CN103295206B - 一种基于Retinex的微光图像增强方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于Retinex的微光图像增强方法和装置，属于图像处理技术领域。该方法包括：从原始彩色图像中选取每一个像素点在R、G、B三通道中的最小值，得到最小像素值图，并保存该像素点最小像素值所在的通道，即最小通道表；对最小像素值图进行多尺度Retinex处理，得到Retinex处理后的图像；根据Retinex处理后的图像、最小通道表以及每个像素点各分量所占比例，计算原始图像每个像素点的除最小通道外的其它两个通道处理后的值，即得到了增强后的彩色图像。本发明实施例，能够提高图像较暗区域的增强效果，提高了图像质量；同时大大减少了运算量，提高处理效率。

Description

一种基于Retinex的微光图像增强方法和装置

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种基于Retinex的微光图像增强方法和装置。

背景技术

常见的图像增强处理方法包括以直方图均衡化法为代表的灰度变换法、基于照明-反射模型的同态滤波法、梯度域增强方法以及Retinex增强方法等。以直方图均衡化法为代表的灰度变换法能使图像灰度分布更均匀，并增强图像对比度，但它没有考虑图像的频率信息以及细节信息，容易产生过增强图像。基于照明-反射模型的同态滤波法将图像分为高、低频两部分，再进行滤波达到增强图像对比度同时压缩图像动态范围的目的，但会出现过增强现象，对高光区、阴影增强效果差。梯度域增强方法则对原图像的梯度进行处理，通过减小图像梯度值压缩图像动态范围，增大局部梯度值来增强图像边缘。缺点是会使图像在一定程度上锐化，并且在梯度域中重建图像需要一定的数值算法，不适合实时使用。Retinex增强方法使用高斯平滑函数估计原图像的亮度分量，应用光照补偿方法逼近反射图像，能在保持图像亮度的同时增强图像暗处的信息，与其他的图像增强算法相比，Retinex具有锐化、动态范围压缩大、颜色恒常、色彩保真度高等优点，其中包括单尺度Retinex、多尺度Retinex算法，其中，多尺度Retinex算法效果较好，但运算量大，处理效率低。针对此问题，许多学者提出了只在亮度空间做多尺度Retinex处理、颜色分量保持不变的改进算法，主要包括HSI空间、HSV空间、YUV空间增强，其中HSI空间、HSV空间的多尺度Retinex增强结果会出现颜色过亮现象，YUV空间的多尺度Retinex增强结果颜色偏灰。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种微光图像增强方法和装置，以能够提高图像较暗区域的增强效果，提高图像质量，同时减少运算量，有效提高处理效率。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供的一种基于Retinex的微光图像增强方法包括以下步骤：

从原始彩色图像中选取每一个像素点在R、G、B三通道中的最小值，并保存该最小值所在的通道，得到最小像素值图及最小通道表；

当所述原始彩色图像不是R、G、B色彩空间时，将所述原始彩色图像转换为R、G、B色彩空间；

对最小像素值图进行多尺度Retinex处理，得到Retinex处理后的图像；

根据Retinex处理后的图像、最小通道表以及每个像素点各分量所占比例与原始彩色图像中比例保持一致的原则，计算原始图像每个像素点中除最小像素值外的另外两个通道处理后的值，得到增强后的彩色图像。

优选地，该方法还包括：对Retinex处理后的图像进行自适应亮度调整。

优选地，对Retinex处理后的图像进行自适应亮度调整包括：

统计最小像素值图的直方图；

如果最小像素值图中较小像素值所占的比例大于预定的第一阈值，且最小像素值图中较大像素值的个数大于预定的第二阈值，则判定存在高亮区域，对Retinex处理后的图像中对应最小像素值图中较大像素值超过第二阈值的像素进行亮度调整，得到亮度调整后的图像；否则不进行亮度调整。

优选地，对Retinex处理后的图像进行亮度调整采用下述公式进行：

I_correct＝I_retinex^{(a·I_retinex+a)}

其中，I_corret为亮度调整后的图像，I_retinex为Retinex处理后的图像，a是亮度调整参数。

优选地，计算每个像素点中除最小像素值外的其它两个通道处理后的值采用以下公式进行：

$\frac{R^{\′}}{R}=\frac{G^{\′}}{G}=\frac{B^{\′}}{B}$

其中，R'、G'、B'分别是原始彩色图像的三通道像素值，R、G、B分别是增强后的彩色图像的三通道像素值。

根据本发明的另一个方面，提供的一种基于Retinex的微光图像增强装置包括：

最小像素值图获取模块，从原始图像中选取每一个像素点在R、G、B三通道中的最小值，并保存该最小值所在的通道，得到最小像素值图及最小通道表；

Retinex处理模块，对最小像素值图进行多尺度Retinex处理，得到Retinex处理后的图像；

增强图像计算模块，根据Retinex处理后的图像、最小通道表以及每个像素点各分量所占比例与原始彩色图像中比例保持一致的原则，计算原始彩色图像每个像素点除最小像素值外的其它两个通道处理后的值，得到增强后的彩色图像。

色彩空间转换模块，用于当原始图像不是R、G、B色彩空间时，将原始图像转换为R、G、B色彩空间。

优选地，该述装置还包括自适应亮度调整模块，用于对Retinex处理后的图像进行自适应亮度调整。

优选地，自适应亮度调整模块包括：

统计单元，用于统计最小像素值图的直方图；

判断单元，用于根据统计单元的统计结果判断最小像素值图中较小像素值所占的比例是否大于预定的第一阈值，且最小像素值图中较大像素值的个数是否大于预定的第二阈值；如果是，则判定存在高亮区域，并将判断结果传给调整单元；否则不进行亮度调整；

调整单元，用于根据所述判断单元的判断结果对Retinex处理后的图像中对应最小像素值图中较大像素值超过第二阈值的像素进行亮度调整，得到亮度调整后的图像。

本发明提供的方法和装置，利用Retinex算法对暗区域效果较好的特性，通过在最小像素值图上做多尺度Retinex增强处理，能够提高图像较暗区域的增强效果，提高图像质量；同时，做一次多尺度Retinex增强处理替代在R、G、B三个通道上做三次多尺度Retinex增强处理，运算量减少了三分之二，有效提高了处理效率。此外，还通过对Retinex增强后的图像进行自适应亮度调整，解决高亮区域经过Retinex处理后易造成的过增强现象，提高图像质量。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种微光图像增强方法流程图；

图2为本发明优选实施例提供的一种微光图像增强方法流程图；

图3为本发明优选实施例提供的一种微光图像增强装置结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1为本发明实施例提供的一种微光图像增强方法流程图；

S102、从原始彩色图像中选取每一个像素点在R、G、B三通道中的最小值，并保存该最小像素值所在的通道，得到最小像素值图及最小通道表；

需要说明的是，本发明实施例处理的彩色图像是R、G、B色彩空间，若为其它空间图像，则需要先其转换成R、G、B空间。

具体来说，最小像素值是指某一像素点在三个通道中的最小值，定义为：

I_min＝min(R,G,B)(1)

其中，R、G、B即为图像的三个颜色通道，I_min是像素点在R、G、B三个颜色通道的最小值，该最小像素值所在的通道即为最小通道表。

S104、对最小像素值图进行多尺度Retinex处理，得到Retinex处理后的图像；

具体来说，可以根据公式(2)计算得到处理后的图像数据I_Retinex：

$I\_retinex=\exp \left(\underset{k=1}{\overset{k=K}{\Σ}}{W}_k\left(\log I\_min-log\left(G_k*I\_min\right)\right)\right)---\left(2\right)$

其中，*表示卷积操作，K表示高斯尺度个数，W_k是对应第k个尺度的权重引子，本实施例中一般K取3，W_k取0.3，G_k表示第k个高斯函数，其二维表达式为：

$G_k(x,y)={\mathrm{\λ}}_k\·e^{-\frac{x^2+y^2}{{c_k}^2}}---\left(3\right)$

其中，C_k是高斯尺度常量，决定了对入射分量(即光照部分)的估计，即决定了最终的增强效果，C_k一般选择小、中、大三个尺度。λ_k是归一化因子，使得：

∫∫G_k(x,y)dxdy＝1(4)

S106、根据Retinex处理后的图像、最小通道表以及每个像素点各分量所占比例，计算原始图像每个像素点中除最小像素值外的另外两个通道处理后的值，得到增强后的彩色图像；

具体来说，本步骤中根据Retinex处理后的图像、最小通道表以及每个像素点各分量所占比例与原始输入彩色图像中的比例保持一致的原则，计算原始图像每个像素点的三个通道中除最小像素值外的其它两个通道处理后的值，即得到了增强后的彩色图像。

如图2为本发明优选实施例提供的一种微光图像增强方法流程图，该方法包括：

S202、计算原始彩色图像的最小像素值图和最小通道表；

S204、对最小像素值图数据进行多尺度Retinex处理；

S206、对Retinex处理后的图像进行自适应亮度调整；

当图像中过暗区域较多时，高亮区域经过Retinex处理后易造成过增强现象，因此，需要对高亮区域进行亮度调整，得到校正后的图像。优选的步骤具体如下：

(a)统计最小像素值图的直方图；

(b)根据统计结果判断是否满足最小像素值图中较小像素值所占的比例是否大于预定的第一阈值，且最小像素值图中较大像素值的个数是否大于预设的第二阈值，如果是，则进步骤(c)进行亮度调整，否则不进行亮度调整；

具体来说，当最小像素值图中较小像素在整幅最小像素值图中所占的比例大于第一阈值(第一阈值由实验结果决定，一般取1/3)时，说明过暗区域较多，再判断最小像素值图中较大像素值的个数是否大于第二阈值(第二阈值同样由实验结果决定，一般取30)，如果是，说明最小像素值图中存在高亮区域，进入步骤(b)对高亮区域进行亮度调整，否则，不进行亮度调整。

(c)根据公式(5)对Retinex处理后的图像中对应最小像素值图中较大像素值超过第二阈值的像素进行亮度调整，得到亮度调整后的图像I_correct：

I_correct＝I_retinex^{(a·I_retinex+a)}(5)

其中，a是亮度校正参数，由实验结果决定其最佳取值，一般取1.3。

S208、计算增强后的图像。

具体来说，根据亮度调整后的图像、最小通道表以及每个像素点各分量所占比例与原始输入彩色图像中的比例保持一致的原则，计算原始图像每个像素点的三个通道中除最小像素值外的其它两个通道处理后的值，即得到了增强后的彩色图像。

优选地，计算每个像素点中除最小像素值外的其它两个通道处理后的值采用以下公式进行：

$\frac{R^{\′}}{R}=\frac{G^{\′}}{G}=\frac{B^{\′}}{B}---\left(6\right)$

其中，R'、G'、B'分别是原始彩色图像的三通道像素值，R、G、B分别是增强后的彩色图像的三通道像素值。

如图3为本发明实施例提供的一种微光图像增强装置结构示意图，该装置包括：

最小像素值图获取模块20，从原始图像中选取每一个像素点在R、G、B三通道中的最小值，并保存该最小值所在的通道，得到最小像素值图及最小通道表；

Retinex处理模块40，对最小像素值图进行多尺度Retinex处理，得到Retinex处理后的图像；

增强图像计算模块60，根据Retinex处理后的图像、最小通道表以及每个像素点各分量所占比例，计算每个像素点除最小像素值外的其它两个通道处理后的值，得到增强后的彩色图像。

具体来说，增强图像计算模块根据Retinex处理后的图像、最小通道表以及每个像素点各分量所占比例与原始输入彩色图像中的比例保持一致的原则，计算原始图像每个像素点的三个通道中除最小像素值外的其它两个通道处理后的值，即得到增强后的彩色图像。

作为本装置的一种优选方案，上述装置还包括色彩空间转换模块10，用于当原始图像不是R、G、B色彩空间时，将原始图像转换为R、G、B色彩空间。

作为本装置的一种优选方案，上述装置还包括自适应亮度调整模块50，用于对Retinex处理后的图像进行自适应亮度调整。自适应亮度调整模块包括：

统计单元501，用于统计最小像素值图的直方图；

判断单元502，用于根据统计单元的统计结果判断最小像素值图中较小像素值所占的比例是否大于预定的第一阈值，且最小像素值图中较大像素值的个数是否大于预定的第二阈值；如果是，则判定存在高亮区域，并将判断结果传给调整单元；否则不进行亮度调整；

调整单元503，用于根据所述判断单元的判断结果对Retinex处理后的图像中对应最小像素值图中较大像素值超过第二阈值的像素进行亮度调整。

本发明提供的方法和装置，利用Retinex算法对暗区域增强效果较好的特性，通过在最小像素值图上做多尺度Retinex增强处理，能够提高图像增强效果；同时，做一次多尺度Retinex增强处理替代在R、G、B三个通道上做三次多尺度Retinex增强处理，运算量减少了近三分之二，提高了处理效率。此外，还通过对Retinex增强后的图像进行自适应亮度调整，解决高亮区域经过Retinex处理后易造成的过增强现象，提高图像质量。

以上参照附图说明了本发明的优选实施例，并非因此局限本发明的权利范围。本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明，比如作为一个实施例的特征可用于另一实施例而得到又一实施例。凡在运用本发明的技术构思之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本发明的权利范围之内。

Claims (8)

1.一种基于Retinex的微光图像增强方法，其特征在于，包括：

从原始彩色图像中选取每一个像素点在R、G、B三通道中的最小值，并保存该最小值所在的通道，得到最小像素值图及最小通道表；

当所述原始彩色图像不是R、G、B色彩空间时，将所述原始彩色图像转换为R、G、B色彩空间；

对所述最小像素值图进行多尺度Retinex处理，得到Retinex处理后的图像；

根据所述Retinex处理后的图像、最小通道表以及每个像素点各分量所占比例与原始彩色图像中比例保持一致的原则，计算原始彩色图像每个像素点中除最小像素值外的另外两个通道处理后的值，得到增强后的彩色图像。

2.根据权利要求1所述的微光图像增强方法，其特征在于，所述方法还包括：对所述Retinex处理后的图像进行自适应亮度调整。

3.根据权利要求2所述的微光图像增强方法，其特征在于，对所述Retinex处理后的图像进行自适应亮度调整包括：

统计最小像素值图的直方图；

如果最小像素值图中较小像素值所占的比例大于预定的第一阈值，且最小像素值图中较大像素值的个数大于预定的第二阈值，则判定存在高亮区域，对Retinex处理后的图像中对应最小像素值图中较大像素值超过第二阈值的像素进行亮度调整，得到亮度调整后的图像；否则不进行亮度调整。

4.根据权利要求3所述的微光图像增强方法，其特征在于，所述对Retinex处理后的图像进行亮度调整采用下述公式进行：

I_correct＝I_retinex^{(a·I_retinex+a)}

其中，I_corret为亮度调整后的图像，I_retinex为Retinex处理后的图像，a是亮度调整参数。

5.根据权利要求3所述的微光图像增强方法，其特征在于，所述计算每个像素点中除最小像素值外的其它两个通道处理后的值采用以下公式进行：

$\frac{R^{\′}}{R}=\frac{G^{\′}}{G}=\frac{B^{\′}}{B}$

其中，R'、G'、B'分别是原始彩色图像的三通道像素值，R、G、B分别是增强后的彩色图像的三通道像素值。

6.一种基于Retinex的微光图像增强装置，其特征在于，包括：

最小像素值图获取模块，从原始彩色图像中选取每一个像素点在R、G、B三通道中的最小值，并保存该最小值所在的通道，得到最小像素值图及最小通道表；

色彩空间转换模块，用于当所述原始彩色图像不是R、G、B色彩空间时，将原始彩色图像转换为R、G、B色彩空间；

Retinex处理模块，对所述最小像素值图进行多尺度Retinex处理，得到Retinex处理后的图像；

增强图像计算模块，根据Retinex处理后的图像、最小通道表以及每个像素点各分量所占比例与原始彩色图像中比例保持一致的原则，计算原始彩色图像每个像素点中除最小像素值外的另外两个通道处理后的值，得到增强后的彩色图像。

7.根据权利要求6所述的微光图像增强装置，其特征在于，所述装置还包括自适应亮度调整模块，用于对所述Retinex处理后的图像进行自适应亮度调整。

8.根据权利要求7所述的微光图像增强装置，其特征在于，所述自适应亮度调整模块包括：

统计单元，用于统计最小像素值图的直方图；

判断单元，用于根据统计单元的统计结果判断最小像素值图中较小像素值所占的比例是否大于预定的第一阈值，且最小像素值图中较大像素值的个数是否大于预定的第二阈值；如果是，则判定存在高亮区域，并将判断结果传给调整单元；否则不进行亮度调整；

调整单元，用于根据所述判断单元的判断结果对Retinex处理后的图像中对应最小像素值图中较大像素值超过第二阈值的像素进行亮度调整，得到亮度调整后的图像。