CN112308795A - 图像色彩断层的修复方法、系统、电子设备及存储介质 - Google Patents

图像色彩断层的修复方法、系统、电子设备及存储介质 Download PDF

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    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
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Abstract

本发明公开了一种图像色彩断层的修复方法、系统、电子设备及存储介质。修复方法包括：设置滑动窗口；读取原始图像中位于目标区域的像素点的灰阶值；对位于滑动窗口前N行的像素点的灰阶值进行比特位扩展与修复处理；判断目标区域的最后N行是否包括原始图像的最后一行；若否，则将滑动窗口向下移动N行，读取原始图像位于目标区域最后N行的像素点的灰阶值，执行对位于滑动窗口前N行的像素点的灰阶值进行比特位扩展与修复处理的步骤。本发明无需缓存完整的原始图像即可进行修复减少了缓存的使用，每次仅对一行的像素点进行灰阶值修复处理并直接输出修复结果，减少了对内存带宽的占用并能够大幅提高修复速度。

Description

图像色彩断层的修复方法、系统、电子设备及存储介质
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种图像色彩断层的修复方法、系统、电子设备及存储介质。
背景技术
随着数字设备屏幕技术的进步和网络带宽的增加，大部分设备已经可以显示和储存传输更高色深的图像。但是，仍然有很多图像还停留在较低色深的阶段，当用高色深的屏幕显示低色深的图像时，就会出现很多问题，色彩断层就是其中一种，具体地，色彩断层出现在图像中某些灰阶连续变化的区域并且这些色彩断层会造成画面内容的割裂进而严重影响到画面效果。例如，曾经广泛使用的RGB666格式图像(用0-63来表示色彩通道的亮度)，在8位色深(用0-255来表示色彩通道的亮度)的屏幕上直接显示时，就会出现画面灰暗的问题，为了能够充分利用屏幕的色深和亮度，需要对低色深的图像进行比特位扩展，将原来6位色深的图像扩展为8位色深的图像，但是，这样就会导致原来相差1的连续灰阶变成相差4的不连续灰阶，从而在画面上产生色彩断层。
当前，很多设备使用“比特复制”算法来对断层部分进行修复处理，以减轻图像色深扩展导致的色彩断层。具体地，首先将低色深的像素灰阶值左移n位，变成高色深的像素灰阶值，然后将高n位的数据复制并填充到低n位上。例如，6比特色深的像素灰阶值54用二进制表示为110110，向左移动两位，变成8比特色深11011000(十进制表示216)，之后将高2位的数字复制到低两位上，得到11011011(十进制表示219)，相邻灰阶值55用二进制表示为110111，用相同的方法处理后得到11011111(十进制表示223)，两个灰阶值经过比特复制后，由原来的相差1变成了相差4。从而，该算法存在的问题在于，仍然能够看到明显的灰阶变化。
对此，有些设备使用“空间自适应滤波器”算法来对断层部分进行修复处理，使断层区域获得较为平滑的过渡，以缓解比特位扩展造成的色彩断层。具体地，该算法首先会搜索原来低色深图像中灰阶相差1的“断层”，然后记录这些“断层”的位置，在对画面进行比特位扩展之后再根据前面记录的断层位置进行空间滤波，将这些断层区域进行平滑处理。较之“比特复制”算法，该算法虽然能够平滑色彩断层附近的像素，但是其需要从内存中缓存完整的图像数据才能输出修复结果，从而存在内存带宽与电路缓存要求较高且处理速度较慢的问题，此外，该算法的平滑效果取决于空间滤波器的大小，从而未能完全消除色彩断层。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中修复图像色彩断层的算法存在内存带宽与电路缓存要求较高且处理速度较慢的缺陷，提供一种图像色彩断层的修复方法、系统、电子设备及存储介质。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种图像色彩断层的修复方法，包括：
设置滑动窗口，所述滑动窗口的高度小于原始图像的高度，所述滑动窗口的宽度不小于所述原始图像的宽度；
读取所述原始图像中位于目标区域的像素点的灰阶值，所述目标区域包括所述滑动窗口向上一行与所述滑动窗口向下一行之间的图像区域；
对位于所述滑动窗口前N行的像素点的灰阶值进行比特位扩展与修复处理，其中，N为正整数；
判断所述目标区域的最后N行是否包括所述原始图像的最后一行；
若否，则将所述滑动窗口向下移动N行，读取所述原始图像位于所述目标区域最后N行的像素点的灰阶值，执行所述对位于所述滑动窗口前N行的像素点的灰阶值进行比特位扩展与修复处理的步骤。
较佳地，所述对位于所述滑动窗口前N行的像素点的灰阶值进行比特位扩展与修复处理的步骤的包括：
遍历所述目标区域中的像素点，搜索位置相邻且灰阶值相差1的像素点对，将所述像素点对中灰阶值较大的像素点记作第一像素点并将灰阶值较小的像素点记作第二像素点；
在第一地图中将与所述第一像素点位置相同的像素点的取值设置为1并将其他像素点的取值设置为无穷大；
在第二地图中将与所述第二像素点位置相同的像素点的取值设置为1并将其他像素点的取值设置为无穷大；
对位于所述滑动窗口前N行的像素点的灰阶值进行比特位扩展并根据位于所述第一地图和所述第二地图中前N行的像素点的取值进行修复；
其中，所述第一地图和所述第二地图均与所述滑动窗口同步移动，所述第一地图和所述第二地图的大小均与所述滑动窗口相同。
较佳地，在所述对位于所述滑动窗口前N行的像素点的灰阶值进行比特位扩展并根据位于所述第一地图和所述第二地图中前N行的像素点的取值进行修复的步骤之前还包括：
分别判断所述滑动窗口中除所述第一像素点之外的各个所述像素点是否为目标像素点；
若是，则将所述第一地图中与所述目标像素点位置相同的像素点的取值设置为当前值与第一中间值之间的较小值；
分别判断所述滑动窗口中除所述第二像素点之外的各个所述像素点是否为目标像素点；
若是，则将所述第二地图中与所述目标像素点位置相同的像素点的取值设置为当前值与第二中间值之间的较小值；
其中，所述第一中间值为所述第一地图中与所述目标像素点的匹配像素点位置相同的像素点的取值与1的和，所述第二中间值为所述第二地图中与所述目标像素点的匹配像素点位置相同的像素点的取值与1的和，所述匹配像素点与所述目标像素点位置相邻且灰阶值相等；
所述对位于所述滑动窗口前N行的像素点的灰阶值进行比特位扩展并根据位于所述第一地图和所述第二地图中前N行的像素点的取值进行修复的步骤包括：
根据所述第一地图和所述第二地图中与位于所述滑动窗口前N行的各待处理像素点位置相同的像素点的取值确定各待处理像素点对应的灰阶填充值；
对各待处理像素点的灰阶值进行比特位扩展并根据各待处理像素点的灰阶填充值进行修复。
较佳地，N的取值为1；
和/或，
所述根据所述第一地图和所述第二地图中与位于所述滑动窗口前N行的各待处理像素点位置相同的像素点的取值确定各待处理像素点对应的灰阶填充值的步骤包括：
根据下式计算灰阶填充值：
step_ratio[Pij]＝down_map[Pij]/(down_map[Pij]+up_map[Pij])
step_value[Pij]＝step_ratio[Pij]*2m
其中，Pij表示位于所述滑动窗口第i行第j列的像素点，down_map[Pij]表示所述第一地图中与像素点Pij位置相同的像素点的取值，up_map[Pij]表示所述第二地图中与像素点Pij位置相同的像素点的取值，step_value[Pij]表示像素点Pij对应的灰阶填充值，m表示比特位扩展的位数。
一种图像色彩断层的修复系统，包括：
设置模块，用于设置滑动窗口，所述滑动窗口的高度小于原始图像的高度，所述滑动窗口的宽度不小于所述原始图像的宽度；
读取模块，用于读取所述原始图像中位于目标区域的像素点的灰阶值，所述目标区域包括所述滑动窗口向上一行与所述滑动窗口向下一行之间的图像区域；
处理模块，用于对位于所述滑动窗口前N行的像素点的灰阶值进行比特位扩展与修复处理，其中，N为正整数；
判断模块，用于判断所述目标区域的最后N行是否包括所述原始图像的最后一行；
若否，则调用移动读取模块，用于将所述滑动窗口向下移动N行，读取所述原始图像位于所述目标区域最后N行的像素点的灰阶值，执行所述对位于所述滑动窗口前N行的像素点的灰阶值进行比特位扩展与修复处理的步骤。
较佳地，所述处理模块包括：
搜索单元，用于遍历所述目标区域中的像素点，搜索位置相邻且灰阶值相差1的像素点对，将所述像素点对中灰阶值较大的像素点记作第一像素点并将灰阶值较小的像素点记作第二像素点；
第一设置单元，用于在第一地图中将与所述第一像素点位置相同的像素点的取值设置为1并将其他像素点的取值设置为无穷大；
第二设置单元，用于在第二地图中将与所述第二像素点位置相同的像素点的取值设置为1并将其他像素点的取值设置为无穷大；
扩展修复单元，用于对位于所述滑动窗口前N行的像素点的灰阶值进行比特位扩展并根据位于所述第一地图和所述第二地图中前N行的像素点的取值进行修复；
其中，所述第一地图和所述第二地图均与所述滑动窗口同步移动，所述第一地图和所述第二地图的大小均与所述滑动窗口相同。
较佳地，所述处理模块还包括：
第一判断单元，用于分别判断所述滑动窗口中除所述第一像素点之外的各个所述像素点是否为目标像素点；
若是，则调用第三设置单元，用于将所述第一地图中与所述目标像素点位置相同的像素点的取值设置为当前值与第一中间值之间的较小值；
第二判断单元，用于分别判断所述滑动窗口中除所述第二像素点之外的各个所述像素点是否为目标像素点；
若是，则调用第四设置单元，用于将所述第二地图中与所述目标像素点位置相同的像素点的取值设置为当前值与第二中间值之间的较小值；
其中，所述第一中间值为所述第一地图中与所述目标像素点的匹配像素点位置相同的像素点的取值与1的和，所述第二中间值为所述第二地图中与所述目标像素点的匹配像素点位置相同的像素点的取值与1的和，所述匹配像素点与所述目标像素点位置相邻且灰阶值相等；
所述扩展修复单元包括：
确定子单元，用于根据所述第一地图和所述第二地图中与位于所述滑动窗口前N行的各待处理像素点位置相同的像素点的取值确定各待处理像素点对应的灰阶填充值；
扩展修复子单元，用于对各待处理像素点的灰阶值进行比特位扩展并根据各待处理像素点的灰阶填充值进行修复。
较佳地，N的取值为1；
和/或，
所述确定子单元具体用于根据下式计算灰阶填充值：
step_ratio[Pij]＝down_map[Pij]/(down_map[Pij]+up_map[Pij])
step_value[Pij]＝step_ratio[Pij]*2m
其中，Pij表示位于所述滑动窗口第i行第j列的像素点，down_map[Pij]表示所述第一地图中与像素点Pij位置相同的像素点的取值，up_map[Pij]表示所述第二地图中与像素点Pij位置相同的像素点的取值，step_value[Pij]表示像素点Pij对应的灰阶填充值，m表示比特位扩展的位数。
一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一种图像色彩断层的修复方法。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一种图像色彩断层的修复方法的步骤。
本发明的积极进步效果在于：本发明无需缓存完整的原始图像即可进行图像色彩断层的修复，减少了硬件电路中缓存的使用从而节约了成本，并且，本发明每次仅对位于滑动窗口前N行的像素点进行灰阶值的色深扩展与修复处理，减少了对内存带宽的占用，此外，本发明可以直接输出位于滑动窗口前N行的像素点的灰阶值处理结果，在能够大幅提高处理速度的同时，还能够实现对待色深扩展的原始图像的实时处理。
附图说明
图1为根据本发明实施例1的图像色彩断层的修复方法的流程图。
图2为根据本发明实施例1的图像色彩断层的修复方法中滑动窗口与目标区域的示意图。
图3为根据本发明实施例2的图像色彩断层的修复方法中步骤S3的流程图。
图4为根据本发明实施例2的图像色彩断层的修复方法中步骤S2得到的位于目标区域的像素点的灰阶值的示意图。
图5为根据本发明实施例2的图像色彩断层的修复方法中步骤S32得到的第一地图的示意图。
图6为根据本发明实施例2的图像色彩断层的修复方法中步骤S33得到的第二地图的示意图。
图7为根据本发明实施例2的图像色彩断层的修复方法的部分流程图。
图8为根据本发明实施例2的图像色彩断层的修复方法最终得到的第一地图的示意图。
图9为根据本发明实施例2的图像色彩断层的修复方法的另一部分流程图。
图10为根据本发明实施例2的图像色彩断层的修复方法最终得到的第二地图的示意图。
图11为根据本发明实施例2的图像色彩断层的修复方法中步骤S34的流程图。
图12为根据本发明实施例2的图像色彩断层的修复方法得到的step_ratio[Pij]的分布示意图。
图13为根据本发明实施例2的图像色彩断层的修复方法得到的灰阶填充值的分布示意图。
图14为根据本发明实施例2的图像色彩断层的修复方法得到的图4经2位比特位扩展的结果示意图。
图15为根据本发明实施例2的图像色彩断层的修复方法得到的图4经色深扩展与修复的结果示意图。
图16为根据本发明实施例3的图像色彩断层的修复系统的模块示意图。
图17为根据本发明实施例4的图像色彩断层的修复系统的模块示意图。
图18为根据本发明实施例5的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例提供一种图像色彩断层的修复方法，参照图1，本实施例的修复方法包括：
S1、设置滑动窗口；
S2、读取原始图像中位于目标区域的像素点的灰阶值；
S3、对位于滑动窗口前N行的像素点的灰阶值进行比特位扩展与修复处理；
S4、判断目标区域的最后N行是否包括原始图像的最后一行；
若是，则执行步骤S5；若否，则执行步骤S6；
S5、将滑动窗口向下移动N行，并执行步骤S3；
S6、将滑动窗口向下移动N行，读取原始图像位于目标区域最后N行的像素点的灰阶值，并执行步骤S3。
参照图2，在本实施例中，滑动窗口的高度小于原始图像的高度并且滑动窗口的宽度不小于原始图像的宽度，目标区域包括滑动窗口向上一行与滑动窗口向下一行之间的图像区域，并且有N为正整数。具体地，当原始图像的大小为L*C时，有滑动窗口的大小为LW*CW，其中，LW<L，CW>＝C；当滑动窗口涉及原始图像第a行至第b行时，有目标区域涉及原始图像第(a-1)行至第(b+1)行，并且有1<＝N<＝(a-b+1)。
在本实施例中，在对灰阶值进行比特位扩展之后可以采用“比特复制”算法、“空间自适应滤波器”算法等对色彩断层部分进行修复。进一步地，在采用“空间自适应滤波器”等依赖于色彩断层位置确定的算法时，假若仅仅读取原始图像中位于滑动窗口的像素点的灰阶值，则难以确定滑动窗口的第一行以及最后一行是否存在色彩断层，也即，难以确定是否存在两侧灰阶值相差1的边缘，而本实施例在读取位于滑动窗口的像素点的灰阶值之外，还读取位于滑动窗口向上一行以及向下一行的像素点的灰阶值，有利于确定滑动窗口的第一行以及最后一行是否存在色彩断层，进而能够将滑动窗口中存在的色彩断层全部搜索出来，避免遗漏。
在本实施例中，通过滑动窗口的向下移动，可以实现对原始图像的全部读取，进而实现对完整的原始图像的色深扩展与修复处理。具体地，在目标区域的最后N行包括原始图像的最后一行时，由于此时已经实现对原始图像全部像素点的灰阶值的读取，仅需将滑动窗口向下移动N行并对此时位于滑动窗口前N行的像素点的灰阶值进行比特位扩展与修复处理，直至实现对原始图像全部像素点的灰阶值的色深扩展与修复处理。
本实施例无需缓存完整的原始图像即可进行图像色彩断层的修复，减少了硬件电路中缓存的使用从而节约了成本，并且，本发明每次仅对位于滑动窗口前N行的像素点进行灰阶值的色深扩展与修复处理，减少了对内存带宽的占用，此外，本发明可以直接输出位于滑动窗口前N行的像素点的灰阶值处理结果，在能够大幅提高处理速度的同时，还能够实现对待色深扩展的原始图像的实时处理。进一步地，本实施例中滑动窗口的高度以及N的取值可以根据实际应用自定义设置，以期在节约电路开销和较佳画面效果之间达到平衡。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例提供一种图像色彩断层的修复方法。参照图3，本实施例中步骤S3具体包括：
S31、遍历目标区域中的像素点，搜索位置相邻且灰阶值相差1的像素点对。
在本实施例中，初次遍历目标区域时，读取的像素点即目标区域中的所有像素点，而往后对目标区域的遍历，由于目标区域中的部分像素点已然被读取，此时优选无需再次读取像素点以节约处理资源并提升处理速度，例如，在N取值为1时，则有在滑动窗口向下移动1行时，对应目标区域中仅最后1行的像素点未曾被读取。
在本实施例中，将像素点对中灰阶值较大的像素点记作第一像素点并将灰阶值较小的像素点记作第二像素点，例如在图4示出的目标区域中，像素点对包括：第一像素点P1和第二像素点P2，第一像素点P3和第二像素点P4。
S32、在第一地图中将与第一像素点位置相同的像素点的取值设置为1并将其他像素点的取值设置为无穷大；
S33、在第二地图中将与第二像素点位置相同的像素点的取值设置为1并将其他像素点的取值设置为无穷大。
在本实施例中，第一地图和第二地图均与滑动窗口同步移动，第一地图和第二地图的大小均与滑动窗口相同，也即，在滑动窗口的大小为LW*CW时，第一地图与第二地图的大小也为LW*CW，并且滑动窗口中的像素点分别与第一地图、第二地图中位置相同的像素点一一对应。
具体地，对于滑动窗口中位于第i行第j列的像素点Pxy，第一地图中有位于第i行第j列的像素点与之对应，第二地图中有位于第i行第j列的像素点与之对应，其中，i∈[1，2，……，LW]，j∈[1，2，……，CW]。进一步地，对于图4示出的滑动窗口，经步骤S32处理后得到的第一地图如图5所示，经步骤S33处理后得到的第二地图如图6所示。
S34、对位于滑动窗口前N行的像素点的灰阶值进行比特位扩展并根据位于第一地图和第二地图中前N行的像素点的取值进行修复。
在本实施例中，N优选取值为1，在对灰阶值进行比特位扩展之后可以采用“空间自适应滤波器”算法等对断层部分进行修复处理。进一步地，为了在色彩断层区域实现更加平滑的过渡，参照图7，本实施例在步骤S34之前还包括：
S81、分别判断滑动窗口中除第一像素点之外的各个像素点是否为目标像素点；
若是，则执行步骤S82；
S82、将第一地图中与目标像素点位置相同的像素点的取值设置为当前值与第一中间值之间的较小值；
其中，目标像素点的灰阶值与目标像素点的至少一个相邻像素点的灰阶值相等，第一中间值为第一地图中与目标像素点的匹配像素点位置相同的像素点的取值与1的和，匹配像素点与目标像素点位置相邻且灰阶值相等。
在本实施例中，可以根据实际应用自定义像素点的遍历路径，例如，可以按照从左到右的顺序逐行判断是否存在目标像素点。
在图4示出的滑动窗口中，对于像素点P5，其灰阶值与位于其下、左、右三个方向的相邻像素点的灰阶值均为50，有P5是目标像素点，位于目标像素点P5下、左、右三个方向的三个相邻像素点是目标像素点P5的匹配像素点；在图5示出的第一地图中，与目标像素点P5位置相同的像素点P5’的当前值为inf(无穷大)，与目标像素点P5的匹配像素点位置相同的像素点的取值为inf，所对应的第一中间值均为inf，从而将第一地图中与目标像素点P5位置相同的像素点P5’的当前值为inf。
对于像素点P6，是第一像素点，则无需判断其是否为目标像素点。
对于像素点P7，其灰阶值与位于其上、下、左、右四个方向的相邻像素点的灰阶值均为51，有P7是目标像素点，位于目标像素点P7上、下、左、右四个方向的四个相邻像素点是目标像素点P7的匹配像素点；在图5示出的第一地图中，与目标像素点P7位置相同的像素点P7’的当前值为inf，与目标像素点P7的匹配像素点位置相同的像素点的取值为1(上、左匹配像素点)和inf(右、下匹配像素点)，所对应的第一中间值分别为2和inf，从而将第一地图中与目标像素点P7位置相同的像素点P7’的当前值为2。
为了避免遗漏，在步骤S81-S82执行完毕后，可以再次执行步骤S81-S82，图4示出的滑动窗口所对应的第一地图的最终取值可以如图8所示。
参照图9，本实施例在步骤S34之前还包括：
S83、分别判断滑动窗口中除第二像素点之外的各个像素点是否为目标像素点；
若是，则执行步骤S84；
S84、将第二地图中与目标像素点位置相同的像素点的取值设置为当前值与第二中间值之间的较小值；
其中，第二中间值为第二地图中与目标像素点的匹配像素点位置相同的像素点的取值与1的和。
步骤S83-S84的执行与步骤S81-S82的执行相似，本实施例不再赘述，并且图4示出的滑动窗口所对应的第二地图的最终取值可以如图10所示。
进一步地，参照图11，本实施例中步骤S34具体可以包括：
S341、根据第一地图和第二地图中与位于滑动窗口前N行的各待处理像素点位置相同的像素点的取值确定各待处理像素点对应的灰阶填充值；
S342、对各待处理像素点的灰阶值进行比特位扩展并根据各待处理像素点的灰阶填充值进行修复。
其中，步骤S341具体可以根据下式计算灰阶填充值：
step_ratio[Pij]＝down_map[Pij]/(down_map[Pij]+up_map[Pij])
step_value[Pij]＝step_ratio[Pij]*2m
其中，Pij表示位于滑动窗口第i行第j列的像素点，并且有i的最大取值N，down_map[Pij]表示第一地图中与像素点Pij位置相同的像素点的取值，up_map[Pij]表示第二地图中与像素点Pij位置相同的像素点的取值，step_value[Pij]表示像素点Pij对应的灰阶填充值，m表示比特位扩展的位数。具体地，图4示出的滑动窗口所对应的step_ratio[Pij]的取值列表如图12所示，图4示出的滑动窗口所对应的step_value[Pij]的取值列表，也即，所对应的灰阶填充值的取值列表如图13所示。
相应地，步骤S342具体可以表示为：
Y[Pij]＝X[Pij]＜＜m+step_value[Pij]
其中，X[Pij]表示原始图像中像素点Pij在处理前的灰阶值，Y[Pij]表示原始图像中像素点Pij在处理后的灰阶值。对于图4示出的滑动窗口内的像素点的灰阶值，当N取值为滑动窗口的高度且m取值为2(例如，原始图像由6位色深扩展到8位色深)时，经比特位扩展后对应的中间结果如图14所示，将图14的比特位扩展的结果与图13中示出的灰阶填充值对应相加后得到的处理结果如图15所示。
由此，图4中低色深的原始图像中相差1的连续灰阶值，在基于本实施例进行色深扩展与修复后得到的图15中仍然是相差1的连续灰阶值，是以本实施例在实施例1易于电路实现、储存开销小、处理速度快的基础上，还能够完全消除由低色深图像向高色深图像扩展时产生的色彩断层，实现了色彩断层的平滑过渡。
实施例3
本实施例提供一种图像色彩断层的修复系统，参照图16，本实施例的修复系统包括：
设置模块1，用于设置滑动窗口；
读取模块2，用于读取原始图像中位于目标区域的像素点的灰阶值；
处理模块3，用于对位于滑动窗口前N行的像素点的灰阶值进行比特位扩展与修复处理；
判断模块4，用于判断目标区域的最后N行是否包括原始图像的最后一行；
若是，则调用移动模块5；若否，则调用移动读取模块6；
移动模块5，用于将滑动窗口向下移动N行，并调用处理模块3；
移动读取模块6，用于将滑动窗口向下移动N行，读取原始图像位于目标区域最后N行的像素点的灰阶值，并调用处理模块3。
亦参照图2，在本实施例中，滑动窗口的高度小于原始图像的高度并且滑动窗口的宽度不小于原始图像的宽度，目标区域包括滑动窗口向上一行与滑动窗口向下一行之间的图像区域，并且有N为正整数。具体地，当原始图像的大小为L*C时，有滑动窗口的大小为LW*CW，其中，LW<L，CW>＝C；当滑动窗口涉及原始图像第a行至第b行时，有目标区域涉及原始图像第(a-1)行至第(b+1)行，并且有1<＝N<＝(a-b+1)。
在本实施例中，在对灰阶值进行比特位扩展之后可以采用“比特复制”算法、“空间自适应滤波器”算法等对色彩断层部分进行修复。进一步地，在采用“空间自适应滤波器”等依赖于色彩断层位置确定的算法时，假若仅仅读取原始图像中位于滑动窗口的像素点的灰阶值，则难以确定滑动窗口的第一行以及最后一行是否存在色彩断层，也即，难以确定是否存在两侧灰阶值相差1的边缘，而本实施例在读取位于滑动窗口的像素点的灰阶值之外，还读取位于滑动窗口向上一行以及向下一行的像素点的灰阶值，有利于确定滑动窗口的第一行以及最后一行是否存在色彩断层，进而能够将滑动窗口中存在的色彩断层全部搜索出来，避免遗漏。
在本实施例中，通过滑动窗口的向下移动，可以实现对原始图像的全部读取，进而实现对完整的原始图像的色深扩展与修复处理。具体地，在目标区域的最后N行包括原始图像的最后一行时，由于此时已经实现对原始图像全部像素点的灰阶值的读取，仅需将滑动窗口向下移动N行并对此时位于滑动窗口前N行的像素点的灰阶值进行比特位扩展与修复处理，直至实现对原始图像全部像素点的灰阶值的色深扩展与修复处理。
本实施例无需缓存完整的原始图像即可进行图像色彩断层的修复，减少了硬件电路中缓存的使用从而节约了成本，并且，本发明每次仅对位于滑动窗口前N行的像素点进行灰阶值的色深扩展与修复处理，减少了对内存带宽的占用，此外，本发明可以直接输出位于滑动窗口前N行的像素点的灰阶值处理结果，在能够大幅提高处理速度的同时，还能够实现对待色深扩展的原始图像的实时处理。进一步地，本实施例中滑动窗口的高度以及N的取值可以根据实际应用自定义设置，以期在节约电路开销和较佳画面效果之间达到平衡。
实施例4
在实施例3的基础上，本实施例提供一种图像色彩断层的修复系统。参照图17，本实施例中处理模块3具体包括：
搜索单元31，用于遍历目标区域中的像素点，搜索位置相邻且灰阶值相差1的像素点对。
在本实施例中，初次遍历目标区域时，读取的像素点即目标区域中的所有像素点，而往后对目标区域的遍历，由于目标区域中的部分像素点已然被读取，此时优选无需再次读取像素点以节约处理资源并提升处理速度，例如，在N取值为1时，则有在滑动窗口向下移动1行时，对应目标区域中仅最后1行的像素点未曾被读取。
在本实施例中，将像素点对中灰阶值较大的像素点记作第一像素点并将灰阶值较小的像素点记作第二像素点，例如在图4示出的目标区域中，像素点对包括：第一像素点P1和第二像素点P2，第一像素点P3和第二像素点P4。
第一设置单元32，用于在第一地图中将与第一像素点位置相同的像素点的取值设置为1并将其他像素点的取值设置为无穷大；
第二设置单元33，用于在第二地图中将与第二像素点位置相同的像素点的取值设置为1并将其他像素点的取值设置为无穷大。
在本实施例中，第一地图和第二地图均与滑动窗口同步移动，第一地图和第二地图的大小均与滑动窗口相同，也即，在滑动窗口的大小为LW*CW时，第一地图与第二地图的大小也为LW*CW，并且滑动窗口中的像素点分别与第一地图、第二地图中位置相同的像素点一一对应。
具体地，对于滑动窗口中位于第i行第j列的像素点Pxy，第一地图中有位于第i行第j列的像素点与之对应，第二地图中有位于第i行第j列的像素点与之对应，其中，i∈[1，2，……，LW]，j∈[1，2，……，CW]。进一步地，对于图4示出的滑动窗口，经第一设置单元32处理后得到的第一地图如图5所示，经第二设置单元33处理后得到的第二地图如图6所示。
扩展修复单元34，用于对位于滑动窗口前N行的像素点的灰阶值进行比特位扩展并根据位于第一地图和第二地图中前N行的像素点的取值进行修复。
在本实施例中，N优选取值为1，在对灰阶值进行比特位扩展之后可以采用“空间自适应滤波器”算法等对断层部分进行修复处理。进一步地，为了在色彩断层区域实现更加平滑的过渡，参照图17，本实施例中处理模块3还包括：
第一判断单元，用于分别判断滑动窗口中除第一像素点之外的各个像素点是否为目标像素点；
若是，则第三设置单元82；
第三设置单元82，用于将第一地图中与目标像素点位置相同的像素点的取值设置为当前值与第一中间值之间的较小值；
其中，目标像素点的灰阶值与目标像素点的至少一个相邻像素点的灰阶值相等，第一中间值为第一地图中与目标像素点的匹配像素点位置相同的像素点的取值与1的和，匹配像素点与目标像素点位置相邻且灰阶值相等。
在本实施例中，可以根据实际应用自定义像素点的遍历路径，例如，可以按照从左到右的顺序逐行判断是否存在目标像素点。
在图4示出的滑动窗口中，对于像素点P5，其灰阶值与位于其下、左、右三个方向的相邻像素点的灰阶值均为50，有P5是目标像素点，位于目标像素点P5下、左、右三个方向的三个相邻像素点是目标像素点P5的匹配像素点；在图5示出的第一地图中，与目标像素点P5位置相同的像素点P5’的当前值为inf(无穷大)，与目标像素点P5的匹配像素点位置相同的像素点的取值为inf，所对应的第一中间值均为inf，从而将第一地图中与目标像素点P5位置相同的像素点P5’的当前值为inf。
对于像素点P6，是第一像素点，则无需判断其是否为目标像素点。
对于像素点P7，其灰阶值与位于其上、下、左、右四个方向的相邻像素点的灰阶值均为51，有P7是目标像素点，位于目标像素点P7上、下、左、右四个方向的四个相邻像素点是目标像素点P7的匹配像素点；在图5示出的第一地图中，与目标像素点P7位置相同的像素点P7’的当前值为inf，与目标像素点P7的匹配像素点位置相同的像素点的取值为1(上、左匹配像素点)和inf(右、下匹配像素点)，所对应的第一中间值分别为2和inf，从而将第一地图中与目标像素点P7位置相同的像素点P7’的当前值为2。
为了避免遗漏，在第一判断单元81与第三设置单元82调用完毕后，可以再次调用第一判断单元81与第三设置单元82，图4示出的滑动窗口所对应的第一地图的最终取值可以如图8所示。
参照图17，本实施例中处理模块3还包括：
第二判断单元，用于分别判断滑动窗口中除第二像素点之外的各个像素点是否为目标像素点；
若是，则调用第四设置单元84；
第四设置单元84，用于将第二地图中与目标像素点位置相同的像素点的取值设置为当前值与第二中间值之间的较小值；
其中，第二中间值为第二地图中与目标像素点的匹配像素点位置相同的像素点的取值与1的和。
第一判断单元83与第三设置单元84的调用与第一判断单元81与第三设置单元82的调用相似，本实施例不再赘述，并且图4示出的滑动窗口所对应的第二地图的最终取值可以如图10所示。
进一步地，参照图17，本实施例中扩展修复单元34具体可以包括：
确定子单元341，用于根据第一地图和第二地图中与位于滑动窗口前N行的各待处理像素点位置相同的像素点的取值确定各待处理像素点对应的灰阶填充值；
扩展修复子单元342，用于对各待处理像素点的灰阶值进行比特位扩展并根据各待处理像素点的灰阶填充值进行修复。
其中，确定子单元341具体可以根据下式计算灰阶填充值：
step_ratio[Pij]＝down_map[Pij]/(down_map[Pij]+up_map[Pij])
step_value[Pij]＝step_ratio[Pij]*2m
其中，Pij表示位于滑动窗口第i行第j列的像素点，并且有i的最大取值N，down_map[Pij]表示第一地图中与像素点Pij位置相同的像素点的取值，up_map[Pij]表示第二地图中与像素点Pij位置相同的像素点的取值，step_value[Pij]表示像素点Pij对应的灰阶填充值，m表示比特位扩展的位数。具体地，图4示出的滑动窗口所对应的step_ratio[Pij]的取值列表如图12所示，图4示出的滑动窗口所对应的step_value[Pij]的取值列表，也即，所对应的灰阶填充值的取值列表如图13所示。
相应地，扩展修复子单元342具体可以根据下式进行比特位扩展与修复：
Y[Pij]＝X[Pij]＜＜m+step_value[Pij]
其中，X[Pij]表示原始图像中像素点Pij在处理前的灰阶值，Y[Pij]表示原始图像中像素点Pij在处理后的灰阶值。对于图4示出的滑动窗口内的像素点的灰阶值，当N取值为滑动窗口的高度且m取值为2(例如，原始图像由6位色深扩展到8位色深)时，经比特位扩展后对应的中间结果如图14所示，将图14的比特位扩展的结果与图13中示出的灰阶填充值对应相加后得到的处理结果如图15所示。
由此，图4中低色深的原始图像中相差1的连续灰阶值，在基于本实施例进行色深扩展与修复后得到的图15中仍然是相差1的连续灰阶值，是以本实施例在实施例3易于电路实现、储存开销小、处理速度快的基础上，还能够完全消除由低色深图像向高色深图像扩展时产生的色彩断层，实现了色彩断层的平滑过渡。
实施例5
本实施例提供一种电子设备，电子设备可以通过计算设备的形式表现(例如可以为服务器设备)，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中处理器执行计算机程序时可以实现实施例1或2提供的图像色彩断层的修复方法。
图18示出了本实施例的硬件结构示意图，如图18所示，电子设备9具体包括：
至少一个处理器91、至少一个存储器92以及用于连接不同系统组件(包括处理器91和存储器92)的总线93，其中：
总线93包括数据总线、地址总线和控制总线。
存储器92包括易失性存储器，例如随机存取存储器(RAM)921和/或高速缓存存储器922，还可以进一步包括只读存储器(ROM)923。
存储器92还包括具有一组(至少一个)程序模块924的程序/实用工具925，这样的程序模块924包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
处理器91通过运行存储在存储器92中的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如本发明实施例1或2所提供的图像色彩断层的修复方法。
电子设备9进一步可以与一个或多个外部设备94(例如键盘、指向设备等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口95进行。并且，电子设备9还可以通过网络适配器96与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。网络适配器96通过总线93与电子设备9的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备9使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理器、外部磁盘驱动阵列、RAID(磁盘阵列)系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了电子设备的若干单元/模块或子单元/模块，但是这种划分仅仅是示例性的并非强制性的。实际上，根据本申请的实施方式，上文描述的两个或更多单元/模块的特征和功能可以在一个单元/模块中具体化。反之，上文描述的一个单元/模块的特征和功能可以进一步划分为由多个单元/模块来具体化。
实施例6
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现实施例1或2所提供的图像色彩断层的修复方法的步骤。
其中，可读存储介质可以采用的更具体可以包括但不限于：便携式盘、硬盘、随机存取存储器、只读存储器、可擦拭可编程只读存储器、光存储器件、磁存储器件或上述的任意合适的组合。
在可能的实施方式中，本发明还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述终端设备执行实现实施例1或2所述的图像色彩断层的修复方法的步骤。
其中，可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明的程序代码，所述程序代码可以完全地在用户设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户设备上部分在远程设备上执行或完全在远程设备上执行。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种图像色彩断层的修复方法，其特征在于，包括：
设置滑动窗口，所述滑动窗口的高度小于原始图像的高度，所述滑动窗口的宽度不小于所述原始图像的宽度；
读取所述原始图像中位于目标区域的像素点的灰阶值，所述目标区域包括所述滑动窗口向上一行与所述滑动窗口向下一行之间的图像区域；
对位于所述滑动窗口前N行的像素点的灰阶值进行比特位扩展与修复处理，其中，N为正整数；
判断所述目标区域的最后N行是否包括所述原始图像的最后一行；
若否，则将所述滑动窗口向下移动N行，读取所述原始图像位于所述目标区域最后N行的像素点的灰阶值，执行所述对位于所述滑动窗口前N行的像素点的灰阶值进行比特位扩展与修复处理的步骤。
2.如权利要求1所述的图像色彩断层的修复方法，其特征在于，所述对位于所述滑动窗口前N行的像素点的灰阶值进行比特位扩展与修复处理的步骤的包括：
遍历所述目标区域中的像素点，搜索位置相邻且灰阶值相差1的像素点对，将所述像素点对中灰阶值较大的像素点记作第一像素点并将灰阶值较小的像素点记作第二像素点；
在第一地图中将与所述第一像素点位置相同的像素点的取值设置为1并将其他像素点的取值设置为无穷大；
在第二地图中将与所述第二像素点位置相同的像素点的取值设置为1并将其他像素点的取值设置为无穷大；
对位于所述滑动窗口前N行的像素点的灰阶值进行比特位扩展并根据位于所述第一地图和所述第二地图中前N行的像素点的取值进行修复；
其中，所述第一地图和所述第二地图均与所述滑动窗口同步移动，所述第一地图和所述第二地图的大小均与所述滑动窗口相同。
3.如权利要求2所述的图像色彩断层的修复方法，其特征在于，在所述对位于所述滑动窗口前N行的像素点的灰阶值进行比特位扩展并根据位于所述第一地图和所述第二地图中前N行的像素点的取值进行修复的步骤之前还包括：
分别判断所述滑动窗口中除所述第一像素点之外的各个所述像素点是否为目标像素点；
若是，则将所述第一地图中与所述目标像素点位置相同的像素点的取值设置为当前值与第一中间值之间的较小值；
分别判断所述滑动窗口中除所述第二像素点之外的各个所述像素点是否为目标像素点；
若是，则将所述第二地图中与所述目标像素点位置相同的像素点的取值设置为当前值与第二中间值之间的较小值；
其中，所述第一中间值为所述第一地图中与所述目标像素点的匹配像素点位置相同的像素点的取值与1的和，所述第二中间值为所述第二地图中与所述目标像素点的匹配像素点位置相同的像素点的取值与1的和，所述匹配像素点与所述目标像素点位置相邻且灰阶值相等；
所述对位于所述滑动窗口前N行的像素点的灰阶值进行比特位扩展并根据位于所述第一地图和所述第二地图中前N行的像素点的取值进行修复的步骤包括：
根据所述第一地图和所述第二地图中与位于所述滑动窗口前N行的各待处理像素点位置相同的像素点的取值确定各待处理像素点对应的灰阶填充值；
对各待处理像素点的灰阶值进行比特位扩展并根据各待处理像素点的灰阶填充值进行修复。
4.如权利要求3所述的图像色彩断层的修复方法，其特征在于，N的取值为1；
和/或，
所述根据所述第一地图和所述第二地图中与位于所述滑动窗口前N行的各待处理像素点位置相同的像素点的取值确定各待处理像素点对应的灰阶填充值的步骤包括：
根据下式计算灰阶填充值：
step_ratio[Pij]＝down_map[Pij]/(down_map[Pij]+up_map[Pij])
step_value[Pij]＝step_ratio[Pij]*2m
其中，Pij表示位于所述滑动窗口第i行第j列的像素点，down_map[Pij]表示所述第一地图中与像素点Pij位置相同的像素点的取值，up_map[Pij]表示所述第二地图中与像素点Pij位置相同的像素点的取值，step_value[Pij]表示像素点Pij对应的灰阶填充值，m表示比特位扩展的位数。
5.一种图像色彩断层的修复系统，其特征在于，包括：
设置模块，用于设置滑动窗口，所述滑动窗口的高度小于原始图像的高度，所述滑动窗口的宽度不小于所述原始图像的宽度；
读取模块，用于读取所述原始图像中位于目标区域的像素点的灰阶值，所述目标区域包括所述滑动窗口向上一行与所述滑动窗口向下一行之间的图像区域；
处理模块，用于对位于所述滑动窗口前N行的像素点的灰阶值进行比特位扩展与修复处理，其中，N为正整数；
判断模块，用于判断所述目标区域的最后N行是否包括所述原始图像的最后一行；
若否，则调用移动读取模块，用于将所述滑动窗口向下移动N行，读取所述原始图像位于所述目标区域最后N行的像素点的灰阶值，执行所述对位于所述滑动窗口前N行的像素点的灰阶值进行比特位扩展与修复处理的步骤。
6.如权利要求5所述的图像色彩断层的修复系统，其特征在于，所述处理模块包括：
搜索单元，用于遍历所述目标区域中的像素点，搜索位置相邻且灰阶值相差1的像素点对，将所述像素点对中灰阶值较大的像素点记作第一像素点并将灰阶值较小的像素点记作第二像素点；
第一设置单元，用于在第一地图中将与所述第一像素点位置相同的像素点的取值设置为1并将其他像素点的取值设置为无穷大；
第二设置单元，用于在第二地图中将与所述第二像素点位置相同的像素点的取值设置为1并将其他像素点的取值设置为无穷大；
扩展修复单元，用于对位于所述滑动窗口前N行的像素点的灰阶值进行比特位扩展并根据位于所述第一地图和所述第二地图中前N行的像素点的取值进行修复；
其中，所述第一地图和所述第二地图均与所述滑动窗口同步移动，所述第一地图和所述第二地图的大小均与所述滑动窗口相同。
7.如权利要求6所述的图像色彩断层的修复系统，其特征在于，所述处理模块还包括：
第一判断单元，用于分别判断所述滑动窗口中除所述第一像素点之外的各个所述像素点是否为目标像素点；
若是，则调用第三设置单元，用于将所述第一地图中与所述目标像素点位置相同的像素点的取值设置为当前值与第一中间值之间的较小值；
第二判断单元，用于分别判断所述滑动窗口中除所述第二像素点之外的各个所述像素点是否为目标像素点；
若是，则调用第四设置单元，用于将所述第二地图中与所述目标像素点位置相同的像素点的取值设置为当前值与第二中间值之间的较小值；
其中，所述第一中间值为所述第一地图中与所述目标像素点的匹配像素点位置相同的像素点的取值与1的和，所述第二中间值为所述第二地图中与所述目标像素点的匹配像素点位置相同的像素点的取值与1的和，所述匹配像素点与所述目标像素点位置相邻且灰阶值相等；
所述扩展修复单元包括：
确定子单元，用于根据所述第一地图和所述第二地图中与位于所述滑动窗口前N行的各待处理像素点位置相同的像素点的取值确定各待处理像素点对应的灰阶填充值；
扩展修复子单元，用于对各待处理像素点的灰阶值进行比特位扩展并根据各待处理像素点的灰阶填充值进行修复。
8.如权利要求7所述的图像色彩断层的修复系统，其特征在于，N的取值为1；
和/或，
所述确定子单元具体用于根据下式计算灰阶填充值：
step_ratio[Pij]＝down_map[Pij]/(down_map[Pij]+up_map[Pij])
step_value[Pij]＝step_ratio[Pij]*2m
其中，Pij表示位于所述滑动窗口第i行第j列的像素点，down_map[Pij]表示所述第一地图中与像素点Pij位置相同的像素点的取值，up_map[Pij]表示所述第二地图中与像素点Pij位置相同的像素点的取值，step_value[Pij]表示像素点Pij对应的灰阶填充值，m表示比特位扩展的位数。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4中任一项所述的图像色彩断层的修复方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4中任一项所述的图像色彩断层的修复方法的步骤。
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