CN113191986B - 一种图像处理方法及装置 - Google Patents

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    • G06T2207/20208—High dynamic range [HDR] image processing

Abstract

本发明公开了一种图像处理方法及装置，该方法和装置能够解决现有技术中因保边滤波器无法进行大尺度滤波，导致的无法增强大尺度范围内像素点之间对比度的问题。其中，图像处理方法包括：获取第一高动态范围HDR图像；利用保边滤波器对HDR图像进行滤波处理，获得第一基本层，并将HDR图像与第一基本层进行减法操作，获得第一细节层；针对第一细节层进行图像增强处理，获得第二细节层，以及基于预设尺度窗口对第一基本层进行预设操作，获得第二基本层；将第二细节层以及第二基本层进行加法操作，获得第二HDR图像；将第二HDR图像所包含的各个像素点的亮度值同除以预设倍数，获得低动态范围LDR图像。

Description

一种图像处理方法及装置
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种图像处理方法及装置。
背景技术
目前，随着图像采集设备的不断升级，使得能够采集到高动态范围(High-DynamicRange，HDR)图像，相较于低动态范围(Low-Dynamic Range，LDR)图像而言，HDR图像能够提供更多的动态范围和图像细节，从而更好的反映出真实环境中的视觉效果。但是传统的显示设备，例如，液晶显示器以及投影仪等，直接显示高动态范围图像时显示效果较差，因此需要将HDR图像转换为LDR图像，但是又需要保证转换后的LDR图像具有较强的对比度以及较多的细节信息。
现有技术中，将HDR图像进行滤波，分为基本层与细节层，从而对基本层进行压缩，细节层进行增强，但是受设备计算能力限制，只能针对HDR图像进行小窗口滤波，导致后续也只能针对小窗口滤波后所得到的基本层与细节层进行处理，虽然能够保证小尺度范围内像素点之间对比度较强，但是大尺度范围内像素点之间对比度不足，不利于在同一HDR图像中对不同物体进行区分，从而导致转换后所得到的LDR图像的显示效果较差。
可见，现有技术中，在设备计算能力受到限制的情况下，无法进行大尺度滤波，进而无法增强大尺度范围内像素点之间的对比度，使得转换后的LDR图像的显示效果仍然不佳。
发明内容
本发明实施例提供了一种图像处理方法及装置，该方法和装置能够解决现有技术中因保边滤波器无法进行大尺度滤波，导致的无法增强大尺度范围内像素点之间对比度的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种图像处理方法，所述方法包括：
获取第一高动态范围HDR图像；
利用保边滤波器对所述第一HDR图像进行滤波处理，获得第一基本层，并将所述第一HDR图像与所述第一基本层进行减法操作，获得第一细节层；其中，基本层用于指示所述第一HDR图像的低频特征，细节层用于指示所述第一HDR图像的中高频特征；
针对所述第一细节层进行图像增强处理，获得第二细节层，以及基于预设尺度窗口对所述第一基本层进行预设操作，获得第二基本层，其中，所述预设操作用于提高所述预设尺度窗口内所包含的各个像素点之间的对比度，同一尺度窗口下实施所述预设操作所耗用的时长小于所述保边滤波器进行滤波处理所耗用的时长；
将所述第二细节层以及所述第二基本层进行加法操作，获得第二HDR图像；
将所述第二HDR图像所包含的各个像素点的亮度值同除以预设倍数，获得低动态范围LDR图像；其中，所述预设倍数为所述第二HDR图像的亮度阶数与显示所述LDR图像的显示装置所支持的亮度阶数的比值。
现有技术中保边滤波器可以认为只能进行小尺度范围内的滤波，因此针对现有的基本层无法增强大尺度范围像素点之间的对比度。本发明实施例中，可以在第一基本层的基础上，基于预设尺度的窗口对第一基本层进行预设操作，该预设操作可以用于提高预设尺度窗口内所包含的各个像素点之间的对比度，并且由于在同一尺度窗口下，实施该预设操作所耗用的时长小于保边滤波器进行滤波处理的时长，也就是说，预设操作相较于滤波处理在计算上更加简单，那么在保证设备的计算能力不变情况下，即以保边滤波器进行特定尺度滤波处理时的计算能力为基准，相同时长内可以完成计算量更大的预设操作。由于预设操作的计算量与实施预设操作的窗口尺度成正比，因此在保证设备的计算能力不变的情况下，相当于在更大尺度的窗口内(相较于实施滤波处理的窗口而言)完成上述预设操作，从而达到提高大尺度范围内像素点之间对比度的目的。
在分别第一细节层进行图像增强处理以及对第一基本层进行预设操作后，可以将获得的第二细节层与第二基本层进行加法操作，获得第二HDR图像。此时将第二HDR图像中所包含的各个像素点的亮度值同除以预设倍数，那么就可以获得LDR图像。该方法中，通过采用计算量较小的预设操作来取代原本计算较为复杂的大尺度滤波，达到了提升大尺度范围内像素点之间对比度的目的，使得转换后的LDR图像具有较好的显示效果。
可选的，所述图像增强处理基于如下公式：
Figure BDA0003088961250000031
DS＝DS*sign(D)
其中，D为图像增强处理前的细节层，且D中所包含的各个像素点的亮度值均被均一化到[-1,1]之间，Ds图像增强处理后的细节层，(t1,h1)与(t2,h2)为横纵坐标均在[0,1]之间的两个拐点，abs(D)为图像增强处理前细节层中任一像素点的亮度值，(h2-h1)/(t2-t1)大于(1-h2)/(1-t2),sign(D)为取符号操作。
本发明实施例中，当abs(D)小于t1时，可以认为属于噪声，从而将其置为0，避免对噪声进行增强；当abs(D)处于[t1,t2]之间时，可以认为当前高频值本身不高，为了增强细节特征，需要将这部分高频值变大；当abs(D)大于t2时，可以认为当前像素点的本身高频值较高，为了避免因高频值过大，而造成“黑白边”现象，这部分像素点的增强程度相对较小。该方法中通过对位于不同区间的高频值采用不同的增强策略，避免增强后图像出现“黑白边”或者噪声被过度放大的问题。
可选的，基于预设尺度窗口对所述第一基本层进行预设操作，获得第二基本层包括：
将所述第一基本层划分为多个区域，针对每个区域进行直方图均衡化处理，获得所述第二基本层，每个区域的大小等于所述预设尺度窗口的大小。
本发明实施例中，可以将第一基本层划分为多个区域，每个区域即可以视为是一个预设尺度的窗口，通过在每个预设尺度窗口内进行直方图均衡化处理，就可以提高该窗口内所包含的各个像素点之间的对比度。那么当每个区域所占面积较大时，就可以达到增强大尺度范围内像素点之间对比度的目的。
可选的，基于预设尺度窗口对所述第一基本层进行预设操作，获得第二基本层包括：
针对所述第一基本层分别采用至少两种倍率进行下采样，并对下采样的结果进行拼接以及上采样，获得第三基本层，所述第三基本层的尺寸与所述第一基本层的尺寸相同，其中，不同倍率对应不同预设尺度窗口；
将所述第一基本层与所述第三基本层进行减法操作，获得第三细节层，并对所述第三细节层进行图像增强处理，获得第四细节层；
对所述第三基本层进行压缩处理，获得第四基本层；
对所述第四基本层与所述第四细节层进行加法操作，获得所述第二基本层。
本发明实施例中，通过对第一基本层进行至少两种倍率的下采样，由于不同的倍率对应不同预设尺度窗口，因此通过上述下采样操作相当于从第一基本层中提取了至少两种不同尺度的特征信息，同时也可以防止单一倍率采样所形成的光晕现象。然后对下采样的结果进行融合与上采样，从而获得第三基本层。为了增强第三基本层中不同尺度范围内所包含的各个像素点之间的对比度，那么就可以将第一基本层与第三基本层进行减法操作，从而获得第三细节层。然后对第三细节层进行数据增强处理，以及对第三基本层进行压缩处理，并将处理所得到的第四基本层与第四细节层进行加法操作，获得第二基本层。只要下采样过程中倍率设置得较大，那么第三细节层中就可以包含较大尺度的特征信息，使得最终获得的第二基本层中在较大尺度范围内像素点之间具有较大的对比度。
可选的，对所述第三基本层进行压缩处理，获得第四基本层包括：
对所述第三基本层中所包含的各个像素点的亮度值进行平均，获得第五基本层，并将所述第三基本层与所述第五基本层进行减法操作，获得第五细节层；
针对第五细节层进行压缩处理，获得第六细节层，所述压缩处理用于减少所述第五细节层所包含的各个像素点之间的亮度差；
将所述第六细节层与所述第五基本层进行加法操作，获得所述第四基本层。
本发明实施例中，通过对第三基本层中所包含的各个像素点的亮度值进行平均，可以获得第五基本层，并通过将第三基本层与第五基本层进行减法操作，可以获得第五细节层。然后对第五细节层进行压缩处理，即缩小第五细节层中所包含的各个像素点的亮度差，那么再将压缩后的第五细节层(即第六细节层)与第五基本层进行加法操作，从而得到第四基本层。该第四基本层相较于第三基本层而言，第四基本层所包含的各个像素点之间的亮度差减小，从而避免出现单个像素点的亮度过暗或者过亮的问题。
可选的，所述压缩操作基于如下公式：
Figure BDA0003088961250000051
其中，D'为压缩操作之前的第五细节层中所包含的任一像素点的亮度值，D'S为压缩操作之后的第六细节层中所包含的任一像素点的亮度值，P和Q为预设系数，且均在(0,1)之间。
本发明实施例中，无论第五细节层中任一像素点的亮度值是大于0，还是小于0，均乘以一个位于(0,1)之间的系数，从而达到缩小第五基本层中各个像素点之间的亮度差的目的。
可选的，在将所述第二HDR图像所包含的各个像素点的亮度值同除以预设倍数之前，还包括：
筛除所述第二HDR图像中低于第一亮度阈值且高于第二亮度阈值的像素点，且将位于所述第一亮度阈值与所述第二亮度阈值之间的像素点的亮度值进行拉伸处理，以达到原始亮度范围，所述原始亮度范围用于指示筛除操作之前所述第二HDR图像的亮度范围，所述第一亮度阈值小于所述第二亮度阈值，所述拉伸处理基于如下公式：
y'out＝floor(2^m*(yout-L)/(H-L))
其中，yout表示第二HDR图像中拉伸处理之前位于第一亮度阈值与第二亮度阈值之间的任一像素点的亮度值，y'out表示拉伸处理之后任一像素点的亮度值，m表示第二HDR图像的位数，2^m表示未进行筛除操作之前第二HDR图像中所包含的像素点的最大亮度值，L表示第一亮度阈值，H表示第二亮度阈值，floor表示向下取整操作。
本发明实施例中，可以认为亮度过低以及亮度过高的像素点所能提供的细节特征较少，因此可以将这部分像素像素点予以筛除，并将剩余像素点的亮度值拉伸到原来的亮度范围，即未进行筛除操作之前的亮度范围，从而保证显示更多的细节特征。
第二方面，本发明实施例提供了一种图像处理装置，所述装置包括：
获取单元，用于获取第一高动态范围HDR图像；
第一处理单元，利用保边滤波器对所述第一HDR图像进行滤波处理，获得第一基本层，并将所述HDR图像与所述第一基本层进行减法操作，获得第一细节层；其中，基本层用于指示所述HDR图像的低频特征，细节层用于指示所述HDR图像的中高频特征；
第二处理单元，用于针对所述第一细节层进行图像增强处理，获得第二细节层，以及基于预设尺度窗口对所述第一基本层进行预设操作，获得第二基本层，其中，所述预设操作用于提高所述预设尺度窗口内所包含的各个像素点亮度之间的对比度，同一尺度窗口下实施所述预设操作所耗用的时长小于所述保边滤波器进行滤波处理所耗用的时长；
第三处理单元，用于将所述第二细节层以及所述第二基本层进行加法操作，获得第二HDR图像；
第四处理单元，将所述第二HDR图像所包含的各个像素点的亮度值同除以预设倍数，获得低动态范围LDR图像；其中，所述预设倍数为所述第二HDR图像的亮度阶数与显示所述LDR图像的显示装置所支持的亮度阶数的比值。
可选的，所述图像增强处理基于如下公式：
Figure BDA0003088961250000071
DS＝DS*sign(D)
其中，D为图像增强处理前的细节层，且D中所包含的各个像素点的亮度值均被均一化到[-1,1]之间，Ds图像增强处理后的细节层，(t1,h1)与(t2,h2)为横纵坐标均在[0,1]之间的两个拐点，abs(D)为图像增强处理前细节层中任一像素点的亮度值，(h2-h1)/(t2-t1)大于(1-h2)/(1-t2),sign(D)为取符号操作。
可选的，所述第二处理单元具体用于：
将所述第一基本层划分为多个区域，针对每个区域进行直方图均衡化处理，获得所述第二基本层，每个区域的大小等于所述预设尺度窗口的大小。
可选的，所述第二处理单元具体用于：
针对所述第一基本层分别采用至少两种倍率进行下采样，并对下采样的结果进行拼接以及上采样，获得第三基本层，所述第三基本层的尺寸与所述第一基本层的尺寸相同，其中，不同倍率对应不同预设尺度窗口；
将所述第一基本层与所述第三基本层进行减法操作，获得第三细节层，并对所述第三细节层进行图像增强处理，获得第四细节层；
对所述第三基本层进行压缩处理，获得第四基本层；
对所述第四基本层与所述第四细节层进行加法操作，获得所述第二基本层。
可选的，所述第二处理单元具体还用于：
对所述第三基本层中所包含的各个像素点的亮度值进行平均，获得第五基本层，并将所述第三基本层与所述第五基本层进行减法操作，获得第五细节层；
针对第五细节层进行压缩处理，获得第六细节层，所述压缩处理用于减少所述第五细节层所包含的各个像素点之间的亮度差；
将所述第六细节层与所述第五基本层进行加法操作，获得所述第四基本层。
可选的，所述压缩操作基于如下公式：
Figure BDA0003088961250000081
其中，D'为压缩操作之前的第五细节层中所包含的任一像素点的亮度值，D'S为压缩操作之后的第六细节层中所包含的任一像素点的亮度值，P和Q为预设系数，且均在(0，1)之间。
可选的，所述装置还包括：
第五处理单元，用于筛除所述第二HDR图像中低于第一亮度阈值且高于第二亮度阈值的像素点，且将位于所述第一亮度阈值与所述第二亮度阈值之间的像素点的亮度值进行拉伸处理，以达到原始亮度范围，所述原始亮度范围用于指示筛除操作之前所述第二HDR图像的亮度范围，所述第一亮度阈值小于所述第二亮度阈值，所述拉伸处理基于如下公式：
y'out＝floor(2^m*(yout-L)/(H-L))
其中，yout表示第二HDR图像中拉伸处理之前位于第一亮度阈值与第二亮度阈值之间的任一像素点的亮度值，y'out表示拉伸处理之后任一像素点的亮度值，m表示第二HDR图像的位数，2^m表示未进行筛除操作之前第二HDR图像中所包含的像素点的最大亮度值，L表示第一亮度阈值，H表示第二亮度阈值，floor表示向下取整操作。
第三方面，本发明实施例提供一种图像处理装置，所述装置包括处理器和存储器，所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机程序时实现如第一方面任一实施例所述方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供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如第一方面任一实施例所述方法的步骤。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种图像处理方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种图像处理装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种图像处理装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
现有技术中，因保边滤波器对HDR图像进行滤波时，计算较为复杂，受到设备计算能力的限制，无法针对大尺度窗口进行滤波，导致后续也无法增强大尺度范围内像素点之间的对比度，使得转换后的LDR图像在显示时效果仍然不佳。
鉴于此，本发明实施例中提供了一种图像处理方法，该方法通过采用计算量较小的预设操作来取代原本计算较为复杂的大尺度滤波，达到了提升大尺度范围内像素点之间对比度的目的，使得转换后的LDR图像具有较好的显示效果。
下面结合附图对本发明实施例提供的技术方案进行介绍。请参见图1，本发明提供了一种图像处理方法，该方法的流程描述如下：
步骤101：获取第一高动态范围HDR图像。
本发明实施例中，图像采集设备(例如摄像机)可以用于对外部环境中的信息进行采集，从而形成HDR图像，例如，第一HDR图像。但是图像采集设备不具有显示第一HDR图像的功能，因此，当显示第一HDR图像时，图像采集设备则将第一HDR图像输出到显示设备显示，即对于显示设备而言，相当于从图像采集设备获取第一HDR图像。
步骤102：利用保边滤波器对第一HDR图像进行滤波处理，获得第一基本层，并将第一HDR图像与第一基本层进行减法操作，获得第一细节层；基本层用于指示第一HDR图像的低频特征，细节层用于指示第一HDR图像的中高频特征。
本发明实施例中，考虑到现有的显示设备支持显示的图像的亮度范围通常较小，例如，[0,255]，而第一HDR图像自身的亮度范围通常较大，例如[0,4095]，若直接在显示设备上显示第一HDR图像，那么大部分的细节信息都无法进行显示，从而导致显示效果较差。因此，需要将第一HDR图像转换为LDR图像。在此之前，需要将第一HDR图像的低频特征，例如第一HDR图像中不同区域之间的亮度变化，进行一定程度的压缩，以及对第一HDR图像的中高频特征，例如细节特征，进行一定程度的增强，那么就需要从第一HDR图像中分别分离出包含低频特征以及中高频特征的层结构。
作为一种可能的实施方式，可以利用保边滤波器对第一HDR图像进行滤波处理，从而获得第一基本层，该第一基本层中可以认为包括有第一HDR图像的低频特征。然后将第一HDR图像与第一基本层进行减法操作，就可以获得第一细节层，该第一细节层中可以认为包含有第一HDR图像的中高频特征。
应理解，保边滤波器可以在滤波过程中保留第一HDR图像中边缘信息，从而防止经滤波后的第一基本层中产生光晕。例如，保边滤波器可以是双边滤波器或者引导滤波器，此处不对保边滤波器的具体类别进行特别限制。同时，在对第一HDR图像进行滤波之前，还可以对第一HDR图像进行特定的预处理，例如，针对第一HDR图像进行gamma操作，从而将第一HDR图像中较暗区域所包含的像素点的亮度值进行增大，而较亮区域所包含的像素点的亮度值则保持不变，有利于凸显出较暗区域中的细节特征。由于gamma操作为现有技术，此处不作过多赘述。
步骤103：针对第一细节层进行图像增强处理，获得第二细节层，以及基于预设尺度窗口对第一基本层进行预设操作，获得第二基本层，预设操作用于提高预设尺度窗口内所包含的各个像素点之间的对比度，同一尺度窗口下实施预设操作所耗用的时长小于保边滤波器进行滤波处理所耗用的时长。
本发明实施例中，从第一HDR图像中分离中第一细节层之后，就可以直接对第一细节层进行图像增强处理，以提高第一细节层所包含的各个像素点之间的对比度。
作为一种可能的实施方式，可以对第一细节层进行图像增强处理，从而获得第二细节层。图像增强处理可以基于如下公式(1)和公式(2)：
Figure BDA0003088961250000111
DS＝DS*sign(D) (2)
其中，D为图像增强处理前的细节层，例如，第一细节层，且D中所包含的各个像素点的亮度值均被均一化到[-1,1]之间，Ds为经图像增强处理后的细节层，例如，第二细节层。(t1,h1)与(t2,h2)为横纵坐标均在[0,1]之间的两个拐点，abs(D)为图像增强处理前第一细节层中任一像素点的亮度值的绝对值，(h2-h1)/(t2-t1)大于(1-h2)/(1-t2),sign(D)为取符号操作。
具体的，在公式(1)中，当abs(D)位于[0,t1]之间时，由于abs(D)较小，可以将其视为噪声，为了避免将噪声进行放大，可以将位于[0,t1]范围内的亮度值均置为0；当abs(D)处于[t1,t2]之间时，可以认为当前像素点本身细节值不大，为了增强细节特征，需要将这部分像素的亮度做较大程度的放大处理，例如，放大的比例为(h2-h1)/(t2-t1)；当abs(D)大于t2时，可以认为当前像素点的本身细节已经较大，位于图像中明暗交界处，不需要增强太多，这部分像素点的增强程度相对较小，例如，放大比例为(1-h2)/(1-t2)。
应理解，上述过程可以认为是对亮度值位于[0,1]范围内的像素点进行了不同程度的图像增强处理，在此基础上，通过公式(2)中sign(D)可以获取当前进行图像增强处理的像素点的亮度值的正负状态，从而可以获得对应的亮度值位于[-1,0]范围内像素点进行数据增强处理的结果。
考虑到保边滤波器在进行滤波过程中计算较为复杂，那么在显示设备中计算单元性能有限的情况下，无法使用较大尺度的窗口进行滤波。也就是说，第一基本层是基于小尺度窗口滤波所得到的，那么由第一HDR图像与第一基本层进行减法操作所得到的第一细节层则可以认为仅包含了小尺度范围内的细节特征，那么上述过程中对第一细节层进行图像增强处理，可以认为仅增强了小尺度范围内像素点之间的对比度。但是仅增强小尺度范围像素点之间的对比度，仍然无法在转换为LDR图像后取得较好的显示效果。
因此，本发明实施例中，可以利用计算量较小的预设操作来取代原本计算较为复杂的大尺度滤波，从而可以达到提升大尺度范围内像素点之间对比度的目的，进而使得转换后的LDR图像具有较好的显示效果。
作为一种可能的实施方式，可以基于预设尺度窗口对第一基本层进行预设操作，从而获得第二基本层。该预设操作可以提高预设尺度窗口内所包含的各个像素点之间的对比度。由于在同一尺度窗口下，实施预设操作所耗用的时长小于保边滤波器进行滤波处理所耗用的时长。也就是说，实施预设操作相较于实施滤波处理在计算上更为简单。那么在保证设备的计算能力不变情况下，即以保边滤波器进行特定尺度滤波处理时的计算能力为基准，相同时长内可以完成计算量更大的预设操作。由于预设操作的计算量与实施预设操作的窗口尺度成正比，因此在保证设备的计算能力不变的情况下，相当于在更大尺度的窗口内(相较于实施滤波处理的窗口而言)完成上述预设操作。即对于获得的第二基本层而言，实现了增强大尺度范围内像素点之间对比度的目的。
下面针对预设操作如何提高预设尺度窗口内像素点之间对比度进行详细介绍。
第一预设操作：基于分区域的直方图均衡化处理。
本发明实施例中，可以将第一基本层划分为多个区域，每个区域可以认为对应一个预设尺度窗口。那么在保证第一基本层的整体尺寸不变的情况下，通过减少所划分的区域的数量，使得每个区域所占的面积更多，即预设尺度窗口变大。通过对面积较大的每个区域(大尺度窗口)进行直方图均衡化处理，就可以提升较大区域(大尺度窗口)内所包含的各个像素点之间的对比度，即在第二基本层中实现了增强大尺度范围内像素点之间的对比度的目的。
考虑到若对当前区域的信息进行统计并生成对应的直方图后，一方面，若该直方图中亮区较少，而暗区较多，那么在进行直方图均衡化处理后，原始亮区会被进一步压缩，即原始亮区会被压缩至更亮的区域，从而导致当前区域的对比度不足；另一方面，若该直方图中暗区较少，而亮区较多，那么在进行直方图均衡化处理后，原始暗区会被进一步压缩，即原始暗区会被压缩至更暗的区域，从而导致当前区域对比度不足。因此，本发明实施例中，可以对经直方图均衡处理后得到的第二基本层进行更新。
例如，令第二基本层与第一基本层同一像素点亮度的比值为mat：
Figure BDA0003088961250000131
设置中间变量a和b：
Figure BDA0003088961250000132
Figure BDA0003088961250000133
更新mat：
Figure BDA0003088961250000141
更新直方图均衡化输出结果：
B'2＝B1*mat' (7)
其中，B2表示第二基本层中任一像素点的亮度值，B1表示第一基本层中任一像素点的亮度值，mat表示第二基本层与第一基本层中同一像素点亮度值的比值，W1表示正向亮度阈值，W2表示负向亮度阈值，m表示高动态图像的位数，2m表示高动态图像所包含的像素点的最大亮度值。
具体更新过程如下：
第一类更新过程：公式(3)中mat大于或等于1。
本发明实施例中，若基于公式(3)确定mat大于或等于1，则表明第二基本层与第一基本层中同一像素点的亮度值在一定程度上被放大。此时可以基于公式(4)判断在未进行直方图均衡化处理之前，第一基本层中该像素点的亮度值的情况。若第一基本层中该像素点的亮度值小于正向亮度阈值(W1),则表明该像素点的原始亮度值较小，可以认为经过直方图均衡化处理后，即使该像素点的亮度值被一定程度上放大，但是不会导致过亮。此时，可以将公式(4)中的中间变量a置为1；也就是说，公式(6)的结果为：mat'＝mat，即上述像素点亮度值的放大程度保持不变。那么公式(7)更新结果为：B'2＝B2。
若第一基本层中该像素点的亮度值大于或等于正向亮度阈值(W1),则表明该像素点的原始亮度值比较大，可以认为经过直方图均衡化处理后，该像素点的亮度值会变得过亮。此时公式(4)中的中间变量a的取值范围为(0,1)；也就是说，公式(6)的更新结果为：mat'＜mat，即上述像素点的亮度值的放大程度被减小，从而防止过亮。那么公式(7)的更新结果为：B'2＜B2。
第二类更新过程：公式(3)中mat小于1。
本发明实施例中，若基于公式(3)确定mat小于1，则表明第二基本层与第一基本层中同一像素点的亮度值在一定程度上被缩小。此时可以基于公式(5)判断在未进行直方图均衡化处理之前，第一基本层中该像素点的亮度值的情况。例如，第一基本层中该像素点的亮度值大于负向亮度阈值(W2),则表明该像素点的原始亮度值较大，可以认为经过直方图均衡化处理后，该像素点的亮度值被一定程度上缩小，但是不会过亮。此时，可以将公式(5)中的中间变量b被置为1；也就是说，公式(6)的结果为：mat'＝mat，即上述像素点亮度值的缩小程度保持不变。那么公式(7)更新结果为：B'2＝B2。
若第一基本层中该像素点的亮度值小于或等于负向亮度阈值(W2),则表明该像素点的原始亮度值比较小，可以认为经过直方图均衡化处理后，该像素点的亮度值被压缩为更小。此时公式(5)中的中间变量b的取值范围为(0,1]；也就是说，公式(6)的更新结果为：mat'＞mat，即上述像素点的亮度值的缩小程度会被减小，从而防止过暗。那么公式(7)的更新结果为：B'2＞B2。
第二种预设操作：基于不同倍率的下采样操作。
本发明实施例中，通过对第一基本层进行至少两种倍率的下采样，不同的下采样倍率对应不同的预设尺度窗口，相当于从第一基本层中提取了至少两种不同尺度的特征信息。然后对下采样的结果进行拼接与上采样，可以获得第三基本层，同时也可以防止单一倍率采样所形成的光晕现象。此时，一方面，可以将第一基本层与第三基本层进行减法操作，获得第三细节层，并针对第三细节层进行图像增强处理，从而获得第四细节层；另一方面，可以将第三基本层进行压缩处理，从而获得第四基本层。最后，将第四基本层与第四细节层进行加法操作，可以获得第二基本层。应理解，第三细节层均包含了不同尺度的特征信息，因此经图像增强处理所得到的第四细节层相当于增大了不同尺度范围内像素点之间的对比度，那么第四细节层与经压缩处理所得到的第四基本层所得到的第二基本层自然也能够达到增强大尺度范围内像素点之间对比度的目的。
下面对第三基本层进行压缩获得第四基本层的过程进行介绍。
首先，通过对第三基本层中所包含的各个像素点的亮度值进行平均，可以获得第五基本层，并通过将第三基本层与第五基本层进行减法操作，可以获得第五细节层。然后对第五细节层进行压缩处理，即缩小第五细节层中所包含的各个像素点的亮度差，那么再将压缩后的第五细节层(即第六细节层)与第五基本层进行加法操作，重新得到第四基本层时，可以认为第四基本层也进行了压缩，即第四基本层所包含的各个像素点的亮度差减小，从而避免出现单个像素点的亮度过暗或者过亮的问题。
上述压缩操作可以基于如下公式(8)：
Figure BDA0003088961250000161
其中，D'为压缩操作之前的第五细节层中所包含的任一像素点的亮度值，D'S为压缩操作之后的第六细节层中所包含的任一像素点的亮度值，P和Q为预设系数，且均在(0,1)之间。
具体的，当D'小于0，则表明第五细节层中任一像素点的亮度值小于第五基本层所表征的各个像素点亮度的平均值，此时可以将该像素点的亮度值乘以一个系数P；同理，当D'不小于0，则表明第五细节层中任一像素点的亮度值不小于第五基本层所表征的各个像素点亮度的平均值，此时可以将该像素点的亮度值乘以一个系数Q。
应理解，由于系数P和Q均位于(0,1)之间，因此，第五细节层中各个像素点的亮度值经过上述压缩处理后，可以达到缩小第五细节层中所包含的各个像素点之间的亮度差的目的。并且，P与Q的取值各自独立，两者可以相同，也可以不相同，此处不作特别限制。
步骤104：将第二细节层以及第二基本层进行加法操作，获得第二HDR图像。
本发明实施例中，在分别获得第二细节层与第二基本层之后，可以重新合成HDR图像，以便于后续将重新合成的HDR图像转换为LDR图像。
作为一种可能的实施方式，可以将第二细节层与第二基本层进行加法操作，从而获得第二HDR图像。第二HDR图像与第一HDR图像相比，增强了图像中的细节特征以及不同尺度范围内像素点之间的对比度，例如，小尺度范围内像素点之间的对比度以及大尺度范围内像素点之间的对比度。
应理解，第二细节层与第二基本层进行加法操作可以包括：第二细节层与第一种预设操作所对应的第二基本层进行加法操作，或者，第二细节层与第二种预设操作所对应的第二基本层进行加法操作，或者，第二细节层、第一种预设操作所对应的第二基本层以及第二种预设操作所对应的第二基本层共同进行加法操作，此处不对上述执行加法操作的具体组合进行特别限制。
步骤105：将第二HDR图像所包含的各个像素点的亮度值同除以预设倍数，获得低动态范围LDR图像；预设倍数为第二HDR图像的亮度阶数与显示LDR图像的显示装置所支持的亮度阶数的比值。
本发明实施例中，在获得第二HDR图像之后，可以基于现有技术将第二HDR图像转换为LDR图像，以便于在现有显示设备中能够取得较好的显示效果。
作为一种可能的实施方式，可以将第二HDR图像中所包含的各个像素点的亮度值同时除以预设倍数，从而获得LDR图像。应理解，上述预设倍数为第二HDR图像的亮度阶数与现有显示设备支持的亮度阶数的比值。
例如，第二HDR图像的亮度范围为[0,4095]，即第二HDR图像的亮度阶数为4096，而现有显示设备所能支持的亮度范围为[0,255]，即现有显示设备所支持的亮度阶数为256，因此，预设倍数为4096/256＝16。
在一些实施例中，考虑到第二HDR图像中亮度过低以及亮度过高的像素点所能提供的细节特征较少，因此可以将这部分像素像素点予以筛除，并将剩余像素点的亮度值拉伸到原来的亮度范围，即未进行筛除操作之前的亮度范围，从而保证能够显示更多的细节特征。
作为一种可能的实施方式，可以筛除第二HDR图像中低于第一亮度阈值且高于第二亮度阈值的像素点，并且将位于第一亮度阈值与第二亮度阈值之间的像素点的亮度值进行拉伸处理，从而达到原始亮度范围。应理解，原始亮度范围指的是筛除操作之前第二HDR图像的亮度范围。
例如，第一亮度阈值为50，第二亮度阈值为4000，第二HDR图像的原始亮度范围为[0,4095]，那么在进行上述筛选操作之后，第二HDR图像的亮度范围变为了[50,4000]，此时可以将上述经筛除操作之后的亮度范围进行拉伸处理，重新达到原始的亮度范围。拉伸处理可以基于如下公式(9)：
y'out＝floor(2^m*(yout-L)/(H-L)) (9)
其中，yout表示第二HDR图像中拉伸处理之前位于第一亮度阈值与第二亮度阈值之间的任一像素点的亮度值，y'out表示拉伸处理之后任一像素点的亮度值，m表示第二HDR图像的位数，2^m表示未进行筛除操作之前第二HDR图像中所包含的像素点的最大亮度值，L表示第一亮度阈值，H表示第二亮度阈值，floor表示向下取整操作。应理解，第一亮度阈值小于第二亮度阈值。
请参见图2，基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种图像处理装置，所述装置包括：获取单元201、第一处理单元202、第二处理单元203、第三处理单元204以及第四处理单元205。
获取单元201，用于获取第一高动态范围HDR图像；
第一处理单元202，利用保边滤波器对第一HDR图像进行滤波处理，获得第一基本层，并将第一HDR图像与第一基本层进行减法操作，获得第一细节层；其中，基本层用于指示第一HDR图像的低频特征，细节层用于指示第一HDR图像的中高频特征；
第二处理单元203，用于针对第一细节层进行图像增强处理，获得第二细节层，以及基于预设尺度窗口对第一基本层进行预设操作，获得第二基本层，其中，预设操作用于提高预设尺度窗口内所包含的各个像素点亮度之间的对比度，同一尺度窗口下实施预设操作所耗用的时长小于保边滤波器进行滤波处理所耗用的时长；
第三处理单元204，用于将第二细节层以及第二基本层进行加法操作，获得第二HDR图像。
第四处理单元205，将第二HDR图像所包含的各个像素点的亮度值同除以预设倍数，获得低动态范围LDR图像；其中，预设倍数为第二HDR图像的亮度阶数与显示LDR图像的显示装置所支持的亮度阶数的比值。
可选的，图像增强处理基于如下公式：
Figure BDA0003088961250000191
DS＝DS*sign(D)
其中，D为图像增强处理前的细节层，且D中所包含的各个像素点的亮度值均被均一化到[-1,1]之间，Ds图像增强处理后的细节层，(t1,h1)与(t2,h2)为横纵坐标均在[0,1]之间的两个拐点，abs(D)为图像增强处理前细节层中任一像素点的亮度值，(h2-h1)/(t2-t1)大于(1-h2)/(1-t2),sign(D)为取符号操作。
可选的，第二处理单元203具体用于：
将第一基本层划分为多个区域，针对每个区域进行直方图均衡化处理，获得第二基本层，每个区域的大小等于所述预设尺度窗口的大小。
可选的，第二处理单元203具体用于：
针对第一基本层分别采用至少两种倍率进行下采样，并对下采样的结果进行拼接以及上采样，获得第三基本层，第三基本层的尺寸与第一基本层的尺寸相同，其中，不同倍率对应不同预设尺度窗口；
将第一基本层与第三基本层进行减法操作，获得第三细节层，并对第三细节层进行图像增强处理，获得第四细节层；
对第三基本层进行压缩处理，获得第四基本层；
对第四基本层与第四细节层进行加法操作，获得第二基本层。
可选的，第二处理单元203具体还用于：
对第三基本层中所包含的各个像素点的亮度值进行平均，获得第五基本层，并将第三基本层与第五基本层进行减法操作，获得第五细节层；
针对第五细节层进行压缩处理，获得第六细节层，压缩处理用于减少第五细节层所包含的各个像素点之间的亮度差；
将第六细节层与第五基本层进行加法操作，获得第四基本层。
可选的，所述压缩操作基于如下公式：
Figure BDA0003088961250000201
其中，D'为压缩操作之前的第五细节层中所包含的任一像素点的亮度值，D'S为压缩操作之后的第六细节层中所包含的任一像素点的亮度值，P和Q为预设系数，且均在(0,1)之间。
可选的，图像处理装置还包括：
第五处理单元，用于筛除第二HDR图像中低于第一亮度阈值且高于第二亮度阈值的像素点，且将位于第一亮度阈值与第二亮度阈值之间的像素点的亮度值进行拉伸处理，以达到原始亮度范围，原始亮度范围用于指示筛除操作之前第二HDR图像的亮度范围，第一亮度阈值小于第二亮度阈值，拉伸处理基于如下公式：
y'out＝floor(2^m*(yout-L)/(H-L))
其中，yout表示第二HDR图像中拉伸处理之前位于第一亮度阈值与第二亮度阈值之间的任一像素点的亮度值，y'out表示拉伸处理之后任一像素点的亮度值，m表示第二HDR图像的位数，2^m表示未进行筛除操作之前第二HDR图像中所包含的像素点的最大亮度值，L表示第一亮度阈值，H表示第二亮度阈值，floor表示向下取整操作。
请参见图3，基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种图像处理装置，该装置包括至少一个处理器301，处理器301用于执行存储器中存储的计算机程序，实现本发明实施例提供的如图1所示的图像处理方法的步骤。
可选的，处理器301具体可以是中央处理器、特定ASIC，可以是一个或多个用于控制程序执行的集成电路。
可选的，该装置还可以包括与至少一个处理器301连接的存储器302，存储器302可以包括ROM、RAM和磁盘存储器。存储器302用于存储处理器301运行时所需的数据，即存储有可被至少一个处理器301执行的指令，至少一个处理器301通过执行存储器302存储的指令，执行如图1所示的方法。其中，存储器302的数量为一个或多个。其中，存储器302在图3中一并示出，但需要知道的是存储器302不是必选的功能模块，因此在图3中以虚线示出。
其中，获取单元201、第一处理单元202、第二处理单元203、第三处理单元204以及第四处理单元205所对应的实体设备均可以是前述的处理器301。该装置可以用于执行图1所示的实施例提供的方法。因此关于该装置中各功能模块所能够实现的功能，可参考图1所示的实施例中的相应描述，不多赘述。
本发明实施例还提供一种计算机存储介质，其中，计算机存储介质存储有计算机指令，当计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行如图1所述的方法。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种图像处理方法，其特征在于，所述方法包括：
获取第一HDR图像；
利用保边滤波器对所述第一HDR图像进行滤波处理，获得第一基本层，并将所述第一HDR图像与所述第一基本层进行减法操作，获得第一细节层；其中，第一基本层用于指示所述第一HDR图像的低频特征，第一细节层用于指示所述第一HDR图像的中高频特征；
针对所述第一细节层进行图像增强处理，获得第二细节层，以及基于预设尺度窗口对所述第一基本层进行预设操作，获得第二基本层，其中，所述预设操作用于提高所述预设尺度窗口内所包含的各个像素点之间的对比度，同一尺度窗口下实施所述预设操作所耗用的时长小于所述保边滤波器进行滤波处理所耗用的时长；
将所述第二细节层以及所述第二基本层进行加法操作，获得第二HDR图像；
将所述第二HDR图像所包含的各个像素点的亮度值同除以预设倍数，获得低动态范围LDR图像；其中，所述预设倍数为所述第二HDR图像的亮度阶数与显示所述LDR图像的显示装置所支持的亮度阶数的比值；
其中，基于预设尺度窗口对所述第一基本层进行预设操作，获得第二基本层包括：
针对所述第一基本层分别采用至少两种倍率进行下采样，并对下采样的结果进行拼接以及上采样，获得第三基本层，所述第三基本层的尺寸与所述第一基本层的尺寸相同，其中，不同倍率对应不同预设尺度窗口；
将所述第一基本层与所述第三基本层进行减法操作，获得第三细节层，并对所述第三细节层进行图像增强处理，获得第四细节层；
对所述第三基本层进行压缩处理，获得第四基本层；
对所述第四基本层与所述第四细节层进行加法操作，获得所述第二基本层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述图像增强处理基于如下公式：
Figure FDA0003798459670000021
DS＝DS*sign(D)
其中，D为图像增强处理前的细节层，且D中所包含的各个像素点的亮度值均被均一化到[-1,1]之间，Ds图像增强处理后的细节层，(t1,h1)与(t2,h2)为横纵坐标均在[0,1]之间的两个拐点，abs(D)为图像增强处理前细节层中任一像素点的亮度值，(h2-h1)/(t2-t1)大于(1-h2)/(1-t2),sign(D)为取符号操作。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于预设尺度窗口对所述第一基本层进行预设操作，获得第二基本层包括：
将所述第一基本层划分为多个区域，针对每个区域进行直方图均衡化处理，获得所述第二基本层，每个区域的大小等于所述预设尺度窗口的大小。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述第三基本层进行压缩处理，获得第四基本层包括：
对所述第三基本层中所包含的各个像素点的亮度值进行平均，获得第五基本层，并将所述第三基本层与所述第五基本层进行减法操作，获得第五细节层；
针对第五细节层进行压缩处理，获得第六细节层，所述压缩处理用于减少所述第五细节层所包含的各个像素点之间的亮度差；
将所述第六细节层与所述第五基本层进行加法操作，获得所述第四基本层。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述压缩处理 基于如下公式：
Figure FDA0003798459670000022
其中，D'为压缩处理 之前的第五细节层中所包含的任一像素点的亮度值，D'S为压缩处理 之后的第六细节层中所包含的任一像素点的亮度值，P和Q为预设系数，且均在(0，1)之间。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在将所述第二HDR图像所包含的各个像素点的亮度值同除以预设倍数之前，还包括：
筛除所述第二HDR图像中低于第一亮度阈值且高于第二亮度阈值的像素点，且将位于所述第一亮度阈值与所述第二亮度阈值之间的像素点的亮度值进行拉伸处理，以达到原始亮度范围，所述原始亮度范围用于指示筛除操作之前所述第二HDR图像的亮度范围，所述第一亮度阈值小于所述第二亮度阈值，所述拉伸处理基于如下公式：
y'out＝floor(2^m*(yout-L)/(H-L))
其中，yout表示第二HDR图像中拉伸处理之前位于第一亮度阈值与第二亮度阈值之间的任一像素点的亮度值，y'out表示拉伸处理之后任一像素点的亮度值，m表示第二HDR图像的位数，2^m表示未进行筛除操作之前第二HDR图像中所包含的像素点的最大亮度值，L表示第一亮度阈值，H表示第二亮度阈值，floor表示向下取整操作。
7.一种图像处理装置，其特征在于，所述装置包括：
获取单元，用于获取第一HDR图像；
第一处理单元，利用保边滤波器对所述第一HDR图像进行滤波处理，获得第一基本层，并将所述HDR图像与所述第一基本层进行减法操作，获得第一细节层；其中，第一基本层用于指示所述HDR图像的低频特征，第一细节层用于指示所述HDR图像的中高频特征；
第二处理单元，用于针对所述第一细节层进行图像增强处理，获得第二细节层，以及基于预设尺度窗口对所述第一基本层进行预设操作，获得第二基本层，其中，所述预设操作用于提高所述预设尺度窗口内所包含的各个像素点亮度之间的对比度，同一尺度窗口下实施所述预设操作所耗用的时长小于所述保边滤波器进行滤波处理所耗用的时长；
第三处理单元，用于将所述第二细节层以及所述第二基本层进行加法操作，获得第二HDR图像；
第四处理单元，将所述第二HDR图像所包含的各个像素点的亮度值同除以预设倍数，获得低动态范围LDR图像；其中，所述预设倍数为所述第二HDR图像的亮度阶数与显示所述LDR图像的显示装置所支持的亮度阶数的比值；
其中，所述第二处理单元，具体用于：
针对所述第一基本层分别采用至少两种倍率进行下采样，并对下采样的结果进行拼接以及上采样，获得第三基本层，所述第三基本层的尺寸与所述第一基本层的尺寸相同，其中，不同倍率对应不同预设尺度窗口；
将所述第一基本层与所述第三基本层进行减法操作，获得第三细节层，并对所述第三细节层进行图像增强处理，获得第四细节层；
对所述第三基本层进行压缩处理，获得第四基本层；
对所述第四基本层与所述第四细节层进行加法操作，获得所述第二基本层。
8.一种图像处理装置，其特征在于，所述装置包括至少一个处理器以及与所述至少一个处理器连接的存储器，所述至少一个处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如权利要求1-6任一项所述方法的步骤。
9.一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是实现如权利要求1-6任一项所述方法的步骤。
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