[發明專利]基于改進的直方圖均衡化低照度圖像增強算法

在審

• 申請號: 201610976674.4
• 申請日: 2016-11-07
• 公開（公告）號: CN106651818A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 顏微;馬昊辰;冉駿
• 申請（專利權）人: 湖南源信光電科技有限公司
• 主分類號: G06T5/40
• 分類號: G06T5/40
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司11429
• 代理人: 陳立新

技術領域

本發明涉及計算機視覺領域，特指基于改進的直方圖均衡化低照度圖像增強算法。

背景技術

在攝影或監控時由于光照不足，會使圖像過暗，導致畫面中常出現對比度低、噪聲大、照度不均等情況，產生低照度圖像。低照度圖像灰度范圍較窄，相鄰像素的空間相關性高，灰度變化不明顯，進而影響后續的圖像識別、理解與判斷，因此對低照度圖像進行增強處理具有重要的意義。

低照度圖像的細節灰度差別只在幾十級以內，且圖像灰度值較低。因此，希望通過一種圖像增強處理既能清晰看到整幅圖像又能突出局部細節，直方圖均衡化是最常用的增強圖像對比度的算法，目前傳統的直方圖均衡化圖像增強算法很難做到很好的兼顧，在處理過程中存在著不可避免地丟失原始圖像的亮度信息問題以及處理后畫面失真的問題。傳統的局部直方圖均衡化算法處理圖像時，每個像素的變化不是根據整幅圖像的像素值進行修改，而是根據預先確定的一個矩形區域內的像素進行修改，該方法對細節部分的處理有一定效果，但是使用其處理低照度圖像時，其圖像亮度的整體提升效果不佳。江巨浪等提出的保持亮度和灰度級的直方圖均衡算法具有很好的亮度保持性能，且對灰度范圍較小的圖片增強效果較好，但它在局部增強力度上有所下降。

針對現行算法普遍存在的問題，本發明提出一種低照度圖像處理的整體效果和局部細節方面得以兼顧的方法，首先利用局部信息進行對比度增強，然后對全局直方圖采用改進的均衡化算法進行處理。更大程度地保持圖像的信息，同時提高圖像亮度。在低照度圖像增強方面，獲得較好的視覺效果。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于：針對低照度成像這個特定問題，為了提高圖像的對比度和局部細節的清晰度，獲得較好的視覺效果，提出了基于改進的直方圖均衡化低照度圖像增強算法。

為解決上述技術問題，本發明采取的技術方案是：

一種基于改進的直方圖均衡化低照度圖像增強算法，包括如下步驟：

(1)求出待處理圖像H(x)對比度參數p；

(2)通過對比度映射函數f(x)求出增強對比度參數p'；

(3)根據增強對比度參數p'得到新的灰度值x'，獲得對比度增強處理后的圖像H'(x)；

(4)對圖像H'(x)采用灰度級進行合并；

(5)進行直方圖均衡化，得到最終處理后的圖像G(i)。

作為本發明的進一步改進，所述步驟(1)中，將待處理圖像H(x)根據下列公式求出其對比度參數p，

其中，x是原圖中某點的灰度值，x_e是x周圍八鄰域的灰度均值,L_max為最大灰度級。

作為本發明的進一步改進，所述步驟(2)中，選擇多項式函數f(p)＝4p-6p²+4p³-p⁴作為映射函數。

作為本發明的進一步改進，所述步驟(3)中，根據增強對比度參數p'，通過下列公式求得新的灰度值，計算對比度增強后的各點的灰度值x'，獲得對比度增強處理后的圖像H'(x)，

作為本發明的進一步改進，所述步驟(4)中，對H'(x)采用灰度級合并方法的改進具體如下：

4.1、確定均衡化前后圖像的灰度級i,j＝0,1,2,…,L-1；

4.2、正向掃描圖像，統計出原圖像中各灰度級的像素數目n_j；

4.3、計算原圖像的歸一化直方圖

4.4計算累積直方圖

4.5、根據以下公式，確定灰度級的映射關系；

s_k并＝int((L-1)s_k+0.5)

w₀＝1,w_j+1＝w_j+step

其中int()為取整函數，s_k并為均衡化后圖像的歸一化合并的灰度級，0＜k₁＜n，0＜k₂＜n，step取值為0.5，w_j為權重系數，w_j+1為按一定步長step遞增的下一個權重系數；

對于某一灰度級，將其后的各灰度級與當前灰度級進行合并時，根據與當前灰度級的距離分別賦予按一定步長遞增的權重系數，當d值小于1/(L-1)時，原圖像中r_k1與r_k2間的各灰度級將被合并為一個灰度級；