CN105447822B - 图像增强方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

一种图像增强方法、装置及系统，用于基于Lp范数对图像直方图进行均衡处理；所述方法包括：获取图像的各灰度阶所出现次数的Lp范数；基于所述各灰度阶所出现次数的Lp范数对所述图像进行直方图均衡化，以实现对所述图像的增强处理。该方法可以使得图像的对比度有效提高，增加图像的层次感，有效提高图像成像效果，可以使得图像可以适应复杂的光照变化，对于不同肤色的用户均可以取得较好的成像效果，使得所获取的图像色彩更加舒适和自然，且方法实现较为简单，软件和硬件成本较低。

Description

图像增强方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种图像增强方法、装置及系统。

背景技术

图像增强在图像处理中占有非常重要的定位，图像增强是对图像的某些特征，如边缘、轮廓或对比度等进行强调或锐化处理。图像增强的方法主要分为两类，分别为空间域增强法和非空间域的增强法。

在空间域增强法中图像的直方图均衡和直方图调整被应用很广的图像增强方法。但现有技术中的直方图均衡方法的缺点在于有时候它会造成图像的过度增强的问题，存在使图像的噪声明显增加，而局部较暗的区域并没有得到增强等问题。所述直方图调整方法的问题在于，图像的局部信息没有被考虑，因而造成一些小区域的对比度下降(甚至丢失)的现象存在，且难以适应复杂光照变化。

现有技术中存在许多非空间域的图像增强方法，例如在频率域的增强方法。所述频率域的增强方法基本思想是以修改图像的傅氏变换为基础的方法。优点在于图像的动态范围更广，缺点在于通常这些方法对参数非常敏感，在非空间域进行增强往往会使图像的变化比较大，使得图像看上去并不自然。而且存在增强方法繁杂，且硬件结构复杂的问题。

在现有技术中，在采用直方图均衡处理的图像增强方法中存在增强效果较差，难以适应复杂光照变化，对于不同的光照条件、不同肤色的用户，直方图均衡处理后的图像存在对比度较差，图像不自然的问题；而在采用非直方图均衡处理的图像增强的方法中，则存在方法复杂，硬件结构复杂等问题。

发明内容

本发明解决的问题是图像增强过程存在难以适应复杂光照变化，增强效果较差且方法复杂的问题。

为解决上述问题，本发明技术方案提供一种图像增强方法，用于基于Lp范数对图像直方图进行均衡处理；所述方法包括：

获取图像的各灰度阶所出现次数的Lp范数；

基于所述各灰度阶所出现次数的Lp范数对所述图像进行直方图均衡化，以实现对所述图像的增强处理。

可选的，通过如下方式获取Lp范数：

预先将小于第一阈值的整数所对应的Lp范数进行存储；

通过查找所述存储的整数所对应的Lp获取图像的各灰度阶所出现次数的Lp范数。

可选的，所述存储过程包括：将每间隔第二阈值数目时的整数所对应的Lp范数进行存储。

可选的，所述第一阈值根据所述图像的分辨率进行相应的设定。

可选的，所述获取图像的各灰度阶所出现次数的Lp范数包括：当所述灰度阶所出现次数大于第一阈值时，所述灰度阶所出现次数的Lp范数值为所述灰度阶所出现次数为第一阈值时所对应的Lp范数值。

可选的，所述Lp范数的p的取值范围为0≤p＜1。

可选的，通过如下公式对所述图像中的像素点进行直方图均衡化：

其中，I(x，y)为所述图像中在(x，y)位置处的像素点的亮度值，j为所述图像中的灰度阶的索引值，M为所述图像中的灰度阶的总的个数，H*(j)为图像中的灰度阶j所出现次数的Lp范数值，ψ(I(x,y))为在(x，y)位置处的像素点经直方图均衡化处理后的亮度值。

可选的，所述图像为YUV格式，所述像素点的亮度值为所述像素点的Y分量。

本发明技术方案还提供一种图像增强装置，用于基于Lp范数对图像直方图进行均衡处理；所述装置包括：

获取单元，用于获取图像的各灰度阶所出现次数的Lp范数；

均衡单元，用于基于所述各灰度阶所出现次数的Lp范数对所述图像进行直方图均衡化，以实现对所述图像的增强处理。

本发明技术方案还提供一种图像增强系统，用于基于Lp范数对图像直方图进行均衡处理；包括如上所述的图像增强装置。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

通过获取图像的各灰度阶所出现次数的Lp范数，进而基于所述各灰度阶所出现次数的Lp范数对所述图像进行直方图均衡化处理，实现对所述图像的增强处理，该方法可以使得图像的对比度有效提高，图像整体或局部特征有效得到改善，使图像中较暗部分变得较亮，凸显出更多的图像细节，增加图像的层次感，有效提高图像成像效果。本方法可以使得图像可以适应复杂的光照变化，对于不同肤色的用户均可以取得较好的成像效果，使得所获取的图像色彩更加舒适和自然，且方法实现较为简单，软件和硬件成本较低。

附图说明

图1是本发明技术方案提供的图像增强方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的图像增强方法的流程示意图；

图3是本发明实施例提供的图像增强装置的结构示意图。

具体实施方式

在现有技术中，在采用直方图均衡处理的图像增强方法中存在增强效果较差，难以适应复杂光照变化，对于不同的光照条件、不同肤色的用户，直方图均衡处理后的图像存在对比度较差，图像不自然的问题；而在采用非直方图均衡处理的图像增强的方法中，则存在方法复杂，硬件结构复杂等问题。

为解决上述技术问题，本发明技术方案提供一种图像增强方法。为了可以有效提高图像的视觉效果，增加图像的层次感，且使得图像能够适应复杂的光照变化，对于不同肤色的用户均可以取得较好的成像效果，在本发明技术方案中基于Lp范数对图像进行直方图均衡化处理。

对图像进行直方图均衡化处理，可以使得图像的对比度和锐度等得到提高。图像的直方图均衡处理可将其灰度范围拉伸到0-255的灰度级之间来显示，从而使图像的对比度提高，改善图像质量。直方图均衡化能够增强整个图像对比度，使图像整体或局部特征能有效地改善，直方图均衡化处理可以有效地用于图像增强中。

考虑到在传统的直方图均衡处理中，若某一灰度阶出现的次数非常高，这个灰度阶在直方图均衡后的图像中将占有很多个灰度阶，会严重挤压其它灰度阶所占的权重。

所以在发明中，采用当某一灰度阶出现的次数刚开始增加的时候，该灰度阶的权重随着次数的增加也较快的进行增强，而当所述灰度阶出现的次数较高的时候，随着所述灰度阶出现的次数的继续增加，该灰度阶在图像中所占的权重的增长速度应该较慢一些，这样才会使得图像的灰度阶分布的更为合理，基于这一分析，所以在申请文件中，基于各灰度阶出现的次数的Lp范数实现对图像的均衡化处理，以实现连续、平滑地对图像直方图每一灰度阶的权重进行合理的校正。

所述图像的灰度阶可以理解为是与图像中的像素点的亮度值是相对应的。举例来说，若图像的亮度值的取值范围为[0，255]，则说明所述图像的灰度阶共有0至255共256阶灰度。

在对图像处理之前，首先可以将图像转换到含有亮度和色度分量的空间中，例如将图像转换为YUV格式、YCbCr格式等，进而得到YUV或者YCbCr色彩空间中Y分量，即可以获取图像中的各像素点的亮度值，所述像素点的亮度值为该像素点的Y分量值。通过图像中各像素点的亮度值，可以相应的确定各像素点所对应的灰度阶。

图1是本发明技术方案提供的图像增强方法的流程示意图。如图1所示，首先执行步骤S1，获取图像的各灰度阶所出现次数的Lp范数。

所述各灰度阶所出现的次数可以通过统计图像中各灰度阶所对应的像素点的个数进行相应的确定，图像中某一个灰度阶所对应的像素点的个数即为该灰度阶所出现的次数。

通过所述图像的直方图信息可以获取在所述图像中每一阶灰度所出现的次数，在得到各灰度阶所出现的次数，可以对每一个灰度阶所出现的次数求取其Lp范数，即可以得到该灰度阶所出现次数的Lp范数。

执行步骤S2，基于所述各灰度阶所出现次数的Lp范数对所述图像进行直方图均衡化，以实现对所述图像的增强处理。

基于对应各灰度阶所出现次数的Lp范数，可以实现对图像中的各像素点进行直方图均衡化的处理，进而实现对整幅图像的直方图均衡化处理。

该方法可以使得图像的对比度有效提高，增加图像的层次感，有效提高图像成像效果。且可以使得图像可以适应复杂的光照变化，对于不同肤色的用户均可以取得较好的成像效果，使得所获取的图像色彩更加舒适和自然，且方法实现较为简单，软件和硬件成本较低。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图2是本实施例提供的图像增强方法的流程示意图，如图2所示，首先执行步骤S201，统计图像每一个灰度阶在图像中所出现的次数。

可以记图像的灰度阶总共有M阶，通过所述图像的直方图信息可以获取在所述图像中每一阶灰度所出现的次数。

在本实施例中，用H(j)表示灰度阶j在图像中所出现的次数。其中j的取值范围为0≤j≤M。

执行步骤S202，判断灰度阶所出现的次数是否大于或等于第一阈值。

由于当所述灰度阶出现的次数较高的时候，随着所述灰度阶出现的次数的继续增加，该灰度阶在图像中所占的权重的增长速度应该较慢一些，这样才会使得图像的灰度阶分布的更为合理。

所以在本实施例中，当某一个灰度阶所出现次数的超过一个预先设定的第一阈值时，可以认为该灰度阶在图像中所占的权重不应该再继续增加，即仍然以该灰度阶所出现的次数为第一阈值时Lp范数值，作为所述灰度阶所出现次数的Lp范数值。

所述第一阈值根据所述图像的分辨率进行相应的设定。例如，通常对于8M像素的图像而言，对于灰度阶为256阶灰度的图，第一阈值的取值可以为200000。

若步骤S202的判断结果为是，即所述灰度阶所出现的次数大于或等于所述第一阈值，则执行步骤S203；否则执行步骤S204。

步骤S203，确定灰度阶所出现次数的Lp范数为该灰度阶所出现次数为第一阈值时所对应的Lp范数。

为了获取到灰度阶所出现次数的Lp范数，可以执行步骤S204。

步骤S204，通过查找预先所存储的整数的Lp范数的查找表，获取灰度阶所出现次数的Lp范数。

在得到各灰度阶所出现的次数，可以对每一个灰度阶所出现的次数求取其Lp范数。其中，p的取值范围为0≤p＜1。

具体地，在本实施例中所述每一个灰度阶所出现次数的Lp次数就是对所述次数求取p次幂。

通过公式(1)求取灰度阶所出现次数的Lp范数。

H*(j)＝H(j)^p (1)

其中，H*(j)表示灰度阶j所出现的次数的Lp范数。

为了提高计算的速度，可以预先将一定数值范围内的整数的Lp范数进行存储，例如将小于第一阈值的整数所对应的Lp范数进行存储。所述第一阈值的取值可以根据图像的分辨率进行相应的设定。

具体地，在本实施例中，可以预先将整数0至Q的p次幂存储在一个查找表中。

在需要获取灰度阶所出现次数的Lp范数时，可以直接查找预先所存储的整数的Lp范数，直接获取到灰度阶所出现次数的Lp范数。

另外，在对整数0至Q的p次幂进行存储的过程中，考虑到占用存储空间的问题，可以将每间隔第二阈值数目的整数所对应的Lp范数值进行相应的存储。

例如，在本实施例中，可以每隔100个整数存储一个整数所对应的Lp范数值，即将整数0、整数100、整数200等间隔100的整数的Lp范数值进行存储。

在步骤S204中，若通过步骤S202确定灰度阶所出现的次数小于所述第一阈值，则直接在查找表中获取所述灰度阶所出现次数的Lp范数值即可，否则在步骤S204中查找所述第一阈值所对应的Lp范数作为所述灰度阶所出现次数的Lp范数值。

执行步骤S205，基于灰度阶所出现次数的Lp范数对图像进行直方图均衡化处理。

基于步骤S204中所得到的对应各灰度阶所出现次数的Lp范数，可以实现对图像中的各像素点进行直方图均衡化的处理，进而实现对整幅图像的直方图均衡化处理。

在对图像处理之前，首先需要从图像中获取像素点的亮度值，可以将图像转换到含有亮度和色度分量的空间中，例如将图像转换为YUV格式、YCbCr格式等，进而得到YUV或者YCbCr色彩空间中Y分量，即可以获取图像中的各像素点的亮度值，所述像素点的亮度值为该像素点的Y分量值。

具体的，通过公式(2)获取像素点均衡化处理后的亮度值。

其中，I(x，y)为所述图像中在(x，y)位置处的像素点的亮度值，j为所述图像中的灰度阶的索引值，M为所述图像中的灰度阶的总的个数，H*(j)为图像中的灰度阶j所出现次数的Lp范数值，ψ(I(x,y))为在(x，y)位置处的像素点经直方图均衡化处理后的亮度值。x的取值范围为0≤x<Width，所述Width为图像的宽度；y的取值范围为0≤y<height，所述height为图像的高度。

对于原始图像中的每一个像素点，均可以通过公式(1)实现对该像素点的直方图均衡化处理，进而实现对整幅图像的均衡化处理。

本实施例所提供的图像增强方法，经过基于Lp范数的直方图的均衡化处理后，图像的对比度和锐度都会有一定的提高，增加图像的层次感，有效提高图像成像效果。

对应上述图像增强方法，本发明实施例还提供一种图像增强装置，用于基于Lp范数对图像直方图进行均衡处理。所述装置包括获取单元U11和均衡单元U12。

所述获取单元U11，用于获取图像的各灰度阶所出现次数的Lp范数；

所述均衡单元U12，用于基于所述各灰度阶所出现次数的Lp范数对所述图像进行直方图均衡化，以实现对所述图像的增强处理。

所述均衡单元U12通过如下公式对图像中的像素点进行直方图均衡化：

其中，I(x，y)为所述图像中在(x，y)位置处的像素点的亮度值，j为所述图像中的灰度阶的索引值，M为所述图像中的灰度阶的总的个数，H*(j)为图像中的灰度阶j所出现的Lp范数值，ψ(I(x,y))为在(x，y)位置处的像素点经直方图均衡化处理后的亮度值。

所述装置还包括存储单元U13和查找单元U14。

所述存储单元U13，用于预先将小于第一阈值的整数所对应的Lp范数进行存储；

所述查找单元U14，用于通过查找所存储的整数所对应的Lp范数获取图像的各灰度阶所出现次数的Lp范数。

所述装置还包括统计单元U15和确定单元U16。

所述统计单元U15，用于统计述图像的各灰度阶所出现的次数；

所述确定单元U16，用于当所述灰度阶所出现次数大于第一阈值时，确定所述灰度阶所出现次数的Lp范数值为所述灰度阶所出现次数为第一阈值时所对应的Lp范数值。

对应上述图像增强装置，本发明实施例还提供一种图像增强系统，所述系统包括如上所述的图像增强装置。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (13)

1.一种图像增强方法，其特征在于，所述图像增强方法包括：

统计图像中各灰度阶所对应的像素点的个数，从而确定各灰度阶所出现的次数；

对各灰度阶所出现的次数求取其Lp范数，从而得到各灰度阶所出现次数的Lp范数；

在对图像进行直方图均衡处理的过程中，当某一灰度阶所出现的次数增加时，增加的速率随着该灰度阶所出现的次数的增加而减小，基于所述各灰度阶所出现次数的Lp范数对所述图像进行直方图均衡化，以实现对所述图像的增强处理。

2.如权利要求1所述的图像增强方法，其特征在于，通过如下方式获取Lp范数：

预先将小于第一阈值的整数所对应的Lp范数进行存储；

通过查找所存储的整数所对应的Lp范数获取图像的各灰度阶所出现次数的Lp范数。

3.如权利要求2所述的图像增强方法，其特征在于，所述存储过程包括：将每间隔第二阈值数目时的整数所对应的Lp范数进行存储。

4.如权利要求2所述的图像增强方法，其特征在于，所述第一阈值根据所述图像的分辨率进行相应的设定。

5.如权利要求1所述的图像增强方法，其特征在于，所述对各灰度阶所出现的次数求取其Lp范数，从而得到各灰度阶所出现次数的Lp范数包括：当灰度阶所出现次数大于第一阈值时，所述灰度阶所出现次数的Lp范数值为所述灰度阶所出现次数为第一阈值时所对应的Lp范数值。

6.如权利要求1所述的图像增强方法，其特征在于，所述Lp范数的p的取值范围为0≤p＜1。

7.如权利要求1所述的图像增强方法，其特征在于，通过如下公式对所述图像中的像素点进行直方图均衡化：

其中，I(x，y)为所述图像中在(x，y)位置处的像素点的亮度值，j为所述图像中的灰度阶的索引值，M为所述图像中的灰度阶的总的个数，H*(j)为图像中的灰度阶j所出现次数的Lp范数值，ψ(I(x,y))为在(x，y)位置处的像素点经直方图均衡化处理后的亮度值。

8.如权利要求1所述的图像增强方法，其特征在于，所述图像为YUV格式，所述像素点的亮度值为所述像素点的Y分量。

9.一种图像增强装置，其特征在于，所述图像增强装置包括：

获取单元，用于统计图像中各灰度阶所对应的像素点的个数，从而确定各灰度阶所出现的次数；对各灰度阶所出现的次数求取其Lp范数，从而得到各灰度阶所出现次数的Lp范数；

均衡单元，用于在对图像进行直方图均衡处理的过程中，当某一灰度阶所出现的次数增加时，增加的速率随着该灰度阶所出现的次数的增加而减小，基于所述各灰度阶所出现次数的Lp范数对所述图像进行直方图均衡化，以实现对所述图像的增强处理。

10.如权利要求9所述的图像增强装置，其特征在于，还包括：

存储单元，用于预先将小于第一阈值的整数所对应的Lp范数进行存储；

查找单元，用于通过查找所存储的整数所对应的Lp范数获取图像的各灰度阶所出现次数的Lp范数。

11.如权利要求9所述的图像增强装置，其特征在于，还包括：

统计单元，用于统计图像中各灰度阶所对应的像素点的个数，从而确定各灰度阶所出现的次数；

确定单元，用于当灰度阶所出现次数大于第一阈值时，确定所述灰度阶所出现次数的Lp范数值为所述灰度阶所出现次数为第一阈值时所对应的Lp范数值。

12.如权利要求9所述的图像增强装置，其特征在于，所述均衡单元通过如下公式对图像中的像素点进行直方图均衡化：

其中，I(x，y)为所述图像中在(x，y)位置处的像素点的亮度值，j为所述图像中的灰度阶的索引值，M为所述图像中的灰度阶的总的个数，H*(j)为图像中的灰度阶j所出现的Lp范数值，ψ(I(x,y))为在(x，y)位置处的像素点经直方图均衡化处理后的亮度值。

13.一种图像增强系统，用于基于Lp范数对图像直方图进行均衡处理；其特征在于，包括：

如权利要求9至12任一项所述的图像增强装置。