CN114862722B - 一种图像亮度增强实现方法及处理终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种图像亮度增强实现方法及处理终端，所述方法包括：对原始图像进行曝光，得到N张曝光图像；将各曝光图像由RGB转换为YUV，得到YUV曝光图像；从YUV曝光图像中提取出色阶分布图，在色阶分布图中，按亮度从小到大依次划分为暗调、中间调和高光的区域，为YUV曝光图像的每个像素点赋予权重值，且依次按暗调、中间调和高光区域内的像素点赋予依次增大的权重值，将相同位置的像素点根据各自的权重进行加权平均得到的像素值作为目标像素值，根据目标像素值按位置重构出目标图像，该目标图像作为亮度增强后的图像。本发明能够不影响原始图像原本曝光正常的区域，阴暗部分亮度得到提高，还原了原本色彩。

Description

一种图像亮度增强实现方法及处理终端

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种图像亮度增强实现方法及处理终端。

背景技术

因拍摄人员的拍摄技术或者本身的拍摄成像技术限制，很多拍摄出来的图像的亮度往往显得不足，肉眼看上去显得图像往往有很多阴暗部分，这些阴暗部分使得肉眼无法区分其拍摄物体，导致这样拍摄的图像很失败，给用户带来体验差。例如，相比于HDR格式图像，在同样的像素分辨率情况下，SDR格式图像的亮度就明显不足，会在图像的某些区域显得很阴暗。为此，需要一种高效率能够实时对图像亮度增强的实现方法，以使得原本因亮度不足导致图像阴暗重新恢复正常亮度显示。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的提供一种图像亮度增强实现方法及处理终端，其能够解决背景技术描述到的现有技术存在的问题。

实现本发明的目的的技术方案为：一种图像亮度增强实现方法，包括如下步骤：

步骤1：获得原始图像，对原始图像进行曝光处理，得到N张曝光后的曝光图像，N≥2；

步骤2：将各曝光图像由RGB转换为YUV，完成颜色空间转换，得到YUV数据的曝光图像，并记为YUV曝光图像；

步骤3：从YUV曝光图像中提取出色阶分布图，在色阶分布图中，按亮度从小到大依次划分为暗调、中间调和高光的区域，从而得到各YUV曝光图像的划分了亮度区域的色阶分布图，

为YUV曝光图像的每个像素点赋予权重值，且依次按暗调、中间调和高光区域内的像素点赋予依次增大的权重值，

将相同位置的像素点根据各自的权重进行加权平均得到的像素值作为目标像素值，根据目标像素值按位置重构出目标图像，该目标图像作为亮度增强后的图像。

进一步地，所述步骤1中，采用gamma算法进行曝光，得到曝光后的曝光图像。

进一步地，在步骤3中，通过设定阈值，将处于相应区间值的像素点划分为属于暗调、中间调和高光中的一个。

进一步地，所述步骤3的具体实现，包括：

步骤31：以原始图像中的R分量、G分量、B分量作为YUV曝光图像的R分量、G分量、B分量，按公式①计算YUV曝光图像的场景光照估计值L：

式中，P_c(x)表示像素点x在c分量上的分量值，c取R、G、B中的一个，max表示取最大值，L(x)表示像素点x的场景光照估计值，所有的L(x)即构成L；

步骤32：按公式②计算出权重矩阵M：

式中，ε为大于0的常数，

表示对d方向的L(x)的梯度，h表示水平方向，v表示垂直方向，M_d(x)表示像素点x在d方向的权重，所有的M_d(x)即构成权重矩阵M；

步骤33：按公式③计算出场景光照值T：

式中，|| ||2表示2-范数，|| ||1表示1-范数，

表示对T进行一阶微分运算，○表示相乘；

步骤34：按公式④计算出像素权重矩阵W：

W＝T^μ ------④

式中，μ表示曝光度，对于像素点x的像素权重值记为W(x)，所有的W(x)即构成像素权重矩阵W；

步骤35：按公式⑤计算出目标像素值

式中，c表示分量，取值为R、G、B中的一种，

表示在c分量上的叠加平均后的像素值，该像素值即为对应分量上的目标像素值，W_i表示第i幅YUV曝光图像的像素权重矩阵，P_i ^c表示第i幅YUV曝光图像的c分量的像素值。

进一步地，所述步骤34中，对于任一像素点x的曝光度μ按以下步骤计算得到：

以像素点x为中心选取其周围m*n个像素点，m≥2，n≥2，以m*n个像素点的曝光值之和的平均值作为当前像素点x的曝光值，该曝光值作为曝光度μ。

进一步地，计算各个像素点的像素权重采用FPGA并行处理。

一种处理终端，其包括：

存储器，用于存储程序指令；

处理器，用于运行所述程序指令，以执行所述图像亮度增强实现方法的步骤。

本发明的有益效果为：本发明能够很好地将原始图像的亮度提高，并且不影响原始图像原本曝光正常的区域，使得亮度增强后的图像不仅阴暗部分亮度得到提高，还原了原本色彩，而且整幅图像看上去很自然，提高了用户体验度。

附图说明

图1为较佳实施例的流程示意图；

图2为对某一图片处理前后的对比示意图；

图3为处理终端的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本申请具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

如图1-图2所示，一种图像亮度增强实现方法，包括如下步骤：

步骤1：获得原始图像，对原始图像进行曝光处理，得到N张曝光后的曝光图像，N≥2。其中，可以采用gamma算法进行曝光，得到曝光后的曝光图像。

步骤2：将各曝光图像由RGB转换为YUV，完成颜色空间转换，得到YUV数据的曝光图像，并记为YUV曝光图像。

在本步骤中，由于调整图像的曝光，跟图像的亮度分量(Y)有关，与颜色分量(R、G、B)无关，因此，需要将RGB数据的图像转换为YUV数据的图像。

步骤3：从YUV曝光图像中提取出色阶分布图，从色阶分布图中按亮度从小到大依次划分为暗调、中间调和高光的区域，从而得到各YUV曝光图像对应的色阶分布图，并为每张色阶分布图根据亮度划分了对应的暗调、中间调和高光的区域。并为YUV曝光图像的每个像素点赋予权重值，且依次按暗调、中间调和高光区域，将区域内的像素点赋予依次增大的权重值。也即，处于暗调区域的像素点的权重W1＜中间调区域的像素点的权重W2＜高光区域的像素点的权重。

按亮度将一张图划分为暗调、中间调和高光三个区域，可以采用人为认定划分，也可以采用软件自行确定，例如，通过设定阈值，将亮度值处于相应区间值，则将该亮度对应的像素点划分为暗调、中间调和高光中的某个区域。

获得YUV曝光图像的每个像素点的权重后，将相同位置的像素点根据各自的权重进行加权平均得到的像素值作为目标像素值，根据目标像素值按位置重构出目标图像，该目标图像作为亮度增强后的图像。

例如，对原始图像经过曝光处理后，得到3张曝光图像，将这3张曝光图像均转换为YUV曝光图像，从这3张YUV曝光图像分别提取出各自对应的色阶分布图，共得到3张色阶分布图。

假设像素点e在原始图像的位置为r(可以采用坐标表示，为了简化，这里用r来表示)，从3张色阶分布图分别找出位置r处的像素点(e1，e2，e3)，假设e1处于暗调区域，e2处于中间调区域，e3处于高光区域，像素点e1的权重为W1，像素点e2的权重为W2，像素点e3的权重为W3，则目标图像中位置r出的目标像素点的像素值＝(W1*e1+W2*e2+W3*e3)/3。当计算出所有目标像素点的像素值即可得到亮度增强后的目标图像，也就是用目标图像替换原来的原始图像，相比于原始图像，目标图像提高了亮度。

在一个可选的实施方式中，所述步骤3的具体实现，包括：

步骤31：以原始图像中的R分量、G分量、B分量作为YUV曝光图像的R分量、G分量、B分量，按公式①计算YUV曝光图像的场景光照估计值L：

式中，P_c(x)表示像素点x在c分量上的分量值，c取R、G、B中的一个，max表示取最大值，L(x)表示像素点x的场景光照估计值，所有的L(x)即构成L。

步骤32：按公式②计算出权重矩阵M：

式中，ε为大于0的常数，以避免公式中的分母为零，

表示对d方向的L(x)的梯度，h表示水平方向，v表示垂直方向，M_d(x)表示像素点x在d方向的权重，所有的M_d(x)即构成权重矩阵M。

步骤33：按公式③计算出场景光照值T：

式中，|| ||2表示2-范数，|| ||1表示1-范数，

表示对T进行一阶微分运算，○表示相乘。

公式右边的第一项目的在于将场景光照估计值和场景光照值T所对应的图进行最小化，第二项的目的在于保证T的平滑性。

步骤34：按公式④计算出像素权重矩阵W：

W＝T^μ ------④

式中，μ表示曝光度。对于像素点x的像素权重值可以记为W(x)，所有的W(x)即构成像素权重矩阵W。

对于任一像素点x的曝光度μ可根据以下步骤计算得到：

以像素点x为中心选取其周围m*n个像素点，m≥2，n≥2，m和n可以相等，也可以不相等。以m*n个像素点的曝光值之和的平均值作为当前像素点x的曝光值，该曝光值也即是曝光度μ。

步骤35：按公式⑤计算出目标像素值

式中，c表示分量，取值为R、G、B中的一种，

表示在c分量上的叠加平均后的像素值，该像素值即为对应分量上的目标像素值，W_i表示第i幅YUV曝光图像的像素权重矩阵，P_i ^c表示第i幅YUV曝光图像的c分量的像素值。

根据公式⑤即可将计算出任意一张图像的任意一个位置(像素点)的目标像素值进行加权平均后，得到最终的目标像素值，最终的目标像素值也即是亮度增强后的相应位置(像素点)的像素值，最终的目标像素值相比于原始图像同一位置的像素值改变了其亮度，从而整幅图像的亮度得到了增强。参考图2，图2中的a部分为未处理前的图片，b部分为按本发明处理后的图片，从处理前后对比来看，经过本发明处理后的图像的亮度得到明显的提升，将原本相应处于暗调区域(即图中阴暗部分)能够自然显示出其原本的色彩亮度，有效提高了图像亮度，提高了用户体验。

作为一个可选的实施方式，以上处理步骤可以采用FPGA处理，充分利用FPGA并行处理能力，并行计算出各YUV曝光图像的权重，从而有效提高处理速率。

本发明可以很好地应用在信息终端设备上，例如智能手机或者可穿戴终端设备，以提高其拍摄到或接收到的图像进行处理，提高图像质量，以提高用户体验。

如图3所示，本发明还提供一种处理终端100，其包括：

存储器101，用于存储程序指令；

处理器102，用于运行所述程序指令，以执行所述图像亮度增强实现方法的步骤。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种图像亮度增强实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：获得原始图像，对原始图像进行曝光处理，得到N张曝光后的曝光图像，N≥2；

步骤2：将各曝光图像由RGB转换为YUV，完成颜色空间转换，得到YUV数据的曝光图像，并记为YUV曝光图像；

步骤3：从YUV曝光图像中提取出色阶分布图，在色阶分布图中，按亮度从小到大依次划分为暗调、中间调和高光的区域，从而得到各YUV曝光图像的划分了亮度区域的色阶分布图，

为YUV曝光图像的每个像素点赋予权重值，且依次按暗调、中间调和高光区域内的像素点赋予依次增大的权重值，

将相同位置的像素点根据各自的权重进行加权平均得到的像素值作为目标像素值，根据目标像素值按位置重构出目标图像，该目标图像作为亮度增强后的图像，

所述步骤3的具体实现，包括：

步骤31：以原始图像中的R分量、G分量、B分量作为YUV曝光图像的R分量、G分量、B分量，按公式①计算YUV曝光图像的场景光照估计值L：

式中，P_c(x)表示像素点x在c分量上的分量值，c取R、G、B中的一个，max表示取最大值，L(x)表示像素点x的场景光照估计值，所有的L(x)即构成L；

步骤32：按公式②计算出权重矩阵M：

式中，ε为大于0的常数，

表示对d方向的L(x)的梯度，h表示水平方向，v表示垂直方向，M_d(x)表示像素点x在d方向的权重，所有的M_d(x)即构成权重矩阵M；

步骤33：按公式③计算出场景光照值T：

式中，|| ||2表示2-范数，|| ||1表示1-范数，

表示对T进行一阶微分运算，

表示相乘；

步骤34：按公式④计算出像素权重矩阵W：

W＝T^μ------④

式中，μ表示曝光度，对于像素点x的像素权重值记为W(x)，所有的W(x)即构成像素权重矩阵W；

步骤35：按公式⑤计算出目标像素值

式中，c表示分量，取值为R、G、B中的一种，

表示在c分量上的叠加平均后的像素值，该像素值即为对应分量上的目标像素值，W_i表示第i幅YUV曝光图像的像素权重矩阵，P_i ^c表示第i幅YUV曝光图像的c分量的像素值。

2.根据权利要求1所述的图像亮度增强实现方法，其特征在于，所述步骤1中，采用gamma算法进行曝光，得到曝光后的曝光图像。

3.根据权利要求1所述的图像亮度增强实现方法，其特征在于，在步骤3中，通过设定阈值，将处于相应区间值的像素点划分为属于暗调、中间调和高光中的一个。

4.根据权利要求1所述的图像亮度增强实现方法，其特征在于，所述步骤34中，对于任一像素点x的曝光度μ按以下步骤计算得到：

以像素点x为中心选取其周围m*n个像素点，m≥2，n≥2，以m*n个像素点的曝光值之和的平均值作为当前像素点x的曝光值，该曝光值作为曝光度μ。

5.根据权利要求1所述的图像亮度增强实现方法，其特征在于，计算各个像素点的像素权重采用FPGA并行处理。

6.一种显示装置，其特征在于，其包括：

存储器，用于存储程序指令；

处理器，用于运行所述程序指令，以执行如权利要求1-5任一项所述图像亮度增强实现方法的步骤。

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