[發明專利]一種基于虛擬多曝光融合的不均勻光照圖像增強方法

有效

• 申請號: 201910970860.0
• 申請日: 2019-10-14
• 公開（公告）號: CN112734650B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 徐望明;劉召;伍世虔;黃子蒙
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了屬于圖像處理領域的一種基于虛擬多曝光融合的不均勻光照圖像增強方法。包括以下步驟：1)將輸入圖像從RGB空間轉換到HSV空間；2)對V分量，基于圖像信息熵最大化原則確定兩個最優曝光比，利用亮度映射函數進行兩次虛擬曝光生成增強曝光圖像V1和減弱曝光圖像V2；3)對由V、V1和V2組成的曝光圖像序列，采用帶細節提升的多曝光圖像融合方法進行融合得到增強后的V分量；4)用增強后的V分量和保持不變的H分量和S分量重新合成HSV圖像，并將其轉換回RGB空間作為最終結果輸出。本發明能有效改善不均勻光照圖像同時存在過曝和欠曝區域所導致的圖像質量問題，產生動態范圍高且能較好保持顏色和細節信息的圖像。

技術領域

本發明屬于圖像處理領域，具體涉及一種基于虛擬多曝光融合的不均勻光照圖像增強方法。

背景技術

在圖像采集過程中，光照環境或物體表面反光等原因會造成圖像整體光照不均勻，過曝、欠曝或兩者同時存在都會致使圖像出現對比度低、視覺效果差等質量問題。對這樣的不均勻光照圖像進行增強、改善其視覺質量通常是計算機視覺任務(如目標檢測、目標識別、視覺追蹤、視覺導航等)的一個重要預處理步驟。目前主流的不均勻光照圖像增強方法主要包括以直方圖均衡化(Histogram Equalization，HE)為代表的灰度變換方法和基于Retinex理論的圖像增強方法。直方圖均衡化方法通過利用合適的灰度變換使圖像灰度直方圖的分布更加均勻，根據處理區域范圍的不同又分為全局直方圖均衡化方法和局部直方圖均衡化方法。這類方法對于光照不均勻圖像的增強具有一定的效果，但在圖像較亮區域容易出現過度增強造成細節失真，對于圖像不同區域的亮度很難做到自適應調整,存在偏色及區域過渡不自然的問題，而且對噪聲比較敏感。基于Retinex理論的圖像增強方法實質上是一種基于光照補償的圖像增強算法。Retinex理論認為圖像可分解成光照分量和反射分量，有的算法通過估計并移除光照分量并保留反射分量作為圖像增強結果，有的算法通過調整光照分量并融合相應的反射分量得到最終增強結果，使得圖像在增強細節的同時看起來較為自然。這類方法適合處理局部灰度值低的圖像，能有效增強其中暗處的對比度和細節部分，但在增強圖像的同時可能造成圖像邊緣模糊。由于不均勻光照圖像一般既存在過曝區域，又存在欠曝區域，以上基于直方圖均衡或Retinex理論的單幅圖像增強的方法，難以做到較好地同時增強圖像中的過曝區域和欠曝區域，從而導致增強后的圖像出現顏色失真、過暗或過亮區域的細節丟失的問題。Ying等人提出基于相機響應模型和曝光融合的低光照圖像增強框架(參考文獻Ying Z,Li G,Ren Y,et al：A New Low-Light ImageEnhancement Algorithm Using Camera Response Model,ICCV 2017；Ying Z,Li G,RenY,et al：A New Image Contrast Enhancement Algorithm Using Exposure FusionFramework,ICCAIP 2017)，所提出的曝光融合方法僅適合兩幅圖像融合的情況，由于沒有針對圖像中的過亮區域進行處理，圖像亮處的細節會有失真，故該方法對一般同時存在過曝和欠曝區域的不均勻光照圖像的增強效果不佳。

發明內容

本發明為了克服上述技術的不足，提供一種基于虛擬多曝光融合的不均勻光照圖像增強方法，其特點在于，該方法借助相機響應模型，根據輸入的不均勻光照圖像，虛擬生成一個具有不同曝光的圖像序列，并使用多曝光融合原理重構出一幅動態范圍高、對比度強、可視化質量好的圖像。其中，為了更好地保持圖像顏色和細節信息，曝光圖像的生成和融合是將原圖像從RGB顏色空間轉換到HSV顏色空間后在V通道圖像中完成的，并且在圖像融合過程中進行了圖像細節提升處理。

具體而言，本發明提供的一種基于虛擬多曝光融合的不均勻光照圖像增強方法，包括以下步驟：