CN1665278A - 图像处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种图像处理装置。在该图像处理装置中，图像拾取部分获得图像，图像校正部分将从获得图像的主要物体选择的像素的灰度值(选定像素位于较窄灰度值范围)扩展到较宽灰度值范围，以及图像输出部分输出校正的图像。因此，图像得到校正，以使使用者容易地在预览模式中辨别图像中的目标。

Description

图像处理装置

技术领域

本发明涉及图像处理装置，尤其涉及能够在低照明条件下获得和捕捉高清晰图像的图像处理装置。本发明更特别地涉及一种能够在捕捉图像前以预览模式获得高亮度和高清晰图像的装置。

背景技术

随着数码成像装置，比如数码便携式摄像机和照相手机的应用增加，这些装置的功能变得多样化和更加智能化。

因而，当数码成像装置获得静止或移动图像时，分辨率逐渐增加，且在明亮条件，即在日光或人工照明下，所获得的图像足以满足使用者要求。

然而，使用者有一种对不仅在正常照明下而且在低照明条件下，比如在电影院、暗室和晚上也想捕捉高清晰图像的需求。例如，如果使用者希望在音乐会拍摄其最喜爱的明星或者以海洋为背景的夜景图像，那么就必须在低照明条件而非正常照明条件下捕捉图像。

过去，有人提出了在上述这种低照明条件下捕捉高清晰图像的许多方式的建议。例如，利用闪光灯、延长曝光时间以及控制亮度级。

在利用闪光灯的情况下，只可利用装有闪光灯的装置。即便是使用装有闪光灯的装置，其应用也受到严重限制，因为在公共区域(比如剧院)，突然的光束可对其他人造成干扰。利用闪光灯的另一个问题是，在使用者利用闪光灯记录图像前，因为闪光灯此时不工作，所以他无法在预览时辨别低照明条件下的目标。

在延长曝光时间的情况下，每秒的图像数目减少；且由于图像对手持运动的敏感，故使用者需尽力使目标和背景进入希望的构图中，这给使用者带来不便。而且，当预览时，图像也难以辨别。

在韩国申请号10-1999-059628中公开了一种控制亮度级的方法。该方法将所获得图像的亮度数据的阈值与预设亮度级进行对比，根据比较结果调整要校正的增益值(gain value)，并根据各选定信号自动补偿低照明图像数据的灰度(gradation)，从而即便条件变化也可通过控制选定信号而容易地调整图像的灰度和亮度。

然而，控制亮度的前述方法也具有在预览模式时依靠低照明的同样缺点，而此时使用者无法精确地辨别目标。

由于这些问题，背景技术的图像处理装置无法容易地在低照明条件下以预览模式捕捉图像。因此，即便捕捉图像，该图像也因低照明条件而不会清晰。

再者，由于在低照明条件下，清晰图像在预览模式中显示不清晰，故存在期望的图像无法清晰地辨别的问题。

发明内容

因而，本发明旨在提供一种图像处理装置，其基本消除因背景技术的局限和缺点造成的一个或多个问题。

本发明的目的是提供一种图像处理装置，其通过校正而改善在低照明条件下捕捉的图像的亮度，从而获得高清晰图像。

本发明的另一个目的在于提供一种图像处理装置，其能够在预览模式中观看清晰图像，使使用者能观看并从而捕捉其想要的图像。

本发明的其它优点、目的和特征将在后面的说明书中部分地提出，且一部分在本领域普通技术人员进行下面的验证后将变得明显，或者可以从本发明的实践中获知。本发明的目的和其它优点可以通过在说明书及其权利要求书以及附图中所特别指出的结构实现和获得。

为实现这些目的和其它优点并根据本发明的目的，如这里所体现和广泛描述的一样，一种图像处理装置包括：获得图像的图像拾取部分；图像校正部分，用于以图像直方图的形式排列获得图像的像素，并改变位于特定范围内的像素的灰度值而对图像进行校正，以产生高清晰图像；以及图像输出部分，用于输出校正的高清晰图像。

在本发明的另一个技术方案中，一种图像处理装置包括：获得图像的图像拾取部分；用于输出获得图像的图像输出部分；以及图像校正部分，用于校正由图像拾取部分获得的图像，以通过图像输出部分输出图像，其中图像校正部分包括：用于输出获得图像的直方图的直方图计算装置，用于设置灰度值要改变的像素的特定范围的阈值设置装置，以及用于改变特定范围内的像素的灰度值以在预定灰度值范围内重新调整改变的灰度值的直方图扩展装置。

在本发明的再一技术方案中，一种图像处理装置包括：获得图像的图像拾取部分；图像校正部分，用于将在较窄灰度范围中找到的像素的灰度值扩展到较宽灰度值范围，窄灰度范围代表由图像拾取部分获得的图像的主要目标；以及图像输出部分，用于输出扩展的图像。

本发明的另一个优点在于，它解决使用者在预览和记录模式期间的显示中不能辨别在低照明条件下捕捉的物体的问题，使得图像对比改善，获得了高清晰图像。

另外，与灰度的校正一起，色彩饱和度也可以校正，其能够防止色彩饱和度的减小，得到了具有满意分辨率的图像。

应该理解，本发明的前述的一般描述和下面的详细描述都是示范性和解释性的，并用于提供所要求的本发明的进一步解释。

附图说明

附图，包括其内以提供本发明的进一步理解，包括在本申请内并构成本申请的一部分，说明本发明的具体实施例，并与说明书一起用于说明本发明的原理。图中：

图1说明按照现有技术的图像处理装置；

图2进一步详细说明在图1中包含的照明控制部分；

图3说明在低照明条件下获得的图像的像素直方图的例子；

图4和5为说明低照明图像的灰度值中的变化的例子的图形。

具体实施方式

现在，将详细说明本发明的优选实施例，在附图中说明其实例。无论何处，相同的附图标记将被用于整个附图来引用相同或相似的部分。

图1说明按照现有技术的图像处理装置的概要(broad outline)，并且，图2更详细地说明在图1中的照明控制部分。

参考图1，图像处理装置包括：一个在低照明条件下获得图像的图像拾取部分1；一个图像校正部分2，图像校正部分2校正在低照明条件时通过图像拾取部分1获得的图像的亮度和色彩；和一个图像输出部分6，图像输出部分6输出由图像校正部分2校正的图像。

图像拾取部分1是用于捕捉正常图像的元件，并且，可以使用图像传感器，例如，CCD(电荷耦合装置)或者CMOS(互补金属氧化物半导体)。然而，因为本发明的主要特征是变换在低的照明条件下取得的图像为高清晰度图像，所以，下面所涉及的不带有限定词的任何图像将表示在低照明条件下捕捉的图像。

图像校正部分2是改善由图像拾取部分1在低照明条件下获得的图像为高清晰度图像的部件。图像校正部分2包括：一个图像放大装置3、一个照明控制装置4和一个格式转换装置4。

按照由用户指明的缩放放大倍率，图像放大装置3放大获得的图像到一个预定尺寸。这里，获得的图像的推荐的最大放大尺寸是图像输出部分6的屏幕尺寸。如果用户指明获得的图像的放大倍率尺寸超出图像输出部分6的特定屏幕尺寸，那么，该命令通常被拒绝，并且，获得的图像尺寸可以被指定为图像输出部分6的屏幕尺寸。

图像放大装置3允许用户调整缩放放大倍率，并且，通过调整到目标的距离和焦点，以及放大或缩小图像到预先设置的缩放放大倍率，能够优化图像分辨率。如果到目标的距离和焦点的设置是正确的，那么，用户将不必进行进一步的缩放调整，并且，可以不需要图像放大装置3。这就是说，如果需要调整目标的图像分辨率，那么，可以使用图像放大装置3。

如果在低的照明条件下获得的图像被图像放大装置3放大并且输出到显示屏幕，那么，由于低的照明而将难以辨别获得的图像的目标。

于是，一个在获得的图像被输出到预览屏幕以前的程序，即，通过照明控制装置4校正亮度和色彩的过程是需要的。

通常，在低的照明条件下获得的图像的灰度级分散位于低水平区域。因此，如果位于这些低水平区域的像素被适当地重新分布到较高的区域，那么，图像的对比度被改善，并且，目标可以更清楚地辨别。本发明的照明控制装置4被设计以实现上述的功能。

通常，照明控制装置4控制直方图的频率分布，并执行改善照明的操作。如在图2中所示，这一照明控制装置4包括：一个直方图计算装置11、一个阈值设置装置12、一个直方图扩展装置13和一个色彩校正装置14。

具体地，直方图计算装置11输出得自图像拾取部分1和图像放大装置3的在低的照明条件下获得的图像的直方图。即，关于灰度级的图像的像素的数目被输出。在直方图计算装置11输出的像素的直方图的一个实例如在图3中所示。从在低的照明条件下得到的图像获得像素的直方图，并且，大多数的像素分布在低的灰度区域。

参考图3，直方图计算装置11输出在低的照明条件下获得的图像的直方图。该直方图表示关于灰度级的像素数目。在直方图中，图像像素的色调(shades)在灰度值范围0到255之间变化，大多数像素被分布在100灰度值以下。这就是说，在低的照明条件下获得的图像中的像素大多数排列在低的灰度级中。于是，因为在背景和目标之间的亮度存在小的差别，所以，难于辨别图像。因此，需要改善构成主要目标的像素的亮度。

阈值设置装置12设置上和下阈值：一个最大的Max值和一个最小的Min值。上阈值可以被叫做上灰度值极限，而下阈值能够被叫做下灰度值极限。

有许多方法设置Max和Min值。其实例包括：为Max和Min设置固定的值，或者使用百分数给Max和Min值。

在固定值设置中，用0到255灰度级表示的图像能够被设置特定的Max和Min值。特定的Max和Min值可以被预先设置，并且，如果需要，那么设置的Max和Min值能够被改变。例如，固定的特定Min和Max值能够分别被设置在45和200。

在百分数设置的Max和Min值中，考虑在整个直方图中的灰度值的像素的数目的百分数来设置Max和Min值。

例如，如果在图像中的全部的像素是100％，并且，像素的数目超过全部像素数目的5％处的灰度值被设置为Min值。

例如，Max和Min值按照这样的方式设置：从0灰度值到Min值相加的像素的数目是像素的全部数目的约5％，并且，从0灰度值到Max灰度值相加的像素的数目是像素的全部数目的约95％。

直方图扩展装置13使用通过阈值设置装置12设置的Max和Min值，并且，重新调整分布在Max和Min值之间的原图像中的像素，换言之，通过图像拾取部分1获得的图像中的像素重新调整到预定的色调的范围。

这时，虽然有许多方法重新调整获得的图像的像素，本发明描述两个这样的实际的例子。

第一种方法是按照均匀和线性方法重新调整在Max和Min值中的像素的数目为预定的灰度范围。这里，虽然预定的灰度范围能够被设置在0和255灰度值之间，但是，该范围不必是固定的。例如，预定的灰度范围能够在50和255灰度值之间，并且，能够按照图像的性质或用户的偏好被调整。

参考图4，在获得的图像的Max和Min值中的像素，能够被线性地和均匀地重新调整在0到255灰度值的范围里找到的全部的灰度范围。例如，如果Min值是45并且Max值是200，那么，在45和200之间找到的像素能够被均匀地重新调整在0和255灰度值之间。在图4中的水平轴线是输入的像素的灰度值，而垂直轴线是输出的像素的灰度值。

于是，因为分布在相对低的灰度级区域中的像素被重新分布到相对高的灰度级区域，所以，对比度能够被增加，获得高清晰度图像。当然，在预览方式中，这也是可能的。

因此，在形成获得的图像的主要部分的目标里具有位于适当的范围中的值的像素，被重新调整在整个灰度范围里；并且，因为引起由+过分低或高的照明导致的噪声的像素可以被忽略，所以，分辨率被改善。此外，用户将能够在宽的、校正的灰度范围里看到形成要被捕捉的目标的窄的灰度范围中的像素，并且，具有校正的照明的这一图像能够被看得更清晰和具有更高对比度。

第二，有一种在预定的灰度范围里以曲线分布重新调整排列在阈值设置装置12中设置的Max和Min值之间的像素的方法。这里，在本发明的说明书中，灰度范围被设置在0和255灰度之间；然而，这样的灰度范围不必是固定的。例如，灰度范围能够被设置成在50和250灰度值之间。

参考图5，我们能够看到：获得的图像的位于设置的Min和Max值之间的像素在0到255灰度值之间的部分区域，即，从150到255灰度值的区域中按照集中曲线被重新调整。因此，在相对低的灰度的区域中的像素被重新分布到相对高的灰度(在150到155之间)的区域，获得比第一种方法更高的对比度。在图5中的水平轴线表示输入像素的灰度值，而垂直轴线表示输出像素的灰度值。

从包括上面说明的两种的用于重新调整的许多方法中，选择优化的方法，使得直方图被扩展。

在图4和5中的(L)表示灰度级的上限，在本发明中它被设置255灰度，但是，按照需要，它可以被设置在255灰度值以下或者以上。

直到现在的说明大多数是关于灰度的校正。然而，如果在低的灰度级区域中的像素被扩展到较大的灰度级区域，如前面所述，那么，得到的色彩饱和度将相对降低。在这种情况中，色纯度下降，并且，色彩出现褪色的问题将显现出来。

因此，灰度校正，与色彩校正一起是需要的。

于是，在本发明中的色彩校正装置14，在色彩值中反映通过在直方图扩展装置13中的灰度校正改变亮度的变化率(Y/Y)，并且校正色彩。

尤其是，在输入的图像和输出的图像之间的亮度的变化率(Y/Y)能够在直方图扩展装置13中被输出。例如，当图像是YUV格式，以及先前的亮度(Y)和新的亮度(Y’)被输出时，能够用下面的公式进行色彩校正。

因此，U’＝(Y’/Y)*U，V’＝(Y’/Y)*V

这里，Y表示照明，并且，U和V表示色彩。

当然，前面描述的色彩校正可以以相同的方法被应用到其它格式的图像，例如RGB格式的图像。

然而，描述的色彩校正不是必须的，而是可以在等级校正发生在直方图扩展装置13中并且色彩饱和度值降低时被应用。

另一方面，格式转换装置5改变灰度级已经被直方图扩展装置13校正的图像为在图像输出部分6中使用的格式。当然，色彩已经被色彩校正装置14校正的图像的格式能够被改变，如果需要的话。

例如，如果灰度级已经被校正的图像是YUV格式，那么，它能够被改变成RGB格式。因此，图像输出部分6输出在格式转换装置5中转换的图像到屏幕。

如在本发明中描述的图像转换装置，可以包括：照相手机(cameraphone)、数码照相机(digital cameras)、数码便携式摄像机(digitalcamcorders)、蜂窝电话(cellular phone)和灵巧电话机(smartphone)。

如从前面的说明看到的，从低的照明条件下获得的图像，本发明指定图像的主要部分中的像素为在Min和Max值之间的像素，并且，用直方图扩展装置重新分布指定的像素到固定的灰度范围。于是，当以预览模式显示在低的照明条件下捕捉的或者获得的图像时，目标难以识别的现有技术中存在的问题被克服，并且，对比度能够被增加以提供高清晰度图像。而且，因为具有截然不同于其它像素的亮度的像素，例如噪声(noise)，被忽略，所以，用户能够看到更清晰的图像。

另外，因为仅对位于由包含获得的图像的主要部分的目标描述的固定范围里的像素执行直方图扩展，所以，使用照明校正，获得的图像的主要部分能够更加清楚。此外，通过不校正未分布在的Min和Max值之间的不被包括在图像的主要部分中的像素的照明，噪声是不显著的，并且，能够获得改善图像质量的积极效果。

因此，因为当需要时本发明与色彩校正一起校正灰度级，所以，由灰度校正引起的色彩饱和度的降低能够被避免。于是，存在这样的优点：用户能够获得更好的图像质量。

对本领域熟练技术人员应该明白：在本发明中，能够进行各种修改和变化。因此，应该注意到，本发明覆盖落入权利要求的范围及其它们的等同范围的对本发明的修改和变化。

Claims (13)

1、一种图像处理装置，包括：

获得图像的图像拾取部分；

图像校正部分，用于以图像直方图的形式排列所获得图像的像素，并改变位于特定范围内的像素的灰度值而对图像进行校正，以产生高清晰图像；以及

图像输出部分，用于输出校正的高清晰图像。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，其中图像拾取部分包括具有电荷耦合装置CCD和互补金属氧化物半导体CMOS之一的图像传感器。

3、如权利要求1所述的装置，其特征在于，其中图像校正部分包括用于放大通过图像拾取部分获得的图像的图像放大装置。

4、如权利要求1所述的装置，其特征在于，其中图像校正部分包括用于转换校正的图像的格式的格式转换装置。

5、如权利要求1所述的装置，其特征在于，其中图像校正部分包括：

直方图计算装置，用于输出关于获得的图像的灰度级的像素数目；

阈值设置装置，用于设置在图像直方图中确定像素特定范围的阈值；以及

直方图扩展装置，用于将特定范围内的像素重新调整到预定的范围。

6、如权利要求1所述的装置，其特征在于，其中图像校正部分包括用于校正像素色彩的色彩校正装置。

7、如权利要求5所述的装置，其特征在于，其中图像校正部分进一步包括用于根据图像校正前和后的亮度标度的比例校正像素色彩的色彩校正装置。

8、如权利要求1所述的装置，其特征在于，其中所述的特定范围设置在Min(最小)值和Max(最大)值之间。

9、如权利要求1所述的装置，其特征在于，其中所述的特定范围预先设置。

10、如权利要求1所述的装置，其特征在于，其中所述的特定范围通过直方图中的分布百分率设置。

11、如权利要求1所述的装置，其特征在于，其中特定范围内的像素以线性函数形式在预定灰度值范围内重新调整。

12、如权利要求1所述的装置，其特征在于，其中在特定范围内的像素以曲线分布形式在预定灰度值范围内重新调整。

13、如权利要求1所述的装置，其特征在于，其中特定范围内的像素在固定灰度值范围内以集中方式重新调整。

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