CN112651907A - 一种用于图像处理的直方图均衡实现方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于图像处理的直方图均衡实现方法及其系统，其方法包括以下步骤：获取图像的亮度分量，并统计亮度直方图；根据所述亮度直方图进行有效值和无效值的区分，并做直方图均衡处理。本发明用于图像处理的直方图均衡实现方法及其系统由于利用了有效像素区间和无效像素区间的区分信息，找到有效像素值分布的区间，并对有效像素分布的区间进行均匀拉伸，同时对无效像素进行均匀的压缩，从而保持了有效像素值之间的差距仍然是均匀的，噪声不会被过度放大。

Description

一种用于图像处理的直方图均衡实现方法及其系统

技术领域

本发明涉及一种视频图像处理的软件实现方法及系统，尤其涉及的是一种图像处理中直方图均衡处理的软件实现方法及系统的改进。

背景技术

现有技术中，在图像处理过程中，通常会采用直方图均衡处理，直方图均衡化处理的“中心思想”是把原始图像的灰度直方图从比较集中的某个灰度区间变成在全部灰度范围内的尽量均匀的分布。

传统的直方图均衡处理方法直接针对所有的像素进行处理，如图1所示，以计数的方式调整像素值，会造成概率大的像素值远离相邻的像素值，噪声被同时放得过大；还会合并概率小的像素值，造成一些细节的丢失。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于图像处理的直方图均衡的方法及系统，针对现有技术存在的问题，提供更为合理的用于图像处理的直方图均衡处理方法及系统，以形成平衡的像素处理结果。

本发明的技术方案包括：

一种用于图像处理的直方图均衡实现方法，其包括以下步骤：

A、获取图像的亮度分量，并统计亮度直方图；

B、根据所述亮度直方图进行有效值和无效值的区分，并做直方图均衡处理。

所述的用于图像处理的直方图均衡实现方法，其中，所述步骤B包括：

B11、设置最低亮度的像素值minvalue和最高亮度的像素值maxvalue；

B12、设置0<α<1，计算门限值M=max{αN,1}，其中N是图像的像素总数；

B13、从高到低遍历直方图的灰度级，检测到像素数量大于M的第一个灰度级记为e1；从低到高遍历直方图的灰度级，检测到像素数量大于M的第一个灰度级记为s0；将[s0,e1]记为有效区间。

所述的用于图像处理的直方图均衡实现方法，其中，所述步骤B13后还包括步骤：

B14、计算有效区间长度为N1=e1-s0+1；

B15、计算图像最高像素值和最低像素值分布差N：N = maxvalue-minvalue+1;

B16、设置0<r<1，如果N1/N>r，则不做处理，否则进行图像像素的映射处理。

所述的用于图像处理的直方图均衡实现方法，其中，所述步骤B16中的图像像素的映射处理还包括：

B21、计算映射后无效像素之间的间隔d0：d0 = (1 - r)*N / (N - N1);

B22、计算映射后有效像素之间的间隔d1：d1 = r*N / N1;

B23、设置映射初始值为lastidx，且lastidx=minvalue；

B24、从像素值低到高遍历图像的直方图，若该像素为无效像素则映射lastidx增加d0，且该像素映射对应此时的lastidx值；若该像素为有效像素则映射lastidx增加d1，且该像素映射对应此时的lastidx值。

所述的用于图像处理的直方图均衡实现方法，其中，所述步骤B24后还包括：B25、根据映射关系将图像不同像素值的像素映射到新的像素值上，获得处理后的图像。

一种采用任一所述实现方法的用于图像处理的直方图均衡实现系统，其中，包括：

一亮度分量直方图形成模块，用于获取图像的亮度分量，并统计亮度直方图；

一直方图均衡处理模块，用于根据所述亮度直方图进行有效值和无效值的区分，并做直方图均衡处理。

所述的用于图像处理的直方图均衡实现系统，其中，还包括：

一像素值确定模块，用于设置最低亮度的像素值minvalue和设置最高亮度的像素值maxvalue。

所述的用于图像处理的直方图均衡实现系统，其中，还包括：

一门限值设定模块，用于设置0<α<1，并计算门限值M=max{αN,1}，其中N是图像的像素总数。

所述的用于图像处理的直方图均衡实现系统，其中，还包括：

一直方图遍历模块，用于：从高到低遍历直方图的灰度级，检测到像素数量大于M的第一个灰度级记为e1；从低到高遍历直方图的灰度级，检测到像素数量大于M的第一个灰度级记为s0；将[s0,e1]记为有效区间。

所述的用于图像处理的直方图均衡实现系统，其中，还包括：

一直方图映射模块，用于根据映射关系将图像不同像素值的像素映射到新的像素值上，获得处理后的图像。

本发明所提供的一种用于图像处理的直方图均衡实现方法及其系统，由于利用了有效像素区间和无效像素区间的区分信息，找到有效像素值分布的区间，并对有效像素分布的区间进行均匀拉伸，同时对无效像素进行均匀的压缩，从而保持了有效像素值之间的差距仍然是均匀的，噪声不会被过度放大。

附图说明

图1为现有技术的传统直方图均衡处理后的示意图。

图2为本发明用于图像处理的直方图均衡实现方法及系统较佳实施例的流程示意图。

图3为本发明所述用于图像处理的直方图均衡实现方法及系统较佳实施例的模块框图。

具体实施方式

以下对本发明的较佳实施例加以详细说明。

本发明所提供的用于图像处理的直方图均衡处理的实现方法中，在图像处理时，主要针对视频的单帧处理技术，由于视频获取图像中，会存在像素噪声，也就是会出现少量小概率的无效像素值，即无效值。对无效值采用中值滤波的方式先做一次滤波，尽可能将无效值进行过滤。经过滤波后可能还会有极少的小概率像素值出现，但已经对整个图像处理结果无大影响。

在视频图像的单帧处理技术中，眩光点的像素值一般很大，在直方图上会形成一个小的高峰，可以据此检测是否存在眩光。

具体做法是预先设定一个门限值，从直方图的高端开始检测，检测到出现次数多于该门限值的第一个值记为e1，再从低端到高端检测第一个出现次数大于门限值的像素值记为s0，则标记[s0，e1]之间的像素值为眩光点像素。

在s0和e1之间检测连续出现的无效值，把连续出现的最长无效值区间记为[e0，s1]，用这个区间把[s0，e1]分为三个部分，中间为[e0，s1]，左边为[s0，e0]，右边为[s1，e1]。则[s1，e1]区间内的像素值为眩光真正所在的区间，而[s0，e0]区间内的像素值为图像有效值所在的区间，当然有效值区间内也会包含少量的部分无效值存在，可以在其他的处理技术中，进一步进行处理，例如如果进一步地进行计算和分析，遇到存在多个波峰的图像时，可以再针对无效值进行滤波处理。

在后续的直方图调整时，就可以只放大处理[s0，e0]区间内的像素，而对眩光所在的区间[s1，e1]即无效像素，则可以和其他无效像素一起被挤压。

在本发明所述直方图均衡处理的实现方法中，确定区间[s0，e0]内的像素值个数为N1，即区间的宽度N1=e0-s0+1。进行直方图均衡处理的映射后最大可能区间的宽度为N=（maxvalue-minvalue+1），其中minvalue和maxvalue分别是最低亮度和最高亮度的像素值。

需要注意的是，在YCbCr空间中，这两个值并不是0和255（8位）或4095（12位），按照ITU-T BT.601的规定，8位时16表示黑，235表示白。对12位，放大以后就是256表示黒，3775表示白。

在这里设置一个参数：映射后有效值占据的范围比例r，r的范围可在一定范围内变化，最小值为r_min=N1/N，最大值为r_max=1。则d1=r*N/N1，为映射后有效像素之间的间隔，d0=(1-r)*N/(N-N1)为映射后无效像素之间的间隔。

本发明直方图均衡方法的具体实施例步骤，如图2所示的，包括：

步骤1、获取图像的亮度分量，统计亮度直方图。

步骤2、设置最低亮度和最高亮度的像素值minvalue和maxvalue，其中最低亮度和最高亮度的像素值为使像素有意义的最低亮度和最高亮度像素值。

步骤3、设置0<α<1，计算门限值M=max{αN,1}，其中N是图像的像素总数。

步骤4、从高到低遍历直方图的灰度级，检测到像素数量大于M的第一个灰度级记为e1。

步骤5、从低到高遍历直方图的灰度级，检测到像素数量大于M的第一个灰度级记为s0。

步骤6、将[s0,e1]记为有效区间。

步骤7、计算有效区间长度N1=e1-s0+1。

步骤8、计算图像最高像素值和最低像素值分布差N，计算公式如下：

N = maxvalue-minvalue+1。

步骤9、设置0<r<1，如果N1/N>r，则不做处理，否则进行步骤11。

步骤10、计算图像像素的映射关系，包括以下步骤：

步骤10.1、计算映射后无效像素之间的间隔d0，计算公式如下：

d0 = (1 - r)*N / (N - N1)；

步骤10.2、计算映射后有效像素之间的间隔d1，计算公式如下：

d1 = r*N / N1;

步骤10.3、设置映射初始值为lastidx，且lastidx=minvalue；

步骤10.4、从像素值低到高遍历图像的直方图，若该像素为无效像素则映射lastidx增加d0，且该像素映射对应此时的lastidx值；若该像素为有效像素则映射lastidx增加d1，且该像素映射对应此时的lastidx值；

步骤11、根据映射关系将图像不同像素值的像素映射到新的像素值上，获得处理后的图像。

本发明还提供了一种用于图像处理的直方图均衡实现系统，如图3所示的，包括：一亮度分量直方图形成模块110，用于获取图像的亮度分量，并统计亮度直方图；一直方图均衡处理模块120，用于根据所述亮度直方图进行有效值和无效值的区分，并做直方图均衡处理。上述模块都可以设置在摄像头的控制处理单元中。

所述的用于图像处理的直方图均衡实现系统，还包括：一像素值确定模块130，用于设置最低亮度的像素值minvalue和设置最高亮度的像素值maxvalue。进一步地，还可以包括：一门限值设定模块140，用于设置0<α<1，并计算门限值M=max{αN,1}，其中N是图像的像素总数。进一步地，所述用于图像处理的直方图均衡实现系统，还包括：一直方图遍历模块150，用于：从高到低遍历直方图的灰度级，检测到像素数量大于M的第一个灰度级记为e1；从低到高遍历直方图的灰度级，检测到像素数量大于M的第一个灰度级记为s0；将[s0,e1]记为有效区间。本发明系统还包括：一直方图映射模块160，用于根据映射关系将图像不同像素值的像素映射到新的像素值上，获得处理后的图像。

本发明所提供的一种用于图像处理的直方图均衡实现方法及系统，由于利用了有效区间和无效像素的区分信息，首先找到有效像素值分布的区间，然后对有效像素分布的区间进行均匀拉伸，并对无效像素进行均匀的压缩，从而保持了有效像素值之间的差距仍然是均匀的，噪声不会被过度放大，最终使得处理后的图像更具清晰度。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于图像处理的直方图均衡实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、获取图像的亮度分量，并统计亮度直方图；

B、根据所述亮度直方图进行有效值和无效值的区分，并做直方图均衡处理。

2.根据权利要求1所述的用于图像处理的直方图均衡实现方法，其特征在于，所述步骤B包括：

B11、设置最低亮度的像素值minvalue和最高亮度的像素值maxvalue；

B12、设置0<α<1，计算门限值M=max{αN,1}，其中N是图像的像素总数；

B13、从高到低遍历直方图的灰度级，检测到像素数量大于M的第一个灰度级记为e1；从低到高遍历直方图的灰度级，检测到像素数量大于M的第一个灰度级记为s0；将[s0,e1]记为有效区间。

3.根据权利要求2所述的用于图像处理的直方图均衡实现方法，其特征在于，所述步骤B13后还包括步骤：

B14、计算有效区间长度为N1=e1-s0+1；

B15、计算图像最高像素值和最低像素值分布差N：N = maxvalue-minvalue+1;

B16、设置0<r<1，如果N1/N>r，则不做处理，否则进行图像像素的映射处理。

4.根据权利要求3所述的用于图像处理的直方图均衡实现方法，其特征在于，所述步骤B16中的图像像素的映射处理还包括：

B21、计算映射后无效像素之间的间隔d0：d0 = (1 - r)*N / (N - N1);

B22、计算映射后有效像素之间的间隔d1：d1 = r*N / N1;

B23、设置映射初始值为lastidx，且lastidx=minvalue；

B24、从像素值低到高遍历图像的直方图，若该像素为无效像素则映射lastidx增加d0，且该像素映射对应此时的lastidx值；若该像素为有效像素则映射lastidx增加d1，且该像素映射对应此时的lastidx值。

5.根据权利要求4所述的用于图像处理的直方图均衡实现方法，其特征在于，所述步骤B24后还包括：B25、根据映射关系将图像不同像素值的像素映射到新的像素值上，获得处理后的图像。

6.一种采用如权利要求1至5任一所述实现方法的用于图像处理的直方图均衡实现系统，其特征在于，包括：

一亮度分量直方图形成模块，用于获取图像的亮度分量，并统计亮度直方图；

一直方图均衡处理模块，用于根据所述亮度直方图进行有效值和无效值的区分，并做直方图均衡处理。

7.根据权利要求6所述的用于图像处理的直方图均衡实现系统，其特征在于，还包括：

一像素值确定模块，用于设置最低亮度的像素值minvalue和设置最高亮度的像素值maxvalue。

8.根据权利要求7所述的用于图像处理的直方图均衡实现系统，其特征在于，还包括：

一门限值设定模块，用于设置0<α<1，并计算门限值M=max{αN,1}，其中N是图像的像素总数。

9.根据权利要求8所述的用于图像处理的直方图均衡实现系统，其特征在于，还包括：

一直方图遍历模块，用于：从高到低遍历直方图的灰度级，检测到像素数量大于M的第一个灰度级记为e1；从低到高遍历直方图的灰度级，检测到像素数量大于M的第一个灰度级记为s0；将[s0,e1]记为有效区间。

10.根据权利要求9所述的用于图像处理的直方图均衡实现系统，其特征在于，还包括：

一直方图映射模块，用于根据映射关系将图像不同像素值的像素映射到新的像素值上，获得处理后的图像。

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