CN108171670A - 一种具有双控功能的非线性图像增强方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种具有双控功能的非线性图像增强方法，首先获得输入图像的亮度图像；统计亮度图像直方图，得到数组h1；直方图数据进行缩放，使其均值为1，得到数组h2；进行双向钳位处理得到数组h3；进行非线性处理得到数组h4；进行归一化处理得到数组h5；计算累积分布数组cdf；计算映射表；对亮度图像进行查表操作，得到亮度增强图像。本发明提供的非线性图像增强方法，为图像细节部分和显著部分分别提供控制能力，适用于各类图像，计算复杂度低、增强效果显著。
Description
技术领域
本发明涉及图像增强领域，特别是一种具有双控功能的非线性图像增强方法。
背景技术
实生活中，由于场景条件的影响，导致拍摄的图像和视频视觉效果不佳，这就需要图像增强技术来改善人的视觉效果。
图像增强技术根据增强处理过程所在的空间不同，可分为基于空域的算法和基于频域的算法两大类。具有双控功能的双非线性图像增强方法和直方图均衡都属于基于空域的算法，但直方图均衡往往存在过度增强和细节丢失的问题，而至今为止出现的许多直方图改进算法，它们仅仅减轻了过度增强的程度，并未从根本上解决这两个问题。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种既能避免过度增强又能保留好细节，处理结果自然的具有双控功能的非线性图像增强方法。
本发明采用如下技术方案：
一种具有双控功能的非线性图像增强方法，其特征在于，包含如下步骤：
1)输入比特位为B、级数为L＝2^B的数字图像，获取其亮度图像，统计该亮度图像的直方图，得到数组h1；对数组h1进行缩放处理，得到数组h2；
2)将数组h2进行双向钳位处理，将大于阈值Tmax的值变为Tmax，小于阈值Tmin的值变为0，得到数组h3；
3)遍历数组h3，对数组h3中的值依据其大小进行不同策略的非线性调整，得到数组h4；
4)将数组h4进行缩放处理，得到数组h5，计算数组h5的逐次累加和，得到一个新的分布数组cdf；
5)将分布数组cdf与(L-1)相乘，然后将结果取为整数得到映射表；对亮度图像中每个数据结合进行查表操作，得到最终的亮度增强图像。
所述的步骤1)中，所述数字图像若为多通道图像则取其亮度通道作为所述亮度图像，若为单通道图像则直接作为所述亮度图像。
所述的步骤1)中，所述缩放处理，是使所述数组h1均值为1。
所述的步骤2)中，所述阈值Tmax的取值范围为32～102；所述阈值Tmin的取值范围为0.012～0.32；
所述的步骤2)中，所述双向钳位处理为将数组h2中大于阈值Tmax的值变为Tmax，小于阈值Tmin的值变为0。
所述的步骤3)中，所述的不同策略的非线性调整为：判断数组h3中的各单元值是否大于1，如果是，则值变为原值的k1次幂；如果否，则值变为原值的k2次幂，k1、k2取值范围都为0～3。
所述的步骤4)中，所述的将数组h4进行缩放处理为：将所述数组h4中各单元的值分别除以所述数组h4的总和，得到所述数组h5。
所述的步骤5)中，所述查表操作具体为：遍历整个所述亮度图像，依据当前像素点的灰度值，在所述映射表中找到对应的映射值，最后用该映射值替换当前像素点的灰度值即可。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提出的具有双控功能的双非线性图像增强方法克服了直方图均衡的固有缺陷，从根本上解决了过度增强和细节丢失的问题。它通过调节k1和k2两个参数来分别控制图像的显著部分和细节部分，从而使增强后的图像不会出现由于过度增强而导致的过曝，并且保留住原图像的细节、处理结果自然。
附图说明
图1是本发明提供的具有双控功能的非线性图像增强方法的流程图；
图2为本发明实施例的实验结果之一(低照度)；
图3为本发明实施例的实验结果之二(正常亮度)；
图4为本发明实施例的实验结果之三(高亮图像)。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
参照图1为本发明提供的具有双控功能的非线性图像增强方法的流程图，包括以下步骤：
1)输入比特位为B、级数为L＝2^B的数字图像，如果是多通道图像则取其亮度通道作为亮度图像，如果是单通道图像则直接作为亮度图像；统计亮度图像的直方图，得到数组h1；直方图数据进行缩放处理，使其均值为1，具体操作为：将数组h1中所有元素都乘上L，得到的积再除以Num，得到数组h2，Num为亮度图像总的像素数，可用亮度图像的长乘宽得到；
2)将数组h2进行双向钳位处理，大于阈值Tmax的值变为Tmax，小于阈值Tmin的值变为0，得到数组h3，其中Tmax的取值范围为32～102，默认值是72；Tmin的取值范围为0.012～0.32，默认值是0.052；
3)遍历数组h3，对每个数组单元中的值依据其大小进行不同策略的非线性调整，即遍历整个数组，判断数组单元值是否大于1，如果是，则值变为原值的k1次幂；如果否，则值变为原值的k2次幂；k1、k2为预置参数，k1的取值范围为0～3，默认值为0.5，用于控制图像的显著部分；k2的取值范围为0～3，默认值为0.25，用于控制图像的细节部分；调整后得到数组h4；
4)将数组h4进行缩放处理，即遍历整个数组，将数组h4中各单元的值分别除以数组h4的总和，使其总和为1，得到数组h5；遍历数组h5，将各单元的值逐次累加起来，即第一个单元的值不变，第二个单元的值等于数组h5前两个单元值的和，第三个单元的值等于数组h5前三个单元值的和，以此类推，得到一个新的分布数组cdf；
5)计算映射表：将分布数组cdf与(L-1)相乘，然后将结果取为整数得到映射表，这里取整可以是四舍五入取整，也可以是向上取整或向下取整，默认采用的是四舍五入取整；应用映射表：对亮度图像中每个数据进行查表操作，即遍历整个亮度图像，依据当前像素点的灰度值，在映射表中找到对应的映射值，最后用映射值替换当前值；遍历结束后即可得到最终的亮度增强图像。
本发明提供的具有双控功能的非线性图像增强方法，通过预置参数k1和k2分别控制图像的显著部分和细节部分，通过调节这两个参数，使图像既能避免过度增强又能保留好细节，处理结果自然。
图2、图3和图4分别为本实施例对低照度、正常亮度和高亮图像的增强效果对比图，其中图2、图3和图4中的(a)为原图，(b)为增强后的效果图。从三张增强效果对比图可以看出，本实施例对于各种类型的图像都能取得良好的增强效果，处理结果自然。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (8)
1.一种具有双控功能的非线性图像增强方法，其特征在于，包含如下步骤：
1)输入比特位为B、级数为L＝2^B的数字图像，获取其亮度图像，统计该亮度图像的直方图，得到数组h1；对数组h1进行缩放处理，得到数组h2；
2)将数组h2进行双向钳位处理，将大于阈值Tmax的值变为Tmax，小于阈值Tmin的值变为0，得到数组h3；
3)遍历数组h3，对数组h3中的值依据其大小进行不同策略的非线性调整，得到数组h4；
4)将数组h4进行缩放处理，得到数组h5，计算数组h5的逐次累加和，得到一个新的分布数组cdf；
5)将分布数组cdf与(L-1)相乘，然后将结果取为整数得到映射表；对亮度图像中每个数据结合进行查表操作，得到最终的亮度增强图像。
2.如权利要求1所述的一种具有双控功能的非线性图像增强方法，其特征在于，所述的步骤1)中，所述数字图像若为多通道图像则取其亮度通道作为所述亮度图像，若为单通道图像则直接作为所述亮度图像。
3.如权利要求1所述的一种具有双控功能的非线性图像增强方法，其特征在于，所述的步骤1)中，所述缩放处理，是使所述数组h1均值为1。
4.如权利要求1所述的一种具有双控功能的非线性图像增强方法，其特征在于，所述的步骤2)中，所述阈值Tmax的取值范围为32～102；所述阈值Tmin的取值范围为0.012～0.32。
5.如权利要求1所述的一种具有双控功能的非线性图像增强方法，其特征在于，所述的步骤2)中，所述双向钳位处理为将数组h2中大于阈值Tmax的值变为Tmax，小于阈值Tmin的值变为0。
6.如权利要求1所述的一种具有双控功能的非线性图像增强方法，其特征在于，所述的步骤3)中，所述的不同策略的非线性调整为：判断数组h3中的各单元值是否大于1，如果是，则值变为原值的k1次幂；如果否，则值变为原值的k2次幂，k1、k2取值范围都为0～3。
7.如权利要求1所述的一种具有双控功能的非线性图像增强方法，其特征在于，所述的步骤4)中，所述的将数组h4进行缩放处理为：将所述数组h4中各单元的值分别除以所述数组h4的总和，得到所述数组h5。
8.如权利要求1所述的一种具有双控功能的非线性图像增强方法，其特征在于，所述的步骤5)中，所述查表操作具体为：遍历整个所述亮度图像，依据当前像素点的灰度值，在所述映射表中找到对应的映射值，最后用该映射值替换当前像素点的灰度值即可。
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