CN107709096B - 用于处理流式传输视频图像以校正经调幅光的闪变的系统和方法 - Google Patents

用于处理流式传输视频图像以校正经调幅光的闪变的系统和方法 Download PDF

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Abstract

提供一种用于配备有相机的车辆的显示系统，所述相机用于供应所述车辆后方的场景的流式传输视频图像。所述显示系统包括：图像处理单元，其用于接收所述流式传输视频图像并且处理所述流式传输视频图像；和显示器，其用于显示所述经处理流式传输视频图像。为了执行所述流式传输视频图像的处理，所述图像处理单元被配置以：检测所述流式传输视频图像中的经调幅光源，将所述所检测的经调幅光源分类成数种可能的分类中的一个，基于所述经调幅光源的所述分类选择检测到闪变的经调幅光源的所述流式传输视频图像，以及修改所述选定流式传输视频图像以校正所述选定流式传输视频图像中的任何经调幅光源的闪变。

Description

用于处理流式传输视频图像以校正经调幅光的闪变的系统和 方法
背景技术
本发明大体上涉及处理流式传输到显示器的视频图像，且更具体来说，涉及处理车辆外部的场景的流式传输视频图像。在一些实施例中，本发明甚至更具体地涉及处理从车辆中的充当后视镜的替代物的面向后相机获得的流式传输到显示器的视频图像。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种用于配备有相机的车辆的显示系统，所述相机用于供应所述车辆后方的场景的流式传输视频图像。所述显示系统包括：图像处理单元，其用于接收所述流式传输视频图像并且处理所述流式传输视频图像；以及显示器，其用于显示所述经处理流式传输视频图像。为了执行所述流式传输视频图像的处理，所述图像处理单元被配置以：检测所述流式传输视频图像中的经调幅光源，将所述所检测的经调幅光源分类成数种可能的分类中的一个，基于所述经调幅光源的所述分类选择检测到闪变的经调幅光源的所述流式传输视频图像，以及修改所述选定流式传输视频图像以校正所述选定流式传输视频图像中的任何经调幅光源的闪变。
根据本发明的一个方面，提供一种显示系统，包括：图像处理单元，其用于接收流式传输视频图像并且处理所述流式传输视频图像；以及示器，其用于显示所述经处理流式传输视频图像。为了执行所述流式传输视频图像的处理，所述图像处理单元被配置以：检测所述流式传输视频图像中的经调幅光源，将所述所检测的经调幅光源分类为至少两类，其中第一类的所检测经调幅光源具有当人类直接观察时所述人类不能察觉的闪变，且第二类的所检测经调幅光源具有当人类直接观察时所述人类能察觉的闪变，通过所述流式传输视频图像的图像帧跟踪所述所检测的经调幅光源，以及通过取代表示分类于所述第一类中的所述所检测的经调幅光源中的每一个的像素，修改检测到分类于所述第一类中的经调幅光源的所述流式传输视频图像，使得表示所述所检测的经调幅光源的所述像素总是处于使得当显示所述经处理流式传输视频图像时，分类于所述第一类中的所述所检测的经调幅光源中的每一个显得不具有能察觉闪变的状态下。
根据本发明的一个方面，提供一种处理流式传输视频图像的方法，包括：检测所述流式传输视频图像中的经调幅光源；将所述所检测的经调幅光源分类为至少两类，其中第一类的所检测经调幅光源具有当人类直接观察时所述人类不能察觉的闪变，且第二类的所检测经调幅光源具有当人类直接观察时所述人类能察觉的闪变；通过所述流式传输视频图像的图像帧跟踪所述所检测的经调幅光源；以及通过取代表示分类于所述第一类中的所述所检测的经调幅光源中的每一个的像素，修改检测到分类于所述第一类中的经调幅光源的所述流式传输视频图像，使得表示所述所检测的经调幅光源的所述像素总是处于使得当显示所述经处理流式传输视频图像时，分类于所述第一类中的所述所检测的经调幅光源中的每一个显得不具有能察觉闪变的状态下。
通过参考以下说明书、权利要求书和附图，所属领域的技术人员将进一步理解和掌握本发明的这些和其它特征、优点和目的。
附图说明
在附图中：
图1是根据本发明的实施例的成像系统的框图；
图2是展示图1中展示的图像处理单元执行的方法步骤的流程图；
图3是其中可实施成像系统的车辆的剖示平面视图；
图4A是其中可实施成像系统的各个部件的车辆后视总成的前和侧透视图；以及
图4B是图4A中展示的车辆后视总成的前正视图。
具体实施方式
现将详细参考本发明的优选实施例，在附图中说明优选实施例的实例。在可能的情况下，相同参考数字标号将在整个附图中用于指代相同或类似的部分。在附图中，为了强调和便于理解，所绘出的结构构件未按比例绘制并且某些部件相对于其它部件被放大。
当正在被成像的物体是经调幅(amplitude modulated，AM)光源时，在再现从成像器捕获的流式传输视频数据时发生普遍问题。此类型的光源的非常常见的实例是以某一周期性速率脉冲式接通/关断的光源，如构造有发光二极管(light emitting diodes，LED)的车灯总成，其中LED经脉宽调制(pulse-width-modulated，PWM)，所述脉宽调制是可能的调幅方法的子集。PWM周期和工作循环引起LED以某一周期性速率接通和关断，且拍摄此灯总成的流式传输图像的相机将捕获连续图像，其中LED可在一个或多个连续图像中‘接通’，并且接着在一个或多个后续图像中‘关断’。AM光源的其它实例包括应急车辆上的闪光灯(其也可包括PWM LED)、车辆上的转向信号，或隧道或停车库中的荧光源。
对于上文所列的多数示范性AM光源，光源的人类观察者不会察觉‘接通/关断’模式中的任何闪变，这是由于接通/关断模式的频率高于人类视觉系统能察觉的频率(PWMLED前灯/尾灯总成是主要实例)。但在用电子相机系统使AM光元件成像时，当在成像器阵列中以特定像素捕获光元件时使用的曝光时间、帧速率和快门方案(卷帘或全局)可造成展示此像素的一些图像是对光元件的‘接通’状态的成像，且展示此像素的连续图像捕获光元件的‘关断’状态。在尝试将这些图像再现到显示器时，在某一显示帧速率下，显示系统可最终向人类观察者呈现可辨别为‘闪变’光的‘接通/关断’模式。
图1展示根据第一实施例的图像系统10。如所展示，图像系统10包括相机26和显示系统12，所述相机捕获场景的图像并且输出场景的流式传输视频图像，所述显示系统包括图像处理单元30和显示器32，所述图像处理单元接收流式传输视频图像并处理所述图像(如下文详细地论述)并且输出经处理流式传输视频图像，所述显示器显示经处理流式传输视频图像。
本说明书中描述的方法和处理顺序意在缓解再现的AM前灯和尾灯(尤其是指PWMLED总成，但不限于所述技术的照明)中所见的‘闪变’现象。如下文所描述，可在上面实施这些方法的平台是汽车镜替换系统的部分，其中车镜替换为相机(透镜加数字成像器)26、图像处理单元(串行处理器和/或ASIC/FPGA)30和电子显示器(LCD/LED面板)32。本说明书中所描述的方法可并入于上述系统10中的图像处理单元30中。如图2中所示，可以以下序列执行所述方法步骤(如将在图像处理单元30上所发生)：1)接收流式传输视频图像(步骤100)；2)检测一系列流式传输视频图像中的PWM LED(或AM)光(步骤102)；3)将PWM LED(或AM)元件(其为前灯或尾灯总成的部分)从具有时变亮度级的场景中的其它照明物体(例如，应急车辆灯)中区分/分类(步骤104)；4)跟踪随时间的脉冲式光(步骤106)；5)以适于特定类型的光源的方式校正与这些再现的光相关联的闪变伪影(步骤108)；以及6)将经处理视频流式传输图像供应到显示器32(步骤110)。下文详述用于这些步骤中的每一个的可能技术。
存在用于执行涉及检测所捕获图像序列中的时变光的步骤102的多种方法。在后视镜替换系统(基于电子相机26、图像处理单元30和显示系统32)的问题区域中，可能需要检测的PWM LED光是源自车辆前灯和尾灯系统的光。这些光与和配备有镜替换系统的车辆在同一道路上的车辆相关。因此，道路检测可能影响所关注的PWM LED光的搜索空间，其中自动瞄准或车道检测系统可使光搜索空间变窄为检测的道路边界(来自车道检测系统)上方，或围绕扩展焦点(来自自动瞄准系统)并且与静止非车辆光源区分开的竖直区。在此减小的搜索空间中，方法存在于现有高光束控制系统中以检测PWM LED光，如在共同拥有的美国专利案第6,587,573、6,593,698、6,611,610、6,631,316、6,653,614、6,728,393、6,774,988、6,861,809、6,906,467、6,947,577、7,321,112、7,417,221、7,565,006、7,567,291、7,653,215、7,683,326、7,881,839、8,045,760、8,120,652和8,543,254号中所公开的内容。
另外，例如帧抵消法等检测方法可用于检测时变光源，其中连续图像彼此抵消以产生时间差图。接着由例程(实施于软件中或ASIC/FPGA网状架构中)处理所得的图，所述例程执行定限和/或过滤的某一组合以识别图中两个源图像之间存在显著的像素亮度改变的空间区域。差数据的绝对值指示帧之间像素强度改变的幅值，且差数据的正负号指示帧之间像素值的改变是否与光源增亮或变暗相关联。用以产生这些时间差图的帧数据可为来自拜耳图案化图像的原始数据、从图像提取的明度数据，或从图像处理路径提取的某一其它图像形式。在典型道路场景中，一对帧(参考单个像素位置)之间的像素值的最显著增量往往会与从极其明亮变成完全关断的PWM LED(AM)光有关。运动伪影也可造成像素位置处图像值的时间改变，但在车辆所成像的道路的搜索空间中，此运动是相当小的，这是因为与车辆动力学相比，图像捕获速率是快速的，且与不产生其自有照明的物体有关的亮度改变也相当地减少(在第一帧中以像素将车辆车身成像为下一帧中的车辆保险杆的部分不会产生如PWM LED以其开/关定序呈现的一样显著的照度改变)。
检测AM光的存在的其它方法可受成像器实施方案影响，其中一些成像器可供应有关场景亮度是否在像素曝光时间期间改变状态(尤其针对例如HDR CMOS成像器的成像器)的信息(到像素层级)。
如下文所描述，用于正确地再现脉冲式光的方法往往会落在添加图像内容以‘增亮’脉冲式光位置达当光被捕获为‘关断’时的持续时间且解决由光的时变性质引发的不正确色彩测量的分类中。应用分类操作(步骤104)以区分引入亮度和/或色彩误差的时变光源的类型。为了确保仅校正所要脉冲式光(且并非例如运动伪影)，可执行光源分类以影响校正步骤108。将PWM LED光分类的方法在例如共同拥有的美国专利案第6,587,573、6,593,698、6,611,610、6,631,316、6,653,614、6,728,393、6,774,988、6,861,809、6,906,467、6,947,577、7,321,112、7,417,221、7,565,006、7,567,291、7,653,215、7,683,326、7,881,839、8,045,760、8,120,652和8,543,254号中所公开的高光束控制系统中是已知的。但存在使用时间改变、色彩、亮度和位置的其它选项。通过在相机系统中使用拜耳图案化高动态范围(High Dynamic Range，HDR)成像器极大地促进将亮度和色彩用于分类的选项，这是由于明亮的物体不用HDR成像器进行饱和，且可将拜耳图案成分去马赛克以确定非常亮的光的色彩。将车辆分类的物体检测系统也可用以通过将搜索窗户限制于与识别的车辆相关联的区域，影响PWM LED前灯/尾灯的分类。
基本上，所述分类可用以将当直接观察光时人类能察觉的闪变光与当直接观察所述光时人类不能察觉为闪变的光区分开。因此，可基于此分类选择性地修改光源的图像，使得光源将在显示的场景显得与其原本呈现给直接观察光的人类一样。
可使用如例如共同拥有的美国专利案第6,587,573、6,593,698、6,611,610、6,631,316、6,653,614、6,728,393、6,774,988、6,861,809、6,906,467、6,947,577、7,321,112、7,417,221、7,565,006、7,567,291、7,653,215、7,683,326、7,881,839、8,045,760、8,120,652、8,543,254和9,185,363号中所公开的已知高光束控制系统中所描述的跟踪车辆光的技术执行脉冲式光的时间跟踪的步骤(步骤106)。当选择性地修改图像以便增亮对应于所述经修改图像中的闪变光源的期望位置的像素时，此时间和空间跟踪是有用的。
步骤108涉及解析光闪变以再现于显示器32上。对于需要定址以供识别的显示器闪变减少的AM(或脉冲式)光，闪变减少的方法可通过用对应于与‘接通’情境相关联的层级的值取代低像素值(来自‘关断’情境)执行。像素值替换可在原始层级(与置换的像素相关联的拜耳图案色彩)处或在处理子系统中的稍后处理步骤处执行。在去马赛克后步骤处执行像素替换具有优势，且可通过产生红色、绿色和蓝色成分的正确平衡，保留用于PWM光的色彩。为了当正在执行像素取代时维持AM光物体的所显示边界，一些图像处理步骤可用以通过使用步骤106的跟踪信息和物体形状检测例程预测即将到来的帧中的物体轮廓。
或者，来自检测步骤的时间差图可用以界定将被替代的像素区(由于其表示具有帧之间的改变状态的像素)，可能具有从使用并入有不止一个两帧差的图得到更好的结果。此方法的一个可能实施方案将涉及产生跨越帧序列的像素值的差图(依据位置)，在N帧序列中的最高M值(M小于N)的平均值超过某一阈值的情况下，用所述最高M值的平均值替换已确定为产生脉冲式PWM LED光的图像的像素值。如果使用总图像照度和物体色彩的分析，那么此替换方法还可用以替换PWM LED检测、分类、跟踪和替换。
面向前的转向信号是可使用本说明书中公开的构想检测、分类和校正的时变光源的一个实例。不同于PWM光，其在成像器上的行间值可归因于拍频而大不相同，转向信号的频率显著低于相机的帧速率(1到2Hz相较于15到120Hz)。这造成以转向信号的频率接通和关断的光区域。光的边界内的此空间一致性结合指示转向信号和浅黄色色调的所检测频率可允许光作为所跟踪的转向信号的分类。一旦系统知晓其所属的光类别，所述系统便可通过增加其黄色饱和度来将其固定，从而产生更大的视觉吸引力，但保持其接通/关断行为。
PWM LED尾灯是难以正确地成像和视觉化的物体，这是因为其与背景相比通常相对不明亮。另外，对于卷帘快门相机，每一行像素可具有明显不同的亮度层级，并且这可由拜耳过滤器的空间效果加剧，从而导致色度和照度两者中的多个伪影。然而，这些行间变化、局部色彩广泛不同以及色彩和强度在帧与帧之间改变很大等特性以及图像位置、较亮红色像素优势、朝向扩展焦点运动、对光调制进行频率估计等其它特性中的一些可允许以高准确度对这些光进行分类。可通过在从所检测的范围选择照度时使色彩为均匀饱和的红色来执行使PWM LED尾灯固定，这最终将是在视觉上吸引人的并且移除了刺眼的伪影。
现参考图3，展示上述实施例的车辆实施方案的示意图。展示操作者22驾驶的车辆20。一个或多个相机26用来观察场景24。在所展示的实例中，场景24通常在车辆20后方。然而，相机26可以多种方式取向为观察围绕车辆20的包括(但不限于)侧面、后方、前方、底部、顶部和内部的其它位置处的场景。在所展示的实例中，表示场景的信号经由通道28发送到图像处理单元30。图像处理单元30在一个或多个显示器32上产生场景24的增强图像。来自任选的环境光传感器34和一个或多个直接眩光传感器36的输入也可用于图像处理单元30。
在尤其有用的实施例中，用具有覆盖宽视场到后方和侧面的相机26的成像系统10扩增或替换后视总成50(图4A和4B)，使得可看见在车辆20正后方的行人或其它物体，并且因此可看见从侧面迎面而来的交通流。所述系统经设计使得当向后退出停车场时，可在向后退到通行车道中之前看见迎面而来的车辆。这需要相机系统26具有约180°视场或靠近车辆后部安装数个相机系统26。具有靠近车辆20的前部安装的一个或多个相机26的类似系统适于在进入十字路口交通的通行车道之前观察“盲区”交叉口处的十字路口交通。这些都是本发明的所需应用，其增补常规后视镜的观察功能。
图4A和4B展示具有外壳54的后视总成50的实例，所述外壳具有显示器32和定位在显示器32前方的任选的镜元件52。可视需要提供用户开关56，其用于使镜元件52和/或显示器32倾斜以当启用时减少显示器32上的眩光。此后视总成50的实例是已知的并在共同拥有的美国专利申请公开案第2015/0219967 A1、2015/0266427 A1和2015/0277203 A1号中公开。任选的环境光传感器34和直接眩光传感器36可并入于如所属领域中已知的后视总成50中。此外，图像处理单元30可安置于后视总成50中。后视总成50可为如图4A和4B中所示的内部后视总成，或可为外部后视总成。
以上描述仅视为对优选实施例的描述。所属领域的技术人员以及制作或使用本发明的技术人员可以对所述优选实施例做出修改。因此，应当理解，在附图中示出且在上文描述的实施例仅用作说明的目的，并不旨在限制本发明的范围，本发明的范围由根据专利法的原则和其等效教义来解释的权利要求进行定义。

Claims (15)

1.一种用于配备有相机的车辆的显示系统，所述相机用于供应所述车辆后方的场景的流式传输视频图像，所述显示系统包括：
图像处理单元，其用于接收所述流式传输视频图像并且处理所述流式传输视频图像；以及
显示器，其用于显示所述经处理流式传输视频图像，
其中为了执行所述流式传输视频图像的处理，所述图像处理单元被配置以：
检测所述流式传输视频图像中的经调幅光源，
将所述所检测的经调幅光源分类成数种可能的分类中的一个，所述数种可能的分类至少包括第一类和第二类，其中所述第一类的所检测的经调幅光源具有当人类直接观察时所述人类不能察觉的闪变，且所述第二类的所检测的经调幅光源具有当人类直接观察时所述人类能察觉的闪变，并且
为了显示的目的，基于所述经调幅光源的所述分类不同地处理所述所检测的经调幅光源，包括：
选择检测到在所述第一类中的经调幅光源的所述流式传输视频图像，
修改所述选定流式传输视频图像以校正所述选定流式传输视频图像中在所述第一类中的任何经调幅光源的闪变，其中所述图像处理单元修改所述选定流式传输视频图像，使得表示所述所检测的经调幅光源中的每一个的像素维持在使得当显示所述经处理流式传输视频图像时，由所述像素表示的所述所检测的经调幅光源中的每一个显得不具有能察觉闪变的状态下，其中通过来自接通周期的较高像素值取代来自关断周期的低像素值，维持所述所检测的经调幅光源中的每一个，以及
不修改所述流式传输视频图像以校正来自分类于第二类中的经调幅光源的闪变，以使得在所述第二类中的光源显得具有能察觉闪变。
2.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述图像处理单元被进一步配置以通过所述流式传输视频图像的图像帧跟踪所述所检测的经调幅光源。
3.根据权利要求2所述的显示系统，其中所述图像处理单元修改所述选定流式传输视频图像，使得表示所述所检测的经调幅光源中的每一个的所述像素维持在使得当显示所述经处理流式传输视频图像时，由所述像素表示的所述所检测的经调幅光源中的每一个显得不具有能察觉闪变并且基于所述跟踪所述所检测的经调幅光源中的每一个在所述流式传输视频图像中的期望位置处出现的状态下。
4.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的显示系统，其中所述图像处理单元不修改所述流式传输视频图像以校正来自分类为转向信号或应急车辆光的光源的闪变。
5.根据权利要求1所述的显示系统，其中通过取代表示分类于所述第一类中的所述所检测的经调幅光源中的每一个的像素，修改检测到分类于所述第一类中的经调幅光源的所述流式传输视频图像，使得表示所述所检测的经调幅光源中的每一个的所述像素总是处于使得当显示所述经处理流式传输视频图像时分类于所述第一类中的所述所检测的经调幅光源显得不具有能察觉闪变的状态下。
6.根据权利要求1或5所述的显示系统，其中所述图像处理单元在所述光源的所述闪变的频率高于阈值频率时，将所述所检测的经调幅光源分类于所述第一类中，并且在所述光源的所述闪变的频率低于所述阈值频率时，将所述所检测的经调幅光源分类于所述第二类中。
7.一种用于安装到车辆的后视总成，所述后视总成包括根据权利要求1到6中任一权利要求所述的的显示系统。
8.一种显示系统，包括：
图像处理单元，其用于接收流式传输视频图像并且处理所述流式传输视频图像；以及
显示器，其用于显示所述经处理流式传输视频图像，
其中为了执行所述流式传输视频图像的处理，所述图像处理单元被配置以：
检测所述流式传输视频图像中的经调幅光源，
将所述所检测的经调幅光源分类为至少两类，其中第一类的所检测经调幅光源具有当人类直接观察时所述人类不能察觉的闪变，且第二类的所检测经调幅光源具有当人类直接观察时所述人类能察觉的闪变，以及
基于所述经调幅光源的所述分类不同地处理所述所检测的经调幅光源，包括：
通过所述流式传输视频图像的图像帧跟踪所述所检测的经调幅光源，
通过取代表示分类于所述第一类中的所述所检测的经调幅光源中的每一个的像素，修改检测到分类于所述第一类中的经调幅光源的所述流式传输视频图像，使得表示所述所检测的经调幅光源的所述像素总是处于使得当显示所述经处理流式传输视频图像时分类于所述第一类中的所述所检测的经调幅光源中的每一个显得不具有能察觉闪变的状态下，以及
不修改所述流式传输视频图像以校正来自分类于所述第二类中的经调幅光源的闪变，以便所述第二类中的光源显得具有能察觉闪变。
9.根据权利要求8所述的显示系统，其中所述图像处理单元在所述光源的所述闪变的频率高于阈值频率时，将所述所检测的经调幅光源分类于所述第一类中，并且在所述光源的所述闪变的频率低于所述阈值频率时，将所述所检测的经调幅光源分类于所述第二类中。
10.根据权利要求9所述的显示系统，其中通过用来自接通周期的较高像素值取代来自关断周期的低像素值，维持所述所检测的经调幅光源中的每一个。
11.根据权利要求8所述的显示系统，其中分类于所述第二类中的光源包括转向信号和应急车辆光。
12.一种用于安装到车辆的后视总成，所述后视总成包括根据权利要求8到11中任一权利要求所述的显示系统。
13.一种处理流式传输视频图像的方法，包括：
检测所述流式传输视频图像中的经调幅光源；
将所述所检测的经调幅光源分类为至少两类，其中第一类的所检测经调幅光源具有当人类直接观察时所述人类不能察觉的闪变，且第二类的所检测经调幅光源具有当人类直接观察时所述人类能察觉的闪变；
为了显示的目的，基于所述经调幅光源的所述分类不同地处理所述所检测的经调幅光源，包括：
通过所述流式传输视频图像的图像帧跟踪所述所检测的经调幅光源；以及
通过取代表示分类于所述第一类中的所述所检测的经调幅光源中的每一个的像素，修改检测到分类于所述第一类中的经调幅光源的所述流式传输视频图像，使得表示所述所检测的经调幅光源的所述像素总是处于使得当显示所述经处理流式传输视频图像时分类于所述第一类中的所述所检测的经调幅光源中的每一个显得不具有能察觉闪变的状态下，以及
不校正分类于所述第二类中的经调幅光源的闪变，以便所述第二类中的光源显得具有能察觉闪变。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述所检测的经调幅光源当所述光源的所述闪变的频率高于阈值频率时分类于所述第一类中，并且当所述光源的所述闪变的频率低于所述阈值频率时分类于所述第二类中。
15.根据权利要求13所述的方法，其中分类于所述第二类中的光源包括转向信号和应急车辆光。
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