[实用新型]一种基于最大最小值进行动态视频层次处理的装置

摘要

本实用新型提供一种基于最大最小值进行动态视频层次处理的装置，其包含电路连接的亮度输入电路、统计电路、极值跳变重置电路、拉伸极值运算电路、拐点运算电路、亮度映射电路和亮度输出电路；该拉伸极值运算电路和拐点运算电路还分别与拉伸系数输入电路连接。本实用新型提供的基于最大最小值进行动态视频层次处理的装置，避免图像层次丢失，同时增加了图像的对比度；该装置在较暗的场景里，会适当的抬高图像的亮度，使可见的细节更多，在较亮的场景里，会适当地降低画面亮度，缓和过饱和的场景，而在一般的场景中，会拉伸视频图像的对比度，使黑的更黑，白的更白。

主权项

1.一种基于最大最小值进行动态视频层次处理的装置，其特征在于，包含：一亮度输入电路(1)，计算输入的视频图像的亮度图，得到图像的亮度信息函数f(i，j)，代表在图像第i行第j列的像素点的亮度信息；一统计电路(2)，其输入端连接亮度输入电路(1)的输出端，该统计电路(2)包含依次通过电路连接的：一图像亮度均值计算器，其由亮度累加器(201)、像素个数累加器(202)和除法器(203)组成，计算整幅图像的亮度均值M；一最高亮度检测器(204)，用于计算一场图像的亮度最大值Max1；一最低亮度检测器(205)，用于计算一场图像的亮度最小值Min1；所述的除法器(203)还连接存储器(206)，该存储器(206)存储亮度均值M，所述的最高亮度检测器(204)还连接存储器(207)，该存储器(207)存储亮度最大值Max1；所述的最低亮度检测器(205)还连接存储器(208)，该存储器(208)存储亮度最小值Min1；一极值跳变重置电路(3)，其输入端连接统计电路(2)的输出端，用于检测在连续过渡场景中最大值和最小值是否发生跳变，如果发生跳变，则重置最大值和最小值；所述的极值跳变重置电路(3)包含一比较器(301)、一极值保持模块(302)和一极值重置模块(303)；所述的比较器(301)从统计电路(2)的存储器(206、207、208)中取出上一场图像的灰度级的最大值Pre_Max、最小值Pre_Min以及亮度均值Pre_M，并与统计电路(2)最新计算得到的本场图像的实际灰度最大值Max1和实际灰度最小值Min1以及亮度均值M进行比较；如果所述的图像的实际灰度最大值Max1和最小值Min1与上一场图像的最大值Pre_Max、最小值Pre_Min比较没有发生跳变，则比较器(301)输出极值保持触发信号；如果所述的图像的实际灰度最大值Max1和实际灰度最小值Min1与上一场图像的相应数据比较突然发生跳变，且图像亮度均值Pre_M与M相差很小，说明是同一场景出现了新的最大最小值，则比较器(301)输出极值重置触发信号；所述的极值保持模块(302)的输入端连接比较器(301)的输出端，另一个输入端连接统计电路的输出端，该模块在收到极值保持触发信号后，进行如下赋值操作：Max＝Max1，Min＝Min1；所述的极值重置模块(303)的输入端连接比较器(301)的输出端，另一个输入端连接统计电路(204、205、207、208)的输出端，包含电路连接的四组重置模块；该极值重置模块在收到极值重置触发信号后，通过四组重置模块保留上一场图像的灰度最大值Pre_Max和最小值Pre_Min，使当前场图像的Max和Min缓慢过渡，得到过渡后的图像灰度最大值Max和最小值Min：$\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{Max}=\mathrm{Pre}\_\mathrm{Max}+d& \mathrm{Max}1>\mathrm{Pre}\_\mathrm{Max}\\ \mathrm{Max}=\mathrm{Pre}\_\mathrm{Max}-d& \mathrm{Max}1<\mathrm{Pre}\_\mathrm{Max}\\ \mathrm{Min}=\mathrm{Pre}\_\mathrm{Min}+d& \mathrm{Min}1>\mathrm{Pre}\_\mathrm{Min}\\ \mathrm{Min}=\mathrm{Pre}\_\mathrm{Min}-d& \mathrm{Min}1<\mathrm{Pre}\_\mathrm{Min}\end{array}\right.;$ 其中，d是小的正数；一拉伸系数输入电路(4)，输入对比度拉伸系数k；一拉伸极值运算电路(5)，其输入端连接极值跳变重置电路(3)和拉伸系数输入电路(4)的输出端，该电路计算对比度增强后的图像的灰度级最大值Max′和最小值Min′；所述的拉伸极值运算电路(5)包含一拉伸幅度运算模块(501)和一极值拉伸模块(502)；所述的拉伸幅度运算模块(501)的输入端连接极值跳变重置电路(3)，该模块计算对图像的灰度级最小值Min的对比度增强拉伸幅度d1和对图像的灰度级最大值Max的对比度增强拉伸幅度d2： d1＝k×(Min-L)×(Max-Min) d2＝k×(H-Max)×(Max-Min)；其中，k是对比度拉伸系数；H是亮度空间最大容许值；L是亮度空间最小容许值；所述的极值拉伸模块(502)计算图像进行对比度增强拉伸后的灰度级最小值Min′和灰度级最大值Max′： Min′＝Min-d1 Max′＝Max+d2；一拐点运算电路(6)，其输入端连接统计电路(2)、极值跳变重置电路(3)和拉伸系数输入电路(4)的输出端，计算拐点A(Yin1，Yout1)和B(Yin2，Yout2)；Yin1，Yin2为需要进行亮度拉伸的区域，应分别位于图像亮度均值M的两边： Yin1＝M-a1 Yin2＝M+a2；其中，a1，a2是需要拉伸的幅度，其取值应确保计算得到的Yin1，Yin2在[Min，Max]的范围之内；Yout1，Yout2为输出图像对应的拉伸区域的拐点，应分别位于图像亮度均值M的两边，定义：${\mathrm{Yout}}_1=(1+k\times \frac{(H-L+\mathrm{Max}+\mathrm{Min})}{C_1}){\mathrm{Yin}}_1-\frac{k\times (\mathrm{Min}-L)}{C_2}-(d_1-d_2+C_3\times k+k\times M\times C_4)\times \frac{(\mathrm{Max}-\mathrm{Min})\times M}{C_6};$ ${\mathrm{Yout}}_2=(1+k\times \frac{(H-L+\mathrm{Max}+\mathrm{Min})}{C_1}){\mathrm{Yin}}_2-\frac{k\times (\mathrm{Min}-L)}{C_2}-(d_1-d_2+C_3\times k+k\times M\times C_5)\times \frac{(\mathrm{Max}-M)}{C_7};$ 其中，C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7均为预先设定的正数，共同确定拐点A和B的位置；一亮度映射电路(7)，其输入端连接亮度输入电路(1)、拉伸极值运算电路(5)和拐点运算电路(6)的输出端，对原始亮度图进行灰度映射；该亮度映射电路包含比较器(701)、一类映射模块(702)、二类映射模块(703)和三类映射模块(704)；所述的比较器(701)对于当前场图像中的每个像素点的亮度f(i，j)进行筛选，当f(i，j)∈[Min，Yin1)时，输出一类映射触发信号；当f(i，j)∈[Yin1，Yin2)时，输出二类映射触发信号；当f(i，j)均不属于上述两种情况时，输出三类映射触发信号；所述的一类映射模块(702)的输入端连接比较器(701)的输出端，该模块在收到一类映射触发信号后，对亮度图进行映射变换，得到对比度增强后的图像fout(i，j)：$f_{\mathrm{out}}(i,j)=\frac{{\mathrm{Yout}}_1-{\mathrm{Min}}^{\prime }}{{\mathrm{Yin}}_1-\mathrm{Min}}\times f(i,j)+\frac{{\mathrm{Min}}^{\prime }\times {\mathrm{Yin}}_1-\mathrm{Min}\times {\mathrm{Yout}}_1}{{\mathrm{Yin}}_1-\mathrm{Min}};$ 所述的二类映射模块(703)的输入端连接比较器(701)的输出端，该模块在收到二类映射触发信号后，对亮度图进行映射变换，得到对比度增强后的图像fout(i，j)：$f_{\mathrm{out}}(i,j)=\frac{{\mathrm{Yout}}_2-{\mathrm{Yout}}_1}{{\mathrm{Yin}}_2-{\mathrm{Yin}}_1}\times f(i,j)+\frac{{\mathrm{Yin}}_2\times {\mathrm{Yout}}_1-{\mathrm{Yin}}_1\times {\mathrm{Yout}}_2}{{\mathrm{Yin}}_2-{\mathrm{Yin}}_1};$ 所述的三类映射模块(704)的输入端连接比较器(701)的输出端，该模块在收到三类映射触发信号后，对亮度图进行映射变换，得到对比度增强后的图像fout(i，j)：$f_{\mathrm{out}}(i,j)=\frac{{\mathrm{Max}}^{\prime }-{\mathrm{Yout}}_2}{\mathrm{Max}-{\mathrm{Yin}}_2}\times f(i,j)+\frac{\mathrm{Max}\times {\mathrm{Yout}}_2-{\mathrm{Max}}^{\prime }\times {\mathrm{Yin}}_2}{\mathrm{Max}-{\mathrm{Yin}}_2}.$