CN106504200B - 基于色调偏移估计及逐点色调映射的图像光照补偿方法和*** - Google Patents
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Abstract
一种基于色调偏移估计及逐点色调映射的图像光照补偿方法，通过在离线阶段从包含矩阵排列的标定图中提取得到三原色通道分别对应的色调偏移和色调映射函数，并在在线阶段根据所得色调映射函数，对待测图像逐点映射，从而实现图像光照补偿。与现有gamma矫正的方法相比，本发明更为简单高效，能够快速获得标定结果并进行处理。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种图像处理领域的技术，具体是一种基于色调偏移估计及逐点色调映射的图像光照补偿方法和***。
背景技术
图像光照补偿技术在图像处理中是不可缺少的部分。由于图片采集过程中光源的位置、周围环境等都会导致一定的光照不均的情况，会对图片质量产生较大的影响，所以需要借助图像处理来优化图片，进行光照补偿。已经有的技术比如色感一致性方法、运动估计下的目标区域色彩相似度方法、色彩空间转换方法、直方图均衡化方法、gamma矫正极其改进方法。
Zicheng Liu等人在ICME2007会议上提出的《LEARNING‐BASED PERCEPTUAL IMAGEQUALIT IMPROVEMENT FOR VIDEO CONFERENCING》一文中提出了一种基于学习的技术来改善图像的主观质量。该方法在一定程度上消除了光照对于图片主观质量的影响，但首先需要挑选大量人眼看上去质量比较高的图片来训练，比较复杂，实现起来有一定难度。
另外色彩空间转换方法则无法解决色彩通道之间的相关性问题；而直方图均衡化的方法往往会在图像中行成一些不连续的斑块。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于色调偏移估计及逐点色调映射的图像光照补偿方法和***，根据标定得到色调偏移估计，然后对每个像素点建立一个色调映射函数，来对图像进行光照补偿，与现有gamma矫正的方法相比，本发明更为简单高效，能够快速获得标定结果并进行处理。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种基于色调偏移估计及逐点色调映射的图像光照补偿方法，通过在离线阶段从包含矩阵排列的标定图中提取得到三原色通道分别对应的色调偏移和色调映射函数，并在在线阶段根据所得色调映射函数，对待测图像逐点映射，从而实现图像光照补偿。
所述的标定图，优选为白色背景且包含(2N+1)*(2N+1)个纯色填充的正方形，N为自然常数。
所述的提取，通过对标定图进行拍摄后，从拍摄图像中检测正方形区域，并计算每个正方形区域中的颜色的平均值，构建一个曲面，得到偏差色分布图；再以标定图的横竖方向中间位置的正方形为基准，对拍摄图像中的每个像素建立三原色通道的对应色调映射函数。
所述的检测正方形区域，通过Prewitt算子进行边缘检测，然后进行形态学操作膨胀和腐蚀处理，得到(2N+1)*(2N+1)个最大的连通区，每个连通区即为所述正方形区域。
所述的偏差色分布图是指：根据每一个正方形区域的RGB(红、绿、蓝)通道各自的平均值，并分别以Z＝R通道的平均值、Z＝G通道的平均值和Z＝B通道的平均值，X‐Y则为像素点的二维坐标，进行线性内插，得到三个通道在Z‐X‐Y三维正交坐标系下的曲面，即三个偏差色分布图。
所述的色调映射函数是指：对于图像中的任意一个像素点，根据所述偏差色分布图得到该像素点对应该通道的强度值，以目标线段进行线性拟合；拟合过程中，当X＝m(m<255)处对应的Y达到255，则设置当X大于m且小于255时所对应的Y均为255。
所述的目标线段的起点为原点(0,0)，终点横坐标为所述偏差色分布图的通道的强度值，纵坐标为位于标定图正中的正方形区域中所有像素对应该通道的强度的平均值。
所述的对待测图像逐点映射是指：对待测图像的每个像素，用所述色调映射函数进行映射处理，得到消除光照影响的色调补偿结果。
本发明涉及一种实现上述方法的***，包括：标定模块、拟合模块和处理模块，其中：标定模块接收针对标定图的拍摄图像，并与拟合模块相连，输出标定图中提取得到的像素信息，拟合模块与处理模块相连并输出根据像素信息计算得到的色调映射函数，处理模块根据色调映射函数，对在线输入的待测图像进行实时光照补偿，并输出补偿后的图像。
附图说明
图1为本发明标定图；
图2为实施例效果示意图。
具体实施方式
本实施例包括以下步骤：
离线准备阶段：
第一步、制作如图1所示的包含5*5＝25个黄色填充正方形的标定图。
第二步、正对上述标定图进行拍摄，并使用Prewitt算子检测拍摄所得图中的正方形区域，即边缘检测，然后通过对图像进行形态学膨胀操作和腐蚀操作，得到25个最大的连通区，即为25个正方形的边界。
所述的形态学滤波是对图像进行膨胀和腐蚀操作。
第三步、对于每个正方形区域，分别计算它的RGB每个通道的强度的平均值，作为该方形内所有像素点的强度值。根据这些方形内的离散的点，进行线性内插，得到三个曲面，即得到每一个像素点的RGB通道的强度值。
所述的曲面是指：Z轴是R、G或B通道的强度值，X和Y是像素点的坐标。
第四步、以位于中间的正方形区域的RGB三个通道的平均值为目标值，对标定图中的每一个像素点分别建立RGB各个通道的对应色调映射函数。
所述的色调映射函数是指：在二维正交坐标系中，以目标线段进行线性拟合；拟合过程中，当X＝m(m<255)处对应的Y达到255，则设置当X大于m且小于255时所对应的Y均为255。
所述的目标线段的起点为原点(0,0)，终点横坐标为所述偏差色分布图的通道的强度值，纵坐标为位于标定图正中的正方形区域中所有像素对应该通道的强度的平均值。当像素点在R、G或B中任一通道的强度值为100，该通道目标值为200，则得到的色调映射函数如图2所示。
在线检测阶段：
第五步、对待测图像的每个像素的每一个通道的强度值作为X，利用步骤四中得到的色调映射函数，X所对应的函数值Y作为处理图片该处像素点的该通道的强度值，最终得到消除光照影响的色调补偿结果。
所述的待测图像，其拍摄时的光照条件与标定图的拍摄条件完全相同。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (6)
1.一种基于色调偏移估计及逐点色调映射的图像光照补偿方法，其特征在于，通过在离线阶段从包含矩阵排列的标定图中提取得到三原色通道分别对应的色调偏移和色调映射函数，并在在线阶段根据所得色调映射函数，对待测图像逐点映射，从而实现图像光照补偿；
所述的提取，通过对标定图进行拍摄后，从拍摄图像中检测正方形区域，并计算每个正方形区域中的颜色的平均值，构建一个曲面，得到偏差色分布图；再以标定图的横竖方向中间位置的正方形为基准，对拍摄图像中的每个像素建立三原色通道的对应色调映射函数；
所述的偏差色分布图是指：根据每一个正方形区域的RGB通道各自的平均值，并分别以Z＝R通道的平均值、Z＝G通道的平均值和Z＝B通道的平均值，X-Y则为像素点的二维坐标，进行线性内插，得到三个通道在Z-X-Y三维正交坐标系下的曲面，即三个偏差色分布图；
所述的色调映射函数是指：对于图像中的任意一个像素点，根据所述偏差色分布图得到该像素点对应该通道的强度值，以目标线段进行线性拟合并得到色调映射函数；
所述的目标线段的起点为原点(0,0)，终点横坐标为所述偏差色分布图的通道的强度值，纵坐标为位于标定图正中的正方形区域中所有像素对应该通道的强度的平均值。
2.根据权利要求1所述的图像光照补偿方法，其特征是，所述的标定图，为白色背景且包含(2N+1)*(2N+1)个纯色填充的正方形，N为自然常数。
3.根据权利要求1所述的图像光照补偿方法，其特征是，所述的检测正方形区域，通过Prewitt算子进行边缘检测，然后进行形态学操作膨胀和腐蚀处理，得到(2N+1)*(2N+1)个最大的连通区，每个连通区即为所述正方形区域。
4.根据权利要求1所述的图像光照补偿方法，其特征是，拟合过程中，当X＝m，m<255处对应的Y达到255，则设置当X大于m且小于255时所对应的Y均为255。
5.根据权利要求1所述的图像光照补偿方法，其特征是，所述的对待测图像逐点映射是指：对待测图像的每个像素，用所述色调映射函数进行映射处理，得到消除光照影响的色调补偿结果。
6.一种实现权利要求1-5中任一所述方法的***，其特征在于，包括：标定模块、拟合模块和处理模块，其中：标定模块接收针对标定图的拍摄图像，并与拟合模块相连，输出标定图中提取得到的像素信息，拟合模块与处理模块相连并输出根据像素信息计算得到的色调映射函数，处理模块根据色调映射函数，对在线输入的待测图像进行实时光照补偿，并输出补偿后的图像。
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