一种基于gamma校正的高动态数字图像显示增强方法及系统[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011559248.3
(22)申请日 2020.12.25
(71)申请人 北京环境特性研究所
地址 100854 北京市海淀区永定路50号院
(72)发明人 李晓平　石春雷　杨桦　杨文佳　
(74)专利代理机构 中国航天科工集团公司专利
中心 11024
代理人 张国虹
(51)Int.Cl.
G06T 5/00(2006.01)
G06T 5/40(2006.01)
(54)发明名称
一种基于gamma校正的高动态数字图像显示
增强方法及系统
(57)摘要
本发明公开了一种基于gamma校正的高动态
数字图像显示增强方法，包括：输入一幅高位数
的数字图像原图；将数字图像原图进行直方图统
计，获得灰度级分布函数。

设置常数amin和bmax，
求取灰度值从0开始累积增加到分布函数大于
amin对应的灰度值a，求取灰度值从开始累积减
小到分布函数大于bmax对应的灰度值b；利于线
性映射和gamma变换，实现图像从高位数到8位增
强显示映射。

本发明还公开了一种基于gamma校
正的高动态数字图像显示增强系统。

该基于
gamma校正的高动态数字图像显示增强方法的目
的是解决高动态数字图像压缩和增强方法难以
满足高帧频需求的问题。

权利要求书2页 说明书4页 附图2页CN 112598595 A 2021.04.02
C N 112598595
A
1.一种基于gamma校正的高动态数字图像显示增强方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
输入一幅高位数的数字图像原图；
将所述数字图像原图进行直方图统计，获得灰度级分布函数。

设置常数amin和bmax，求取灰度值从0开始累积增加到分布函数大于amin对应的灰度值a，求取灰度值从开始累积减小到分布函数大于bmax对应的灰度值b；
利于线性映射和gamma变换，实现图像从高位数到8位增强显示映射。

2.根据权利要求1所述的基于gamma校正的高动态数字图像显示增强方法，其特征在于，所述将所述数字图像原图进行直方图统计，获得灰度级分布函数，具体包括如下步骤：找出图像中灰度级的分布范围i＝0～2N‑1；其中，N为数字图像位数；
统计出每个灰度级对应的像素个数。

3.根据权利要求1所述的基于gamma校正的高动态数字图像显示增强方法，其特征在于，所述设置常数amin和bmax，求取灰度值从0开始累积增加到分布函数刚大于amin时对应的灰度值a，求取灰度值从开始累积减小到分布函数刚大于bmax时对应的灰度值b，具体包括如下步骤：
统计所述灰度级分布函数cnt(i)中灰度值的最小值和最大值，并将其分别记为min和max；
当cnt(min)<amin时，则令min＝min+1，直到cnt(min)>amin为止，记录此刻的min为min0；
当cnt(max)<bmax时，则令max＝max‑1，直到cnt(max)>bmax为止，记录此刻的max为max0。

4.根据权利要求3所述的基于gamma校正的高动态数字图像显示增强方法，其特征在于，所述利于线性映射和gamma变换，实现图像从高位数到8位增强显示映射，具体为：利用第一公式计算8位图像Y(x,y)；
其中，所述第一公式为：
式中，γ的取值是根据视觉需要选择，不同的γ数值对应图像的明暗变化。

5.根据权利要求4所述的基于gamma校正的高动态数字图像显示增强方法，其特征在于，γ的取值范围为0.3～3。

6.根据权利要求6所述的基于gamma校正的高动态数字图像显示增强方法，其特征在于，γ的取值为1/2.2。

7.根据权利要求1所述的基于gamma校正的高动态数字图像显示增强方法，其特征在于，所述输入一幅高位数的数字图像原图，具体为：
输入一帧或者多帧高位数数字图像I(x,y)。

8.一种基于权利要求1‑8中任一项所述的基于gamma校正的高动态数字图像显示增强
方法的系统，其特征在于，包括：
输入单元，用于输入一幅高位数的数字图像原图；
统计单元，用于将所述数字图像原图进行直方图统计，获得灰度级分布函数。

设置单元，用于设置常数amin和bmax，求取灰度值从0开始累积增加到分布函数大于amin对应的灰度值a，求取灰度值从开始累积减小到分布函数大于bmax对应的灰度值b；
显示单元，用于利于线性映射和gamma变换，实现图像从高位数到8位增强显示映射。

一种基于gamma校正的高动态数字图像显示增强方法及系统
技术领域
[0001]本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种基于gamma校正的高动态数字图像显示增强方法及系统。

背景技术
[0002]随着高分辨红外探测器的发展，越来越多的场合需要直接处理包含更多细节、更多灰度级的原始数字图像，便于后端图像处理算法中可以提取更多的目标和背景细节。

但是高动态的数字图像具有高的灰度数，不利于人眼直接观察，必须将其转换成便于人眼可观察的0～255灰度范围。

[0003]但是在转换过程中，如果直接利用最大最小值线性映射，由于图像中存在坏元、死元或者闪元，一般会造成映射后的图像偏暗，目标和细节拉伸不开。

所以出现了许多高动态数字图像压缩和增强算法。

一般做法为将一幅图像分成细节图像和背景图像的叠加。

细节图像进行了拉伸放大，背景图像滤波模糊化，这样的算法可以实现图像不同目标和景物的细节增强，尤其在强背景下的弱小目标，但其也存在算法相当复杂，涉及到积分滤波等多种算法，由于计算时间长，常用在帧频要求不高的图像上，对于高帧频需求，则难以满足。

[0004]有鉴于此，本领域技术人员亟待提供一种基于gamma校正的高动态数字图像显示增强方法用于解决上述问题。

发明内容
[0005](一)要解决的技术问题
[0006]本发明的目的在于提供一种基于gamma校正的高动态数字图像显示增强方法，以解决高动态数字图像压缩和增强方法难以满足高帧频需求的技术问题。

[0007](二)技术方案
[0008]本发明的第一方面提供了一种基于gamma校正的高动态数字图像显示增强方法，该方法包括以下步骤：
[0009]输入一幅高位数的数字图像原图；
[0010]将所述数字图像原图进行直方图统计，获得灰度级分布函数。

[0011]设置常数amin和bmax，求取灰度值从0开始累积增加到分布函数大于amin对应的灰度值a，求取灰度值从开始累积减小到分布函数大于bmax对应的灰度值b；
[0012]利于线性映射和gamma变换，实现图像从高位数到8位增强显示映射。

[0013]进一步地，所述将所述数字图像原图进行直方图统计，获得灰度级分布函数，具体包括如下步骤：
[0014]找出图像中灰度级的分布范围i＝0～2N‑1；其中，N为数字图像位数；
[0015]统计出每个灰度级对应的像素个数。

[0016]进一步地，所述设置常数amin和bmax，求取灰度值从0开始累积增加到分布函数刚大于amin时对应的灰度值a，求取灰度值从开始累积减小到分布函数刚大于bmax时对应的
灰度值b，具体包括如下步骤：
[0017]统计所述灰度级分布函数cnt(i)中灰度值的最小值和最大值，并将其分别记为min和max；
[0018]当cnt(min)<amin时，则令min＝min+1，直到cnt(min)>amin为止，记录此刻的min 为min0；
[0019]当cnt(max)<bmax时，则令max＝max‑1，直到cnt(max)>bmax为止，记录此刻的max 为max0。

[0020]进一步地，所述利于线性映射和gamma变换，实现图像从高位数到8位增强显示映射，具体为：
[0021]利用第一公式计算8位图像Y(x,y)；
[0022]其中，所述第一公式为：
[0023]
[0024]式中，γ的取值是根据视觉需要选择，不同的γ数值对应图像的明暗变化。

[0025]进一步地，γ的取值范围为0.3～3。

[0026]进一步地，γ的取值为1/2.2。

[0027]进一步地，所述输入一幅高位数的数字图像原图，具体为：
[0028]输入一帧或者多帧高位数数字图像I(x,y)。

[0029]本发明的第二方面提供了一种基于gamma校正的高动态数字图像显示增强系统，包括：
[0030]输入单元，用于输入一幅高位数的数字图像原图；
[0031]统计单元，用于将所述数字图像原图进行直方图统计，获得灰度级分布函数。

[0032]设置单元，用于设置常数amin和bmax，求取灰度值从0开始累积增加到分布函数大于amin对应的灰度值a，求取灰度值从开始累积减小到分布函数大于bmax对应的灰度值b；[0033]显示单元，用于利于线性映射和gamma变换，实现图像从高位数到8位增强显示映射。

[0034](三)有益效果
[0035]本发明提供的基于gamma校正的高动态数字图像显示增强方法，包括：输入一幅高位数的数字图像原图；将数字图像原图进行直方图统计，获得灰度级分布函数。

设置常数amin和bmax，求取灰度值从0开始累积增加到分布函数大于amin对应的灰度值a，求取灰度值从开始累积减小到分布函数大于bmax对应的灰度值b；利于线性映射和gamma变换，实现图像从高位数到8位增强显示映射。

该方法针对高动态数字图像的显示增强，不需要复杂的算法，可方便在上位机和嵌入式硬件平台上中实现。

附图说明
[0036]图1是本发明实施例提供的一种基于gamma校正的高动态数字图像显示增强方法
的流程示意图；
[0037]图2是本发明实施例提供的一种基于gamma校正的高动态数字图像显示增强方法中不同γ系数下转换为8位的对比显示图；
[0038]图3是本发明实施例提供的一种基于gamma校正的高动态数字图像显示增强系统的结构框图。

[0039]图中：
[0040]100‑输入单元；200‑统计单元；300‑设置单元；400‑显示单元。

具体实施方式
[0041]以下结合附图对本发明的具体实施方式做出详细说明。

[0042]根据本发明实施例提供的一种基于gamma校正的高动态数字图像显示增强方法，以解决高动态数字图像压缩和增强方法难以满足高帧频需求的技术问题。

[0043](二)技术方案
[0044]本发明提供了一种基于gamma校正的高动态数字图像显示增强方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：
[0045]S1、输入一幅高位数的数字图像原图；
[0046]S2、将数字图像原图进行直方图统计，获得灰度级分布函数。

[0047]S3、设置常数amin和bmax，求取灰度值从0开始累积增加到分布函数大于amin对应的灰度值a，求取灰度值从开始累积减小到分布函数大于bmax对应的灰度值b；
[0048]S4、利于线性映射和gamma变换，实现图像从高位数到8位增强显示映射。

[0049]在上述实施方式中，该方法针对高动态数字图像的显示增强，不需要复杂的算法，可方便在上位机和嵌入式硬件平台上中实现。

[0050]在一些可选的实施例中，在步骤S2中，将数字图像原图进行直方图统计，获得灰度级分布函数，具体包括如下步骤：
[0051]S201、找出图像中灰度级的分布范围i＝0～2N‑1；其中，N为数字图像位数；[0052]S202、统计出每个灰度级对应的像素个数。

[0053]在一些可选的实施例中，在步骤S3中，设置常数amin和bmax，求取灰度值从0开始累积增加到分布函数刚大于amin时对应的灰度值a，求取灰度值从开始累积减小到分布函数刚大于bmax时对应的灰度值b，具体包括如下步骤：
[0054]S301、统计灰度级分布函数cnt(i)中灰度值的最小值和最大值，并将其分别记为min和max；
[0055]S302、当cnt(min)<amin时，则令min＝min+1，直到cnt(min)>amin为止，记录此刻的min为min0；
[0056]S303、当cnt(max)<bmax时，则令max＝max‑1，直到cnt(max)>bmax为止，记录此刻的max为max0。

[0057]在一些可选的实施例中，在步骤S4中，利于线性映射和gamma变换，实现图像从高位数到8位增强显示映射，具体为：
[0058]利用第一公式计算8位图像Y(x,y)；
[0059]其中，第一公式为：
[0060]
[0061]式中，γ的取值是根据视觉需要选择，不同的γ数值对应图像的明暗变化。

[0062]在一些可选的实施例中，γ的取值范围为0.3～3。

[0063]在一些可选的实施例中，γ的取值为1/2.2。

其中，γ取该数值是较为符合人眼视觉，是其的一个优选值。

如图2所示，给出了不同γ系数下高位数数字图像原图转为8位的显示对比图，从图中可以看出γ＝1/2.2，人眼观察的效果是最佳的。

[0064]在一些可选的实施例中，在步骤S1中，输入一幅高位数的数字图像原图，具体为：[0065]输入一帧或者多帧高位数数字图像I(x,y)。

[0066]根据本发明实施例的第二方面提供了一种基于gamma校正的高动态数字图像显示增强系统，如图3所示，包括：
[0067]输入单元100，用于输入一幅高位数的数字图像原图；
[0068]统计单元200，用于将所述数字图像原图进行直方图统计，获得灰度级分布函数。

[0069]设置单元300，用于设置常数amin和bmax，求取灰度值从0开始累积增加到分布函数大于amin对应的灰度值a，求取灰度值从开始累积减小到分布函数大于bmax对应的灰度值b；
[0070]显示单元400，用于利于线性映射和gamma变换，实现图像从高位数到8位增强显示映射。

[0071]在上述实施方式中，该系统工作时针对高动态数字图像的显示增强，不需要复杂的算法，可以实现图像不同目标和景物的细节增强。

[0072]以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

[0073]本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。

图1
图2
图3。