專(zhuān)利名稱(chēng)：數(shù)字圖像增強(qiáng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字圖像增強(qiáng)(digital image enhancement),特別涉及增強(qiáng) 數(shù)字圖像亮度和對(duì)比度的方法。
背景技術(shù)：
數(shù)字圖像，不管是靜態(tài)圖片或視頻圖像，都不可能總是在理想采光條 件下捕捉記錄到的。自然采光條件經(jīng)?？赡苁翘粱蛘咛担鴶z影工作 室外的人工采光則經(jīng)常提供不規(guī)則的照明。從而導(dǎo)致捕捉到的圖像具有較 差的視覺(jué)質(zhì)量(visual quality)。
在現(xiàn)有技術(shù)里己經(jīng)提出了多種技術(shù)用來(lái)改善或增強(qiáng)圖像質(zhì)量。最近， 在美國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)US 2008/0101719 (發(fā)明人Lim等)，US 2008/0012992和 2007/0171310 (發(fā)明人Arici等)以及US 2007/0071350 (發(fā)明人Lee等) 披露了增強(qiáng)圖像的許多方法。特別地，US 2008/0101719 (發(fā)明人Lim等) 對(duì)多種改善圖像質(zhì)量的已知技術(shù)進(jìn)行了有益的討論。所有這些不同的方法 都成功地不同程度地對(duì)圖像質(zhì)量有所改善。
發(fā)明概述
在此披露了一種數(shù)字圖像增強(qiáng)方法，用來(lái)調(diào)整輸入圖像的亮度以獲得 一個(gè)亮度調(diào)整的圖像，然后調(diào)整亮度調(diào)整圖像的對(duì)比度以獲得一個(gè)增強(qiáng)的 輸出圖像。
優(yōu)選地，調(diào)整輸入圖像的亮度包括估計(jì)輸入圖像的真實(shí)世界亮度。調(diào) 整圖像的動(dòng)態(tài)范圍被壓縮，并且亮度增強(qiáng)的圖像被量化。
優(yōu)選地，對(duì)比度調(diào)整包括提取亮度增強(qiáng)圖像的背景和對(duì)比度信息、調(diào) 整對(duì)比度信息、并合并背景和調(diào)整對(duì)比度信息以獲得輸出圖像。
為了提取背景和對(duì)比度信息，首先可以使用一個(gè)低通濾波器(lowpassfilter)獲得背景信息，然后從原始圖像刪除背景信息以獲得對(duì)比度信息。
對(duì)比度信息是通過(guò)乘以一個(gè)對(duì)比度調(diào)整因子(contrast adjustment factor)進(jìn)行調(diào)整，對(duì)比度調(diào)整因子是背景信息的函數(shù)。


現(xiàn)將依照范例并參考附圖描述本發(fā)明的典型方式，其中
圖1是本發(fā)明圖像增強(qiáng)基本步驟的原理框圖2是顯示亮度調(diào)整步驟更多詳情細(xì)節(jié)的原理框圖3是亮度調(diào)整的功能塊圖4是顯示對(duì)比度調(diào)整步驟更多詳情細(xì)節(jié)的原理框圖；和 圖5是對(duì)比度調(diào)整的功能塊圖。 優(yōu)選實(shí)施例詳述
本發(fā)明的以下典型實(shí)施例僅通過(guò)范例提供，但這并不是意在限制本發(fā) 明的使用范圍或功能。本發(fā)明包括兩個(gè)方面，即亮度調(diào)整和對(duì)比度調(diào)整， 用來(lái)增強(qiáng)輸入圖像。每個(gè)方面的具體細(xì)節(jié)將被提供用來(lái)幫助理解本發(fā)明。 但是，本發(fā)明的其它實(shí)施例不需要包括這兩個(gè)方面的每個(gè)步驟。技術(shù)人員 將會(huì)理解，利用任何數(shù)目的其它對(duì)比度調(diào)整方案，依照本發(fā)明通過(guò)實(shí)施亮 度控制可以增強(qiáng)圖像質(zhì)量?；蛘?，在使用任何一種已知技術(shù)進(jìn)行圖像亮度 調(diào)整之后，通過(guò)實(shí)施對(duì)比度調(diào)整可以充分地增強(qiáng)圖像。
圖1描述本發(fā)明數(shù)字圖像增強(qiáng)的基本步驟。輸入圖像IO首先進(jìn)行亮度
調(diào)整ii。然后，經(jīng)過(guò)亮度調(diào)整的圖像r進(jìn)行對(duì)比度調(diào)整i2，產(chǎn)生一個(gè)增強(qiáng)
的輸出圖像13。圖2到圖5詳細(xì)描述亮度調(diào)整和對(duì)比度調(diào)整的每個(gè)步驟。 參照?qǐng)D2和3，輸入圖像10的亮度調(diào)整包括基于一個(gè)估計(jì)的真實(shí)世界亮度丄調(diào)整圖像亮度，并壓縮和量化亮度調(diào)整后的圖像。
真實(shí)世界估計(jì)丄是輸入圖像/、用來(lái)在圖像動(dòng)態(tài)范圍和真實(shí)世界動(dòng)態(tài)
范圍之間進(jìn)行調(diào)整的比例因子(scaling factor) S、以及最小亮度參數(shù)t的 函數(shù)。
輸入圖像/的動(dòng)態(tài)范圍"是
重新整理后獲得圖像/的以下等式 / -￡^￡^/?！?7畫(huà)+7"-/
如果限制最小亮度到t，那么圖像的調(diào)整動(dòng)態(tài)范圍變成 帥—/og"謹(jǐn)+^
再次重新整理，并引入比例因子S，獲得亮度調(diào)整的圖像/^y的以下 等式
=五W "W x 57 - 7 + r
其中S是真實(shí)世界動(dòng)態(tài)范圍的比例因子，t是最小亮度。
在優(yōu)選實(shí)施例里，亮度調(diào)整圖像/a^的動(dòng)態(tài)范圍是通過(guò)一個(gè)Log函數(shù) 進(jìn)行壓縮，并被量化(步驟22)，以通過(guò)人眼進(jìn)行量化仿真。Log壓縮等 式是
圖像量化是在0到255的范圍內(nèi)的256個(gè)離散值。
圖4和圖5描述亮度調(diào)整圖像/'的對(duì)比度調(diào)整。調(diào)整的圖像/'被分割 成其低頻和高頻部分4和/c:?；诘皖l背景部分/3，來(lái)調(diào)整高頻對(duì)比度部分/c。首先，通過(guò)應(yīng)用一個(gè)邊緣(edge-preserved)低通濾波器(EPF)到 亮度調(diào)整圖像/'，獲得低頻背景部分A (步驟40)。然后通過(guò)使用一個(gè)減 法器42，從原始輸入圖像/去除圖像背景A，獲得高頻對(duì)比度部分/c (步 驟41)。
然后，高頻對(duì)比度部分/c進(jìn)行對(duì)比度調(diào)整(步驟43)。使用一個(gè)對(duì)比 度增強(qiáng)函數(shù)(EnF)，基于圖像背景部分/B，確定一個(gè)對(duì)比度調(diào)整級(jí)(Lev)。 調(diào)整級(jí)(Lev)約束在經(jīng)驗(yàn)確定的最小和最大極限之間。調(diào)整級(jí)的等式是:
其中和hV m>t是經(jīng)驗(yàn)確定的調(diào)整級(jí)的最大和最小極限。
調(diào)整圖像的高頻對(duì)比度部分/c在乘積模塊45由調(diào)整級(jí)(Lev)進(jìn)行調(diào) 整。然后，通過(guò)加法模塊43將背景部分^增加到調(diào)整后的對(duì)比度部分/c, 而獲得最終的增強(qiáng)輸出圖像13。
雖然已經(jīng)描述了各種函數(shù)和等式，但這不是意在限制本發(fā)明的使用范 圍或功能。也可以在本發(fā)明里使用那些技術(shù)人員所熟悉的與本方法等同函 數(shù)和等式及其變異。
9
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字圖像增強(qiáng)方法，包括調(diào)整輸入圖像的亮度而獲得一個(gè)亮度調(diào)整的圖像，從亮度調(diào)整的圖像中提取背景信息，從亮度調(diào)整的圖像中提取對(duì)比度信息，調(diào)整對(duì)比度信息，以及合并背景信息和調(diào)整后的對(duì)比度信息而獲得輸出圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)整輸入圖像亮度而獲得亮度調(diào) 整的圖像包括估計(jì)輸入圖像的亮度、調(diào)整圖像到估計(jì)的亮度、并壓縮調(diào) 整圖像的動(dòng)態(tài)范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中估計(jì)輸入圖像亮度包括使用一 個(gè)包括真實(shí)世界動(dòng)態(tài)范圍和最小亮度的因子的估計(jì)函數(shù)進(jìn)行估計(jì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中調(diào)整圖像有一個(gè)等式 ^々=五W廣Aw^ x- / + r其中/^y是調(diào)整圖像，S是真實(shí)世界動(dòng)態(tài)范圍的比例因子，而ir控制最 小亮度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中S是在從6到8的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中i)《的等式是:
7.<image>image see original document page 3</image>
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中壓縮動(dòng)態(tài)范圍包括使用一個(gè)函數(shù) /^/ogf/es^進(jìn)行壓縮。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中量化圖像包括量化到256個(gè)離散值。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中提取亮度調(diào)整圖像的背景信息 包括使用 一個(gè)低通濾波器進(jìn)行提取。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中低通濾波器是一個(gè)邊緣保持濾 波器(edge-preserve filter )。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中提取亮度調(diào)整圖像的對(duì)比度信 息包括從輸入圖像刪除背景信息。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)整對(duì)比度信息包括將對(duì)比度 信息乘以一個(gè)對(duì)比度調(diào)整因子。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中對(duì)比度調(diào)整因子是一個(gè)背景信 息的函數(shù)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中對(duì)比度調(diào)整因子使用等式 <formula>formula see original document page 3</formula>其中iev是對(duì)比度調(diào)整因子，丄ev^^和丄ev^"分別是最大和最小極限。
16. —種數(shù)字圖像增強(qiáng)方法，用來(lái)調(diào)整輸入圖像的亮度以獲得一個(gè)亮 度調(diào)整圖像，包括估計(jì)輸入圖像的亮度、調(diào)整圖像到估計(jì)的亮度、并壓 縮調(diào)整圖像的動(dòng)態(tài)范圍。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中估計(jì)輸入圖像的亮度包括使 用一個(gè)包括真實(shí)世界動(dòng)態(tài)范圍和最小亮度的估計(jì)函數(shù)進(jìn)行估計(jì)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中調(diào)整圖像有一個(gè)等式 7?！?五W廣A^' x- J + 7T其中4/y是調(diào)整圖像，S是真實(shí)世界動(dòng)態(tài)范圍的比例因子，而t控制最 小亮度。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中S是在6到8的范圍內(nèi)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，D?！┦且粋€(gè)等式
21. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中調(diào)整估計(jì)亮度的動(dòng)態(tài)范圍包括 壓縮估計(jì)亮度、并量化壓縮估計(jì)的亮度。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中壓縮動(dòng)態(tài)范圍包括使用一個(gè)函 數(shù)/'=/^^^進(jìn)行壓縮。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中量化壓縮的估計(jì)亮度包括量化 到256個(gè)離散值。
24. —種數(shù)字圖像增強(qiáng)方法，用來(lái)校正輸入圖像的對(duì)比度，包括 提取輸入圖像的背景信息， 提取輸入圖像的對(duì)比度信息，調(diào)整對(duì)比度信息，以及合并背景信息和調(diào)整的對(duì)比度信息以獲得一個(gè)輸出圖像。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中提取亮度調(diào)整圖像的背景信息 包括利用一個(gè)低通濾波器進(jìn)行提取。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中低通濾波器是一個(gè)邊緣保持濾 波器。
27. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中提取亮度調(diào)整圖像的對(duì)比度信 息包括從輸入圖像刪除背景信息。
28. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中調(diào)整對(duì)比度信息包括將對(duì)比度 信息乘以一個(gè)對(duì)比度調(diào)整因子。
29. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中對(duì)比度調(diào)整因子是一個(gè)背景信 息的函數(shù)。
全文摘要
增強(qiáng)圖像包括調(diào)整其亮度，然后進(jìn)行亮度調(diào)整圖像的對(duì)比度調(diào)整。調(diào)整亮度是使用一個(gè)真實(shí)世界亮度的估計(jì)。對(duì)比度調(diào)整涉及提取背景和對(duì)比度信息、基于背景信息通過(guò)一個(gè)調(diào)整因子調(diào)整對(duì)比度信息、并合并背景和校正的對(duì)比度信息而獲得輸出圖像。
文檔編號(hào)H04N5/243GK101578855SQ200880000107
公開(kāi)日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2008年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月28日
發(fā)明者彭華軍, 邱國(guó)平, 珉 陳 申請(qǐng)人:香港應(yīng)用科技研究院有限公司