適應性對比度調整技術的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了涉及圖像的對比度調整的技術。例如，基于在輸入亮度直方圖中所表示的輸入圖像的像素值特性來分類該輸入圖像。根據這種分類，可指定用于對應的輸出圖像的目標直方圖分布(即，輸入圖像的對比度調整變換)。利用所指定的輸出圖像的目標直方圖，可推導出變換函數，所述變換函數將輸入圖像值映射到輸出圖像值。此外，可平滑這種變換函數的轉換。這種平滑可提供諸如減少與視頻數據相關聯(lián)的閃爍的優(yōu)點。
【專利說明】適應性對比度調整技術
【背景技術】
[0001]對比度調整是在處理媒體內容的多種產品及應用中的重要特征。對比度調整技術旨在強調圖像的視覺特性差異，以使該圖像中的對象彼此可區(qū)別以及與它們的背景可區(qū)別。
[0002]對比度調整技術通常涉及將輸入像素值映射到輸出像素值的變換函數應用。變換函數旨在生成期望特性的輸出像素值。這種期望的輸出像素特性通常以直方圖(也稱作目標直方圖)的形式來表不。
[0003]可根據輸入圖像的直方圖信息及其所對應變換的輸出圖像的直方圖信息自動確定變換函數。盡管如此，針對已變換的輸出圖像正確地指定目標直方圖從而能夠預期獲得令人視覺上舒適的輸出圖像仍然存在挑戰(zhàn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0004]在附圖中，相同的附圖標記通常指示相同的、功能上相似的、和/或結構上相似的元件。元件首次出現(xiàn)的附圖由附圖標記的最左位數字來表示。將參考附圖來描述本發(fā)明，其中:
[0005]圖1是與常規(guī)的圖像變換相關聯(lián)的一對圖像；
[0006]圖2A和2B是圖1中的圖像的直方圖；
[0007]圖3是與常規(guī)的圖像變換相關聯(lián)的另一對圖像；
[0008]圖4A和4B是圖3中的圖像的直方圖；
[0009]圖5是示例性實現(xiàn)的視圖；
[0010]圖6A-6D是直方圖的曲線圖；
[0011]圖7是不例性邏輯流程圖；
[0012]圖8A-8C是涉及直方圖分離比(HSR)的曲線圖；
[0013]圖9是示例性設備的視圖；以及
[0014]圖10A-10D是與本文描述的對比度調整技術相關聯(lián)的一對輸入和輸出圖像?！揪唧w實施方式】
[0015]本文說明書中所述的“一個實施例”或“一實施例”表示與該實施例有關的所述特定的特征、結構或者特性都被包含在至少一個實施例中。因此，短語“在一個實施例中”或“在一實施例中”在貫穿于本說明書的不同位置的出現(xiàn)并非必須都涉及相同的實施例。此夕卜，這些特定的特征、結構或者特性可以以任一種合適的方式組合于一個或多個實施例中。
[0016]實施例提供了基于其像素值特性來表現(xiàn)任何輸入圖像的特性的方法。例如，由YUV色彩空間中的像素所表示的輸入圖像可基于其Y (亮度)直方圖分布來表現(xiàn)其特征。
[0017]更明確地，可將這種輸入直方圖劃分成不同的分布類型。示例性的分布類型包括(但不限于):非稀疏、均勻稀疏、以及非均勻稀疏。根據這種分類(例如，根據其Y直方圖的類別標志)，可指定對應的輸出圖像(即，輸入圖像的對比度調整變換)的目標直方圖分布。利用所指定的輸出圖像的目標直方圖，可推導出變換函數，該變換函數將輸入圖像的亮度值(例如，Y值)映射到輸出圖像的亮度值(例如，Y值)。
[0018]此外，實施例可對這種變換函數的時間過渡進行平滑。這可基于多種因素，例如歷史信息和相應的內容(或者輸入圖像)分類的置信度分數。這種時間平滑可提供諸如減少與視頻數據相關聯(lián)的閃爍的優(yōu)點。
[0019]Integrated Device Technology有限公司提供了被稱為HQV基準測試2.0版的圖像測試能力。HQV基準測試2.0涉及視頻剪輯和測試模式，其被特別設計用來評估和評分各種視頻信號處理任務。在實施例中，當根據本文描述的技術來執(zhí)行對比度增強時，可獲得由HQV2.0基準測試提供的滿分。
[0020]傳統(tǒng)的對比度調整技術采用被稱為直方圖均衡化的方法。直方圖均衡化自動確定產生輸出圖像的變換函數，該輸出圖像具有均衡每個輸入直方圖分布的均勻直方圖。不幸的是，這種方法對于某些圖像，尤其是那些具有稀疏分布直方圖的圖像可能會導致非期望的結果。
[0021]圖1到圖4B提供了通過直方圖均衡化方法進行對比度調整的示例。例如，圖1示出了根據該技術(從“原始圖像”到“輸出圖像”)來變換的圖像。圖2A和2B分別示出了該原始圖像和輸出圖像的亮度直方圖。類似地，圖3示出了根據直方圖均衡化技術(從“原始圖像”到“輸出圖像”)來變換的圖像。圖4A和4B分別示出了該原始圖像和輸出圖像的
亮度直方圖。
[0022]這些示例示出了盡管直方圖均衡化可產生視覺上逼真的輸出圖像(例如，如圖1所示)，但是對于某些圖像而言，對目標直方圖進行盲目地均等分配并非是合適的對比度調整方法。例如，圖3所示的對比度調整獲得了具有低劣對比度特性的輸出圖像。
[0023]直方圖均衡化的這種缺點可由本文描述的技術來克服。這些技術可確定輸入圖像的分類類別，并且選擇對應于所確定的分類類別的目標亮度直方圖。由此，可獲得變換函數。此外，可對變換函數在時間上進行平滑。這種平滑可用在涉及圖像序列(例如視頻幀)的情況中。
[0024]圖5是采用本文描述的技術的示例性實現(xiàn)500的框圖。如圖5所示，實現(xiàn)500包括直方圖生成模塊502、內容分類模塊504、目標直方圖指定模塊506、變換函數生成模塊508、時間平滑模塊510、和變換函數應用模塊512?？梢岳糜布?或軟件的任意結合來實現(xiàn)這些元件。
[0025]在實施例中，圖5的元件可包括在各種部件和/或裝置中。示例包括:微處理器、圖形處理器或引擎、微控制器、專用集成電路(ASIC)等。另外的示例包括:相機、個人數字助理(PDA)、移動電話、智能電話、個人計算裝置(例如桌上型裝置、膝上型裝置、平板裝置等)、服務器、可佩戴裝置等。然而，實施例并不限于這些示例。
[0026]如圖5所示，實現(xiàn)500接收輸入圖像520 (在模塊502)，并產生對應的輸出圖像522 (在模塊512)。輸出圖像522可以是輸入圖像520的變換，從而將其對比度特性進行調整(例如增強)。在實施例中，圖像520和522可以是部分的圖像序列(例如，視頻圖像或者中貞)。
[0027]輸入圖像520以及輸出圖像522均可包括多個像素值。這些像素值可表示為YUV色彩空間坐標。然而，可采用其它像素值表示(例如，Y’UV色彩空間坐標)。[0028]直方圖生成模塊502接收輸入圖像520。直方圖生成模塊502轉而生成輸入亮度直方圖530，該輸入亮度直方圖530與輸入圖像520的亮度值(或Y值)有關。在實施例中，該直方圖是標準化累積直方圖。將在下面提供關于這種標準化累積直方圖530的示例性生成的細節(jié)。
[0029]如圖5所示，將直方圖530發(fā)送到內容分類模塊504?；谶@種直方圖，內容分類模塊504可將該直方圖分類為多種分布類別中的一個。如本文所述，示例性的類別可以是非稀疏、均勻稀疏、和非均勻稀疏。然而，實施例并不限于這些類別。圖5示出了將分類指示532提供給目標直方圖指定模塊506。
[0030]目標直方圖指定模塊506轉而確定用于輸出圖像522的對應的目標直方圖534。圖5示出了這種確定可基于分類指示532和直方圖530。如圖5所示，目標直方圖534指向變換函數生成模塊508。[0031]變換函數生成模塊508產生用于從輸入圖像520生成輸出圖像522的變換函數。這至少基于所確定的輸出直方圖(例如，如指示534所指定的)。另外，該變換函數的產生也可基于直方圖530。該變換函數(如非平滑的變換函數536)被發(fā)送到時間平滑模塊510。
[0032]一旦接收到，時間平滑模塊510可對非平滑變換函數536執(zhí)行平滑操作。這產生了平滑的變換函數538，其被發(fā)送到變換函數應用模塊512。圖5示出了這種操作可基于分類指示532的各種輸入，以及一個或多個之前平滑的變換函數535。
[0033]圖5示出了變換函數應用模塊512接收輸入圖像520和平滑的變換函數538。變換函數應用模塊512轉而將函數538應用到輸入圖像520。這產生了輸出圖像522。
[0034]如本文所述，實施例可生成輸入圖像的亮度直方圖。例如，在圖5的情況中，可以由直方圖生成模塊502生成這種直方圖。
[0035]對于跨度在[0，2b_1]范圍內的B位YUK圖像I，N組(bin)，等間隔Y直方圖可表示為h[k]。I的標準化累積直方圖hjk]可如以下在等式(I)中所表示的來計算。
【權利要求】
1.一種方法，包括: 生成輸入圖像的輸入亮度直方圖； 至少基于所述輸入亮度直方圖來確定所述輸入圖像的分類類別，所確定的分類類別來自多個分類類別； 指定與所述輸入圖像的分類類別相對應的目標亮度直方圖； 至少基于所述輸入亮度直方圖和所述目標亮度直方圖，來生成變換函數；以及 至少基于所述變換函數來從所述輸入圖像產生輸出圖像。
2.如權利要求1所述的方法，還包括: 對所述變換函數進行平滑。
3.如權利要求2所述的方法，其中所述平滑基于所確定的分類類別的置信水平。
4.如權利要求3所述的方法，其中所述平滑還基于一個或多個之前的變換函數。
5.如權利要求2所述的方法，其中所述輸入圖像是視頻幀序列中的幀。
6.如權利要求1所述的方法，其中所述多個分類類別包括:非稀疏類別、均勻稀疏類另U、和非均勻稀疏類別。
7.如權利要求1所述的方法，其中所述輸入圖像包括多個YUV像素值，并且所述輸出圖像包括多個YUV像素值。
8.如權利要求1所述的方法，還包括確定與所述輸入亮度直方圖相對應的分離指示符; 其中所述確定所述輸入圖象的分類類別是基于所述分離指示符進行的。
9.如權利要求1所述的方法，其中所述輸入亮度直方圖是標準化累積輸入亮度直方圖。
10.如權利要求9所述的方法，其中所述分離指示符基于所述標準化累積輸入亮度直方圖的二階導數。
11.如權利要求1所述的方法，其中所述目標亮度直方圖是分段線性函數。
12.—種設備,包括: 直方圖生成模塊，其生成輸入圖像的輸入亮度直方圖； 內容分類模塊，其至少基于所述輸入亮度直方圖來確定所述輸入圖像的分類類別；目標直方圖指定模塊，其指定與所述輸入圖像的分類類別相對應的目標亮度直方圖；變換函數推導模塊，其至少基于所述輸入亮度直方圖和所述目標亮度直方圖來生成變換函數。
13.如權利要求12所述的設備，還包括變換函數應用模塊，所述變換函數應用模炔基于所述變換函數來從所述輸入圖像產生輸出圖像。
14.如權利要求12所述的設備，還包括對所述變換函數進行平滑的平滑模塊。
15.如權利要求14所述的設備，其中所述平滑模塊將基于所確定的分類類別的置信水平來對所述變換函數進行平滑。
16.如權利要求15所述的設備，其中所述平滑模塊將基于一個或多個之前的變換函數來對所述變換函數進行平滑。
17.如權利要求12所述的設備，其中所述輸入亮度直方圖是標準化累積亮度直方圖。
18.如權利要求12所述的設備，其中所述輸入亮度直方圖基于所述輸入圖像的亮度信道。
19.如權利要求18所述的設備，其中所述亮度信道是Y信道。
20.一種物件，包括其上存儲有指令的計算機可訪問介質，所述指令在由計算機執(zhí)行時，使所述計算機: 生成輸入圖像的輸入亮度直方圖； 至少基于所述輸入亮度直方圖來確定所述輸入圖像的分類類別，所確定的分類類別來自多個分類類別； 指定與所述輸入圖像的分類類別相對應的目標亮度直方圖； 至少基于所述輸入亮度直方圖和所述目標亮度直方圖來生成變換函數；以及 至少基于所述變換函數來 從所述輸入圖像產生輸出圖像。
【文檔編號】G06T5/40GK103534728SQ201180069731
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2011年12月22日 優(yōu)先權日:2011年3月29日
【發(fā)明者】Y-t·彭, Y-J·秋 申請人:英特爾公司