[發明專利]一種粒度可控的低照度圖像的增強方法

有效

• 申請號: 201410246543.1
• 申請日: 2014-06-05
• 公開（公告）號: CN104050636B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 戴聲奎;孫萬源;高劍萍
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 泉州市文華專利代理有限公司35205
• 代理人: 陳智海

技術領域

本發明是一種可用于單幅圖像或連續視頻的粒度可控的低照度圖像的增強方法，屬于圖像處理領域，涉及計算復雜度可分級、基于區域一致性的自適應高斯濾波器以及自適應亮度修復系數等圖像處理方法。

背景技術

當前為了增強人民群眾的安全保障系數，在社會的各個重要場所譬如住宅、銀行、道路等都安裝了視頻監控系統，這樣一旦犯罪行為或者其他緊急突發狀況發生后，就可以通過視頻監控的畫面事后或者實時地監測具體的情景。但是，現在一般大多不法分子都會選擇夜晚或者亮度較暗的地方進行犯罪活動，而此時監控系統因為環境亮度太低，噪聲太大無法捕捉到較為清晰的畫面。低照度的視頻圖像具有灰度范圍比較窄，相鄰像素之間的相關性較高，灰度值的變化不明顯等特征，這樣就會使得圖像中的有用的信息和無用的噪聲都包含在一個非常窄的灰度范圍之內，這就使得人們無法正常的觀察低照度下的視頻，因此為了改善低照度情況下的視頻質量以及視覺的效果，以便從中獲取有用的信息，這時候就需要對低照度的視頻進行增強的處理。

當前國內外的研究者通過對低照度視頻的分析，利用了數字圖象處理的基本理論，衍生出了許多富有創新性的低照度視頻增強算法。國內研究者主要采用了局部直方圖均衡化、模糊邏輯理論的增強、基于小波變換和數學形態學等方法對低照度圖像進行了增強；而國外研究者普遍采用了非線性的色調映射、基于空域和時域的自適應雙邊濾波以及BP神經網絡等方法來對低照度圖像進行增強。

如何結合國內外研究者的關于低照度圖像增強的優點并進一步提高增強后圖像的質量，有必要從低照度圖像的特點等底層原理進行研究。

發明內容

本發明的目的在于克服了之前低照度圖像增強算法復雜度高、視覺效果一般、無法根據場景自適應調節亮度等不足，提出了一種粒度可控的低照度圖像的增強方法，利用大氣光散射模型，可以根據不同的場景和亮度通過調節高斯濾波器的參數和亮度修復因子，恢復出高質量的圖片，對于低照度環境的視頻和圖像有普遍的增強效果，魯棒性較高，增強后的圖像視覺效果較好。

本發明一種粒度可控的低照度圖像的增強方法，首先獲取原始低照度圖像的光輻射場，然后通過對原始低照度圖像亮度的估測，制備出自適應的亮度修復因子ω和基礎光強A，并利用對光輻射場的標準差制備出兩個自適應的高斯濾波器；最后利用該兩高斯濾波器對光輻射場進行去噪和模糊化處理，并通過自適應亮度修復因子ω和基礎光強A得到復原后的圖像。

具體包括如下步驟：

步驟1、定義光輻射場的初始值：

若原始低照度圖像為彩色圖像，則光輻射場初始值w(x,y)＝max(I_{original_R},I_{original_G},I_{original_B})；若原始低照度圖像為灰度圖像，則光輻射場初始值w(x,y)＝I_original，其中I_original為原始低照度圖像，I_{original_R}、I_{original_G}、I_{original_B}分別為彩色圖像I_originalR、G、B三通道的值；

步驟2、制備自適應的亮度修復因子ω：

(1)求光輻射場初始值w(x,_y)的平均值N_mean：

n為圖像中像素點的總數，xi為圖像中某一像素點的亮度值；

(2)求自適應的亮度修復因子ω：

ω＝k₁-(N_mean/128)²，k₁為設定的控制參數，范圍為0.7≤k₁≤0.95；

步驟3、制備自適應的基礎光強A：

(1)統計光輻射場w(x,y)的直方圖Histogram_w；

(2)計算光輻射場w(x,y)的直方圖的累加和當其中待處理整幅圖像的尺寸為imagesize，imagesize＝Height*Width，其中Height為圖像的高，Width為圖像的寬；對應的j₁即為基礎光強A，k₂為設定的控制參數，范圍為0≤k₂≤0.1；

步驟4、制備兩個自適應高斯濾波器：

先定義高斯濾波器為gaussfilter(N,σ)，其公式為：