CN104809747B - 图像直方图的统计方法及其*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及图像处理技术，公开了一种图像直方图的统计方法及其***。本发明中，利用原始图像像素数据中存在相同连续像素的特征，预先使用行程编码对这些相同连续像素进行压缩，则可以在一个操作中完成对这些相同连续像素的直方图统计，减少了直方图统计的读写操作步骤，从而大大减少了直方图统计的时间和功耗。此外，在采集原始图像像素数据的同时进行行程编码，可以充分利用***的空闲资源。

Description

图像直方图的统计方法及其***

技术领域

本发明涉及图像处理技术，特别涉及图像直方图的统计方法及其***。

背景技术

图像直方图表示了一幅图像中像素值的分布情况，它在图像增强、图像分割和图像匹配等图像处理领域有着广泛的应用。图像直方图的统计是图像预处理的一个重要环节，是对图像进行下一步处理的前提。图像直方图的统计的基本方法是对图像像素点的逐点统计。对于一个n-bit灰度级M×N大小的图像，像素灰度值i的范围是[0,2ⁿ-1]，其对应的图像直方图是h(i)。在进行直方图统计时，对图像按照逐行的顺序，使用当前像素的灰度值对h(i)进行寻址，在h(i)当前值的基础上加一，直至图像遍历完成。采用上述方法，对于8-bit灰度级的图像，能够生成具有256个小区间(bin)的图像直方图，每个小区间的灰度范围(bin-size)是1个灰度级。在不同的应用场合，对图像直方图的小区间数目有着不同的需求。小区间的数目和灰度值范围体现着图像直方图的精细程度。由于需要逐像素进行统计，需要频繁地读取储存器内的数据，使用现有方法对直方图进行统计具有耗费时间长、***功耗高等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种图像直方图的统计方法及其***，大大减少了直方图统计的时间和功耗。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式公开了一种图像直方图的统计方法，方法包括以下步骤：

获取图像像素数据，该图像像素数据被预先进行了行程编码，编码码值包含数据值部分和长度值部分；

对获取的图像像素数据进行解码，以将编码码值中的数据值部分与长度值部分分离；

根据分离的数据值部分和长度值部分进行图像直方图的统计。

本发明的实施方式还公开了一种图像直方图的统计***，***包括：

获取单元，用于获取图像像素数据，该图像像素数据被预先进行了行程编码，编码码值包含数据值部分和长度值部分；

解码单元，用于对获取的图像像素数据进行解码，以将编码码值中的数据值部分与长度值部分分离；以及

统计单元，用于根据分离的数据值部分和长度值部分进行图像直方图的统计。

本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

在本发明中，利用原始图像像素数据中存在相同连续像素的特征，预先使用行程编码对这些相同连续像素进行压缩，则可以在一个操作中完成对这些相同连续像素的直方图统计，减少了直方图统计的读写操作步骤，从而大大减少了直方图统计的时间和功耗。

进一步地，在采集原始图像像素数据的同时进行行程编码，可以充分利用***的空闲资源。

进一步地，编码码值中的数据值部分与长度值部分的空间分配可变，从而可以调整图像直方图的小区间数目，以满足不同精度需求。

进一步地，采用流水线结构进行图像像素数据解码和直方图统计，可以进一步加快数据处理速度。

附图说明

图1是本发明第一实施方式中一种图像直方图的统计方法的流程示意图；

图2是本发明第二实施方式中一种图像直方图的统计方法中数据值部分和长度值部分的空间分配示意图；

图3是本发明第二实施方式中一种图像直方图的统计***的结构示意图；

图4是本发明第二实施方式中一种图像直方图的统计方法的流水线结构示意图；

图5是本发明第三实施方式中一种图像直方图的统计***的结构示意图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本发明第一实施方式涉及一种图像直方图的统计方法。图1是该图像直方图的统计方法的流程示意图。如图1所示，该图像直方图的统计方法包括以下步骤：

在步骤101中，获取图像像素数据，该图像像素数据被预先进行了行程编码，编码码值包含数据值部分和长度值部分。

可以理解，行程编码利用了图像中连续像素会出现相同数据的特征，它的编码中包括原像素数据和行程长度(Run-Length)两个部分(即数据值部分和长度值部分)，其中的行程长度代表了相同的原像素数据连续出现的次数。应用行程编码，图像中数值相同的连续若干像素的直方图统计可以在一个操作中完成，而无需分别对这些相同的连续像素值进行统计。此外，可以理解，当连续出现的相同像素值的个数大于长度值部分所能表示的最大整数时，进行分段处理。

此后进入步骤102，对获取的图像像素数据进行解码，以将编码码值中的数据值部分与长度值部分分离。

此后进入步骤103，根据分离的数据值部分和长度值部分进行图像直方图的统计。

此后结束本流程。

可以理解，上述数据值部分可以存储像素的灰度值、颜色值，或任何其他像素特征值。

此外，可以理解，在进行直方图统计时使用经行程编码的图像像素数据，而在进行如白平衡等其他图像处理操作时使用未经编码的原始图像像素数据。

在本实施方式的方法中，利用原始图像像素数据中存在相同连续像素的特征，预先使用行程编码对这些相同连续像素进行压缩，则可以在一个操作中完成对这些相同连续像素的直方图统计，减少了直方图统计的读写操作步骤，从而大大减少了直方图统计的时间和功耗。

优选地，在采集原始图像像素数据的同时进行行程编码，可以充分利用***的空闲资源。具体地说：

在上述步骤101前还包括以下步骤：

在采集原始图像像素数据的同时，实时地对原始图像像素数据进行行程编码，以得到上述图像像素数据。

可以理解，原始图像像素数据的采集速度有限(例如：通常每秒只需要采集30帧图像)，此时***较为空闲，利用该***空闲资源，对原始图像像素数据实时地进行行程编码，可以大大加快后续图像直方图的统计工作。优选地，图像采集装置可以直接对采集的原始图像像素数据实时地进行行程编码，并输出经编码的图像像素数据。当然，在本发明的其他实施方式中，也可以在采集完所有原始图像像素数据后，利用***的其他空闲时间对所采集的各原始图像像素数据进行行程编码。

本发明第二实施方式涉及一种图像直方图的统计方法。第二实施方式在第一实施方式的基础上主要进行了以下两个改进。

第一个改进为编码码值中的数据值部分与长度值部分的空间分配可变，从而可以调整图像直方图的小区间数目，以满足不同精度需求。具体地说：

数据值部分和长度值部分可以根据图像直方图的小区间间隔进行空间分配。小区间间隔越大，则数据值部分所分配的空间越小，长度值部分所分配的空间越大。

可以理解，在本发明的其他实施方式中，数据值部分和长度值部分所分配的空间也可以是固定的。此外，可以理解，在本发明的各个实施方式中，单个编码码值所分配的空间可以是固定的，也可以是变动的。

第二个改进为采用流水线结构进行图像像素数据解码和直方图统计，可以进一步加快数据处理速度。具体地说：

在同一时间间隔中，对获取的图像像素数据中的后一编码码值进行解码，并同时根据分离的前一编码码值的数据值部分和长度值部分进行图像直方图的统计。

当然，可以理解，在本发明的其他实施方式中，也可以在对经编码的图像像素数据中的所有编码码值进行解码(例如采用串行的方式)后，再对分离的数据值部分和长度值部分进行直方图统计。

在本发明的一个优选例中，上述图像直方图的统计方法主要包括以下阶段：

1.图像编码和存储：在本阶段中，M×N大小图像的像素序列依次从外部读入，并使用行程编码对数据进行编码，将编码后的图像存储在图像缓存中。经过编码之后，原图中的M×N个像素数据变为L个数据。

同时，为了对图像直方图中小区间的数目进行调节，对传统的行程编码进行了改进。其中，单个行程编码内数据值部分和长度值部分空间的分配是可以变动的。具体地，像素的行程编码码值中数据值部分存储了像素的灰度值(可以理解，在本发明的其他实施例中，数据值部分也可以存储颜色值等其他特征值)；长度值部分存储了数据值部分连续出现的次数。对于n-bit灰度级的图像，如果使用r-bit的空间对其进行行程编码，数据值部分为s-bit，长度值部分为t-bit，则r、s和t三者的关系是r＝s+t。

当图像直方图小区间的灰度间隔为m-bit，即直方图中小区间数目为2^n-m+1时，行程编码中数据值部分和长度值部分的空间大小分别为

s＝n-m+1

t＝r-(n-m+1)

通常在编码时，行程编码中数据值部分的s-bit是由原像素数值的高s-bit组成。为了对图像直方图中的小区间数目可调，m的值是可变的，其范围是1≤m≤n。在实际应用中对直方图小区间数目有不同的需求时，只需改变m的值即可。由于随着m的增大，原像素数值中的低(m-1)-bit的差异会被忽略，这会导致像素序列中相同的连续像素数目的增多。本编码中随着m的值增加1，原像素数值部分的空间会减少1-bit，编码内长度值部分的空间会增加1-bit，所能表示的相同连续像素数目的范围也增加了一倍。

例如，对于灰度级n-bit为8-bit、分辨率为320×240的原图像，采用16-bit的行程编码对图像进行编码。不同的直方图小区间数目对应的编码空间分配情况如图2所示。当直方图小区间数目为256(m＝1)时，编码中的8-bit空间用于存储原像素数据，8-bit的空间用于存储长度值，即像素序列中相同像素值连续出现的次数。当直方图小区间数目为128(m＝2)时，编码中的7-bit空间用于存储原像素数据，9-bit的空间用于存储长度值，即像素序列中相同像素值连续出现的次数。之后的编码空间分配方法以此类推。

可以理解，在本发明的其他实施例中，数据值部分和长度值部分空间的分配也可以是固定的。此外，可以理解，在本发明的各个实施例中，对于单个行程编码码值所分配的空间r-bit可以是固定的，也可以是变动的。

2.图像解码：在本阶段中，从图像缓存中读出行程编码后像素的值，对其解码。即根据***对图像直方图小区间数目的要求，从编码码值中分离出原像素数据值和长度值。

3.直方图统计：利用图像解码后分离出像素数据值部分和长度值部分，统计图像的直方图。即以图像编码阶段得到的原像素数据值对图像直方图进行寻址，将编码中的长度值部分累加到读出的图像直方图值上。

由于对原图像进行了行程编码，图像中数值相同的连续像素可以在一次操作中完成对它们直方图的统计工作，从而在直方图的统计阶段节省了时间。随着小区间数目的减少，这种加速效果越明显，因为由于行程编码对图像的压缩效果随着小区间数目的减少而变好。与此同时，在行程编码之后，图像中连续像素被压缩，从而减少了对图像缓存进行读写的次数。由于对图像缓存的读写操作是***功耗的重要来源，对其读写操作的减少降低可***功耗。

而实现上述方法的一种图像直方图统计***主要如图3所示，该***包括：

图像RLE(行程)编码器：该单元负责将图像原像素值进行行程编码。根据***对图像直方图小区间数目的要求，改变行程编码码值中数据值部分和长度值部分的空间分配；

图像缓存器：该单元将图像编码器编码后的像素进行保存；

图像RLE解码器：该单元从图像缓存器中读出像素数据，将其中的数据值部分和长度值部分进行分离；

直方图统计单元：该单元使用图像解码器给出的数据值部分对图像直方图进行寻址，并将长度值部分累加到寻址到的图像直方图中。

为了加快图像解码和直方图统计部分的处理速度，这两个部分间采用流水线结构。其时序关系如图4所示。如果不采用流水线的方法，图像的解码和直方图的统计需要使用两个时间间隔，使用了流水线方法后，在进行第2个码值(即后一个编码码值)的解码时，可以对第1个码值(即前一个编码码值)的解码结果进行直方图的统计。以此类推其它码值的解码和直方图统计顺序。可以理解，在本发明的其他实施例中，也可以对所有编码码值解码后，再进行直方图的统计。

可以理解，以上仅为本发明的优选实施例，可以根据实际需要添加或删除其中的步骤或器件，并相应地修改其中的细节。

本发明的各方法实施方式均可以以软件、硬件、固件等方式实现。不管本发明是以软件、硬件、还是固件方式实现，指令代码都可以存储在任何类型的计算机可访问的存储器中(例如永久的或者可修改的，易失性的或者非易失性的，固态的或者非固态的，固定的或者可更换的介质等等)。同样，存储器可以例如是可编程阵列逻辑(Programmable ArrayLogic，简称“PAL”)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称“RAM”)、可编程只读存储器(Programmable Read Only Memory，简称“PROM”)、只读存储器(Read-Only Memory，简称“ROM”)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable ROM，简称“EEPROM”)、磁盘、光盘、数字通用光盘(Digital Versatile Disc，简称“DVD”)等等。

本发明第三实施方式涉及一种图像直方图的统计***。图5是该图像直方图的统计***的结构示意图。如图5所示，该图像直方图的统计***包括：

获取单元，用于获取图像像素数据，该图像像素数据被预先进行了行程编码，编码码值包含数据值部分和长度值部分；

解码单元，用于对获取的图像像素数据进行解码，以将编码码值中的数据值部分与长度值部分分离；以及

统计单元，用于根据分离的数据值部分和长度值部分进行图像直方图的统计。可以理解，上述数据值部分可以存储像素的灰度值、颜色值，或任何其他特征值。

此外，可以理解，在进行直方图统计时使用经编码的图像像素数据，而在进行如白平衡等其他图像处理操作时使用未经编码的原始图像像素数据。

在本实施方式的***中，利用原始图像像素数据中存在相同连续像素的特征，预先使用行程编码对这些相同连续像素进行压缩，则统计单元可以在一个操作中完成对这些相同连续像素的直方图统计，减少了直方图统计的读写操作步骤，从而大大减少了直方图统计的时间和功耗。

优选地，编码单元在采集原始图像像素数据的同时进行行程编码，可以充分利用***的空闲资源。具体地说：

上述***还包括编码单元，用于在采集原始图像像素数据的同时，实时地对原始图像像素数据进行行程编码，以得到图像像素数据。

可以理解，原始图像像素数据的采集速度有限(例如：通常每秒只需要采集30帧图像)，此时***较为空闲，利用该***空闲资源，对原始图像像素数据实时地进行行程编码，可以大大加快后续图像直方图的统计工作。优选地，图像采集装置直接对采集的原始图像像素数据实时地进行行程编码，并输出经编码的图像像素数据。当然，在本发明的其他实施方式中，也可以在采集完各原始图像像素数据后，利用***的其他空闲时间对所采集的各原始图像像素数据进行行程编码。

第一实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

本发明第四实施方式涉及一种图像直方图的统计***。第四实施方式在第三实施方式的基础上主要进行了以下两个改进。

第一个改进为编码码值中的数据值部分与长度值部分的空间分配可变，从而可以调整图像直方图的小区间数目，以满足不同精度需求。具体地说:

数据值部分和长度值部分可以根据图像直方图的小区间间隔进行空间分配。小区间间隔越大，则数据值部分所分配的空间越小，长度值部分所分配的空间越大。

可以理解，在本发明的其他实施方式中，数据值部分和长度值部分所分配的空间也可以是固定的。此外，可以理解，在本发明的各个实施方式中，单个编码码值所分配的空间可以是固定的，也可以是变动的。

第二个改进为采用流水线结构进行图像像素数据解码和直方图统计，可以进一步加快数据处理速度。具体地说：

在同一时间间隔中，解码单元对获取的图像像素数据中的后一编码码值进行解码，并同时统计单元根据分离的前一编码码值的数据值部分和长度值部分进行图像直方图的统计。

当然，可以理解，在本发明的其他实施方式中，也可以在对经编码的图像像素数据中的所有编码码值进行解码(例如采用串行的方式)后，再对分离的数据值部分和长度值部分进行直方图统计。

第二实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。

需要说明的是，本发明各设备实施方式中提到的各单元都是逻辑单元，在物理上，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现，这些逻辑单元本身的物理实现方式并不是最重要的，这些逻辑单元所实现的功能的组合才是解决本发明所提出的技术问题的关键。此外，为了突出本发明的创新部分，本发明上述各设备实施方式并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，这并不表明上述设备实施方式并不存在其它的单元。

综上，本发明利用了图像像素序列中存在相同连续像素的特征，使用行程编码对这些相同连续像素进行压缩，从而减少了直方图统计中操作的数目，加快了图像直方图的统计过程；对行程编码进行改进，使单个行程编码内数据值部分和长度值部分空间的分配可变，从而使得图像直方图的小区间数目可调；使用行程编码减少了对***中图像缓存器的读写操作，降低了***功耗。

需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (8)

1.一种图像直方图的统计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

获取图像像素数据，该图像像素数据被预先进行了行程编码，编码码值包含数据值部分和长度值部分；

对获取的图像像素数据进行解码，以将所述编码码值中的数据值部分与长度值部分分离；

根据分离的数据值部分和长度值部分进行图像直方图的统计；

其中，所述数据值部分和所述长度值部分根据所述图像直方图的小区间间隔进行空间分配；

所述小区间间隔越大，则所述数据值部分所分配的空间越小，所述长度值部分所分配的空间越大。

2.根据权利要求1所述的图像直方图的统计方法，其特征在于，在获取图像像素数据的步骤前还包括以下步骤：

在采集原始图像像素数据的同时，实时地对所述原始图像像素数据进行行程编码，以得到所述图像像素数据。

3.根据权利要求1所述的图像直方图的统计方法，其特征在于，在同一时间间隔中，对获取的所述图像像素数据中的后一编码码值进行解码，并同时根据分离的前一编码码值的数据值部分和长度值部分进行图像直方图的统计。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的图像直方图的统计方法，其特征在于，所述数据值部分存储像素的灰度值或颜色值。

5.一种图像直方图的统计***，其特征在于，所述***包括：

获取单元，用于获取图像像素数据，该图像像素数据被预先进行了行程编码，编码码值包含数据值部分和长度值部分；

解码单元，用于对获取的图像像素数据进行解码，以将所述编码码值中的数据值部分与长度值部分分离；以及

统计单元，用于根据分离的数据值部分和长度值部分进行图像直方图的统计；

其中，所述数据值部分和所述长度值部分根据所述图像直方图的小区间间隔进行空间分配；

所述小区间间隔越大，则所述数据值部分所分配的空间越小，所述长度值部分所分配的空间越大。

6.根据权利要求5所述的图像直方图的统计***，其特征在于，所述***还包括编码单元，用于在采集原始图像像素数据的同时，实时地对所述原始图像像素数据进行行程编码，以得到所述图像像素数据。

7.根据权利要求5所述的图像直方图的统计***，其特征在于，在同一时间间隔中，所述解码单元对获取的所述图像像素数据中的后一编码码值进行解码，同时所述统计单元根据分离的前一编码码值的数据值部分和长度值部分进行图像直方图的统计。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的图像直方图的统计***，其特征在于，所述数据值部分存储像素的灰度值或颜色值。