CN102411775A - 一种校正文本图像亮度的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种校正文本图像亮度的方法和系统，该方法包括：对原始文本图像执行灰度形态学闭运算，获得原始文本图像的背景灰度图像；进行高斯平滑处理并采样高斯平滑处理后的背景灰度数据，进行曲面拟合得到背景灰度曲面；遍历原始文本图像中的像素点，与校正图像的像素点，根据背景灰度拟合图像计算出像素点的亮度校正系数，对原始文本图像的亮度进行校正。由于采用了形态学方法估算背景亮度，并进行高斯平滑处理，以便于进行曲面拟合得到对该背景亮度的数学描述，从而即可针对图像中的每个像素点所对应的亮度校正系数，完成对不均匀背景亮度的文本图像的校正，由此为后续的图像分析和理解过程提供良好的输入数据。

Description

一种校正文本图像亮度的方法和系统

技术领域

本发明涉及文本图像处理领域，更具体的说，改进涉及的是一种校正文本图像亮度的方法和系统。

背景技术

在使用数码相机等成像设备对亮度均匀的物体进行拍摄时，图像四周的亮度会逐渐降低，这就是所谓的失光现象；任何光学镜头都会或多或少地引起失光，导致亮度不均匀的现象产生；在许多计算机视觉的应用中，这种亮度不均匀的现象也会对后续的图像分析和理解造成不良的影响；例如在对图像中的文字进行分割时，亮度的不均匀会导致分割的难度加大。而减小失光影响的方法，目前主要有在拍摄时缩小光圈，或者是在后期利用图像处理工具进行修正。

但是，以上这两种方式都有其各自的缺点：若在较暗环境中进行拍摄，则缩小光圈就意味着要延长曝光时间，而曝光时间的延长对于手持拍摄的稳定性要求很高，显然非常容易出现图像拍虚的情况；而在后期利用图像处理工具校正亮度，主要是一种交互式的图像修正，对修正尺度的把握带有较大的主观性，难以在计算机视觉应用中较为客观地自动完成这一过程。

因此，现有技术尚有待改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种校正文本图像亮度的方法和系统，可自动对文本图像不均匀的背景亮度进行校正。

本发明的技术方案如下：一种校正文本图像亮度的方法，其中，包括以下步骤：对原始文本图像执行灰度形态学闭运算，获得原始文本图像的背景灰度图像；将获得的背景灰度图像进行高斯平滑处理；采样高斯平滑处理后的背景灰度数据，进行曲面拟合，得到其背景灰度曲面；遍历原始文本图像中的像素点，根据背景灰度曲面计算出像素点的亮度校正系数，用亮度校正系数对原始文本图像的亮度进行校正。

所述的校正文本图像亮度的方法，其中：选取超过原始文本图像中文字的笔画宽度的结构元素，对原始文本图像执行形态学闭运算。

所述的校正文本图像亮度的方法，其中：对采样的背景灰度数据进行曲面拟合时，采用包括最小二乘法进行二次曲面拟合。

所述的校正文本图像亮度的方法，其中：计算亮度校正系数时采用如下计算方法：

；

其中，

为亮度不均匀文本图像中坐标像素点的亮度校正系数，

为背景灰度拟合图像的最大灰度值，

为背景灰度拟合图像在

坐标处的像素灰度值，

和

分别为背景灰度拟合图像的高度和宽度。

所述的校正文本图像亮度的方法，其中：在通过亮度校正系数校原始正文本图像的亮度时，对校正后的亮度进行防溢出处理。

一种校正文本图像亮度的系统，其中，包括灰度形态学闭运算模块、高斯平滑处理模块、曲面拟合处理模块和亮度校正模块；其中：灰度形态学闭运算模块，用于对原始文本图像执行灰度形态学闭运算，获得原始文本图像的背景灰度图像；高斯平滑处理模块，用于将获得的背景灰度图像及其灰度曲面进行高斯平滑处理；曲面拟合处理模块，用于采样高斯平滑处理后的背景灰度数据，进行曲面拟合，得到背景灰度曲面；亮度校正模块，用于遍历原始文本图像中的像素点，用于根据背景灰度拟合图像计算出像素点的亮度校正系数，用亮度校正系数对原始文本图像的亮度进行校正。

所述的校正文本图像亮度的系统，其中：灰度形态学闭运算模块包括结构元素大小设定子模块，用于设定超过原始文本图像中文字笔画宽度的结构元素。

所述的校正文本图像亮度的系统，其中：曲面拟合处理模块包括最小二乘法子模块，用于对采样的背景灰度数据进行二次曲面拟合。

所述的校正文本图像亮度的系统，其中：亮度校正模块包括参数输入子模块，用于输入背景灰度拟合图像的最佳灰度值、背景灰度拟合图像的像素灰度值、背景灰度拟合图像的高度和宽度。

所述的校正文本图像亮度的系统，其中：亮度校正模块包括亮度值防溢出子模块，用于设定亮度值的溢出阀值，对校正后的亮度值进行溢出数据处理。

本发明所提供的一种校正文本图像亮度的方法和系统，由于采用了形态学方法估算背景亮度，并进行高斯平滑处理，以便于进行曲面拟合得到对该背景亮度的数学描述，从而即可针对图像中的每个像素点所对应的亮度校正系数，完成对不均匀背景亮度的文本图像的校正，由此为后续的图像分析和理解过程提供良好的输入数据。

附图说明

图1是本发明校正文本图像亮度方法一实施例的流程图。

图2是本发明校正文本图像亮度系统一实施例的构成图。

图3是本发明校正文本图像亮度系统与方法一实施例中的原始文本图像。

图4是本发明校正文本图像亮度系统与方法一实施例原始文本图像对应的灰度曲面。

图5是本发明校正文本图像亮度系统与方法一实施例中执行灰度形态学闭运算和高斯平滑之后的背景灰度图像。

图6是本发明校正文本图像亮度系统与方法一实施例中执行灰度形态学闭运算和高斯平滑之后的背景灰度图像对应的灰度曲面。

图7是本发明校正文本图像亮度系统与方法一实施例中使用最小二乘法进行二次曲面拟合之后的背景灰度拟合图像。

图8是本发明校正文本图像亮度系统与方法一实施例中使用最小二乘法进行二次曲面拟合之后的背景灰度拟合图像对应的灰度曲面。

图9是本发明校正文本图像亮度系统与方法一实施例中进行亮度校正后的新文本图像。

图10是本发明校正文本图像亮度系统与方法一实施例中进行亮度校正后的新文本图像对应的灰度曲面。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的具体实施方式和实施例加以详细说明，所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并非用于限定本发明的具体实施方式。

本发明的一种校正文本图像亮度的方法，其具体实施方式之一，如图1所示，包括以下步骤：

步骤S110、对原始文本图像执行灰度形态学闭运算，获得原始文本图像的背景灰度图像 (灰度形态学闭运算为本领域普通技术人员所知晓，在此不再展开赘述)；

步骤S120、将获得的背景灰度图像及其灰度曲面进行高斯平滑处理(高斯平滑也为本领域普通技术人员所知晓，在此也不再展开赘述)；

步骤S130、对高斯平滑处理后的背景灰度数据进行数据采样，并进行曲面拟合，得到背景灰度拟合图像及其背景灰度曲面；

步骤S150、遍历文本图像中的像素点，与校正图像的像素点，根据背景灰度拟合图像计算出像素点的亮度校正系数，用亮度校正系数逐个像素的对原始文本图像的亮度进行校正。

基于上述校正文本图像亮度的方法，本发明还提出了一种校正文本图像亮度的系统，其具体实施方式之一，如图2所示，包括灰度形态学闭运算模块210、高斯平滑处理模块220、曲面拟合处理模块230、亮度校正系数计算模块240和亮度校正模块250；其中：灰度形态学闭运算模块210，用于对原始文本图像执行灰度形态学闭运算，获得原始文本图像的背景灰度图像及其灰度曲面；高斯平滑处理模块220，用于将获得的背景灰度图像及其灰度曲面进行高斯平滑处理；曲面拟合处理模块230，用于采样高斯平滑处理后的背景灰度数据，进行曲面拟合，得到背景灰度拟合图像；亮度校正模块250，用于遍历原始文本图像中的像素点，根据背景灰度拟合图像计算出像素点的亮度校正系数，用亮度校正系数逐个像素的对原始文本图像的亮度进行校正。

在本发明校正文本图像亮度方法和系统的优选实施方式中，具体的，在灰度形态学闭运算模块210进行步骤S110的操作时，由于在原始文本图像中，文字部分的灰度总是低于背景部分的灰度，因此执行灰度形态学闭运算可“填补”由文字部分的低灰度引起的图像灰度曲面的下陷区域，进而估计出原始文本图像的背景灰度。

在灰度形态学闭运算模块210进行步骤S110的操作时，灰度形态学闭运算模块210包括结构元素大小设定子模块，用于设定超过原始文本图像中文字笔画宽度的结构元素；具体可选取方形、圆形等形状的结构元素，所选结构元素的尺寸必须大于原始文本图像中文字的笔画宽度，以提高灰度形态学闭运算的准确度。

如图3所示，为一幅存在失光现象的原始文本图像，该原始文本图像呈现出明显的中间亮四周暗，出现了亮度不均匀的现象，对后续的图像分析和理解造成了不良影响；如图4所示，该原始文本图像的灰度曲面呈中间高四周低的拱形，高的部分亮度值高，低的部分亮度值低，也体现出亮度不一致的问题。

灰度形态学闭运算模块210对原始文本图像进行步骤S110后得到背景灰度的估计图像，再通过高斯平滑处理模块220进行步骤S120处理，获得如图5所示能够进行曲面拟合的背景灰度图像。及其灰度曲面如图6所示。

然后，曲面拟合处理模块230从获得的背景灰度图像及其灰度曲面中采样数据，并进行曲面拟合；曲面拟合处理模块230包括可进行最小二乘法进行二次曲面拟合的最小二乘法子模块，用于对采样的背景灰度数据进行二次曲面拟合；其实也可以进行更高次的曲面拟合，例如三次、四次等，而且阶次数越高拟合的精度理论上应该更好。

具体的，曲面拟合处理模块230利用步骤S130得到的拟合曲面方程，计算出一幅与原始文本图像尺寸相同的背景灰度拟合图像，如图7所示；经过曲面拟合处理模块230中的最小二乘法子模块进行二次曲面拟合后，得到背景灰度拟合图像的灰度曲面，如图8所示。

接下来，在步骤S150中，亮度校正模块250根据该背景灰度拟合图像及其灰度曲面，分别计算每个像素点的亮度校正系数，具体的计算公式如下：

；

其中，为亮度不均匀文本图像中坐标

像素点的亮度校正系数，

为背景灰度拟合图像的最大灰度值(即最佳灰度值)，

为背景灰度拟合图像在

坐标处的像素灰度值，

和

分别为背景灰度拟合图像的高度和宽度；以上参数可通过亮度校正模块250中的参数输入子模块进行输入。

最后，在步骤S150中，亮度校正模块250根据上述亮度校正系数，对原始文本图像的亮度进行校正；具体的，亮度校正模块250对原始文本图像中的所有像素进行遍历，将原始文本图像中每个像素的灰度值与该像素点对应的亮度校正系数相乘即可得到校正后的亮度值；需要注意的是，在校正过程中需要防止亮度值的溢出，可通过亮度校正模块250中的亮度值防溢出子模块设定亮度值的溢出阀值，亮度值的溢出阈值是由处理的图像的位深决定的；对校正后的亮度值进行溢出数据处理，以防止亮度溢出。

如图9所示，为用亮度校正系数校正后的新文本图像，与图3所示的原始文本图像相比，校正后的新文本图像亮度均匀，消除了失光现象；如图10所示，为新文本图像的灰度曲面，与图4所示的原始文本图像的灰度曲面相比，新文本图像的背景灰度曲面较为平坦，表明新文本图像的背景像素具有相近的灰度级别。因为灰度曲面不可能为完全的平面，这是由于噪声的存在而决定的；另外，新文本图像所有像素点处的亮度值相同也是不可能的，只能说新文本图像背景像素的亮度值更加相近。

与现有技术中校正文本图像亮度的方法和系统相比，本发明所提供的一种校正文本图像亮度的方法和系统，由于采用了形态学方法估算背景亮度，并进行高斯平滑处理，以便于进行曲面拟合得到对该背景亮度的数学描述，从而即可针对图像中的每个像素点所对应的亮度校正系数，完成对不均匀背景亮度的文本图像的校正，由此为后续的图像分析和理解过程提供良好的输入数据。

应当理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不足以限制本发明的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本发明的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种校正文本图像亮度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

对原始文本图像执行灰度形态学闭运算，获得原始文本图像的背景灰度图像；

将获得的背景灰度图像进行高斯平滑处理；

采样高斯平滑处理后的背景灰度数据经过采样后，进行曲面拟合，得到其背景灰度曲面；

遍历文本图像中的像素点，根据背景灰度曲面计算出像素点的亮度校正系数，用亮度校正系数对原始文本图像的亮度进行校正。

2.根据权利要求1所述的校正文本图像亮度的方法，其特征在于：选取超过原始文本图像中文字的笔画宽度的结构元素，对原始文本图像执行形态学闭运算。

3.根据权利要求1所述的校正文本图像亮度的方法，其特征在于：对采样的背景灰度数据进行曲面拟合时，采用包括最小二乘法进行二次曲面拟合。

4.根据权利要求1所述的校正文本图像亮度的方法，其特征在于：计算亮度校正系数时采用如下计算方法：

；

其中，

为亮度不均匀文本图像中坐标

像素点的亮度校正系数，

为背景灰度拟合图像的最大灰度值，

为背景灰度拟合图像在坐标处的像素灰度值，和

分别为背景灰度拟合图像的高度和宽度。

5.根据权利要求1所述的校正文本图像亮度的方法，其特征在于：在通过亮度校正系数校正原始文本图像的亮度时，对校正后的亮度进行防溢出处理。

6.一种校正文本图像亮度的系统，其特征在于，包括灰度形态学闭运算模块、高斯平滑处理模块、曲面拟合处理模块和亮度校正模块；其中：

灰度形态学闭运算模块，用于对原始文本图像执行灰度形态学闭运算，获得原始文本图像的背景灰度图像；

高斯平滑处理模块，用于将获得的背景灰度图像及其灰度曲面进行高斯平滑处理；

曲面拟合处理模块，用于采样高斯平滑处理后的背景灰度数据，进行曲面拟合，得到背景灰度曲面；

亮度校正模块，用于遍历文本图像中的像素点，根据背景灰度拟合图像计算出像素点的亮度校正系数，用亮度校正系数对原始文本图像的亮度进行校正。

7.根据权利要求6所述的校正文本图像亮度的系统，其特征在于：灰度形态学闭运算模块包括结构元素大小设定子模块，用于设定超过原始文本图像中文字笔画宽度的结构元素。

8.根据权利要求6所述的校正文本图像亮度的系统，其特征在于：曲面拟合处理模块包括最小二乘法子模块，用于对采样的背景灰度数据进行二次曲面拟合。

9.根据权利要求6所述的校正文本图像亮度的系统，其特征在于：亮度校正模块包括参数输入子模块，用于输入背景灰度拟合图像的最佳灰度值、背景灰度拟合图像的像素灰度值、背景灰度拟合图像的高度和宽度。

10.根据权利要求6所述的校正文本图像亮度的系统，其特征在于：亮度校正模块包括亮度值防溢出子模块，用于设定亮度值的溢出阀值，对校正后的亮度值进行溢出数据处理。

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