基于Bayer格式的图像动态范围扩展方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于Bayer格式图像动态范围扩展方法及装置。该基于Bayer格式的图像动态范围扩展方法包括：从第一动态范围的Bayer格式图像中提取其亮度分量和色度分量；对所述亮度分量进行非线性扩展，得到扩展后的亮度图像；对所述扩展后的亮度图像的预定区域进行预设处理，获得所述预定区域的优化结果；将所述扩展后的亮度图像和所述预定区域的优化结果进行分段融合，获得融合亮度分量；合并所述融合亮度分量和所述色度分量，将其转换为第二动态范围的Bayer格式图像；其中，所述第二动态范围大于所述第一动态范围。本发明专利技术的技术方案能够有效的扩展图像的动态范围。

Method and device for expanding image dynamic range based on Bayer format

The invention provides a method and an apparatus for expanding an image dynamic range based on Bayer format. Including the dynamic range of the image based on Bayer format extension method: extract the brightness and chroma of the Bayer format image of the first dynamic range; the luminance component of nonlinear expansion, the expansion of the image to get the brightness of a predetermined area; the brightness map expanded as the default processing, the optimization results obtained the predetermined area; the brightness image of the expanded and the predetermined area. The optimization results are segmented to obtain fusion fusion, the fusion with the luminance component; the luminance component and the chrominance components will be converted to Bayer format image dynamic range second; among them, the dynamic range is greater than second the first dynamic range. The technical proposal of the invention can effectively extend the dynamic range of the image.

【技术实现步骤摘要】
基于Bayer格式的图像动态范围扩展方法及装置
本专利技术涉及图像处理
，具体而言，涉及一种基于Bayer格式的图像动态范围扩展方法及图像动态范围扩展装置。
技术介绍
随着数字图像和计算机软硬件技术的快速发展，人们对数字图像品质的要求越来越高。从传统的胶片影像时代到如今的数字影像时代，高动态范围技术改善了图像动态范围狭窄的现象。高动态范围成像的目的是为了获取真实的表现场景中从太阳光直射的区域到最暗的区域的亮度范围，而这是普通图像无法做到的。数字成像系统的动态范围扩展技术具有重要的科学意义和研究价值，在航天航空、工业监控、车载导航、智能交通、数字娱乐等诸多领域有广泛的应用前景。数字成像系统的动态范围扩展方法有多种实现的途径，目前主要可以归为两类，即软件扩展方法和硬件扩展方法。从硬件上扩展系统动态范围具有非常高的技术难度，目前还没有成熟可靠的方案，并且此方法需要对相机或是图像传感器进行改造，甚至重新设计，在硬件设备上花费了大量精力，制造成本也大大提高。软件扩展方法的主要思路是对场景进行多次曝光成像，通过设置不同的曝光时间，改变系统探测的亮度范围，获得多幅不同曝光度的图像，再通过软件方法将它们合成一幅高动态范围图像，恢复场景的细节信息。此方法的不足之处在于，需要拍摄多幅场景图片，需对多幅图像进行处理，不符合实时性要求。因此需要一种新的图像动态范围扩展方案来实现图像增强的效果。需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强对本专利技术的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于Bayer格式的图像动态范围扩展方法及图像动态范围扩展装置，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。本专利技术的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本专利技术的实践而习得。根据本公开的一个方面，提供一种基于Bayer格式的图像动态范围扩展方法，包括：从第一动态范围的Bayer格式图像中提取其亮度分量和色度分量；对所述亮度分量进行非线性扩展，得到扩展后的亮度图像；对扩展后的亮度分量进行处理，获得预定区域的优化结果；将所述扩展后的亮度图像和所述预定区域的优化结果进行分段融合，获得融合亮度分量；合并所述融合亮度分量和所述色度分量，将其转换为第二动态范围的Bayer格式图像；其中，所述第二动态范围大于所述第一动态范围。在本公开的一种示例性实施例中，从第一动态范围的Bayer格式图像中提取其亮度分量和色度分量的步骤，采用如下公式提取：其中，Gul和Glr分别表示所述第一动态范围的Bayer格式图像中2×2块中左上角绿色像素值和右下角绿色像素值；Yul和Ylr是分别与Gul和Glr相对应的亮度分量；Cr和Cb分别为两个色度分量；B和R分别为所述第一动态范围的Bayer格式图像中2×2块中的蓝色像素值和红色像素值。在本公开的一种示例性实施例中，对所述亮度分量进行非线性扩展，包括：采用反色调映射扩展模型对所述亮度分量进行非线性扩展。在本公开的一种示例性实施例中，所述反色调映射扩展模型为：其中，(x,y)代表各像素点的位置；Ld(x,y)为所述第一动态范围的Bayer格式图像的亮度分量的亮度值；Lwhite为决定扩展动态范围的曲线形状的参数；Lw,max为扩展后的最大输出亮度值。在本公开的一种示例性实施例中，对扩展后的亮度分量进行处理，获得预定区域的优化结果，包括：对所述亮度分量进行分段处理，提取所述预定区域；对所述预定区域进行腐蚀操作；对腐蚀后的亮度图像进行双边滤波，获得所述预定区域的优化结果。在本公开的一种示例性实施例中，对所述亮度分量进行分段处理，提取所述预定区域，采用如下公式：其中，(x,y)为各像素点的位置；I(x,y)为非线性扩展后的各像素点的亮度值；ε为预设阈值；Idmax为非线性扩展后的所述亮度分量中的最大亮度值；Lh(x,y)为分段处理后相应像素点的亮度值。在本公开的一种示例性实施例中，将所述扩展后的亮度图像和所述预定区域的优化结果进行分段融合，获得融合亮度分量，采用如下公式：其中，(x,y)为各像素点的位置；Idmin为所述亮度分量中的最小亮度值；Lw(x,y)为扩展后的亮度图像的亮度值；Lh(x,y)为所述预定区域的优化结果；L(x,y)为分段融合之后的融合亮度分量。在本公开的一种示例性实施例中，合并所述融合亮度分量和所述色度分量，将其转换为第二动态范围的Bayer格式图像，采用如下公式：其中，Gul和Glr分别表示所述第二动态范围的Bayer格式图像中2×2块中左上角绿色像素值和右下角绿色像素值；Yul和Ylr是分别与Gul和Glr相对应的亮度分量；Cr和Cb分别为两个色度分量；B和R分别为所述第二动态范围的Bayer格式图像中2×2块中的蓝色像素值和红色像素值。在本公开的一种示例性实施例中，还包括：对所述第二动态范围的Bayer格式图像进行颜色插值，获得彩色RGB图像。根据本公开的一个方面，提供一种基于Bayer格式的图像动态范围扩展装置，包括：第一颜色空间转换模块，用于从第一动态范围的Bayer格式图像中提取其亮度分量和色度分量；非线性扩展模块，用于对所述亮度分量进行非线性扩展，得到扩展后的亮度图像；局部优化模块，用于对扩展后的亮度分量进行处理，获得预定区域的优化结果；分段融合模块，用于将所述扩展后的亮度图像和所述预定区域的优化结果进行分段融合，获得融合亮度分量；第二颜色空间转换模块，用于合并所述融合亮度分量和所述色度分量，将其转换为第二动态范围的Bayer格式图像；其中，所述第二动态范围大于所述第一动态范围。在本专利技术的一些实施例所提供的技术方案中，一方面，通过对Bayer原始图像中的亮度分量进行预设处理，能够有效地提升原始图像的动态范围，同时图像的色度信息也保持良好，图像细节增强明显。另一方面，本专利技术的图像动态范围扩展方案与现有技术中的多次曝光成像方式相比较，不需要拍摄多幅图像，只需处理单幅的Bayer格式图像即可，节省了硬件资源，缩短了运行时间，能满足系统对实时性的处理要求。在本专利技术的一些实施例所提供的技术方案中，由于Bayer图像的数据量是RGB图像的数据量的1/3，因此通过直接对Bayer图像进行处理，有效减少了图像融合时的计算量，进而降低了对系统资源的消耗，提高了图像融合算法的效率，有利于进行嵌入式开发。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：图1示意性示出了根据本专利技术的第一个实施例的基于Bayer格式的图像动态范围扩展方法的流程图；图2示意性示出了根据本专利技术的第二个实施例的基于Bayer格式的图像动态范围扩展方法的流程图；图3A示意性示出了Bayer格式图像的结构图；图3B示意性示出了图2中所示方法的Bayer格式图像转换到YCrCb空间的示意图；图4示意性示出了图2中所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Bayer格式的图像动态范围扩展方法，其特征在于，包括：从第一动态范围的Bayer格式图像中提取其亮度分量和色度分量；对所述亮度分量进行非线性扩展，得到扩展后的亮度图像；对扩展后的亮度分量进行处理，获得预定区域的优化结果；将所述扩展后的亮度图像和所述预定区域的优化结果进行分段融合，获得融合亮度分量；合并所述融合亮度分量和所述色度分量，将其转换为第二动态范围的Bayer格式图像；其中，所述第二动态范围大于所述第一动态范围。

【技术特征摘要】
1.一种基于Bayer格式的图像动态范围扩展方法，其特征在于，包括：从第一动态范围的Bayer格式图像中提取其亮度分量和色度分量；对所述亮度分量进行非线性扩展，得到扩展后的亮度图像；对扩展后的亮度分量进行处理，获得预定区域的优化结果；将所述扩展后的亮度图像和所述预定区域的优化结果进行分段融合，获得融合亮度分量；合并所述融合亮度分量和所述色度分量，将其转换为第二动态范围的Bayer格式图像；其中，所述第二动态范围大于所述第一动态范围。2.根据权利要求1所述的图像动态范围扩展方法，其特征在于，从第一动态范围的Bayer格式图像中提取其亮度分量和色度分量的步骤，采用如下公式提取：其中，Gul和Glr分别表示所述第一动态范围的Bayer格式图像中2×2块中左上角绿色像素值和右下角绿色像素值；Yul和Ylr是分别与Gul和Glr相对应的亮度分量；Cr和Cb分别为两个色度分量；B和R分别为所述第一动态范围的Bayer格式图像中2×2块中的蓝色像素值和红色像素值。3.根据权利要求1所述的图像动态范围扩展方法，其特征在于，对所述亮度分量进行非线性扩展，包括：采用反色调映射扩展模型对所述亮度分量进行非线性扩展。4.根据权利要求3所述的图像动态范围扩展方法，其特征在于，所述反色调映射扩展模型为：其中，(x,y)代表各像素点的位置；Ld(x,y)为所述第一动态范围的Bayer格式图像的亮度分量的亮度值；Lwhite为决定扩展动态范围的曲线形状的参数；Lw,max为扩展后的最大输出亮度值。5.根据权利要求1所述的图像动态范围扩展方法，其特征在于，对扩展后的亮度分量进行处理，获得预定区域的优化结果，包括：对所述亮度分量进行分段处理，提取所述预定区域；对所述预定区域进行腐蚀操作；对腐蚀后的亮度图像进行双边滤波，获得所述预定区域的优化结果。6.根据权利要求5所述的图像动态范围扩展方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：马昊辰，
申请(专利权)人：聚龙智瞳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11