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任意分辨率视频图像的实时增强方法与系统

阅读:545发布:2023-01-31

专利汇可以提供任意分辨率视频图像的实时增强方法与系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一个任意 分辨率 视频图像实时增强方法与系统,包括:视频图像数据流的输入步骤;针对当前场YCbCr空间中彩色图像的Y通道进行直方图统计步骤;计算产生当前场图像灰度级Xmin和Xmax的步骤;存储拉伸变换后的灰度数据的步骤;以图像中原灰度数据为输入,读出 存储器 对应地址中经拉伸变换的灰度数据并代替原始灰度数据输出的步骤。采用本发明的方法和系统,能够实现视频图像实时增强,即50场/秒,且能够实现任意分辨率视频图像 对比度 拉伸增强;该方法和系统可以针对YUV4:2:2和YUV4:4:4两种数字视频格式的数据流进行操作。,下面是任意分辨率视频图像的实时增强方法与系统专利的具体信息内容。

1.一种任意分辨率视频图像的实时增强方法,包括如下步骤:
视频图像数据流输入步骤;
针对当前场YCbCr空间彩色图像中的Y通道进行直方图统计,并计算该场图像灰度级Xmin和Xmax的步骤;
存储拉伸变换后的灰度数据的步骤;
以图像中原灰度数据为索引,读出存储器对应地址中经拉伸变换的灰度数据并代替原始灰度数据输出的步骤。
2.如权利要求1所述的任意分辨率视频图像的实时增强方法,其特征在于,所述直方图统计为当前场图像的直方图统计,所述直方图统计即通过使用计数器统计出图像中相同灰度值的像素个数,取图像像素总数的a%(a为整数),按正程累加各灰度级直方图得到与其对应的图像灰度级最小值Xmin,按逆程累加各灰度级直方图得到与其对应的图像灰度级最大值Xmax。
3.如权利要求1所述的任意分辨率视频图像的实时增强方法,其特征在于,建立一个灰度存储器,其地址范围与图像原灰度级范围相同,以存储器地址为输入,根据图像拉伸变换公式计算得到与该地址对应的灰度值,将该灰度值存储到与该地址对应的存储单元中,步骤具体包括:
判断addr是否小于Xmin,若是,则输出灰度Yaddr=0;
否则继续判断addr是否小于Xmax,若是,则输出灰度Yaddr,计算公式如下: 否则输出灰度Yaddr=Zmax;
其中addr是当前存储器写地址,Yaddr是写到该地址对应存储单元中的灰度值,Zmax是视频图像的输入和输出灰度范围的最大值,即输出图像数据全‘1’对应的最大值;addr初始值为图像灰度的最小值(0),在与Xmin和Xmax比较后,addr自身加1,进行下一次比较,直到addr等于图像灰度的最大值(Zmax)后,停止累加并重新赋为图像灰度的最小值(0)。
4.如权利要求1所述的任意分辨率视频图像的实时增强方法,其特征在于,输入当前场图像数据,将图像数据原始灰度Y(i,j)作为存储器读地址,读出该地址中存储的灰度数据Yaddr,用Yaddr代替Y(i,j),并与Y(i,j)相对应的色度信号Cb、Cr组合输出,其中Y(i,j)表示第i行第j列图像数据的灰度。
5.如权利要求1所述的任意分辨率视频图像的实时增强方法,其特征在于,该方法适用于任意分辨率的数字视频格式为YUV4:2:2或YUV4:4:4的视频图像。
6.一种任意分辨率视频图像的实时增强系统,包括:
接收视频图像数据流的输入装置;
针对当前场YCbCr空间彩色图像中的Y通道进行直方图统计,并计算该场图像灰度级Xmin和Xmax的装置;
存储拉伸变换后的灰度数据的装置;
以图像中原灰度数据为索引,读出存储器对应地址中经拉伸变换的灰度数据并代替原始灰度数据输出的装置。
7.如权利要求6所述的任意分辨率视频图像的实时增强系统,其特征在于,所述装置中直方图统计为当前场图像的直方图统计,所述直方图统计即通过使用计数器统计出图像中相同灰度值的像素个数,取图像像素总数的a%(a为整数),按正程累加各灰度级直方图得到与其对应的图像灰度级最小值Xmin,按逆程累加各灰度级直方图得到与其对应的图像灰度级最大值Xmax。
8.如权利要求6所述的任意分辨率视频图像的实时增强系统,其特征在于,在存储灰度拉伸变换后的灰度数据装置中,需要建立一个灰度存储器,其地址范围与图像灰度级范围相同,以存储器地址为输入,根据图像拉伸变换公式计算得到与该地址对应的灰度值,将该灰度值存储到该地址对应的存储单元中,该装置包括:
判断addr是否小于Xmin,若是,则输出灰度Yaddr=0;
否则继续判断addr是否小于Xmax,若是,则输出灰度Yaddr,计算公式如下: 否则输出灰度Yaddr=Zmax;
其中addr是当前存储器写地址,Yaddr是写到该地址对应存储单元中的灰度值,Zmax是视频图像的输入和输出灰度范围的最大值,即输出图像数据全‘1’对应的最大值;addr初始值为图像灰度的最小值(0),在与Xmin和Xmax比较后,addr自身加1,进行下一次比较,直到addr等于图像灰度的最大值(Zmax)后,停止累加并重新赋为图像灰度的最小值(0)。
9.如权利要求6所述的任意分辨率视频图像的实时增强系统,其特征在于,读出存储器对应地址中的灰度数据并代替原始灰度数据输出的装置中,输入当前场图像数据,将图像数据原始灰度Y(i,j)作为存储器读地址,读出该地址中存储的灰度数据Yaddr,用Yaddr代替Y(i,j),并与Y(i,j)相对应的色度信号Cb、Cr组合输出;其中Y(i,j)表示第i行第j列图像数据的灰度。
10.如权利要求6所述的任意分辨率视频图像的实时增强系统,其特征在于,该系统适用于任意分辨率的数字视频格式为YUV4:2:2或YUV4:4:4的视频图像。

说明书全文

任意分辨率视频图像的实时增强方法与系统

技术领域

[0001] 本发明属于视频图像增强领域,具体地说,涉及一种任意分辨率视频图像的实时灰度拉伸变换方法与系统。

背景技术

[0002] 能否采用一种合理有效的算法对图像灰度数据进行变换,对成像系统的最终效果影响很大。在实际应用中,常用一个图像灰度数据映射到不同宽度的图像灰度数据中,并且变换后要求既能真实地反映图像数据,又能对整幅图像作一定的有效处理。以往通过简单的数据右移缩位、左移扩位来完成图像数据宽度变换,但是这种方法存在明显的弊端,主要表现在图像数据的动态范围上,例如一幅16位图像数据变换为8位图像数据,当背景及目标灰度均较小时,通过简单的右移8位方法,不仅会造成目标信息丢失,同时图像目标与背景的对比度将不能进行有效控制。针对这一缺点,可以采用图像灰度级拉伸算法来完成图像数据位数的转换,以使小灰度目标得到增强,图像对比度得到提高,并且可以调整图像灰度范围。
[0003] 目前针对标清视频图像灰度级拉伸变换实现方法是利用前一图像的像素信息得到图像灰度级最大值和最小值,供后一帧图像数据拉伸处理。该方法没有实现用当前帧图像灰度级最大值和最小值对图像进行拉伸变换,精确性不高,增强效果不显著。另外,还有一种方法针对低分辨率的视频图像实现对每帧图像的实时拉伸处理,这种方法无法完成标清和高清视频图像的实时拉伸处理。
[0004] 本发明公开了一种在实时应用环境中,适合硬件实现的视频图像灰度拉伸变换的方法与系统。目前没有发现同本发明相同技术的说明或报道,也尚未收集到国内外相似的资料。

发明内容

[0005] 本发明为解决任意分辨率视频图像实时数据位数转换,使小灰度目标得到增强,图像对比度得到提高,调整图像灰度范围的技术问题提供了一种任意分辨率视频图像的实时增强方法和系统。
[0006] 为了达到上述目的,本发明的技术方案如下:
[0007] 一种任意分辨率视频图像的实时增强方法,包括如下步骤:
[0008] 视频图像数据流输入步骤;
[0009] 针对当前场YCbCr空间彩色图像中的Y通道进行直方图统计,并计算该场图像灰度级Xmin和Xmax的步骤;
[0010] 存储拉伸变换后的灰度数据的步骤;
[0011] 以图像中原灰度数据为索引,读出存储器对应地址中经拉伸变换的灰度数据并代替原始灰度数据输出的步骤;
[0012] 相应地,本发明的一种任意分辨率视频图像的实时增强系统,包括: [0013] 接收视频图像数据流的输入装置;
[0014] 针对当前场YCbCr空间彩色图像中的Y通道进行直方图统计,并计算该场图像灰度级Xmin和Xmax的装置;
[0015] 存储拉伸变换后的灰度数据的装置;
[0016] 以图像中原灰度数据为索引,读出存储器对应地址中经拉伸变换的灰度数据并代替原始灰度数据输出的装置;
[0017] 与现有技术相比,本发明的特点在于:采用本发明的方法和系统,可以实现任意分辨率视频图像的实时图像数据位数的转换,小灰度目标增强,图像对比度提高和调整图像灰度范围等。在满足任意分辨率视频图像处理基础上,实现了利用当前场图像灰度级最大值和最小值对每场图像进行拉伸处理,并且在处理视频数据格式上有YUV4:2:2和YUV4:4:4两种。附图说明
[0018] 图1任意分辨率视频图像的实时增强方法的实施例流程图
[0019] 图2任意分辨率视频图像的实时增强系统内核的实施例图
[0020] 图3内核装置设置于基于FPGA的视频监视系统中的系统框图

具体实施方式

[0021] 本申请实施例提供一种任意分辨率视频图像的实时增强方法及系统,本申请实施例应用在数字摄像设备(例如,数字摄像机)内,用于对图像进行前端对比度处理。 [0022] 为了使本技术领域的人员更好地理解本申请实施例中的技术方案,并使本申请实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本申请实施例中技术方案作进一步详细的说明。
[0023] 参见图1,为本申请任意分辨率视频图像的实时增强方法的实施例流程图,该方法包括如下步骤:
[0024] 视频图像数据流的输入步骤;
[0025] 针对当前场YCbCr空间彩色图像中的Y通道进行直方图统计,并计算该场图像灰度级Xmin和Xmax的步骤;直方图统计为当前场图像的直方图统计,所述直方图统计即通过使用计数器统计出图像中相同灰度值的像素个数,取图像像素总数的a%(a为整数),按正程累加各灰度级直方图得到与其对应的图像灰度级最小值Xmin,按逆程累加各灰度级直方图得到与其对应的图像灰度级最大值Xmax;
[0026] 存储拉伸变换后的灰度数据的步骤;建立一个灰度存储器,其地址范围与图像原灰度级范围相同,以存储器地址为输入,根据图像拉伸变换公式计算得到与该地址对应的灰度值,将该灰度值存储到与该地址对应的存储单元中,步骤具体包括: [0027] 判断addr是否小于Xmin,若是,则输出灰度Yaddr=0;
[0028] 否则继续判断addr是否小于Kmax,若是,则输出灰度Yaddr,计算公式如下: [0029]
[0030] 否则输出灰度Yaddr=Zmax;
[0031] 其中addr是当前存储器写地址,Yaddr是写到该地址对应存储单元中的灰度值,Zmax是视频图像的输入和输出灰度范围的最大值,即输出图像数据全‘1’对应的最大值;addr初始值为图像灰度的最小值(0),在与Xmin和Xmax比较后,addr自身加1,进行下一次比较,直到addr等于图像灰度的最大值(Zmax)后,停止累加并重新赋为图像灰度的最小值(0); [0032] 以图像中原灰度数据为输入,读出存储器对应地址中的灰度数据并代替原始灰度数据输出的步骤;输入当前场图像数据,将图像数据原始灰度Y(i,j)作为存储器读地址,读出该地址中存储的灰度数据Yaddr,用Yaddr代替Y(i,j),并与Y(i,j)相对应的色度信号Cb、Cr组合输出,其中Y(i,j)表示第i行第j列图像数据的灰度;
[0033] 参见图2,为本申请任意分辨率视频图像的实时增强系统内核的实施例图,该系统内核包括:接收视频图像数据流的输入模,直方图统计及灰度变换模块,灰度存储双口SRAM及灰度映射模块。
[0034] 接收视频图像数据流的输入模块包含接收视频图像数据流的输入装置,把采集的像素数据转化为YUV4:2:2,或者为YUV4:4:4。该数据流分别进入本内核装置及片外外挂存储器,片外外挂存储器是乒乓结构的帧缓存。
[0035] 直方图统计及灰度变换模块包括:针对当前场YCbCr空间中彩色图像的Y通道进行直方图统计,并计算产生当前场图像灰度级最小值Xmin和最大值Kmax的装置及存储拉伸变换后的灰度数据的装置。
[0036] 首先进行针对当前场YCbCr空间中彩色图像的Y通道进行直方图统计工作:直方图统计的是当前场图像的直方图,所述直方图统计是通过使用计数器统计出当前场图像中相同灰度值的像素个数;然后进行计算产生当前场图像灰度级Xmin和Kmax的工作:Xmin为图像灰度级的最小值,Xmax为图像灰度级的最大值,取图像像素总数的a%,按正程累加各灰度级直方图得到与其对应的图像灰度级最小值Xmin,按逆程累加各灰度级直方图得到与其对应的图像灰度级最大值Xmax;最后进行存储拉伸变换后的灰度数据装置的工作:在存储灰度拉伸变换后的灰 度数据装置中,需要建立一个灰度存储器,其地址范围与图像灰度级范围相同,以存储器地址为输入,根据图像拉伸变换公式计算得到与该地址对应的灰度值,将该灰度值存储到存储器的对应的存储单元中,该装置包括:
[0037] 判断addr是否小于Xmin,若是,则输出灰度Yaddr=0;
[0038] 否则继续判断addr是否小于Xmax,若是,则输出灰度Yaddr,计算公式如下: [0039]
[0040] 否则输出灰度Yaddr=Zmax;
[0041] 其中addr是当前存储器写地址,Yaddr是写到该地址对应存储单元中的灰度值,Zmax是视频图像的输入和输出灰度范围的最大值,即输出图像数据全‘1’对应的最大值;addr初始值为图像灰度的最小值(0),在与Xmin和Xmax比较后,addr自身加1,进行下一次比较,直到addr等于图像灰度的最大值(Zmax)后,停止累加并重新赋为图像灰度的最小值(0); [0042] 灰度存储双口SRAM,即为本系统建立的寄存器,用来存储原灰度数据经线性拉伸后的数据,地址范围与图像灰度级范围相同,存储单元为8位。
[0043] 灰度映射模块包括以图像中原灰度数据为输入,读出灰度存储双口SRAM对应地址中的灰度数据并代替原始灰度数据输出的装置及将从灰度存储双口SRAM中读出的灰度数据与相应的色度信号Cb、Cr组合输出装置;输入当前场图像数据,将图像数据原始灰度Y(i,j)作为存储器读地址,读出该地址中存储的灰度数据Yaddr,用Yaddr代替Y(i,j),并与Y(i,j)相对应的色度信号Cb、Cr组合输出;这样能保证这个内核装置输入的是YUV4:2:2(或YUV4:4:4),输出的仍是YUV4:2:2(或YUV4:4:4),供后续视频模块处理。 [0044] 本申请可以在硬件平台上实现,节省硬件资源,能够保证任意分辨率视频图像的实时处理。本申请已经在基于FPGA的硬件平台上得到了较好的实现,参见图3,即为将本内核装置设置于基于FPGA的视频监视系统中的系统框图。
[0045] 虽然通过实例描绘了本申请,本领域普通技术人员知道,本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神,希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。
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