一種根據視頻內容動態提高對比度的方法

2023-05-04 09:23:21

專利名稱：一種根據視頻內容動態提高對比度的方法
技術領域：
本發明屬於集成電路技術領域，涉及一種提高對比度的方法，尤其是一種 根據視頻內容動態有效提高視頻圖象對比度的方法。
背景技術：
由於實際拍攝到的視頻圖像的灰度變化範圍往往小於圖像顯示系統的最大 容許灰度變化範圍，圖像偏暗或偏亮，對比度不足，視覺效果不理想。對比度 擴展的主要目的是增大圖像的灰度變化範圍，豐富圖像的灰度層次，改善視覺 感知效果。因而，對比度擴展是提高視頻圖像效果的一種強有力的手段。
已有的圖像對比度擴展算法、黑色拓展算法和亮度均衡算法是三種不同的
算法，通常針對不同的視頻場景而言，用的是三種不同的處理方式黑色拓展 算法應用在較暗的場景，使適當抬高圖像的亮度，使可見的細節更多；亮度均 衡算法是在場景高亮度時平滑畫面亮度，緩和過飽和的場景；對比度擴展則是 有效拉伸視頻圖像的對比度，使黑的更黑，白的更白。上述方法均應用在不同 的場合，如果在一個連續的過渡場景(既有暗場景也有亮場景)，可能這三種算 法都能夠切換到，但由於算法的表現方式不同，其有可能帶來瞬間的閃爍。 因此，如何提供一種根據視頻內容動態提高對比度的方法以有效提高 視頻圖象對比度，已成為業界亟待解決的技術問題。

發明內容
本發明提供的一種根據視頻內容動態提高對比度的方法，其主要目的在於 將上述圖像對比度擴展算法、黑色拓展算法和亮度均衡算法三種處理方法用一 個算法來處理，通過設置不同情況下的拐點得到不同的映射函數來提高圖像對 比度，可有效解決算法切換時的閃爍問題。
^LX丄大至^Li泉J的，太為'明模供了一種根據視頻內容動傑提高對比度的方 法，其包含以下步驟
輸入整幅視頻圖像，對其計算亮度圖，得到代表在該圖像第/行第y列的像 素點的亮度信息函數/(/，力；
根據公式(formula see original document page 5)，判斷該
圖像亮度是否分布均勻，其中，(.)是該圖像在某灰度級上的像素數，S"m是 整幅圖像的總象素數，Mn^及M^為圖像的最大及最小亮度均值，C,、 C2和q
都為常數，C,代表最大均值Mn^和最小均值iW^相差的幅度，q代表最大均值 Mnax和最小均值Mmin附近的灰度範圍，q為在最大均值M隨和最小均值Mmin 附近的點佔全圖的比例；
根據該圖像分布均勻與否，分別選取2個拐點A( !^,rb叫)和B( J7"2，;ToA )，
其中，r^,K"2為需要進行亮度拉伸的2個拐點，r(^,;ro^為輸出圖像對應的拉 伸區域的拐點；
對上述亮度圖進行映射，得到動態提高對比度之後的最終亮度輸出。 上述的根據視頻內容動態提高對比度的方法，其進一步包括步驟當上述 公式成立時，判斷得到圖像亮度分布不均勻，上述拐點A (J^,y。M)和B ("'"2,;r鳴)中取值
formula see original document page 5其中，C4、 C5、 (76和(77都為常數，<:4表示拐點A與最小均值Mmin之間的距離， q表示拐點B與最大均值Jl4ax之間的距離，(:6表示拐點A的拉伸幅度，C,表 示拐點B的4立伸幅度。
上述的根據視頻內容動態提高對比度的方法，其進一步包括步驟當上述 公式不成立時，判斷得到圖像亮度分布均勻，上述拐點A (!^,ro叫)和B
(k"2,:iw2 )中取值，
formula see original document page 5
其中，"t,^是需要拉伸的距離，所述的^,A的取值需確保計算得到的i^，y^在的範圍之內，A:是對比度調節係數；/f是亮度空間最大容許值；rf是 預設的小正數，通常選取12; Cg為拐點確定係數。
上述的根據視頻內容動態提高對比度的方法，其中該最終亮度輸出/。 ,(/，_/)
為formula see original document page 6上述的根據視頻內容動態提高對比度的方法，其中判斷圖像亮度是否分 布均勻時，將圖像分成LXN塊，分別得到每小塊圖像的亮度均值，以取其中的 最大均值M皿和最小均值Mmin。
上述的根據視頻內容動態提高對比度的方法，其中所述的q的值為120~ 200之間，所述的C2的值為5-30之間，所述的C3的值為0.3 ~ 0.5之間。
上述的根據視頻內容動態提高對比度的方法，其中所述的C,的值通常選 用20個灰度級；所述的q的值通常選用IO個灰度級；所述的C6的值通常選用 30個灰度級；所述的C7的值通常選用20個灰度級。
上述的根據視頻內容動態提高對比度的方法，其中在YcbCr空間，所述 的//=235;在HSV空間，所述的//=255。
上述的根據視頻內容動態提高對比度的方法，其中所述的A:值為 0.00625~0.00125之間；所述的<^值為2.8~3.2之間。
上述的根據視頻內容動態提高對比度的方法，其中所述的A:值為0.0025; 所述的G值為3。
與現有技術相比，本發明提供的根據視頻內容動態提高對比度的方法，選 用常用的分段線性擴展，有選擇地拉伸某段灰度區間，從而改善圖像質量，即 無論圖像處於亮場還是暗場，都採取三個線段的分段函數，而分段函數上的兩 個拐點的選擇是隨著亮度均值的變換而變化的，可使曲線平滑的變化，不會在 亮度逐漸變化的場景中出現突然的閃爍。


本發明提供的一種根據視頻內容動態提高對比度的方法由以下的實施例及 附圖給出。
圖1是本發明提供的根據視頻內容動態提高對比度的方法的原理方框圖； 圖2是本發明提供的根據視頻內容動態提高對比度的方法的算法流程圖； 圖3是本發明提供的根據視頻內容動態提高對比度的方法在亮度分布不均
勻時的對比度擴展分段線性曲線；
圖4是本發明提供的根據視頻內容動態提高對比度的方法在亮度分布均勻
時在暗場的對比度擴展分段線性曲線；
圖5是本發明提供的根據視頻內容動態提高對比度的方法在亮度分布均勻
時在亮場的對比度擴展分段線性曲線；
圖6是本發明提供的根據視頻內容動態提高對比度的方法在亮度分布均勻
時均值在中間的對比度擴展分段線性曲線。
具體實施例方式
以下將對本發明的 一種根據視頻內容動態提高對比度的方法作進一 步的詳 細描述o
如圖1和圖2所示，上述根據視頻內容動態提高對比度的方法，通過設置 不同情況下的拐點得到不同的映射函數來提高圖像對比度，其包含以下步驟
步驟l、讀入整幅圖像，對視頻圖像計算亮度圖，得到代表在圖像第/行第 j'列的像素點的亮度信息函數/(/，力、整幅圖像的亮度均值M、亮度最小值M/" 和亮度最大值Max;
步驟2、判斷圖4象是否屬於亮度分布不均勻的情況
步驟2.1、將圖像分成2X2共四塊，分別得到每小塊圖像的亮度均值，取其 中的最大均值Mmax和最小均值Mmin;
步驟2.2、通過結合直方圖，判斷下述的式(1)是否成立，
formula see original document page 7 ( 1 )
式(1)中，i/(.)是該圖像在某灰度級上的像素數，s"附是整幅圖像的總象
素數，C。 C,和q都為常數，C,代表最大均值Mmax和最小均值M^相差的幅度，
一般G的值在120 ~ 200之間；C2代表最大均值Afmax和最小均值Afmin附近的灰 度範圍， 一般q的值在5 30之間；C;為在最大均值Mmax和最小均值M^附近 的點佔全圖的比例， 一般C3的值在0.3 ~ 0.5之間；
步驟2.3、若上述的(1)式成立，則說明最大均值Afmax和最小均值Mmin之 間的相差比較大，並且分布在這兩個均值附近的點比較多，判斷得到圖像亮度 分布不均勻，在最大均值Mmax和最小均值M^附近的像素點需要拉伸；故執行
步驟3;若上述的(1)式不成立，判斷得到圖像亮度分布均勻，故執行步驟4; 步驟3、選取2個拐點formula see original document page 8如圖3所示，其中，formula see original document page 8
所述的式(2)表示在formula see original document page 8這兩個區域內進行灰度拉伸；
C4、 C5、 Ce和C,都為常數，Q表示拐點A與最小均值Mnin之間的距離，通常 選用20個灰度級；q表示拐點B與最大均值Mnax之間的距離，通常選用10個
灰度級；q表示拐點A的拉伸幅度，通常選用30個灰度級；C,表示拐點B的 拉伸幅度，通常選用20個灰度級；
步驟4、拐點formula see original document page 8中，formula see original document page 8為需要進行亮度 拉伸的2個拐點，它們分別在均值的兩邊，按下式給出
式(3)中，formula see original document page 8是需要拉伸的距離，為變量，在選取^,。2的值時，需確保
計算得到的y^，:r^在formula see original document page 8]的範圍之內；
"^，ro^為輸出圖像對應的拉伸區域的拐點，其分別在圖像亮度均值M的 兩邊，按下式給出
formula see original document page 8)
式(4)中，A;是對比度調節係數，A:越大，則對比度越大；A:越小，則對比 度越小，與原圖越接近；A:可選0.00625~0.00125，通常選用0.0025; //是亮度
空間最大容許值，如在YcbCr空間(Y表示亮度，cb、 cr表示兩個色差信號)， 則7/=235;如在HSV空間(s為飽和度、v為亮度，h為色調)，則//=255; d 是一個預設的小的正數，在計算y。^的過程中，加上一個正數J,是因為人目Mt 暗處不敏感，適當的調高，會使暗處的圖像可見度高些；Cs為拐點確定係數， 可選2.8~3.2，通常選取3，常數C8的選取決定最終輸出的拐點是在斜率為1的 直線的上方還是下方；式(4)受(17"2-1^)的影響，即當(J7"2-l^)比較大時， 對比度調節程度大，當(K"2-y!A)比較小時，對比度調節程度不宜過大；
由於圖像的亮度分布均勻，隨著圖像的亮度均值的變化，拐點A(I^,r。w) 和B ( K"2,row2 )的位置也會相應變化，如圖4所示，當圖像亮度較低時，拉伸 後的曲線是向上突出的，即row^大於I^， 1^^也大於}7"2 ，在暗場拉伸，能夠 使暗場的細節可見度高些，這就是黑色拓展；
如圖5所示，當圖4象亮度4交高時，拉伸後的曲線是向下凹陷的，即ro^小 於W, R^也小於y^，能夠抑制圖像的亮度，使之不要太飽和，這就是亮度 均衡；
如圖6所示，當圖^f象亮度均值處於中間時，；ro叫小於yz、，而1^,2大於^"2, 能夠對亮度均值附近的一部分區域進行拉伸，使這部分的灰度層次更分明。
步驟5、對原始亮度圖進行映射，得到動態提高對比度之後的最終亮度輸出
formula see original document page 9
綜上所述，本發明提供的根據視頻內容動態提高對比度的方法，選用常用 的分段線性擴展，有選擇地拉伸某段灰度區間，從而改善圖像質量，即無論圖 像處於亮場還是暗場，都採取三個線段的分段函數，而分段函數上的兩個拐點 的選擇是隨著亮度均值的變換而變化的，可使曲線平滑的變化，不會在亮度逐 漸變化的場景中出現突然的閃爍。
權利要求
1、一種根據視頻內容動態提高對比度的方法，通過設置不同情況下的拐點得到不同的映射函數以提高圖像對比度，其特徵在於包含以下步驟輸入整幅視頻圖像，對其計算亮度圖，得到代表在該圖像第i行第j列的像素點的亮度信息函數f(i，j)；根據公式判斷該圖像亮度是否分布均勻，其中，H(·)是該圖像在某灰度級上的像素數，Sum是整幅圖像的總象素數，Mmax及Mmin為圖像的最大及最小亮度均值，C1、C2和C3都為常數，C1代表最大均值Mmax和最小均值Mmin相差的幅度，C2代表最大均值Mmax和最小均值Mmin附近的灰度範圍，C3為在最大均值Mmax和最小均值Mmin附近的點佔全圖的比例；根據該圖像分布均勻與否，分別選取2個拐點A(Yin1，Yout1)和B(Yin2，Yout2)，其中，Yin1，Yin2為需要進行亮度拉伸的2個拐點，Yout1，Yout2為輸出圖像對應的拉伸區域的拐點；對上述亮度圖進行映射，得到動態提高對比度之後的最終亮度輸出。
2、 如權利要求1所述的根據視頻內容動態提高對比度的方法，其特徵在於進 一步包括步驟當上述公式成立時，判斷得到圖像亮度分布不均勻，上述 拐點A ( yin1,yout1 )和B (yin2,yout2 )中取值Yin1=Mmin+C4Yin2=Mmax-C5Yout1=Yin1+C6Yout2=Yin2-C7其中，C4、 C5、 C6和C7都為常數，C4表示拐點A與最小均值Mmin之間的 距離，C5表示拐點B與最大均值Mmax之間的距離，C6表示拐點A的拉伸幅度，C7表示拐點B的拉伸幅度。
3、 如權利要求1所述的根據視頻內容動態提高對比度的方法，其特徵在於進 一步包括步驟當上述公式不成立時，判斷得到圖像亮度分布均勻，上述拐點A(Yin1,Yout1)和B(Yin2,Yout2)中取值see original document page 3其中，a1,a2是需要拉伸的距離，所述的a1，a2的取值需確保計算得到的Yin1，Yin2在[Min， Max]的範圍之內，t是對比度調節係數；H是亮度空間最 大容許值；d是預設的小正數，通常選取12; C8為拐點確定係數。
4、如權利要求1所述的根據視頻內容動態提高對比度的方法，其特徵在於該最終亮度輸出fout(i,j)為see original document page 3
5、 如權利要求1所述的根據視頻內容動態提高對比度的方法，其特徵在於，判 斷圖像亮度是否分布均勻時，將圖像分成LXN塊，分別得到每小塊圖像的亮度均值，以取其中的最大均值Mmax和最小均值Mmin。
6、 如權利要求1所述的根據視頻內容動態提高對比度的方法，其特徵在於，所 述的C2的值為120~200之間，所述的C2的值為5~30之間，所述的C3的值 為0.3 ~ 0.5之間。
7、 如權利要求2所述的根據視頻內容動態提高對比度的方法，其特徵在於，所 述的C4的值通常選用20個灰度級；所述的C5的值通常選用10個灰度級；所 述的C6的值通常選用30個灰度級；所述的C7的值通常選用20個灰度級。
8、 如權利要求3所述的根據視頻內容動態提高對比度的方法，其特徵在於， 在YcbCr空間，所述的H=235;在HSV空間，所述的H=255。
9、 如權利要求3所述的根據視頻內容動態提高對比度的方法，其特徵在於所 述的k值為0.00625-0.00125之間；所述的C8值為2.8~3.2之間。
10、 如權利要求3所述的根據視頻內容動態提高對比度的方法，其特徵在於 所述的k值為0.0025;所述的C8值為3。
全文摘要
本發明提供的根據視頻內容動態提高對比度的方法，通過設置不同情況下的拐點得到不同的映射函數以提高圖像對比度，其包括選用常用的分段線性擴展，有選擇地拉伸某段灰度區間。因而，本發明可改善圖像質量，即無論圖像處於亮場還是暗場，都採取三個線段的分段函數，而分段函數上的兩個拐點的選擇是隨著亮度均值的變換而變化的，可使曲線平滑的變化，不會在亮度逐漸變化的場景中出現突然的閃爍。
文檔編號H04N5/57GK101207754SQ20071017250
公開日2008年6月25日 申請日期2007年12月18日 優先權日2007年12月18日
發明者野 袁 申請人:上海廣電集成電路有限公司