直方图处理、调整和图像处理方法、存储介质和电子设备与流程

本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种直方图的调整和图像处理方法、可读存储介质和电子设备。

背景技术：

1、近年来，越来越多的相机、摄像机、手机摄像头可以拍摄高动态图像。高动态图像可以同时记录场景中明亮区域和昏暗区域的内容，例如拍摄晴天室内窗前的人时，高动态图像可以同时记录窗前昏暗的人像和窗外明亮的风景。然而，目前大多数显示设备仍然是动态范围255的低动态(ldr)设备，无法直接显示高动态(hdr)图像，需要先通过图像处理对高动态图像进行动态范围压缩，通常使用色调映射(tone mapping)的方法，使其转变为低动态图像。

2、基于直方图调整的色调映射可以提高图像的对比度，使图像更符合人眼的观察习惯，提升图像质量。然而，对高动态图像进行直方图调整实现起来具有技术难度，因为统计直方图所需的竖条(bin)数量远大于低动态图像。例如，对于20bit的高动态图像，如果为每一个可能的dn值(像素值)都分配1个bin，那么将需要220≈100万个bin来进行直方图统计，如此数量庞大的bin将导致运算速度缓慢、甚至在fpga、dsp等硬件中难以实现。

3、现有技术存在多种直方图的调整方法，例如，图1所示，对原直方图hist1设置一条限定高度曲线limit_curve_1，将原直方图hist1中大于限定高度曲线limit_curve_1的bin截断，然后，将被截掉的像素数总数平均加到每一个bin上，得到调整后的直方图hist1-1。限定高度曲线limit_curve_1可以是一条横线，也可以是曲线，本领域技术人员可以根据实验或经验对其进行设定，目的是防止图像的对比度过度增强。更多的技术细节可以参考公开号为cn113691739a的中国专利申请。

4、上述现有技术对低动态图像(ldr)可以达到比较好的直方图调整效果，但对高动态图像的调整效果不佳。如图2所示的20bit高动态图像，图像中明亮的部分是一个透射式分辨力靶，黑暗的部分放置了反射式分辨力靶等背景。

5、公开号为cn113691739a的中国专利申请提出一种采用分段直方图调整的方法，对暗区做细致的直方图bin的划分，对亮区做较粗的直方图bin的划分。由此，在压缩高动态图像的动态范围的同时，使压缩后的图像具有较高的对比度，而且可以用较少数量的bin完成这一过程，使其易于硬件实现。然而，该专利申请中的技术对高动态图像中的昏暗区域具有较为细致的对比度拉伸效果，对于明亮区域细节的对比度拉伸效果不够充分。

6、图3为图2所示图像的直方图，从直方图可以看出，大部分像素集中在暗区，亮区的像素数量相对较少。采用现有技术对该直方图进行调整：被限定高度曲线limit curve截断的bin，将其被截掉的部分均匀分配到每一个bin上，如图4所示。由于要分配的bin的数量较多，因此分配到靠右侧的代表图像明亮区域的bin的像素数量很少。直方图调整后，右侧像素集中的各个bin仍较低，这将导致计算出的映射曲线无法充分拉伸亮区的细节。并且调整的过程中许多像素被分配到了空的bin，造成了一定程度的灰阶浪费。

技术实现思路

1、本发明解决的问题是:现有技术对直方图的调整会导致对比度的拉伸不足。

2、为解决上述问题，本发明提供一种直方图的处理方法，包括：依次处理直方图中的k个bin，其中，0≤j≤k-1，第j个bin的处理包括：当第j个bin的像素数大于或等于其自身限定值时，将第j个bin的像素数调整为与其自身限定值相等，并执行第一更新步骤；所述第一更新步骤包括：将第j个bin的像素数和自身限定值之间的差值增加至删除总量中，以更新删除总量；在剩余总量中减去第j个bin的像素数，以更新剩余总量，剩余总量的初始值为所述k个bin的像素数总量；当第j个bin的像素数小于其自身限定值时，增加第j个bin的像素数，并执行第二更新步骤，其中，增加的像素数至少与抬高系数相关，所述抬高系数为：第j-1个bin处理之后更新的删除总量和剩余总量的比值；所述第二更新步骤包括：在删除总量中减去第j个bin增加的像素数，以更新删除总量；在剩余总量中减去第j个bin的像素数，以更新剩余总量。

3、可选的，增加第j个bin的像素数步骤包括：根据第j-1个bin处理之后更新的删除总量和剩余总量的比值确定抬高系数；基于所述抬高系数和第j个bin的像素数确定待增加像素数；计算第j个bin的像素数和待增加像素数之和，以获得像素数的和数；在所述像素数的和数小于第j个bin的自身限定值时，将第j个bin的像素数调整为与所述像素数的和数相等；在所述像素数的和数大于或等于第j个bin的自身限定值时，将第j个bin的像素数调整为与其自身限定值相等。

4、可选的，增加第j个bin的像素数步骤包括：根据第j-1个bin处理之后更新的删除总量和剩余总量的比值确定抬高系数；在所述抬高系数小于系数阈值时，基于所述抬高系数和第j个bin的像素数确定待增加像素数，在抬高系数大于或等于所述系数阈值时，基于所述系数阈值和第j个bin的像素数确定待增加像素数；计算第j个bin的像素数和待增加像素数之和，以获得像素数的和数；在所述像素数的和数小于第j个bin的自身限定值时，将第j个bin的像素数调整为与所述像素数的和数相等；在所述像素数的和数大于或等于第j个bin的自身限定值时，将第j个bin的像素数调整为与其自身限定值相等。

5、本发明还提供一种图像处理方法，包括：获取原图像对应的原直方图；对所述原直方图进行上述直方图的处理方法，以获得处理后的直方图；根据处理后的直方图生成色调映射曲线；根据所述色调映射曲线，对所述原图像进行色调映射，以获得目标图像。

6、本发明还提供一种直方图的调整方法，包括：按亮度值从小到大的次序，执行上述直方图的处理方法，以获得每个bin对应的第一个像素数；按亮度值从大到小的次序，执行上述直方图的处理方法，以获得每个bin对应的第二个像素数；将对应同一个bin的第一个像素数和第二个像素数的平均值作为该bin最终调整后的像素数。

7、本发明还提供一种图像处理方法，包括：获取原图像对应的原直方图；对所述原直方图进行上述直方图的调整方法，以获得调整后的直方图；根据调整后的直方图生成色调映射曲线；根据所述色调映射曲线，对所述原图像进行色调映射，以获得目标图像。

8、本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行，以实现上述方法的步骤。

9、本发明还提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器运行所述计算机程序时执行上述方法的步骤。

10、与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

11、本发明提出了根据bin值的大小按照比例进行直方图调整的方法，可以充分利用灰阶，并使像素数量较为集中的bin可以得到更好的对比度拉伸；并且本方案所需计算资源少，易于硬件实现。

技术特征：

1.一种直方图的处理方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的直方图的处理方法，其特征在于，增加第j个bin的像素数步骤包括：

3.如权利要求1所述的直方图的处理方法，其特征在于，增加第j个bin的像素数步骤包括：

4.一种图像处理方法，其特征在于，包括：

5.一种直方图的调整方法，其特征在于，包括：

6.一种图像处理方法，其特征在于，包括：

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行，以实现权利要求1至3任一项所述方法的步骤。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行，以实现权利要求4所述方法的步骤。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行，以实现权利要求5所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行，以实现权利要求6所述方法的步骤。

11.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器运行所述计算机程序时执行权利要求1至3任一项所述方法的步骤。

12.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器运行所述计算机程序时执行权利要求4所述方法的步骤。

13.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器运行所述计算机程序时执行权利要求5所述方法的步骤。

14.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器运行所述计算机程序时执行权利要求6所述方法的步骤。

技术总结
一种直方图处理、调整和图像处理方法、存储介质和电子设备。直方图的处理方法包括：依次处理直方图中的K个bin，其中，0≤j≤K‑1，第j个bin的处理包括：当第j个bin的像素数大于或等于其自身限定值时，将第j个bin的像素数调整为与其自身限定值相等，并执行第一更新步骤；当第j个bin的像素数小于其自身限定值时，增加第j个bin的像素数，并执行第二更新步骤，其中，增加的像素数至少与抬高系数相关，所述抬高系数为：第j‑1个bin处理之后更新的删除总量和剩余总量的比值。

技术研发人员：孙淑云,陈炜,池国泉
受保护的技术使用者：锐芯微电子股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11