專(zhuān)利名稱(chēng)：圖像處理設(shè)備、圖像處理方法以及程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像處理設(shè)備、圖像處理方法以及程序，并且更特別地，涉及適合用于對(duì)圖像執(zhí)行邊緣保留平滑化和灰度校正的圖像處理設(shè)備、圖像處理方法和程序。
背景技術(shù)：
邊緣保留平滑化處理用作根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的圖像處理技術(shù)之一。邊緣保留平滑化處理是指為了在圖像中的物體的邊界等的顯著亮度級(jí)差仍存在的同時(shí)使灰度平滑化而執(zhí)行的非線(xiàn)性濾波器處理。由于在通過(guò)邊緣保留平滑化處理保留對(duì)可見(jiàn)性具有影響的物體的輪廓的同時(shí)去除了微小的亮度變化，因此，過(guò)去在噪聲降低處理中使用邊緣保留平滑化處理(例如，參見(jiàn) A. Lev, S. W. Zucker, A. Rosenfeld, ‘‘ Iterative enhancement of noiseimages() “ ， IEEE Trans. Systems, Man, andCybernetics, Vol.SMC-7,1977 ；D. C. C. Wang, A. H. Vagnucci, C.C. Li, " Gradient inverse weighted smoothing scheme and the evaluation of itsperformance (梯度侄ij數(shù)力口權(quán)平滑化方案及其性能的評(píng)價(jià))“，CVGIP, Vol. 15，pp. 167-181，1981 ；Μ. Nagao, Τ. Matsuyama, “ Edge preservingsmoothing(邊緣保留平滑化)“，CGIP，Vol. 9，pp. 394-407，1978 ；以及 D. T. Kuan, A. A. Sawchuk, Τ. C. Strand, P. Chavel, " Adaptive noise smoothingfilter for images with signal-dependent noise (用于具有取決于信號(hào)的噪聲的圖像的自適應(yīng)
^ ! ^) “ ， IEEE Trans. Pattern Analysis andMachine Intelligence, Vol. Pami-7, No.2 1985)此外，還將邊緣保留平滑化處理用在灰度校正處理中，其中，利用以下特性來(lái)在不改變細(xì)節(jié)分量的情況下壓縮除諸如紋理(texture)的細(xì)節(jié)分量外的其他分量的亮度差其能夠?qū)⑽矬w內(nèi)的紋理的微小亮度變化與物體的輪廓的顯著亮度級(jí)差區(qū)分開(kāi)(例如，參見(jiàn) F. Durand, J. Dorsey, “ Fastbilateral filtering for the display of high-dynamic-range images (用于顯示高動(dòng)態(tài)范圍圖像的快速雙邊濾波)〃，Proc. Of ACM SIGGRAPH 2002，2002 ；以及 S. N. Pattanaik，H. Yee，“ Adaptive gain control for highdynamic range image display (用于高動(dòng)態(tài)范圍圖像顯示的自適應(yīng)增益控制)〃， Proc. of Spring Conference in Computer Graphics 2002,2002)。當(dāng)執(zhí)行邊緣保留平滑化處理時(shí)，可以通過(guò)擴(kuò)大在一個(gè)像素附近所使用的周邊像素的區(qū)域(下文中，也稱(chēng)為平滑化區(qū)域)來(lái)改進(jìn)使用邊緣保留平滑化處理執(zhí)行的灰度校正處理的能力。另一方面，當(dāng)擴(kuò)大平滑區(qū)域時(shí)，增大了計(jì)算量。相應(yīng)地，提出了一種以更少的計(jì)算量執(zhí)行邊緣保留平滑化處理的方法(例如，參見(jiàn)日本未審查專(zhuān)利申請(qǐng)公布第2009-177558 號(hào))。在下文中，將描述日本未審查專(zhuān)利申請(qǐng)公布第2009-177558號(hào)中所公開(kāi)的邊緣保留平滑化處理的概述。在日本未審查專(zhuān)利申請(qǐng)公布第2009-177558號(hào)中所公開(kāi)的邊緣保留平滑化處理中，在空間方向上將對(duì)應(yīng)于一幀的亮度圖像分割成多個(gè)空間塊(區(qū)域)，并且在亮度方向上將每個(gè)空間塊進(jìn)一步分割成多個(gè)亮度塊。然后，對(duì)屬于每個(gè)空間塊的每個(gè)亮度塊的像素的數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)，并且生成塊直方圖。另外，對(duì)于每個(gè)空間塊，計(jì)算屬于每個(gè)亮度塊的像素的亮度值的總和來(lái)作為塊積分值。通過(guò)以下表達(dá)式(1)來(lái)計(jì)算通過(guò)平滑化亮度圖像的像素的亮度值L而獲得的全局亮度值Ll。[表達(dá)式1]
權(quán)利要求
1.一種圖像處理設(shè)備，包括特征值計(jì)算裝置，用于計(jì)算塊亮度平均值和塊亮度離差，其中，所述塊亮度平均值是通過(guò)在空間方向上分割輸入圖像獲得的每個(gè)空間塊內(nèi)的亮度值的平均值，以及所述塊亮度離差是所述每個(gè)空間塊內(nèi)的亮度值的離差；邊緣保留平滑化裝置，用于通過(guò)將通過(guò)下述處理獲得的值設(shè)置為關(guān)注像素的全局亮度值，來(lái)計(jì)算所述輸入圖像的像素的全局亮度值假設(shè)所述每個(gè)空間塊的亮度值的分布符合基于所述每個(gè)空間塊的所述塊亮度平均值和所述塊亮度離差的高斯分布，近似計(jì)算關(guān)注塊的亮度值的加權(quán)平均值，其中，所述關(guān)注塊是所述輸入圖像的關(guān)注像素所屬的空間塊，所述加權(quán)平均值是使用權(quán)函數(shù)計(jì)算的，在所述權(quán)函數(shù)中，所述亮度值的權(quán)重隨著所述亮度值接近所述關(guān)注像素的亮度值而增大；色調(diào)曲線(xiàn)計(jì)算裝置，用于基于所述輸入圖像的像素的全局亮度值，針對(duì)所述輸入圖像的每個(gè)像素計(jì)算色調(diào)曲線(xiàn)的形狀；以及亮度值灰度校正裝置，用于使用對(duì)于所述輸入圖像的每個(gè)像素的所述色調(diào)曲線(xiàn)，來(lái)校正所述輸入圖像的每個(gè)像素的亮度值的灰度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像處理設(shè)備， 其中，所述權(quán)函數(shù)是高斯函數(shù)，以及其中，所述邊緣保留平滑化裝置使用線(xiàn)性函數(shù)來(lái)計(jì)算所述關(guān)注像素的全局亮度值，在所述線(xiàn)性函數(shù)中，將基于所述權(quán)函數(shù)的離差和所述關(guān)注塊的所述塊亮度離差的值設(shè)置為斜率，并且將基于所述斜率和所述關(guān)注塊的所述塊亮度平均值的值設(shè)置為截距。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像處理設(shè)備，其中，假設(shè)所述權(quán)函數(shù)的所述離差為Va，所述關(guān)注塊的所述塊亮度離差為Vb，所述關(guān)注塊的所述塊亮度平均值為U，所述斜率為a，所述截距為b，所述關(guān)注像素的亮度值為L(zhǎng)，以及所述關(guān)注像素的全局亮度值為L(zhǎng)i，則所述線(xiàn)性函數(shù)為 Ll = aXL+b，其中，滿(mǎn)足 a = Vb+ (Va+Vb)和 b = (l_a) Xu0
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像處理設(shè)備，其中，所述特征值計(jì)算裝置還針對(duì)每個(gè)空間塊計(jì)算所述線(xiàn)性函數(shù)的斜率和截距， 其中，所述圖像處理設(shè)備還包括保持裝置，用于僅在與所述輸入圖像的一幀相對(duì)應(yīng)的時(shí)段期間保持每個(gè)空間塊的所述線(xiàn)性函數(shù)的斜率和截距，以及其中，所述邊緣保留平滑化裝置基于由所述保持裝置保持的每個(gè)空間塊的所述線(xiàn)性函數(shù)的斜率和截距，計(jì)算所述輸入圖像的像素的全局亮度值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像處理設(shè)備，其中，所述邊緣保留平滑化裝置通過(guò)使用每個(gè)鄰近塊的所述塊亮度平均值和所述塊亮度離差、以及對(duì)于所述關(guān)注像素的所述權(quán)函數(shù)來(lái)計(jì)算鄰近塊內(nèi)的全局亮度值、并且通過(guò)基于所述鄰近塊與所述關(guān)注像素之間的距離對(duì)每個(gè)鄰近塊的全局亮度值進(jìn)行加權(quán)平均，來(lái)計(jì)算所述關(guān)注像素的全局亮度值，其中，所述鄰近塊是在所述關(guān)注像素附近的預(yù)定數(shù)量的空間塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像處理設(shè)備，還包括縮小圖像生成裝置，用于生成通過(guò)縮小所述輸入圖像形成的縮小圖像； 其中，所述特征值計(jì)算裝置計(jì)算通過(guò)在所述空間方向上分割所述縮小圖像獲得的每個(gè)空間塊的所述塊亮度平均值和所述塊亮度離差，以及其中，所述邊緣保留平滑化裝置使用所述縮小圖像的所述塊亮度平均值和所述塊亮度離差，來(lái)計(jì)算所述輸入圖像的像素的全局亮度值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像處理設(shè)備，其中，所述特征值計(jì)算裝置在空間上平滑化每個(gè)空間塊的所述塊亮度平均值和所述塊亮度離差，以及其中，所述邊緣保留平滑化裝置使用在空間上平滑化后的所述塊亮度平均值和所述塊亮度離差，來(lái)計(jì)算所述輸入圖像的像素的全局亮度值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像處理設(shè)備，其中，當(dāng)利用所述色調(diào)曲線(xiàn)對(duì)所述全局亮度值進(jìn)行灰度校正時(shí)，所述色調(diào)曲線(xiàn)計(jì)算裝置計(jì)算所述色調(diào)曲線(xiàn)的形狀，使得所述全局亮度值被轉(zhuǎn)換成下述范圍的大致中間的值在所述范圍中，獲取利用所述色調(diào)曲線(xiàn)進(jìn)行了所述灰度校正的亮度值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像處理設(shè)備，還包括全局亮度值灰度校正裝置，用于使用所述輸入圖像的每個(gè)像素的色調(diào)曲線(xiàn)，來(lái)校正所述輸入圖像的像素的全局亮度值的灰度；以及對(duì)比度校正裝置，用于基于通過(guò)所述全局亮度值灰度校正裝置進(jìn)行了所述灰度校正的全局亮度值、以及所述色調(diào)曲線(xiàn)的形狀，校正通過(guò)所述亮度值灰度校正裝置進(jìn)行了所述灰度校正的亮度值的對(duì)比度。
10.一種圖像處理方法，其由用于執(zhí)行圖像的灰度校正的圖像處理設(shè)備執(zhí)行，所述圖像處理方法包括以下步驟計(jì)算塊亮度平均值和塊亮度離差，其中，所述塊亮度平均值是通過(guò)在空間方向上分割輸入圖像獲得的每個(gè)空間塊內(nèi)的亮度值的平均值，以及所述塊亮度離差是所述每個(gè)空間塊內(nèi)的亮度值的離差；通過(guò)將通過(guò)下述處理獲得的值設(shè)置為關(guān)注像素的全局亮度值，來(lái)計(jì)算所述輸入圖像的像素的全局亮度值假設(shè)所述每個(gè)空間塊的亮度值的分布符合基于所述每個(gè)空間塊的所述塊亮度平均值和所述塊亮度離差的高斯分布，近似計(jì)算關(guān)注塊的亮度值的加權(quán)平均值，其中，所述關(guān)注塊是所述輸入圖像的關(guān)注像素所屬的空間塊，所述加權(quán)平均值是使用權(quán)函數(shù)計(jì)算的，在所述權(quán)函數(shù)中，所述亮度值的權(quán)重隨著所述亮度值接近所述關(guān)注像素的亮度值而增大；基于所述輸入圖像的像素的所述全局亮度值，針對(duì)所述輸入圖像的每個(gè)像素計(jì)算色調(diào)曲線(xiàn)的形狀；以及使用對(duì)于所述輸入圖像的每個(gè)像素的所述色調(diào)曲線(xiàn)，來(lái)校正所述輸入圖像的每個(gè)像素的亮度值的灰度。
11.一種程序，其用于使計(jì)算機(jī)執(zhí)行以下步驟計(jì)算塊亮度平均值和塊亮度離差，其中，所述塊亮度平均值是通過(guò)在空間方向上分割輸入圖像獲得的每個(gè)空間塊內(nèi)的亮度值的平均值，以及所述塊亮度離差是所述每個(gè)空間塊內(nèi)的亮度值的離差；通過(guò)將通過(guò)下述處理獲得的值設(shè)置為關(guān)注像素的全局亮度值，來(lái)計(jì)算所述輸入圖像的像素的全局亮度值假設(shè)所述每個(gè)空間塊的亮度值的分布符合基于所述每個(gè)空間塊的所述塊亮度平均值和所述塊亮度離差的高斯分布，近似計(jì)算關(guān)注塊的亮度值的加權(quán)平均值，其中，所述關(guān)注塊是所述輸入圖像的關(guān)注像素所屬的空間塊，所述加權(quán)平均值是使用權(quán)函數(shù)計(jì)算的，在所述權(quán)函數(shù)中，所述亮度值的權(quán)重隨著所述亮度值接近所述關(guān)注像素的亮度值而增大；基于所述輸入圖像的像素的所述全局亮度值，針對(duì)所述輸入圖像的每個(gè)像素計(jì)算色調(diào)曲線(xiàn)的形狀；以及使用對(duì)于所述輸入圖像的每個(gè)像素的所述色調(diào)曲線(xiàn)，來(lái)校正所述輸入圖像的每個(gè)像素的亮度值的灰度。
12.—種圖像處理設(shè)備，包括特征值計(jì)算裝置，用于計(jì)算塊亮度平均值和塊亮度離差，其中，所述塊亮度平均值是通過(guò)在空間方向上分割輸入圖像獲得的每個(gè)空間塊內(nèi)的亮度值的平均值，以及所述塊亮度離差是所述每個(gè)空間塊內(nèi)的亮度值的離差；以及邊緣保留平滑化裝置，用于通過(guò)將通過(guò)下述處理獲得的值設(shè)置為關(guān)注像素的全局亮度值，來(lái)計(jì)算所述輸入圖像的像素的全局亮度值假設(shè)所述每個(gè)空間塊的亮度值的分布符合基于所述每個(gè)空間塊的所述塊亮度平均值和所述塊亮度離差的高斯分布，近似計(jì)算關(guān)注塊的亮度值的加權(quán)平均值，其中，所述關(guān)注塊是所述輸入圖像的關(guān)注像素所屬的空間塊，所述加權(quán)平均值是使用權(quán)函數(shù)計(jì)算的，在所述權(quán)函數(shù)中，所述亮度值的權(quán)重隨著所述亮度值接近所述關(guān)注像素的亮度值而增大。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的圖像處理設(shè)備，其中，所述權(quán)函數(shù)是高斯函數(shù)，以及其中，所述邊緣保留平滑化裝置使用線(xiàn)性函數(shù)來(lái)計(jì)算所述關(guān)注像素的全局亮度值，在所述線(xiàn)性函數(shù)中，將基于所述權(quán)函數(shù)的離差和所述關(guān)注塊的所述塊亮度離差的值設(shè)置為斜率，并且將基于所述斜率和所述關(guān)注塊的塊亮度平均值的值設(shè)置為截距。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的圖像處理設(shè)備，其中，假設(shè)所述權(quán)函數(shù)的所述離差為Va，所述關(guān)注塊的所述塊亮度離差為Vb，所述關(guān)注塊的所述塊亮度平均值為U，所述斜率為a，所述截距為b，所述關(guān)注像素的亮度值為L(zhǎng)，以及所述關(guān)注像素的全局亮度值為L(zhǎng)i，則所述線(xiàn)性函數(shù)為 Ll = aXL+b，其中，滿(mǎn)足 a = Vb+(Va+Vb)和 b = (l_a) Xu0
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的圖像處理設(shè)備，其中，所述邊緣保留平滑化裝置通過(guò)使用每個(gè)鄰近塊的塊亮度平均值和塊亮度離差、以及對(duì)于所述關(guān)注像素的所述權(quán)函數(shù)來(lái)計(jì)算鄰近塊的全局亮度值、并且通過(guò)基于所述鄰近塊與所述關(guān)注像素之間的距離對(duì)每個(gè)鄰近塊的全局亮度值進(jìn)行加權(quán)平均，來(lái)計(jì)算所述關(guān)注像素的全局亮度值，其中，所述鄰近塊是在所述關(guān)注像素附近的預(yù)定數(shù)量的空間塊。
16.一種圖像處理方法，其由用于對(duì)圖像執(zhí)行邊緣保留平滑化處理的圖像處理設(shè)備執(zhí)行，所述圖像處理方法包括以下步驟計(jì)算塊亮度平均值和塊亮度離差，其中，所述塊亮度平均值是通過(guò)在空間方向上分割輸入圖像獲得的每個(gè)空間塊內(nèi)的亮度值的平均值，以及所述塊亮度離差是所述每個(gè)空間塊內(nèi)的亮度值的離差；以及通過(guò)將通過(guò)下述處理獲得的值設(shè)置為關(guān)注像素的全局亮度值，來(lái)計(jì)算所述輸入圖像的像素的全局亮度值假設(shè)所述每個(gè)空間塊的亮度值的分布符合基于所述每個(gè)空間塊的所述塊亮度平均值和所述塊亮度離差的高斯分布，近似計(jì)算關(guān)注塊的亮度值的加權(quán)平均值，其中，所述關(guān)注塊是所述輸入圖像的關(guān)注像素所屬的空間塊，所述加權(quán)平均值是使用權(quán)函數(shù)計(jì)算的，在所述權(quán)函數(shù)中，所述亮度值的權(quán)重隨著所述亮度值接近所述關(guān)注像素的亮度值而增大。
17.一種程序，其用于使計(jì)算機(jī)執(zhí)行以下步驟計(jì)算塊亮度平均值和塊亮度離差，其中，所述塊亮度平均值是通過(guò)在空間方向上分割輸入圖像獲得的每個(gè)空間塊內(nèi)的亮度值的平均值，以及所述塊亮度離差是所述每個(gè)空間塊內(nèi)的亮度值的離差；以及通過(guò)將通過(guò)下述處理獲得的值設(shè)置為關(guān)注像素的全局亮度值，來(lái)計(jì)算所述輸入圖像的像素的全局亮度值假設(shè)所述每個(gè)空間塊的亮度值的分布符合基于所述每個(gè)空間塊的所述塊亮度平均值和所述塊亮度離差的高斯分布，近似計(jì)算關(guān)注塊的亮度值的加權(quán)平均值，其中，所述關(guān)注塊是所述輸入圖像的關(guān)注像素所屬的空間塊，所述加權(quán)平均值是使用權(quán)函數(shù)計(jì)算的，在所述權(quán)函數(shù)中，所述亮度值的權(quán)重隨著所述亮度值接近所述關(guān)注像素的亮度值而增大。
18.一種圖像處理設(shè)備，包括特征值計(jì)算單元，用于計(jì)算塊亮度平均值和塊亮度離差，其中，所述塊亮度平均值是通過(guò)在空間方向上分割輸入圖像獲得的每個(gè)空間塊內(nèi)的亮度值的平均值，以及所述塊亮度離差是所述每個(gè)空間塊內(nèi)的亮度值的離差；邊緣保留平滑化單元，用于通過(guò)將通過(guò)下述處理獲得的值設(shè)置為關(guān)注像素的全局亮度值，來(lái)計(jì)算所述輸入圖像的像素的全局亮度值假設(shè)所述每個(gè)空間塊的亮度值的分布符合基于所述每個(gè)空間塊的所述塊亮度平均值和所述塊亮度離差的高斯分布，近似計(jì)算關(guān)注塊的亮度值的加權(quán)平均值，其中，所述關(guān)注塊是所述輸入圖像的關(guān)注像素所屬的空間塊，所述加權(quán)平均值是使用權(quán)函數(shù)計(jì)算的，在所述權(quán)函數(shù)中，所述亮度值的權(quán)重隨著所述亮度值接近所述關(guān)注像素的亮度值而增大；色調(diào)曲線(xiàn)計(jì)算單元，用于基于所述輸入圖像的像素的全局亮度值，針對(duì)所述輸入圖像的每個(gè)像素計(jì)算色調(diào)曲線(xiàn)的形狀；以及亮度值灰度校正單元，用于使用對(duì)于所述輸入圖像的每個(gè)像素的所述色調(diào)曲線(xiàn)，來(lái)校正所述輸入圖像的每個(gè)像素的亮度值的灰度。
19.一種圖像處理設(shè)備，包括特征值計(jì)算單元，用于計(jì)算塊亮度平均值和塊亮度離差，其中，所述塊亮度平均值是通過(guò)在空間方向上分割輸入圖像獲得的每個(gè)空間塊內(nèi)的亮度值的平均值，以及所述塊亮度離差是所述每個(gè)空間塊內(nèi)的亮度值的離差；以及邊緣保留平滑化單元，用于通過(guò)將通過(guò)下述處理獲得的值設(shè)置為關(guān)注像素的全局亮度值，來(lái)計(jì)算所述輸入圖像的像素的全局亮度值假設(shè)所述每個(gè)空間塊的亮度值的分布符合基于所述每個(gè)空間塊的所述塊亮度平均值和所述塊亮度離差的高斯分布，近似計(jì)算關(guān)注塊的亮度值的加權(quán)平均值，其中，所述關(guān)注塊是所述輸入圖像的關(guān)注像素所屬的空間塊，所述加權(quán)平均值是使用權(quán)函數(shù)計(jì)算的，在所述權(quán)函數(shù)中，所述亮度值的權(quán)重隨著所述亮度值接近所述關(guān)注像素的亮度值而增大。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種圖像處理設(shè)備、圖像處理方法以及程序，所述圖像處理設(shè)備包括特征值計(jì)算單元，用于計(jì)算塊亮度平均值和塊亮度離差，其中，該塊亮度平均值是通過(guò)在空間方向上分割輸入圖像獲得的每個(gè)空間塊內(nèi)的亮度值的平均值，以及該塊亮度離差是每個(gè)空間塊內(nèi)的亮度值的離差；以及邊緣保留平滑化單元，用于通過(guò)將如下獲得的值設(shè)置為關(guān)注像素的全局亮度值來(lái)計(jì)算輸入圖像的像素的全局亮度值假設(shè)每個(gè)空間塊的亮度值的分布符合基于每個(gè)空間塊的塊亮度平均值和塊亮度離差的高斯分布，近似計(jì)算包含輸入圖像的關(guān)注像素的關(guān)注塊的亮度值的加權(quán)平均值。
文檔編號(hào)G06T5/00GK102156961SQ201010617698
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月22日
發(fā)明者光永知生, 城堅(jiān)誠(chéng), 野村宜邦 申請(qǐng)人:索尼公司