CN116528060A - 一种暗光图像增强器件、方法和装置以及电子设备 - Google Patents

一种暗光图像增强器件、方法和装置以及电子设备 Download PDF

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Abstract

一种暗光图像增强器件、方法和装置以及电子设备，涉及图像显示技术领域，解决了暗光图像细节难以分辨的问题。器件包括I2C配置模块、RGB转HSV模块、CORDIC模块和HSV转RGB模块；I2C配置模块用于配置解/编码芯片的寄存器，以实现与解/编码芯片间的数据交换；RGB转HSV模块用于将输入信号从RGB空间转换到HSV空间，并将H、S分量同步输出至CORDIC模块，将V分量提取、扩展后作为CORDIC模块计算相位的输入值；CORDIC模块用于计算出相位值和新的V分量，将新的V分量跟同步过来的H、S分量一起输入HSV转RGB的模块；HSV转RGB的模块用于将HSV分量重新转换为RGB分量并输出。

Description

一种暗光图像增强器件、方法和装置以及电子设备
技术领域
本发明涉及图像显示技术领域，具体涉及一种暗光图像增强器件、方法和装置以及电子设备。
背景技术
用户在图像和视频拍摄过程中，会受到光照、背景等条件的影响，在夜晚或光照较弱的情况下，捕获的图像或视频亮度过低，导致物体和场景不清晰，低亮度处的图像细节很难通过肉眼观察识别。
为了解决暗光下图像视频难以分辨的问题，现有技术大多采用整体拉高曝光度或者深度学习的方法。但是，传统的整体拉高曝光度方式是通过色域转换将视频图像信号从RGB色域转换到亮度色度分离的空间域（如YUV域），然后再将亮度分量拉高以提高整个视频图像的亮度，在暗光处细节增强的同时会导致图像原本的高光处过曝，影响图像整体效果；而深度学习的方法，则需要大量的训练数据集，耗时耗力，并且最终做预测时更加地耗费硬件资源。
发明内容
为了解决现有暗光图像增强技术图像整体效果不佳和耗时耗力的问题，本发明提出了一种暗光图像增强器件、方法和装置以及电子设备。
本发明的技术方案如下：
一种暗光图像增强器件，包括I2C配置模块、RGB转HSV模块、CORDIC模块和HSV转RGB模块；
所述I2C配置模块用于配置解/编码芯片的寄存器，以实现与解/编码芯片间的数据交换；
所述RGB转HSV模块用于将输入信号从RGB空间转换到HSV空间，并将H、S分量同步输出至CORDIC模块，将V分量提取、扩展后作为所述CORDIC模块计算相位的输入值；
所述CORDIC模块用于计算出相位值和新的V分量，将新的V分量跟同步过来的H、S分量一起输入HSV转RGB的模块；
所述HSV转RGB的模块用于将HSV分量重新转换为RGB分量并输出。
本发明还提供一种暗光图像增强方法，应用如上所述的暗光图像增强器件实现，所述方法包括如下步骤：
S1、RGB转HSV模块接收解码后的视频图像信号，并将其从RGB空间转换到HSV空间；
S2、RGB转HSV模块将转换后的H、S分量同步输出至CORDIC模块，将V分量提取、扩展后作为所述CORDIC模块计算相位的输入值；
S3、CORDIC模块根据接收的输入值计算出相位值，并转换为角度制的角度，用最高灰度值255减去计算出的角度值作为新的V分量，并与同步过来的H、S分量一起输入HSV转RGB的模块；
S4、HSV转RGB的模块将处理后的HSV分量重新转换为RGB分量并输出至编码芯片。
优选地，步骤S1中所述RGB空间到HSV空间的转换通过如下方式实现：
，
其中，h、s和v分别代表HSV空间中的色相、饱和度和亮度坐标，r、g和b分别代表RGB空间中R、G和B的坐标，max代表r、g和b中的最大者，min代表r、g和b中的最小者。
优选地，所述RGB转HSV模块的输入信息包括输入时钟、RGB数据、行场同步信号和使能信号，输出信息包括HSV数据、行场同步信号和使能信号；其中，输出的行场同步信号和使能信号是将输入的行场同步信号和使能信号直接延迟得到的。
优选地，所述延迟的周期为24个像素时钟周期。
优选地，步骤S2中所述对V分量的扩展具体为：
将8位的V分量加上100使亮度增强，之后再右移两位将其压缩至0~255范围内，而后再通过高位添零的方法将此数据扩展至32位，作为CORDIC模块的分子位输入值；将V分量直接高位添零扩展至32位输入CORDIC模块作为分母位输入值。
优选地，步骤S3中所述相位值的计算过程中，H分量、S分量、行场同步和使能信号同步延迟18个像素时钟周期。
优选地，步骤S4中所述HSV分量转换到RGB分量的过程中，行场同步和使能信号同步延迟24个像素时钟周期。
本发明还提供一种暗光图像增强显示装置，包括HDMI解码芯片、暗光图像增强器件、HDMI编码芯片和显示面板；
所述HDMI解码芯片用于解码接收到的串行视频图像信号，将其从TMDS信号转换成RGB像素数据信号，并传输至所述暗光图像增强器件，所述暗光图像增强器件用于进行暗光图像增强处理，然后将处理后的像素数据信号输出至所述HDMI编码芯片，所述HDMI编码芯片用于将处理后的像素数据信号进行编码，并传输至显示面板进行显示。
本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的暗光图像增强显示装置。
与现有技术相比，本发明的具体有益效果为：
1.本发明提供的暗光图像增强器件和处理方法，与传统直接拉高曝光度的方式相比具有更自然的增强效果，在暗光处细节增强的同时不会将高光处拉得过曝；
2.本发明提供的暗光图像增强器件和处理方法，与深度学习方法相比，大大节省了硬件资源，且实时性更强，具有更低成本且更加高效的增强能力，仅应用少量的乘除法器和逻辑单元，花费仅66个像素时钟周期（按像素分辨率1920×1080的像素时钟计算，仅需444ns的时间），就可以实现实时的视频信号的暗光增强，在暗光情况下识别视频图像里面的大部分细节。
附图说明
图1为本发明提供的暗光图像增强器件结构示意图；
图2为本发明提供的暗光图像增强装置结构示意图；
图3为应用本发明提供的方法进行暗光图像增强处理前后对比示意图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案更加清楚，下面将结合本发明的说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，需要说明的是，以下实施例仅用于更好地理解本发明的技术方案，而不应理解为对本发明的限制。
实施例1.
本实施例提供了一种暗光图像增强器件，如图1所示，包括I2C配置模块、RGB转HSV模块、CORDIC模块和HSV转RGB模块；
所述I2C配置模块用于配置解/编码芯片的寄存器，以实现与解/编码芯片间的数据交换；
所述RGB转HSV模块用于将输入信号从RGB空间转换到HSV空间，并将H、S分量同步输出至CORDIC模块，将V分量提取、扩展后作为所述CORDIC模块计算相位的输入值；
所述CORDIC模块用于计算出相位值和新的V分量，将新的V分量跟同步过来的H、S分量一起输入HSV转RGB的模块；
所述HSV转RGB的模块用于将HSV分量重新转换为RGB分量并输出。
实施例2.
本实施例提供了一种暗光图像增强方法，应用如实施例1所述的暗光图像增强器件实现，所述方法包括如下步骤：
S1、RGB转HSV模块接收解码后的视频图像信号，并将其从RGB空间转换到HSV空间；
S2、RGB转HSV模块将转换后的H、S分量同步输出至CORDIC模块，将V分量提取、扩展后作为所述CORDIC模块计算相位的输入值；
S3、CORDIC模块根据接收的输入值计算出相位值，并转换为角度制的角度，用最高灰度值255减去计算出的角度值作为新的V分量，并与同步过来的H、S分量一起输入HSV转RGB的模块；
S4、HSV转RGB的模块将处理后的HSV分量重新转换为RGB分量并输出至编码芯片。
实施例3.
本实施例为对实施例2的进一步举例说明，步骤S1中所述RGB空间到HSV空间的转换通过如下方式实现：
，
其中，h、s和v分别代表HSV空间中的色相、饱和度和亮度坐标，r、g和b分别代表RGB空间中R、G和B的坐标，max代表r、g和b中的最大者，min代表r、g和b中的最小者。
实施例4.
本实施例为对实施例2的进一步举例说明，所述RGB转HSV模块的输入信息包括输入时钟、RGB数据、行场同步信号和使能信号，输出信息包括HSV数据、行场同步信号和使能信号；其中，输出的行场同步信号和使能信号是将输入的行场同步信号和使能信号直接延迟得到的。
实施例5.
本实施例为对实施例4的进一步举例说明，所述延迟的周期为24个像素时钟周期。
为了保持输出信号的同步和后期的计算，行场同步信号和使能信号延迟的周期应当与RGB转HSV信号的计算周期一致，在此处由于乘除法器的存在，延迟的周期数为24个像素时钟周期。
实施例6.
本实施例为对实施例2的进一步举例说明，步骤S2中所述对V分量的扩展具体为：
将8位的V分量加上100，之后再右移两位，而后再通过高位添零的方法将数据扩展至32位，作为CORDIC模块的分子位输入值；将V分量直接高位添零扩展至32位输入CORDIC模块作为分母位输入值。
首先，V分量是指HSV色彩空间中描述亮度的部分，因此将V分量提取出来加上100使得亮度增强，右移两位是为了将数据压缩到0~255的范围内，同时，H分量色调和S分量饱和度则不动。另外，为了方便后续的扩展，需要将该数据以高位添零的方式扩展至32位。本实施例对于HSV色彩空间中的颜色进行的明暗处理，包括提取亮度信息、进行亮度增强、压缩和扩展等步骤。
CORDIC模块的作用是求出以分子为作为分子且分母位作为分母的一个分式的相位，如下式：。
实施例7.
本实施例为对实施例4的进一步举例说明，步骤S3中所述相位值的计算过程中，由于CORDIC算法的FPGA硬件实现需要18个时钟周期，H分量、S分量、行场同步和使能信号同步延迟18个像素时钟周期。
实施例8.
本实施例为对实施例4的进一步举例说明，步骤S4中所述HSV分量转换到RGB分量的过程中，行场同步和使能信号同步延迟24个像素时钟周期。
实施例9.
本实施例提供了一种暗光图像增强显示装置，如图2所示，包括HDMI输入接口、HDMI解码芯片、如权利要求1所述的暗光图像增强器件、HDMI编码芯片、HDMI输出接口和显示面板；
所述HDMI输入接口用于接收信号源传输的视频图像信号，所述HDMI解码芯片用于解码HDMI输入接口接收到的串行视频图像信号，将其从TMDS信号转换成RGB像素数据信号，并传输至所述暗光图像增强器件，暗光图像增强器件用于进行暗光图像增强处理，然后将处理后的像素数据信号输出至所述HDMI编码芯片，所述HDMI编码芯片用于将处理后的像素数据信号进行编码，并传输至所述HDMI输出接口，输出至显示面板进行显示。
本实施例提供的装置只用了少量的乘除法器和逻辑单元，花费仅仅66个像素时钟周期（按像素分辨率1920×1080的像素时钟计算，仅需444ns的时间）就可以实现实时视频信号的暗光增强，让人能够在暗光情况下识别视频图像里面的大部分细节。应用本实施例所述暗光图像增强显示装置前后的图像对比示意图见图3所示，与传统直接拉高曝光度的方式相比具有更自然的增强效果，在暗光处细节增强的同时不会将高光处拉得过曝，并且能够相对自然地还原真实色彩；相比深度学习的方法，具有更低成本且更高效的增强能力。
实施例10.
本实施例提供了一种电子设备，所述电子设备包括如实施例9中所述的暗光图像增强显示装置。

Claims (10)

1.一种暗光图像增强器件，其特征在于，包括I2C配置模块、RGB转HSV模块、CORDIC模块和HSV转RGB模块；
所述I2C配置模块用于配置解/编码芯片的寄存器，以实现与解/编码芯片间的数据交换；
所述RGB转HSV模块用于将输入信号从RGB空间转换到HSV空间，并将H、S分量同步输出至CORDIC模块，将V分量提取、扩展后作为所述CORDIC模块计算相位的输入值；
所述CORDIC模块用于计算出相位值和新的V分量，将新的V分量跟同步过来的H、S分量一起输入HSV转RGB的模块；
所述HSV转RGB的模块用于将HSV分量重新转换为RGB分量并输出。
2.一种暗光图像增强方法，其特征在于，应用如权利要求1所述的暗光图像增强器件实现，所述方法包括如下步骤：
S1、RGB转HSV模块接收解码后的视频图像信号，并将其从RGB空间转换到HSV空间；
S2、RGB转HSV模块将转换后的H、S分量同步输出至CORDIC模块，将V分量提取、扩展后作为所述CORDIC模块计算相位的输入值；
S3、CORDIC模块根据接收的输入值计算出相位值，并转换为角度制的角度，用最高灰度值255减去计算出的角度值作为新的V分量，并与同步过来的H、S分量一起输入HSV转RGB的模块；
S4、HSV转RGB的模块将处理后的HSV分量重新转换为RGB分量并输出至编码芯片。
3.根据权利要求2所述的暗光图像增强方法，其特征在于，步骤S1中所述RGB空间到HSV空间的转换通过如下方式实现：
，
其中，h、s和v分别代表HSV空间中的色相、饱和度和亮度坐标，r、g和b分别代表RGB空间中R、G和B的坐标，max代表r、g和b中的最大者，min代表r、g和b中的最小者。
4.根据权利要求2所述的暗光图像增强方法，其特征在于，所述RGB转HSV模块的输入信息包括输入时钟、RGB数据、行场同步信号和使能信号，输出信息包括HSV数据、行场同步信号和使能信号；其中，输出的行场同步信号和使能信号是将输入的行场同步信号和使能信号直接延迟得到的。
5.根据权利要求4所述的暗光图像增强方法，其特征在于，所述延迟的周期为24个像素时钟周期。
6.根据权利要求2所述的暗光图像增强方法，其特征在于，步骤S2中所述对V分量的扩展具体为：
将8位的V分量加上100，之后再右移两位，而后再通过高位添零的方法将数据扩展至32位，作为CORDIC模块的分子位输入值；将V分量直接高位添零扩展至32位输入CORDIC模块作为分母位输入值。
7.根据权利要求4所述的暗光图像增强方法，其特征在于，步骤S3中所述相位值的计算过程中，H分量、S分量、行场同步和使能信号同步延迟18个像素时钟周期。
8.根据权利要求4所述的暗光图像增强方法，其特征在于，步骤S4中所述HSV分量转换到RGB分量的过程中，行场同步和使能信号同步延迟24个像素时钟周期。
9.一种暗光图像增强显示装置，其特征在于，包括HDMI解码芯片、如权利要求1所述的暗光图像增强器件、HDMI编码芯片和显示面板；
所述HDMI解码芯片用于解码接收到的串行视频图像信号，将其从TMDS信号转换成RGB像素数据信号，并传输至所述暗光图像增强器件，所述暗光图像增强器件用于进行暗光图像增强处理，然后将处理后的像素数据信号输出至所述HDMI编码芯片，所述HDMI编码芯片用于将处理后的像素数据信号进行编码，并传输至显示面板进行显示。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求9中所述的暗光图像增强显示装置。
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