本發(fā)明屬于數(shù)字圖像處理領(lǐng)域，涉及一種對(duì)照度不均圖像的質(zhì)量增強(qiáng)方法。
背景技術(shù)：
：由于人類視覺對(duì)過高或過低亮度圖像的對(duì)比度敏感性降低，所以需要對(duì)過暗或過亮圖像(或區(qū)域)進(jìn)行對(duì)比度增強(qiáng)，以便感知其細(xì)節(jié)。而照度不均的圖像，既有過高亮區(qū)又有過低暗區(qū)，一般的方法效果不好，有的還會(huì)出現(xiàn)光暈現(xiàn)象。目前，采用對(duì)數(shù)方法增強(qiáng)圖像質(zhì)量，在圖像處理各個(gè)領(lǐng)域已得到廣泛的使用和研究。已公開專利中，如：保持顏色的去霧方法(申請(qǐng)?zhí)枺篊N101754032A)，一種降低合成孔徑雷達(dá)影像斑點(diǎn)噪聲的方法(申請(qǐng)?zhí)枺篊N101398487A)，一種水下降質(zhì)圖像的自適應(yīng)增強(qiáng)方法(CN104766285A)，等。這些方法都是采用單向(正向)對(duì)數(shù)變換作為圖像預(yù)處理方法，再結(jié)合去霧、去噪、去水等其他方法用于圖像增強(qiáng)，計(jì)算方法復(fù)雜，處理時(shí)間長，會(huì)增強(qiáng)非原始圖像中所含有的信息。在已發(fā)表的文獻(xiàn)中，涉及圖像對(duì)數(shù)變換的文獻(xiàn)較多，主要有LIP(logarithmicimageprocessing)家族(指以LIP為基礎(chǔ)各種變形和改進(jìn))方法和RETINEX家族(指以RETINEX為基礎(chǔ)各種變形和改進(jìn))方法。這些方法也只是進(jìn)行的單向的對(duì)數(shù)變換，只能拉開灰度/色度譜(或稱為直方圖)低端(暗區(qū))的譜線間的距離，因而只能提高圖像低端(暗區(qū))的對(duì)比度，達(dá)到圖像對(duì)比度增強(qiáng)的目的。同時(shí)，它們還包含兩圖像相減的計(jì)算，可能產(chǎn)生負(fù)的數(shù)據(jù)，破壞了圖像的正定特征，并可能引入源圖像中并不存在的附加信息，破壞了保真性，引起組成成份失真。因此，目前采用的對(duì)數(shù)方法進(jìn)行圖像增強(qiáng)的缺陷是沒有涉及如何提高高端(亮區(qū))的對(duì)比度，且不增加原圖中所含信息(強(qiáng)調(diào)保真性)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種用于照度不均的圖像視覺質(zhì)量增強(qiáng)的自適應(yīng)雙向保帶寬對(duì)數(shù)變換方法，不僅能夠提高暗區(qū)的對(duì)比度，還能提高亮區(qū)的對(duì)比度，不產(chǎn)生光暈現(xiàn)象，達(dá)到更好的、且不增加圖像信息圖像增強(qiáng)的效果。為達(dá)到本發(fā)明的目的，本發(fā)明提出一種照度不均圖像增強(qiáng)的自適應(yīng)雙向保帶寬對(duì)數(shù)變換方法，其關(guān)鍵在于包括下列步驟：步驟1：輸入照度不均的圖像，并對(duì)該圖像進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化變換，得到標(biāo)準(zhǔn)化變換后圖像；標(biāo)準(zhǔn)化變換的方法參見《標(biāo)準(zhǔn)化圖像的生成方法》(公開號(hào)：CN102800062A)。標(biāo)準(zhǔn)化變換后，圖像變?yōu)榫哂腥珟捥匦缘膱D像。這是本發(fā)明實(shí)施的基礎(chǔ)。步驟2：計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化變換后圖像的平均亮度AL，并根據(jù)AL的值對(duì)該圖像進(jìn)行雙向保帶寬對(duì)數(shù)變換：平均亮度AL是本發(fā)明的自適應(yīng)參數(shù)，隨圖像不同而不同，不需要人工設(shè)定。所述雙向保帶寬對(duì)數(shù)變換，由正向保帶寬對(duì)數(shù)變換和反向保帶寬對(duì)數(shù)變換組成，所述對(duì)數(shù)變換的底數(shù)為1.02198395689；若AL<127.5，則先進(jìn)行反向保帶寬對(duì)數(shù)變換，再進(jìn)行正向保帶寬對(duì)數(shù)變換；否則，則先進(jìn)行正向保帶寬對(duì)數(shù)變換，再進(jìn)行反向保帶寬對(duì)數(shù)變換；步驟3：對(duì)雙向保帶寬對(duì)數(shù)變換后的圖像進(jìn)行取整變換；圖像進(jìn)行雙向保帶寬對(duì)數(shù)變換后，圖像的灰度/色度值變?yōu)閷?shí)數(shù)，不能滿足圖像顯示的要求，因此需要進(jìn)行取整變換，將圖像的灰度/色度值變?yōu)檎麛?shù)。取整變換采用四舍五入的方式。步驟4：輸出圖像。所述正向保帶寬對(duì)數(shù)變換按以下方式進(jìn)行：步驟一：對(duì)需變換的圖像f(x,y)進(jìn)行右移變換，得到右移變換后的圖像F(x,y)；所述右移變換按下式進(jìn)行：F(x,y)＝SHIFTR1[f(x,y)]＝f(x,y)+1其中，SHIFTR1[·]表示沿x軸右移1位的移位算符；F(x,y)，f(x,y)為整數(shù)矩陣；f(x,y)中元素的值域?yàn)?～255，F(xiàn)(x,y)中元素的值域變?yōu)?～256；步驟二：將右移變換后的圖像F(x,y)進(jìn)行正向?qū)?shù)變換，得到正向?qū)?shù)變換后的圖像所述正向?qū)?shù)變換按下式進(jìn)行：其中，LOGa[·]表示取以a為底的對(duì)數(shù)的算符；是實(shí)數(shù)矩陣；a＝1.02198395689。所述反向保帶寬對(duì)數(shù)變換按以下方式進(jìn)行：步驟一：對(duì)需變換的圖像f(x,y)進(jìn)行補(bǔ)變換，獲得補(bǔ)圖像Ψ(x,y)；所述補(bǔ)變換按下式進(jìn)行：Ψ(x,y)＝255-f(x,y)其中，Ψ(x,y)，f(x,y)為整數(shù)矩陣，兩整數(shù)矩陣中元素的值域均為0～255；步驟二：對(duì)補(bǔ)圖像Ψ(x,y)進(jìn)行右移變換，得到右移變換后的圖像F1(x,y)；所述右移變換按下式進(jìn)行：F1(x,y)＝SHIFTR1[Ψ(x,y)]＝Ψ(x,y)+1其中，SHIFTR1[·]表示沿x軸右移1位的移位算符；F1(x,y)為整數(shù)矩陣，元素的值域變?yōu)?～256；步驟三：將右移變換后的圖像F1(x,y)進(jìn)行正向?qū)?shù)變換，得到正向?qū)?shù)變換后的圖像所述正向?qū)?shù)變換按下式進(jìn)行：其中，LOGa[·]表示取以a為底的對(duì)數(shù)的算符；是實(shí)數(shù)矩陣；a＝1.02198395689；步驟四，對(duì)按步驟一進(jìn)行補(bǔ)變換，得到正圖像。所述正圖像是相對(duì)于補(bǔ)圖像而言。未經(jīng)過補(bǔ)變換的圖像，認(rèn)為是正圖像，對(duì)補(bǔ)圖像再次進(jìn)行補(bǔ)變換，得到的也是正圖像。一般的數(shù)字圖像的像素的灰度/色度在0～255間取值(所謂8位系統(tǒng))，0的對(duì)數(shù)表示不確定性，所以在做對(duì)數(shù)變換前需對(duì)圖像灰度/色度譜進(jìn)行右移變換，以消除對(duì)數(shù)變換的不確定性。右移變換后，圖像的灰度/色度值的取值范圍從0～255變?yōu)?～256。沿x軸的正向的對(duì)數(shù)變換稱為正向?qū)?shù)變換。正向?qū)?shù)變換有增加灰度/色度譜低端(圖像暗區(qū))對(duì)比度的功能。沿x軸的負(fù)向的對(duì)數(shù)變換稱為反向?qū)?shù)變換。反向?qū)?shù)變換有增加灰度/色度譜高端(圖像亮區(qū))對(duì)比度的功能。由于補(bǔ)圖像的正向?qū)?shù)變換等效于原圖像的反向?qū)?shù)變換，因此，圖像的反向?qū)?shù)變換可以用其補(bǔ)圖像的正向?qū)?shù)變換實(shí)現(xiàn)，以提高灰度/色度譜高端(圖像亮區(qū))的對(duì)比度。對(duì)數(shù)變換后的圖像的灰度/色度譜的帶寬隨對(duì)數(shù)底數(shù)a的變而變化。在作對(duì)數(shù)變換時(shí)，取底數(shù)a＝1.02198395689，是實(shí)現(xiàn)保帶寬的決定因素。下表給出了a取值不同時(shí)，M＝Loga256及帶寬的不同結(jié)果：從上表中可以看出，a＝1.02198395689是一個(gè)特殊的對(duì)數(shù)底數(shù)，右移變換后圖像在以此為底的對(duì)數(shù)變換后，低端對(duì)比度提升，自動(dòng)產(chǎn)生了左移一位的操作，灰度/色度譜還原成原帶寬0～255。圖像的以a＝1.02198395689為底的特殊對(duì)數(shù)變換，稱為保帶寬對(duì)數(shù)變換。保持0～255的最大帶寬就提供了具有最大對(duì)比度的可能性。本發(fā)明的顯著效果是：利用標(biāo)準(zhǔn)化變換、平均亮度計(jì)算、右移變換、由正向?qū)?shù)變換和反向?qū)?shù)變換組成的雙向?qū)?shù)變換、由選擇對(duì)數(shù)的底數(shù)實(shí)現(xiàn)的保帶寬變換這幾種方法，對(duì)照度不均的圖像進(jìn)行了很好的增強(qiáng)作用。該方法不僅具有增強(qiáng)暗區(qū)對(duì)比度和亮區(qū)對(duì)比度的優(yōu)點(diǎn)，增強(qiáng)效果明顯，而且背景保留良好，完全無光暈現(xiàn)象，使圖像質(zhì)量得到整體增強(qiáng)。附圖說明圖1本發(fā)明的流程圖；圖2(a-1)、(b-1)、(c-1)是實(shí)施例1中的源圖像；圖2(a-2)、(b-2)、(c-2)分別是圖2(a-1)、(b-1)、(c-1)經(jīng)自適應(yīng)雙向保帶寬對(duì)數(shù)變換方法變換后的圖像；圖2(a-3)、(b-3)、(c-3)是圖2(a-1)、(b-1)、(c-1)經(jīng)Zadeh-X(見中國發(fā)明專利《底層圖像挖掘中獲取最佳質(zhì)量圖像的方法》，公開號(hào):CN101419707)方法增強(qiáng)后的圖像。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例1：如圖1所示的流程：一種照度不均圖像增強(qiáng)的自適應(yīng)雙向保帶寬對(duì)數(shù)變換方法，包括下列步驟：步驟1：輸入照度不均的圖像，并對(duì)該圖像進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化變換，得到標(biāo)準(zhǔn)化變換后圖像；標(biāo)準(zhǔn)化變換的方法參見《標(biāo)準(zhǔn)化圖像的生成方法》(公開號(hào)：CN102800062A)。步驟2：計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化變換后圖像的平均亮度AL，并根據(jù)AL的值對(duì)該圖像進(jìn)行雙向保帶寬對(duì)數(shù)變換：平均亮度AL是本發(fā)明的自適應(yīng)參數(shù)；所述雙向保帶寬對(duì)數(shù)變換，由正向保帶寬對(duì)數(shù)變換和反向保帶寬對(duì)數(shù)變換組成，所述對(duì)數(shù)變換的底數(shù)為1.02198395689；若AL<127.5，則先進(jìn)行反向保帶寬對(duì)數(shù)變換，再進(jìn)行正向保帶寬對(duì)數(shù)變換；否則，則先進(jìn)行正向保帶寬對(duì)數(shù)變換，再進(jìn)行反向保帶寬對(duì)數(shù)變換。所述正向保帶寬對(duì)數(shù)變換按以下方式進(jìn)行：步驟一：對(duì)需變換的圖像f(x,y)進(jìn)行右移變換，得到右移變換后的圖像F(x,y)；所述右移變換按下式進(jìn)行：F(x,y)＝SHIFTR1[f(x,y)]＝f(x,y)+1其中，SHIFTR1[·]表示沿x軸右移1位的移位算符；F(x,y)，f(x,y)為整數(shù)矩陣；f(x,y)中元素的值域?yàn)?～255，F(xiàn)(x,y)中元素的值域變?yōu)?～256；步驟二：將右移變換后的圖像F(x,y)進(jìn)行正向?qū)?shù)變換，得到正向?qū)?shù)變換后的圖像所述正向?qū)?shù)變換按下式進(jìn)行：其中，LOGa[·]表示取以a為底的對(duì)數(shù)的算符；是實(shí)數(shù)矩陣；a＝1.02198395689。所述反向保帶寬對(duì)數(shù)變換按以下方式進(jìn)行：步驟一：對(duì)需變換的圖像f(x,y)進(jìn)行補(bǔ)變換，獲得補(bǔ)圖像Ψ(x,y)；所述補(bǔ)變換按下式進(jìn)行：Ψ(x,y)＝255-f(x,y)其中，Ψ(x,y)，f(x,y)為整數(shù)矩陣，兩整數(shù)矩陣中元素的值域均為0～255；步驟二：對(duì)補(bǔ)圖像Ψ(x,y)進(jìn)行右移變換，得到右移變換后的圖像F1(x,y)；所述右移變換按下式進(jìn)行：F1(x,y)＝SHIFTR1[Ψ(x,y)]＝Ψ(x,y)+1其中，SHIFTR1[·]表示沿x軸右移1位的移位算符；F1(x,y)為整數(shù)矩陣，元素的值域變?yōu)?～256；步驟三：將右移變換后的圖像F1(x,y)進(jìn)行正向?qū)?shù)變換，得到正向?qū)?shù)變換后的圖像所述正向?qū)?shù)變換按下式進(jìn)行：其中，LOGa[·]表示取以a為底的對(duì)數(shù)的算符；是實(shí)數(shù)矩陣；a＝1.02198395689；步驟四，對(duì)按步驟一進(jìn)行補(bǔ)變換，得到正圖像。所述正圖像是相對(duì)于補(bǔ)圖像(或稱為負(fù)圖像，負(fù)像，負(fù)片)而言。未經(jīng)過補(bǔ)變換的圖像，認(rèn)為是正圖像，對(duì)補(bǔ)圖像再次進(jìn)行補(bǔ)變換，得到的也是正圖像。步驟3：對(duì)雙向保帶寬對(duì)數(shù)變換后的圖像進(jìn)行取整變換；取整變換采用四舍五入的方式。步驟4：輸出圖像。下表列出了圖(a-1)、(b-1)、(c-1)以及它們經(jīng)自適應(yīng)雙向保帶寬對(duì)數(shù)變換方法變換后圖像(a-2)、(b-2)、(c-2)平均信息熵AIE，平均對(duì)比度AC，平均亮度AL，圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)函數(shù)CAF，以上參數(shù)的計(jì)算可以參見發(fā)明專利《彩色圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法》(公開號(hào)：CN101650833B)：圖像名ALACAIECAF圖(a-1)20.97681.44265.25932.2911圖(a-2)125.04482.79615.06809.4114圖(b-1)55.40952.33096.10549.6815圖(b-2)106.44653.33535.874411.9728圖(c-1)198.27023.98925.829815.6336圖(c-2)138.46684.63235.283216.7722從上表中可以看到，源圖像(a-1)、(b-1)的平均亮度AL均<127.5，因此采用先反向后正向的保帶寬對(duì)數(shù)變換。變換后，基本參數(shù)兩升(AC，AL)一降(AIE)。圖像視覺質(zhì)量增強(qiáng)，是自然過程(圖像質(zhì)量退化，如噪聲污染，模糊，使AIE增加)的逆過程，AIE應(yīng)該減少而不能增加。圖像視覺質(zhì)量評(píng)價(jià)參數(shù)(CAF)升高，提示總的視覺質(zhì)量增加。從圖2中也可以看出，采用Zadeh-X方法增強(qiáng)后的圖像有光暈現(xiàn)象(圖(a-3)尤明顯)，暗區(qū)增強(qiáng)不足，背景消失(圖(b-3)尤明顯)。自適應(yīng)雙向保帶寬對(duì)數(shù)變換方法變換后圖像(圖(a-2)和圖(b-2))暗區(qū)對(duì)比度和亮度增強(qiáng)明顯，背景保留良好，完全無光暈現(xiàn)象，整體圖像質(zhì)量明顯增強(qiáng)。如上表所示，源圖像(c-1)的平均亮度AL>127.5，屬于高亮度(AL＝198.2702)照度不均圖像。因此需要采用先正向后反向的保帶寬對(duì)數(shù)變換，變換后，圖像的信息是減少的(信息熵從源圖像的5.8298，減至自適應(yīng)雙向保帶寬對(duì)數(shù)變換方法變換后圖像的5.2832)，因?yàn)檫@是逆自然過程。變換結(jié)果圖像視覺質(zhì)量評(píng)價(jià)參數(shù)(CAF)升高(15.6336/16.7722)，提示總的視覺質(zhì)量增加。亮度是減少的(198.2702/138.4668)，趨近于理想值127.5。圖2(c-3)中所示圖像有明顯光暈現(xiàn)象，亮區(qū)增強(qiáng)不足，對(duì)比度低。圖2(c-2)明顯背景對(duì)比度增強(qiáng)，完全無光暈現(xiàn)象，整體圖像質(zhì)量增強(qiáng)。當(dāng)前第1頁1 2 3