CN109102481A - 基于光照分析的自动宽动态处理算法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光照分析的自动宽动态处理算法，该算法包括以下步骤，光照分析，基于直方图统计的方法；调整曝光参数，根据亮和暗的图像直方图在暗和亮区的点数调整快门值；设定三幅图像的融合系数，将三幅图像融合为衣服图像；压缩时先根据光照分布，即融合后的图的直方图确定压缩系数；根据压缩系数对融合后的图像压缩，再输出图像。本发明的算法首先动态分析每帧图像的亮暗分布情况，然后对宽动态曝光与融合的参数动态实时调整，从而确保无论光照如何变化，图像都清晰通透。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理领域，具体而言是一种根据光照自动配置宽动态强度的算法。
背景技术
宽动态技术是指在复杂光照环境下让摄像机拍摄的整幅画面都清楚的一种技术。当在强光源(日光、灯具或反光等)照射下的高亮度区域及阴影、逆光等相对亮度较低的区域在图像中同时存在时，普通摄像机拍摄的图像会出现明亮区域因曝光过度成为白色，而黑暗区域因曝光不足成为黑色，都无法获得有效信息，严重影响图像质量。摄像机在同一场景中对最亮区域及较暗区域的表现是存在局限的，这种局限就是摄像机的动态范围。
要提升摄像机的动态范围，通行的方法是，将多次曝光的不同亮度的图像进行多帧融合后压缩输出，但融合与压缩必然造成图像信息丢失，特别是当光照发生变化而融合压缩方法未跟着变化时，会造成大量有效信息丢失，图像变得模糊不清且失真严重。
发明内容
本发明要解决的技术问题是本发明提出一种基于光照分析的自动宽动态处理算法解决该问题。该算法首先动态分析每帧图像的亮暗分布情况，然后对宽动态曝光与融合的参数动态实时调整，从而确保无论光照如何变化，图像都清晰通透。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于光照分析的自动宽动态处理算法，包括以下步骤，
a、光照分析，基于直方图统计的方法；
b、调整曝光参数，根据亮和暗的图像直方图在暗和亮区的点数调整快门值；
c、设定三幅图像的融合系数，将三幅图像融合为衣服图像；
d、压缩时先根据光照分布，即融合后的图的直方图确定压缩系数；
e、根据压缩系数对融合后的图像压缩，再输出图像。
进一步，步骤a中，直方形图统计的方法为：
Hm＝HIst(Im)
Im是输入中间亮度图像，m＝1∶3，分别代表亮、中、暗三幅图像，Hm为其对应直方图，范围为[0255]。
2)根据权利要求1所述的一种基于光照分析的自动宽动态处理算法，其特征在于，步骤b中，具体步骤为：b1)统计亮的图像的直方图H1在暗区的点的总数：
其中，l为阈值，可设置的参数。P1为亮的图像在暗区的点的总数；调整曝光的快门值算法为
其中，ph1与p11都为阈值，可设置的参数，step为调整快门的步距，E1为亮图的快门值；
b2)统计暗的图像的直方图H3在亮区的点的总数：
h为阈值，可设置的参数。P3为暗的图像在亮区的点的总数，具体调整方法按以下公式调整曝光的快门值：
其中，ph3与p13都为阈值，可设置的参数，E3为暗图的快门值。
进一步，中间亮度的快门值为E2，自动曝光算法中设定；在设定完成三幅图的快门值时，还需按下式约束：E1＞E2＞E3。
进一步，步骤c中，三幅图像融合为一幅图像的融合方法如下：
其中，y1是亮图中的像素值，y2是中图中的像素值，y3是暗图中的像素值，yf是融合后的像素值。
进一步，步骤d中，即融合后的图If的直方图确定压缩系数，If的直方图为：
Hf＝HIst(If)
Hf为融合后图像的直方图，压缩系数的计算公式如下：
xh为直方图Hf的值，kh为压缩系数，h_th为阈值，为设置的参数。
进一步，步骤d中，图像压缩的算法为：
yf为融合图像的像素值，yc为压缩后的像素值。
根据权利要求6所述的一种基于光照分析的自动宽动态处理算法，其特征在于，步骤d中，最后把压缩后的图像动态范围归一化到范围[0 255]：
yo为最终输出图像的像素值。
本发明的技术效果在于：本发明提出一种基于光照分析的自动宽动态处理算法解决该问题。该算法首先动态分析每帧图像的亮暗分布情况，然后对宽动态曝光与融合的参数动态实时调整，通过光照分析的宽动态采用三帧不同亮度图像合成，调整曝光和融合参数，最后设定好快门值后，将三幅图像融合为一幅图像，最后根据压缩系数对融合后的图像压缩，从而确保无论光照如何变化，图像都清晰通透。
附图说明
图1是为本发明一种基于光照分析的自动宽动态处理算法的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1所示，为本发明一种基于光照分析的自动宽动态处理算法，由两部分组成：首先分析光照情况，然后基于光照分布调整宽动态曝光与融合的参数。
1.光照分析
光照分析基于直方图统计的方法，该算法的宽动态采用三帧不同亮度(亮、中、暗)的图像合成，因此光照分析首先对中间亮度图像做直方图统计：
Hm＝HIst(Im)
Im是输入中间亮度图像，m＝1∶3，分别代表亮、中、暗三幅图像，Hm为其对应直方图，范围为[0 255]。
2.调整曝光与融合参数
首先调整曝光参数，流程如下：
3)统计亮的图像的直方图H1在暗区的点的总数：
其中，l为阈值，可设置的参数。P1为亮的图像在暗区的点的总数，该值越大，说明亮图中很暗的像素仍很多，说明亮图仍需再调亮，该值太小，说明图像已太亮，需要将亮度适当调整。
4)具体调整方法按以下公式调整曝光的快门值：
上式中，ph1与pl1都为阈值，可设置的参数。step为调整快门的步距。E1为亮图的快门值。
5)统计暗的图像的直方图H3在亮区的点的总数：
h为阈值，可设置的参数。P3为暗的图像在亮区的点的总数，该值越大，说明暗图中很亮的像素仍很多，说明暗图仍需再调暗，该值太小，说明图像已太暗，需要将亮度适当调整。
6)具体调整方法按以下公式调整曝光的快门值：
上式中，ph3与p13都为阈值，可设置的参数。E3为暗图的快门值。
7)中间亮度的快门值E2在自动曝光算法中设定，本发明不涉及。在设定完成三幅图的快门值时，还需按下式约束：
E1＞E2＞E3
即确保亮图的快门值最大，暗图的快门值最小。
1.设定好快门值后，还需设定三幅图像的融合系数。三幅图像融合为一幅图像的融合方法如下：
y1是亮图中的像素值，y2是中图中的像素值，y3是暗图中的像素值，yf是融合后的像素值。
2.因三幅图像每副的动态范围是[0 255]，从上式看出，融合后的图If的动态范围是：[0 255*E1/E3]
因E1＞E3，因此融合后的图的动态范围将超过[0 255]，但融合后输出图像的动态范围仍是[0 255]，因此必须对融合后的图像压缩动态范围后再输出。
压缩时先根据光照分布，即融合后的图If的直方图确定压缩系数，If的直方图为：
Hf＝HIst(If)
Hf为融合后图像的直方图。
压缩系数的计算公式如下：
xh为直方图Hf的值，kh为压缩系数，h_th为阈值，可设置的参数。该式的意义是，若图像的某个灰度值的像素数足够多，则对该灰度值的动态范围不压缩，否则进行压缩，越少压缩得越强。
3.最后根据压缩系数对融合后的图像压缩：
yf为融合图像的像素值，yc为压缩后的像素值。
最后把压缩后的图像动态范围归一化到[0 255]：
yo为最终输出图像的像素值。最后，输出的图都清洗通透。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (7)
1.一种基于光照分析的自动宽动态处理算法，其特征在于，包括以下步骤，
a、光照分析，基于直方图统计的方法；
b、调整曝光参数，根据亮和暗的图像直方图在暗和亮区的点数调整快门值；
c、设定三幅图像的融合系数，将三幅图像融合为衣服图像；
d、压缩时先根据光照分布，即融合后的图的直方图确定压缩系数；
e、根据压缩系数对融合后的图像压缩，再输出图像。
2.根据权利要求1所述的一种基于光照分析的自动宽动态处理算法，其特征在于，步骤a中，直方形图统计的方法为：
Hm＝HIst(Im)
Im是输入中间亮度图像，m＝1:3，分别代表亮、中、暗三幅图像，Hm为其对应直方图，范围为[0 255]。
1)根据权利要求1所述的一种基于光照分析的自动宽动态处理算法，其特征在于，步骤b中，具体步骤为：b1)统计亮的图像的直方图H1在暗区的点的总数：
其中，l为阈值，可设置的参数。P1为亮的图像在暗区的点的总数；调整曝光的快门值算法为
其中，ph1与pl1都为阈值，可设置的参数，step为调整快门的步距，E1为亮图的快门值；
b2)统计暗的图像的直方图H3在亮区的点的总数：
h为阈值，可设置的参数。P3为暗的图像在亮区的点的总数，具体调整方法按以下公式调整曝光的快门值：
其中，ph3与pl3都为阈值，可设置的参数，E3为暗图的快门值。
3.根据权利要求2所述的一种基于光照分析的自动宽动态处理算法，其特征在于，中间亮度的快门值为E2，自动曝光算法中设定；在设定完成三幅图的快门值时，还需按下式约束：E1＞E2＞E3。
4.根据权利要求1所述的一种基于光照分析的自动宽动态处理算法，其特征在于，步骤c中，三幅图像融合为一幅图像的融合方法如下：
其中，y1是亮图中的像素值，y2是中图中的像素值，y3是暗图中的像素值，yf是融合后的像素值。
5.根据权利要求1所述的一种基于光照分析的自动宽动态处理算法，其特征在于，步骤d中，
即融合后的图If的直方图确定压缩系数，If的直方图为：
Hf＝HIst(If)
Hf为融合后图像的直方图，压缩系数的计算公式如下：
xh为直方图Hf的值，kh为压缩系数，h_th为阈值，为设置的参数。
6.根据权利要求1所述的一种基于光照分析的自动宽动态处理算法，其特征在于，步骤d中，图像压缩的算法为：
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7.根据权利要求6所述的一种基于光照分析的自动宽动态处理算法，其特征在于，步骤d中，最后把压缩后的图像动态范围归一化到范围[0 255]：
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