[發(fā)明專利]一種參數(shù)最優(yōu)的灰度圖像增強(qiáng)處理系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710367543.0
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107274357B
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉興高;蔣雅萍;王雅琳;陽春華;桂衛(wèi)華
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發(fā)明公開了一種參數(shù)最優(yōu)的灰度圖像增強(qiáng)處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)由圖像讀入模塊、圖像預(yù)處理模塊、參數(shù)尋優(yōu)模塊、圖像增強(qiáng)與輸出模塊組成。系統(tǒng)首先將輸入的灰度圖像歸一化，然后采用變換公式來增強(qiáng)灰度圖像，變換公式中的參數(shù)通過改進(jìn)的智能優(yōu)化方法來確定。改進(jìn)的優(yōu)化方法加入了分群操作，能夠防止優(yōu)化過程陷入局部最優(yōu)。同時，改進(jìn)的優(yōu)化方法中，更新公式中的慣性權(quán)重根據(jù)迭代狀態(tài)自適應(yīng)地改變，提高了算法的收斂性能。采用改進(jìn)的智能優(yōu)化方法，系統(tǒng)可以快速準(zhǔn)確地確定最優(yōu)參數(shù)，然后對灰度圖像進(jìn)行增強(qiáng)操作并最終輸出。系統(tǒng)具有增強(qiáng)效果好，運(yùn)行效率高的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種參數(shù)最優(yōu)的灰度圖像增強(qiáng)處理系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在圖像處理中，圖像增強(qiáng)技術(shù)對于提高圖像的質(zhì)量起著重要的作用。它通過有選擇地強(qiáng)調(diào)圖像中某些信息而抑制掉另一些信息，以改善圖像的視覺效果,將原圖像轉(zhuǎn)換成一種更適合于人眼觀察和計算機(jī)進(jìn)行分析處理的形式。

灰度變換是圖像增強(qiáng)的重要手段之一，通過擴(kuò)大或改變灰度的值域范圍，提高清晰度，使特征更加明顯。它主要利用點(diǎn)運(yùn)算來修正像素灰度，通常可分為線性變換、分段線性變換、非線性變換。線性變換對于灰度范圍較窄的圖像可以較好的改善圖像，對于其他一些圖像增強(qiáng)效果并不明顯。分段線性變換對于目標(biāo)和背景可以明確區(qū)別的圖像，可以借助圖像的灰度直方圖來確定分段區(qū)間的灰度范圍，但是一般為了準(zhǔn)確確定變換區(qū)間，需要反復(fù)調(diào)整區(qū)間范圍，很多情況下只能根據(jù)經(jīng)驗來確定。在某些情況下，應(yīng)用非線性變換可以獲得比線性變換更好的增強(qiáng)效果，如在圖像過暗或過亮的情況下，利用指數(shù)變換或?qū)?shù)變換的效果可能比線性變換更好，然而它們?nèi)菀资箞D像過增強(qiáng)或欠增強(qiáng)，同時參數(shù)也較難控制。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服目前用非線性變換增強(qiáng)灰度圖像時參數(shù)難以控制的不足，本發(fā)明目的在于提供一種參數(shù)智能尋優(yōu)的灰度圖像增強(qiáng)處理系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種參數(shù)最優(yōu)的灰度圖像增強(qiáng)處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)由圖像讀入模塊、圖像預(yù)處理模塊、參數(shù)尋優(yōu)模塊、圖像增強(qiáng)與輸出模塊組成；其中：

圖像讀入模塊讀入一幅像素為M×N的灰度圖像I，并將其輸入圖像預(yù)處理模塊；灰度圖像I＝{f(x,y)}，其中x＝1,2,…,M，y＝1,2,…,N，f(x,y)代表像素點(diǎn)(x,y)的灰度值，f(x,y)∈[L_min,L_max]，L_min,L_max分別表示讀入的灰度圖像的灰度值的最小值和最大值；

圖像預(yù)處理模塊對讀入的灰度圖像進(jìn)行歸一化處理后，將結(jié)果輸入?yún)?shù)尋優(yōu)模塊；像素點(diǎn)(x,y)經(jīng)過歸一化以后的像素值為f'(x,y)：

參數(shù)尋優(yōu)模塊初始化種群規(guī)模為N_s的粒子群，隨機(jī)生成維度為2的粒子i的初始位置x_i＝(x_i1,x_i2)和初始速度v_i＝(v_i1,v_i2)，i＝1,2,...,N_s；其中x_i1,x_i2∈[0,10]，v_i1,v_i2∈[-10,10]，種群規(guī)模N_s＝30～100；然后按以下方法進(jìn)行迭代，初始時迭代計數(shù)t＝0：

(1)按公式(2)對每個像素點(diǎn)進(jìn)行圖像增強(qiáng)變換：

其中，F(xiàn)(x,y)為像素點(diǎn)(x,y)經(jīng)過增強(qiáng)變換以后的像素值；u為讀入的灰度圖像歸一化后的灰度值，即u＝f'(x,y)，u∈[0,1]；a,b為待優(yōu)化的參數(shù)，用粒子的位置狀態(tài)表示，a＝x_i1，b＝x_i2，a,b∈[0,10]；q為灰度增強(qiáng)變換公式中的積分變量；