一种扩展相机动态范围的图像处理方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及图像处理技术领域，特别是涉及一种扩展相机动态范围的图像处理方法及系统。
【背景技术】
[0002]从广义上来讲，动态范围是指某一事物变化的跨度区间，即其所能达到的最大值和最小值之间的差值。具体来说，相机的动态范围是指相机拍摄的图像所能呈现的最暗和最亮之间的差值，相机动态范围的大小取决于相机内部感光元件的感光范围，感光范围越大，其所能接收的光强范围越大，从而使得图像的层次、色彩空间以及亮暗部细节越丰富；拍摄场景的动态范围是指拍摄场景中最暗和最亮之间的亮度差值，例如，在拍摄场景中反射和顺光区域亮度值较高，阴影和逆光区域亮度值较低。
[0003]如果相机的动态范围大于拍摄场景的动态范围，则相机可以较好地描述场景中的亮暗部细节；相反，如果相机的动态范围小于拍摄场景的动态范围，则对于拍摄场景中的低亮区域，有可能会因为曝光不足而变为黑色，对于拍摄场景中的高亮区域，有可能会因为曝光过度而变为白色，导致场景中的亮暗部细节丢失。
[0004]由于相机的动态范围有限，导致其往往不能满足一些特殊场景的拍摄需求。例如，在智能交通监控系统中，监控相机需要全天候监视路况信息，由于室外光线强度的变化范围较大(从正午阳光的上万勒克斯到夜间路灯的个位数勒克斯)使得监控环境的动态范围较大，在这种情况下，监控相机无法完全适应如此宽的动态范围，进而导致其拍摄的图像部分细节丢失形成缺陷区域，如果缺陷区域恰巧出现在车牌或者司机等重要部分，则会严重影响智能交通监控系统的正常工作。因此，有必要对相机进行动态范围的扩展。
[0005]相机动态范围的扩展主要分为两种:一种是从硬件的角度，通过提高感光元件的感光范围直接提高相机的动态范围；另一种是从软件的角度，通过对相机拍摄图像进行后期处理间接提高相机的动态范围。由于从硬件的角度扩展相机的动态范围所需的成本较高，因此，现有技术中对相机动态范围的扩展主要是指从软件的角度实现。现有技术中，对于存在过度曝光或曝光不足缺陷区域的图像通过直方图均衡方法处理，虽然可以在一定程度上提高图像缺陷区域的细节信息，但效果不够理想。因此，一种更好的扩展相机动态范围的图像处理方法亟待出现。
【发明内容】
[0006]本发明实施例中提供了一种扩展相机动态范围的图像处理方法及系统，以解决现有技术中由于相机的动态范围不足使得图像中存在过度曝光或曝光不足的缺陷区域进而影响成像效果的技术问题。
[0007]为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案:
[0008]—种扩展相机动态范围的图像处理方法，所述方法包括:
[0009]统计待处理图像中初始像素值的概率分布直方图，并根据所述初始像素值的概率分布直方图计算初始像素值的初始累积概率直方图；
[0010]根据预设的调整函数将所述初始累积概率直方图调整为优化累积概率直方图，具体包括:将初始累积概率直方图中初始像素值所对应的累积概率代入调整函数中，将所述调整函数的输出结果作为优化累积概率直方图中该初始像素值所对应的累积概率；
[0011]根据优化累积概率直方图建立初始像素值与优化像素值的映射表，具体为:将初始像素值在优化累积概率直方图中所对应的累积概率乘以最大像素值然后取整，得到的结果作为映射表中与所述初始像素值相对应的优化像素值；
[0012]根据像素点的初始像素值在映射表中查找相对应的优化像素值，并以该优化像素值替代该像素点的初始像素值，得到处理后的图像；
[0013]其中，所述调整函数在定义域[0，1]的区域内满足以下条件:单调递增；存在三个输入值与输出值相等的点，分别为(0，0)、(a，a)和(1，1);在定义域为(0，a)的区域内，输入值小于输出值，在定义域为(a，1)的区域内，输入值大于输出值。
[0014]优选地，在计算初始像素值的初始累积概率直方图之前，对初始像素值的概率分布直方图横向分割，将直方图分割线以上的像素点均匀分布在概率分布直方图的底部。
[0015]优选地，所述对初始像素值的概率分布直方图横向分割，具体为:
[0016]在概率为b的位置进行横向分割，其中b为像素点的总个数与最大像素值的比值再加上调整参数。
[0017]—种扩展相机动态范围的图像处理方法，所述方法包括:
[0018]以图像分割线为基准将待处理图像分割为两块或两块以上图像单元；
[0019]分布统计每块图像单元中初始像素值的概率分布直方图，并根据所述初始像素值的概率分布直方图计算每块图像单元中初始像素值的初始累积概率直方图；
[0020]根据预设的调整函数将每块图像单元的初始累积概率直方图调整为优化累积概率直方图；
[0021]根据每块图像单元的优化累积概率直方图建立每块图像单元中初始像素值与优化像素值的映射表；
[0022]根据待处理图像中像素点相对图像分割线的位置，将待处理图像划分为临界区域和非临界区域，所述临界区域横跨两个或两个以上图像单元，非临界区域位于一个图像单元内；
[0023]对待处理图像中的像素点进行插值，得到处理后的图像；
[0024]其中，所述插值方法具体为:若像素点位于临界区域，则根据该像素点的初始像素值，分别在所述临界区域横跨的每个图像单元的映射表内查找相对应的优化像素值，并以所有优化像素值的加权平均值替代该像素点的初始像素值；若像素点位于非临界区域，则根据该像素点的初始像素值，在所述非临界区域位于的图像单元的映射表内查找相对应的优化像素值，并以该优化像素值替代该像素点的初始像素值。
[0025]优选地，所述将待处理图像分割为两块或两块以上图像单元，具体为:
[0026]对待处理图像进行均匀分割，其中，若待处理图像的行数或列数不能被分割块数整除，则对待处理图像中的某几行或几列镜像扩展至可以被分割块数整除的行数或列数。
[0027]一种扩展相机动态范围的图像处理系统，所述系统包括:
[0028]统计模块，用于统计待处理图像中初始像素值的概率分布直方图，并根据所述初始像素值的概率分布直方图计算初始像素值的初始累积概率直方图；
[0029]累积概率直方图优化模块，用于根据预设的调整函数将所述初始累积概率直方图调整为优化累积概率直方图，具体为:将初始累积概率直方图中初始像素值所对应的累积概率代入调整函数中，将所述调整函数的输出结果作为优化累积概率直方图中该初始像素值所对应的累积概率；
[0030]映射表建立模块，用于根据优化累积概率直方图建立初始像素值与优化像素值的映射表，具体为:将初始像素值在优化累积概率直方图中所对应的累积概率乘以最大像素值然后取整，得到的结果作为映射表中与所述初始像素值相对应的优化像素值；
[0031]插值模块，用于根据像素点的初始像素值在映射表中查找相对应的优化像素值，并以该优化像素值替代该像素点的初始像素值，得到处理后的图像；
[0032]其中，所述调整函数在定义域在[0，1]的区域内满足以下条件:单调递增；存在三个输入值与输出值相等的点，分别为(0，0)、(a，a)和(1，1);在定义域为(0，a)的区域内，输入值小于输出值，在定义域为(a，l)的区域内，输入值大于输出值。
[0033]优选地，还包括:
[0034]直方图分割模块:用于在统计模块计算初始像素值的初始累积概率直方图之前，对初始像素值的概率分布直方图横向分割，将直方图分割线以上的像素点均匀分布在初始累积概率直方图的底部。
[0035]优选地，所述直方图分割模块对初始像素值的概率分布直方图横向分割，具体为:
[0036]在概率为p的位置进行横向分割，其中p为像素点的总个数与最大像素值的比值再加上调整参数。
[0037]一种扩展相机动态范围的图像处理系统，所述系统包括:
[0038]图像分割模块，用于以图像分割线为基准将待处理图像分割为两块或两块以上图像单元；
[0039]统计模块，用于统计每块图像单元中初始像素值的概率分布直方图，并根据所述初始像素值的概率分布直方图计算每块图像单元中初始像素值的初始累积概率直方图；
[0040]累积概率直方图优化模块，用于根据预设的调整函数将每块图像单元的初始累积概率直方图调整为优化累积概率直方图；
[0041]映射表建立模块，用于根据每块图像单元的优化概率分布直方图建立每块图像单元中初始像素值与优化像素值的映射表；
[0042]区域划分模块，用于根据待处理图像中像素点相对图像分割线的位置，将待处理图像划分为临界区域和非临界区域，所述临界区域横跨两个或两个以上图像单元，非临界区域位于一个图像单元内；
[0043]插值模块，用于对待处理图像中的像素点进行插值，得到处理后的图像；
[0044]其中，所述插值方法具体为:若像素点位于临界区域，则根据该像素点的初始像素值，分别在所述临界区域横跨的每个图像单元的映射表内查找相对应的优化像素值，并以所有优化像素值的加权平均值替代该像素点的初始像素值；若像素点位于非临界区域，则根据该像素点的初始像素值，