CN111161194B - 图像处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种图像处理方法，在相同的颜色空间中首先通过对原图像进行对比度增强的图像处理，以改善色调的偏移、细节的丢失的问题。进一步地，再根据原图像亮度值与对比度输出亮度值对所述对比度输出像素进行自适应的饱和度补偿的图像处理，使得由于所述对比度增强的图像处理而衰减的饱和度得到补偿，改善饱和度降低的问题。

Description

图像处理方法

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种图像处理方法，用以改善色调的偏移、细节的丢失、以及饱和度降低的问题。

背景技术

随着技术的进步，人们对于彩色图像的质量要求越来越高，为了提高彩色图像质量，通常会进行提高对比度与增强饱和度的图像处理，使得人眼看到的彩色图像能够更接近真实的景象，因此色彩调整技术变得越来越重要。

提高彩色图像的对比度有助于提升视觉的感知，因此在现有的图像处理方法中，通常会先将位于RGB颜色空间的彩色图像输入并转换到色调饱和度亮度 (Hue-Saturation-Intensity,HSI)颜色空间来进行提高对比度的图像处理，接着对其中的亮度分量进行直方图的统计、裁剪、以及均衡化(Histogram Equalization)后，将色调分量、饱和度分量、以及调整后的亮度分量共同转换回RGB颜色空间，最后再输出图像，实现对彩色图像提高对比度的处理。然而，根据HIS颜色空间的特性，当亮度分量提升到一定程度后，会有部份的值超出色域边界，因此通常会将超出色域的值进行裁剪与舍弃，进而导致色调的偏移及细节的丢失，甚至产生饱和度严重降低的问题。因此，有必要供一种图像处理方法，以改善现有技术中存在的色调的偏移、细节的丢失、以及饱和度降低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种图像处理方法，以改善色调的偏移、细节的丢失、以及饱和度降低的问题。

为实现上述目的，本发明一方面提供一种图像处理方法，其包括以下步骤:

输入具有原图像像素和原图像亮度值的原图像，并对所述原图像像素进行对比度增强的图像处理，得到对比度输出亮度值；

根据亮度映射机制所提供的预设亮度映射函数，将所述对比度输出亮度值映射于色调平面中，以得到对比度输出像素；

根据饱和度补偿机制对所述对比度输出像素提供饱和度补偿值，以进行饱和度补偿的图像处理；

根据饱和度映射机制对所述对比度输出像素进行伸缩与平移，以得到饱和度补偿后的所述对比度输出像素，即饱和度输出像素；以及

输出所述饱和度输出像素。

进一步地，通过直方图均衡法对所述原图像进行所述对比度增强的图像处理。

进一步地，利用对饱和度有一定衰减的方法对所述原图像进行所述对比度增强的图像处理。

进一步地，所述亮度映射函数为：

其中w_OL为所述对比度输出像素，w_i为所述原图像像素，w_t为色调平面中的分界像素点，L_OL为所述对比度输出亮度值，L_i为所述原图像亮度值，L_t为所述分界像素点的分界亮度值，α_a、α_b2、α_c2、以及α_d为伸缩量。

进一步地，所述饱和度补偿值为：

其中S_comp为所述饱和度补偿值，L_OL为所述对比度输出亮度值，L_i为所述原图像亮度值，L_t为色调平面中的分界像素点的分界亮度值。

进一步地，γ值的范围为0至1。

进一步地，所述饱和度补偿值为：

当/>

其中S_comp为所述饱和度补偿值，L_OL为所述对比度输出亮度值，L_i为所述原图像亮度值，L_t为色调平面中的分界像素点的分界亮度值，S_OL为对比度输出饱和度，S_i为原图像饱和度。

进一步地，γ值的范围为0至1。

进一步地，通过所述对比度输出像素的饱和度与所述饱和度输出像素的饱和度以及对所述对比度输出像素进行所述饱和度补偿的图像处理的前后的像素亮度值不变的原则，得到所述饱和度输出像素。

进一步地，所述原图像像素、所述对比度输出像素、以及所述饱和度输出像素的色调不变。

本发明通过在相同的颜色空间中首先对原图像进行对比度增强的图像处理，以改善现有技术中存在的色调的偏移、细节的丢失的问题。进一步地，再根据原图像像素亮度值与对比度输出像素亮度值分别进行自适应的饱和度补偿的图像处理，使得由于所述对比度增强的图像处理而衰减的饱和度得到补偿，改善饱和度降低的问题。可见，本发明具有实质的利用性，其优势十分显著。

附图说明

图1为本发明所提供的一种图像处理方法的流程示意图。

图2为本发明所提供的一种图像处理方法的步骤示意图。

图3A-3D为本发明所提供的亮度映射机制的示意图。

图4A-4F为本发明所提供的饱和度补偿机制的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并对本发明作进一步地详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，本发明说明书所使用的词语“实施例”或是“示例性”意指用作实例、示例或例证，并不用于限定本发明。

同时参照图1与图2，图1为本发明所提供的一种图像处理方法的流程示意图，图2为本发明所提供的一种图像处理方法的步骤示意图，所述方法包括以下步骤：

步骤S10:输入具有原图像像素和原图像亮度值的原图像，并对所述原图像像素进行对比度增强的图像处理，得到对比度输出亮度值。

在RGB颜色空间中的色调平面中(如图3A-3D和图4A-4F中的三角形)，一顶点坐标(0,0,0)为所述色调平面的最暗点(黑色点)，一顶点坐标(1,1,1) 为所述色调平面的最亮点(白色点)，另一顶点则为色点，其中坐标(0,0,0)与坐标(1,1,1)的连线为亮度轴，所述色点具有分界亮度值L_t(即所述色点对应于所述亮度轴上的亮度值为L_t)，并且当所述色点为红色、绿色、以及蓝色时，所述三角形则分别为具有红色分量的红色色调平面、具有绿色分量的绿色色调平面、以及具有蓝色分量的蓝色色调平面。本发明以RGB颜色空间作为优选实施例进行以下详细说明。

在该步骤中，原图像在RGB颜色空间中为具有红色分量R_i、绿色分量G_i、以及蓝色分量B_i的原图像像素w_i(R_i,G_i,B_i)，其具有原图像亮度值L_i(即所述原图像像素w_i对应于所述亮度轴上的亮度值为L_i)，并且所述原图像亮度值L_i可以为原图像像素w_i的颜色分量总和，即L_i＝R_i+G_i+B_i。本发明首先通过在RGB 颜色空间中对所述原图像像素w_i进行对比度增强的图像处理，也就是说对原图像像素w_i在RGB颜色空间中进行亮度层级的处理，得到对比度输出亮度值L_OL(即在所述亮度轴上的亮度值为L_OL)。

于一实施例中，可以通过直方图均衡法对所述原图像进行对比度增强的图像处理，也可利用对饱和度有一定衰减的方法，本发明不限于此。

步骤S20:根据亮度映射机制所提供的预设亮度映射函数，将所述对比度输出亮度值映射于色调平面中，以得到对比度输出像素。

为了方便说明，在本说明书中可以直接以代号来作说明，例如可以直接以“w_i”表示“原图像像素w_i”。

在所述原图像像素w_i在RGB颜色空间中进行对比度增强的图像处理后，本发明通过亮度映射机制所提供的预设亮度映射函数将所述对比度输出亮度值 L_OL映射于色调平面中，得到对比度输出像素w_OL，此时所述对比度输出像素w_OL与所述原图像像素w_i具有w_OL＝α_i×w_i+β_i的关系，即所述原图像像素w_i经过伸缩α_i与平移β_i后可以得到具有红色分量R_OL、绿色分量G_OL、以及蓝色分量B_OL的对比度输出像素w_OL(R_OL,G_OL,B_OL)。另外，由于此处理是同时在RGB颜色空间中对原图像像素w_i中的每个颜色分量进行伸缩与平移，因此可保持图像处理前后色调不变的原则。

结合图3A-3D所示，图3A-3D为本发明所提供的亮度映射机制的示意图。为了得到对比度输出像素w_OL，本发明根据预设亮度映射函数并通过L_i、L_OL、以及L_t三者在RGB颜色空间中的色调平面的位置关系具体地提出4种对比度输出像素w_OL的情况(本发明所提出的亮度映射机制可以理解为将原图像像素 w_i和对比度输出像素w_OL投影在亮度轴上以亮度值作计算)：

(1)当L_i≤L_t并且L_OL≤L_t(如图3A所示)：L_OL映射于色调平面上的对比度输出像素w_OL为在坐标(0,0,0)与原图像像素w_i的连线的延长线方向上，此时所述对比度输出像素w_OL为伸缩量α_a倍的坐标(0,0,0)与所述原图像像素w_i的连线，也就是说α_a＝L_OL/L_i，因此对比度输出像素w_OL＝α_a×w_i。

(2)当L_i≤L_t并且L_OL≥L_t(如图3B所示)：L_OL映射于色调平面上的对比度输出像素w_OL为沿着坐标(0,0,0)与原图像像素w_i的连线的延长线方向沿伸，并且与色点到亮度轴的垂直线相交于分界像素点w_t，接着再从所述分界像素点 w_t向坐标(1,1,1)的方向沿伸至对比度输出像素w_OL，此时所述分界像素点w_t为伸缩量α_b1倍的坐标(0,0,0)与述原图像像素w_i的连线，也就是说α_b1＝L_t/L_i并且w_t＝α_b1×w_i，而所述所述对比度输出像素w_OL为全部(即归一化后的RGB 颜色空间，数值＝1)扣除伸缩量α_b2倍的所述原图像像素w_i与坐标(1,1,1)的连线，也就是说α_b2＝(1-L_OL)/(1-L_i)，因此对比度输出像素w_OL＝1-α_b2× (1-w_i)。

(3)当L_i>L_t并且L_OL<L_t(如图3C所示):L_OL映射于色调平面上的对比度输出像素w_OL为沿着坐标(1,1,1)与原图像像素w_i的连线的延长线方向沿伸，并且与色点到亮度轴的垂直线相交于分界像素点w_t，接着再从所述分界像素点 w_t向坐标(0,0,0)的方向沿伸至对比度输出像素w_OL，此时所述分界像素点w_t为全部(即归一化后的RGB颜色空间，数值＝1)扣除伸缩量α_c1倍的所述原图像像素w_i与坐标(1,1,1)的连线，也就是说α_c1＝(1-L_t)/(1-L_i)并且w_t＝ 1-α_c1×(1-w_i)，因此经过伸缩量α_c2的所述对比度输出像素w_OL＝α_c2×w_t。

(4)当L_i>L_t并且L_OL>L_t(如图3D所示):L_OL映射于色调平面上的对比度输出像素w_OL为在坐标(1,1,1)与原图像像素w_i的连线的延长线方向上，此时所述对比度输出像素w_OL为全部(即归一化后的RGB颜色空间，数值＝1)扣除伸缩量α_d倍的坐标(1,1,1)与所述原图像像素w_i的连线，也就是说α_d＝ (1-L_OL)/(1-L_i)，因此对比度输出像素w_OL＝1-α_d×(1-w_i)。

步骤S30:根据饱和度补偿机制对所述对比度输出像素提供饱和度补偿值，以进行饱和度补偿的图像处理。

虽然本发明通过在RGB颜色空间中进行对比度增强的图像处理可以避免现有技术中将对比度增强后从HIS颜色空间转换到RGB颜色空间而造成的的色偏及细节丢失问题，但与原图像像素w_i相比却产生了饱和度的衰减。具体地，在RGB颜色空间的色调平面中的坐标(0,0,0)与色点的连线具有最高的饱和度 (饱和度数值＝1)，而坐标(0,0,0)与坐标(1,1,1)的连线具有最低的饱和度(饱和度数值＝0)，因此若是对比度输出像素w_OL落在坐标(0,0,0)与原图像像素w_i的连线上，或是落在坐标(1,1,1)与原图像像素w_i的连线上，则对比度输出像素w_OL的饱和度与原图像像素w_i相比不会产生衰减，反之则会产生饱和度衰减。因此本发明进一步地提供饱和度补偿的图像处理，饱和度补偿机制为对所述对比度输出像素w_OL提供饱和度补偿值以进行饱和度补偿。结合图4A-4F所示，图4A-4F为本发明所提供的饱和度补偿机制的示意图，所述饱和度补偿机制随着不同的饱和度衰减程度进行一定的补偿，且其为根据L_i、L_OL、以及L_t三者在 RGB颜色空间中的色调平面的位置关系具体地提出6种饱和度补偿值的情况：

(1)当L_i≥L_t并且L_t≥L_i(如图4A所示)：饱和度补偿值S_comp与对比度输出亮度值L_OL及分界亮度值L_t的差值函数f(L_OL-L_t)成正比关系，此时饱和度补偿值或是与对比度输出饱和度S_OL及原图像像素饱和度S_i的差值函数f(S_OL-S_i)成正比关系，即

(2)当L_OL>L_i>L_t(如图4B所示)：饱和度补偿值S_comp与对比度输出亮度值L_OL及原图像亮度值L_i的差值函数f(L_OL-L_i)成正比关系，此时饱和度补偿值或是与对比度输出饱和度S_OL及原图像饱和度S_i的差值函数f(S_OL-S_i)成正比关系，即

(3)当L_t>L_OL>L_i(如图4C所示)：由于对比度输出像素w_OL落在坐标 (0,0,0)与原图像像素w_i的连线上，因此不会发生饱和度衰减现象，也就是说饱和度补偿值S_comp为零。

(4)当L_i>L_t>L_OL(如图4D所示)：饱和度补偿值S_comp与分界亮度值L_t及对比度输出亮度值L_OL的差值函数f(L_t-L_OL)成正比关系，此时饱和度补偿值或是与对比度输出饱和度S_OL及原图像饱和度S_i的差值函数f(S_OL-S_i)成正比关系，即

(5)当L_t>L_i>L_OL(如图4E所示)：饱和度补偿值S_comp与原图像亮度值 L_i及对比输出像素亮度值L_OL的差值函数f(L_i-L_OL)成正比关系，此时饱和度补偿值或是与对比度输出饱和度S_OL及原图像饱和度S_i的差值函数f(S_OL-S_i)成正比关系，即

(6)当L_i>L_OL>L_t(如图4F所示)：由于对比度输出像素w_OL落在坐标

(1,1,1)与原图像像素w_i的连线上，因此不会发生饱和度衰减现象，也就是说饱和度补偿值S_comp为零。

于一实施例中，各像素的饱和度符合下面关系式：

根据上述的饱和度补偿机制可以实现对不同对比度增强幅度的对比度输出像素w_OL进行自适应的饱和度补偿，其中γ值的范围为0至1，可选地为0.2，当γ值越大则饱合度补偿的强度越小，反之则越大。

步骤S40:根据饱和度映射机制对所述对比度输出像素进行伸缩与平移，以得到饱和度补偿后的所述对比度输出像素，即饱和度输出像素。

经过饱和度补偿后的对比度输出像素w_OL为具有饱和度输出亮度值L_OS(即对应于所述亮度轴上的亮度值为L_OS)的饱和度输出像素w_OS，此时所述饱和度输出像素w_OS与对比度输出像素w_OL具有w_OS＝α_L×w_OL+β_L的关系，即所述对比度输出像素w_OL在RGB颜色空间中进行伸缩α_L与平移β_L以得到具有红色分量R_OS、绿色分量G_OS、以及蓝色分量B_OS的饱和度输出像素w_OS(R_OS,G_OS,B_OS)，由于饱和度补偿的图像处理是同时在RGB颜色空间中对对比度输出像素w_OL中的每个颜色分量进行伸缩与平移，因此对比度输出图像在饱合度补偿的图像处理的前后保持色调不变。

于一实施例中，通过上述S_OL与S_OS的关系以及饱和度补偿前后的像素亮度值不变的原则(即L_OS＝L_OL)，进而得出α_L与β_L，以得到饱和度输出像素w_OS，其中L_OL＝R_OL+G_OL+B_OL，L_OS＝R_OS+G_OS+B_OS。

步骤S50:输出所述饱和度输出像素。

综合上述，本发明提供一种图像处理方法，在相同的颜色空间中首先通过对原图像进行对比度增强的图像处理，以改善现有技术中存在的色调的偏移、细节的丢失的问题。进一步地，再根据原图像亮度值与对比度输出亮度值对所述对比度输出像素进行自适应的饱和度补偿的图像处理，使得由于所述对比度增强的图像处理而衰减的饱和度得到补偿，改善饱和度降低的问题。可见，本发明具有实质的利用性，其优势十分显著。

虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本申请的范围内，均可作各种更动与润饰，因此本申请的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种图像处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

输入具有原图像像素和原图像亮度值的原图像，并对所述原图像像素进行对比度增强的图像处理，得到对比度输出亮度值；

根据亮度映射机制所提供的预设亮度映射函数，将所述对比度输出亮度值映射于色调平面中，以得到对比度输出像素；

根据饱和度补偿机制对所述对比度输出像素提供饱和度补偿值，以进行饱和度补偿的图像处理，其中，所述饱和度补偿值为：

其中S_comp为所述饱和度补偿值，L_OL为所述对比度输出亮度值，L_i为所述原图像亮度值，L_t为色调平面中的分界像素点的分界亮度值，γ值的范围为0至1；

根据饱和度映射机制对所述对比度输出像素进行伸缩与平移，以得到饱和度补偿后的所述对比度输出像素，即饱和度输出像素；以及

输出所述饱和度输出像素。

2.根据权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于：通过直方图均衡法对所述原图像进行所述对比度增强的图像处理。

3.根据权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于：利用对饱和度有一定衰减的方法对所述原图像进行所述对比度增强的图像处理。

4.根据权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于，所述亮度映射函数为：

其中w_OL为所述对比度输出像素，w_i为所述原图像像素，w_t为色调平面中的分界像素点，L_OL为所述对比度输出亮度值，L_i为所述原图像亮度值，L_t为所述分界像素点的分界亮度值，α_a、α_b2、α_c2、以及α_d为伸缩量。

5.根据权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于，所述饱和度补偿值为：

其中S_comp为所述饱和度补偿值，L_OL为所述对比度输出亮度值，L_i为所述原图像亮度值，L_t为色调平面中的分界像素点的分界亮度值，S_OL为对比度输出饱和度，S_i为原图像饱和度。

6.根据权利要求5所述的图像处理方法，其特征在于：γ值的范围为0至1。

7.根据权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于：通过所述对比度输出像素的饱和度与所述饱和度输出像素的饱和度以及对所述对比度输出像素进行所述饱和度补偿的图像处理的前后的像素亮度值不变的原则，得到所述饱和度输出像素。

8.根据权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于：所述原图像像素、所述对比度输出像素、以及所述饱和度输出像素的色调不变。