CN112488954B - 基于图像灰度级的自适应图像增强的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于图像灰度级的自适应图像增强的方法及装置，涉及图像处理技术领域，技术方案包括：获取待处理图像的各灰度级的出现频次，并将灰度级超过预设灰度级阈值的灰度级存储于预设数组中；依次根据预设数组的序号读取灰度值，并根据所述灰度值与序号的对应关系重新定义得到新的灰度值；根据所述新的灰度值对所述待处理图像进行自适应增强处理。该方案算法可以自适应的对图像进行增强处理，图像亮度基本不变，既可以让图像的过暗部分的细节更丰富，又能使得图像过亮的部分进行抑制，以达到保真的效果。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种基于图像灰度级的自适应图像增强的方法、一种基于图像灰度级的自适应图像增强的装置、一种计算机设备和一种非临时性计算机可读存储介质。
背景技术
图像增强技术是将原来不清晰的图像变得清晰或强调某些感兴趣的特征，抑制不感兴趣的特征，使之改善图像质量、丰富信息量，加强图像判读和识别效果的图像处理方法。
目前，图像增强技术中以经典直方图增强技术应用最为广泛，其计算简单、速度快、效果明显。但是经典直方图增强技术增强的图像容易出现过增强的过亮现象，同时噪声也得到明显放大，图像细节丢失严重。因此，经典直方图增强技术不适宜应用于电子外部显示设备(如平板显示器、液晶显示器等)。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供了一种基于图像灰度级的自适应图像增强的方法及装置，该方法通过自适应增强处理，对平板显示器、液晶显示器等外部显示设备进行简单、快速的图像处理，并且能够确保图像不失真。
本发明采用的技术方案如下：
本发明第一方面实施例提出了一种基于图像灰度级的自适应图像增强的方法，包括：
获取待处理图像的各灰度级的出现频次，并将灰度级超过预设灰度级阈值的灰度级存储于预设数组中；
依次根据预设数组的序号读取灰度值，并根据所述灰度值与序号的对应关系重新定义得到新的灰度值；
根据所述新的灰度值对所述待处理图像进行自适应增强处理。
根据本发明的一个实施例，根据所述灰度值与序号的对应关系重新定义得到新的灰度值采用下述公式计算：
其中，idnew(j)为新的灰度值，j为所述预设数组的灰度值的序号，j＝1:length(id)，length(id)为输入预设数组的灰度级数，n为数值变量。
根据本发明的一个实施例，在根据所述灰度值与序号的对应关系重新定义得到新的灰度值之后，所述方法还包括：
设置滚动条，滚动条的长度由n与length(id)决定；
当n＝length(id)时，滚动条为自适应增强处理；
当n<length(id)时，n值越小，图像输出亮度越亮；
当n>length(id)时，n值越大，图像输出亮度越暗。
本发明的第二方面实施例提出了一种基于图像灰度级的自适应图像增强的装置，包括：
获取单元，用于获取待处理图像的各灰度级的出现频次；
存储单元，用于将灰度级超过预设灰度级阈值的灰度级存储于预设数组中；
读取单元，用于依次根据预设数组的序号读取灰度值；
计算单元，用于根据所述读取单元读取的所述灰度值与序号的对应关系重新定义得到新的灰度值；
处理单元，用于根据所述计算单元计算的所述新的灰度值对所述待处理图像进行自适应增强处理。
根据本发明的一个实施例，所述计算单元在根据所述灰度值与序号的对应关系重新定义得到新的灰度值时，采用下述公式计算：
其中，idnew(j)为新的灰度值，j为所述预设数组的灰度值的序号，j＝1:length(id)，length(id)为输入预设数组的灰度级数，n为数值变量。
根据本发明的一个实施例，所述装置还包括：
设置单元，用于在根据所述灰度值与序号的对应关系重新定义得到新的灰度值之后，设置滚动条，滚动条的长度由n与length(id)决定；
当n＝length(id)时，滚动条为自适应增强处理；
当n<length(id)时，n值越小，图像输出亮度越亮；
当n>length(id)时，n值越大，图像输出亮度越暗。
本发明的第三方面实施例提出了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现根据第一方面中任一项所述的基于图像灰度级的自适应图像增强的方法。
本发明的第四方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现根据第一方面中任一项所述的基于图像灰度级的自适应图像增强的方法。
本发明的有益效果：
本发明提供的算法可以自适应的对图像进行增强处理，图像亮度基本不变，既可以让图像的过暗部分的细节更丰富，又能使得图像过亮的部分进行抑制，以达到保真的效果。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的基于图像灰度级的自适应图像增强的方法的流程图；
图2是根据本发明一个实施例的部分灰度级的统计示意图；
图3是根据本发明一个实施例的直方图示意图；
图4是根据本发明一个实施例的窄动态低段图像增强效果的示意图；
图5是根据本发明一个实施例的窄动态中段图像增强效果的示意图；
图6是根据本发明一个实施例的窄动态高段图像增强效果的示意图；
图7是根据本发明一个实施例的全动态较暗图像增强效果的示意图；
图8是根据本发明一个实施例的全动态正常亮度图像增强效果的示意图；
图9是根据本发明一个实施例的全动态较暗图像亮度变化效果的示意图；
图10是根据本发明一个实施例的全动态正常亮度图像亮度变化效果的示意图；
图11是根据本发明一个实施例的基于图像灰度级的自适应图像增强的装置的框图；
图12是根据本发明另一个实施例的基于图像灰度级的自适应图像增强的装置的框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种基于图像灰度级的自适应图像增强的方法，如图1所示，所述方法包括：
S1、获取待处理图像的各灰度级的出现频次，并将灰度级超过预设灰度级阈值的灰度级存储于预设数组中；
在计算机中一幅图像是由一系列数字组成8位灰度图，每个像素点值变化{0,255}。为了便于理解图2示出了部分灰度级的统计示意图。所谓直方图，就是对每个灰度值进行统计，统计分辨率M×N的输入图像imgIN各灰度级i出现的频次h(i)。如图2中的灰度值102，总共出现20次，即频次h(102)＝20，灰度值103出现25次，即频次h(103)＝25，灰度值104出现13次，即频次h(104)＝13，灰度值105出现3次，即频次h(105)＝4等等，把所有图像的灰度都统计一遍，就出现了如图3的直方图。而灰度级数量指的是这个图像出现的不同灰度值的数量，如截取图部分的灰度值就只有102,103,104,105，共4个灰度级。
统计好直方图后，并将h(i)>0的灰度级存储在预设数组，例如预设数组如下：
| 序号 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| 灰度值 | 102 | 103 | 104 | 105 |
在实际应用中，也可将统计好的灰度级超过预设灰度级阈值的灰度值存储于队列或者其他形式的存储结构中，具体的本发明实施例对此不进行限定。
S2、依次根据预设数组的序号读取灰度值，并根据所述灰度值与序号的对应关系重新定义得到新的灰度值；
依次根据预设数组的序号(1.2.3.4)读取灰度值，采用下述公式计算：
其中，idnew(j)为新的灰度值，j为所述预设数组的灰度值的序号，j＝1:length(id)，length(id)为输入预设数组的灰度级数，n为数值变量。
呈由上述实施例，length(id)＝4，idnew(1)＝255*1/102。
S3、根据所述新的灰度值对所述待处理图像进行自适应增强处理。
当n取输入图像的有效灰度级默认值length(id)，此时为自适应增强处理。
本发明提供的上述算法可以自适应的对图像进行增强处理，图像亮度基本不变，既可以让图像的过暗部分的细节更丰富，又能使得图像过亮的部分进行抑制，以达到保真的效果。
进一步的，自适应增强处理虽然能够确保让图像的过暗部分的细节更丰富，又能使得图像过亮的部分进行抑制，但是对于有自由调节亮度需求的用户来讲无法操作，因此，本发明实施例在具体实施过程中，还提供一种人机交互操作，即在显示界面中设置滚动条，滚动条的长度由n与length(id)决定；
当n＝length(id)时，滚动条为自适应增强处理，实际应用中，滚动条的默认位置为n＝length(id)，当用户有调亮调暗的需求时，可通过滚动或滑动滚动条的方式进行调节；
当n<length(id)时，n值越小，图像输出亮度越亮；
当n>length(id)时，n值越大，图像输出亮度越暗，n值理论取值范围[1,+∞)。
综上所述，本发明实施例提供的基于图像灰度级的自适应图像增强的方法，获取待处理图像的各灰度级的出现频次，并将灰度级超过预设灰度级阈值的灰度级存储于预设数组中；依次根据预设数组的序号读取灰度值，并根据所述灰度值与序号的对应关系重新定义得到新的灰度值；根据所述新的灰度值对所述待处理图像进行自适应增强处理，可以自适应的对图像进行增强处理，图像亮度基本不变；可以让图像的暗部细节更丰富，图像过亮的地方进行抑制；同时还可以根据用户的需求自由调节图像亮度。
为更好的说明本发明的积极效果，将本发明与经典直方图增强技术进行效果比较，比较技术指标为E(信息熵)、EME(对比度)、△Y(平均亮度差)、PSNR(峰值信噪比)、T(运行时间)，数据为80幅图像的平均值，指标数据表如表2。
表2显示经本发明处理后的图像前后数据对比，发现本发明处理的图像信息熵得到明显提高，同时数据还显示图像信噪比也得到了提升，噪声抑制效果更好；图像的平均亮度差本发明也最小，表明本发明处理的图像亮度更接近输入图像；运行时间显示本发明和经典直方图增强方法接近，比经典直方图增强方法慢0.0101秒，符合实时性处理要求；对比度数值显示本发明为19.26，对比度得到一定拉伸，虽数值小于经典直方图增强(57.64)，但从本发明处理的效果看，对比度比较适当，没有过亮等现象。
为说明本发明的自适应增强效果，选择了5类具有代表性的图像：图4(a)是窄动态低段图像，图5(a)是窄动态中段图像，图6(a)是窄动态高段图像，图7(a)是全动态较暗图像，图8(a)是全动态正常亮度图像，从图4至图8看，本发明与经典直方图增强方法相比较，本发明处理的图像平均亮度与输入图更接近，细节信息更丰富，对比度更合适，消除了过亮现象。
同时，本发明还具有调节图像亮度的作用，用户可以根据需要，选择比输入图像有效灰度级大(变暗)或小(变亮)的数值，例如图9中的输入图像有效灰度级n＝130，不同n值大小的亮度变化效果如图9。图10是有效灰度级n＝256的正常亮度图像，当n取大于256时，亮度会越来越暗，效果图如图10。
与上述的基于图像灰度级的自适应图像增强的方法相对应，本发明还提出一种基于图像灰度级的自适应图像增强的装置。由于本发明的方法实施例与上述的方法实施例相对应，对于装置实施例中未披露的细节可参照上述的方法实施例，本发明中不再进行赘述。
本发明提供一种基于图像灰度级的自适应图像增强的装置，如图11所示，包括：
获取单元21，用于获取待处理图像的各灰度级的出现频次；
存储单元22，用于将灰度级超过预设灰度级阈值的灰度级存储于预设数组中；
读取单元23，用于依次根据预设数组的序号读取灰度值；
计算单元24，用于根据所述读取单元23读取的所述灰度值与序号的对应关系重新定义得到新的灰度值；
处理单元25，用于根据所述计算单元计算的所述新的灰度值对所述待处理图像进行自适应增强处理。
进一步的，所述计算单元24在根据所述灰度值与序号的对应关系重新定义得到新的灰度值时，采用下述公式计算：
其中，idnew(j)为新的灰度值，j为所述预设数组的灰度值的序号，j＝1:length(id)，length(id)为输入预设数组的灰度级数，n为数值变量。
进一步的，如图12所示，所述装置还包括：
设置单元26，用于在根据所述灰度值与序号的对应关系重新定义得到新的灰度值之后，设置滚动条，滚动条的长度由n与length(id)决定；
当n＝length(id)时，滚动条为自适应增强处理；
当n<length(id)时，n值越小，图像输出亮度越亮；
当n>length(id)时，n值越大，图像输出亮度越暗。
此外，本发明还提出一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现上述的基于图像灰度级的自适应图像增强的方法。
根据本发明实施例的计算机设备，存储在存储器上的计算机程序被处理器运行时，获取待处理图像的各灰度级的出现频次，并将灰度级超过预设灰度级阈值的灰度级存储于预设数组中；依次根据预设数组的序号读取灰度值，并根据所述灰度值与序号的对应关系重新定义得到新的灰度值；根据所述新的灰度值对所述待处理图像进行自适应增强处理。由此，本发明提供的算法可以自适应的对图像进行增强处理，图像亮度基本不变，既可以让图像的过暗部分的细节更丰富，又能使得图像过亮的部分进行抑制，以达到保真的效果。
此外，本发明还提出一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的基于图像灰度级的自适应图像增强的方法。
根据本发明实施例的非临时性计算机可读存储介质，存储在其上的计算机程序被处理器执行时，获取待处理图像的各灰度级的出现频次，并将灰度级超过预设灰度级阈值的灰度级存储于预设数组中；依次根据预设数组的序号读取灰度值，并根据所述灰度值与序号的对应关系重新定义得到新的灰度值；根据所述新的灰度值对所述待处理图像进行自适应增强处理。由此，本发明提供的算法可以自适应的对图像进行增强处理，图像亮度基本不变，既可以让图像的过暗部分的细节更丰富，又能使得图像过亮的部分进行抑制，以达到保真的效果，同时还可以根据用户的需求自由调节图像亮度。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种基于图像灰度级的自适应图像增强的方法，其特征在于，包括：
获取待处理图像的各灰度级的出现频次，并将灰度级超过预设灰度级阈值的灰度级存储于预设数组中；
依次根据预设数组的序号读取灰度值，并根据所述灰度值与序号的对应关系重新定义得到新的灰度值；
根据所述新的灰度值对所述待处理图像进行自适应增强处理，
根据所述灰度值与序号的对应关系重新定义得到新的灰度值采用下述公式计算：
其中，idnew(j)为新的灰度值，j为所述预设数组的灰度值的序号，
j＝1:length(id)，length(id)为输入预设数组的灰度级数，n为数值变量，
在根据所述灰度值与序号的对应关系重新定义得到新的灰度值之后，所述方法还包括：
设置滚动条，滚动条的长度由n与length(id)决定；
当n＝length(id)时，滚动条为自适应增强处理；
当n<length(id)时，n值越小，图像输出亮度越亮；
当n>length(id)时，n值越大，图像输出亮度越暗。
2.一种基于图像灰度级的自适应图像增强的装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取待处理图像的各灰度级的出现频次；
存储单元，用于将灰度级超过预设灰度级阈值的灰度级存储于预设数组中；
读取单元，用于依次根据预设数组的序号读取灰度值；
计算单元，用于根据所述读取单元读取的所述灰度值与序号的对应关系重新定义得到新的灰度值；
处理单元，用于根据所述计算单元计算的所述新的灰度值对所述待处理图像进行自适应增强处理，
所述计算单元在根据所述灰度值与序号的对应关系重新定义得到新的灰度值时，采用下述公式计算：
其中，idnew(j)为新的灰度值，j为所述预设数组的灰度值的序号，
j＝1:length(id)，length(id)为输入预设数组的灰度级数，n为数值变量，
所述装置还包括：
设置单元，用于在根据所述灰度值与序号的对应关系重新定义得到新的灰度值之后，设置滚动条，滚动条的长度由n与length(id)决定；
当n＝length(id)时，滚动条为自适应增强处理；
当n<length(id)时，n值越小，图像输出亮度越亮；
当n>length(id)时，n值越大，图像输出亮度越暗。
3.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现根据权利要求1所述的基于图像灰度级的自适应图像增强的方法。
4.一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现根据权利要求1所述的基于图像灰度级的自适应图像增强的方法。
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