本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于陣列圖像的低照度圖像增強(qiáng)方法，可用于低照度環(huán)境下的圖像增強(qiáng)。

背景技術(shù)：

隨著電子設(shè)備的快速發(fā)展和專業(yè)攝像器材應(yīng)用的普及，人們越來越能拍攝到質(zhì)量較高的圖片。但是在實(shí)際攝影過程中，總會存在各種不可控因素，致使獲得的圖片存在各種缺陷。尤其是由于拍攝環(huán)境光源缺失或者光照條件不足等引起圖像偏暗的現(xiàn)象，從而產(chǎn)生了低照度圖像。在圖像經(jīng)過存儲、轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)炔僮骱螅M(jìn)一步降低了低照度圖像的質(zhì)量。低照度圖像廣泛存在于人們生活中。為保障社會公共安全，廣場、交通要道、住宅區(qū)、辦公樓等重要公共場所都安裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)，以便犯罪行為發(fā)生后能及時準(zhǔn)確地了解現(xiàn)場狀況。然而一般情況下，不法分子都選擇在夜間實(shí)施不法行為，此時由于光照太弱，監(jiān)控系統(tǒng)只能捕捉得到低照度圖像。還有些場景，如醫(yī)院對病人進(jìn)行觀測，由于光源會影響到病人休息質(zhì)量，只能開啟極低照度的光源，因此會獲得低照度的檢測圖像。又比如監(jiān)獄為了對罪犯實(shí)施監(jiān)控，也需要在隱蔽位置安裝攝像頭，且在夜間拍照時也不能開啟閃光燈。由此看出，在低照度環(huán)境下進(jìn)行圖像獲取尤為重要，對低照度圖像進(jìn)行圖像處理也顯得更為緊迫。低照度圖像灰度范圍窄、灰度變化不明顯，且相鄰像素的空間關(guān)聯(lián)性高，這些特點(diǎn)使得圖像中的細(xì)節(jié)、背景和噪聲等都包含在較窄的灰度范圍之內(nèi)。因此為了改善低照度圖像的視覺效果，將其轉(zhuǎn)換為一種更適于人眼觀察和計(jì)算機(jī)處理的形式，便于提取有用信息，這就需要對獲取的低照度圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理。

另外，陣列鏡頭最初構(gòu)想來源是2005年斯坦福大學(xué)Ren Ng提出的光場技術(shù)，其核心是在主透鏡與傳感器之間加了一個微透鏡陣列，可以實(shí)現(xiàn)先拍照后對焦。2007年Lytro公司利用該技術(shù)推出世界上首款光場相機(jī)，與傳統(tǒng)相機(jī)不同，它可以記錄光的眾多屬性。而在Lytro之前，德國的Raytrix公司也生產(chǎn)光場相機(jī)，Raytrix三維光場相機(jī)擁有實(shí)時長景深和不失焦的特點(diǎn)，一般應(yīng)用于科學(xué)及工業(yè)級用途、3D立體顯示技術(shù)。Raytrix公司相機(jī)與Lytro相機(jī)一樣，其光學(xué)成像系統(tǒng)由主透鏡，微透鏡陣列和探測器三部分組成。但Lytro和Raytrix公司的光場相機(jī)光學(xué)成像系統(tǒng)中都加有微透鏡陣列，尺寸大，厚度厚，不能用于手機(jī)等移動設(shè)備上。為克服這一缺陷，2011年，Pelican公司推出陣列相機(jī)不再加入微透鏡陣列，其陣列式鏡頭由4×4排列的16枚子鏡頭組成，一次拍攝得到16幅單色圖像。該相機(jī)的強(qiáng)大之處在于可以實(shí)現(xiàn)先拍照后對焦，后期可以通過圖像匹配、拼接等完成三維圖像重構(gòu)并顯示。我們研究的陣列式鏡頭與Pelican公司類似，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動模糊圖像的復(fù)原、圖像測量、重對焦、超分辨率重建等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：在傳統(tǒng)的低照度圖像增強(qiáng)方法中，光照均勻是至關(guān)重要的，根據(jù)光照圖像反推出目標(biāo)物體信息。光照度的估計(jì)將直接嚴(yán)重影響增強(qiáng)的效果，最終影響圖像的視覺效果。本發(fā)明涉及的關(guān)鍵方法是像素值加權(quán)平均的圖像融合以及在HSV上的Retinex再次增強(qiáng)。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

(1)由同焦距陣列鏡頭獲得低照度環(huán)境下的陣列圖像；

(2)對獲取的陣列圖像首先逐張運(yùn)用multi-scale Retinex算法進(jìn)行初步增強(qiáng)；

(3)再對增強(qiáng)后的陣列圖像進(jìn)行圖像銳化增強(qiáng)邊緣；

(4)以中心圖像為參考圖像進(jìn)行多尺度特征的配準(zhǔn)；

(5)對圖像進(jìn)行像素值加權(quán)平均的圖像融合；

(6)對增強(qiáng)后的圖像用線性濾波進(jìn)行降噪處理；

(7)將圖像由RGB格式轉(zhuǎn)換成HSV格式，對V通道在進(jìn)行一次Retinex增強(qiáng)。

附圖說明

圖1本發(fā)明流程圖

圖2本發(fā)明使用的陣列鏡頭

圖3本發(fā)明使用的陣列圖像

圖4使用multi-scale Retinex算法初步增強(qiáng)后的圖像

圖5對初步增強(qiáng)后圖像進(jìn)行銳化的圖像

圖6基于多尺度特征配準(zhǔn)后的陣列圖像

圖7融合后的圖像

圖8使用線性濾波進(jìn)行降噪后的圖像

圖9增強(qiáng)后得到的最終圖像

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，結(jié)合本發(fā)明中涉及的陣列圖像，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

附圖2所示為使用陣列鏡頭拍攝得到轉(zhuǎn)動的風(fēng)扇得到的3*3陣列圖像如附圖3所示，這組陣列圖像存在一定的視差，陣列圖像中每張子圖像的光照度都不同?；陉嚵袌D像的低照度圖像增強(qiáng)方法的具體實(shí)施方法如下：

1)對獲取的陣列圖像首先逐張運(yùn)用multi-scale Retinex算法進(jìn)行初步增強(qiáng)multi-scale Retinex算法，可以實(shí)現(xiàn)顏色增強(qiáng)，顏色恒定性，局部動態(tài)范圍壓縮和全局動態(tài)范圍壓縮，它也可以用于X射線圖像增強(qiáng)，其計(jì)算公式如下：

其中，I_i(x，y)是原始輸入圖像，F(xiàn)(x，y)是中心環(huán)繞函數(shù)，k＝3，

w₁＝w₂＝w₃＝1/3 (2)

使用multi-scale Retinex算法對低照度陣列圖像逐張進(jìn)行初步增強(qiáng)，初步增強(qiáng)后的圖像如附圖4所示。

2)對增強(qiáng)后的陣列圖像進(jìn)行圖像銳化

初步增強(qiáng)后的圖像邊緣有所退化，我們把圖像中0.5-0.9光照值映射到0.1-0.9，經(jīng)過處理，圖像的對比度明顯增強(qiáng)，如附圖5所示。

3)對陣列圖像進(jìn)行基于多尺度特征的配準(zhǔn)

我們?nèi)￡嚵袌D像的中心圖像(第5幅圖像)為基準(zhǔn)圖像進(jìn)行配準(zhǔn)。使用小波變換分解原始圖像，在每個尺度上檢測角點(diǎn)位置，然后把小尺度上的角點(diǎn)映射到大尺度的圖像上，進(jìn)而獲得原始圖像的角點(diǎn)位置，最后將圖像進(jìn)行重建，得到配準(zhǔn)后的陣列圖像，如附圖6所示。

4)對陣列圖像進(jìn)行像素值加權(quán)平均的圖像融合

首先將陣列圖像的所有子圖像都分解成R，G，B三個通道，然后在每個相同通道上的所有圖像的像素值取加權(quán)平均值進(jìn)行融合，分別得到R，G，B三個通道上融合后的圖像，最后把上述得到的R，G，B三個通道合成一幅RGB圖像，融合后的圖像如附圖7所示。

5)對融合后的使用線性濾波進(jìn)行降噪處理

因?yàn)榈驼斩葓D像自身存在大量的噪聲，融合后噪聲加重，嚴(yán)重影響圖像的質(zhì)量，我們使用線性濾波進(jìn)行降噪處理，如附圖8所示。

6)將圖像由RGB格式轉(zhuǎn)換成HSV格式，在V通道上使用Retinex算法再次增強(qiáng)

首先將圖像由RGB格式變換到HSV格式，其中V通道表示圖像的亮度信息，使用Retinex算法對V通道進(jìn)行增強(qiáng)，最后再將H，S，V三個通道合成一幅圖像，再轉(zhuǎn)換成RGB圖像，得到最終增強(qiáng)后的圖像，如附圖9所示。

以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)該涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求書的保護(hù)范圍之內(nèi)。