[發(fā)明專利]一種基于非抽樣Contourlet的圖像增強(qiáng)方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201610959013.0
• 申請日: 2016-11-03
• 公開（公告）號: CN106651817A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉偉;饒云波;鄧建華;陸川;廖丹;張明;李慧;范柏江;宋佳麗
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)成都研究院
• 主分類號: G06T5/40
• 分類號: G06T5/40
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專利代理事務(wù)所(普通合伙)51232
• 代理人: 葛啟函

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計算機(jī)視覺領(lǐng)域和信號處理領(lǐng)域，特別是涉及圖像增強(qiáng)、非抽樣Contourlet(NSTC)和圖像處理的方法。

背景技術(shù)

在現(xiàn)實生活中，夜間圖像由于天氣條件、亮度條件、捕獲設(shè)備等因素導(dǎo)致圖像不清晰甚至異常模糊。因此對夜間圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理特別重要，利于圖像分析。圖像增強(qiáng)是計算機(jī)視覺領(lǐng)域的研究之一。主要解決的問題是：將較低質(zhì)量(亮度小，對比度低，細(xì)節(jié)模糊等)的輸入圖像輸出為高質(zhì)量(亮度大，對比度高，細(xì)節(jié)清晰)的圖像。目前圖像增強(qiáng)技術(shù)已經(jīng)展開了大量的應(yīng)用研究，然而在夜間復(fù)雜背景下的低亮度圖像增強(qiáng)技術(shù)帶來了不小的挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)的圖像增強(qiáng)技術(shù)歸納為兩大類：空域增強(qiáng)處理法和頻域增強(qiáng)處理法。空域增強(qiáng)法通常是針對像素操作。包括灰度變換、直方圖均衡、各種濾波器處理、基于模糊邏輯的增強(qiáng)、基于遺傳算法優(yōu)化等，基于空域增強(qiáng)的算法屬于直接增強(qiáng)圖像本身。

下面給出空域增強(qiáng)的一般定義如下式：

g(x,y)＝T[f(x,y)] (1)

其中處理后圖像是g(x,y)，輸入圖像是f(x,y)，轉(zhuǎn)換函數(shù)是T，表示對圖像f(x,y)的各種轉(zhuǎn)換操作。

基于頻域增強(qiáng)的算法基礎(chǔ)是卷積定理，它是將圖像看作波，然后利用信號處理的手段對圖像進(jìn)行處理。通常采用數(shù)學(xué)表示方式，定義如下：

G(u,v)＝H(u,v)*F(u,v) (2)

根據(jù)上式，增強(qiáng)后的圖像g(x,y)可以采用反變換方式得到。

g(x,y)＝F^-1[H(u,v)*F(u,v)] (3)

式中g(shù)(x,y)表示處理后的圖像，F(xiàn)(u,v)是圖像傅里葉變換，H(u,v)是濾波器變換函數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)后的圖像比原圖像細(xì)節(jié)更清楚。在增強(qiáng)的過程中，如果強(qiáng)調(diào)低頻分量，可以采用低通濾波器去除圖像噪聲；如果是強(qiáng)調(diào)高頻分量，可以采用高通濾波器增強(qiáng)圖像邊緣，更好地勾畫出輪廓。

直方圖均衡(HE)是一個最常用的對比增強(qiáng)技術(shù)，圖像的概率密度函數(shù)(PDF)描述如下：

其中n_k表達(dá)第k個灰度等級的圖像的像素總數(shù)，N是圖像的像素總數(shù)。圖像的直方圖累積分布函數(shù)(Cumulative Distribution Function,CDF)定義如下：

從公式(5)得到CDF值，直方圖均衡映射從一個輸入等級k的圖像到輸出等級H_k使用下面的映射函數(shù)：

H_k＝(K-1)×C(k) (6)

傳統(tǒng)的直方圖均衡方法，由于灰度拉伸導(dǎo)致過度增強(qiáng)或者閃爍效果，如果一幅圖像的像素占有全部可能的灰度級并且分布均勻，則顯示的圖像有高對比度和多變的灰度色調(diào)。圖1顯示了直方圖增強(qiáng)的結(jié)果。

色調(diào)函數(shù)映射(Tone Mapping)是另外一個對比增強(qiáng)技術(shù)，目前的色調(diào)函數(shù)增強(qiáng)可以分為兩類：基于全局的色調(diào)函數(shù)增強(qiáng)和基于局部的色調(diào)函數(shù)增強(qiáng)，優(yōu)點(diǎn)是：①可以保持圖像的細(xì)節(jié)，②提供低動態(tài)范圍的亮度信息。為增強(qiáng)低動態(tài)范圍的圖像，在時間域上使用非線性的曝光和噪聲的過濾器，算法能更好的增強(qiáng)圖像，減少噪聲。通常色調(diào)函數(shù)增強(qiáng)是基于圖像亮度層進(jìn)行，這樣能更好的保護(hù)增強(qiáng)后的細(xì)節(jié)。下面給出常見的色調(diào)函數(shù)：

色調(diào)函數(shù)的對比增強(qiáng)成功的應(yīng)用到增強(qiáng)技術(shù)上，增強(qiáng)圖像無論亮度和清晰度都更高，前面的部分也更清晰。

鑒于此，本發(fā)明的主要目的是解決上述目前存在與信息融合增強(qiáng)方法引入的新問題。為了實現(xiàn)此目標(biāo)，我們提出了一種基于非抽樣Contourlet的圖像增強(qiáng)方法。該方法的時間消耗低，可以更好地滿足夜間圖像增強(qiáng)的實時性要求。

發(fā)明內(nèi)容

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：基于NSCT的分析，提出對低亮度圖像進(jìn)行多尺度分解，然后進(jìn)行融合增強(qiáng)的算法。該發(fā)明具體包括如下基本步驟：

A估算高亮度圖像背景；

B轉(zhuǎn)換RGB顏色空間轉(zhuǎn)換為La*b*，并提取L分量作為灰度，然后分解得到亮度和反射度；

C提取亮度分量，然后使用非抽樣Contourlet處理進(jìn)行增強(qiáng)處理，即得到增強(qiáng)的夜間圖像；

D對增強(qiáng)后的圖像進(jìn)行逆置轉(zhuǎn)換得到增強(qiáng)后的多分辨率圖像，對增強(qiáng)后的圖像使用夜間圖像顏色進(jìn)行還原，并對圖像重構(gòu)；

E圖像增強(qiáng)后的客觀評價；

附圖說明

圖1本發(fā)明算法具體實施原理以及框圖。

具體實施方式