本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于HDR的圖像處理方法。

背景技術(shù)：

目前一般的影像感測器sensor或圖像傳感器CMOS都具備高位寬采樣位寬，然而目前大多數(shù)顯示器的顯示采樣位寬僅為8比特，位寬比影像感測器中的采樣位寬低。因此為了適應(yīng)顯示器的顯示位寬，在圖像處理過程中通常將原始高位寬的圖像進(jìn)行截位操作，比如截取高8位，生成8比特?cái)?shù)據(jù)。但這樣的處理過程會對原有圖像的動態(tài)范圍造成損失。

現(xiàn)有的HDR算法，采用行交錯高低曝光方法或者采用多幀不同曝光方法獲得多幀不同亮度的原始數(shù)據(jù)，然后采用合適的融合方法融合得到寬動態(tài)范圍圖像。交錯行曝光的方式會造成圖像分辨率的損失，例如奇數(shù)行高曝光(高亮度)、偶數(shù)行低曝光(低亮度)的方式，高亮度和低亮度的圖像縱向分辨率為原始分辨率的一半。多幀不同曝光的方式，由于多幀在時(shí)間上順序排列，如果目標(biāo)快速運(yùn)動，則不同曝光圖像在融合之前需要進(jìn)行圖像配準(zhǔn)，圖像配準(zhǔn)會降低拍攝的實(shí)時(shí)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，提供了一種將高位寬圖像映射為低位寬圖像、同時(shí)保留原始圖像的動態(tài)范圍和分辨率、且無須配準(zhǔn)操作的基于HDR的圖像處理方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下方法：

提供了一種基于HDR的圖像處理方法，包括如下步驟：

獲取圖像采集設(shè)備采集的位寬大于等于10比特的高位寬圖像數(shù)據(jù)；

按設(shè)定順序?qū)Ω呶粚拡D像數(shù)據(jù)每一幀的高位寬圖像進(jìn)行位截取操作，生成至少三幅具有設(shè)定數(shù)量比特?cái)?shù)據(jù)且亮度不同的低位寬圖像；

獲取每幅低位寬圖像的圖像質(zhì)量參數(shù)，并根據(jù)每幅低位寬圖像對應(yīng)的圖像質(zhì)量參數(shù)計(jì)算對應(yīng)的融合權(quán)重因子；

對每幅低位寬圖像的每一像素點(diǎn)的像素值和其融合權(quán)重因子進(jìn)行降采樣處理，得到多個(gè)相同降采樣維度的圖像，并對相同降采樣維度的圖像進(jìn)行權(quán)重融合；

對相同降采樣維度的圖像的權(quán)重融合結(jié)果進(jìn)行降采樣反向操作，生成一幀低位寬的高動態(tài)范圍圖像。

進(jìn)一步地，按設(shè)定順序?qū)Ω呶粚拡D像數(shù)據(jù)每一幀的高位寬圖像進(jìn)行位截取操作，生成至少三幅具有設(shè)定數(shù)量比特?cái)?shù)據(jù)且亮度不同的低位寬圖像的步驟包括：

根據(jù)每一幀高位寬圖像的每一個(gè)像素點(diǎn)的像素值，獲得該像素點(diǎn)的像素值中從低到高等同于目標(biāo)位寬的像素值，作為該像素點(diǎn)的高亮度的低位寬像素值，生成高亮度的低位寬圖像；

將所述像素點(diǎn)的高位寬像素值向右移設(shè)定值位寬，獲得該右移后像素值中從低到高等同于目標(biāo)位寬的像素值，作為該像素點(diǎn)的次高亮度的低位寬像素值，生成次高亮度的低位寬圖像；

將所述像素點(diǎn)的高位寬像素值向右移設(shè)定值位寬，獲得該右移后像素值，若此時(shí)該像素點(diǎn)右移后的像素值位寬等于目標(biāo)位寬，右移結(jié)束，對所有像素點(diǎn)重復(fù)上述位截取步驟，生成低亮度的低位寬圖像；

若右移后像素值大于目標(biāo)位寬，重復(fù)向右移設(shè)定值位寬然后按目標(biāo)位寬截取的步驟，獲得該像素點(diǎn)亮度同比降低的低位寬像素值，對所有像素點(diǎn)重復(fù)上述位截取步驟，生成亮度同比下降的低位寬圖像，直至該像素點(diǎn)右移后的像素值位寬等于目標(biāo)位寬。

進(jìn)一步地，獲取每幅低位寬圖像的圖像質(zhì)量參數(shù)，并根據(jù)每幅低位寬圖像對應(yīng)的圖像質(zhì)量參數(shù)計(jì)算對應(yīng)的融合權(quán)重因子的步驟為：

所述圖像質(zhì)量參數(shù)包括對比度、飽和度和曝光參數(shù)，分別對每幅所述低位寬圖像的每個(gè)像素點(diǎn)的三個(gè)圖像質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行測試，并得到相應(yīng)的對比度因子、飽和度因子和亮度權(quán)重因子，然后將三個(gè)權(quán)重因子相乘得到融合權(quán)重因子。

進(jìn)一步地，對多幀所述低位寬圖像的同一像素點(diǎn)的每一幀的融合權(quán)重因子進(jìn)行歸一化操作。

進(jìn)一步地，對所述多幀低位寬圖像的每一幀的每個(gè)像素點(diǎn)的對比度進(jìn)行測試的步驟包括：

對每幅所述低位寬圖像的每個(gè)像素點(diǎn)的RGB三個(gè)色彩通道的色彩值融合得到亮度參數(shù)；

對亮度參數(shù)進(jìn)行拉普拉斯算子卷積處理，得到對比度因子。

進(jìn)一步地，對每幅所述低位寬圖像的每個(gè)像素點(diǎn)的飽和度測試的方法為，計(jì)算目標(biāo)像素點(diǎn)的RGB三個(gè)色彩通道的色彩值的標(biāo)準(zhǔn)差，得到飽和度因子。

進(jìn)一步地，對每幅所述低位寬圖像的每個(gè)像素點(diǎn)的曝光參數(shù)測試的方法為，計(jì)算目標(biāo)像素點(diǎn)的RGB三個(gè)色彩通道的色彩值與目標(biāo)曝光度的距離，然后相乘得到亮度權(quán)重因子。

進(jìn)一步地，對每幅所述低位寬圖像的每個(gè)像素點(diǎn)的相同降采樣維度的像素值進(jìn)行權(quán)重融合的方法，需要對每個(gè)維度下的每個(gè)色彩通道進(jìn)行單獨(dú)融合。

進(jìn)一步地，對相同降采樣維度的圖像的權(quán)重融合結(jié)果進(jìn)行降采樣反向操作的方法為，將高維度圖像的權(quán)重融合結(jié)果放大1倍，并與相鄰低一維度的圖像的權(quán)重融合結(jié)果相加，生成新的該低維度圖像的權(quán)重融合結(jié)果。

本發(fā)明的有益效果是：提供了一種基于HDR的圖像處理方法，能夠?qū)⒏呶粚拡D像映射為低位寬圖像，并能夠保留原始圖像的動態(tài)范圍和分辨率，并且所采用的不同亮度圖像均來源于同一曝光幀，無須配準(zhǔn)操作，具有計(jì)算簡單和高實(shí)時(shí)等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于HDR的圖像處理方法的流程圖。

圖2為本發(fā)明基于HDR的圖像處理方法將10比特圖像映射為8比特圖像的示例流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

如圖1所示，本發(fā)明一種基于HDR的圖像處理方法主要步驟包括101至步驟105。

在步驟101中、獲取圖像采集設(shè)備采集的位寬大于等于10比特的高位寬圖像數(shù)據(jù)，在本實(shí)施例中，圖像采集設(shè)備采集的10比特圖像大小為N*M，每個(gè)像素點(diǎn)索引為(i,j)，其中1≤i≤N，1≤j≤M。

在步驟102中、按設(shè)定順序?qū)Ω呶粚拡D像數(shù)據(jù)每一幀的高位寬圖像進(jìn)行位截取操作，生成至少三幅具有設(shè)定數(shù)量比特?cái)?shù)據(jù)且亮度不同的低位寬圖像。進(jìn)一步地，步驟102可以進(jìn)一步細(xì)化為步驟S1至步驟S3：

在步驟S1中，根據(jù)每一幀高位寬圖像的每一個(gè)像素點(diǎn)的像素值，獲得該像素點(diǎn)的像素值中從低到高等同于目標(biāo)位寬的像素值，并舍去超出目標(biāo)位寬的像素值，將所得結(jié)果作為該像素點(diǎn)的高亮度的低位寬像素值。對所有像素點(diǎn)重復(fù)上述位截取步驟，生成以幀為單位的高亮度的低位寬圖像。

如圖2所示，下面對10比特原始圖像通過位截取得到高亮度的低位寬圖像的具體步驟進(jìn)行詳細(xì)說明：

對原始圖像中每一個(gè)像素Y10(i,j)，取低8位作為高亮度圖像像素點(diǎn)YH(i,j)的對應(yīng)位置像素值：

如果Y10(i,j)≥255，則YH(i,j)＝255；

否則YH(i,j)＝Y(jié)10(i,j)。

這樣操作后，YH最大值是255，可以保存為8比特。

在步驟S2中，將所述像素點(diǎn)的高位寬像素值向右移設(shè)定值位寬，這里設(shè)定值取1位，獲得該右移后像素值中從低到高等同于目標(biāo)位寬的像素值，并舍去超出目標(biāo)位寬的像素值，將所得結(jié)果作為該像素點(diǎn)的次高亮度的低位寬像素值。對所有像素點(diǎn)重復(fù)上述位截取步驟，生成次高亮度的低位寬圖像。

如圖2所示，下面對10比特原始圖像通過位截取得到次高亮度的低位寬圖像的具體步驟進(jìn)行詳細(xì)說明：

具體地，將Y10(i,j)右移1位，生成9比特?cái)?shù)據(jù)Y9，取低8位作為中亮度圖像YM的對應(yīng)位置像素值：

如果Y9(i,j)≥255，則YM(i,j)＝255；

否則，YM(i,j)＝Y(jié)9(i,j)。

這樣操作后，YM最大值是255，可以保存為8比特。

在步驟S3中，將所述像素點(diǎn)的高位寬像素值右移1位，獲得該右移后像素值，此時(shí)該像素點(diǎn)右移后的像素值位寬等于目標(biāo)位寬。并對所有像素點(diǎn)重復(fù)上述位截取步驟，生成低亮度的低位寬圖像。

如圖2所示，下面對10比特原始圖像通過位截取得到低亮度的低位寬圖像的具體步驟進(jìn)行詳細(xì)說明：具體地，將Y10(i,j)右移2位，生成8比特?cái)?shù)據(jù)，定義為低亮度YL的對應(yīng)位置像素值。重復(fù)位截取操作至一幀結(jié)束，生成低亮度圖像YL、中亮度圖像YM和高亮度圖像YH。

在步驟103中、獲取每幅低位寬圖像的圖像質(zhì)量參數(shù)，并根據(jù)每幅低位寬圖像對應(yīng)的圖像質(zhì)量參數(shù)計(jì)算對應(yīng)的融合權(quán)重因子。進(jìn)一步地，圖像質(zhì)量參數(shù)包括對比度、飽和度和曝光參數(shù)。分別對每幅低位寬圖像的每個(gè)像素點(diǎn)的三個(gè)圖像質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行測試，結(jié)合具體參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并得到相應(yīng)的對比度因子、飽和度因子和亮度權(quán)重因子，亮度權(quán)重因子來自于曝光參數(shù)。然后將三個(gè)權(quán)重因子結(jié)合得到融合權(quán)重因子。步驟103可以進(jìn)一步細(xì)化為步驟T1至步驟T5：

在步驟T1中、對低位寬圖像的每一幀的每個(gè)像素點(diǎn)的對比度進(jìn)行測試的步驟包括：

對每幅低位寬圖像的每個(gè)像素點(diǎn)的RGB三個(gè)色彩通道的色彩值融合得到亮度參數(shù)。在本實(shí)施例中，具體地，對不同亮度的多幀低位寬圖像YL、YM和YH的每個(gè)像素點(diǎn)(i,j)進(jìn)行對比度測試計(jì)算以得到對比度因子C。首先定義R、G、B為YL或者YM或者YH的RGB三個(gè)色彩通道。

以YL為例：獲得YL的亮度圖像參數(shù)YLgray，其計(jì)算方式是：

YLgray(i,j)＝0.2989*R(i,j)+0.5870*G(i,j)+0.1140*B(i,j)。

然后對亮度參數(shù)進(jìn)行拉普拉斯算子卷積處理，得到對比度因子C。在本實(shí)施例中，具體地，目標(biāo)為獲得YL的對比度參數(shù)YL_C。這里令拉普拉斯算子L_h＝[0 1 0；1-4 1；0 1 0]，其計(jì)算方式是：

YL_C(i,j)＝Y(jié)Lgray(i,j)*4+YLgray(i-1,j)+YLgray(i+1,j)+

YLgray(i,j-1)+YLgray(i,j+1)。

在步驟T2中、對每幅低位寬圖像的每個(gè)像素點(diǎn)的飽和度測試的方法為，計(jì)算目標(biāo)像素點(diǎn)的RGB三個(gè)色彩通道的色彩值的標(biāo)準(zhǔn)差，得到飽和度因子。在本實(shí)施例中，具體地，目標(biāo)為獲得飽和度因子S。以YL為例，其計(jì)算方式是：

mu(i，j)＝(R(i，j)+G(i，j)+B(i，j))/3。

在步驟T3中、對每幅低位寬圖像的每個(gè)像素點(diǎn)的曝光參數(shù)測試的方法為，計(jì)算目標(biāo)像素點(diǎn)的RGB三個(gè)色彩通道的色彩值與目標(biāo)曝光度的距離，然后相乘得到與曝光參數(shù)對應(yīng)的亮度權(quán)重因子。曝光度有一個(gè)目標(biāo)的理想值，這個(gè)理想值根據(jù)實(shí)際需要可以調(diào)節(jié)，對于每一個(gè)色彩通道，理想的近似值應(yīng)該避免為0，即曝光不足，或?yàn)?，即過度曝光。

在本實(shí)施例中，具體地，取0.5為理想值，然后評估每個(gè)像素點(diǎn)的每個(gè)色彩通道與0.5的距離關(guān)系，將它們相乘，獲得曝光參數(shù)WE對應(yīng)的亮度權(quán)重因子E。以YL為例，δ為偏離因子，這里可以設(shè)置為0.2，其計(jì)算方式是：

dR(i，j)＝-exp((R(i，j)-0.5)²/2σ²)

dG(i，j)＝-exp((G(i，j)-0.5)²/σ²)

dB(i，j)＝-exp((B(i，j)-0.5)²/2σ²)

YL_WE＝dR(i，j)×dB(i，j)×dG(i，j)。

在步驟T4中、對融合權(quán)重因子的計(jì)算方法為將上述三個(gè)權(quán)重因子相乘。為了調(diào)節(jié)三個(gè)圖像質(zhì)量參數(shù)對最終融合時(shí)的權(quán)重影響，需要引入比重參數(shù)para_C，para_S，para_WE，它們默認(rèn)值都設(shè)置為1。在本實(shí)施例中，具體地，以YL為例：

YL_W(i，j)＝Y(jié)L_C(i，j)^para_C+YL_S(i，j)^para_S+YL_WE(i，j)^para_WE。

在步驟T5中、對多幀所述低位寬圖像的同一像素點(diǎn)的每一幀的融合權(quán)重因子計(jì)算完畢后，還需要進(jìn)行歸一化操作，以保證融合后圖像亮度的一致性。

在本實(shí)施例中，具體地，我們對YH、HM、HL的權(quán)重參數(shù)進(jìn)行歸一化操作，以YL為例：

在步驟104中、對每幅低位寬圖像的每一像素點(diǎn)的像素值和其融合權(quán)重因子進(jìn)行降采樣處理，得到多個(gè)相同降采樣維度的圖像，并對相同降采樣維度的圖像進(jìn)行權(quán)重融合。進(jìn)一步地，進(jìn)行權(quán)重融合時(shí)，需要對每個(gè)維度下的每個(gè)色彩通道進(jìn)行單獨(dú)融合。

在本實(shí)施例中，具體地，對YL、YM、YH進(jìn)行融合得到低位寬HDR圖像。首先對YL、YM、YH的像素值和他們的融合權(quán)重因子進(jìn)行降采樣處理，這里取間隔1個(gè)像素進(jìn)行降采樣，則降采樣后的圖像尺寸為N/2*M/2。然后對相同降采樣維度的圖像進(jìn)行權(quán)重融合。

這里取降采樣次數(shù)為9次，生成9個(gè)尺度，以YL為例，有YLk，YL_Wk，YMk，YM_Wk，YHk，YH_Wk，這里的K表示每個(gè)尺度，其索引值是自然數(shù)0～8，其中0表示原始尺寸，1維度由0維度降采樣生成，2維度由1維度降采樣生成，以此類推。每個(gè)尺度下，對三個(gè)亮度圖像的每個(gè)通道z進(jìn)行單獨(dú)融合：Resultk(i，j，z)＝Y(jié)L_k(i，j，z)×YL_W_k(i，j)+

YM_k(i，j，z)×YM_W_k(i，j)+YH_k(i，j，z)×YH_W_k(i，j)

在步驟105中、對相同降采樣維度的圖像的權(quán)重融合結(jié)果進(jìn)行降采樣反向操作，生成一幀低位寬的高動態(tài)范圍圖像。進(jìn)一步地，降采樣反向操作的方法為，將高維度圖像的權(quán)重融合結(jié)果放大1倍，結(jié)果與相鄰低一維度的圖像的權(quán)重融合結(jié)果相加，生成新的該低維度圖像的權(quán)重融合結(jié)果。

在本實(shí)施例中，具體地，將8維度放大1倍，結(jié)果和7維度圖像相加，生成新的7維度圖像；新的7維度圖像放大1倍，將結(jié)果和6維度圖像相加，生成新的6維度圖像；以此類推。最終融合成一幀高動態(tài)范圍圖像。

上面對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于具體實(shí)施方式的范圍，對本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。