影像处理方法

技术领域

本发明系有关于一种影像处理的演算法，特别是一种针对影像中具有亮点或亮区，或是在低光源环境下所摄得之影像进行前级处理的影像处理方法。

背景技术

按，影像处理系指一种针对图像进行分析、加工、和处理，使其可满足视觉、心理或其他应用层面的技术，一般来说，由于目前大多数的图像皆是透过以数位的方式进行储存，因此，影像处理技术可视为是数位讯号处理在图像领域上的一种运用，更可进一步地与电脑科学、人工智能等领域也构成密切的关系。

一般而言，影像处理技术例如可包含改善影像中的对比，增强影像；或是重新分布影像内的色彩，以充分运用可用的色彩；或是针对阴影处进行移除、加入、或强调等操作，尤其是针对在低光源环境下拍摄所得的影像，一般可针对影像画素中的中间值及高亮度做调整，以达成较好的效果。

举例来说，在低光源或亮度不足的拍摄环境下，使用者极有可能会有拍摄到的照片过暗而无法辨识主体的问题，而为了解决此问题，现有技艺通常必须通过影像处理的方式，调整该影像的亮度，使其可正确辨识影像内容。大抵而言，一般针对在低光源或拍摄环境亮度不足的条件下，若要调整该影像的影像亮度，由于影像系为一资料阵列，现有的处理方式便是透过遍历整个影像(对应该影像之资料阵列)中的像素，透过逐一寻访像素，找出该资料阵列中的亮度极大值与亮度极小值，最后再依照该些极值去调整影像的亮度。

请参照图1A所示，其系为一在低光源或亮度不足的拍摄环境下所摄得之影像，承上所述，传统的影像处理方式是直接分析该影像的亮度，并将其最大值提高至255(8位元影像)，以及将其最小值降低至0，使该张影像不会整体偏暗或偏亮，图2A系为该影像进行亮度调整后的结果。一般而言，由于影像系可视为一资料阵列，假设该资料阵列可预期的数据范围为0x0～0xF，在影像进行处理时，透过扫描该整个资料阵列，并将其扫描资料经由一直方图的统计(其横轴为亮度值，以数位表示为0～F，纵轴为个数)，便可以得到该影像的亮度分布数据，举例来说，图1A为进行影像处理前的图像，图2A为进行图像处理后的图像，通过个别分析该图1A与该图2A影像以撷取到其直方图，会分别如图1B及图2B所示，通过此分析可得到图像处理前、及处理后各自的影像亮度分布。可以看出，图1B的资料分布多是集中于较小亮度数值，导致所呈现的影像在视觉上偏暗；而通过图像处理后，图2B的资料分布虽相较于图1B来得稍为均匀一些，但其亮度值仍特别集中在较小亮度数值一侧，显示出的影像仍然偏暗。

除此之外，值得注意的是，这样的演算法仍然有其缺失存在，也就是若影像中出现有一个以上的亮点时，如：镜片、镜框、玻璃、金属、反光片之反光等，都极有可能会影响到前述影像处理的结果，请配合参阅图3A与图4A所示，其系分别为一具有亮点之影像进行影像亮度调整前、以及影像亮度调整后之图像，如图所示，从区域S1中可以发现有金属反光的痕迹。图3B与图4B系分别对应图3A与图4A为其影像分析所撷取到之直方图数据，由该等直方图可以得知，在影像中具有亮点时，即便在通过传统的图像处理并调整其亮度后，其影像的亮度分布情况仍然并非均匀的，而有集中在亮度数值较低一侧的问题，因此使得该影像，如图4A所陈，亦仍然具有影像过暗且辨识度不佳的缺失存在。

有鉴于此，本申请人系有感于上述缺失之可改善，且依据多年来从事此方面之相关经验，悉心观察且研究之，并配合学理之运用，而提出一种设计新颖且有效改善上述缺失之本发明，其系揭露一种影像处理方法，其系可针对在低光源或亮度不足的拍摄环境下所摄得之影像进行影像处理，使其亮度分度均匀并可具备极佳的辨识度，以下，本申请人系针对本发明具体之架构及实施方式兹提供详细说明如下。

发明内容

为解决习知技术存在的问题，本发明之一目的系在于提供一种影像处理方法，其系针对现行影像处理的演算法作一改良，相较于现有技艺，即使影像中具有亮区或亮点，当应用本发明所公开的影像处理方法后，其系可得到较佳辨识率的影像，并使其影像的亮度分布维持均匀，提供极佳的视觉效果。

本发明之又一目的系在于提供一种适于低光源环境所摄得之影像的前级处理算法，此种前级处理算法的主要目的系在于：改善原始的影像品质，进而使该影像可以更适于后续的处理程序。

本发明之再一目的系在于提供一种影像处理方法，利用此种影像处理方法，更可进一步地结合予一色阶平滑程序或饱和检测步骤，以使输出影像的色彩愈趋自然，提供本发明另一较优化之发明功效。

鉴于以上，本发明所揭露之一种影像处理方法，其系包括以下步骤：首先，输入一原始影像，其中，该原始影像系为一在低光源环境下所摄得之影像，包含一资料阵列的复数个像素；之后，遍历所述原始影像中所有的像素，以设定出至少一阈值；之后，再依据所设定之该至少一阈值产生与其相应的至少一遮罩，并将所产生的遮罩覆掩于原始影像上，以产生一待处理影像；之后，遍历该待处理影像中的资料像素，并自该些资料像素中决定出至少一极值；之后，根据该至少一极值调整待处理影像的亮度后，将遮罩移除，以产生一输出影像。

根据本发明之实施例，其中，在遍历该原始影像之该些像素的步骤中，更包含通过使用一直方图统计并分析该些像素的亮度分布，以决定该至少一阈值。

在本发明的一实施例中，根据本发明所揭露的影像处理方法，其中，当该阈值系为一亮区阈值时，所对应产生的该至少一遮罩系为一亮区遮罩，以利用该亮区遮罩，将所述的原始影像中像素亮度数值高于该亮区阈值者遮没。在此情况下，所述的待处理影像中所决定的极值系为该些资料像素中的一亮度极大值。

在本发明的另一实施例中，根据本发明所揭露的影像处理方法，其中，当该阈值系为一暗区阈值时，所对应产生的该至少一遮罩系为一暗区遮罩，以利用该暗区遮罩，将所述的原始影像中像素亮度数值低于该暗区阈值者遮没。在此情况下，所述的待处理影像中所决定的极值系为该些资料像素中的一亮度极小值。

甚者，在本发明的又一实施例中，根据本发明所揭露的影像处理方法，其中，当该至少一阈值包括一亮区阈值与一暗区阈值时，则所对应产生的该至少一遮罩系包含一亮区遮罩与一暗区遮罩。于此，本发明便可以同时利用该亮区遮罩，将所述的原始影像中像素亮度数值高于该亮区阈值者遮没，亦利用该暗区遮罩，将所述的原始影像中像素亮度数值低于该暗区阈值者遮没。在此情况下，所述的待处理影像中所决定的极值系包括该些资料像素中的一亮度极大值与一亮度极小值。

总括以上，本发明系藉由形成一亮区遮罩、形成一暗区遮罩、抑或是可同时形成暗区遮罩与亮区遮罩，通过这些遮罩的形成，来针对原始影像进行过滤与覆掩，使本发明所揭露之算法仅针对没有被遮罩遮没的部分进行处理，并在处理完毕后移除遮罩，以于后续步骤中产生所得之输出影像。

其中，所述的亮度调整方案，系通过一正规化公式进行调整，根据本发明之实施例，则所述的正规化公式包括

除此之外，本发明所公开之影像处理方法，更可在产生输出影像之前，通过一色阶平滑程序，使该输出影像中原先被遮罩所覆掩的资料像素接近于邻近像素。大抵而言，此一色阶平滑程序的目的系旨在，使输出影像的色彩可愈趋自然，进而避免色彩资料不平滑的问题，在视觉上提供更佳的呈现效果。

更进一步而言，在影像处理该色阶平滑的程序中，更可选择性地包括有一饱和检测步骤，根据该饱和检测步骤，其系将输出影像中超过一饱和值的资料像素，直接设定为该饱和值，其目的在于防止资料像素产生溢位。

缘此，藉由此算法的改良，本发明所揭露之影像处理方法，自然可针对在低光源、亮度不足环境下所拍摄得到的影像，抑或是影像中具有亮点或亮区者，进行有效且完善的前级处理，不仅可供观赏者正确地辨识影像内容，更可控制影像亮度的均匀分布，改善现有技术所存在之诸多缺失。

底下藉由具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本发明之目的、技术内容、特点及其所达成之功效。

附图说明

图1A系为先前技术一进行影像处理前之图像。

图1B系为图1A之图像通过影像分析所撷取到之直方数据图。

图2A系为先前技术一进行影像处理后之图像。

图2B系为图2A之图像通过影像分析所撷取到之直方数据图。

图3A系为先前技术一具有亮点之影像进行影像处理前之图像。

图3B系为图3A之图像通过影像分析所撷取到之直方数据图。

图4A系为先前技术一具有亮点之影像进行影像处理后之图像。

图4B系为图4A之图像通过影像分析所撷取到之直方数据图。

图5系为根据本发明实施例所揭露之影像处理方法的步骤流程示意图。

图6A系为根据本发明一实施例之原始影像的示意图。

图6B系为根据本发明一实施例之亮区遮罩的示意图。

图6C系为根据本发明一实施例之待处理影像的示意图。

图6D系为根据本发明一实施例之调整影像的示意图。

图6E系为根据本发明一实施例之处理后影像的示意图。

图7A系为根据本发明一实施例在进行色阶平滑程序前的影像示意图。

图7B系为根据本发明实施例之影像处理方法更包括色阶平滑程序的步骤流程示意图。

图7C系为根据本发明一实施例在进行色阶平滑程序后的影像示意图。

图8A系为应用本发明所揭露之影像处理方法所得到之影像结果示意图。

图8B系为根据图8A所使用之遮罩的示意图。

图8C系为图8A之图像通过影像分析所撷取到之直方图。

附图标记：

10…原始影像

12…亮区遮罩

14…待处理影像

16…调整影像

20…处理后影像

22…输出影像

S1…区域

R1…区域

P1…区域

P2…区域

S501,S503,S505,S507,S509,S510,S511…步骤

具体实施方式

以上有关于本发明的内容说明，与以下的实施方式系用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的专利申请范围更进一步的解释。有关本发明的特征、实作与功效，兹配合图式作较佳实施例详细说明如下。

为了改良先前技术所提，由于传统的影像处理演算法无法针对在低光源环境下所摄得的图像进行有效的影像处理；本发明遂针对此等缺失提出一种较佳的改良设计，其系为一种影像处理方法。其中，为了能更佳地理解本发明所述之技术内容，首先请配合参阅图5所示，其系为根据本发明一实施例所述之影像处理方法的步骤流程图，包括下列步骤S501、S503、S505、S507、S509及S511。

步骤S501：输入一原始影像，原始影像系为一资料阵列并包含复数个像素。

步骤S503：遍历该原始影像之像素，以设定至少一阈值。

步骤S505：依据该至少一阈值产生相对应的遮罩，并将该遮罩覆掩于原始影像上，产生一待处理影像。

步骤S507：遍历该待处理影像中的资料像素，并决定至少一极值。

步骤S509：根据该至少一极值调整待处理影像的亮度后，移除遮罩。

步骤S511：产生一输出影像。

以下，本发明将逐一根据该些步骤配合相应之实施例，据此提供详细之技术说明如后。

请参照图6A所示，其系为根据本发明实施例之一原始影像10之示意图。其中，该原始影像10系为一资料阵列(M行×N列)，该原始影像10包含复数个像素，在此实施例中，M＝4，N＝4，原始影像10包含16个像素。本发明系先于步骤S501中输入该原始影像10。之后，根据步骤S503，遍历该原始影像10中的所有像素，以设定至少一阈值。在此步骤S503中，本发明系通过使用一直方图统计并分析该些像素的亮度分布，以决定出所需设定的阈值为何，一般来说，阈值的设定会在此一「遍历像素」步骤时决定，由于该步骤系藉由进行影像像素的直方图分析，并且，基于该统计所得的直方图，其横轴系为影像像素的亮度数值，纵轴为个数，因此可以经统计分析后得到影像亮度的分布图，并自其中撷取出最亮像素与最暗像素，最后再依照相机特性，自动设定适当的阈值。

根据本发明之一实施例，假设本发明扫描并遍历原始影像10后设定要处理：像素亮度值小于“8”的资料，此时该阈值系设定为“8”，之后，如步骤S505所示，依据该阈值“8”产生对应的遮罩，根据本发明之实施例，其中，遮罩的用途系在于排除特定资料，使演算法仅处理其他资料。藉由遮罩影像的过滤，演算法可以仅处理没有被遮罩遮没的影像像素值。

举例来说，当输入的原始影像10，其资料阵列大小为M×N，因此所形成的遮罩阵列也会是M×N，根据本发明所公开之遮罩，其M×N阵列系以二值布尔数形式呈现之，仅包含0(true)或F(false)两种状态，且阵列之内容值系先预设全为F。当本实施例欲针对像素亮度值小于“8”的资料进行处理时，此时该阈值“8”系定义为一亮区阈值，并根据该亮区阈值“8”产生一亮区遮罩，以将亮度值“8”以上的像素遮没，而仅处理亮度值“8”以下的像素。具体而言，本算法系逐一检测原始影像10中的所有像素，并将该像素之亮度数值高于该亮区阈值“8”者设定为0，该像素之亮度数值未超过该亮区阈值“8”者设定为F，形成如本发明图6B所示之亮区遮罩12。

详细而言，根据本发明之实施例，则所述产生亮区遮罩12的步骤主要系依据下列公式(1)，其中，x：第几个行，x＜M；y：第几个列，y＜N；P(x,y)：原始影像10中第x行第y列的被检测资料；Threshold

P

缘此，在形成该亮区遮罩12之后，再将该亮区遮罩12覆掩于原始影像10上以产生一待处理影像。根据本发明之实施例，其系通过将原始影像10与亮区遮罩12进行逻辑交集的运算，以得到新的待处理阵列，也便是图6C所示的待处理影像14。接着，如步骤S507所示，本发明续针对待处理影像14进行其中像素的遍历及查访，以决定出其中的一极值。在本实施例中，由于主要是经由产生的亮区遮罩12，将所述的原始影像10中像素亮度数值高于该亮区阈值者遮没，使演算法可针对像素亮度数值小于亮区阈值者进行处理，因此在步骤S507中所决定的极值则系为待处理影像14中资料像素的一亮度极大值：“7”。

随后，本发明接续执行步骤S509，以根据此极值去调整待处理影像14的亮度。其中，该待处理影像14的亮度系可以通过一正规化公式进行调整，该正规化公式如下式(2)所陈，其中，P系为该待处理影像14之资料，每一笔资料的亮度数值系介于0～R之间，P

亦或是，在本实施例中，通过在步骤S507所决定的亮度极大值为“7”之后，本发明亦可选择藉由平移调整亮度至一目标值“15”，来达到调整影像亮度的目的。承前例来说，由遍历及寻访待处理影像14后，算法系设定“7”为其中之一亮度极大值，而为了调整到目标值“15”需要再加“8”，因此透过平移调整，将待处理影像14中的资料像素各平移调整加上8，得到如图6D所示之调整影像16。之后，再将亮区遮罩12移除，以得到一个新的资料阵列，也便是图6E产生的处理后影像20。

综上所述，以上本发明藉由产生之遮罩为亮区遮罩12之实施例，其算法执行的步骤在影像处理的意义上，系为：增加特定区域(即原始影像10中的暗区，也就是未被亮区遮罩12所遮没处)的影像亮度。根据本发明所揭露的处理方法，亦可应用于产生一暗区遮罩，以利用暗区遮罩的生成来降低特定区域的影像亮度。若同样以图6A之原始影像10为例，根据本发明之另一实施例，当本演算法欲针对像素亮度数值大于“2”的资料进行处理时，此时步骤S503中的阈值系设定为“2”，并将其阈值“2”定义为一暗区阈值，之后，根据该暗区阈值“2”产生一暗区遮罩，大抵而言，暗区遮罩系将原始影像10中像素亮度数值低于该暗区阈值者遮没，使演算法可针对像素亮度数值高于暗区阈值者进行处理，也便是将亮度数值“2”以下的像素遮没，而仅处理亮度数值“2”以上的像素。具体而言，产生暗区遮罩的原理基本上系如同本发明前述产生亮区遮罩12者相似，该暗区遮罩亦会包含以二值布尔数形式呈现的MxN阵列，其内容值皆预设为F。之后，依据下列公式(3)产生一暗区遮罩P

P

之后，同样地利用暗区遮罩覆掩于原始影像上产生待处理影像，再接着进行步骤S507～S509。与前一实施例不同的是，在使用暗区遮罩时，其中待处理影像经遍历后所决定的极值会是一亮度极小值，在此实施例中即为“1”。最后，根据该极值“1”调整待处理影像的亮度，并在移除暗区遮罩后，产生处理后影像。

更进一步而言，根据本发明之再一实施例，本发明所揭露之影像处理方法亦可同时形成有所述的亮区遮罩与暗区遮罩，在此再一实施例中，步骤S503中所设定的阈值则同时包含有所述的亮区阈值与暗区阈值，以进一步地根据该亮区阈值产生亮区遮罩，以及根据该暗区阈值产生暗区遮罩。值得一提的是，亮区遮罩与暗区遮罩的产生并无先后顺序的差异，且亮区遮罩与暗区遮罩在产生的过程中并不会互相影响，亦不会重叠，其原理在于：亮区遮罩的激励像素来自于「像素值>亮区阈值」，而暗区遮罩的激励像素则是来自于「像素值<暗区阈值」。举例来说，若一像素的亮度数值高于亮区阈值时，亮区遮罩相对应的P

x：第几个行；y：第几个列；M：最大的行数值；N：最大的列数值；P(x,y)：第x行第y列的被检测资料；Threshold

之后，根据亮区遮罩与暗区遮罩覆掩于原始影像，以产生待处理影像。并接着在步骤S507中决定出极值，在此情况下，则该极值必须包含一亮度极大值与一亮度极小值，之后，在步骤S509中根据像素的亮度极大、极小值套用公式(2)进行影像亮度的正规化，之后再移除亮区遮罩与暗区遮罩产生处理后影像。

在此须说明的是，鉴于上述本发明所揭之诸多实施例，显见根据本发明所教示之技术方案，本领域具通常知识者当可在其实际实施层面上自行变化其设计，而皆属于本发明之发明范围。本发明在前述段落中所列举出之数个示性例，其目的是为了善加解释本发明主要之技术特征，而使本领域人员可理解并据以实施之，唯本发明当不以该些示性例为限。

另一方面而言，详细来看，根据本发明自步骤S509移除遮罩后所得到的处理后影像20中，由于没有处理色阶平滑，因此影像会有不自然的现象发生，如图7A的区域R1所示，原本应该要逐渐增亮的部分却呈现亮一块、暗一块的不自然亮度。有鉴于此，本发明所揭露之影像处理方法更可包含一色阶平滑程序，如图7B之流程图所示，该色阶平滑程序即对应步骤S510，以在步骤S511产生最终的一输出影像之前执行。根据本发明之实施例，此色阶平滑程序主要系针对该处理后影像20中原先被遮罩所覆掩的资料像素进行调整，其操作色阶平滑后的结果会如图7C所示，可以明显看出：此色阶平滑程序系使输出影像22中原先被遮罩所覆掩的资料像素可接近于邻近像素，在视觉上，输出影像22中区域R1的像素亮度可以变得较为平滑，且皆与邻近像素接近。

除此之外，根据本发明所公开之色阶平滑程序中，其亦可包括有一饱和检测步骤，所述的饱和检测可视为「色阶平滑」其中的一个逻辑项目，此饱和检测步骤本身是为了防止资料溢位现象的发生。举例来说，如八位元暂存器的最大无号数可表示为255，但是128+128在八位元暂存器将得到0，因为资料产生溢位。有鉴于此，本发明所揭露之影像处理方法，其系可进一步通过此饱和检测步骤，直接将输出影像22中超过一饱和值的资料像素设定为该饱和值，以防止资料像素产生溢位的问题。承本发明前述所公开的实施例而言，则该饱和值系可预设为15，以将输出影像22之资料阵列中的值大于15者，直接设定为15，以防止像素溢位造成后续数位讯号处理的谬误。

缘此，基于本发明所公开的影像处理方法及其演算法的改良，请配合参阅图8A所示，其系为应用本发明所揭露之影像处理方法所得到之影像结果示意图，其原始影像系为图3A具有亮点之图像。通过本发明影像处理方法所使用的遮罩则如图8B所示，参阅该些图式，可以看出区域P1与区域P2系各自为原始影像中具有一金属反光与纸张过曝的区块，通过图8B遮罩的遮没后，最后经影像处理成像及亮度调整为图8A之影像，可以显见的是，即便原始影像中有反光区或反光点也不至于影响最终输出影像的质量。图8C系为图8A之图像通过影像分析所撷取到之直方图，通过该直方图分析，亦可以明显看出通过本发明之影像处理方法，可使影像的亮度达到均匀分布，亦呈现常态分布，进一步证实本发明之发明功效。

鉴于以上所述，可明显观之，相较于习知技术，本发明所揭露之影像处理方法实属创新，并可有效解决先前技术中传统的影像处理算法无法针对在低光源环境下所摄得的图像进行影像处理的问题。根据本发明所教示之影像处理方法，其系可应用于在一低光源环境下所摄得之原始影像，并经由本发明所揭露的算法，可有效地调整影像亮度，控制亮度的均匀分布，并使影像内容维持色彩平滑，使观赏者可轻易分辨影像内容，实现本发明较优化之发明功效。

综上所述，根据本发明所揭露之技术方案，确实具有极佳之产业利用性及竞争力。显见本发明所揭露之技术特征、方法手段与达成之功效系显著地不同于现行方案，实非为熟悉该项技术者能轻易完成者，故应具备有专利要件。