專利名稱：圖像灰度直方圖均衡化處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像信號處理技術(shù)，特別涉及圖像亮度、對比度增強(qiáng)方法。
背景技術(shù)：
目前，平板電視(LCD、PDP等)普遍存在顯示圖像亮度、對比度不高的問題，需要在視頻處理芯片中進(jìn)行圖像增強(qiáng)處理，各種亮度、灰度處理算法被廣泛采用。
常見的圖像灰度直方圖均衡化處理方法，就是一種圖像增強(qiáng)方法。現(xiàn)有技術(shù)一般沒有對增強(qiáng)程度進(jìn)行限定，存在著增強(qiáng)程度不可控，出現(xiàn)過增強(qiáng)現(xiàn)象，導(dǎo)致圖像的亮度信息變化很大，比如原始很暗的圖像增強(qiáng)后變得很亮；而且現(xiàn)有技術(shù)沒有對統(tǒng)計的灰度值進(jìn)行最大值限定，這樣像素很大(比如占整個圖像像素的一半)的區(qū)域?qū)U(kuò)展得很開，平滑區(qū)域的灰度級將會被嚴(yán)重擠壓，合并嚴(yán)重，導(dǎo)致平滑的圖像出現(xiàn)水波紋現(xiàn)象。傳統(tǒng)直方圖均衡化算法的灰度直方圖累計需要很多的幀存儲器，電路的成本大，運(yùn)算速度也受到了很大的限制，在適時性的電視視頻處理中不能適用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，就是針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，提供一種增強(qiáng)程度可控的圖像增強(qiáng)方法。
本發(fā)明解決所述技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案是，圖像灰度直方圖均衡化處理方法；包括以下步驟a.將原始圖像的灰度級分為16級進(jìn)行線形近似直方圖累計；b.限定每級灰度的最大像素值L_grade，控制級間增強(qiáng)程度；c.設(shè)定增強(qiáng)亮度的最大值控制系數(shù)L_bright，增強(qiáng)圖像亮度時，控制灰度級最大值；d.設(shè)定總體增強(qiáng)程度系數(shù)scale，控制均衡化程度。
具體的是，所述最大像素值L_grade為1/4像素總數(shù)。
進(jìn)一步的是，所述增強(qiáng)灰度的最大值控制系數(shù)L_bright＝1/4，圖像增強(qiáng)后灰度最大值L＝1+(256-1)×L_right；其中1為原始圖像灰度級最大值，L為增強(qiáng)后圖像灰度的最大值。
更具體的是，所述均衡化總體程度控制系數(shù)scale取值范圍是0≤scale≤1。
本發(fā)明的有益效果是，增加了原始圖像的亮度，擴(kuò)展了原始圖像的畫面層次，提高了圖像的對比度，很好的保持了原始圖像的細(xì)節(jié)和亮度信息，而且簡化了電路實(shí)現(xiàn)，提高了運(yùn)算處理速度，更適合于在適時性系統(tǒng)中應(yīng)用。


圖1是分段線形近似的示意圖；圖2是本發(fā)明的程序流程圖；圖3為原始圖像的灰度直方圖分布；圖4是增強(qiáng)后圖像的灰度直方圖分布。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。
本發(fā)明通過灰度直方圖均衡化處理對圖像進(jìn)行動態(tài)的、可控的圖像增強(qiáng)。本發(fā)明把原始圖像的灰度級分為16等級，分別采用計數(shù)器進(jìn)行分段線形近似增強(qiáng)。本發(fā)明對圖像均衡化程度進(jìn)行了限定，設(shè)定了總體增強(qiáng)程度系數(shù)scale；對圖像灰度級的增強(qiáng)擴(kuò)展范圍進(jìn)行了限定，將圖像增強(qiáng)亮度的上限閾值設(shè)定為1+(256-1)×L_bright；對圖像灰度級間的增強(qiáng)程度進(jìn)行了限定，對于每段灰度級包含的像素最大值設(shè)定為1幀像素總數(shù)的1/4；對原始圖像的灰度級進(jìn)行了動態(tài)的、可控的灰度級均衡化的重新分配。實(shí)驗(yàn)證明，經(jīng)過本發(fā)明增強(qiáng)處理后，增加了原始圖像的亮度，擴(kuò)展了原始圖像的畫面層次，提高了圖像的對比度，很好的保持了原始圖像的細(xì)節(jié)和亮度信息，而且簡化了電路實(shí)現(xiàn)，提高了運(yùn)算處理速度，更適合于在適時性系統(tǒng)中應(yīng)用。
根據(jù)傳統(tǒng)的直方圖均衡化算法，對于一幅圖像，設(shè)Pr(r)是原始圖像直方圖，Ps(s)是均衡化的直方圖，兩者均是概率分布函數(shù)，它們之間存在有關(guān)系Ps(s)dS＝Pr(r)dr。因Ps(s)是均衡化的，可以設(shè)Ps(s)＝1，從而得dS＝pr(r)dr (1)兩邊積分得S=T(r)=∫0xpx(r)dr]]>對于離散圖像，則有S=T(R)=Σj=0kPr(Rj)=Σj=0Knjn,0≤Rj≤p-1,k=0,1...(3)]]>其中n是幀內(nèi)像素總數(shù)，Pr(Rj)是第j級灰度的概率，nj是圖像中j級灰度的像素總數(shù)，p是圖像中灰度級的總數(shù)目。
本發(fā)明的圖像灰度直方圖均衡化處理方法過程如下(1)分段線形近似處理16段線性近似，實(shí)現(xiàn)原始圖像灰度直方圖累計，如圖1所示。其中，對于較暗的圖像采用左圖曲線，對于明亮的圖像采用右面的曲線。圖1中表示了圖像有三個插值點(diǎn)，整體分為四段處理的情況，可以看出，此時一共有三個控制數(shù)據(jù)F(p1)、F(p2)和F(p3)。三個參數(shù)p1、p2和p3將圖像分為四段進(jìn)行處理，分別控制暗區(qū)、中間和亮區(qū)的圖像對比度。
對于分n段處理的圖像，變換后的圖像為y=(1+n-N256x)F(pn)+(N256x-n)F(pn+1)]]>for256Nn<x<256N(n+1)]]>(4)在本發(fā)明中，原始圖像分為16段處理，這樣能使分段線性近似累計函數(shù)更接近實(shí)際的原始灰度直方圖累計函數(shù)，減少處理誤差。
(2)均衡化處理增強(qiáng)程度控制為了控制直方圖均衡化的程度，對(4)式進(jìn)行了修正，設(shè)定了控制系數(shù)scaleF′(pn)=scale×(F(pn)-256Nn)+256N---(5)]]>其中，系數(shù)scale表示了均衡化程度，當(dāng)scale＝0時，表示對圖像沒有進(jìn)行增強(qiáng)；當(dāng)scale＝1時，表示對圖像進(jìn)行了最大的均衡化處理，此時圖像對比度最大。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)原始圖像信號的特點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。
(3)增強(qiáng)灰度級亮度和段間擴(kuò)展程度控制為了保持原始圖像的亮度信息和細(xì)節(jié)，對增強(qiáng)灰度級的亮度和級間擴(kuò)展程度進(jìn)行了控制。
L＝1+(256-1)×L_bright (6)其中，L為增強(qiáng)灰度級最大值，1為原始圖像灰度級最大值，L_bright為增強(qiáng)亮度的最大值控制系數(shù)，可以根據(jù)原始圖像的亮度適時調(diào)節(jié)，本發(fā)明的優(yōu)選值，取L_bright＝1/4。
增強(qiáng)級間程度控制具體為對于16段內(nèi)的圖像像素數(shù)目分別進(jìn)行計數(shù)統(tǒng)計，當(dāng)計數(shù)總數(shù)沒有超過最大值限定常數(shù)(像素總數(shù)的1/4)時，計數(shù)加1；當(dāng)計數(shù)總數(shù)得到像素總數(shù)的1/4時，計數(shù)器停止累加，輸出計數(shù)結(jié)果作為此段像素的分布總數(shù)值。即對超過最大值限定常數(shù)的像素進(jìn)行限定，不進(jìn)行計數(shù)，這樣就可以有效地防止像素灰度級擠壓嚴(yán)重的現(xiàn)象。
L_grade為限定的最大像素值，可以根據(jù)輸入圖像信息適時調(diào)整，當(dāng)擴(kuò)展灰度值大于特定值L_grade時，進(jìn)行閾值限定，以避免灰度級的過量壓縮損失，保持圖像的細(xì)節(jié)。本發(fā)明推薦取L_grade＝1/4總像素。
圖2示出了本發(fā)明的程序流程(功能模塊)，下面對主要過程進(jìn)行描述圖像信號轉(zhuǎn)換此功能模塊完成彩色圖像信號向亮度、色度和飽和度信號的轉(zhuǎn)變，以供增強(qiáng)算法對亮度信號進(jìn)行處理。如果直接輸入亮度信號進(jìn)行處理，可以省去此功能模塊。
圖像灰度級16段線形分割此功能模塊完成圖像的灰度級分割，將整幅圖像分為16個層面進(jìn)行處理。在實(shí)現(xiàn)上，用16個灰度值比較器代替了傳統(tǒng)復(fù)雜的直方圖累計電路，提高了運(yùn)算速度，節(jié)省了資源。
最大增強(qiáng)亮度設(shè)定此功能模塊完成圖像增強(qiáng)亮度上限的設(shè)定。根據(jù)16個計數(shù)器的值，確定原始圖像的最大灰度級，然后確定最大增強(qiáng)亮度值。
灰度級間最大增強(qiáng)程度限定此模塊完成級間增強(qiáng)程度限定。對于灰度直方圖分布比較極端，比如特別暗或者特亮的圖像，其灰度值大多分布在很小的區(qū)域，這樣均衡化處理后將會占據(jù)很大的灰度區(qū)間，導(dǎo)致其他灰度級過分壓縮甚至丟失，為了防止過增強(qiáng)現(xiàn)象的發(fā)生，在這里對灰度級間增強(qiáng)程度進(jìn)行了限定，對增強(qiáng)灰度分配區(qū)間最大值進(jìn)行了閾值限定。
增強(qiáng)灰度級重新分配和亮度提升修正此模塊完成增強(qiáng)圖像灰度級的重新分配和亮度的提升?；叶燃夐g最大增強(qiáng)程度限定，導(dǎo)致了圖像灰度級的壓縮，這樣圖像的整體亮度將會偏暗，此模塊是對灰度級的修正，使增強(qiáng)后的圖像的灰度級擴(kuò)展到0和最大增強(qiáng)亮度之間。
均衡化程度scale系數(shù)校正此功能模塊完成均衡化程度控制。當(dāng)scale＝0，表示沒有對原始圖像進(jìn)行增強(qiáng)；當(dāng)scale＝1時，表示對原始圖像進(jìn)行了最大化的直方圖均衡化，得到最大的圖像對比度。在實(shí)際應(yīng)用中，可以跟據(jù)圖像增強(qiáng)效果靈活選擇。
圖像信號輸出此模塊完成處理后的圖像信號向彩色圖像信號的轉(zhuǎn)換，完成圖像信號的處理。
下面通過灰度直方圖分布，比較處理前后的區(qū)別圖3為原始圖像的灰度直方圖分布，圖4為增強(qiáng)后圖像的灰度直方圖分布。從圖中可以看出，圖像信息集中部分，如原始圖像分布主要集中在
之間，見圖3；現(xiàn)在增強(qiáng)擴(kuò)展到
之間，見圖4。直方圖分布更加合理，而且分布區(qū)間的擴(kuò)展大大的增加了圖像的重點(diǎn)部分的層次感，增強(qiáng)了圖像的對比度，提升了圖像的亮度。
權(quán)利要求
1.圖像灰度直方圖均衡化處理方法；包括以下步驟a.將原始圖像的灰度級分為16級進(jìn)行線形近似直方圖累計；b.限定每級灰度的最大像素值L_grade，控制級間增強(qiáng)程度；c.設(shè)定增強(qiáng)亮度的最大值控制系數(shù)L_bright，增強(qiáng)圖像亮度時，控制灰度級最大值；d.設(shè)定均衡化總體程度控制系數(shù)scale，控制均衡化程度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像灰度直方圖均衡化處理方法，其特征在于，所述最大像素值L_grade為1/4像素總數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述圖像灰度直方圖均衡化處理方法，其特征在于，所述增強(qiáng)灰度的最大值控制系數(shù)L_bright＝1/4，圖像信號的灰度級最大值控制在1+(256-1)×L_bright；其中1為原始圖像灰度級最大值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的圖像亮度、對比度增強(qiáng)方法，其特征在于，所述均衡化總體程度控制系數(shù)scale取值范圍是0≤scale≤1。
全文摘要
本發(fā)明涉及圖像信號處理技術(shù)，特別涉及圖像亮度、對比度增強(qiáng)方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)的圖像灰度直方圖均衡化處理方法，增強(qiáng)圖像不可控，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缺點(diǎn)，提供了一種增強(qiáng)程度可控的圖像增強(qiáng)方法。本發(fā)明解決所述技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案是，在圖像灰度直方圖均衡化處理過程中，將原始圖像的灰度級分為16級進(jìn)行線形近似直方圖累計；設(shè)定控制參數(shù)，對原始圖像進(jìn)行自適應(yīng)的、動態(tài)的灰度直方圖均衡化處理。本發(fā)明的有益效果是，增加了原始圖像的亮度，擴(kuò)展了原始圖像的畫面層次，提高了圖像的對比度，很好的保持了原始圖像的細(xì)節(jié)和亮度信息，而且簡化了電路實(shí)現(xiàn)，提高了運(yùn)算處理速度，更適合于在適時性系統(tǒng)中應(yīng)用。
文檔編號G06T5/40GK1946138SQ20061002207
公開日2007年4月11日 申請日期2006年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月19日
發(fā)明者石華平 申請人:四川長虹電器股份有限公司