基于暗通道先驗和色調(diào)映射的低照度圖像增強方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于暗通道先驗和色調(diào)映射的低照度圖像增強方法。首先，根據(jù)低照度反轉(zhuǎn)圖像與低照度圖像的相似性求出場景透射率，進而估計得到場景深度；然后將深度信息用于色調(diào)映射函數(shù)改進，提升圖像整體亮度；最后，基于圖像梯度對圖像的局部對比度進行增強，以恢復更多的圖像細節(jié)。本發(fā)明專利技術(shù)算法對低照度圖像增強效果明顯，運算簡單且能很好地抑制圖像噪聲。本發(fā)明專利技術(shù)方法不僅能夠有效提高圖像的亮度、對比度，顯著改善圖像視覺效果，同時可保留更多的圖像細節(jié)，減少噪聲，降低運算復雜度。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬計算機圖像處理領(lǐng)域，尤其涉及一種低照度圖像增強方法。
技術(shù)介紹
在夜晚或低照度下拍攝到的圖像具有整體亮度低、細節(jié)丟失和噪聲嚴重等現(xiàn)象，這給視頻監(jiān)控、物體識別與追蹤等視覺系統(tǒng)的性能造成了極大的影響。因此，研究低照度圖像增強具有重要的應用價值。現(xiàn)有的低照度圖像增強方法主要有直方圖均衡化算法[6]、Retinex算法[4]、色調(diào)映射算法[3]以及基于暗通道先驗的算法[5]。色調(diào)映射方法通過對像素灰度進行函數(shù)變換，提高圖像暗區(qū)的亮度，其算法簡單，計算速度快，但目前的色調(diào)映射方法并未考慮圖像成像物理模型，容易產(chǎn)生細節(jié)丟失、顏色失真等問題。基于暗通道先驗的方法[2]利用低照度圖像反轉(zhuǎn)與霧天圖像的相似性[5]，根據(jù)霧天成像模型來增強低照度圖像，該方法能較好的保持圖像色彩，恢復圖像細節(jié)，但由于假定透射率在局部區(qū)域內(nèi)恒定而易產(chǎn)生塊效應。[參考文獻][1]F.Drago,K.Myszkowski,T.Annen and N.Chiba,“Adaptive logarithmic mapping for displaying high contrast scenes”,in Proc.EUROGRAPHICS,vol.22,no.3,pp.419-426,2003。[2]He K,Sun J,Tang X.Single image haze removal using dark channel prior[J].Pattern Analysis and Ma-chine Intelligence,IEEE Transactions on,2011,33(12):2341-2353。[3]Z.J.Zhou,N.Sang,X.R.Hu,Global brightness and local contrast adaptive enhancement for low illumination color image,Optik,v 125,n 6,p 1795-1799,March 2014。[4]Liqian W，Liang X，Hongyi L，Zhihui W，Variational Bayesian Method for Retinex，IEEE Transactions on Image Processing,v 23,n 8,p 3381-96,Aug.2014。[5]X.Dong,J.T.Wen,W.X.Li,An efficient and integrated algorithm for video enhancement in challenging lighting conditions,in Proceedings of Institute of Electrical and Electronic Engineers International Conference on Computer Vision and Pattern Recognition,pp.1241-1249,2011。[6]Tarik Arici；Salih Dikbas；Yucel Altunbasak，A Histogram Modification Framework and Its Application for Image Contrast Enhancement,IEEE Transactions on Image Processing，p1921-1935,2009。[7]Gao R,Fan X,Zhang J,Haze filtering with aerial perspective[C],19thIEEE International Conference on Image Processing,Coronado Springs,USA,2012:989-992Evaluating new technologies to enhance night vision by looking at detection and recognition distances of non-motorists and objects,in Proceedings of the Human Factors and Ergonomics Society Annual Meeting,vol.45,no.23,pp.1612-1616,2001。[8]M.Blanco,J.M.Hankey,T.A.Dingus,Evaluating new technologies to enhance night vision by looking at detection and recognition distances of non-motorists and objects,in Proceedings of the Human Factors and Ergonomics Society Annual Meeting,vol.45,no.23,pp.1612-1616,2001。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對色調(diào)映射和暗通道先驗用于低照度圖像增強時出現(xiàn)的問題，本專利技術(shù)提出一種基于暗通道先驗和色調(diào)映射相結(jié)合的低照度圖像增強算法。首先根據(jù)物理模型方法暗通道先驗[2]求得低照度圖像的反轉(zhuǎn)圖像的透射率，并根據(jù)透射率與深度信息的關(guān)系[7]估計圖像深度；然后基于估計到的圖像深度信息設(shè)計色調(diào)映射函數(shù)，利用包含物理模型的色調(diào)映射方法對圖像進行全局增強；最后根據(jù)圖像梯度信息來改善圖像局部細節(jié)。該方案不僅能夠有效提高圖像的亮度、對比度，顯著改善圖像視覺效果，同時可保留更多的圖像細節(jié)，減少噪聲，降低運算復雜度。為了解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)提出的一種基于暗通道先驗和色調(diào)映射的低照度圖像增強方法，包括以下步驟：步驟一、輸入的低照度圖像為I(x)，將圖像I(x)反轉(zhuǎn)得圖像其中c∈(r,g,b)；步驟二、計算反轉(zhuǎn)后圖像的暗原色將圖像中所有像素的暗原色值由大到小排列，取前1％暗原色的均值作為大氣光值A(chǔ)；步驟三、計算反轉(zhuǎn)后圖像的透射率步驟四、根據(jù)場景深度與透射率的關(guān)系估計低照度圖像I(x)的深度，表達式為：步驟五、使用歸一化函數(shù)Normalize()對圖像深度進行歸一化：步驟六、將低照度圖像I(x)從RGB空間轉(zhuǎn)到HSV空間，對V空間色調(diào)映射，映射函數(shù)為： I e n - g V ( x ) = 0.7 * ( 1 - ( 1 - I V ( x ) ) 2 本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種基于暗通道先驗和色調(diào)映射的低照度圖像增強方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一、輸入的低照度圖像為I(x)，將圖像I(x)反轉(zhuǎn)得圖像其中c∈(r,g,b)；步驟二、計算反轉(zhuǎn)后圖像的暗原色將圖像中所有像素的暗原色值由大到小排列，取前1％暗原色的均值作為大氣光值A(chǔ)；步驟三、計算反轉(zhuǎn)后圖像的透射率步驟四、根據(jù)場景深度與透射率的關(guān)系估計低照度圖像I(x)的深度，表達式為：步驟五、使用歸一化函數(shù)Normalize()對圖像深度進行歸一化：步驟六、將低照度圖像I(x)從RGB空間轉(zhuǎn)到HSV空間，對V空間色調(diào)映射，映射函數(shù)為：Ien-gV(x)=0.7*(1-(1-IV(x))2)*ln10log(2+((IV(x)Imax)lnbln0.5)*8)---(1)]]>式(1)中，b(x)＝β*e?d'(x)，β為常數(shù)，取0.45，Imax為整個圖像灰度的最大值，為色調(diào)映射后的圖像；步驟七、根據(jù)圖像梯度對色調(diào)映射后的圖像進行局部對比度增強：Ien-lV(x)=Ien-gV(x)+γ*Normalize(α(x))*(Ien-gV(x)-I‾en-gV(x))---(2)]]>式(2)中，γ為常數(shù)，是均值濾波后的圖像，為增強后的V空間圖像；步驟八、將增強后的V空間圖像與低照度圖像I(x)的H、S空間結(jié)合，然后將結(jié)合后的圖像從HSV空間轉(zhuǎn)換到RGB空間，得到最終增強圖像。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于暗通道先驗和色調(diào)映射的低照度圖像增強方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一、輸入的低照度圖像為I(x)，將圖像I(x)反轉(zhuǎn)得圖像其中c∈(r,g,b)；步驟二、計算反轉(zhuǎn)后圖像的暗原色將圖像中所有像素的暗原色值由大到小排列，取前1％暗原色的均值作為大氣光值A(chǔ)；步驟三、計算反轉(zhuǎn)后圖像的透射率步驟四、根據(jù)場景深度與透射率的關(guān)系估計低照度圖像I(x)的深度，表達式為：步驟五、使用歸一化函數(shù)Normalize()對圖像深度進行歸一化：步驟六、將低照度圖像I(x)從RGB空間轉(zhuǎn)到HSV空間，對V空間色調(diào)映射，映射函數(shù)為： I e n - g V ( x ) = 0.7 * ( 1 - ( 1 - I V ( x ) ) 2 ) * l n 10 l o g ( 2 + ( ( I V ( x ) I m a x ...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊愛萍，宋曹春洋，白煌煌，王建，張莉云，
申請(專利權(quán))人：天津大學，
類型：發(fā)明
國別省市：天津;12