CN102779331B - 图像增强方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种图像增强方法及其装置，该方法包括以下步骤：将图像分成R、G、B三个图像表格，并设定一个临界像素值，分别采用不同的预设规则对小于或等于、大于所述临界像素值的图像表格像素进行像素增强；对像素增强后的R、G、B三个图像表格，分别计算各图像表格中像素间的相对明暗关系值；分别找出各图像表格中各行的最大相对明暗关系值和最小相对明暗关系值；根据所述各图像表格中像素间的相对明暗关系值、各图像表格中各行的最大相对明暗关系值和最小相对明暗关系值进行映射复位，得出最终调整后的图像表格，完成图像增强。采用本发明的图像增强方法及其装置，能够使得图像视觉整体平滑性好、图像对比度强。

Description

图像增强方法及其装置
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，特别是涉及一种图像增强方法以及一种图像增强装置。
背景技术
通常的数字图像受拍摄采集时的环境影响，会出现太暗或太亮的情况，从而使得捕捉到的图像出现较差的视觉质量，如图像对比度不高、逼真性不强、图像细节模糊等等。因此需要对拍摄的数字图像使用图像增强方法进行相关处理。传统的图像增强方法主要有以下两种：
一、色彩拉伸增强方法，通过对某段色彩区间进行线性拉伸的方式来实现图像增强。然而该方法的缺点在于：图像对比度增强效果不明显，而且各个色彩调整区域间的过度边缝明显，图像整体平滑效果欠佳；
二、直方图均衡增强方法，通过将原始直方图变换为接近均匀分布的直方图，扩展到整个灰度范围，从而调节图像的动态范围。该方法缺点在于：图像的灰度极有可能被过多地合并，并导致处理后灰度级过多减少，降低了图像的灰度层次感；而且该方法不能适应输入图像的局部亮度特征，这就限制了图像中某些部位的对比拉伸度，导致处理结果中背景和小物体的图像对比度恶化。
发明内容
基于此，本发明提供一种图像增强方法及其装置，使得图像视觉整体平滑性好、图像对比度强。
一种图像增强方法，包括以下步骤：
将图像分成R、G、B三个图像表格，并设定一个临界像素值，分别采用不同的预设规则对小于或等于、大于所述临界像素值的图像表格像素进行像素增强；
对像素增强后的R、G、B三个图像表格，分别计算各图像表格中像素间的相对明暗关系值；
分别找出各图像表格中各行的最大相对明暗关系值和最小相对明暗关系值；
根据所述各图像表格中像素间的相对明暗关系值、各图像表格中各行的最大相对明暗关系值和最小相对明暗关系值进行映射复位，得出最终调整后的图像表格，完成图像增强。
本发明还提供一种图像增强装置，包括：
像素增强模块，用于将图像分成R、G、B三个图像表格，并设定一个临界像素值，分别采用不同的预设规则对小于或等于、大于所述临界像素值的图像表格像素进行像素增强；
计算模块，用于对像素增强后的R、G、B三个图像表格，分别计算各图像表格中像素间的相对明暗关系值；
查找模块，用于分别找出各图像表格中各行的最大相对明暗关系值和最小相对明暗关系值；
映射复位模块，用于根据所述各图像表格中像素间的相对明暗关系值、各图像表格中各行的最大相对明暗关系值和最小相对明暗关系值进行映射复位，得出最终调整后的图像表格，完成图像增强。
从上述方案可以看出，本发明的图像增强方法及其装置，通过设置临界像素值进行图像增强，然后获取场景中像素的相对明暗关系，最后对相对明暗关系值进行线性映射，从而完成图像增强。采用本发明的方法及其装置既能够使得图像视觉整体平滑性好，不会出现过度边缝明显现象；同时又可以使得图像对比度强，且不会出现图像的灰度级被过多的合并的情况，保存了高亮度区域内的细节和保存了图像的逼真性。
附图说明
图1为本发明一种图像增强方法的流程示意图；
图2为本发明一种图像增强装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体的实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述。
参见图1所示，一种图像增强方法，包括以下步骤：
步骤S101，将图像分成R、G、B三个图像表格，并设定一个临界像素值，分别采用不同的预设规则对小于或等于、大于所述临界像素值的图像表格像素进行像素增强。
作为一个较好的实施例，所述步骤S101中的临界像素值范围可以设定在32-64之间。
另外，作为一个较好的实施例，所述分别采用不同的预设规则对小于或等于、大于所述临界像素值的图像表格像素进行像素增强的过程具体可以包括：
步骤S1011，对小于或等于所述临界像素值的图像表格像素，采用如下公式进行像素增强：
Y=(m/n)*X；（1）
其中，Y为像素增强后的像素值；n为放大倍数，取值范围在1-4之间；m为所述临界像素值；X为像素增强前的像素值。例如，假设本实施例中取临界像素值m为32，取放大倍数n为4，且像素增强前的像素值X为10，那么Y=（32/4）*10=80；
步骤S1012，对大于所述临界像素值的图像表格像素，采用如下公式进行像素增强：
Y=[(255-n)/(255-m)]*X+255-255*(255-n)/(255-m)；（2）
其中，参数Y、n、m、X所分别代表的意义与前面步骤S1011相同。
在本实施例中，假设在经过步骤S101的像素增强前的R图像像素值表格如表一所示：
表一
  50   20   10   30   40
  125   10   20   20   30
  130   10   10   20   20
  10   20   30   100   50
  20   10   30   130   20
则采用本发明的预定规则进行处理后，将会得到像素增强后的R图像像素值表格如表二所示：
表二
  24   160   80   240   13
  108   80   160   160   240
  114   80   80   160   160
  80   160   240   64   24
  160   80   240   114   160
步骤S102，对像素增强后的R、G、B三个图像表格，分别计算各图像表格中像素间的相对明暗关系值。
计算各图像表格中像素间的相对明暗关系值的方法有很多种，作为一个较好的实施例，如下表三所示，假设图像表格中存在九个像素：
表三
  Y1   Y2   Y3
  Y4   Y5   Y6
  Y7   Y8   Y9
则本实施例中计算所述各图像表格中像素间的相对明暗关系值时，可以采用以下公式：
D=（lgY2-lgY1）+（lgY3-lgY2）+（lgY4-lgY3）+（lgY5-lgY4）+（lgY6-lgY5）+（lgY7-lgY6）+（lgY8-lgY7）+（lgY9-lgY8）；（3）
其中，Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7、Y8、Y9分别指代相应像素位置的像素值；D为像素Y1相对其它Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7、Y8、Y9这八个像素的相对明暗关系值。如此类推，可分别计算出图像各个像素的相对明暗关系值，且R、G、B三个图像表格计算方式一样。如此，可以计算出R、G、B三个图像表格各行像素的相对明暗关系值DR[i][j]、DG[i][j]、DB[i][j]。DR[i][j]表示R图像表格第i行第j列的像素的相对明暗关系值；DG[i][j]表示G图像表格第i行第j列的像素的相对明暗关系值；DB[i][j]表示B图像表格第i行第j列的像素的相对明暗关系值。为了计算方便，图像像素表格最边界的两行像素可不作处理。
例如，在上表二中：
DR[1][1]=(lg160-lgY24)+(lg80-lg160)+(lg108-lg80)+(lg80-lg108)+(lg160-lg80)+(lg114-lg160)+(lg80-lg114)+(lg80-lg80)=1.2。
步骤S103，对计算完相对明暗关系值后的图像表格，分别找出各图像表格中各行的最大相对明暗关系值和最小相对明暗关系值。可以用minDR[i]、maxDR[i]分别指R图像表格第i行像素的最小相对明暗关系值、最大相对明暗关系值；同理，minDG[i]、maxDG[i]分别指G图像表格第i行像素的最小相对明暗关系值、最大相对明暗关系值；minDB[i]、maxDB[i]分别指B图像表格第i行像素的最小相对明暗关系值、最大相对明暗关系值。
例如，上表二左上角（灰色部分）的3*3图像表格中：
DR[1][1]=1.2，DR[1][2]=0，DR[1][3]=0.693，则可知minDR[1]为0，maxDR[1]为1.2。
步骤S104，根据所述步骤S102中各图像表格中像素间的相对明暗关系值、步骤S103中各图像表格中各行的最大相对明暗关系值和最小相对明暗关系值，进行映射复位，得出最终调整后的图像表格，完成图像增强。
作为一个较好的实施例，步骤S104中进行映射复位的过程具体可以包括如下：采用如下公式进行映射复位：
Z[i][j]=[(DZ[i][j]-minDZ[i])/maxDZ[i]]*255；（4）
其中，Z[i][j]为调整后的R、G或B图像表格第i行第j列的像素值；DZ[i][j]为R、G或B图像表格第i行第j列的像素间的相对明暗关系值；minDZ[i]为R、G或B图像表格第i行的像素的最小相对明暗关系值；maxDZ[i]为R、G或B图像表格第i行的像素的最大相对明暗关系值。
事实上，上面的公式（4）中，我们为了描述方便，才统一使用了字母“Z”来代替R、G或B（即Z即可以是代表R，也可以代表G，或者代表B），也即，公式（4）可以拆分成如下的表述：
R[i][j]=[(DR[i][j]-minDR[i])/maxDR[i]]*255；
G[i][j]=[(DG[i][j]-minDG[i])/maxDG[i]]*255；
B[i][j]=[(DB[i][j]-minDB[i])/maxDB[i]]*255；（5）
其中，R[i][j]表示调整后的R图像表格第i行第j列的像素值；DR[i][j]表示R图像表格第i行第j列的像素的相对明暗关系值；minDR[i]表示R图像表格第i行的像素的最小相对明暗关系值；maxDR[i]表示R图像表格第i行的像素的最大相对明暗关系值，以此类推。
例如：R[1][1]=[(DR[1][1]-minDR[1])/maxDR[1]]*255=[(1.2-0)/1.2]*255=255。
对于表二的左上角的3*3图像表格，在经过步骤S104的映射复位后，得到最终增强调整后的图像表格如下表四所示：
表四
  255   160   147
  77   80   255
  255   133   80
作为一个较好的实施例，在所述步骤S104中进行映射复位时，各行的最小相对明暗关系值对应的像素可以不作复位计算，而是保持原来的像素值，以避免经过本发明的复位计算后该处的像素值变成0。
另外，作为一个较好的实施例，在步骤S 101中当所述像素增强后的像素值Y的计算结果大于255时，统一赋值为255。另外当步骤S104中的计算结果Z[i][j]的计算结果也大于255时，同样统一赋值为255。
与上述一种图像增强方法相对应的，本发明还提供一种图像增强装置，如图2所示，包括：
像素增强模块（101），用于将图像分成R、G、B三个图像表格，并设定一个临界像素值，分别采用不同的预设规则对小于或等于、大于所述临界像素值的图像表格像素进行像素增强；
计算模块（102），用于对像素增强后的R、G、B三个图像表格，分别计算各图像表格中像素间的相对明暗关系值；
查找模块（103），用于分别找出各图像表格中各行的最大相对明暗关系值和最小相对明暗关系值；
映射复位模块（104），用于根据所述各图像表格中像素间的相对明暗关系值、各图像表格中各行的最大相对明暗关系值和最小相对明暗关系值进行映射复位，得出最终调整后的图像表格，完成图像增强。
作为一个较好的实施例，所述像素增强模块可以包括第一增强子模块、第二增强子模块；
所述第一增强子模块用于对小于或等于所述临界像素值的图像表格像素，采用如下公式进行像素增强：Y=(m/n)*X；以及
所述第二增强子模块用于对大于所述临界像素值的图像表格像素，采用如下公式进行像素增强：Y=[(255-n)/(255-m)]*X+255-255*(255-n)/(255-m)；
其中，Y为像素增强后的像素值；n为放大倍数，取值范围在1-4之间；m为所述临界像素值；X为像素增强前的像素值。
作为一个较好的实施例，所述映射复位模块可以采用如下公式进行映射复位：Z[i][j]=[(DZ[i][j]-minDZ[i])/maxDZ[i]]*255；
其中，Z[i][j]为调整后的R、G或B图像表格第i行第j列的像素值；DZ[i][j]为R、G或B图像表格第i行第j列的像素间的相对明暗关系值；minDZ[i]为R、G或B图像表格第i行的像素的最小相对明暗关系值；maxDZ[i]为R、G或B图像表格第i行的像素的最大相对明暗关系值。
另外，所述像素增强模块中的临界像素值范围可以设定在32-64之间。
通过以上方案可以看出，本发明的图像增强方法及其装置，通过设置临界像素值进行图像增强，然后获取场景中像素的相对明暗关系，最后对相对明暗关系值进行线性映射，从而完成图像增强。采用本发明的方法及其装置既能够使得图像视觉整体平滑性好，不会出现过度边缝明显现象；同时又可以使得图像对比度强，且不会出现图像的灰度级被过多的合并的情况，保存了高亮度区域内的细节和保存了图像的逼真性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种图像增强方法，其特征在于，包括以下步骤：
将图像分成R、G、B三个图像表格，并设定一个临界像素值，分别采用不同的预设规则对小于或等于、大于所述临界像素值的图像表格像素进行像素增强；
对像素增强后的R、G、B三个图像表格，分别计算各图像表格中像素间的相对明暗关系值；
分别找出各图像表格中各行的最大相对明暗关系值和最小相对明暗关系值；
根据所述各图像表格中像素间的相对明暗关系值、各图像表格中各行的最大相对明暗关系值和最小相对明暗关系值进行映射复位，得出最终调整后的图像表格，完成图像增强；
所述分别采用不同的预设规则对小于或等于、大于所述临界像素值的图像表格像素进行像素增强的过程具体包括：
对小于或等于所述临界像素值的图像表格像素，采用如下公式进行像素增强：Y＝(m/n)*X；以及
对大于所述临界像素值的图像表格像素，采用如下公式进行像素增强：Y＝[(255-n)/(255-m)]*X+255-255*(255-n)/(255-m)；
其中，Y为像素增强后的像素值；n为放大倍数，取值范围在1-4之间；m为所述临界像素值；X为像素增强前的像素值。
2.根据权利要求1所述的图像增强方法，其特征在于，所述进行映射复位的过程具体包括：
采用如下公式进行映射复位：Z[i][j]＝[(DZ[i][j]-minDZ[i])/maxDZ[i]]*255；
其中，Z[i][j]为调整后的R、G或B图像表格第i行第j列的像素值；DZ[i][j]为R、G或B图像表格第i行第j列的像素间的相对明暗关系值；minDZ[i]为R、G或B图像表格第i行的像素的最小相对明暗关系值；maxDZ[i]为R、G或B图像表格第i行的像素的最大相对明暗关系值。
3.根据权利要求1所述的图像增强方法，其特征在于，所述临界像素值范围设定在32-64之间。
4.根据权利要求2所述的图像增强方法，其特征在于，所述进行映射复位时，各行的最小相对明暗关系值对应的像素不作复位计算。
5.根据权利要求2所述的图像增强方法，其特征在于，当所述Y的计算结果大于255时，统一赋值为255；
和/或
当所述Z[i][j]的计算结果大于255时，统一赋值为255。
6.一种图像增强装置，其特征在于，包括：
像素增强模块，用于将图像分成R、G、B三个图像表格，并设定一个临界像素值，分别采用不同的预设规则对小于或等于、大于所述临界像素值的图像表格像素进行像素增强；
计算模块，用于对像素增强后的R、G、B三个图像表格，分别计算各图像表格中像素间的相对明暗关系值；
查找模块，用于分别找出各图像表格中各行的最大相对明暗关系值和最小相对明暗关系值；
映射复位模块，用于根据所述各图像表格中像素间的相对明暗关系值、各图像表格中各行的最大相对明暗关系值和最小相对明暗关系值进行映射复位，得出最终调整后的图像表格，完成图像增强；
所述像素增强模块包括第一增强子模块、第二增强子模块；
所述第一增强子模块用于对小于或等于所述临界像素值的图像表格像素，采用如下公式进行像素增强：Y＝(m/n)*X；以及
所述第二增强子模块用于对大于所述临界像素值的图像表格像素，采用如下公式进行像素增强：Y＝[(255-n)/(255-m)]*X+255-255*(255-n)/(255-m)；
其中，Y为像素增强后的像素值；n为放大倍数，取值范围在1-4之间；m为所述临界像素值；X为像素增强前的像素值。
7.根据权利要求6所述的图像增强装置，其特征在于，所述映射复位模块采用如下公式进行映射复位：Z[i][j]＝[(DZ[i][j]-minDZ[i])/maxDZ[i]]*255；
其中，Z[i][j]为调整后的R、G或B图像表格第i行第j列的像素值；DZ[i][j]为R、G或B图像表格第i行第j列的像素间的相对明暗关系值；minDZ[i]为R、G或B图像表格第i行的像素的最小相对明暗关系值；maxDZ[i]为R、G或B图像表格第i行的像素的最大相对明暗关系值。
8.根据权利要求6或7所述的图像增强装置，其特征在于，所述像素增强模块中的临界像素值范围设定在32-64之间。
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