CN102096911B - 亮度提升的方法 - Google Patents

Abstract

一种亮度提升的方法，包括：将图像中的像素点分为：肤色区域、第一区域和第二区域；对肤色区域的像素按基准幅度提升亮度；对第一区域的像素点，使亮度提升的程度随像素点距肤色区域中心点的Mahalanobis距离的增加而逐步减小；对第二区域的像素点，保持原亮度。采用本发明的亮度提升方法，可以避免提升亮度后图像肤色区域亮于其他区域，整体出现分两层的现象。

Description

亮度提升的方法

技术领域

本发明涉及图像处理技术，尤其涉及一种亮度提升的方法。

背景技术

随着数字技术的发展，越来越多的彩色图像设备走入人们的生活，例如数码相机，液晶电视，可视电话等，但在图像采集过程中，由于图像设备本身的原因，采集出来的图像有可能出现曝光不足，颜色失真等现象，因此人们希望通过后续处理，来改善这些图像的质量。

由于在图像处理技术中一些目标区域需要以色度区分，例如，人的肤色，这使得YCrCb颜色空间成为图像处理技术中一种常用的颜色空间，其中Y指亮度，Cr指红色分量与亮度的差值，Cb指蓝色分量与亮度的差值。经大量的研究和实验表明，在一定亮度范围内，人的肤色在去除亮度信息的归一化YCrCb颜色空间中，Cr、Cb近似服从正态分布，即

式中，

其中，μ_Cr，μ_Cb，σ_Cr，σ_Cb为红色色差Cr与蓝色色差Cb的平均值及各自的方差，ρ为两色差的相关系数。在正态分布的前提下，人的Cr、Cb在色度空间内聚集在以μ_Cr，μ_Cb为中心的椭圆内，椭圆上的点到μ_Cr，μ_Cb的距离相等，定义

一般称D为Mahalanobis距离。经统计，黄色人种、白色人种、黑色人种及混合后平均的μ_Cr，μ_Cb，σ_Cr，σ_Cb及ρ的各值请见图1。并且亮度在一定范围，人肤色的D为一固定值D1，这样，可以通过计算任意一像素点的D来判别该像素点是否为肤色，若D＜D1，则该像素点为肤色，否则该像素点不为肤色。

一般在对带肤色图像的亮度提升处理过程中，每一像素点通过色度分布找到是否属于肤色区域后，都只对肤色区域进行亮度提升，其他区域不做处理，具体参照Du-Sik Park等人于2006年12月26日发表在Journal of ElectronicImaging上题目为Preferred skin color reproduction on the display的文章中，这样处理会造成提升亮度后的整个图像出现分层现象，肤色区域明显亮于周边区域，出现两层。

因此，在处理带人肤色的图像过程中亟待找到一种既可以提升肤色区域的亮度，又可以消除图像因提升亮度而产生分层的现象的亮度提升方法。

发明内容

本发明解决的问题是消除因提升图像中肤色亮度而产生分层的现象。

为解决上述问题，本发明提供一种亮度提升的方法，包括：

获取待提升亮度的图像中每一像素点对应的亮度信号，红色色差，蓝色色差各分量值；

获取每一像素点距肤色区域中心点的Mahalanobis距离；

将图像中的像素点分为：肤色区域、第一区域和第二区域；所述肤色区域是指像素点距肤色区域中心点的Mahalanobis距离小于第一阈值，所述第一区域是指像素点距肤色区域中心点的Mahalanobis距离大于肤色区域各像素点距中心点的Mahalanobis距离而小于第二阈值，所述第二区域是指像素点距肤色区域中心点的Mahalanobis距离大于第一区域各像素点距肤色区域中心点的Mahalanobis距离；

对肤色区域的像素按基准幅度提升亮度；对第一区域的像素点，使亮度提升的程度随像素点距肤色区域中心点的Mahalanobis距离的增加而逐步减小；对第二区域的像素点，保持原亮度。

可选地，所述获得每一像素点距肤色区域中心点的Mahalanobis距离方法包括：

以红色色差，蓝色色差分量值构建坐标系，任意一像素点的坐标为(Cr，Cb)，设置肤色区域中心点的坐标为(Cro，Cbo)；

若Cr＞Cro且Cb＞Cbo或Cr≤Cro且Cb≤Cbo时：D＝|Cb-Cbo|+|Cr-Cro|；

若Cr≤Cro且Cb＞Cbo或Cr＞Cro且Cb≤Cbo时：D＝max(|Cb-Cbo|，|Cr-Cro|)，其中D为每一像素点距肤色区域中心点的Mahalanobis距离。

可选地，对各区域像素点提升亮度包括：

Y’＝Y+ΔY*g(D)，其中Y为原亮度，Y’为提升后亮度，ΔY为亮度提升基准幅度，g(D)为ΔY的调制函数；

所述亮度提升基准幅度ΔY计算方法包括：

若Y_min≤Y≤Y_medium时，

若Y_medium＜Y≤Y_max时，其中，Y_medium为亮度中间值，ΔY_medium为亮度中间值Y_medium的提升量；

所述ΔY调制函数g(D)满足：

若像素点位于肤色区域，g(D)＝1；

若像素点位于第二区域，g(D)＝0；

若像素点位于第一区域，g(D)为1到0之间单调下降。

可选地，所述亮度中间值Y_medium的提升量ΔY_medium范围包括：0～40。

可选地，所述第一区域g(D)为单调下降的抛物线函数，即：

其中D₁为第一阈值，D₂为第二阈值。

可选地，所述第一区域g(D)为单调下降的一次函数，即：

其中D₁为第一阈值，D₂为第二阈值。

可选地，所述第一阈值D₁范围包括：0～40。

可选地，所述第二阈值D2＝D1+δ，所述δ范围包括：0～40。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：通过根据不同色度对区域每一像素点对应亮度进行调制，得到调制后的提升亮度的图像，与原先的只对肤色区域进行提升亮度的处理结果相比，可以避免提升亮度后图像肤色区域亮于其他区域，整体出现分两层的现象。

附图说明

图1是统计不同人种的色度分布特征值列表；

图2是本发明亮度提升的方法流程示意图；

图3是本发明简化人皮肤色度分布范围示意图；

图4是本发明亮度提升的方法实施例一与二中肤色度分布、第一区域与第二区域范围示意图；

图5是本发明亮度提升的方法实施例一与二中肤色度区域、第一区域与第二区域亮度基准幅度获取示意图；

图6是本发明亮度提升的方法实施例一中肤色度区域、第一区域与第二区域调制函数示意图；

图7是本发明亮度提升的方法实施例二中肤色度区域、第一区域与第二区域调制函数示意图。

具体实施方式

本发明旨在通过对亮度调制时加入色度信息，根据不同区域色度对每一像素点对应亮度进行调制，得到调制后的提升亮度的图像，可以避免提升亮度后图像肤色区域亮于其他区域，整体出现分两层的现象。

基于此，本发明提供的亮度提升的方法包括：

获取待提升亮度的图像中每一像素点对应的亮度信号，红色色差，蓝色色差各分量值；

获取每一像素点距肤色区域中心点的Mahalanobis距离；

将图像中的像素点分为：肤色区域、第一区域和第二区域；所述肤色区域是指像素点距肤色区域中心点的Mahalanobis距离小于第一阈值，所述第一区域是指像素点距肤色区域中心点的Mahalanobis距离大于肤色区域各像素点距中心点的Mahalanobis距离而小于第二阈值，所述第二区域是指像素点距肤色区域中心点的Mahalanobis距离大于第一区域各像素点距肤色区域中心点的Mahalanobis距离；

对肤色区域的像素按基准幅度提升亮度；对第一区域的像素点，使亮度提升的程度随像素点距肤色区域中心点的Mahalanobis距离的增加而逐步减小；对第二区域的像素点，保持原亮度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的两个具体实施方式做详细的说明。

实施例一

如图2所示，本实施例一提供的亮度提升的方法包括：

执行步骤S1，获取待提升亮度的图像中每一像素点对应的亮度信号，红色色差，蓝色色差各分量值。

在本实施例一中具体为输入三个具有代表性的像素点，对应三个像素点的Y，Cb，Cr值分别为：点一(100，109，160)，点二(100，129，160)，点三(100，149，160)。

执行步骤S2，获取每一像素点距肤色区域中心点的Mahalanobis距离。由于椭圆状的人肤色分布使得根据色度判断某像素点是否是肤色区域在硬件上很难实现，所以本步骤对人皮肤在色度空间上的分布进行了简化，如图3所示，用直线对椭圆各边进行逼近，形成一个六边形。所述获取每一像素点距肤色区域中心点的Mahalanobis距离步骤包括：以红色色差，蓝色色差分量值构建坐标系，任意一像素点的坐标为(Cr，Cb)，设置肤色区域中心点的坐标为(Cro，Cbo)；

若Cr＞Cro且Cb＞Cbo或Cr≤Cro且Cb≤Cbo时：

D＝|Cb-Cbo|+|Cr-Cro|；

若Cr≤Cro且Cb＞Cbo或Cr＞Cro且Cb≤Cbo时：

D＝max(|Cb-Cbo|，|Cr-Cro|)。

本实施例一中设置肤色区域中心点(cr，cb)为(154，105)，

若Cr＞154且Cb＞105或Cr≤154且Cb≤105时：

D＝|Cb-105|+|Cr-154|；

若Cr≤154且Cb＞105或Cr＞154且Cb≤105时：

D＝max(|Cb-105|，|Cr-154|)。

需要注意的是，如果是待处理的图像人种比较集中，例如在某些特定地理范围使用，肤色区域中心点(Cr，Cb)可以根据图1做更精准设置。

执行步骤S3，将图像中的像素点分为：肤色区域、第一区域和第二区域；所述肤色区域是指像素点距肤色区域中心点的Mahalanobis距离小于第一阈值，所述第一区域是指像素点距肤色区域中心点的Mahalanobis距离大于肤色区域各像素点距中心点的Mahalanobis距离而小于第二阈值，所述第二区域是指像素点距肤色区域中心点的Mahalanobis距离大于第一区域各像素点距肤色区域中心点的Mahalanobis距离；

所述第一阈值D₁范围包括：0～40，优选20；所述第二阈值D2＝D1+δ，所述δ范围包括：0～40，优选20。

经过上述步骤，所述每一像素点可能处于的肤色区域，第一区域或第二区域范围如图4所示。

具有代表性地，点一(100，109，160)对应的D为10，判断点一处于肤色区域；

点二(100，129，160)对应的D为30，判断点二处于第一区域；

点三(100，149，160)对应的D为50，判断点三处于第二区域。

执行步骤S4，对肤色区域的像素按基准幅度提升亮度；对第一区域的像素点，使亮度提升的程度随像素点距肤色区域中心点的Mahalanobis距离的增加而逐步减小；对第二区域的像素点，保持原亮度；

所述步骤S4中，对各区域像素点提升亮度包括：

Y’＝Y+ΔY*g(D)，其中Y为原亮度，Y’为提升后亮度，ΔY为亮度提升基准幅度，g(D)为ΔY的调制函数；

所述亮度提升基准幅度ΔY计算方法，如图5所示，包括：

若Y_min≤Y≤Y_medium时，

若Y_medium＜Y≤Y_max时，

其中，Y_medium为亮度中间值，ΔY_medium为亮度中间值Y_medium的提升量。

本实施例一中，优选ΔY_medium为20，Y_min范围[0，40]，Y_max范围[220，230]，Y_medium范围[110，135]，Y_min取优选值24，Y_max取优选值230，Y_medium取优选值127；

所述ΔY调制函数g(D)满足：

若像素点位于肤色区域，g(D)＝1；

若像素点位于第二区域，g(D)＝0；

若像素点位于第一区域，g(D)为1到0之间单调下降。

本实施例一中所述步骤S4中第一区域g(D)为单调下降的抛物线，即：

其中D₁为第一阈值，D₂为第二阈值，如图6所示。

本实施例一中，由于三点亮度都为100，落在Y_min≤Y≤Y_mediate范围内，则ΔY可得为15。

原具有代表性的三个像素点若只提升肤色区域亮度，则处于肤色区域点一YCbCr坐标为(115，109，160)，处于第一区域点二为(100，129，160)，处于第二区域点三为(100，149，160)，肤色区域与第一区域由于亮度变化较大，容易出现分层；

采用本实施例一的亮度提升方法，具有代表性的三个点，点一(100，109，160)对应的D为10，处于肤色区域，则调制函数g(D)＝1，则Y’可得为115；

点二(100，129，160)对应的D为30，处于第一区域，则调制函数则Y’可得为111；

点三(100，149，160)对应的D为50，处于第二区域，则调制函数g(D)＝0，则Y’可得为原亮度值100。

经本实施例一的方法处理后，亮度经调制后的肤色区域点一为(115，109，160)，处于第一区域点二为(111，129，160)，处于第二区域点三为(100，149，160)，自肤色区域至第二区域，亮度逐渐降低，变化较平滑，可以避免肤色区域与第一区域的分层现象。

实施例二

本实施例二提供的亮度提升的方法除步骤S4采用的调制方式与实施例一不同，其余步骤相同。

本实施例二中，所述第一区域g(D)为单调下降的一次函数，即：

其中D₁为第一阈值，D₂为第二阈值，如图7所示。

具有代表性地，点一(100，109，160)对应的D为10，处于肤色区域，则调制函数g(D)＝1，则Y’可得为115；

点二(100，129，160)对应的D为30，处于第一区域，则调制函数

则Y’可得为108；

点三(100，149，160)对应的D为50，处于第二区域，则调制函数g(D)＝0，则Y’可得为原亮度值100。

经本实施例二的方法处理后，亮度经调制后的肤色区域点一为(115，109，160)，处于第一区域点二为(108，129，160)，处于第二区域点三为(100，149，160)，自肤色区域至第二区域，亮度逐渐降低，变化较平滑，同样可以避免肤色区域与第一区域的分层现象。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种亮度提升的方法，包括：

获取待提升亮度的图像中每一像素点对应的亮度信号，红色色差，蓝色色差各分量值；

获取每一像素点距肤色区域中心点的Mahalanobis距离；

将图像中的像素点分为：肤色区域、第一区域和第二区域；所述肤色区域是指像素点距肤色区域中心点的Mahalanobis距离小于第一阈值，所述第一区域是指像素点距肤色区域中心点的Mahalanobis距离大于肤色区域各像素点距中心点的Mahalanobis距离而小于第二阈值，所述第二区域是指像素点距肤色区域中心点的Mahalanobis距离大于第一区域各像素点距肤色区域中心点的Mahalanobis距离；

对肤色区域的像素按基准幅度提升亮度；对第一区域的像素点，使亮度提升的程度随像素点距肤色区域中心点的Mahalanobis距离的增加而逐步减小；对第二区域的像素点，保持原亮度；

其中，所述获得每一像素点距肤色区域中心点的Mahalanobis距离方法包括：

以红色色差，蓝色色差分量值构建坐标系，任意一像素点的坐标为(Cr，Cb)，设置肤色区域中心点的坐标为(Cro，Cbo)；

若Cr＞Cro且Cb＞Cbo或Cr≤Cro且Cb≤Cbo时：

D＝|Cb-Cbo|+|Cr-Cro|；

若Cr≤Cro且Cb＞Cbo或Cr＞Cro且Cb≤Cbo时：

D＝max(|Cb-Cbo|，|Cr-Cro|)，其中D为每一像素点距肤色区域中心点的Mahalanobis距离。

2.根据权利要求1所述的亮度提升的方法，其特征在于，对各区域像素点提升亮度包括：

Y’＝Y+ΔY*g(D)，其中Y为原亮度，Y’为提升后亮度，ΔY为亮度提升基准幅度，g(D)为ΔY的调制函数；

所述亮度提升基准幅度ΔY计算方法包括：

若Y_min≤Y≤Y_medium时， $\mathrm{\ΔY}=\frac{Y-Y_{\min }}{Y_{\mathrm{medium}}-Y_{\min }}\×{\mathrm{\ΔY}}_{\mathrm{medium}};$

若Y_medium＜Y≤Y_max时，

其中，Y_min为图像亮度最小值，Y_max为图像亮度最大值，Y_medium为图像亮度中间值，ΔY_medium为图像亮度中间值Y_medium的提升量；

所述ΔY调制函数g(D)满足：

若像素点位于肤色区域，g(D)＝1；

若像素点位于第二区域，g(D)＝0；

若像素点位于第一区域，g(D)为1到0之间单调下降。

3.根据权利要求2所述的亮度提升的方法，其特征在于，所述图像亮度中间值Y_medium的提升量ΔY_medium范围包括：0～40。

4.根据权利要求2所述的亮度提升的方法，其特征在于，当像素点位于第一区域时，g(D)为单调下降的抛物线函数，即：

其中D₁为第一阈值，D₂为第二阈值。

5.根据权利要求3所述的亮度提升的方法，其特征在于，当像素点位于第一区域时，g(D)为单调下降的一次函数，即：其中D₁为第一阈值，D₂为第二阈值。

6.根据权利要求4或5所述的亮度提升的方法，其特征在于，所述第一阈值D₁范围包括：0～40。

7.根据权利要求4或5所述的亮度提升的方法，其特征在于，所述第二阈值D₂＝D₁+δ，所述δ范围包括：0～40。

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