存储器来存储实施被包含在存储器140中的模块的处理器指令的存储。替代地，可在系统启动时从整合到成像系统100或经由外部装置端口连接的磁盘存储装置读取处理器指令。接着可将处理器指令加载到RAM以促进由处理器执行。举例来说，工作存储器135可为RAM存储器，其中指令在由处理器120执行之前被加载到工作存储器135中。
方法概述
本发明的实施例涉及用于全局应用的图像或视频的局部对比度增强的过程。实例可被描述为过程，其被描绘为流程图、作业图、有限状态图、结构图或框图。尽管流程图可将操作描述为顺序过程，但操作中的许多者可并行、或同时地执行，且可重复所述过程。另外，所述操作的次序可被重新布置。当过程的操作完成时终止所述过程。过程可对应于方法、功能、程序、子例程、子程序等。当过程对应于软件功能时，其终止对应于将所述功能返回到调用功能或主功能。
图5说明可以图4中所描绘的模块中的一或多者实施的用以配置电子装置以对图像或视频数据执行局部对比度增强的过程500的实施例的一个实例。在一些实例中，过程500可在处理器(例如，处理器120(图4))上及在图4中所说明的存储在存储器140中或并入于其它硬件或软件中的其它组件上运行。
过程500在开始框502处开始且过渡到框504，其中处理器(例如，处理器120)经指示以在原始图像直方图的强度范围上定义一组标记。在一些实施例中，可在强度范围上定义6到8个标记。图7中展示7个标记均匀地分布在图像直方图的强度范围上方的一个实例。在一些实施例(例如，图7中所展示的实施例)中，标记经沿着直方图的强度范围等距间隔开。在其它实施例中，标记未经沿着直方图的强度范围等距间隔开。标记可如上文关于图4所论述放置及分布。
过程500接着过渡到框506，其中处理器经指示以使每一标记与混合因子或值相关联。如图7中所说明，可将混合因子指派到每一标记使得对图像中的较暗区域较重地加权。此将优先地导致对图像的暗区域的较大增强而图像的中间到明亮区域可被增强小量或根本未被增强。一旦如上文关于图4所论述已将混合值指派到每一标记，过程500即过渡到框508。
在框508中，处理器经指示以计算图像的每一原始像素的混合因子β。举例来说，针对每一输入像素yIN，可通过发现距位于像素的任一侧上的两个邻近标记的像素的距离且使用此距离来使用两个邻近标记的混合值来内插像素的混合因子来计算混合因子β。
过程500接下来过渡到框510，其中处理器经指示以将对比度受限的直方图均衡化全局地应用于图像直方图。如上文所论述，在对比度受限的直方图均衡化(CLHE)中，通过阈值化或箝位来使峰值从突显减小来修改原始输入图像的直方图。在箝位阶段中丢失的像素经等距分布到剩余直条，如图3中所展示。在一个实施例，用需要分布的像素的总数目除以未受箝位影响的直条的数目。接着将像素的此平均数目添加到未被箝位的每直方图直条。此重新分布程序经执行以计算经修改直方图且优先地未对实际图像执行以便减小引入噪声的可能性。此产生可减少输出的不想要轮廓化的较平滑直方图。对输入图像执行CLHE致使每一像素具有CLHE值yCLHE。过程500接着过渡到框512，其中处理器经指示以计算每一像素的输出值。在一些实施例中，可使用像素的混合因子β、像素的输入值yIN及由CLHE工艺计算的像素的值yCLHE来计算每一像素的输出值yOUT，如下：
yOUT＝β*yCLHE+(1-β)*yIN 方程式1
在通过混合输入值及均衡化值来计算每一像素的输出值(如方程式1中所展示)之后，过程500过渡到框514，其中处理器经指示输出构成输出图像的新像素值。过程500接着过渡到框516且结束。
基于视频帧的直方图而对其进行修改需要存储所述帧同时计算所述帧的直方图。由于帧存储对典型视频/显示系统来说较昂贵，因此图5中所展示的局部增强过程500可容易被修改以使用帧N-1的直方图来处理帧N，这是因为直方图通常在两个连续帧之间不会显著地改变。本文中所描述的局部增强过程可应用于色彩图像的任何强度表示，例如HSV的V，YCbCr中的Y，等等。
图6以图形方式表示上文所论述的过程500的一个硬件实施方案600。如所说明，使用标记值及每一标记的混合因子来计算每一像素的混合因子β。将混合因子β及每一像素的对比度受限的直方图均衡化值yCLHE连同原始像素值yIN用于混合计算(方程式1)来计算像素输出值yOUT。如果在硬件实施方案(例如图6中所展示的硬件实施方案)中进行用以修改一系列图像(例如视频帧)的过程500，那么可使用第二存储器来存储用以修改帧N的像素的帧N-1的累积分布函数(CDF)而第一存储器累积帧N的直方图。这两个存储器可交替地工作以汇编每一图像帧的直方图。
图8以图形方式表示上文所论述的过程500的一个软件实施方案800。在过程500的软件辅助实施方案的一个实施例(如图8中所展示)中，在帧N与N+1之间的空白时间期间通过软件读取每一图像帧N的直方图。在显示帧N+1之前，软件编程将每一输入像素映射到输出像素值的查找表(LUT)。通过执行图5中所概述的步骤来配置LUT。替代使用输入图像，软件计算每一输入强度值(即，针对8比特系统的0到255)的输出且将结果存储在LUT中。使用如上文所描述的过程500及所计算直方图来计算此输出像素值。
图9A及9B中说明应用于图像的上文关于图5所描述的局部对比度增强过程的应用程序的一个结果。图9A说明原始输入图像。图9B说明在应用局部增强(例如过程500)之后的所得图像。在增强图像中，黑色为较暗的且白色为较淡的。此实例展示合理明亮图像经类似于用明度拉伸算法处理的传统图像进行处理而较暗场景经以不同方式处理。对于较暗场景，使暗像素更明亮以显示细节而较明亮像素大部分不受影响。
日光可见度改进
还可使用像素处理(例如用于上文所论述的局部增强过程的像素处理)来当处于日光中时改进移动屏幕上的内容的可见度。可将像素处理连同增加显示器背光一起用于增加适于内容的图片的动态范围及增加图片的暗区域中的对比度。
可使用类似于上文所论述的局部增强过程500的过程来通过来将较高限幅限制应用于直方图且使图像的暗区域的混合因子变化来改进日光中的移动装置屏幕的可见度。局部对比度增强方法的参数可基于环境光条件使得处理可自对比度增强(在低环境光中)平滑地改变到日光可见度处理(在高环境光中)。在一些实施例中，可使用环境光条件来确定标记沿着直方图的强度范围的分布及标记的混合因子的分配。如果环境光值高于阈值，那么装置可能在明亮环境中在外部使用。屏幕的可见度在明亮环境中通常低得多。因此，标记及混合因子可经重新编程以调整明亮环境。在一些实施例中，将多个预定值集存储在存储器中且基于环境光条件选择预定集中的一者。
当装置以日光可见度改进模式操作时，由于所应用的较强增强所致的可在某些图片上可见轮廓化以使得能够在环境光条件中更容易查看屏幕。当由于对比度增强而将类似亮度水平拉伸开时造成轮廓化。轮廓化通常在例如天空或海洋的图像的大的且变化缓慢的区域上可见。促进轮廓化的因子包含由于量化所致的较小数目个亮度水平、不准确上游处理及压缩噪声。
然而，当在日光可见度改进模式中操作时通过将随机噪声加总到输出像素yOUT可减少轮廓化，如下文在方程式2中所展示。
yout＝β*yCLHE+(1-β)*yIN+εIN 方程式2
其中yCLHE、yIN及β是如上文关于方程式1所论述进行定义。
在一些实施例中，可通过使用噪声西格玛σ(I)的高斯噪声产生器来产生随机噪声加法因子εIN。西格玛通常针对所有像素不相同，否则整个图像将显得嘈杂。西格玛替代地为像素强度的函数。在一些实施例中，西格玛与高直方图值直接成比例(在执行对比度限制直方图均衡化步骤之后)，这是因为这些像素较易于轮廓化。
在一个实例中，西格玛可计算如下：
σ(I)＝min(σbase,σIN*hist(I)/ClipLevel) 方程式3
其中
hist(I)＝强度I下的直方图值(在限幅之后)，
ClipLevel＝最大直方图值，
σin＝输入西格玛值，且
σbase＝具有低直方图值的像素的基础西格玛值(以为所有像素赋予小噪声基底水平)。
图10说明配置电子装置以执行可以图4中所描绘的模块中的一或多者实施的电子装置的屏幕的日光可见度增强的过程1000的一个实施例。在一些实例中，过程1000可在处理器(例如，处理器120(图4))上及在图4中所说明的存储在存储器140中或并入于其它硬件或软件中的其它组件上运行。
过程1000在开始块1002处开始且过渡到块1004，其中处理器(例如，处理器120)可经指示以在原始图像直方图的强度范围上定义一组标记。在一些实施例中，可在强度范围上定义6到8个标记。如上文所论述，标记可沿着直方图的强度范围等距间隔开，但在其它实施例中，标记可不沿着直方图的强度范围等距间隔开。
过程1000接着过渡到框1006，其中处理器可经指示以使每一标记与混合因子或值相关联。如图7中所说明，可将混合因子指派到每一标记使得对图像中的较暗区域较重地加权。此将优先地导致对图像的暗区域的较大增强而图像的中间到明亮区域可被增强小量或根本未被增强。一旦已将混合值指派到每一标记，过程1000即过渡到框1008。
在框1008中，处理器可经指示以计算图像的每一原始像素的混合因子β。举例来说，针对每一输入像素yIN，可通过发现距位于像素的任一侧上的两个邻近标记的像素的距离且使用此距离来使用两个邻近标记的混合值来内插像素的混合因子来计算混合因子β。
过程1000接下来过渡到框1010，其中处理器可经指示以将对比度受限的直方图均衡化全局应用于图像直方图。如上文所论述，在对比度受限的直方图均衡化(CLHE)中，通过阈值化或箝位来使峰值从突显减小来修改原始输入图像的直方图。在箝位阶段中丢失的像素经等距分布到剩余直条，如图3中所展示。此产生可减少输出的不想要轮廓化的较平滑直方图。对输入图像执行CLHE致使每一像素具有CLHE值yCLHE。过程1000接着过渡到框1012，其中处理器经指示以计算西格玛σ(I)及随机噪声加法因子εIN。如上文所论述，西格玛与高直方图值直接成比例(在执行对比度限制直方图均衡化步骤之后)，且可根据方程式3进行计算。一旦已计算西格玛，可通过高斯噪声产生器产生随机噪声加法因子εIN。
在确定随机噪声加法因子之后，过程1000过渡到框1014，其中处理器经指示计算每一像素的输出值。在一些实施例中，可使用像素的混合因子β、像素的输入值yIN及由CLHE工艺计算的像素的值yCLHE来计算每一像素的输出值，如此处重复的方程式2中：
yout＝β*yCLHE+(1-β)*yIN+εIN 方程式2
在通过混合输入值及均衡化值来计算每一像素的输出值(如方程式1中所展示)之后，过程1000过渡到框1016，其中处理器经指示输出构成输出图像的新像素值。过程1000接着过渡到框1018且结束。
图11说明表示上文所论述的过程1000的在其可以硬件或以软件组件或两者实施时的一个实例性实施例的示意图1100。如所说明，使用环境光条件、标记值及每一标记的混合因子来计算每一像素的混合因子β。将混合因子β及每一像素的对比度受限的直方图均衡化值yCLHE连同原始像素值yIN及随机噪声加法因子εIN用于混合计算(方程式2)来计算像素输出值YOUT。合意地，利用噪声添加的屏幕的日光可见度增强将隐藏图像的天空或开放区域中的任何不期望轮廓化同时不影响图像的更详细或中间到浅色区域，例如，建筑物。
关于术语的说明
除非另有指示，否则具有特定特征的设备的操作的任何揭示内容还明确地意欲揭示具有类似特征的方法(且反之亦然)，且根据特定配置的设备的操作的任何揭示内容还明确地意欲揭示根据类似配置的方法(且反之亦然)。术语“配置”可用于提及如由其特定上下文所指示的方法、设备及/或系统。除非特定上下文另有指示，否则术语“方法”、“过程”、“程序”及“技术”为一般地且可互换地使用。除非特定上下文另有指示，否则术语“设备”及“装置”也为一般地且可互换地使用。术语“元件”及“模块”通常用于指示较大配置的部分。除非由其上下文所明确限制，否则术语“系统”在本文中用于指示其通常意义中的任一者，包含“交互以用于共同目的的元件群组”。参考文档的一部分的任何并入也应理解并入在所述部分内提及的术语或变量的定义，其中此些定义在所述文档中别处出现，以及所述经并入部分中参考的任何图。
所属领域的技术人员将进一步了解，结合本文中所揭示的实施方案所描述的各种说明性逻辑块、模块、电路及过程步骤可实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为清楚地说明硬件及软件的此可互换性，上文通常已就其功能性方面描述了各种说明性组件、块、模块、电路及步骤。此功能性是实施为硬件还是软件取决于强加于整个系统的特定应用及设计约束。虽然所属领域的技术人员可针对每一特定应用以变化方式实施所描述功能性，但不应将此些实施方案决策解释为导致对本发明的范围的背离。所属领域的技术人员将认识到部分或部分将包括小于或等于整体的事物。举例来说，像素的集合的部分可是指那些像素的子集合。
结合本文中所揭示的实施方案所描述的各种说明性逻辑块、模块及电路可通过以下各项来实施或执行：通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其经设计以执行本文中所描述的功能的任一组合。通用处理器可为微处理器，但在替代方案中，处理器可为任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。还可将处理器实施为计算装置的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP核心的一或多个微处理器或任一其它此类配置。
结合本文中的揭示实施方案所描述的方法或过程的步骤可直接以硬件、由处理器执行的软件模块或两者的组合体现。软件模块可驻留在RAM存储器、快闪存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可拆卸磁盘、CD-ROM或此项技术中已知的任何其它形式的非暂时性存储媒体。示范性计算机可读存储媒体耦接到处理器使得所述处理器可从所述计算机可读存储媒体读取信息且将信息写入至所述计算机可读存储媒体。在替代方案中，存储媒体可与处理器成一体。处理器及存储媒体可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端、相机或其它装置中。在替代方案中，处理器及存储媒体可作为离散组件驻留在用户终端、相机或其它装置中。
标题经包含在本文中供参考且辅助定位各种章节。这些标题并不意欲限制关于其所描述的概念的范围。此些概念可具有贯穿整个说明书的适用性。
所揭示实施方案的前述描述经提供以使得所属领域的技术人员能够制作或使用本发明。所属领域的技术人员将轻易明了对这些实施方案的各种修改，且本文所定义的通用原理可应用于其它实施方案而不背离本发明的精神或范围。因此，本发明并不意欲限于本文中所描述的实施方案，而是欲赋予其与本文中所揭示的原理及新颖特征相一致的最宽广范围。
Claims (27)
1.一种用于改进图像帧的对比度的系统，其包括：
控制模块，经配置以进行以下操作
确定具有多个像素的图像的直方图表示，每一像素具有在强度值范围内的强度值，所述直方图包含所述图像的具有针对所述强度值范围中的每一强度值的强度值的像素的数目；
定义跨越所述图像的所述直方图的所述强度值范围的至少一部分间隔开的一组标记，每一标记具有相关联混合因子；
基于至少一个标记混合因子而确定所述图像的每一像素的像素混合因子；
确定每一像素的第一均衡化像素输出值；及
计算所述图像的每一像素的最终均衡化像素输出值，每一像素的所述最终均衡化像素输出值基于所述像素的所述像素混合因子、所述像素的所述第一均衡化像素输出值，以及所述像素的原始像素值。
2.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括成像装置，所述成像装置包括成像传感器。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制模块为用于移动装置的相机应用程序的组件。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述标记跨越所述强度值范围等距间隔开。
5.根据权利要求1所述的系统，其中针对特定像素，所述像素混合因子基于内插两个邻近标记的所述混合因子。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制模块经进一步配置以对所述图像的每一像素执行对比度受限的直方图均衡化以获得每一像素的第一均衡化像素输出值。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制模块经进一步配置以将随机噪声值加总到每一像素的所述最终均衡化像素输出值。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制模块经进一步配置以基于所述最终均衡化像素输出值而输出经修改的图像。
9.根据权利要求1所述的系统，其中强度值范围的低强度值区域中所定义的混合因子具有比所述直方图的高强度值区域中所定义的所述混合因子高的权重。
10.根据权利要求1所述的系统，其中每一标记的所述混合因子至少部分地基于环境光水平。
11.一种用于改进图像帧的对比度的方法，其包括：
确定具有多个像素的图像的直方图表示，每一像素具有在强度值范围内的强度值，所述直方图包含所述图像的具有针对所述强度值范围中的每一强度值的强度值的像素的数目；
定义跨越所述图像的所述直方图的所述强度值范围的至少一部分间隔开的一组标记，每一标记具有相关联混合因子；
基于至少一个标记混合因子而确定所述图像的每一像素的像素混合因子；
确定每一像素的第一均衡化像素输出值；及
计算所述图像的每一像素的最终均衡化像素输出值，每一像素的所述最终均衡化像素输出值基于所述像素的所述像素混合因子、所述像素的所述第一均衡化像素输出值，以及所述像素的原始像素值。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述标记沿着所述强度值范围等距间隔开。
13.根据权利要求11所述的方法，其中针对特定像素，所述像素混合因子基于内插两个邻近标记的所述混合因子。
14.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：对所述图像的每一像素执行对比度受限的直方图均衡化以获得每一像素的第一均衡化像素输出值。
15.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：添加随机噪声因子以将随机噪声值加总到每一像素的所述最终均衡化像素输出值。
16.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：基于所述最终均衡化像素输出值而输出经修改的图像。
17.根据权利要求11所述的方法，其中定义跨越所述图像的所述直方图表示的所述强度值范围的至少一部分间隔开的一组标记为至少部分地由环境光水平确定。
18.根据权利要求11所述的方法，其中确定每一标记的混合因子为至少部分地由环境光水平确定。
19.一种用于改进图像帧的对比度的设备，其包括：
用于确定具有多个像素的图像的直方图表示的装置，每一像素具有在强度值范围内的强度值，所述直方图包含所述图像的具有针对所述强度值范围中的每一强度值的强度值的像素的数目；
用于定义跨越所述图像的所述直方图的所述强度值范围的至少一部分间隔开的一组标记的装置，每一标记具有相关联混合因子；
用于基于至少一个标记混合因子而确定所述图像的每一像素的像素混合因子的装置；
用于确定每一像素的第一均衡化像素输出值的装置；及
用于计算所述图像的每一像素的最终均衡化像素输出值的装置，每一像素的所述最终均衡化像素输出值基于所述像素的所述像素混合因子、所述像素的所述第一均衡化像素输出值，以及所述像素的原始像素值。
20.一种非暂时性计算机可读媒体，其存储指令，所述指令在被执行时致使至少一个物理计算机处理器执行用于改进图像帧的对比度的方法，所述方法包括：
确定具有多个像素的图像的直方图表示，每一像素具有在强度值范围内的强度值，所述直方图包含所述图像的具有针对所述强度值范围中的每一强度值的强度值的像素的数目；
定义跨越所述图像的所述直方图表示的所述强度值范围的至少一部分间隔开的一组标记，每一标记具有相关联混合因子；
基于至少一个标记混合因子而确定所述图像的每一像素的像素混合因子；
确定每一像素的第一均衡化像素输出值；及
计算所述图像的每一像素的最终均衡化像素输出值，每一像素的所述最终均衡化像素输出值基于所述像素的所述像素混合因子、所述像素的所述第一均衡化像素输出值，以及所述像素的原始像素值。
21.根据权利要求20所述的非暂时性计算机可读媒体，其中所述标记跨越所述强度值范围等距间隔开。
22.根据权利要求20所述的非暂时性计算机可读媒体，其中针对特定像素，所述像素混合因子基于内插两个邻近标记的所述混合因子。
23.根据权利要求20所述的非暂时性计算机可读媒体，其进一步包括对所述图像的每一像素执行对比度受限的直方图均衡化以获得每一像素的第一均衡化像素输出值。
24.根据权利要求20所述的非暂时性计算机可读媒体，其进一步包括将随机噪声值加总到每一像素的所述最终均衡化像素输出值。
25.根据权利要求20所述的非暂时性计算机可读媒体，其进一步包括：基于所述最终均衡化像素输出值而输出经修改的图像。
26.根据权利要求20所述的非暂时性计算机可读媒体，其中定义跨越所述图像的所述直方图表示的所述强度值范围的至少一部分间隔开的一组标记为至少部分地由环境光水平确定。
27.根据权利要求20所述的非暂时性计算机可读媒体，其中确定每一标记的混合因子为至少部分地由环境光水平确定。
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