圖像的寬動態范圍處理方法
【專利摘要】本發明公開了一種圖像的寬動態范圍處理方法。包括：把現有格式的圖像轉換到含亮度維度的顏色空間數據格式的圖像；求得圖像亮度的局部尺度亮度分量；求得圖像亮度的細節亮度分量；對局部尺度亮度分量進行亮度變換；對細節亮度分量進行亮度變換；合成變換后的局部尺度亮度分量和細節亮度分量，得到變換后的寬動態范圍圖像的亮度；把合成后的亮度結合顏色空間的另兩個維度轉換到輸出的顏色空間，得到寬動態圖像處理后的圖像。應用本發明，可以提升圖像場景細節的清晰度及色調逼真度，使得圖像更銳利、色彩更鮮艷、色調更逼真。
【專利說明】圖像的寬動態范圍處理方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及數字圖像的處理技術，尤其涉及一種圖像的寬動態范圍處理方法。
【背景技術】
[0002]圖像尤其是彩色數字圖像的應用越來越廣泛，有很多圖像在拍攝過程中，由于成像設備的寬動態范圍不夠、拍攝條件、能力的限制等，導致無法拍出滿足要求的好圖像，尤其是對于同一畫面中的包含極暗接近到全黑和極亮接近到亮飽和的場景時，就無法看清楚極暗部分和極亮部分的場景細節，而將極暗和極亮部分的場景細節內容清晰地再現出來的方法就是寬動態范圍成像的方法，即HDR (High Dynamic Range)。
[0003]目前的寬動態范圍成像的實現方法主要采用三種方法，其一為拍攝相機多次曝光得到不同曝光度的圖像，再將不同曝光度的圖像進行疊加，從而得到寬動態的圖像，該方法是與拍攝相機結合在一起，目前廣泛應用于手機上，其特點是能部分改善成像質量，達到一定的寬動態范圍成像效果，其缺點為對于運動場景的拍攝會出現較大的運動模糊；其二為利用多次拍照而得到的同一場景多幅圖像，采用軟件進行寬動態處理，這種方法在原理上和第一種方法一樣，不同的只是將相機中圖像疊加處理的方法拿到后期處理平臺上來實現，其優點是參數可調，效果可調，可以進行個性化處理，同樣存在對于運動場景會出現模糊的問題；第三種方法就是利用軟件對單一圖像進行處理而得到寬動態處理，其處理效果隨著采用的方法不同而各有不同。以上三種方法都在不同程度上涉及到利用圖像處理的方法進行寬動態處理，而圖像處理的方法就面臨著一個采用顏色空間的問題，不同的軟件有著不同的顏色空間的應用。
【發明內容】
[0004]本發明實施例提供了一種圖像的寬動態范圍處理方法，在本申請中稱為TyHDR。通過TyHDR的處理會使圖像場景細節更清晰顯現、圖像更銳利、色彩更鮮艷、色調更逼真。
[0005]一種圖像的寬動態范圍處理方法，包括:
[0006]在期待的含亮度維度的顏色空間內，獲取待處理圖像的含亮度維度的顏色空間內的圖像數據中每一像素的局部尺度亮度分量和細節亮度分量；
[0007]根據先驗的局部亮度映射曲線和細節亮度映射曲線，對獲取的局部尺度亮度分量和細節亮度分量分別進行亮度調節；
[0008]合成調節后的局部尺度亮度分量和細節亮度分量，得到調整后的圖像亮度；
[0009]將調整后的圖像亮度轉換到輸出圖像所在的輸出顏色空間。
[0010]其中，如果待處理圖像所在的顏色空間不是期待的含亮度維度的顏色空間時，在含亮度維度的顏色空間內之前，所述方法進一步包括:
[0011]判斷待處理圖像所在的顏色空間，將待處理圖像數據轉換為期待的含亮度維度的顏色空間的圖像數據。
[0012]其中，所述合成調節后的局部尺度亮度分量和細節亮度分量具體為:對調節后的各個尺度下的細節亮度分量進行合成，對局部尺度亮度分量和合成的細節亮度分量進行再合成 InN=PLlnLN+Inm,其中，
[0013]In,為合成后的亮度分量；
[0014]InM為局部尺度売度分星；
[0015]pL為局部尺度亮度分量的加權值；
[0016]Inffl為合成的細節亮度分量。
[0017]其中，獲取所述局部尺度亮度分量包括:
[0018]采用預先設置的卷積模板對待處理圖像進行卷積以求取圖像數據中每一像素的局部尺度亮度分量；或，
[0019]采用積分圖法求取圖像數據中每一像素的局部尺度亮度分量；或，
[0020]采用頻域低 通濾波法求取圖像數據中每一像素的局部尺度亮度分量；或，
[0021]采用小波分析算法求取圖像數據中每一像素的局部尺度亮度分量；
[0022]其中，采用積分圖法求取圖像數據中每一像素的局部尺度亮度分量的具體操作方法是求出當前處理圖像的積分圖，根據以當前處理像素為中心以選定的局部尺度為范圍求取該范圍所有像素的算術平均值或者加權平均值作為該當前處理像素的局部尺度亮度分量;
[0023]其中，采用頻域低通濾波法求取圖像數據中每一像素的局部尺度亮度分量的具體操作方法是變換待處理空域圖像到頻域圖像，對頻域圖像進行低頻濾波，濾波參數根據具體處理要求進行選擇，把得到的進行低頻濾波后的頻域圖像再轉換到空域，即得到完整圖像各個像素點的空域局部尺度亮度分量；
[0024]其中，采用小波分析算法求取圖像數據中每一像素的局部尺度亮度分量的具體操作方法是對當前處理圖像進行小波變換，得到低頻分量圖像，找到當前處理像素點的低頻分量值作為當前處理像素的局部尺度亮度分量。
[0025]其中，選取預先設置的多個尺度，按由小到大的順序，采用模板法或積分圖法或頻域低通濾波法或小波分析法，分別得到每種尺度對應下的局部尺度亮度分量，選取其中某一尺度下的局部尺度亮度分量作為圖像局部尺度亮度分量。
[0026]其中，獲取所述細節亮度分量的計算公式為:
[0027]InHJ=InL1-1nLJ,
[0028]式中，
[0029]Inaj為尺度a」對應的細節亮度分量；
[0030]Inli為尺度Si對應的局部尺度売度分星；
[0031]Inu為尺度a」對應的局部尺度亮度分量。(i為1，2，…，k中任一數字，但i幸j)
[0032]其中，所述對獲取的局部尺度亮度分量進行亮度調整包括:
[0033]基于先驗數據獲得局部尺度亮度分量調節的亮度映射曲線，包括針對不同應用要求下的亮度映射曲線，所述亮度映射曲線表示調節后局部尺度亮度分量與調節前局部尺度亮度分量之間的對應關系；通過所述亮度映射曲線以及獲取的局部尺度亮度分量，獲得調節后的局部尺度亮度分量；或，
[0034]利用基于先驗數據獲得的局部尺度亮度分量調節的映射曲線來擬合函數或者獨立定義局部尺度亮度分量的轉換函數，將獲取的局部尺度亮度分量代入擬合函數或轉換函數中，計算調節結果，得到調節后的局部尺度亮度分量。
[0035]其中，所述對獲取的細節亮度分量進行亮度調整包括:
[0036]基于先驗數據獲得各個不同尺度細節亮度分量調節的亮度映射曲線，包括針對不同應用要求下的亮度映射曲線，該亮度映射曲線表示調節后細節亮度分量與調節前細節亮度分量之間的對應關系；通過所述亮度映射曲線以及獲取的各個不同尺度下的細節亮度分量，獲得調節后的各個不同尺度下的細節亮度分量，將調節后的各個不同尺度下的細節亮
度分量進行加權求和，作為調整后的細節亮度分量，具體公式為
【權利要求】
1.一種圖像的寬動態范圍處理方法，包括: 在期待的含亮度維度的顏色空間內，獲取待處理圖像的含亮度維度的顏色空間內的圖像數據中每一像素的局部尺度亮度分量和細節亮度分量； 根據先驗的局部亮度映射曲線和細節亮度映射曲線，對獲取的局部尺度亮度分量和細節亮度分量分別進行亮度調節； 合成調節后的局部尺度亮度分量和細節亮度分量，得到調整后的圖像亮度； 將調整后的圖像亮度轉換到輸出圖像所在的輸出顏色空間。
2.如權利要求1所述的方法，其中，如果待處理圖像所在的顏色空間不是期待的含亮度維度的顏色空間時，在含亮度維度的顏色空間內之前，所述方法進一步包括: 判斷待處理圖像所在的顏色空間，將待處理圖像數據轉換為期待的含亮度維度的顏色空間的圖像數據。
3.如權利要求2所述的方法，其中，所述合成調節后的局部尺度亮度分量和細節亮度分量具體為:對調節后的各個尺度下的細節亮度分量進行加權求和合成，對局部尺度亮度分量和合成的細節亮度分量進行再加權求和合成InN=p，其中， InN為合成后的亮度分量； InLN為局部尺度亮度分量； Pl為局部尺度亮度分量的加權值； Inra為合成的細節亮度分量。
4.如權利要求3所述的方法，其中，獲取所述局部尺度亮度分量包括: 采用預先設置的卷積模板對待處理圖像進行卷積以求取圖像數據中每一像素的局部尺度亮度分量；或， 采用積分圖法求取圖像數據中每一像素在該尺度下的均值作為局部尺度亮度分量；或， 采用頻域低通濾波法求取圖像數據中每一像素在該尺度下的低頻分量作為局部尺度亮度分量；或， 采用小波分析算法求取圖像數據中每一像素在該尺度下的低頻分量作為局部尺度亮度分量； 其中，采用積分圖法求取圖像數據中每一像素的局部尺度亮度分量的具體操作方法是求出當前處理圖像的積分圖，根據以當前處理像素為中心以選定的局部尺度為范圍求取該范圍所有像素的算術平均值或者加權平均值作為該當前處理像素的局部尺度亮度分量；其中，采用頻域低通濾波法求取圖像數據中每一像素的局部尺度亮度分量的具體操作方法是變換待處理空域圖像到頻域圖像，對頻域圖像進行低頻濾波，濾波參數根據具體處理要求進行選擇，把得到的進行低頻濾波后的頻域圖像再轉換到空域，即得到完整圖像各個像素點的空域局部尺度亮度分量； 其中，采用小波分析算法求取圖像數據中每一像素的局部尺度亮度分量的具體操作方法是對當前處理圖像進行小波變換，得到低頻分量圖像，找到當前處理像素點的低頻分量值作為當前處理像素的局部尺度亮度分量。
5.如權利要求4所述的方法，其中，選取預先設置的多個尺度，按由小到大的順序，采用模板法或積分圖法或頻域低通濾波法或小波分析法，分別得到每種尺度對應下的局部尺度亮度分量，選取其中某一尺度下的局部尺度亮度分量作為圖像局部尺度亮度分量。
6.如權利要求5所述的方法，其中，獲取所述細節亮度分量的計算公式為: InHJ=InL1-1nLJ，式中，InHJ為尺度a]對應的細節亮度分量；InLi為尺度ai對應的局部尺度売度分星；InLJ為尺度a」對應的局部尺度亮度分量(i為1，2，…，k中任一數字，但i古j)。
7.如權利要求6所述的方法，其中，所述對獲取的局部尺度亮度分量進行亮度調整包括:基于先驗數據獲得局部尺度亮度分量調節的亮度映射曲線，包括針對不同應用要求下的亮度映射曲線，所述亮度映射曲線表示調節后局部尺度亮度分量與調節前局部尺度亮度分量之間的對應關系；通過所述亮度映射曲線以及獲取的局部尺度亮度分量，獲得調節后的局部尺度亮度分量；或，利用基于先驗數據獲得的局部尺度亮度分量調節的映射曲線來擬合函數或者獨立定義局部尺度亮度分量的轉換函數，將獲取的局部尺度亮度分量代入擬合函數或轉換函數中，計算調節結果，得到調節后的局部尺度亮度分量。
8.如權利要求6所述的方法，其中，所述對獲取的細節亮度分量進行亮度調整包括: 基于先驗數據獲得各個不同尺度細節亮度分量調節的亮度映射曲線，包括針對不同應用要求下的亮度映射曲線，該亮度映射曲線表示調節后細節亮度分量與調節前細節亮度分量之間的對應關系；通過所述亮度映射曲線以及獲取的各個不同尺度下的細節亮度分量， 獲得調節后的各個不同尺度下的細節亮度分量，將調節后的各個不同尺度下的細節亮度分k量進行加權求和，作為調整后的細節亮度分量，具體公式為
9.如權利要求2所述的方法，其中，所述含亮度維度的顏色空間內進一步包含有色調維度以及飽和度維度，所述將待處理圖像數據轉換為期待的含亮度維度的顏色空間的圖像數據具體為:將待處理圖像數據轉換為含亮度維度、色調維度以及飽和度維度的圖像數據；所述將調整后的圖像亮度轉換到輸出圖像所在的輸出顏色空間具體為:將調整后的圖像亮度和同一顏色空間內的色調、飽和度轉換成輸出圖像所在的顏色空間的圖像數據。
10.如權利要求9所述的方法，其中，所述將調整后的圖像亮度和同一顏色空間內的色調、飽和度轉換成輸出圖像所在的顏色空間的圖像數據包括: 利用基于先驗數據的HSaIn顏色空間模型的飽和度調整倍數一亮度對應關系，對飽和度進行調節得到輸出圖像的飽和度，將飽和度調節后的含亮度維度的顏色空間內的圖像數據轉換為輸出圖像顏色空間的圖像數據。
【文檔編號】H04N9/04GK103581634SQ201310471370
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年10月10日 優先權日:2013年8月12日
【發明者】賈偉 申請人:泰邦泰平科技（北京）有限公司