[發(fā)明專利]用于自然場(chǎng)景中圖像高光去除的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911293175.5
• 申請(qǐng)日: 2019-12-16
• 公開（公告）號(hào): CN111080686B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 侯成剛;金一;陳懷安;竺長(zhǎng)安;陳恩紅;呂盼稂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/40
• 分類號(hào): G06T7/40;G06T7/90
• 代理公司: 北京凱特來知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;鄭哲

本發(fā)明公開了一種用于自然場(chǎng)景中圖像高光去除的方法，包括：利用魯棒稀疏分解的方法對(duì)原始圖像進(jìn)行分解，獲得表示圖像亮度變化與顏色變化的低頻信息；將原始圖像由色彩空間轉(zhuǎn)換至色度空間，并利用低頻信息，估計(jì)色度空間中的鏡面反射系數(shù)；利用估計(jì)到的鏡面反射系數(shù)計(jì)算出鏡面反射分量，并在原始圖像中去除計(jì)算出的鏡面反射分量，再轉(zhuǎn)換回色彩空間，得到去高光后的圖像。該方法可以準(zhǔn)確地分離鏡面反射，并且在高光消除期間不會(huì)引入任何偽影，圖像也不會(huì)變得模糊，在自然場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)了最佳高光去除效果，此外，在包含復(fù)雜紋理或飽和像素的一些具有挑戰(zhàn)性的場(chǎng)景中極大地保留了原始圖像的細(xì)節(jié)和結(jié)構(gòu)信息。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及圖像質(zhì)量恢復(fù)與提升技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于自然場(chǎng)景中圖像高光去除的方法。

背景技術(shù)

圖像在拍攝的過程中往往會(huì)因?yàn)閳?chǎng)景中物體表面的反射特性和不均勻照明因素形成高光現(xiàn)象，即在某處發(fā)生較為強(qiáng)烈的鏡面反射，使得圖像的原始信息丟失，從而影響后續(xù)的邊緣檢測(cè)、軌跡追蹤等機(jī)器視覺算法的進(jìn)行，因此探索在圖像中準(zhǔn)確地將高光去除或者將像素處的鏡面反射與漫反射成分分離的有效方法具有十分重要的研究意義。

針對(duì)圖像的高光去除方法包括硬件和軟件兩類，硬件方法如在相機(jī)外部添加偏振裝置等，此類方法的缺失是導(dǎo)致嚴(yán)重的測(cè)量失真。因此目前的研究?jī)A向于使用圖像處理算法直接從單個(gè)圖像去除高光，無需額外硬件的輔助，同時(shí)最小化外部干擾條件。現(xiàn)有的基于圖像處理算法的高光去除方法主要包括三種：

第一種是基于偏微分方程和偏振的方法，利用偏振分離反射分量，但是其實(shí)驗(yàn)過程較復(fù)雜，不僅需要獲得多個(gè)不同偏振方向的圖像，還需要額外的偏振器輔助，而且這種方法只適用于物體表面變化不明顯的情況。

第二種是基于色度圖和直方圖的方法，研究者提出SF(無鏡面)圖像的概念，通過比較高光區(qū)域和相鄰區(qū)域的像素值，轉(zhuǎn)換像素的最大值以匹配相鄰像素值，不斷地進(jìn)行迭代以去除高光，然而這種方法的主要缺點(diǎn)是存在許多自然圖像中的色調(diào)飽和度模糊。

第三種是基于雙色反射模型的方法，也是目前使用最廣泛的方法，充分考慮了場(chǎng)景的物理特性，將某處像素的強(qiáng)度分解為表示物體表面信息的漫反射分量和表示光源信息的鏡面反射分量。最新的研究方法將色線約束引入到模型當(dāng)中，但它僅適用于深色表面物體，無法實(shí)現(xiàn)像素的精確聚類。此外，現(xiàn)有的基于雙色反射模型的方法往往假設(shè)高光部分在圖像中是稀疏的，將反射分離轉(zhuǎn)換為低秩和稀疏矩陣的解，然而這些方法往往只能對(duì)在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景下拍攝的圖像起到作用，因?yàn)檫@是人為布置環(huán)境、添加光源的場(chǎng)景，然而自然圖像中的高光通常不會(huì)表現(xiàn)出稀疏的特性，導(dǎo)致現(xiàn)有的方法在自然圖像中的處理效果不佳。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于自然場(chǎng)景中圖像高光去除的方法，可以準(zhǔn)確地分離鏡面反射，并且在高光消除期間不會(huì)引入任何偽影，圖像也不會(huì)變得模糊，在自然場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)了最佳高光去除效果，此外，在包含復(fù)雜紋理或飽和像素的一些具有挑戰(zhàn)性的場(chǎng)景中極大地保留了原始圖像的細(xì)節(jié)和結(jié)構(gòu)信息。

在自然圖像中的表現(xiàn)優(yōu)于現(xiàn)有最先進(jìn)的方法，并且在存在飽和像素和復(fù)雜紋理的挑戰(zhàn)性場(chǎng)景中表現(xiàn)出良好的效果。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種用于自然場(chǎng)景中圖像高光去除的方法，包括：

利用魯棒稀疏分解的方法對(duì)原始圖像進(jìn)行分解，獲得表示圖像亮度變化與顏色變化的低頻信息；

將原始圖像由色彩空間轉(zhuǎn)換至色度空間，并利用低頻信息，估計(jì)色度空間中的鏡面反射系數(shù)；

利用估計(jì)到的鏡面反射系數(shù)計(jì)算出鏡面反射分量，并在原始圖像中去除計(jì)算出的鏡面反射分量，再轉(zhuǎn)換回色彩空間，得到去高光后的圖像。