[發(fā)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(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010099590.3
• 申請(qǐng)日: 2020-02-18
• 公開（公告）號(hào): CN111340895B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳煒;謝煜晨;范菁;沈瑛;楊海平;陳振乾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/90
• 分類號(hào): G06T7/90;G06T7/40;G06T5/50;G06T5/00
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)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(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟1：待處理影像金字塔處理；

設(shè)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(shù)設(shè)置S為：

S＝[log₂r] (2)

其中，[]表示下取整；金字塔總層數(shù)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(duì)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(duì)影像X₁進(jìn)行高斯金字塔降采樣處理，該過程同時(shí)進(jìn)行高斯濾波及偶數(shù)行下采樣：

其中，l表示影像層數(shù)；i，j分別為影像行列坐標(biāo)；m和n為卷積核的相對(duì)位置坐標(biāo)；W是高斯卷積核的權(quán)重；

為了簡化金字塔降采樣函數(shù)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(shù)通過公式(4)實(shí)現(xiàn)；

按照上述公式(5)逐層(l＝1,2,...,L-1)進(jìn)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(jìn)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(shù)；則低頻金字塔影像組如下：

并將高斯金字塔影像組X與對(duì)應(yīng)低頻金字塔影像組X^L各層(l＝0,1,...,L)相減，得到金字塔細(xì)節(jié)信息，第l層的高頻尺度影像：

通過上述過程，獲得金字塔細(xì)節(jié)信息高頻影像組X^H：

步驟3：低分辨率影像濾波；

對(duì)參考影像Y再進(jìn)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(shù)；本步驟是濾除掉參考影像的細(xì)節(jié)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(yīng)層級(jí)；

把低頻影像Y^L作為輸入進(jìn)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(xì)節(jié)信息高頻影像組X^H相應(yīng)層的影像相加，基于金字塔層級(jí)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(shù)；

按照上述公式(12)逐層進(jìn)行(l＝0,1,...,L-2)進(jìn)行采樣，U函數(shù)具體計(jì)算如下：

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

該步驟目的是對(duì)影像進(jìn)行高斯上采樣，得到含有當(dāng)前層級(jí)完整色彩和細(xì)節(jié)信息，但丟失上一尺度細(xì)節(jié)信息的層級(jí)影像；

步驟5：亮點(diǎn)噪聲抑制；

由于高頻信息和低頻信息的結(jié)合往往會(huì)導(dǎo)致影像像素?cái)?shù)值超過影像色彩深度，使影像產(chǎn)生亮點(diǎn)噪聲；為了消除兩個(gè)不同影像因地物差異產(chǎn)生的像素亮點(diǎn)噪聲，在步驟4金字塔各層還原處理后使用色彩輔助參數(shù)平衡和色彩閾值約束方法調(diào)整；

亮點(diǎn)噪聲抑制對(duì)象為步驟4得到的組合信息影像；設(shè)某層組合信息影像為對(duì)其進(jìn)行下列公式處理；

其中，b為一個(gè)大小為3的影像色彩輔助數(shù)組，該參數(shù)是為了補(bǔ)償抑制影像亮點(diǎn)噪聲產(chǎn)生的色彩誤差和畸變，第一個(gè)參數(shù)表示影像紅波段補(bǔ)償值，第二個(gè)參數(shù)表示影像綠波段補(bǔ)償值，第三個(gè)參數(shù)表示影像藍(lán)波段補(bǔ)償值；k為像素亮點(diǎn)噪聲調(diào)節(jié)參數(shù)；E為色彩約束常數(shù)，亮度大于該值得就認(rèn)為是亮點(diǎn)噪聲；B為色彩深度層級(jí)縮放幅度值，由于高頻信息和低頻信息的結(jié)合往往會(huì)導(dǎo)致影像像素?cái)?shù)值超過色彩深度，那么設(shè)定相應(yīng)的縮放數(shù)值B并依據(jù)層級(jí)約束，從而改善金字塔結(jié)構(gòu)還原導(dǎo)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(shù)；h和w分別為影像的行列坐標(biāo)；最終約束當(dāng)前層級(jí)色彩深度閾值由色彩約束常數(shù)、像素亮點(diǎn)噪聲調(diào)節(jié)參數(shù)和層級(jí)縮放幅度值組成；

由于金字塔結(jié)構(gòu)層級(jí)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(shí)會(huì)形成誤差累積，所以金字塔色彩校正影像組X^M各層級(jí)影像經(jīng)過了亮點(diǎn)噪聲抑制處理，防止了層級(jí)間色彩誤差累積導(dǎo)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(duì)亮點(diǎn)噪聲抑制處理后的圖像，結(jié)合高頻影像組X^H對(duì)低頻影像Y^L逐級(jí)(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(shè)步驟5亮點(diǎn)噪聲抑制處理函數(shù)為M函數(shù)：

本步驟是將影像高頻細(xì)節(jié)殘差信息和低頻顏色信息相結(jié)合通過高斯上采樣來還原圖像完整信息，使用步驟5層級(jí)間亮點(diǎn)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(shí)際無法適應(yīng)金字塔結(jié)構(gòu)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(shù)替換為普通上采樣操作，并相應(yīng)地根據(jù)公式(14)(15)消除亮點(diǎn)噪聲，得到色彩校正影像根據(jù)以上步驟進(jìn)行逐級(jí)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

。