[发明专利]基于Bayer格式的图像动态范围扩展方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，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。

背景技术

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，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，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。

发明内容

本发明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。

本发明的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本发明的实践而习得。

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，G^ul和G^lr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；Y^ul和Y^lr是分别与G^ul和G^lr相对应的亮度分量；C_r和C_b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；L_d(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；L_white为决定扩展动态范围的曲线形状的参数；L_w,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：