[發明專利]一種基于金字塔多尺度融合的影像色彩一致化方法

有效

• 申請號: 202010099590.3
• 申請日: 2020-02-18
• 公開（公告）號: CN111340895B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 吳煒;謝煜晨;范菁;沈瑛;楊海平;陳振乾
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G06T7/90
• 分類號: G06T7/90;G06T7/40;G06T5/50;G06T5/00
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

1.一種基于金字塔多尺度融合的影像色彩一致化方法，實現步驟如下：

步驟1：待處理影像金字塔處理；

設待處理影像為X₀，參考影像為Y，定義比值r為參考影像的分辨率r(Y)除以待處理影像的分辨率r(X₀)：

高斯金字塔采樣層數設置S為：

S＝[log₂r] (2)

其中，[]表示下取整；金字塔總層數L為：

L＝S+1 (3)

建立高斯金字塔，將影像X₀作為金字塔的第一層，并對其下采樣為參考影像的2^S倍大小，作為金字塔第二層X₁；

對影像X₁進行高斯金字塔降采樣處理，該過程同時進行高斯濾波及偶數行下采樣：

其中，l表示影像層數；i，j分別為影像行列坐標；m和n為卷積核的相對位置坐標；W是高斯卷積核的權重；

為了簡化金字塔降采樣函數表示，定義第l到第l+1層的高斯金字塔下采樣方法為：

X_l+1＝D(X_l) (5)

其中，D函數通過公式(4)實現；

按照上述公式(5)逐層(l＝1,2,...,L-1)進行采樣得到多分辨率影像組X；

X＝X₀,X₁,...,X_L (6)

步驟2：多分辨率頻率信息分解；

將高斯金字塔影像組X各層(l＝0,1,...,L)進行高斯濾波處理，得到低頻金字塔影像組；

其中，代表第l層低頻尺度影像，G為卷積核大小為w的高斯濾波函數；則低頻金字塔影像組如下：

并將高斯金字塔影像組X與對應低頻金字塔影像組X^L各層(l＝0,1,...,L)相減，得到金字塔細節信息，第l層的高頻尺度影像：

通過上述過程，獲得金字塔細節信息高頻影像組X^H：

步驟3：低分辨率影像濾波；

對參考影像Y再進行高斯濾波處理，得到低頻參考影像Y^L：

Y^L＝G(Y) (11)

其中，G表示卷積核大小為w的高斯濾波函數；本步驟是濾除掉參考影像的細節信息，提取出一致的色彩信息；

步驟4：將低分辨率影像的低頻信息賦予高分辨率影像的相應層級；

把低頻影像Y^L作為輸入進行高斯金字塔還原處理，并將上層金字塔還原處理得到的影像與金字塔細節信息高頻影像組X^H相應層的影像相加，基于金字塔層級組合方法為：

其中，為第l層組合信息影像；上式中U為高斯金字塔還原函數；

按照上述公式(12)逐層進行(l＝0,1,...,L-2)進行采樣，U函數具體計算如下：

其中，i，j分別為影像行列坐標；m和n為卷積核的相對位置坐標；W是高斯卷積核的權重；I代表需要上采樣的影像；

該步驟目的是對影像進行高斯上采樣，得到含有當前層級完整色彩和細節信息，但丟失上一尺度細節信息的層級影像；

步驟5：亮點噪聲抑制；

由于高頻信息和低頻信息的結合往往會導致影像像素數值超過影像色彩深度，使影像產生亮點噪聲；為了消除兩個不同影像因地物差異產生的像素亮點噪聲，在步驟4金字塔各層還原處理后使用色彩輔助參數平衡和色彩閾值約束方法調整；

亮點噪聲抑制對象為步驟4得到的組合信息影像；設某層組合信息影像為對其進行下列公式處理；

其中，b為一個大小為3的影像色彩輔助數組，該參數是為了補償抑制影像亮點噪聲產生的色彩誤差和畸變，第一個參數表示影像紅波段補償值，第二個參數表示影像綠波段補償值，第三個參數表示影像藍波段補償值；k為像素亮點噪聲調節參數；E為色彩約束常數，亮度大于該值得就認為是亮點噪聲；B為色彩深度層級縮放幅度值，由于高頻信息和低頻信息的結合往往會導致影像像素數值超過色彩深度，那么設定相應的縮放數值B并依據層級約束，從而改善金字塔結構還原導致的色彩誤差累積；表示為第l層處理影像；c代表為影像通道數；h和w分別為影像的行列坐標；最終約束當前層級色彩深度閾值由色彩約束常數、像素亮點噪聲調節參數和層級縮放幅度值組成；

由于金字塔結構層級之間的影像缺乏因插值而丟失的高頻信息，且待處理影像的高頻金字塔在還原處理時會形成誤差累積，所以金字塔色彩校正影像組X^M各層級影像經過了亮點噪聲抑制處理，防止了層級間色彩誤差累積導致最終輸出影像色彩不一致；

步驟6：金字塔色彩校正影像組；

對亮點噪聲抑制處理后的圖像，結合高頻影像組X^H對低頻影像Y^L逐級(l＝0,1,...,L-2)高斯金字塔還原，由下列各式得到金字塔色彩校正影像組為X^M，設步驟5亮點噪聲抑制處理函數為M函數：

本步驟是將影像高頻細節殘差信息和低頻顏色信息相結合通過高斯上采樣來還原圖像完整信息，使用步驟5層級間亮點噪聲抑制處理，得到色彩一致化的金字塔校正影像組；

步驟7：色彩一致化處理；

受實際無法適應金字塔結構的原因，第L-1層的金字塔還原處理需要將公式(17)中的U函數替換為普通上采樣操作，并相應地根據公式(14)(15)消除亮點噪聲，得到色彩校正影像根據以上步驟進行逐級處理，金字塔色彩校正影像組X^M的各層尺度影像均校正為色彩一致化，最終色彩校正圖像X_dst即為色彩校正影像

。