图像对比增强方法及其装置与流程

本发明提供一种图像对比增强方法与装置，特别涉及一种去除图像中影响清晰度的区块的图像对比增强方法与装置。

背景技术：

一般来说，增强图像对比大多采用直方图等化(histogramequalization)。而此种方法会有对比度提升效果不明显以及图像不自然等问题。特别是在浓雾、山岚、沙尘或浓烟等场景下，利用一般直方图等化来增强图像对比往往无法得到很好的结果。

因此，若在增强图像对比时，可以同时去除图像中的浓雾、山岚、沙尘或浓雾，将可提升图像的清晰度。

技术实现要素：

本发明提供了一种图像对比增强方法与装置，其除了增加图像对比的外，也可以同时将图像中影响清晰度的现象(如浓雾、粉尘或是浓烟等)移除。

本发明实施例提供一种图像对比增强方法，适用于一装置，用以调整一输入图像中的每一个像素，以增强输入图像的对比。上述方法包括如下步骤：接收输入图像中的每个像素；依序根据对应的像素的一像素特征，估计对应的像素具有低对比的一程度，并将此程度通过一递增函数转换成一调整权重；依序根据对应的像素与位于像素周围的多个邻近像素之间的一亮度关系与对应的像素的调整权重，计算多个亮度值与每个亮度值对应的调整值，并据此产生每个像素的一亮度分布直方图，其中亮度分布直方图代表多个亮度值与多个调整值的关系；累加每个亮度分布直方图中对应的亮度值的调整值，以产生一总亮度分布直方图，其中总亮度分布直方图代表多个亮度值与累加后的多个调整值的关系；于总亮度分布直方图中，依序累加每个亮度值的调整值，并于依序累加的过程中，将累加后的结果作为目前亮度值对应的调整值；等比例调整上述调整值至最小的亮度值与最高的亮度值之间，以产生对应输入图像的一图像直方图，其中图像直方图代表多个亮度值与每个亮度值对应的一输出像素；以及将每个像素的亮度值映射到图像直方图的某个亮度值，且输出对应的输出像素。

本发明实施例提供一种图像对比增强装置，用以调整一输入图像中的每一个像素，以增强该输入图像的对比。上述装置包括一图像提取装置与一图像处理器。图像提取装置接收该输入图像，并依序提取该输入图像中的多个像素。图像处理器电连接该图像提取装置，且用以执行下列步骤：接收输入图像中的每个像素；依序根据对应的像素的一像素特征，估计对应的像素具有低对比的一程度，并将此程度通过一递增函数转换成一调整权重；依序根据对应的像素与位于像素周围的多个邻近像素之间的一亮度关系与对应的像素的调整权重，计算多个亮度值与每个亮度值对应的调整值，并据此产生每个像素的一亮度分布直方图，其中亮度分布直方图代表多个亮度值与多个调整值的关系；累加每个亮度分布直方图中对应的亮度值的调整值，以产生一总亮度分布直方图，其中总亮度分布直方图代表多个亮度值与累加后的多个调整值的关系；于总亮度分布直方图中，依序累加每个亮度值的调整值，并于依序累加的过程中，将累加后的结果作为目前亮度值对应的调整值；等比例调整上述调整值至最小的亮度值与最高的亮度值之间，以产生对应输入图像的一图像直方图，其中图像直方图代表多个亮度值与每个亮度值对应的一输出像素；以及将每个像素的亮度值映射到图像直方图的某个亮度值，且输出对应的输出像素。

综合以上所述，本发明实施例提供一种图像对比增强方法与装置，其根据影响清晰度的现象(如浓雾、粉尘或是浓烟)在图像中的特征计算出一图像直方图，并根据图像直方图调整每个像素以输出对应的输出像素。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与说明书附图仅是用来说明本发明，而非对本发明的权利范围作任何的限制。

附图说明

图1是本发明一实施例的图像对比增强装置的示意图。

图2是本发明一实施例的图像对比增强方法的流程图。

图3a是本发明一实施例的像素p12与p13在图像中的位置的示意图。

图3b是本发明一实施例的像素p12及其邻近像素转换为rgb图像格式的示意图。

图4a是本发明一实施例的像素p12及其邻近像素的亮度值的示意图。

图4b是本发明一实施例的像素p12的亮度分布直方图。

图5a是本发明一实施例的像素p13及其邻近像素的亮度值的示意图。

图5b是本发明一实施例的像素p13的亮度分布直方图。

图6a是本发明一实施例的像素p12与p13的总亮度分布直方图。

图6b是本发明一实施例的像素p12与p13的总亮度分布直方图。

图6c是本发明一实施例的像素p12与p13的图像直方图。

图7是本发明另一实施例的图像对比增强方法的流程图。

附图标记说明：

100：图像对比增强装置

110：图像提取装置

120：图像处理器

300：图像直方图

fr：输入图像

p0～pn：像素

p0’～pn’：输出像素

p12r：红色像素

p12g：绿色像素

p12b：蓝色像素

a1、a2、a3、a4：亮位差

b1、b2、b3、b4：亮位差

htgram1、htgram2：亮度分布直方图

htgramall：总亮度分布直方图

ra1、ra2、ra3、ra4：亮度区间

rb1、rb2、rb3、rb4：亮度区间

s310、s320、s330、s340、s350：步骤

s210、s220、s230、s240、s250、s260、s270：步骤

具体实施方式

在下文中，将通过附图说明本发明的各种例示实施例来详细描述本发明。然而，本发明概念可能以许多不同形式来体现，且不应解释为限于本文中所阐述的例示性实施例。此外，附图中相同参考数字可用以表示类似的元件。

本发明实施例所提供的图像对比增强方法与装置，其根据图像中影响清晰度(如浓雾、粉尘或是浓烟)的特征，计算上述特征影响清晰度的程度；接着再根据上述程度调整上述特征所对应到的像素的亮度，以增强图像对比，并同时去除图像中影响清晰度的现象。以下将进一步介绍本发明公开的图像去噪声方法及其装置。

首先，请参考图1，其显示本发明一实施例的图像对比增强装置的示意图。如图1所示，图像对比增强装置100为用来调整一输入图像fr中的每一个像素p0～pn，以增强输入图像fr的对比，并输出调整后的输出像素p0’～pn’。在本实施例中，图像对比增强装置100可为智能手机、录影机、平板电脑、笔记本电脑或其他需要执行图像对比增强的装置，本发明对此不作限制。

图像对比增强装置100包括一图像提取装置110与一图像处理器120。如图1所示，图像提取装置110接收输入图像fr，并依序提取输入图像fr中的多个像素p0～pn。更进一步来说，图像提取装置110为提取连续图像，且输入图像fr为连续图像中的其中一张。而输入图像fr则是由像素p0～pn组成。

图像处理器120电连接图像提取装置110，且用以执行下列步骤，以根据图像中影响清晰度的特征依序调整输入图像fr中的每个像素p0～pn，进而增强输入图像fr的对比度，并同时去除输入图像fr中影响清晰度的特征。为了方便说明，以下以输入图像fr中的像素p12来作说明，如图3a所示。而所属领域技术人员可由调整像素p12的执行步骤来推得调整每个像素p0～pn的执行步骤。

请同时参考图1-2。图2显示本发明一实施例的图像对比增强方法的流程图。首先，图像处理器120接收输入图像fr中的每个像素p0～pn，以进一步分析输入图像fr中影响清晰度的特征(步骤s210)。

值得注意的是，影响清晰度的特征例如为具有浓雾、粉尘或浓烟的图像，其属于输入图像fr中对比度较低的部分。图像处理器120将进一步分析输入图像fr中像素p0～pn之间的关系。因此，图像处理器120将依序根据对应的像素的一像素特征，以估计对应的像素具有低对比的程度，并将此程度通过一递增函数转换成一调整权重(步骤s220)。以图3a为例，输入图像fr为5x5的图像，且由像素p0～p24组成，图像处理器120将从像素p0开始分别估测每个像素具有低对比的程度，并分别将每个像素p0～p24对应的低对比的程度转换成调整权重。

更进一步来说，本实施例中的像素特征为对应的像素与位于像素周围的多个邻近像素之间的色彩关系。此时，图像处理器120遂将对应的像素与多个邻近像素转换为一rgb图像格式，接着再从对应的像素与多个邻近像素中选择最小的一红色像素、最小的一绿色像素与最小的一蓝色像素。再来，图像处理器120从最小的红色像素、最小的绿色像素与最小的蓝色像素中选择一最小值，并将最小值作为对应的像素具有低对比的程度。

以图3a的像素p12为例，并请同时参考图3a与3b。在此例子中，像素p12周围的邻近像素为p6-p8、p11-p13与p16-p18，且亦可依据实际状况来调整邻近像素，本发明对此不作限制。首先，图像处理器120将像素p12与邻近像素p6-p8、p11-p13与p16-p18转换为rgb图像格式。如图3b所示，像素p12的红色像素p12r为50且邻近像素p6-p8、p11-p13与p16-p18的红色像素皆为10；像素p12的绿色像素p12g为60且邻近像素p6-p8、p11-p13与p16-p18的绿色像素皆为15；而像素p12的蓝色像素p12b为70且邻近像素p6-p8、p11-p13与p16-p18的蓝色像素皆为20。接着，图像处理器120将选择最小的红色像素为10、最小的绿色像素为15与最小的蓝色像素为20。再来图像处理器120将选择最小值10作为对应的像素p12具有低对比的程度。

而有关像素的像素特征亦可根据实际状况作调整，本发明对此不作限制。在取得像素的p12的低对比的程度后，图像处理器120会将作为低对比的程度的数值10通过一递增函数转换成调整权重，且本例子中转换后的调整权重为3。而有关递增函数可依实际状况作改变，本发明对此不作限制。

在取得调整权重(步骤s220)后，图像处理器120将依序根据对应的像素与位于像素周围的多个邻近像素之间的一亮度关系与对应的像素的调整权重，计算多个亮度值与每个亮度值对应的调整值，并据此产生每个像素的亮度分布直方图。而亮度分布直方图代表多个亮度值与多个调整值之间的关系(步骤s230)。

更进一步来说，在计算多个亮度值与每个亮度值对应的调整值的过程中，图像处理器120首先将以对应的像素为中心，分别与每个邻近像素组成多组亮位差，并提取对应的像素的亮度值与每个邻近像素的亮度值。以图4a的例子来说，图4a显示像素p12及其邻近像素的亮度值。在本例子中，邻近像素为p7、p11、p13与p17，且亦可依据实际状况调整邻近像素，本发明对此不作限制。因此，像素p12将与邻近像素p7、p11、p13、p17组成4组亮位差a1、a2、a3与a4。而像素p12与邻近像素p7、p11、p13、p17的亮度值分别为131、128、132、130、134。

接下来，图像处理器120将在每组亮位差中，将较小的亮度值作为一起点数值，将较大的亮度值作为一终点数值，且分别将起点数值到终点数值的一区间对应到亮度分布直方图中多个亮度值的一亮度区间。承接上述例子并同时参考图4a与4b，亮位差a1的起点数值为128且终点数值为131，而128到131的区间将对应到亮度分布直方图htgram1中亮度值128～131的亮度区间ra1。类似地，亮位差a2的起点数值为131且终点数值为132，而131到132的区间将对应到亮度分布直方图htgram1中亮度值131～132的亮度区间ra2。类似地，亮位差a3的起点数值为130且终点数值为131，而130到131的区间将对应到亮度分布直方图htgram1中亮度值130～131的亮度区间ra3。类似地，亮位差a4的起点数值为131且终点数值为134，而131到134的区间将对应到亮度分布直方图htgram1中亮度值131～134的亮度区间ra4。

再来，图像处理器120依序将对应的像素的调整权重累加到多个亮度区间中的每个亮度值对应的调整值，且这些亮度值将分别对应到累加后的调整值。承接上述例子，像素p12的调整权重为3，且将分别累加到亮度区间ra1的亮度值128～131对应的调整值(即亮度值128～131对应的调整值皆加上3)；分别累加到亮度区间ra2的亮度值131～132对应的调整值(即亮度值131～132对应的调整值皆加上3)；分别累加到亮度区间ra3的亮度值130～131对应的调整值(即亮度值130～131对应的调整值皆加上3)；以及分别累加到亮度区间ra4的亮度值131～134对应的调整值(即亮度值131～134对应的调整值皆加上3)，以产生累加后的调整值。因此，亮度值128～134分别对应到累加后的调整值为3、3、6、12、6、3、3，如图4b的像素p12的亮度分布直方图htgram1。

再举例来说，如图5a与5b所示，像素p13与邻近像素p7-p10组成4组亮位差b1、b2、b3与b4，且像素p13与邻近像素p7-p10的亮度值分别为130、128、128、135、131。亮位差b1中，128到130的区间将对应到亮度分布直方图htgram2中亮度值128～130的亮度区间rb1。亮位差b2中，128到130的区间将对应到亮度分布直方图htgram2中亮度值128～130的亮度区间rb2。亮位差b3中，130到135的区间将对应到亮度分布直方图htgram2中亮度值130～135的亮度区间rb3。亮位差b4中，130到131的区间将对应到亮度分布直方图htgram2中亮度值130～131的亮度区间r4。因此，亮度值128～135分别对应到累加后的调整值为6、6、12、6、3、3、3、3，如图5b的像素p13的亮度分布直方图htgram2。

在产生每个像素的一亮度分布直方图(即步骤s230)后，图像处理器120将累加每个亮度分布直方图中对应的亮度值的调整值，以产生一总亮度分布直方图。而总亮度分布直方图代表每个像素的亮度值与调整值的关系(步骤s240)。承接上述例子，以产生像素p12与p13的亮度分布直方图htgram1与htgram2来作说明，并请同时参考图4b、5b与6a。图像处理器120将累加亮度分布直方图htgram1与htgram2中对应的亮度值的调整值，以产生总亮度分布直方图htgramall(如图6a所示)。例如亮度值128对应的调整值为3+6＝9，即累加亮度分布直方图htgram1与htgram2中亮度值128对应的调整值。又例如，亮度值130对应的调整值为6+12＝18，即累加亮度分布直方图htgram1与htgram2中亮度值130对应的调整值。

接下来，图像处理器120将在总亮度分布直方图中，依序累加每个亮度值的调整值，并于依序累加的过程中，将累加后的结果作为目前亮度值对应的调整值(步骤s250)。承接上述例子，并请同时参考图6a与6b。图像处理器120在总亮度分布直方图htgramall中按照亮度值0～255的顺序累加亮度值对应的调整值，并将累加后的结果作为目前亮度值对应的调整值，如图6b所示。例如亮度值127对应的调整值为0(即累加亮度值0～127对应的调整值)，亮度值128对应的调整值为9(即累加亮度值0～128对应的调整值)。又例如，亮度值133对应的调整值为69(即累加亮度值0～133对应的调整值)。

再来，图像处理器120将根据累加后的调整值调整每个亮度值对应的输出像素，以产生一图像直方图，而图像直方图代表多个亮度值与每个亮度值对应的输出像素(步骤s260)。承接上述例子，并请同时参考图6b与图6c。图像处理器120将根据总亮度分布直方图htgramall的调整值来调整亮度值0～255对应的输出像素，以据此产生图像直方图300。其中，图像直方图300的横坐标为亮度值0～255，纵坐标为每个亮度值对应的输出像素。举例来说，亮度值127对应的输出像素为255*(0/78)＝0；亮度值130对应的输出像素为255*(36/78)＝118；亮度值134对应的输出像素为255*(75/78)＝245；以及亮度值135对应的输出像素为255*(78/78)＝255。当然，图像处理器120亦可以根据上述调整值并通过其他计算方式产生每个亮度值对应的输出像素，本发明对此不作限制。

最后，图像处理器120将每个像素p0～pn的亮度值映射到图像直方图的某个亮度值，且输出对应的输出像素p0’～pn’(步骤s270)。

据此，本发明实施例所提供的图像对比增强方法与装置将可增加像素p0～pn之间的图像对比，且可同时去除图像中影响清晰度(如浓雾、粉尘或是浓烟)的现象。

接下来请参考图7，其显示本发明另一实施例的图像对比增强方法的流程图。相较于前一实施例，图像处理器120在接收输入图像fr中的每个像素p0～pn(即步骤s310)后，将执行步骤s320与步骤330。

在步骤s320中，图像处理器120将进行直方图计算，而有关值方图计算与前一实施例的步骤s220～s270相同，故在此不再赘述。而在步骤s330中，图像处理器120将通过一转换函数依序将对应的像素p0～pn调整，以产生调整后的像素。转换函数可以为伽玛校正(gammacorrection)、直方图等化(histogramequalization)、适应性直方图等化(adaptivehistogramequalization)或其他可以将像素p0～pn调整的转换函数，本发明对此不作限制。

在步骤s330后，图像处理器120将根据对应的像素的像素特征产生一像素比例(步骤s340)。更进一步来说，像素特征为对应的像素的色彩关系。因此，在产生像素比例的过程中，图像处理器120将对应的像素转换为一rgb图像格式的红色像素、绿色像素与蓝色像素。而图像处理器120将从红色像素、绿色像素与蓝色像素中选择一最小值，并将所选择的最小值适应性地调整到0至1之间以作为像素比例。在本实施例中，色彩关系为rgb图像格式的红色像素、绿色像素与蓝色像素之间的关系，且亦可为其他色彩关系，本发明对此不作限制。

在取得像素比例(即步骤s340)后，图像处理器120将根据像素比例混合(blending)对应的输出像素与调整后的像素，以产生混合后的输出像素(步骤s350)。更进一步来说，图像处理器120将设定对应的输出像素的权重为像素比例，且设定调整后的像素的权重为一减去像素比例。接着图像处理器120将计算对应的输出像素与调整后的像素的加权总和，以产生混合后的输出像素。混合后的输出像素可表示为下式(1)，如下所示：

其中，pi”为混合后的输出像素，pi’为输出像素，pfi为步骤330产生的调整后的像素，ω为像素比例。

据此，本发明实施例所提供的图像对比增强方法与装置将可根据图像中影响清晰度(如浓雾、粉尘或是浓烟)的多寡来调整混合后的输出像素pi”中输出像素pi’与调整后的像素pfi的比例。若影响清晰度较大，则图像处理器120计算出较高的像素比例；反的，若影响清晰度较小，则图像处理器120计算出较低的像素比例。

综上所述，本发明实施例所提供的图像对比增强方法与装置，其根据图像中影响清晰度(如浓雾、粉尘或是浓烟)的特征，计算上述特征影响清晰度的程度；接着再根据上述程度调整上述特征所对应到的像素的亮度，以增强图像对比，并同时去除图像中影响清晰度的现象。

以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以局限本发明的专利范围。