一種非均勻照度的圖像增強(qiáng)方法
【專利摘要】一種非均勻照度的圖像增強(qiáng)方法屬于數(shù)字圖像處理【技術(shù)領(lǐng)域】，目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的圖像增強(qiáng)方法存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)非均勻照度的圖像的圖像增強(qiáng)處理。本發(fā)明的一種非均勻照度的圖像增強(qiáng)方法具體包括以下步驟：對(duì)非均勻照度圖像統(tǒng)計(jì)直方圖，并根據(jù)高、低照度的峰值確定閾值，并將直方圖分割為高照度子帶和低照度子帶；如果為高照度子帶，保持子帶亮度增強(qiáng)方法，低照度子帶采用相應(yīng)灰度映射增強(qiáng)方法。本發(fā)明的一種非均勻照度的圖像增強(qiáng)方法防止局部圖像出現(xiàn)過(guò)度增強(qiáng)、抑制了圖像的整體噪聲，得到整體均勻的圖像；算法運(yùn)算量小，穩(wěn)定可靠，可應(yīng)用于實(shí)時(shí)工程系統(tǒng)中。
【專利說(shuō)明】一種非均勻照度的圖像增強(qiáng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)字圖像處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種非均勻照度的圖像增強(qiáng)方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]在成像系統(tǒng)中，由于成像設(shè)備和成像條件的影響以及成像物體局部表面對(duì)光線的吸收與反射性能不同，會(huì)造成光照不均勻，成像質(zhì)量下降。對(duì)后續(xù)的圖像處理與分析，如圖像分割、目標(biāo)識(shí)別與跟蹤等產(chǎn)生嚴(yán)重的影響?；诠鈱W(xué)校正方法通常采用高質(zhì)量的LED光源獲得較均勻的照明條件，但其價(jià)格昂貴且不可能獲得一個(gè)照度絕對(duì)均勻的光源。因此，通過(guò)圖像處理算法消除非均勻照度對(duì)成像質(zhì)量的影響，達(dá)到圖像增強(qiáng)的目的是目前通用的方法。
[0003]所謂非均勻照度圖像通常是低照度部分的亮度和對(duì)比度較低，而高照度部分顯示正常的圖像。因此，提高低照度部分圖像的對(duì)比度和亮度、保持高照度部分亮度并增強(qiáng)其對(duì)比度，才能得到光照較均勻的圖像，達(dá)到整體圖像增強(qiáng)的目的。
[0004]當(dāng)前的圖像增強(qiáng)方法較多，主要包括:直方圖均衡化、小波變換、Retinex算法以及同態(tài)濾波等，但每種算法在對(duì)非均勻照度的圖像進(jìn)行增強(qiáng)時(shí)都有一定弊端和局限性，下面分別介紹上述算法。
[0005]圖像直方圖均衡化就是使圖像中所有出現(xiàn)的灰度值變換為均勻分布的形式，從而增大圖像灰度級(jí)的動(dòng)態(tài)范圍。對(duì)占有較多像素的灰度進(jìn)行擴(kuò)展，對(duì)占有較少像素的灰度進(jìn)行抑制，并對(duì)一些灰度值進(jìn)行合并，使灰度間距拉大或均勻分布，從而達(dá)到圖像整體亮度和對(duì)比度增強(qiáng)的效果，使圖像細(xì)節(jié)清楚。但是直方圖均衡化算法對(duì)高照度部分，圖像會(huì)出現(xiàn)過(guò)飽和現(xiàn)象，且放大了噪聲，使圖像整體視覺(jué)效果會(huì)降低。
[0006]同態(tài)濾波是將圖像視為入射分量和反射分量的乘積，非均勻光照體現(xiàn)在緩慢變化的入射分量中，屬于低頻成分；反射分量反映圖像的細(xì)節(jié)、反差等特性，屬于高頻成分。將原圖取對(duì)數(shù)，并進(jìn)行傅里葉變換將圖像轉(zhuǎn)換到頻域，依據(jù)照度-反射模型進(jìn)行處理，削弱低頻成分，適當(dāng)增強(qiáng)高頻分量。從而達(dá)到克服非均勻光照度，壓縮動(dòng)態(tài)范圍與增強(qiáng)對(duì)比度的目的。在同態(tài)濾波過(guò)程中的頻域?yàn)V波會(huì)在圖像邊界產(chǎn)生模糊效應(yīng)，同時(shí)涉及大量復(fù)雜的時(shí)頻轉(zhuǎn)換，不適合工程中實(shí)時(shí)視覺(jué)系統(tǒng)要求。
[0007]小波變換具有多分辨分析的特點(diǎn)，在時(shí)域和頻域中都具有表征信號(hào)局部特征的能力，可利用小波變換優(yōu)良的時(shí)頻局部分析特性能實(shí)現(xiàn)二維圖像的增強(qiáng)。小波變換實(shí)際上是將信號(hào)通過(guò)低通和高通兩組濾波器分解為低頻和高頻兩部分，將圖像分解為不同尺度的子帶圖像，通過(guò)改變子帶的小波系數(shù)來(lái)增強(qiáng)圖像，對(duì)圖像細(xì)節(jié)起到了很好的銳化作用。然而小波方法在改善非均勻照度圖像的效果并不夠理想且計(jì)算復(fù)雜。
[0008]Retinex算法是一種描述顏色不變性的模型，其實(shí)質(zhì)是將一幅圖像用照射圖像和反射圖像的乘積表示，然后通過(guò)調(diào)整照射圖像和反射圖像在原圖像中的比例來(lái)達(dá)到增強(qiáng)圖像的目的。Retinex理論假設(shè)空間中光照是比較平滑變化的，因此在光照度變化較強(qiáng)烈的區(qū)域會(huì)產(chǎn)生“光暈”現(xiàn)象。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提出一種非均勻照度的圖像增強(qiáng)方法，解決現(xiàn)有技術(shù)的圖像增強(qiáng)方法存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)非均勻照度的圖像的圖像增強(qiáng)處理。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種非均勻照度的圖像增強(qiáng)方法包括以下步驟:
[0011]步驟一:統(tǒng)計(jì)非均勻照度圖像的直方圖，選取低照度部分直方圖的峰值對(duì)應(yīng)的像素值記為Wy高照度部分直方圖的峰值對(duì)應(yīng)的像素值記為Wh，根據(jù)公式(一)得到自適應(yīng)閾值Xm;
[0012]Xm= (Wh-Wl)/2+ffL(一)；
[0013]步驟二:根據(jù)步驟二中得到的自適應(yīng)閾值步驟一中得到的統(tǒng)計(jì)直方圖分割為低照度子帶和高照度子帶兩個(gè)子帶；
[0014]步驟三:判斷非均勻照度的圖像每個(gè)點(diǎn)的像素值Xi與步驟二中得到的自適應(yīng)閾值Xm的大小關(guān)系，若Xi小于Xm，則判定該點(diǎn)為低照度子帶中一點(diǎn)，執(zhí)行步驟四；若Xi大于xm，則判定該點(diǎn)為高照度子帶中一點(diǎn)，執(zhí)行步驟五；
[0015]步驟四:對(duì)于低照度部分，采用灰度映射增強(qiáng)方法，提高低照度部分圖像的對(duì)比度和亮度，增強(qiáng)圖像細(xì)節(jié)，統(tǒng)計(jì)低照度子帶直方圖非零值對(duì)應(yīng)的像素最小值Xmin，設(shè)像素值為 Xi的像素個(gè)數(shù)為式，低照度部分總像素?cái)?shù)為隊(duì)，對(duì)低照度子帶直方圖的灰度值進(jìn)行動(dòng)態(tài)范
圍擴(kuò)展，根據(jù)公式(二)得到其對(duì)應(yīng)的映射函數(shù)I(X):
【權(quán)利要求】
1.一種非均勻照度的圖像增強(qiáng)方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:統(tǒng)計(jì)非均勻照度圖像的直方圖，選取低照度部分直方圖的峰值對(duì)應(yīng)的像素值記為Wy高照度部分直方圖的峰值對(duì)應(yīng)的像素值記為Wh，根據(jù)公式(一)得到自適應(yīng)閾值Xm; Xm= (Wh-Wl)/2+Wl (一)； 步驟二:根據(jù)步 驟二中得到的自適應(yīng)閾值Xm將步驟一中得到的統(tǒng)計(jì)直方圖分割為低照度子帶和高照度子帶兩個(gè)子帶； 步驟三:判斷非均勻照度的圖像每個(gè)點(diǎn)的像素值Xi與步驟二中得到的自適應(yīng)閾值XJA大小關(guān)系，若Xi小于Xm，則判定該點(diǎn)為低照度子帶中一點(diǎn)，執(zhí)行步驟四；若\大于Xm，則判定該點(diǎn)為高照度子帶中一點(diǎn)，執(zhí)行步驟五； 步驟四:對(duì)于低照度部分，采用灰度映射增強(qiáng)方法，提高低照度部分圖像的對(duì)比度和亮度，增強(qiáng)圖像細(xì)節(jié)，統(tǒng)計(jì)低照度子帶直方圖非零值對(duì)應(yīng)的像素最小值Xmin，設(shè)像素值為Xi的像素個(gè)數(shù)為迖，低照度部分總像素?cái)?shù)為隊(duì)，對(duì)低照度子帶直方圖的灰度值進(jìn)行動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展，根據(jù)公式(二)得到其對(duì)應(yīng)的映射函數(shù)Yl(X):
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非均勻照度的圖像增強(qiáng)方法，其特征在于，步驟五中所述的保持子帶亮度增強(qiáng)算法即保持子帶亮度的均值，求取高照度部分的像素平均值Mh，按照Mh將高照度部分圖像分成兩個(gè)部分，大于Mh的像素亮度平均值為M1,小于像素Mh的像素平均值為M2，則有:
【文檔編號(hào)】G06T5/00GK103985097SQ201410224767
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月26日
【發(fā)明者】畢國(guó)玲, 趙建, 續(xù)志軍, 孫強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所