应用于CMOS图像传感器的图像画质增强和滤波方法与流程

技术特征：

1.一种应用于CMOS图像传感器的图像画质增强和滤波方法，其特征在于，对图像传感器输出的原始Bayer数据进行插值处理，获得三基色RGB空间的像素值；将三基色RGB空间的像素值变换为YUV空间；对Y通道的对比度进行调节，增强图像的明暗程度；对U和V通道的饱和度进行调节，增强图像色彩鲜艳程度；然后，进行混合降噪处理，以去除图像处理带来的噪声；最后，再对Y通道进行边缘锐化处理后，输出图像后续处理数据；其中，所述三基色RGB是指红、绿、蓝三基色；所述YUV空间是指色度空间，其中，Y表示亮度，U、V表示色差。

2.根据权利要求1所述应用于CMOS图像传感器的图像画质增强和滤波方法，其特征在于，所述将三基色RGB空间的像素值变换为YUV空间，包括，采用下列矩阵运算将三基色RGB空间的像素值变换为YUV空间：

$\left[\begin{array}{c}Y\\ U\\ V\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{a}_{11}& a_{12}& a_{13}\\ a_{21}& a_{22}& a_{23}\\ a_{31}& a_{32}& a_{33}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]$

式中，Y为亮度；U、V为色差；a_xy表示空间转换系数；R、G、B分别为红、绿、蓝三基色。

3.根据权利要求1所述应用于CMOS图像传感器的图像画质增强和滤波方法，其特征在于，所述对Y通道的对比度进行调节，增强图像的明暗程度；包括以下步骤：

S101、将当前帧按各灰度级进行分段，并统计各段的像素点数量；

S102、根据像素阵列大小及灰度级，计算出当前帧单位亮度的宽度；

S103、计算各段像素数量与单位亮度的宽度比例，并计算这个比例的累积值；

S104、根据总段数计算调整斜率值K，所述调整斜率值K即为亮度宽度比例与总段数的比值；

S105、采用下式计算新直方图中各段中灰度级像素点的新值F(x,y)：

F(x,y)＝(f(x,y)-f₀)*K+g₀，

式中，F(x,y)为上式计算后的像素点新值，f(x,y)为计算前像素值，f₀为每段的初值，K为亮度宽度比例与总段数的比值，g₀为各段亮度宽度比例的累积值；

S106、重复执行步骤S105直至新直方图中各段中灰度级像素点的新值F(x,y)计算完毕，完成亮度区间的重新分布，即增强图像的明暗程度。

4.根据权利要求1所述应用于CMOS图像传感器的图像画质增强和滤波方法，其特征在于，所述对U和V通道的饱和度进行调节，增强图像色彩鲜艳程度；包括：

S201、设定饱和度S最小阈值Thmin和最大值Thmax；所述饱和度S最小阈值Thmin是指饱和度处于非彩色情况，所述饱和度S最大值Thmax是指饱和度处于饱和情况；

S202、如果饱和度S小于等于最小阈值Thmin或者大于等于最大值Thmax，则当前像素点的饱和度保持不变；

S203、如果饱和度S在Thmin和Thmax之间，则采用线性法调节当前像素点的饱和度，即采用下式进行调节：

M(x,y)＝λ*m(x,y)

式中，M(x,y)为上式计算后的像素点新值，m(x,y)为计算前像素值，λ为调节因子，取值范围为a≤λ≤b，a和b为设定的正常数。

5.根据权利要求1所述应用于CMOS图像传感器的图像画质增强和滤波方法，其特征在于，所述进行混合降噪处理，以去除图像处理带来的噪声；包括，只对当前像素点周围一维方向邻域内的4个像素进行去噪声处理，并且对亮度和色度信号采用不同的滤波方法；其中，

对亮度的滤波处理方法包括以下步骤：

S301、采集水平方向一维空间的5个像素值，以最当中的一个像素为当前像素，求出当前像素的亮度值分别与两个最近邻像素之间的差a_l和a₂，两个最近邻的亮度值分别与相应次近邻像素之间的绝对差b_l和b₂；

S302、采用下式计算当前像素的滤波强度：

a₁＝X(n)-X(n-1)

a₂＝X(n)-X(n+1)

b₁＝|X(n+1)-X(n+2)|

b₂＝|X(n-1)-X(n-2)|

式中，a₁和a₂为最近邻像素之间的差，b₁和b₂为最近邻和次近邻像素之间的绝对差，X(n)为当前像素，X(n±1)为两个最近邻的像素，X(n±2)为两个次近邻的像素。

S303、判断差值b_l和b₂是否均为0，决定对当前像素进行哪种程度的滤波处理；若差值b_l和b₂有一个为0，另一个不为0，则对当前像素进行中等强度的滤波处理；若差值b_l和b₂都不为0，则对当前像素进行最高强度的滤波处理；其余情况，对当前像素不进行滤波处理。

S304、将灰度级别{0，max_pixel}设定为三个区间，其中，max_pixel为像素最大灰度级；

S305、判断差值a_l和a₂的幅度亮化处理后范围落在灰度级别{0，max_pixel}中的哪个区间；其中，差值a_l和a₂落在灰度级别的第一区间，不论b_l或b₂是否为0，对当前像素不进行滤波处理；差值a_l和a₂落在灰度级别的第二区间，b_l或b₂有一个为0，对当前像素进行中等强度的滤波处理；差值a_l和a₂落在灰度级别的三区间，差值b_l和b₂都不为0，则对当前像素进行最高强度的滤波处理；若出现以上三种情况之外的情况，按照差值a_l和a₂落在的灰度区间判断滤波强度，而不考虑差值b_l或b₂。

S306、根据滤波强度的需要，设计不同强度的滤波器FIR，Finite Impulse Reponse，每个滤波器均三节滤波器，使用不同的脉冲响应系数，滤波器的表达式为：

C(n)＝(m₁*c(n-1)+m₂*c(n)+m₃*c(n+1))/m

式中，c(n)为计算后的像素新值；m1、m2、m3为根据需要设置的不同响应强度的取值，使当前输入像素的幅度依次衰减为原来的倍；m为m1、m2和m3之和，c(n)为当前像素；c(n±1)为两个最近邻的像素；

其中，对当前像素进行中等强度的滤波处理时，m1、m2、m3取值分别为3、10和3，对当前像素进行最高强度的滤波处理时，m1、m2、m3取值分别为5、6和5；

S307、根据步骤S303和S305的判断，分别采用S306设定的滤波器对当前像素进行滤波处理；

对色度的滤波处理方法采用加权中值滤波方法，包括以下步骤：

S401、采集水平方向一维空间的5个像素值，以最当中的一个像素为当前像素；

S402、对5个像素按照像素灰度值进行排序处理；

S403、采用排序在中间的像素和最近邻的两个像素进行处理，采用下式进行中值计算，

y(n)＝(X'(n-1)+2*X'(n)+X'(n+1))/4，

式中，y(n)为灰度值中值，X^/(n)为排序在中间的像素的灰度值，X^/(n±1)最近邻的两个像素的灰度值；

S404、采用灰度值中值y(n)代替当前像素原来的灰度值。

6.根据权利要求1所述应用于CMOS图像传感器的图像画质增强和滤波方法，其特征在于，所述对Y通道进行边缘锐化处理，采用基于Laplace算子的锐化掩膜方法进行处理，即输入图像s(x,y)经过Laplace算子处理的值，乘以比例因子后与输入图像s(x,y)相加，得到锐化的输出图像G(x,y)；其中，方法表达式为：

G(x,y)＝s(x,y)+λ*I(x,y)

式中，λ为锐化因子，取值范围为[0.1,0.9]，λ取值越大，锐化增强程度越大；所述Laplace算子表达式为：

$\left[\begin{array}{ccc}0& -1& 0\\ -1& 4& -1\\ 0& -1& 0\end{array}\right];$

针对Y通道一维空间的像素点而言，I(x,y)表达式为：

I(x,y)＝2*s(x,y)-[s(x-1,y)+s(x+1,y)]

式中，I(x,y)为Laplace处理后的图像，s(x,y)当前图像，s(x-1,y)和s(x+1,y)分别表示当前图像两侧的最邻近图像。