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一種高動態(tài)圖像增強方法

文檔序號:10726366閱讀:499來源:國知局
一種高動態(tài)圖像增強方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高動態(tài)圖像增強方法,具體將高動態(tài)圖像從彩色通道變換到灰度通道圖像,然后將灰度通道圖像進行對數(shù)壓縮處理,再將灰度通道壓縮圖像進行兩個自適應非線性的圖像增強處理,然后再對這兩個增強圖像進行局部增強處理,之后再通過融合規(guī)則將這兩個局部增強的灰度圖像進行融合,然后對融合灰度圖像進行全局增強,最后將原始高動態(tài)圖像的彩色信息通過顏色校正,將校正的顏色信息和融合灰度圖像轉(zhuǎn)換到彩色通道,從而實現(xiàn)高動態(tài)圖像的增強。本發(fā)明的方法具有無參數(shù)設置和有效增強高動態(tài)圖像的特點。
【專利說明】
一種高動態(tài)圖像増強方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于計算機視覺技術領域,特別涉及高動態(tài)圖像增強技術。
【背景技術】
[0002] 高動態(tài)圖像提供了比低動態(tài)圖像更為豐富的信息,但是目前顯示設備多為低動態(tài) 顯示設備,而高動態(tài)圖像在低動態(tài)設備上顯示會遇到信息損失、顏色失真問題,因此為解決 高動態(tài)圖像在低動態(tài)設備上顯示應運而生的高動態(tài)圖像增強方法正受到越來越多的關注。 目前,高動態(tài)圖像增強方法主要存在兩類:一類是對高動態(tài)圖像進行全局處理,這種方法導 致圖像失去局部細節(jié)信息;另一類是對高動態(tài)圖像進行局部處理,這種方法會導致眩暈的 出現(xiàn)、顏色的失真。比較典型的方法有D . J . Jobson等1997年提出的方法,參見文獻: D.J.Jobson,Z.-u.Rahman,G.A.ffoode11.A multi sealeretinex for bridging the gap between color images and the human observation of scenes. Image Processing, IEEE Transactions on, 1997,6(7) :965-976,該方法是將圖片三個顏色通道分別進行三個 尺寸大小的SSR處理,然后分別將三個SSR處理結(jié)果進行線性加權,然后再對三個顏色通道 進行顏色矯正,從而能夠有效的實現(xiàn)高動態(tài)圖像增強。但該方法會導致圖像邊界出現(xiàn)眩暈 現(xiàn)象和圖像的某些顏色出現(xiàn)失真、顏色欠飽和。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的上述高動態(tài)圖像增強方法存在的缺陷,提出了一 種高動態(tài)圖像增強方法。
[0004] 為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的技術方案是:一種高動態(tài)圖像增強方法,包括如下步 驟:
[0005] S1.獲取灰度壓縮圖:將高動態(tài)圖像變換到灰度通道,并對其進行對數(shù)處理獲得灰 度壓縮圖;
[0006] S2.生成兩幅灰度圖像增強圖:將步驟S1得到的灰度壓縮圖分別進行兩個非線性 變換,得到兩幅灰度圖像增強圖;
[0007] S3.兩幅灰度圖像增強圖進行局部增強處理:分別對S2得到的灰度圖像圖像增強 圖進行局部增強處理;
[0008] S4.生成融合灰度圖像:根據(jù)融合規(guī)則對步驟S3處理得到的兩幅灰度圖進行融合 處理,得到一幅融合灰度圖;
[0009] S5.融合灰度圖亮區(qū)增強處理:將S4處理得到的融合灰度圖進行亮區(qū)增強處理; [0010] S6.通過顏色校正逆變換到彩色通道:將原高動態(tài)圖像的三個通道顏色進行顏色 校正處理,再將校正后的顏色結(jié)合S5得到的灰度圖變換到彩色通道,得到最終的高動態(tài)圖 像增強圖。
[0011] 進一步的,步驟S1中高動態(tài)圖像轉(zhuǎn)換到灰度通道的方法具體為:
[0012] Iin = 〇. 299Rin+0.587Gin+〇. 114Bin
[0013] 其中,Rin,Gin,Bin分別代表高動態(tài)圖像在紅色、綠色和藍色三通道的強度;I in表示 高動態(tài)圖像的灰度圖像。
[0014] 更進一步的,步驟S1中獲得灰度壓縮圖的具體過程為:對灰度圖像Ιιη進行對數(shù)壓 縮,具體通過以下公式來處理:
[0015] I = logw(Iin+1),w=max(medf it( Iin+1))
[0016] 其中,Iin被壓縮變成I且范圍變成0~1,并通過中值濾波medf it來去除圖像的噪 聲,中值濾波尺寸為7 X 7,max表示取矩陣的最大值;I表示灰度壓縮圖。
[0017] 進一步的,步驟S2所述的得到兩幅灰度圖像增強圖的具體計算過程如下:通過計 算步驟S1得到的灰度壓縮圖的像素點在三個像素值區(qū)間 Ρ3, Ω^Ω^Ω 3對應的區(qū)間分別為[0,1/3),[1/3,2/3),[2/3,1];
[0018] 其中,增強像素值區(qū)間Ω :的非線性變換為:
[0019] fi(x)=x^°-15(1-x);a = 0.3+0.3(l-pi),0.3^a^0.6,
[0020] 增強像素區(qū)間Ω 2的非線性變換為:
[0021 ] f2(x) = l/( l+exp(_a(x_0 · 5)) )+0.05 ;a = 8+8p216,
[0022] 增強像素區(qū)間Ω 3的非線性變換為:f3(x) =x(a+x);a = 2+3p3,2彡a彡5,
[0023] 然后根據(jù)比值Pl、p2、p3的大小情況選擇兩個比值更大所對應像素值區(qū)間的非線性 變換,將S1得到的灰度壓縮圖進行這兩個非線性變換,從而得到兩幅灰度圖像增強圖;在得 到的兩幅灰度增強圖中,所對應增強的是像素值更大的區(qū)間的灰度增強圖作為Ii,增強的 像素值更小的區(qū)間的灰度增強圖作為12。
[0024] 進一步的,步驟S3所述的對兩幅圖進行局部增強處理為:
[0027] 其中,Α = 2,Β = 1,σΑ=〇·5、σΒ = 1.5,r的取值范圍為[-4,4],且為整數(shù),*表示卷積, ΙΙ#ΡΠ 2分別代表1#PI2局部增強結(jié)果。
[0028] 進一步的,步驟S4所述對步驟S3所得的IUPII2進行融合處理,融合系數(shù)為
,pSPl、p2、p 3中Ii所對應增強的區(qū)間的比值,融合灰度 圖為If = B · ΙΙι+(1-Β) · 112。
[0029] 進一步的,步驟S5中所述的對亮區(qū)增強是:首先計算融合圖If中像素值大于2/3的 比例
這里,count表示統(tǒng)計If中大于2/3的像素數(shù)量,MN表示圖像If的 像素總數(shù),然后計算一個系數(shù)a = max(6,10-9n),之后計算出亮區(qū)增強圖If = max(If,1/(1+ eXp(-a(If-0.5)))),從而得到最終的灰度融合圖I'f〇
[0030] 進一步的,步驟S6中所述的三個顏色通道通過顏色校正然后將灰度融合圖變換到 彩色通道分別為:
,其中,s 為顏色校正指數(shù),作為一個優(yōu)選方案s = 0.5。
[0031] 本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的方法首先將高動態(tài)圖像從彩色通道變換到灰度通道 圖像,然后將灰度通道圖像進行對數(shù)壓縮處理,再根據(jù)灰度通道壓縮圖像的像素點在像素 值區(qū)間[0,1 /3 ),[ 1 /3,2/3 ),[ 2/3,1 ]所占的比例情況,選取有利于比值更大所對應區(qū)間全 局亮度增強的兩個自適應非線性變換,分別對灰度壓縮圖進行處理,得到兩幅灰度增強圖 片,然后再對這兩個增強圖片進行局部增強處理,之后再通過融合規(guī)則,將這兩個局部增強 的灰度圖像進行融合,此處融合規(guī)則是根據(jù)步驟S2中被增強的兩個像素值區(qū)間中相對增強 更亮區(qū)間而得到的灰度增強圖(亮區(qū)灰度增強圖)來進行計算融合系數(shù),使越亮的像素點系 數(shù)更大,越暗的像素點系數(shù)越小,而被增強的兩個像素值區(qū)間中相對增強更暗區(qū)間的灰度 增強圖(暗區(qū)灰度增強圖)的融合系數(shù)表現(xiàn)為:越亮的像素點系數(shù)越小,越暗的像素點系數(shù) 越大,亮區(qū)灰度增強圖和暗區(qū)灰度增強圖的融合系數(shù)之和為1,然后對融合灰度圖像的亮區(qū) 進行全局增強,最后將原始高動態(tài)圖像的彩色信息進行顏色校正,將校正的顏色信息和融 合灰度圖像轉(zhuǎn)換到彩色通道,從而實現(xiàn)高動態(tài)圖像的增強。本發(fā)明的增強方法具有無參數(shù) 設置、顏色不失真和有效的增強高動態(tài)圖像的特點。
【附圖說明】
[0032] 圖1是本發(fā)明實施例中高動態(tài)圖像增強方法的流程示意圖。
[0033] 圖2是實施例中對一幅原始輸入的高動態(tài)范圍圖像(圖2a)進行高動態(tài)范圍圖像增 強顯示的結(jié)果(圖2b)。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖和具體的實施例對本發(fā)明做進一步的闡述。以下實施例用于說明本 發(fā)明,但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0035] 本實施例提供的高動態(tài)圖像增強方法,具體實施步驟如下:
[0036] 從網(wǎng)站http://pfstools.sour ceforge.net/tmo_gal 1 ery/上提供的名為 seymour_park的圖像,圖像格式為hdr,圖像大小為2160 X 3840,對其進行高動態(tài)圖像增強 處理。具體的增強方法的流程圖如圖1所示,具體過程如下:
[0037] S1.獲取灰度壓縮圖:將高動態(tài)圖像變換到灰度通道,并對其進行對數(shù)處理獲得灰 度壓縮圖。以像素點(1〇〇〇,1〇〇〇)為例,該像素點在紅、綠、藍通道灰度值(double類型)分別 為0.2090、0.3965和0.6543,將此點轉(zhuǎn)換到灰度通道的灰度值為0.3698,此幅圖片經(jīng)過中值 濾波后的最大值為7.9600,通過對數(shù)壓縮計算此點的灰度值變成0.1435。
[0038] S2.生成兩幅灰度圖像增強圖:將S1得到的灰度壓縮圖分別進行兩個非線性變換 得到兩幅灰度圖像增強圖。因此此點分別進行以上兩種計算變成兩點,灰度值分別為 0.5881,0.0792。此處將兩幅圖進行歸一化計算,這兩點分別變?yōu)?.5104、0.0221。由于第二 個增強曲線為增強更亮區(qū)域的曲線,因此像素值為0.0221的點為A1點,另外一個為A2點。 [0039] S3.兩幅灰度圖進行局部增強處理:分別對S2得到的灰度圖像進行局部增強處理, 此處σΑ = 0 · 5,σΒ= 1 · 5,A = 2,B = 1,此圖像的r為4,因此模板大小為9 X 9,此點經(jīng)過9 X 9的 DOG模板卷積之后,A1點的像素值變?yōu)?.0235,A2點變?yōu)?.5399。
[0040] S4.生成融合灰度圖像:將S3處理得到的兩幅灰度圖根據(jù)融合規(guī)則進行融合處理, 得到融合灰度圖。融合系數(shù)B = 0.9989,因此將A1和A2融合后得到融合點像素值為0.5393。 [0041] S5.融合灰度圖亮區(qū)增強處理:將S4處理得到的融合灰度圖進行亮區(qū)增強處理。由 S4步驟得到的灰度融合圖求得像素值大于2/3的比例為0.2741,求得a = 7.5327,因此經(jīng)過 亮區(qū)增強處理此點的像素值變?yōu)?.5735。
[0042] S6.通過顏色校正逆變換到彩色通道:將原高動態(tài)圖像的三個通道顏色進行顏色 校正處理,再將校正后的顏色結(jié)合S5得到的灰度圖變換到彩色通道,得到最終的高動態(tài)圖 像增強圖。此處s = 〇. 5,因此通過顏色校正將灰度通道變換到彩色通道紅色通道像素值為 0.4311,綠色通道為0.5938,藍色通道為0.7629。
[0043]以上的簡單實例主要以圖像的單個像素值為例子來闡述,實際計算時是在整幅圖 像的所有像素值上進行的,所有的數(shù)值結(jié)果都是在計算機實驗下得到的。
[0044]測試結(jié)果如圖2所示,其中2a是原始圖像,2b為本方法的結(jié)果。從結(jié)果來看,本發(fā)明 可以有效的對高動態(tài)圖像進行增強,對圖像中亮區(qū)和暗區(qū)都有增強效果,且本發(fā)明不需要 設置參數(shù),過程全都是自適應處理。
[0045]本領域的普通技術人員將會意識到,這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發(fā) 明的原理,應被理解為本發(fā)明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領域的 普通技術人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術啟示做出各種不脫離本發(fā)明實質(zhì)的其它各 種具體變形和組合,這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種高動態(tài)圖像增強方法,包括如下步驟:51. 獲取灰度壓縮圖:將高動態(tài)圖像變換到灰度通道,并對其進行對數(shù)處理獲得灰度壓 縮圖;52. 生成兩幅灰度圖像增強圖:將步驟S1得到的灰度壓縮圖分別進行兩個非線性變換, 得到兩幅灰度圖像增強圖;53. 兩幅灰度圖像增強圖進行局部增強處理:分別對S2得到的灰度圖像圖像增強圖進 行局部增強處理;54. 生成融合灰度圖像:根據(jù)融合規(guī)則對步驟S3處理得到的兩幅灰度圖進行融合處理, 得到一幅融合灰度圖;55. 融合灰度圖亮區(qū)增強處理:將S4處理得到的融合灰度圖進行亮區(qū)增強處理;56. 通過顏色校正逆變換到彩色通道:將原高動態(tài)圖像的Ξ個通道顏色進行顏色校正 處理,再將校正后的顏色結(jié)合S5得到的灰度圖變換到彩色通道,得到最終的高動態(tài)圖像增 強圖。2. 根據(jù)權利要求1所述的高動態(tài)圖像增強方法,其特征在于,步驟S1中高動態(tài)圖像轉(zhuǎn)換 到灰度通道的方法具體為: Iin=0.299Rin+0.587Gin+0.114Bin 其中,Rin,Gin,Bin分別代表高動態(tài)圖像在紅色、綠色和藍色Ξ通道的強度;lin表示高動 態(tài)圖像的灰度圖像。3. 根據(jù)權利要求1所述的高動態(tài)圖像增強方法,其特征在于,步驟S1中獲得灰度壓縮圖 的具體過程為:對灰度圖像Iin進行對數(shù)壓縮,具體通過W下公式來處理: I = logw(Iin+l) ,w=max(medfit(Iin+l)) 其中,Iin被壓縮變成I且范圍變成Ο~1,并通過中值濾波me壯it來去除圖像的噪聲,max 表示取矩陣的最大值;I表示灰度壓縮圖。4. 根據(jù)權利要求3所述的高動態(tài)圖像增強方法,其特征在于,所述中值濾波尺寸為7 X 7。5. 根據(jù)權利要求1所述的高動態(tài)圖像增強方法,其特征在于,步驟S2所述的得到兩幅灰 度圖像增強圖的具體計算過程如下:通過計算步驟S1得到的灰度壓縮圖的像素點在Ξ個像 素值區(qū)間〇1、〇2、Ω3分布的比例情況P1、P2、P3, Ωι、〇2、Ω3對應的區(qū)間分別為[0,1/3),[1/ 3,2/3),[2/3,1]; 其中,增強像素值區(qū)間Ω 1的非線性變換為: fi(x)=xa-〇'i5(i-x);a = 0.3+0.3(l-pi),0.3《a《0.6, 增強像素區(qū)間Ω 2的非線性變換為: f2(x) = l/( l+exp(-a(x-〇. 5)) )+0.05 ;a = 8+8p2,8《a《16, 增強像素區(qū)間Ω3的非線性變換為:f3(x) = x(aW;a =化化3,2《a《5, 然后根據(jù)比值P1、P2、P3的大小情況選擇兩個比值更大所對應像素值區(qū)間的非線性變 換,將S1得到的灰度壓縮圖進行運兩個非線性變換,從而得到兩幅灰度圖像增強圖;在得到 的兩幅灰度增強圖中,所對應增強的是像素值更大的區(qū)間的灰度增強圖作為II,增強的像 素值更小的區(qū)間的灰度增強圖作為12。6. 根據(jù)權利要求5所述的高動態(tài)圖像增強方法,其特征在于,步驟S3所述的對兩幅圖進 行局部增強處理為:其中,4 = 2,8 = 1,〇4=0.5、啡=1.5^的取值范圍為[-4,4],且為整數(shù),*表示卷積,111 和II2分別代表1i和12局部增強結(jié)果。7. 根據(jù)權利要求6所述的高動態(tài)圖像增強方法,其特征在于,步驟S4所述對步驟S3所得 的III和比進行融合處理,融合系數(shù)巧,P為P1、P2、P3中 Ii所對應增強的區(qū)間的比值,融合灰度圖為If = B · IIi+(l-B) · 112。8. 根據(jù)權利要求7所述的高動態(tài)圖像增強方法,其特征在于,步驟S5中所述的對亮區(qū)增 強是:首先計算融合圖If中像素值大于2Λ的比例n,然后計算一個系數(shù)a = max(6,10-9n), 之后計算出亮區(qū)增強圖If=max(If,l/(l+exp(-a(If-〇.5)))),從而得到最終的灰度融合圖 I'f。9. 根據(jù)權利要求8所述的高動態(tài)圖像增強方法,其特征在于,步驟S6中所述的Ξ個顏 色通道通過顏色校正然后將灰度融合圖變換到彩色通道分別為:庚中,S為顏色校正指數(shù)。10. 根據(jù)權利要求9所述的高動態(tài)圖像增強方法,其特征在于,所述的顏色校正指數(shù)S = 0.5〇
【文檔編號】G06T5/50GK106097279SQ201610478430
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月24日
【發(fā)明人】李永杰, 李惠, 楊開富, 李朝義
【申請人】電子科技大學
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