專利名稱：：高清相機(jī)的快速圖像處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于圖像處理領(lǐng)域，涉及一種圖像處理方法，具體涉及一種高清相機(jī)的快速圖像處理方法。
背景技術(shù)：
：目前智能交通領(lǐng)域?qū)囕v的監(jiān)控方式主要有連續(xù)幀圖像抓拍模式和單幀圖像抓拍模式。不論是前者還是后者，大都存在以下問題(l)圖像處理復(fù)雜、速度慢，只能依賴PC機(jī)進(jìn)行運(yùn)算，多臺設(shè)備聯(lián)合控制運(yùn)算量大。(2)缺少必要的圖像處理功能，導(dǎo)致最終拍攝的照片可能存在色偏、對比度差、清晰度差和噪聲污染等問題。(3)各圖像算法處理相對獨(dú)立處理，#^亍效率低。(4)圖像算法更新代價大，代碼復(fù)用率小。申請?zhí)枮?00610126430.3的專利中乂>開了一種圖像處理裝置和方法，^f旦沒有考慮實現(xiàn)平臺，不關(guān)心嵌入式平臺上算法的執(zhí)行效率。有些圖像處理方法里也使用了查表法，如申請?zhí)枮?00710066718.0的專利中公開了一種圖像處理方法，但并沒有提供系統(tǒng)的、豐富的圖像處理框架，僅僅是針對某種特定算法提出的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出了一種高清相機(jī)的快速圖像處理方法，通過對圖像處理算法進(jìn)行分類、結(jié)構(gòu)化的處理，采用數(shù)據(jù)映射表控制處理過程。利用查表法減少了圖像處理的復(fù)雜度，提高了運(yùn)算速度，使圖像處理過程適合嵌入式處理，并使嵌入式系統(tǒng)在一定時間內(nèi)實現(xiàn)更為豐富的圖像處理功能，確保抓拍圖像質(zhì)量，增進(jìn)了各圖像算法在空間和時間上的共享，提高執(zhí)行效率；提供了算法開發(fā)的框4架，提高代碼復(fù)用率，降低更新代價。高清相機(jī)的快速圖像處理方法，包括如下步驟步驟l:參數(shù)初始化；定義并生成比特適配映射表、RGB顏色映射表和亮度映射表。步驟2:采集RAW圖像；根據(jù)比特適配映射表的定義，對相應(yīng)數(shù)據(jù)格式的場景數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，得到RAW格式的原始圖像。步驟3:如果不需要對圖像的顏色和亮度進(jìn)行調(diào)整，則轉(zhuǎn)到步驟4;反之將采集的圖像轉(zhuǎn)換為8比特的RGB圖像，再進(jìn)行去馬賽克處理，并轉(zhuǎn)化為YCbCr格式；統(tǒng)計圖像的顏色和亮度信息，調(diào)用相應(yīng)的圖像分析算法確定R、G、B的調(diào)節(jié)因子和亮度映射規(guī)律，并相應(yīng)修正RGB顏色映射表和亮度映射表。步驟4:圖像處理；將采集的圖像轉(zhuǎn)換為8比特的RGB圖像、并進(jìn)行R/G/B顏色映射、去馬賽克、RGB格式轉(zhuǎn)為YCbCr格式；再進(jìn)行亮度映射，并根據(jù)期望的指標(biāo)對亮度進(jìn)行濾波操作，生成YCbCr數(shù)據(jù)流。步驟5:圖像壓縮；將YCbCr圖像轉(zhuǎn)化為JPEG壓縮文件，保存到指定介質(zhì)或通過網(wǎng)絡(luò)、硬件接口傳輸。所述步驟1中的比特適配映射表用于將不同精度的圖像轉(zhuǎn)換為8比特數(shù)據(jù)，長度根據(jù)采集設(shè)備的圖像精度而定。所述步驟l中的RGB顏色映射表用于實現(xiàn)顏色平衡，包括R顏色映射表、G顏色映射表和B顏色映射表，它們均為長度為256的8比特數(shù)據(jù)表，分別對三種顏色進(jìn)行調(diào)整。所述步驟1中的亮度映射表用于對亮度進(jìn)行調(diào)整，為長度256的8比特數(shù)據(jù)表，初始化為線性特性。所述步驟1中的比特適配映射表和RGB顏色映射表根據(jù)映射關(guān)系合并為RGB比特適配映射表。所述步驟3中，各圖像分析算法各自獨(dú)立，可分別進(jìn)行亮度和色度信息的統(tǒng)計，并進(jìn)行分析；并根據(jù)分析的結(jié)果修改RGB顏色映射表和亮度映射表。如果比特適配映射表和RGB顏色映射表合并為RGB比特適配映射表，則修改RGB比特適配映射表和亮度映射表。所述步驟3中，相應(yīng)的圖像分析算法不對原始圖^象進(jìn)行任何修改；分析的過程采用一種或多種圖像分析算法，各算法間相互獨(dú)立，并行執(zhí)行。所述步驟4中，R/G/B顏色映射為對R/G/B三個分量分別進(jìn)行查找經(jīng)過步驟三修正后的RGB顏色映射表，輸出符合特定圖像質(zhì)量所調(diào)用算法中設(shè)定的R、G、B分量。如果比特適配映射表和RGB顏色映射表合并為RGB比特適配映射表，則查找修正后的RGB比特適配映射表，輸出符合特定圖像質(zhì)量所調(diào)用算法中設(shè)定的R、G、B分量。所述步驟4中，亮度映射為根據(jù)圖像的亮度分量查找所述步驟三修正后的亮度映射表，并輸出新的亮度分量信息。本發(fā)明高清相機(jī)的快速圖像處理方法，將圖像處理結(jié)構(gòu)明晰化、簡單化，確保能夠快速的對圖像進(jìn)行處理，包括(1)使用快速查表處理的方法，資源占用小，適合嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。(2)將多種圖像處理功能(如白平衡、顏色調(diào)節(jié)、對比圖調(diào)整、局部亮度增強(qiáng))首先進(jìn)行并行分析，然后在后續(xù)步驟中統(tǒng)一進(jìn)行處理，快速完成了必要的圖像處理功能。(3)增強(qiáng)了各圖像算法空間和時間上的復(fù)用率，提高了執(zhí)行效率。(4)具有合理的處理框架，使算法的擴(kuò)展或裁剪更加簡單，具有一致性。圖1為本發(fā)明高清相機(jī)的快速圖像處理方法的流程圖；圖2為本發(fā)明高清相機(jī)的快速圖像處理方法的RGB比特適配映射表對應(yīng)的映射曲線圖3為本發(fā)明高清相機(jī)的快速圖^f象處理方法的BAYER圖案去除馬賽克的示意圖。具體實施例方式下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明實施例進(jìn)行詳細(xì)說明。本實施例基于DM642嵌入式平臺實現(xiàn)。圖像采集單元是200萬像素高分辨率CCD，能夠提供10bit高清晰圖像，通過EDMA傳輸?shù)紻M642嵌入式平臺指定內(nèi)存位置。本發(fā)明提供了快速圖像處理方法，具體包括參數(shù)初始化、采集圖像、分析圖像并調(diào)整數(shù)據(jù)映射表、圖像處理和圖像壓縮五個步驟，如附圖1所示。步驟一參數(shù)初始化。為了提高運(yùn)算速度，將比特適配映射表和RGB顏色映射表合并，稱為RGB比特適配映射表，即用RGB比特適配映射表分別完成對10比特精度的R、G、B圖像分量的比特適配映射和顏色調(diào)整工作。也可將比特映射和RGB映射分別處理，則在后續(xù)步驟中，先進(jìn)fl"查比特適配映射表的操作，然后進(jìn)行查詢RGB映射表的操作，同樣得到轉(zhuǎn)換為8比特精度的RGB圖像。具體方法是，采用13折線法計算原始的比特適配映射表，經(jīng)過映射得到如下表所示的RGB比特適配映射表，如附圖2所示。表1RGB比特適配映射表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>該比特適配映射表為一張1x1024長度的8比特數(shù)據(jù)表，占用1KB的存儲空間。然后利用比特適配映射表初始化RGB比特適配映射表，因此R比特適配映射表、G比特適配映射表和B比特適配映射表均為1x1024長度的8比特數(shù)據(jù)表，數(shù)值與該比特適配映射表相同。亮度映射表采用線性等值映射規(guī)則，為lx256長度的8比特數(shù)據(jù)表，如下表所示。表2亮度映射表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>66707013413419819877171135135199199887272136136200200997373137137201201101074741381382022021111757513913920320312127676140140204204131377771411412052051414787814214220620615157979143143207207161680801441442082081717818114514520920918188282146146210210191983831471472112112020848414814821221221218585149149213213222286861501502142142323878715115121521524248888152152216216252589891531532172172626恥901541542182182727919115515521921928289292156156220220292993931571572212213030949415815822222231319595159159223223323296961601602242243333979716116122522534349898162162226226353599991631632272273636100100164164228228373710110116516522922938381021021661662302303939103103167167231231幼4010410416816823223241411051051691692332334242106106170170234234434310710717117123523544441081081721722362364545109109173173237237464611011017417423823847471111111751752392394848112112176176240240494911311317717724124150501141141781782422425151115115179179243243525211611618018024424453531171171811812452455454118118182182246246555511911918318324724756561201201841842482489<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>初始化后的兩套數(shù)據(jù)表將在步驟3中被進(jìn)一步修正。步驟二采集RAW圖像。圖像采集單元對車輛進(jìn)行抓拍，生成高清晰高精度10位RAW圖像，等待下一步處理。步驟三圖像分析。如果需要對圖像進(jìn)行分析，則通過對RAW圖像進(jìn)行查找RGB比特適配映射表操作，將10位RGB圖像轉(zhuǎn)換為8位RGB圖像。如果圖像為馬賽克排列，則8位RGB圖像將進(jìn)行去馬賽克處理。在此步驟中，BAYER圖案的圖像將被轉(zhuǎn)換為完整的RGB圖像。如附圖3所示，由于圖像中部分的R、G、B分量是缺失的，本實施例中采用半像素插值法，利用鄰近的R和B分量對周圍像素的R、B分量進(jìn)行填充，而G分量則采取對相鄰像素求取均值的方法計算。8位RGB圖像根據(jù)ITU-RBT.601標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定轉(zhuǎn)換為YCbCr格式，采用下列公式進(jìn)行，并進(jìn)行4:2:0亞采樣。每4個點(diǎn)(R,QB)生成4個Y分量、2個Cb分量和2個Cr分量。Y=+0.299.R+0.587，G+0.114.BCb=128-0.1687'R-0.33127.G+0.5-BCr=128+0.5-0.4187.G-0.0813'B接著統(tǒng)計得到的YCbCr格式圖像的顏色和亮度信息，根據(jù)對圖像質(zhì)量的特定需求來調(diào)用相應(yīng)圖像分析算法。本實施例中，期望實現(xiàn)目標(biāo)圖像無色偏且具有特定的對比度特性，因此在本步驟中對顏色和亮度分別進(jìn)行白平衡和對比度分析。白平衡分析算法中對指定"白點(diǎn)"進(jìn)行色度統(tǒng)計分別計算R/G/B分量的增益因子，查找并相應(yīng)調(diào)整RGB比特適配映射表中對應(yīng)位置的值。如果比特適配映射表和RGB顏色映射表未進(jìn)行合并，則調(diào)整RGB顏色映射表對應(yīng)位置的值。使用對比度分析算法對亮度進(jìn)行直方圖統(tǒng)計，根據(jù)設(shè)定的白點(diǎn)基準(zhǔn)亮度和黑點(diǎn)基準(zhǔn)亮度，將所有高于白點(diǎn)基準(zhǔn)亮度的值映射為255,低于黑點(diǎn)基準(zhǔn)亮度的值映射為0,對中間區(qū)域的亮度值根據(jù)白點(diǎn)基準(zhǔn)亮度和黑點(diǎn)基準(zhǔn)亮度同比例線性拉伸，調(diào)整為0255之間的值。并根據(jù)這些信息相應(yīng)調(diào)整亮度映射表中對應(yīng)位置的值。在本步驟中，圖像分析算法對YCbCr圖像進(jìn)行分析，但并不修改圖像內(nèi)容，因此各圖像分析算法產(chǎn)生的工作進(jìn)程相互獨(dú)立，即各圖像分析算法可以并行執(zhí)行。只需遍歷一次圖像，即可進(jìn)行多種圖像分析，得到多個特性參數(shù)，提高了執(zhí)行效率。由此，當(dāng)圖像需要進(jìn)行多種圖像處理時，將所有圖像處理的圖像分析步驟和處理步驟分離開，再將這些分析和處理方法分別合并，提高系統(tǒng)的時間利用率和空間利用率。調(diào)整完畢后也可對數(shù)據(jù)表進(jìn)行進(jìn)一步的修正。如為增強(qiáng)綠色效果，可增大G分量的增益因子，使G比特適配映射表中分量值較大。同時為提高圖像亮度質(zhì)量，也可對亮度值進(jìn)行部分或整體的提高，使亮度映射表中部分值增大。本步驟根據(jù)特定圖像質(zhì)量需要對圖像進(jìn)行亮度調(diào)整、色度調(diào)整或同時進(jìn)行亮度和色度調(diào)整分析，例如，當(dāng)圖像偏暗，可以選擇進(jìn)行亮度調(diào)整。如果圖像符合使用者的要求，當(dāng)然也可選擇不進(jìn)行任何調(diào)整，直接跳過本步驟。步驟四圖像處理。通過對采集到的RAW圖像進(jìn)行查找修正后的RGB比特適配映射表，輸出符合特定圖像質(zhì)量所調(diào)用算法中設(shè)定的R、G、B分量。將10位RGB圖像處理為具有合理顏色的8位RGB圖像。如果比特適配映射表和RGB顏色映射表未進(jìn)行合并，則查找修正后的RGB顏色映射表對應(yīng)位置的值，輸出符合特定圖像質(zhì)量所調(diào)用算法中設(shè)定的R、G、B分量。與步驟三相同，8位BAYER圖案的RGB圖像通過去馬賽克處理將被轉(zhuǎn)換為完整的RGB圖像、RGB轉(zhuǎn)YCbCr處理和4:2:0亞采樣得到Y(jié)CbCr圖像。不再贅述。亮度Y分量進(jìn)行查找修正后的亮度映射表進(jìn)行亮度映射，在后續(xù)步驟中與色度分量CbCr等數(shù)據(jù)一起進(jìn)行JPEG壓縮處理。如果使用者對圖像有著特定或者個性化的要求，作為優(yōu)選，可對亮度進(jìn)行濾波處理，如采用高頻分量提升濾波進(jìn)行細(xì)節(jié)強(qiáng)化，提高圖像清晰度；采用中值濾波等方法對圖像進(jìn)行中值濾波去除噪聲；采用高斯濾波等方法平滑圖像等。如果未對亮度映射表進(jìn)行修正，可跳過查表操作，原圖像的亮度值不做任何修改。步驟五圖像壓縮。對YCbCr圖像進(jìn)行JPEG壓縮，作為文件保存到指定的介質(zhì)內(nèi)或通過網(wǎng)絡(luò)、硬件接口傳輸。也可處理根據(jù)硬件設(shè)備的設(shè)定，繼續(xù)處理下一幅圖像，直至所有圖像處理完畢。通過本方法在DM642嵌入式平臺(600MHz主頻)上實現(xiàn)步驟三和步驟四(包括比特適配、白平衡、顏色增益調(diào)整、去馬賽克、RGB轉(zhuǎn)YCbCr、4:2:0亞采樣、對比度調(diào)節(jié)、亮度調(diào)節(jié)等多項功能)僅需要15ms。而且由于多種圖像處理算法的分析和處理步驟采用并行方式，減少了代碼量，提高了數(shù)據(jù)復(fù)用率，節(jié)省了存儲空間?？焖俚奶幚硭俣仁沟米ヅ膱D像能夠在嵌入式設(shè)備中進(jìn)行實時處理，大大減輕了控制服務(wù)器的負(fù)擔(dān)。多臺設(shè)備聯(lián)合控制時，各設(shè)備可獨(dú)立進(jìn)行圖像處理控制，控制服務(wù)器僅需控制通信線程，保存數(shù)據(jù)。權(quán)利要求1、一種高清相機(jī)的快速圖像處理方法，其特征在于，該方法包括如下步驟步驟一參數(shù)初始化；定義并生成比特適配映射表、RGB顏色映射表和亮度映射表；步驟二采集RAW圖像；根據(jù)比特適配映射表的定義，對相應(yīng)數(shù)據(jù)格式的場景數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，得到RAW格式的原始圖像；步驟三如果不需要對圖像的顏色和亮度進(jìn)行調(diào)整，則轉(zhuǎn)到步驟四；反之將采集的圖像轉(zhuǎn)換為8比特的RGB圖像，再進(jìn)行去馬賽克處理，并轉(zhuǎn)化為YCbCr格式；統(tǒng)計圖像的顏色和亮度信息，調(diào)用相應(yīng)的圖像分析算法確定R、G、B的調(diào)節(jié)因子和亮度映射規(guī)律，并相應(yīng)修正RGB顏色映射表和亮度映射表；步驟四圖像處理；將采集的圖像轉(zhuǎn)換為8比特的RGB圖像、并進(jìn)行R/G/B顏色映射、去馬賽克、RGB格式轉(zhuǎn)為YCbCr格式；再進(jìn)行亮度映射，并根據(jù)期望的指標(biāo)對亮度進(jìn)行濾波操作，生成YCbCr數(shù)據(jù)流；步驟五圖像壓縮；將YCbCr圖像轉(zhuǎn)化為JPEG壓縮文件，保存到指定介質(zhì)或通過網(wǎng)絡(luò)、硬件接口傳輸。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高清相機(jī)的快速圖像處理方法，其特征在于所述步驟一中，比特適配映射表用于將不同精度的圖像轉(zhuǎn)換為8比特數(shù)據(jù)，長度根據(jù)采集設(shè)備的圖像精度而定。3、根據(jù)權(quán)利要求l所述一種高清相機(jī)的快速圖像處理方法，其特征在于所述步驟一中，RGB顏色映射表用于實現(xiàn)顏色平衡，包括R顏色映射表、G顏色映射表和B顏色映射表，它們均為長度為256的8比特數(shù)據(jù)表，分別對三種顏色進(jìn)行調(diào)整。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高清相機(jī)的快速圖像處理方法，其特征在于所述步驟一中，亮度映射表用于對亮度進(jìn)行調(diào)整，為長度256的8比特數(shù)據(jù)表，初始化為線性特性。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高清相機(jī)的快速圖像處理方法，其特征在于所述步驟一中，比特適配映射表和RGB顏色映射表根據(jù)映射關(guān)系合并為RGB比特適配映射表。6、根據(jù)權(quán)利要求1和5所述一種高清相機(jī)的快速圖像處理方法，其特征在于所述步驟三中，各圖像分析算法各自獨(dú)立，可分別進(jìn)行亮度和色度信息的統(tǒng)計，并進(jìn)行分析；并根據(jù)分析的結(jié)果修改RGB顏色映射表和亮度映射表；如果比特適配映射表和RGB顏色映射表合并為RGB比特適配映射表，則修改RGB比特適配映射表和亮度映射表。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高清相機(jī)的快速圖像處理方法，其特征在于所述步驟三中，相應(yīng)的圖像分析算法不對原始圖像進(jìn)行任何修改；分析的過程采用一種或多種圖像分析算法，各算法間相互獨(dú)立，并行執(zhí)行。8、根據(jù)權(quán)利要求1和5所述一種高清相機(jī)的快速圖像處理方法，其特征在于所述步驟四中，R/G/B顏色映射為對R/G/B三個分量分別進(jìn)行查找經(jīng)過步驟三修正后的RGB顏色映射表，輸出符合特定圖像質(zhì)量所調(diào)用算法中設(shè)定的R、G、B分量；如果比特適配映射表和RGB顏色映射表合并為RGB比特適配映射表，則查找^奮正后的RGB比特適配映射表，輸出符合特定圖像質(zhì)量所調(diào)用算法中設(shè)定的R、G、B分量。9、根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高清相機(jī)的快速圖像處理方法，其特征在于所述步驟四中，亮度映射為根據(jù)圖像的亮度分量查找所述步驟三修正后的亮度映射表，并輸出新的亮度分量信息。全文摘要本發(fā)明提出了一種高清相機(jī)的快速圖像處理方法，屬于圖像處理領(lǐng)域。首先定義并生成比特適配映射表、RGB顏色映射表和亮度映射表。統(tǒng)計圖像的顏色和亮度信息，確定R/G/B的調(diào)節(jié)因子和亮度，并修正RGB顏色映射表和亮度映射表。再將采集的圖像轉(zhuǎn)換并進(jìn)行R/G/B顏色映射、去馬賽克、格式轉(zhuǎn)換和亮度映射，根據(jù)期望的指標(biāo)對亮度進(jìn)行濾波操作，生成YCbCr數(shù)據(jù)流。最后轉(zhuǎn)化為JPEG圖像保存或傳輸。本方法使用快速查表處理，資源占用小，適合嵌入式系統(tǒng)開發(fā)；實現(xiàn)了必要的圖像處理功能，快速完成白平衡、色偏糾正、圖像對比度調(diào)整、清晰度增強(qiáng)、濾除噪聲等處理；增強(qiáng)了各圖像算法空間和時間上的復(fù)用率，提高了執(zhí)行效率。文檔編號H04N1/40GK101500067SQ20091007733公開日2009年8月5日申請日期2009年2月18日優(yōu)先權(quán)日2009年2月18日發(fā)明者峰晏,范云霞,攀連申請人:漢王科技股份有限公司