图像处理方法及应用其的图像处理装置与流程

1.本发明是有关于一种处理方法及应用其的处理装置，且特别是有关于一种图像处理方法及应用其的图像处理装置。


背景技术：

2.图像和视频增强的主要目标是提高图像的亮度、对比度和细节信息，改善画面的清晰度，以便于后续的应用，如视频监控、车牌辨识、人脸识别和目标追踪等。基于经典直方图均衡(histogram equalization)的图像增强方法，由于其简单和快速的特性而被广泛的使用。然而，前述现有方法容易过度增强图像的噪声和整体亮度。
3.因此，本领域业者认为有必要研究一新的图像处理方法及应用其的图像处理装置以改善前述现有问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提出一种图像处理方法及应用其的图像处理装置，可改善前述现有问题。
5.为了实现上述目的，本发明一实施例提出一种图像处理方法。图像处理方法包括以下步骤。(a)接收一待处理图像；(b)取得待处理图像的一目标亮度值；(c)建立待处理图像的一直方图曲线；(d)以一裁剪值，裁剪直方图曲线；(e)取得裁剪后的直方图曲线的一映射函数；(f)取得依据映射函数所映射的一映射图像；(g)取得映射图像的一平均亮度值；(h)取得目标亮度值与平均亮度值的一差异；以及(i)当差异大于一阀值时，调整裁剪值，并重复执行步骤(c)～(i)，直到差异小于阀值。
6.为了实现上述目的，本发明另一实施例提出一种图像处理装置。图像处理装置包括一输入端口及一处理器。输入端口用以：(a)接收一待处理图像。处理器用以：(b)取得待处理图像的一目标亮度值；(c)建立待处理图像的一直方图曲线；(d)以一裁剪值，裁剪直方图曲线；(e)取得裁剪后的直方图曲线的一映射函数；(f)取得依据映射函数所映射的一映射图像；(g)取得映射图像的一平均亮度值；(h)取得目标亮度值与平均亮度值的一差异；以及(i)当差异大于一阀值时，调整裁剪值，并重复执行步骤(c)～(i)，直到差异小于阀值。
7.以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
8.图1绘示依照本发明一实施例的图像处理装置的功能方块图。
9.图2绘示图1的图像处理装置的图像处理方法的流程图。
10.图3a绘示图1的待处理图像的示意图。
11.图3b绘示图3a的待处理图像的直方图曲线的示意图。
12.图3c绘示图3b的直方图曲线以一裁剪值裁剪的示意图。
13.图3d绘示图3c的直方图曲线平均分配后的直方图曲线的示意图。
14.图3e绘示图3d的裁剪后直方图曲线的映射函数的示意图。
15.图3f绘示图3a的待处理图像依据映射函数所映射出的映射图像的示意图。
16.图4绘示图2的调整裁剪值的步骤的其中一实施方式的流程图。
17.附图标记
18.100：图像处理装置
19.110：输入端口
20.120：处理器
21.m1：待处理图像
22.bt：目标亮度值
23.c1：直方图曲线
24.u(n)：裁剪值
25.c2：剪后的直方图曲线
26.m2：映射图像
27.ba：平均亮度值
28.diff：差异
29.像素：p1、p2、
…
、pi
30.d1：映射函数
31.c11：c1中裁剪值u(n)以上的部分
32.c12：c1中裁剪值u(n)以下的部分
33.s105-s155、s155a-s155d：步骤
具体实施方式
34.下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
35.请参照图1，图1绘示依照本发明一实施例的图像处理装置100的功能方块图。图像处理装置100包括输入端口110(或接收器)及处理器(processor)120。图像处理装置100例如是笔记型计算机、桌上型计算机、平板计算机、通信装置(如，手机)等各种能进行图像处理的电子装置。输入端口110可连接一外部电子装置(图中未示出)，以接收来自于外部电子装置的图像。或者，图像处理装置100例如是一摄像器，其可接收来自于一外界光线，以感测此外界光线的图像。处理器120例如是可采用半导体制程所形成的实体电路(circuit)，如半导体芯片、半导体封装件等。
36.输入端口110用以：(a)接收一待处理图像m1。处理器120用以：(b)取得待处理图像m1的目标亮度值bt；(c)建立待处理图像m1的一直方图曲线c1；(d)以一裁剪值u(n)，裁剪直方图曲线c1；(e)取得裁剪后的直方图曲线c2的一映射函数d1；(f)取得依据映射函数d1所映射的一映射图像m2；(g)取得映射图像m2的一平均亮度值ba；(h)取得目标亮度值bt与平均亮度值ba的一差异diff；以及(i)当差异diff大于一阀值时，调整裁剪值u(n)，并重复执行步骤(c)～(i)，直到差异diff小于阀值。如此，当待处理图像m1未达目标亮度值bt时，不需人为手动调整，图像处理装置100可自动重复步骤(c)～(i)，直到待处理图像m1达目标亮度值。
37.以下以图2进一步举例说明图像处理装置100的图像处理方法的流程。
38.图2绘示图1的图像处理装置100的图像处理方法的流程图。
39.在步骤s105中，请同时参照图3a，其绘示图1的待处理图像m1的示意图。输入端口110接收待处理图像m1。待处理图像m1包括数个像素p1、p2、
…
、pi，各像素pi具有一亮度值(或灰阶值)，数个像素pi中的任意二个的亮度值可能不同或相同。亮度值例如是可区分成256阶，其以0～255之间的阶数表示，其中第0阶表示黑色，而第255阶表示白色。前述pi的下标i表示第i个像素。pi的总数量视待处理图像m1的分辨率及/或尺寸而定，本发明实施例不加以限定。例如，若待处理图像m1的分辨率为100
×
100，则像素pi的总数量为10000，其中pi的i为1～10000中任何一个。
40.在步骤s110中，处理器120取得待处理图像m1的一目标亮度值bt。例如，处理器120用以：(1)计算待处理图像m1的所有像素pi的亮度值而取得一亮度平均值ba；(2)以亮度平均值ba的α倍做为目标亮度值bt，其中α的值例如是小于、等于或大于1的实数。
41.在步骤s115中，请参照图3b，其绘示图3a的待处理图像m1的直方图曲线c1的示意图。处理器120建立待处理图像m1的直方图曲线c1。直方图曲线c1的横轴表示像素的亮度值，而纵轴表示相同亮度值的出现次数。
42.在步骤s120中，请参照图3c，其绘示图3b的直方图曲线c1以一裁剪值u(n)裁剪的示意图。处理器120以裁剪值u(n)，裁剪直方图曲线c1。如图3c所示，直方图曲线c1中裁剪值u(n)以上的部分c11表示直方图曲线c1中被裁剪的部分，而直方图曲线c1中裁剪值u(n)以下的部分c12表示直方图曲线c1中未被裁剪(或保留)的部分。n表示迭代次，即n＝1表示第1次迭代、n＝2表示第2次迭代、
…
以此类推。此外，如下式(1)，第1次迭代所使用的裁剪值u(1)(初始裁剪值)为固定值step_1。第1次迭代例如是第1次执行步骤s105～s155的过程。在后续第n次迭代(如，执行步骤s115～s155的过程)中，裁剪值u(n)可依据映射图像m2的处理结果调整。
43.u(1)＝step_1
…………
(1)
44.在步骤s125中，请参照图3d，其绘示图3c的直方图曲线c1平均分配后的直方图曲线c2的示意图。在图3d中，直方图曲线c1中未被裁剪的部分c12以虚线绘制，而分配后直方图曲线c2以实线绘制。处理器120将直方图曲线c1中被裁剪的部分c11，分配给直方图曲线c1中未被裁剪的部分c12，而形成裁剪后直方图曲线c2。分配后直方图曲线c2的线形改变。
45.在步骤s130中，请参照图3e，其绘示图3d的裁剪后直方图曲线c2的映射函数d1的示意图。图3e的横轴表示亮度值，而纵轴表示各阶亮度值的出现次数的累加值。处理器120取得裁剪后直方图曲线c2的映射函数d1。在一实施例中，映射函数d1例如是各阶亮度值的出现次数的累加值。举例来说，处理器120用以：(1)累加第0阶亮度值～第n阶亮度值的出现次数；(2)以此出现次数做为第n阶亮度值的累加值。例如，以第0阶亮度值的出现次数为2次、第1阶亮度值的出现次数为3次、第2阶亮度值的出现次数为5次举例来说，第0阶亮度值的出现次数的累加值为2次，处理器120以2次做为第0阶亮度值的累加值；第0阶亮度值～第1阶亮度值的出现次数累加为5次(计算式：2 3＝5)，处理器120以5次做为第1阶亮度值的累加值，而第0阶亮度值～第2阶亮度值的出现次数累加为10次(计算式：2 3 5＝10)，处理器120以10次做为第2阶亮度值的累加值。以此原则，可取得第0阶亮度值～第255阶亮度值各者的累加出现次数，而获致图3e的映射函数d1。此外，映射函数d1的y轴(累加出现次数)的最大值例如是经过比例缩放成自行设定的最大值，且各阶亮度值的累加值也经过此一相同
比例进行缩放，然本发明实施例不受此限。
46.在步骤s135中，请参照图3f，其绘示图3a的待处理图像m1依据映射函数d1所映射出的映射图像m2的示意图。处理器120可将待处理图像m1通过映射函数d1而映射出映射图像m2。映射图像m2的数个像素pi的亮度分布、对比度及/或清晰度与待处理图像m1的数个像素pi不同。图3f的映射图像m2以相较于待处理图像m1具有不同的剖面表示亮度、对比度及/或清晰度发生变化。
47.在步骤s140中，处理器120取得映射图像m2的平均亮度值ba。
48.在步骤s145中，处理器120取得目标亮度值bt与平均亮度值ba的差异diff，如下式(a)。差异diff例如是目标亮度值bt与平均亮度值ba的差值的绝对值。
49.diff＝|bt-ba|
…………
(a)
50.在步骤s150中，处理器120判断差异diff是否小于一阀值。本发明实施例不限定阀值的数值，其可视实际所欲获得的映射图像m2的色彩质量要求而定。若是，表示映射图像m2的显示质量以符合预期，图像处理流程结束，处理器120可输出映像图像m2至储存器、显示器及/或数字档案等。若否，表示映射图像m2的显示质量尚未符合预期，流程进入步骤s155。
51.在步骤s155中，处理器120调整下一次迭代所需的裁剪值u(n)，然后流程回到步骤s115，以调整后裁剪值u(n)处理映射图像m2。
52.在进入步骤s115前，处理器120可以映射图像m2取代待处理图像m1，使在下次迭代时，处理器120处理的对象是映射图像m2。
53.在实施例中，处理器120可重复步骤s115～s155，直到差异diff小于阀值。
54.以下说明在步骤s155中，处理器120对于下一次(第n 1次)迭代所需的裁剪值u(n 1)的调整方法。
55.处理器120可依据下式(2)～(4)调整下一次迭代所使用的裁剪值u(n 1)。式(2)～(4)适用于第2次后(含第2次)的迭代(第1次迭代的裁剪值u(1)为固定的初始值step_1)。本发明实施例不限定初始值step_1的数值，其可以是任何实数。step_1的实际数值可视待处理图像m1而定，本发明实施例不加以限定。式(2)～(4)中，η(n)为第n次迭代的调整率，k为衰减常数，其为常数，例如是小于1的任意实数，而step(n 1)为第n 1次迭代所需要的调整步伐。
56.η(n 1)＝k
×
η(n)
…
(2)
57.step(n 1)＝η(n 1)
×
step_1
…
(3)
58.u(n 1)＝u(n)
±
step(n 1)
…
(4)
59.由上式(4)可知，第n 1次迭代的裁剪值u(n 1)是第n次迭代的裁剪值u(n)减去或加上第n 1次迭代所需的调整步伐step(n 1)。当裁剪值u(n 1)减少时，可降低第n 1次迭代所取得的映射图像m2的平均亮度值bv；当裁剪值u(n 1)增加时，可增强第n 1次迭代所取得的映射图像m2的平均亮度值bv。
60.以下以图4进一步说明在本次(第n次)迭代中调整下一次(第n 1次)迭代所使用的裁剪值u(n 1)的流程。请参照图4，其绘示图2的调整裁剪值的步骤s155的其中一实施方式的流程图。
61.在步骤s155a中，在第n次迭代(本次迭代)中，处理器120依据上式(2)及(3)取得第n 1次迭代(下一次迭代)所需的调整步伐step(n 1)。
range,hdr)/宽动态图像(wide dynamic range,wdr)。例如，处理器120更用以：将短曝光或长曝光的数帧图像合成为待处理图像，其中待处理图像为高动态图像或宽动态图像。处理器120可采用类似或同于前述待处理图像m1的图像处理方法，处理此高动态图像或宽动态图像，以实现相同或相似的技术效果。高动态图像/宽动态图像具有宽的「动态范围」及高比特(bit)数，通过前述图像处理方法，处理器120可将高比特数(如20bits)图像转换成(或映射成)低比特数(如8bits)图像。例如，处理器120用以：将待处理图像(高动态图像/宽动态图像)的映射函数d1(于图2的步骤s130)中y轴(累加出现次数)的最大值经过比例缩放成自行设定的最大值且各阶亮度值的累加值也经过此一相同比例进行缩放，如此可降低映射后图像的比特数。综上，本文的图像处理方法可提供高动态图像/宽动态图像一等同于色调映射(tone mapping)的技术功效，降低映射后图像的比特数，但维持宽动态范围。
80.综上所述，在本次迭代(如，第n次迭代)中，图像处理装置100可依据待处理图像或映射图像的平均亮度值与一目标亮度值的差异是否小于阀值，判断待处理图像的显示质量是否符合预期。当差异不小于阀值时，表示待处理图像的显示质量不符合预期，图像处理装置自动(或主动)调整下一次迭代(如，第n 1次迭代)所需的裁剪值，并于该下一次迭代中，依据调整后的裁剪值，处理映射图像。依此原则重复处理映射图像，直到差异小于阀值。
81.当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。