CN103971330A - 图像增强方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及图像增强方法及装置，其中图像增强方法包括步骤：提取原始图像的暗部和亮部区域，并对暗部和亮部区域的局部细节进行增强处理，得到局部细节增强的图像；根据预设阈值和图像强度均值，对所得到的局部细节增强的图像进行整体亮度调整，得到整体亮度调整后的图像；以及对整体亮度调整后的图像，进行饱和度的调整。本发明能够获得较佳的图像增强效果，使得图像增强后更符合人类视觉特性。

Description

图像增强方法及装置

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，特别涉及一种图像增强方法及装置。

背景技术

近年来，数码相机、摄像头等图像获取设备开始迅速普及，通过这些图像获取设备可以获取所需的数字图像。然而在利用这些图像获取设备获取图像的过程中，有可能会受到图像获取设备动态范围大小、被摄场景中光线强弱等因素的影响，导致图像出现对比度较低、图像信息不明显、颜色失真、图像细节不够清晰等现象，给人们视觉观察和机器分析处理带来困难，因而需要对图像进行增强处理。

图像增强是指按照特定的需要突出图像的某些重要信息，同时削弱或去除某些不需要的信息。通过图像增强，能够改善图像的显示效果，也有助于图像的目标识别等其他后续处理。

目前，现有技术中已经提出了许多图像增强方法，例如直方图均衡方法等。直方图均衡法是对图像进行直方图均衡后得到一幅灰度级丰富且动态范围大的图像，虽然该方法能恢复出图像中的一些细节，但是在直方图均衡过程中，在扩大原始图像灰度级的同时会将原始图像中的噪声放大，因此得到的增强图像的视觉效果仍不够好。此外，目前其他的图像增强方法，例如对比度增强方法、同态滤波方法、小波变换方法等，也均不能有效地获得较佳的图像增强效果。

发明内容

因此，本发明提供一种图像增强方法及装置，能够获得较佳的图像增强效果，使得图像增强后更符合人类视觉特性。

具体地，本发明实施例提供的一种图像增强方法，其包括步骤：提取原始图像的暗部和亮部区域，并对暗部和亮部区域的局部细节进行增强处理，得到局部细节增强的图像；根据预设阈值和图像强度均值，对所得到的局部细节增强的图像进行整体亮度调整，得到整体亮度调整后的图像；以及对整体亮度调整后的图像，进行饱和度的调整。

另外，本发明实施例提供的一种图像增强装置，其包括：局部细节增强模块、亮度调整模块以及饱和度调整模块，其中，局部细节增强模块，用于提取原始图像的暗部和亮部区域，并对暗部和亮部区域的局部细节进行增强处理，得到局部细节增强的图像；亮度调整模块，用于根据预设阈值和图像强度均值，对所得到的局部细节增强的图像进行整体亮度调整，得到整体亮度调整后的图像；饱和度调整模块，用于对整体亮度调整后的图像，进行饱和度的调整。

由上述实施例可知，本发明通过对暗部和亮部区域的局部细节进行增强处理，得到局部细节增强的图像；再根据预设阈值和图像强度均值，对所得到的局部细节增强的图像进行整体亮度调整，得到整体亮度调整后的图像；并对整体亮度调整后的图像，进行饱和度的调整。从而使得本发明能够获得较佳的图像增强效果，使得图像增强后更符合人类视觉特性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明实施例提供的图像增强方法的步骤流程图；

图2是本发明另一实施例提供的图像增强方法的步骤流程图；

图3是本发明实施例图像增强装置的主要架构框图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的图像增强方法及装置其具体实施方式、结构、特征及功效，详细说明如后。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例详细说明中将可清楚的呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

图1是本发明实施例提供的图像增强方法的步骤流程图。请参阅图1，本发明实施例的图像增强方法可包括以下步骤S101-S105：

步骤S101，提取原始图像的暗部和亮部区域，并对暗部和亮部区域的局部细节进行增强处理，得到局部细节增强的图像。

步骤S103，根据预设阈值和图像强度均值，对所得到的局部细节增强的图像进行整体亮度调整，得到整体亮度调整后的图像。

步骤S105，对整体亮度调整后的图像，进行饱和度的调整。

在本发明的实施例中，本发明通过对暗部和亮部区域的局部细节进行增强处理，得到局部细节增强的图像；再根据预设阈值和图像强度均值，对所得到的局部细节增强的图像进行整体亮度调整，得到整体亮度调整后的图像；并对整体亮度调整后的图像，进行饱和度的调整。从而使得本发明能够获得较佳的图像增强效果，使得图像增强后更符合人类视觉特性。

图2是本发明实施例提供的图像增强方法的步骤流程图。图2是在图1的基础上改进而来的。请参阅图2，本发明实施例的图像增强方法可包括以下步骤S201-S207：

步骤S201，提取原始图像的暗部和亮部区域，并对暗部和亮部区域的局部细节进行增强处理，得到局部细节增强的图像。

本步骤中，原始图像可以为RGB图像等。

可以采用下述方法的3个步骤（1）、（2）、（3）增强图像的亮度和暗部区域的局部细节：

（1）由原始图像生成亮度单通道图像。

其中，生成亮度单通道图像即提取原始图像像素点的亮度分量形成的图像，提取亮度分量是因为人眼对亮度信息很敏感，亮度分量是描述图像内容的关键参数。由原始图像生成亮度单通道图像的目的是为了提取图像的暗部和亮部区域。

（2）根据预先设置的参数提取所生成的亮度单通道图像的暗部和亮部区域。

其中，预先设置的参数可以包括两个参数（k1、k2），k1、k2可以分别表示暗部区域和亮部区域的像素所占的百分比。举例说明，若k1设定为70%，而k2设定为30%，则表示图像的暗部区域和亮部区域分别占整个图像的70%和30%。也可以预先设定一亮度参考值，若图像的某一区域的像素的亮度大于参考值，则可以认为此区域为图像的亮部区域，若图像的某一区域的像素的亮度小于参考值，则可以认为此区域为图像的暗部区域。

（3）对原始图像中位于暗部和亮部区域的每个像素，利用双曲线变换方法调整每个像素的RGB值，得到局部细节增强的图像。

具体地，利用双曲线变换方法调整每个像素的RGB值如下：

对暗部区域的每个像素，可以利用下述非线性变化（即双曲线变换）公式进行亮度调整：L(p)‘=L(p)*(1+1/s)/(L(p)/m+1/s)，其中，L(p)、L(p)‘分别为暗部区域的每个像素的亮度调整前和调整后的亮度值，m为每个暗部区域的亮度最大值，s为预设参数，s的取值范围为s>0。s取值越大，则暗部区域增强的效果越强，例如可以取值为0.5，当然，s也可以为根据实际需要而设定的其他数值，此处不再一一列举。

对亮部区域的每个像素，可以利用下述非线性变化（即双曲线变换）公式进行亮度调整：L(p)‘=1-(1-L(p))*(1+1/h)/((1-L(p))/(1-n)+1/s)，其中，L(p)、L(p)‘分别为亮部区域的每个像素的亮度调整前和调整后的亮度值，n为每个亮部区域的亮度最大值，h为预设参数，h的取值范围为h>0。h取值越大，则亮部区域减弱的效果越明显，s也为预设参数，s的取值范围为s>0。对于图像中不属于暗部区域和亮部区域的像素则L(p)‘=L(p)（即不进行亮度的调整），最后，对于每个像素，计算L(p)‘（调整后的亮度）与L(p)（调整前的亮度）的比值T(p)=L(p)‘/L(p)，将原始图像每个像素的RGB值分别乘以相应的比值T(p)，并将乘积超过255的结果截断为255，从而实现调整每个像素的RGB值。

步骤S203，根据预设阈值和图像强度均值，对所得到的局部细节增强的图像进行整体亮度调整，得到整体亮度调整后的图像。

本步骤中，虽然在步骤S201中增强了图像亮部和暗部区域的局部细节，但是图像整体仍然会偏亮或者偏暗，通过调整图像的整体亮度，可以使得图像更接近人的视觉感受。

可以采用下述方法的3个步骤（1）、（2）、（3）调整图像的整体亮度：

（1）计算所得到的局部细节增强的图像的强度均值。

具体地，可以采用下述公式计算图像的强度均值：

$\mathrm{mean}\_\mathrm{value}=\underset{i,j}{\mathrm{\Σ}}{V}_{i,j}/(m*n)$

V_i,j=（R_i，j+G_i，j+B_i，j）/3

其中，mean_value为图像的强度均值，V_i,j为图像第i行第j列像素的强度，R_i，j、G_i，j、B_i，j分别为图像的红、绿、蓝三色通道的分量值，m、n分别为图像的宽和高。

（2）计算预设阈值与强度均值（mean_value）的比值（ratio_value）；

其中，若图像偏亮，则阈值可以设置为较小值，而图像偏暗，则阈值可以设置为较大值。当然，本发明中，阈值也可以根据实际需要而采用其他方式进行设定，此处不再一一列举。

（3）利用计算的比值（ratio_value），对所得到的局部细节增强的图像进行整体亮度调整。

具体地，可以采用下述公式对图像进行整体亮度调整：

其中，R′_i，j、G′_i，j、B^′ _i,j分别为图像整体亮度调整后的RGB三色通道的分量值。R_i，j、G_i，j、B_i，j分别为图像整体亮度调整前的RGB三色通道的分量值。

步骤S205，对整体亮度调整后的图像，进行饱和度的调整。

本步骤中，由于步骤S203中增强了图像的整体亮度，图像会有发灰的现象，色彩饱和度不足，此步骤通过调节图像的饱和度可以使得图像看起来更加艳丽。

具体地，可以采用下述方法的3个步骤（1）、（2）、（3）调整图像的饱和度：

（1）将整体亮度调整后的图像从红绿蓝RGB通道转换为色调、饱和度、亮度HSL通道。

可以采用下述公式进行转换：

$l=\frac{1}{2}(\max +\min )$

其中，h、s、l分别为图像各个像素的色调、饱和度、亮度分量，h∈[0,360)、s∈[0,255]、l∈[0,255]；r、g、b分别为图像各个像素的红、绿、蓝分量，max、min分别为各个像素的红、绿、蓝分量的最大值和最小值。

当然，本发明也可以采用其他转换公式，将调整亮度后的图像从红绿蓝RGB通道转换为色调、饱和度、亮度HSL通道，此处不再一一列举。

（2）对转换为色调、饱和度、亮度HSL通道的图像，调整图像的饱和度分量。

具体地，可以采用下述方法调整图像的饱和度分量：

S‘=min(255，max(S*255+k)/255))

其中，S和S‘分别为图像的饱和度分量调整前和调整后的数值，S和S‘的取值范围为[0，255]；k为预先设置的参数，k的取值范围为[-100，100]，k为正数表示增强饱和度，k为负数表示降低饱和度；min、max分别为取函数的最小值和最大值。

（3）将调整饱和度分量后的图像从HSL通道转换为RGB通道。

具体地，可以采用现有的下述公式进行转换：

$q=\left\{\begin{array}{cc}l\&times;(1+s)& l<\frac{1}{2}\\ l+s-(l\&times;s)& l\&GreaterEqual;\frac{1}{2}\end{array}\right.$

p=2×l-q

$h_k=\frac{h}{360}$

（h进行单位换算成[0,1）转内）

$t_R=h_k+\frac{1}{3}$

tG=hk

$t_B=h_k-\frac{1}{3}$

如果t_c<0-t_c=t_c-1.0 C_∈{R，G，B}

如果t_c>1-t_c=t_c-1.0 C_∈{R，G，B}

对于每个颜色向量color=(color_R,color_G,color_B)=(r,g,b)

C_∈{R，G，B}

当然，本发明也可以采用其他转换公式，将图像从HSL通道转换为RGB通道，此处不再一一列举。

此外，步骤S205后具体还可包括步骤：

步骤S207，对调整饱和度后的图像，进行锐化处理，以增强图像的立体感。

本步骤中，锐化处理可以采用现有的USM锐化方法。对调整饱和度后的图像，进行USM锐化处理，可以突出图像的边缘，快速调整图像边缘细节的对比度，使画面整体更加清晰，增强图像的立体感。当然，在本发明中，锐化处理也可以采用其他的锐化方法，此处不再一一列举。

在本发明的实施例中，本发明通过对暗部和亮部区域的局部细节进行增强处理，得到局部细节增强的图像；再根据预设阈值和图像强度均值，对所得到的局部细节增强的图像进行整体亮度调整，得到整体亮度调整后的图像；并对整体亮度调整后的图像，进行饱和度的调整。还通过对调整饱和度后的图像，进行锐化处理，以增强图像的立体感。从而使得本发明能够获得较佳的图像增强效果，使得图像增强后更符合人类视觉特性，图像看起来更加艳丽、立体。

图3为本发明实施例提供的图像增强装置的主要架构框图。请参阅图3，本发明实施例提供的图像增强装置包括：局部细节增强模块301、亮度调整模块303以及饱和度调整模块305。

具体地，局部细节增强模块301，用于提取原始图像的暗部和亮部区域，并对暗部和亮部区域的局部细节进行增强处理，得到局部细节增强的图像。

亮度调整模块303，用于根据预设阈值和图像强度均值，对所得到的局部细节增强的图像进行整体亮度调整，得到整体亮度调整后的图像。

饱和度调整模块305，用于对整体亮度调整后的图像，进行饱和度的调整。

此外，局部细节增强模块301，还用于由原始图像生成亮度单通道图像；根据预先设置的参数提取所生成的亮度单通道图像的暗部和亮部区域；对原始图像中位于暗部和亮部区域的每个像素，利用双曲线变换方法调整每个像素的RGB值，得到局部细节增强的图像。

此外，亮度调整模块303，还用于计算所得到的局部细节增强的图像的强度均值；计算预设阈值与强度均值的比值；利用计算的比值，对所得到的局部细节增强的图像进行整体亮度调整。

此外，饱和度调整模块305，还用于将整体亮度调整后的图像从红绿蓝RGB通道转换为色调、饱和度、亮度HSL通道；对转换为HSL通道的图像，调整图像的饱和度分量；将调整饱和度分量后的图像从HSL通道转换为RGB通道。

此外，图像增强装置还可以包括：锐化模块307。

锐化模块307，用于对调整饱和度后的图像，进行锐化处理，以增强图像的立体感。

关于本发明提供的图像增强装置的详细的工作流程，请参阅上文针对图像增强方法的描述，此处不再赘述。

在本发明的实施例中，本发明通过对暗部和亮部区域的局部细节进行增强处理，得到局部细节增强的图像；再根据预设阈值和图像强度均值，对所得到的局部细节增强的图像进行整体亮度调整，得到整体亮度调整后的图像；并对整体亮度调整后的图像，进行饱和度的调整。还通过对调整饱和度后的图像，进行锐化处理，以增强图像的立体感。从而使得本发明能够获得较佳的图像增强效果，使得图像增强后更符合人类视觉特性，图像看起来更加艳丽、立体。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来控制相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）或随机存储记忆体（Random Access Memory，RAM）等。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (14)

1.一种图像增强方法，其特征在于，该图像增强方法包括步骤：

提取原始图像的暗部和亮部区域，并对暗部和亮部区域的局部细节进行增强处理，得到局部细节增强的图像；

根据预设阈值和图像强度均值，对所得到的局部细节增强的图像进行整体亮度调整，得到整体亮度调整后的图像；以及

对该整体亮度调整后的图像，进行饱和度的调整。

2.如权利要求1所述的图像增强方法，其特征在于，在执行对暗部和亮部区域的局部细节进行增强处理的步骤中，包括步骤：

由该原始图像生成亮度单通道图像；

根据预先设置的参数提取所生成的亮度单通道图像的暗部和亮部区域；

对该原始图像中位于暗部和亮部区域的每个像素，利用双曲线变换方法调整每个像素的RGB值，得到局部细节增强的图像。

3.如权利要求2所述的图像增强方法，其特征在于，在执行利用双曲线变换方法调整每个像素的RGB值的步骤中，包括步骤：

对暗部区域的每个像素，采用双曲线变换公式L(p)‘=L(p)*(1+1/s)/(L(p)/m+1/s)进行亮度调整，其中，L(p)、L(p)‘分别为暗部区域的每个像素的亮度调整前和调整后的亮度值，m为每个暗部区域的亮度最大值，s为预设参数，s的取值范围为s>0；

对亮部区域的每个像素，采用双曲线变换公式L(p)‘=1-(1-L(p))*(1+1/h)/((1-L(p))/(1-n)+1/s)进行亮度调整，其中，L(p)、L(p)‘分别为亮部区域的每个像素的亮度调整前和调整后的亮度值，n为每个亮部区域的亮度最大值，h、s为预设参数，h、s取值范围分别为h>0，s>0；

对于每个像素，计算调整后的亮度与调整前的亮度之间的比值T(p)=L(p)‘/L(p)，其中，L(p)、L(p)‘分别为每个像素的亮度调整前和调整后的亮度值；

将该原始图像每个像素的RGB值分别乘以相应的比值T(p)，并将乘积超过255的结果截断为255。

4.如权利要求1所述的图像增强方法，其特征在于，在执行根据预设阈值和图像强度均值，对所得到的局部细节增强的图像进行整体亮度调整的步骤中，包括步骤：

计算所得到的局部细节增强的图像的强度均值；

计算预设阈值与该强度均值的比值；

利用计算的比值，对所得到的局部细节增强的图像进行整体亮度调整。

5.如权利要求4所述的图像增强方法，其特征在于，在执行计算所得到的局部细节增强的图像的强度均值的步骤中，包括步骤：

采用下述公式计算所得到的局部细节增强的图像的强度均值：

$\mathrm{mean}\_\mathrm{value}=\underset{i,j}{\mathrm{\&Sigma;}}{V}_{i,j}/(m*n)$

V_i,j=（R_i，j+G_i，j+B_i，j）/3

其中，mean_value为图像的强度均值，V_i,j为图像第i行第j列像素的强度，R_i，j、G_i，j、B_i，j分别为图像的红、绿、蓝三色通道的分量值，m、n分别为图像的宽和高。

6.如权利要求4所述的图像增强方法，其特征在于，在执行利用计算的比值，对所得到的局部细节增强的图像进行整体亮度调整的步骤中，包括步骤：

采用下述公式对所得到的局部细节增强的图像进行整体亮度调整：

其中，R′_i，j、G′_i，j、B′_i,j分别为图像整体亮度调整后的RGB三色通道的分量值，R_i，j、G_i，j、B_i，j分别为图像整体亮度调整前的RGB三色通道的分量值。

7.如权利要求1所述的图像增强方法，其特征在于，在执行进行饱和度的调整的步骤中，包括步骤：

将该整体亮度调整后的图像从红绿蓝RGB通道转换为色调、饱和度、亮度HSL通道；

对该转换为HSL通道的图像，调整图像的饱和度分量；

将调整饱和度分量后的图像从HSL通道转换为RGB通道。

8.如权利要求1所述的图像增强方法，其特征在于，在执行调整图像的饱和度分量的步骤中，包括步骤：

采用下述公式调整图像的饱和度分量：

S‘=min(255，max(S*255+k)/255))

其中，S和S‘分别为图像的饱和度分量调整前和调整后的数值，S和S‘的取值范围为[0，255]；k为预先设置的参数，k的取值范围为[-100，100]。

9.如权利要求1所述的图像增强方法，其特征在于，在执行对整体亮度调整后的图像，进行饱和度的调整的步骤后，还包括步骤：

对调整饱和度后的图像，进行锐化处理，以增强图像的立体感。

10.一种图像增强装置，其特征在于，该图像增强装置包括：

局部细节增强模块，用于提取原始图像的暗部和亮部区域，并对暗部和亮部区域的局部细节进行增强处理，得到局部细节增强的图像；

亮度调整模块，用于根据预设阈值和图像强度均值，对所得到的局部细节增强的图像进行整体亮度调整，得到整体亮度调整后的图像；以及

饱和度调整模块，用于对该整体亮度调整后的图像，进行饱和度的调整。

11.如权利要求10所述的图像增强装置，其特征在于，该局部细节增强模块，还用于由该原始图像生成亮度单通道图像；根据预先设置的参数提取所生成的亮度单通道图像的暗部和亮部区域；对该原始图像中位于暗部和亮部区域的每个像素，利用双曲线变换方法调整每个像素的RGB值，得到局部细节增强的图像。

12.如权利要求10所述的图像增强装置，其特征在于，该亮度调整模块，还用于计算所得到的局部细节增强的图像的强度均值；计算预设阈值与该强度均值的比值；利用计算的比值，对所得到的局部细节增强的图像进行整体亮度调整。

13.如权利要求10所述的图像增强装置，其特征在于，该饱和度调整模块，还用于将该整体亮度调整后的图像从红绿蓝RGB通道转换为色调、饱和度、亮度HSL通道；对该转换为HSL通道的图像，调整图像的饱和度分量；将调整饱和度分量后的图像从HSL通道转换为RGB通道。

14.如权利要求10所述的图像增强装置，其特征在于，其进一步包括：

锐化模块，用于对调整饱和度后的图像，进行锐化处理，以增强图像的立体感。