《电影对比度色度自动增强方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电影对比度色度自动增强方法.pdf（12页完整版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 102427538 A (43)申请公布日 2012.04.25 C N 1 0 2 4 2 7 5 3 8 A *CN102427538A* (21)申请号 201110304673.2 (22)申请日 2011.10.10 H04N 9/64(2006.01) (71)申请人上海交通大学 地址 200240 上海市闵行区东川路800号 (72)发明人许洪腾 杨小康 刘婧 陈立 (74)专利代理机构上海汉声知识产权代理有限 公司 31236 代理人郭国中 (54) 发明名称 电影对比度色度自动增强方法 (57) 摘要 本发明公开一种电影对比度色度自动增强方 法，步骤。
2、为：读取视频中同一场景的帧图像序列 ，计算每一帧的明通道图像和暗通道图像；对暗 通道图像进行直方图分析，判断是否需要进行对 比度增强；对明通道图像进行来源分析，判断是 否需要进行色度增强；若需要进行对比度色度增 强，则通过原始图像和明、暗通道图像进行透射率 估计；根据明通道和暗通道确定透射率的阈值； 进行对比度色度增强。本发明根据电影胶片的退 化原理，可用于自动判别电影是否需要进行对比 度、色度增强并对需要增强的图像进行自动增强。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 4 页 CN 102427546 A 。
3、1/2页 2 1.一种电影对比度色度自动增强方法，其特征在于，包括以下步骤： 第一步、读取视频中同一场景的帧图像序列，计算每一帧帧的明通道图像和暗 通道图像；表示第t帧图像； 第二步、对暗通道图像进行直方图分析，判断是否需要进行对比度增强； 第三步、对明通道图像进行来源分析，判断是否需要进行色度增强； 第四步、若需要进行对比度色度增强，则通过原始图像和明、暗通道图像进行透射率估 计； 第五步、根据明通道和暗通道确定透射率的阈值； 第六步、进行对比度色度增强。 2.根据权利要求1所述的电影对比度色度自动增强方法，其特征是，第一步中：所述的 明通道图像，是将分割成3乘3乘3的块，对每一块的RGB三。
4、通道求最大值，再从 这三个值中求得最大值，记录它来自哪个通道，并将其赋值给中心位置的元素； 所述的暗通道，是将分割成3乘3乘3的块，对每一块的RGB三通道求最小值，再从 这三个值中求最小值，记录下它来自哪个通道，并将其赋值给中心位置的元素，表示图像 帧序号，为中心像素位置；z为RGB三通道的序号。 3.明、暗通道图，中位置处的像素值表示为，：则 ，min（）表示最小化操作符，max（） 表示最大化操作符。 4.根据权利要求1所述的电影对比度色度自动增强方法，其特征是，第二步中：对t 帧图像生成的t张暗通道图进行直方图分析，得到t张直方图，若t张直方图的平均方差 ，则判为需要进行对比度增强； 所。
5、述直方图为统计图像中各像素值出现次数的统计图像；所述T为判别是否需要进行 对比度增强的阈值； 所述平均方差为； 若需要进行对比度增强，则生成与同一尺寸的背景光源图像A，当前所述背景光源图 像为白光图像。 5.根据权利要求1所述的电影对比度色度自动增强方法，其特征是，第三步中：对明通 道图像中各像素值的来源通道进行统计，记所占比例值为，若来源于某个通道 的比例很低，则判为需要进行色度增强，且按如下规则修改A： ； 所述i，j=R，G，B对应RGB三通道，表示对应A某一通道的值。 6.根据权利要求1所述的电影对比度色度自动增强方法，其特征是，第四步中：所述透 权 利 要 求 书CN 1024275。
6、38 A CN 102427546 A 2/2页 3 射率p由如下胶片退化模型定义： 其中为实际观测到的退化后的图像，为理想的未退化的图像，若图像需要进行对 比度增强则A为多余的白光；若图像需要进行色度增强则A为多余的白光分量加上某一色 光分量的偏置，透射率用于控制A进入的比例，越小，说明图像退化的越厉害； 根据权利要求1或5所述的电影对比度色度自动增强方法，其特征是，第四步中：所述 透射率估计分为如下两个步骤： 1）透射率初步估计 其中表示（x，y）位置处的透射率，表示第t帧退化图像中中心位置为（x，y） 的5乘5乘3的图像块，表示第t帧理想图像中中心位置为（x，y）的5乘5乘3的图 像块，。
7、表示退化图像的暗通道图像对应（x，y）位置处的值，表示理想图像的暗通 道图像对应（x，y）位置处的值，因为理想图像的色彩饱和度高，的值趋近于零； 2）透射率下限估计: 明通道图像与暗通道图像的平均绝对误差e决定透射率的下限 ； 其中|为绝对值操作符。 7.根据权利要求1所述的电影对比度色度自动增强方法，其特征是，第五步中：按如下 公式估计理想图像，得到增强后的结果： 所述为背景光源图像A在z通道（x，y）位置处的像素值，所述为第t帧图 像在z通道（x，y）位置处的像素值，为第t帧增强图像在z通道（x，y）位置处的像素 值，为对应（x，y）位置处的透射率。 权 利 要 求 书CN 1024275。
8、38 A CN 102427546 A 1/5页 4 电影对比度色度自动增强方法 技术领域 0001 本发明涉及的是一种图像和视频处理技术领域的系统，具体是一种基于胶片退化 原理的电影对比度色度自动增强方法。 背景技术 0002 电影艺术是人类文化的重要体现和人类文明的宝贵财富。我们有义务尽力去保护 并传承优秀的电影作品。电影的数字化就是其中最主要的保护方式。传统电影以胶片的形 式保存，对保存环境的要求较苛刻。随着环境的温度和湿度变化，胶片上的化学涂层会出现 氧化现象，导致亮度和色彩失真，严重的还会出现霉斑。此外，胶片电影会随着播放次数的 增长出现划痕，色彩退化的现象。相比传统的电影胶片，数字。
9、化的电影作品，具有便于携带， 便于网络传播，存储方式对环境变化不明感，可大量反复播放等优点，极大地延长了电影的 寿命。但是对于年代久远的电影作品，其胶片上已经出现了上述退化现象。所以在数字化 之后，我们还要对其进行进一步修复。 0003 经过对现有技术的文献检索发现，现有的方法有两大类：一种是简单的直方图均 衡、校正。例如Yeong-Taeg Kim在IEEE Transactions on Consumer Electronics（电 气与电子工程师协会消费电子类期刊）第43卷第1期的第1页至第8页发表的“Contrast enhancement using brightness prese。
10、rving bi-histogram equalization”就是这种方法 的代表。这种方法的自动化程度高，但是在增强时缺乏理论依据，实际结果往往无法符合主 观感受。更糟糕的是对于不同帧直方图均衡的结果不同会导致生成的视频序列会有帧间闪 烁，严重降低视频质量。另一种方法是在RGB三通道上由人工进行校正。这种方法得到的 结果符合人的主观感受，效果好，但是劳动力成本很高。目前，老电影的对比度和色度增强 基本由人工完成，采用一种自动化程度更高但是效果不逊色于人工增强的系统将极大地减 少人工的工作量，节约成本。上述的两种方法都存在缺乏理论依据，没有良好模型作为基础 的缺点。 0004 Kaiming。
11、 He等人在IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition 2009（电气与电子工程师协会2009年度计算机视觉与模式识别大会）的第 1956页至第1963页发表的“Single image haze removel using dark channel prior”中 提出了一种基于图像暗通道的去雾方法，有效的去除了图像中多余的白光成分。考虑到电 影胶片退化的特性之一就是胶片涂层脱落、变性导致对不同通道的色光吸收能力变弱，使 得多余的白光分量通过胶片造成对比度下降。此外，由于胶片的最表层的涂层对应图像的 蓝色通道。随着时间。
12、推移，这个通道的退化较另外两个更加严重，造成图像整体因白光渗入 变灰的同时整体变红。根据上述胶片退化原理，本发明设计一种自适应的方法去除电影中 多余的白光分量同时进行色度增强。 发明内容 0005 本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于胶片退化原理和暗通道模型 说 明 书CN 102427538 A CN 102427546 A 2/5页 5 的电影对比度色度自动增强方法。本发明根据电影胶片的退化原理，结合暗通道模型将胶 片中多余的白光成分有效地去除，并提出了基于明暗通道的参数自适应选择，实现了电影 对比度色度的自动增强，克服了直方图自动增强造成的帧间闪烁问题。 0006 本发明是通过。
13、以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤： 第一步、读取视频中同一场景的帧图像序列，计算每一帧帧的明通道图像和暗 通道图像；表示第t帧图像。 0007 第二步、对暗通道图像进行直方图分析，判断是否需要进行对比度增强。 0008 第三步、对明通道图像进行来源分析，判断是否需要进行色度增强。 0009 第四步、若需要进行对比度色度增强，则通过原始图像和明、暗通道图像进行透射 率估计。 0010 第五步、根据明通道和暗通道确定透射率的阈值。 0011 第六步、进行对比度色度增强。 0012 本发明考虑到电影胶片退化的特性之一就是胶片涂层脱落、变性导致对不同通道 的色光吸收能力变弱，使得多余的白光分量通。
14、过胶片造成对比度下降。此外，由于胶片的最 表层的涂层对应图像的蓝色通道。随着时间推移，这个通道的退化较另外两个更加严重，造 成图像整体因白光渗入变灰的同时整体变红。根据上述胶片退化原理，结合暗通道模型将 胶片中多余的白光成分有效地去除，并提出了基于明暗通道的参数自适应选择，实现了电 影对比度色度的自动增强。 附图说明 0013 图1是本发明实施例流程图； 图2是本发明实施例暗通道图像的示意图；其中：图a为原图，图b为暗通道图像； 图3是本发明实施例明通道图像的示意图；其中：图a为原图，图b为明通道图像； 图4是本发明实施例暗通道直方图分析示意图；其中：图a为对应暗通道图像，图b为 暗通道图像直。
15、方图示意图； 图5是本发明实施例明通道来源通道分析示意图；其中：图a为原图，图b不同灰度代 表不同RGB通道； 图6是本发明实施例灰度图像增强结果的比较图；其中：图a为原图，图b为黑白图像 增强效果示意图； 图7是本发明实施例彩色图像增强结果的比较图；其中：图a为原图，图b为彩色图像 增强效果示意图。 具体实施方式 0014 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提进行实 施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。 0015 实施例： 第一步、读取视频中同一场景的帧图像序列，计算每一帧帧的明通道图像和暗 通道图像；表示第t帧图像； 说。
16、 明 书CN 102427538 A CN 102427546 A 3/5页 6 所述的明通道图像，是将分割成3乘3乘3的块，对每一块的RGB三通道求最 大值，再从这三个值中求得最大值，记录它来自哪个通道，并将其赋值给中心位置的元素。 0016 所述的暗通道，是将分割成3乘3乘3的块，对每一块的RGB三通道求最小值， 再从这三个值中求最小值，记录下它来自哪个通道，并将其赋值给中心位置的元素。t表示 图像帧序号，为中心像素位置。 0017 明、暗通道图，中位置处的像素值表示为，：则 ，。min（）表示最小化操作符。max（） 表示最大化操作符。 0018 明、暗通道图详见图2、3。 0019 第。
17、二步、对t帧图像生成的t张暗通道图进行直方图分析，得到t张直方图。若t 张直方图的平均方差，则判为需要进行对比度增强。 0020 所述直方图为统计图像中各像素值出现次数的统计图像。 0021 所述T为判别是否需要进行对比度增强的阈值。 0022 所述平均方差为 。 0023 若需要进行对比度增强，则生成与同一尺寸的背景光源图像A。当前所述背景光 源图像为白光图像。 0024 直方图分析示意详见图4。 0025 第三步、对明通道图像中各像素值的来源通道进行统计。记所占比例值为 。若来源于某个通道的比例很低，则判为需要进行色度增强。且按如下规则 修改A 。 0026 所述i，j=R，G，B对应RG。
18、B三通道。表示对应A某一通道的值。来源通道统计 图如图5所示。 0027 第四步、根据原始图像和明、暗通道图像进行透射率估计。所述透射率p由如下胶 片退化模型定义： 其中为实际观测到的退化后的图像，为理想的未退化的图像。若图像需要进行对 比度增强则A为多余的白光；若图像需要进行色度增强则A为多余的白光分量加上某一色 光分量的偏置。透射率用于控制A进入的比例。越小，说明图像退化的越厉害。 0028 所述透射率估计分为如下两个步骤：（1）透射率初步估计 说 明 书CN 102427538 A CN 102427546 A 4/5页 7 其中表示（x，y）位置处的透射率。表示第t帧退化图像中中心位置。
19、为（x， y）的3乘3乘3的图像块。表示第t帧理想图像中中心位置为（x，y）的3乘3乘3 的图像块。表示退化图像的暗通道图像对应（x，y）位置处的值。表示理想图像的 暗通道图像对应（x，y）位置处的值。因为理想图像的色彩饱和度高，的值趋近于零。 0029 （2）透射率下限估计: 明通道图像与暗通道图像的平均绝对误差e决定透射率的下限 。 0030 其中|为绝对值操作符。 0031 第五步、按如下公式估计理想图像，得到增强后的结果： 。 0032 所述为背景光源图像A在z通道（x，y）位置处的像素值。所述为第t 帧图像在z通道（x，y）位置处的像素值。为第t帧增强图像在z通道（x，y）位置处 的。
20、像素值。为对应（x，y）位置处的透射率。增强结果详见图6、7。 0033 实施效果 依据上述步骤，对中国电影档案馆的4部电影，16个片段序列进行修复实验。图像尺寸 为1536乘2048。所有实验均在PC计算机上实现，该PC计算机的主要参数为：中央处理器 2 Duo CPU E6600 2.40GHz, 内存3GB。软件平台：MATLAB。 0034 增强结果为： 平均用时143.273秒每帧（彩色图像）。 0035 系统流程如图1所示。 0036 本实施例获得的增强结果为： 平均修复用时148.301秒每帧。 0037 其中，生成暗通道图像用时为21.447秒每帧； 说 明 书CN 10242。
21、7538 A CN 102427546 A 5/5页 8 生成明通道图像用时为19.289秒每帧； 用于直方图分析的时间为9.721秒每帧； 用于来源通道的时间为5.129秒每帧； 用于透射率估计的用时为63.562秒每帧； 用于对比度色度增强的用时为29.153秒每帧。 0038 增强结果如图6、7所示。 0039 与现有技术相比，本发明不同于简单的直方图均衡，从胶片退化的原理出发，使得 对比度和色度增强的结果更为符合人的主观感受，且避免了帧间闪烁。更重要的是，系统的 参数不需要人工调节，使得系统实现了电影的自动化对比度和色度增强。 说 明 书CN 102427538 A CN 102427546 A 1/4页 9 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102427538 A CN 102427546 A 2/4页 10 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102427538 A CN 102427546 A 3/4页 11 图5 图6 说 明 书 附 图CN 102427538 A CN 102427546 A 4/4页 12 图7 说 明 书 附 图CN 102427538 A 。