RU2008120938A

RU2008120938A - Способ и устройство повышения контраста

Info

Publication number: RU2008120938A
Application number: RU2008120938/09A
Authority: RU
Inventors: Ксения Юрьевна ПЕТРОВА (RU); Ксения Юрьевна Петрова; Сергей Михайлович СЕДУНОВ (RU); Сергей Михайлович Седунов; Артем Константинович ИГНАТОВ (RU); Артем Константинович Игнатов
Original assignee: Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." (KR); Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд."
Priority date: 2008-05-28
Filing date: 2008-05-28
Publication date: 2009-12-10

Abstract

1. Способ адаптивной коррекции экспозиции видеосигналов стандартной и высокой четкости, предусматривающий выполнение следующих операций: ! представляют видеопоследовательность в виде набора кадров и представляют каждый кадр в виде трех каналов - канала яркости и двух каналов цветности; ! определяют, имело ли место преобразование широкоэкранного изображения в стандартное и, если такое преобразование имело место, определяют верхнюю границу нижней горизонтальной черной полосы и нижнюю границу верхней горизонтальной черной полосы по краям изображения; ! определяют, имело ли место преобразование стандартного изображения в широкоэкранное и, если такое преобразование имело место, определяют левую границу правой вертикальной черной полосы и правую границу левой вертикальной черной полосы по краям изображения; ! вычисляют гистограмму яркости части изображения, лежащей между черными полосами, а также гистограмму однородных областей изображения, лежащих между черными полосами; ! определяют признак изменения сцены Reset_flag, как равный нулю в случае, если в текущем и предыдущем кадре изображена одна и та же сцена, и равный некоторому ненулевому значению, меньшему или равному единице, и пропорциональному вероятности того, что в текущем и предыдущем кадре изображены разные сцены, если сцены не идентичны; ! вычисляют коэффициент усиления для коррекции экспозиции, пропорциональный желаемой степени коррекции экспозиции; ! корректируют экспозицию в канале яркости, осветляя и повышая резкость темных областей изображения пропорционально коэффициенту усиления коррекции экспозиции, сохраняя однородные области; ! корректи

Claims

1. Способ адаптивной коррекции экспозиции видеосигналов стандартной и высокой четкости, предусматривающий выполнение следующих операций:

представляют видеопоследовательность в виде набора кадров и представляют каждый кадр в виде трех каналов - канала яркости и двух каналов цветности;

определяют, имело ли место преобразование широкоэкранного изображения в стандартное и, если такое преобразование имело место, определяют верхнюю границу нижней горизонтальной черной полосы и нижнюю границу верхней горизонтальной черной полосы по краям изображения;

определяют, имело ли место преобразование стандартного изображения в широкоэкранное и, если такое преобразование имело место, определяют левую границу правой вертикальной черной полосы и правую границу левой вертикальной черной полосы по краям изображения;

вычисляют гистограмму яркости части изображения, лежащей между черными полосами, а также гистограмму однородных областей изображения, лежащих между черными полосами;

определяют признак изменения сцены Reset_flag, как равный нулю в случае, если в текущем и предыдущем кадре изображена одна и та же сцена, и равный некоторому ненулевому значению, меньшему или равному единице, и пропорциональному вероятности того, что в текущем и предыдущем кадре изображены разные сцены, если сцены не идентичны;

вычисляют коэффициент усиления для коррекции экспозиции, пропорциональный желаемой степени коррекции экспозиции;

корректируют экспозицию в канале яркости, осветляя и повышая резкость темных областей изображения пропорционально коэффициенту усиления коррекции экспозиции, сохраняя однородные области;

корректируют каналы цветности после коррекции экспозиции.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе вычисления гистограммы яркости в однородных областях учитывают только те пиксели, для которых количество соседних пикселей, лежащих в окрестности заданного размера и с яркостью, отличающейся от яркости исходного пикселя не более, чем на заданное количество градаций яркости, превышает заданный порог.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что признак изменения сцены определяют в два этапа, при этом на первом этапе для предварительной оценки используют сумму моделей разностей элементов гистограммы яркости текущего и предыдущего кадра, и, в случае, если эта сумма не превышает заданного порога, считают, что изменения сцены не произошло, в противном случае выполняют второй этап, предусматривающий выполнение следующих операций:

разбивают текущий кадр на непересекающиеся прямоугольные блоки;

для каждого блока текущего кадра находят оптимальный блок совпадающего размера в предыдущем кадре, который имеет минимальную сумму модулей разностей яркостей с текущим блоком, и сохраняют для каждого пикселя блока значение ошибки предсказания в виде модуля разности яркости этого пикселя и яркости соответствующего пикселя оптимального блока предыдущего кадра, при этом поиск в предыдущем кадре ведут в пределах заданного максимального смещения относительно текущего блока;

вычисляют относительную площадь области, которая не может быть предсказана с достаточной точностью на основании предыдущего кадра, при этом подсчитывают количество пикселей, лежащих между черными полосами по краям изображения, для которых значение ошибки предсказания не превышает заданного порога, и делят его на общее количество пикселей, лежащих между черными полосами по краям изображения, а затем вычитают это число из единицы;

определяют признак изменения сцены Reset_flag, применив к относительной площади области, которая не может быть предсказана с достаточной точностью на основании предыдущего кадра, нелинейную функцию, которая равна нулю при значениях аргумента, меньших нижнего порога, равна единице при значениях аргумента, превышающих верхний порог, и монотонно возрастает в диапазоне от нуля до единицы для значений аргумента, лежащих между верхним и нижним порогами.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что вычисление коэффициента усиления коррекции экспозиции осуществляют за счет выполнения следующих операций:

вычисляют эффективную гистограмму, учитывая гистограмму текущего кадра и эффективную гистограмму предыдущего кадра;

вычисляют нормализованный коэффициент коррекции экспозиции для текущего кадра с использованием эффективной гистограммы;

вычисляют эффективный нормализованный коэффициент коррекции экспозиции для текущего кадра.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что при вычислении нормализованного коэффициента коррекции экспозиции для одного кадра выполняют следующие операции:

вычисляют по гистограмме нижнюю границу bottom5p, левее которой лежит 5% пикселей с минимальной яркостью;

вычисляют по гистограмме верхнюю границу top5p, правее которой лежит 5% пикселей с максимальной яркостью;

вычисляют кумулятивное значение нижнего диапазона яркости lo_с в виде суммы элементов гистограммы на интервале

вычисляют кумулятивное значение среднего диапазона яркости mid_c в виде суммы элементов гистограммы на интервале

вычисляют кумулятивное значение верхнего диапазона яркости hi_с в виде суммы элементов гистограммы на интервале

вычисляют максимальное значение гистограммы для нижнего диапазона яркости lo_max на интервале

вычисляют максимальное значение гистограммы для среднего диапазона яркости mid_max на интервале

вычисляют первое положительное условие с1, как некоторую возрастающую функцию аргумента

определенную на интервале [0, 1], принимающую значения из интервала [0, 1] и имеющую более крутой наклон вблизи нуля и меньший наклон вблизи единицы;

вычисляют второе положительное условие с2, соответствующее ситуации, когда максимальное значение гистограммы для нижнего диапазона яркости превышает максимальное значение для среднего диапазона яркости, в виде убывающей функции от отношения

определенной на интервале [0, 1] и принимающей значения из интервала [0, 1], равной нулю при lo_max<mid_max и равной единице в нуле;

вычисляют второе положительное условие с3, соответствующее ситуации, когда изображение содержит обширные темные области и незначительные области в среднем диапазоне яркости, в виде гладкой убывающей функции от аргументов mid_c и bottom5p, принимающей значения из интервала [0, 1], равной нулю при mid_c>θ₁ и bottom5p>θ₂, где θ₁, и θ₂ - предопределенные пороговые значения, равной единице в нуле и равной очень малому числу если аргументы близки по значениям к величинам

θ₁ и θ₂, соответственно;

вычисляют комбинированное условие с в виде возрастающей функции f от максимального значения из с1 и с2, где функция f определена на интервале [0, 1] и принимает значения из интервала [0, 1], и является выпуклой при малых значениях аргумента и вогнутой при больших значениях аргумента;

вычисляют первое отрицательное условие n1 в виде гладкой функции от разности между величинами top5p и bottom5p и третьего положительного условия с3, которая близка к нулю, когда оба аргумента малы;

вычисляют второе отрицательное условие n2 в виде гладкой возрастающей функции от количества ненулевых элементов гистограммы N, равной нулю в нуле и равной единице, если значение N превышает заданный порог;

вычисляют третье отрицательное условие n3 как гладкую возрастающую функцию аргумента mid_c, которая равна нулю в нуле и равна единице, если аргумент превышает заданный порог;

вычисляют четвертое отрицательное условие n4 как гладкую убывающую функцию аргумента bottom5p, которая равна единице в нуле и равна нулю, если аргумент превышает заданный порог;

вычисляют нормализованный коэффициент коррекции экспозиции, как максимальное из значений произведения с·n1·n2·n3·n4, c3·n2 и произведения с3·n2.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что вычисление эффективного нормализованного коэффициента коррекции экспозиции осуществляют путем выполнения следующих операций:

находят корректированное значение величины нормализованного коэффициента коррекции экспозиции K′ для текущего кадра с учетом величины нормализованного коэффициента коррекции экспозиции K для текущего кадра, эффективного нормализованного коэффициента коррекции экспозиции для предыдущего кадра K_prev и признака изменения сцены Reset_flag по формуле

K′=Reset_flag·K+(1,0-Reset_flag)·K_prev.;

находят корректированное значение величины нормализованного коэффициента коррекции экспозиции K_sat для текущего кадра с учетом ограничения на скорость изменения этого коэффициента для соседних кадров по формуле K_sat=K_prev+MAX(MIN(K′-K_prev,DT),-DT), где DT - предопределенное пороговое значение;

находят минимальное min_K и максимальное max_K исторические значения эффективного нормализованного коэффициента коррекции экспозиции и номера кадров min_I и max_I, соответственно, в которых эти значения достигались;

находят корректированное значение величины нормализованного коэффициента коррекции экспозиции

, для текущего кадра с учетом ограничения на среднюю скорость изменения этого коэффициента по формуле K′_sat=K_prev+f(K_sat-K_prev,max_K,min_K,max_I,min_I),

где функция от пяти аргументов f(х, M1, М2, I1, I2) принимает значение PT·I1 при

принимает значение NT-I2 при

и тождественно равна своему первому аргументу во всех остальных случая, при этом РТ и NT являются заданными пороговыми величинами.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что значения эффективной гистограммы eff_histo[i] вычисляют в виде выпуклой комбинации значений эффективной гистограммы предыдущего кадра prev_histo[i] и гистограммы текущего кадра histo[i]no формуле eff_histo[i]=(1-α)-prev_histo[i]+α-histo[i], где коэффициент α вычисляют как максимальное из значений Reset_flag и histo_change_thresh, где histo_change_thresh - заданное пороговое значение.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что локальное тоновое преобразование в канале яркости осуществляют путем выполнения для каждого пикселя изображения преобразования согласно формуле

где Y - яркость исходного пикселя,

- корректированное значение величины нормализованного коэффициента коррекции экспозиции, K_user - глобальный коэффициент усиления, задаваемый пользователем, MaxPixelValue - максимальное допустимое значение яркости, PRESERVE_DARK - настраиваемый параметр, контролирующий степень обострения в темных областях изображения и задаваемый пользователем, а функция тонового преобразования F_SHADOW(Y) является неотрицательной функцией яркости, равной нулю в нуле и при значениях аргумента больших или равных MaxPixelValue.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что при локальном тоновом преобразовании в канале яркости функцию тонового преобразования F_SHADOW(Y) обнуляют при Y<T1 или Y>T2, где T1 и Т2 - заданные пороговые величины, и определялась формулой

(t-T1)²·(t-T2)²·t^P для значений аргумента, лежащих между этими пороговыми величинами, при этом величину Р подбирают таким образом, чтобы абсцисса максимума функции имела заданное значение.

10. Способ по п.8, отличающийся тем, что восстановление исходного значение яркости в однородных областях изображения выполняют таким образом, что для каждого пикселя с яркостью Y вычисляют скорректированное значение Y_corrected по формуле

,

где вычисление функции P_Uniform(Y) предусматривает выполнение следующих операций:

находят ближайшее к Y значение яркости Y_uniform, для которого значение в гистограмме однородных областей превышает заданный порог;

вычисляют модуль разности

;

сравнивают значение d с заданным порогом EC_PRESERVE_RADIUS и присваивают функции P_Uniform значение ноль, если d меньше этого порога, присваивают единицу, если d больше удвоенного порога, а в остальных случаях интерполируют линейно по формуле

.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что коррекцию экспозиции в канале яркости выполняют за счет следующих операций:

для каждого пикселя в канале яркости вычисляют среднее значение Y_BLURRED в заданной окрестности при помощи сглаживающего фильтра, сохраняющего края, например, билатерального или сигма-фильтра;

выполняют локальное тоновое преобразование в канале яркости;

восстанавливают исходное значение яркости в однородных областях изображения.

12. Устройство для реализации способа адаптивной коррекции экспозиции видеосигнала, состоящее из детектора преобразования широкоэкранного изображения в стандартное, детектора преобразования стандартного изображения в широкоэкранное, блока вычисления гистограммы, блока вычисления гистограммы однородных областей изображения, детектора изменения сцены, блока адаптации коэффициента коррекции экспозиции, блока коррекции экспозиции и блока коррекции каналов цветности, в котором:

канал яркости текущего кадра соединен с входами детектора изменения сцены, детектора преобразования широкоэкранного изображения в стандартное, детектора преобразования стандартного изображения в широкоэкранное, блока вычисления гистограммы, блока вычисления гистограммы однородных областей изображения, блока коррекции экспозиции и блока коррекции каналов цветности;

канал яркости предыдущего кадра соединен с входом детектора изменения сцены;

каналы цветности исходного изображения соединены с входом блока коррекции каналов цветности;

выходы детектора преобразования широкоэкранного изображения в стандартное изображение и детектора преобразования стандартного изображения в широкоэкранное изображение соединены с входами блока вычисления гистограммы, блока вычисления гистограммы однородных областей изображения, и детектора изменения сцены;

разность выходов блока вычисления гистограммы и блока вычисления гистограммы однородных областей изображения соединена с входами детектора изменения сцены и блока адаптации коэффициента коррекции экспозиции;

выход блока вычисления гистограммы однородных областей соединен с входами блока адаптации коэффициента коррекции экспозиции и блока коррекции экспозиции;

выход детектора изменения сцены соединен с входом блока адаптации коэффициента коррекции экспозиции, выполненного с возможностью передачи эффективной гистограммы для предыдущего кадра, формируемую на выходе блока адаптации коррекции экспозиции, на вход детектора изменения сцены, и с возможностью передачи коэффициента коррекции экспозиции, также вычисляемого в блоке адаптации коэффициента коррекции экспозиции, на вход блока коррекции экспозиции;

выход блока коррекции экспозиции соединен с входом блока коррекции каналов цветности;

выход блока коррекции каналов цветности соединен с выходом устройства.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что блок коррекции экспозиции включает в себя блок вычисления средней яркости, блок тонового преобразования и блок восстановления яркости для однородных областей.