CN115908175A - 低照度图像多级增强方法、装置、电子设备以及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及图像处理领域，揭露一种低照度图像多级增强方法、装置、电子设备以及存储介质，所述方法包括：采集低照度图像及其对应的对比增级图像，识别低照度图像的低照强度，计算低照度图像的低照射分量与低反射分量，并计算对比增级图像的对比照射分量；构建低照射分量与对比照射分量之间的照射矩阵范数，计算照射矩阵范数的照射矩阵迹，根据照射矩阵迹，计算低照强度的强度变换矩阵；利用强度变换矩阵确定低照度图像的增强照射分量，基于增强照射分量与低反射分量，计算低照度图像的增强照度图像。本发明可以表征不同光照条件下环境光变化的光照强度矩阵，将低照度图像增强为不受环境光影响或者少受影响的多级光照强度的增强图像。

Description

低照度图像多级增强方法、装置、电子设备以及存储介质

技术领域

本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种低照度图像多级增强方法、装置、电子设备以及存储介质。

背景技术

低照度图像多级增强是指将低光照强度照射下所拍摄的图片进行光照强度增强的过程，以达到低光照强度的图像转换成充足光照强度下的图像的目的。

目前，一些低照度图像增强方案利用条件重增强网络实现，通过将低照度图像及其最大值通道图像和其期望最大值通道图像合并为矩阵，并作为条件重增强网络的输入，利用训练好的条件重增强网络的多层卷积层与激活函数对低照度图像进行增强处理，获得最终增强图像，但由于模型预先训练好，因此输出的增强图像的增强照度较为单一，并不能从中选择多个增强照度的图像为用户所用；另一些方案通过计算低照度图像的RGB三份量子图，并将计算好的子图与增益图像合并，得到最后的增强图像，但此方案也未能体现对图像的多级增强，并不能实现将图像增强为多个级别光照强度的图像。因此，由于对低照度图像进行增强的光照强度为固定的光照强度，导致低照度图像的光照强度增强可选择范围较狭窄。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种低照度图像多级增强方法、装置、电子设备以及存储介质，可以表征不同光照条件下环境光变化的光照强度矩阵，将低照度图像增强为不受环境光影响或者少受影响的多级光照强度的增强图像。

第一方面，本发明提供了一种低照度图像多级增强方法，包括：

采集低照度图像及其对应的对比增级图像，识别所述低照度图像的低照强度，计算所述低照度图像的低照射分量与低反射分量，并计算所述对比增级图像的对比照射分量；

构建所述低照射分量与所述对比照射分量之间的照射矩阵范数，计算所述照射矩阵范数的照射矩阵迹，根据所述照射矩阵迹，计算所述低照强度的强度变换矩阵；

利用所述强度变换矩阵确定所述低照度图像的增强照射分量，基于所述增强照射分量与所述低反射分量，计算所述低照度图像的增强照度图像。

在第一方面的一种可能实现方式中，所述采集低照度图像及其对应的对比增级图像，包括：

利用预构建的测照仪测量光照强度；

确定所述光照强度的强度带宽；

根据所述强度带宽，划分所述光照强度的光照强度带；

从所述光照强度带中识别低强度带与增级强度带；

基于所述低强度带与所述增级强度带，利用预构建的摄像机采集所述低照度图像及其对应的对比增级图像。

在第一方面的一种可能实现方式中，所述计算所述低照度图像的低照射分量与低反射分量，包括：

利用下述公式对所述低照度图像进行分量分解，得到所述低照度图像的分解分量：

I(x,y)＝R(x,y)·P(x,y)→(R(x,y),P(x,y))

其中，(R(x,y),P(x,y))表示所述低照度图像的分解分量，I(x,y)表示所述低照度图像的像素值，(x,y)表示所述低照度图像的像素坐标，R(x,y)表示所述低照度图像的分解分量中待求解的低反射分量，此时只是个未知符号，P(x,y)表示所述低照度图像的分解分量中待求解的低照射分量，此时只是个未知符号；

根据所述分解分量，利用下述公式计算所述低照度图像的低反射分量：

其中，R′(x,y)表示所述低照度图像的低反射分量，F(x,y)表示中心环绕函数，I(x,y)表示所述低照度图像的像素值，(x,y)表示所述低照度图像的像素坐标，R(x,y)表示所述低照度图像的分解分量中待求解的低反射分量，此时只是个未知符号，P(x,y)表示所述低照度图像的分解分量中待求解的低照射分量，此时只是个未知符号，c表示高斯环绕尺度，λ表示一个尺度；

根据所述低反射分量，利用下述公式计算所述低照度图像的低照射分量：

其中，P′(x,y)表示所述低照度图像的低照射分量，R′(x,y)表示所述低照度图像的低反射分量，I(x,y)表示所述低照度图像的像素值，(x,y)表示所述低照度图像的像素坐标。

在第一方面的一种可能实现方式中，所述构建所述低照射分量与所述对比照射分量之间的照射矩阵范数，包括：

利用下述公式构建所述低照射分量与所述对比照射分量之间的照射矩阵范数：

其中，F表示所述低照射分量与所述对比照射分量之间的照射矩阵范数，P₁表示所述对比照射分量，P₂表示所述低照射分量，

表示从所述低照射分量映射到所述对比照射分量的光照强度变换矩阵，此时是一个待求解的未知符号，L₂表示所述低照射分量对应的低照度图像的光照强度带。

在第一方面的一种可能实现方式中，所述计算所述照射矩阵范数的照射矩阵迹，包括：

利用下述公式对所述照射矩阵范数进行迹函数分解，得到分解迹函数：

其中，

表示所述分解迹函数，tr表示迹函数符号，F表示所述低照射分量与所述对比照射分量之间的照射矩阵范数，P₁表示所述对比照射分量，P₂表示所述低照射分量，

表示从所述低照射分量映射到所述对比照射分量的光照强度变换矩阵，此时是一个待求解的未知符号，L₂表示所述低照射分量对应的低照度图像的光照强度带，T表示转置符号；

从所述分解迹函数中提取所述照射矩阵范数的照射矩阵迹。

在第一方面的一种可能实现方式中，所述根据所述照射矩阵迹，计算所述低照强度的强度变换矩阵，包括：

利用下述公式获取所述照射矩阵迹中的照射矩阵：

其中，

表示所述照射矩阵迹中的照射矩阵，P₁表示所述对比照射分量，P₂表示所述低照射分量，

表示从所述低照射分量映射到所述对比照射分量的光照强度变换矩阵，此时是一个待求解的未知符号，L₂表示所述低照射分量对应的低照度图像的光照强度带，T表示转置符号；

利用下述公式对所述照射矩阵进行奇异矩阵分解，得到分解奇异矩阵：

其中，(U,V)表示所述分解奇异矩阵，U表示

的左奇异矩阵,V表示

的右奇异矩阵，σ₁,σ₂,…,σ_n表示

的奇异值，n表示

的奇异值的数量，P₁表示所述对比照射分量，P₂表示所述低照射分量，T表示转置符号，diag表示diag函数；

基于所述分解奇异矩阵，利用下述公式对所述照射矩阵迹进行形式转换，得到所述照射矩阵迹的转换形式：

其中，tr(ZΣ)表示所述照射矩阵迹的转换形式，U表示

的左奇异矩阵,V表示

的右奇异矩阵，σ₁,σ₂,…,σ_n表示

的奇异值，n表示

的奇异值的数量，i表示

的奇异值的序号，P₁表示所述对比照射分量，P₂表示所述低照射分量，T表示转置符号，

表示从所述低照射分量映射到所述对比照射分量的光照强度变换矩阵，此时是一个待求解的未知符号，L₂表示所述低照射分量对应的低照度图像的光照强度带，即所述低照强度，tr表示迹函数符号，Z表示

根据所述转换形式，利用下述公式计算所述低照强度的强度变换矩阵：

其中，

表示所述低照强度的强度变换矩阵，U表示

的左奇异矩阵,V表示

的右奇异矩阵，T表示转置符号，L₂表示所述低照射分量对应的低照度图像的光照强度带，即所述低照强度。

在第一方面的一种可能实现方式中，所述利用所述强度变换矩阵确定所述低照度图像的增强照射分量，包括：

利用下述公式计算所述低照度图像的增强照射分量：

其中，P′₂表示所述低照度图像的增强照射分量，P₂表示所述低照射分量，

表示所述低照强度的强度变换矩阵。

第二方面，本发明提供了一种低照度图像多级增强装置，所述装置包括：

对比分量计算模块，用于采集低照度图像及其对应的对比增级图像，识别所述低照度图像的低照强度，计算所述低照度图像的低照射分量与低反射分量，并计算所述对比增级图像的对比照射分量；

变换矩阵计算模块，用于构建所述低照射分量与所述对比照射分量之间的照射矩阵范数，计算所述照射矩阵范数的照射矩阵迹，根据所述照射矩阵迹，计算所述低照强度的强度变换矩阵；

增强图像计算模块，用于利用所述强度变换矩阵确定所述低照度图像的增强照射分量，基于所述增强照射分量与所述低反射分量，计算所述低照度图像的增强照度图像。

第三方面，本发明提供一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；

其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，以使所述至少一个处理器能够执行如上述第一方面中任意一项所述的低照度图像多级增强方法。

第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面中任意一项所述的低照度图像多级增强方法。

与现有技术相比，本方案的技术原理及有益效果在于：

本发明实施例首先通过采集低照度图像及其对应的对比增级图像，以用于采集多个光照强度下对应的拍摄图像，作为后续将所述低照度图像增强为多个光照强度级别下的图像的前提，进一步地，本发明实施例通过识别所述低照度图像的低照强度，以用于后续对低照度图像的光照强度进行多级增强变换，进一步地，本发明实施例通过计算所述低照度图像的低照射分量与低反射分量，以用于将所述低照度图像分解为照射分量与反射分量两部分，便于后续单独对环境光的照射分量进行多级光照强度增强，进一步地，本发明实施例通过计算所述对比增级图像的对比照射分量，以用于后续构建所述低照射分量到所述对比照射分量的映射关系；其次，本发明实施例通过构建所述低照射分量与所述对比照射分量之间的照射矩阵范数，以用于构建所述低照射分量到所述对比照射分量的映射关系，通过映射关系可以计算得到低照度图像到多级增强的图像的光照强度映射关系，进一步地，本发明实施例通过计算所述照射矩阵范数的照射矩阵迹，以用于将所述照射矩阵范数的最小化问题分解成所述对比照射分量、所述低照射分量与光照强度变换矩阵之间的最小化问题，便于求解出光照强度变换矩阵的值，进一步地，本发明实施例通过根据所述照射矩阵迹，计算所述低照强度的强度变换矩阵，以用于利用所述低照强度的强度变换矩阵对所述低照度图像进行光照强度增强；进一步地，本发明实施例通过利用所述强度变换矩阵确定所述低照度图像的增强照射分量，以用于对所述低照度图像的光照强度进行增强，从而达到图像增强的目的，同时可以得到n个级别的光照强度下对应的强度变换矩阵

可以从中选择强度变换矩阵对图像进行增强处理，实现对图像的多级增强。因此，本发明实施例提出的一种低照度图像多级增强方法、装置、电子设备以及存储介质，可以表征不同光照条件下环境光变化的光照强度矩阵，将低照度图像增强为不受环境光影响或者少受影响的多级光照强度的增强图像。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种低照度图像多级增强方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例中图1提供的一种低照度图像多级增强方法中低照度图像的分量示意图；

图3为本发明一实施例提供的一种低照度图像多级增强装置的模块示意图；

图4为本发明一实施例提供的实现低照度图像多级增强方法的电子设备的内部结构示意图。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供一种低照度图像多级增强方法，所述低照度图像多级增强方法的执行主体包括但不限于服务端、终端等能够被配置为执行本发明实施例提供的该方法的电子设备中的至少一种。换言之，所述低照度图像多级增强方法可以由安装在终端设备或服务端设备的软件或硬件来执行，所述软件可以是区块链平台。所述服务端包括但不限于：单台服务器、服务器集群、云端服务器或云端服务器集群等。所述服务器可以是独立的服务器，也可以是提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务、云通信、中间件服务、域名服务、安全服务、内容分发网络(Content Delivery Network，CDN)、以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器。

参阅图1所示，是本发明一实施例提供的低照度图像多级增强方法的流程示意图。其中，图1中描述的低照度图像多级增强方法包括：

S1、采集低照度图像及其对应的对比增级图像，识别所述低照度图像的低照强度，计算所述低照度图像的低照射分量与低反射分量，并计算所述对比增级图像的对比照射分量。

本发明实施例通过采集低照度图像及其对应的对比增级图像，以用于采集多个光照强度下对应的拍摄图像，作为后续将所述低照度图像增强为多个光照强度级别下的图像的前提。其中，所述低照度图像是指低光照强度下所拍摄的图像，所述对比增级图像是指多个充足光照强度下所拍摄的图像，例如早上所拍摄的图像与下午所拍摄的图像，为两个不同光照强度下所拍摄的图像。

本发明的一实施例中，所述采集低照度图像及其对应的对比增级图像，包括：利用预构建的测照仪测量光照强度；确定所述光照强度的强度带宽；根据所述强度带宽，划分所述光照强度的光照强度带；从所述光照强度带中识别低强度带与增级强度带；基于所述低强度带与所述增级强度带，利用预构建的摄像机采集所述低照度图像及其对应的对比增级图像。

示例性地，使用测照仪，将光照分为有限个等级，比如，将光照强度等分为强度带宽为0.01LUX的若干个光照强度带，例如，0～0.01LUX光照强度带与0.01LUX～0.02LUX光照强度带，并在不同的光照强度带下拍摄图片，且不同光照强度下所拍摄的图片角度一致，其中，所述低强度带可以为0～0.01LUX光照强度带，而所述增级强度带须比所述低强度带强度较高，可以为0.01LUX～0.02LUX光照强度带。

进一步地，本发明实施例通过识别所述低照度图像的低照强度，以用于后续对低照度图像的光照强度进行多级增强变换。其中，所述低照强度是指所述低照度图像的光照强度带。

进一步地，本发明实施例通过计算所述低照度图像的低照射分量与低反射分量，以用于将所述低照度图像分解为照射分量与反射分量两部分，便于后续单独对环境光的照射分量进行多级光照强度增强。其中，所述低照射分量与所述低反射分量是指将被观察或被照相机接收到的原始图像代表环境光的照射分量与携带图像细节信息的目标物体的反射分量。

参阅图2所示，为本发明一实施例中图1提供的一种低照度图像多级增强方法中低照度图像的分量示意图。在图2中，包含入射光L、反射物体R与观察者，表示入射光L照射到待拍摄物体的表面，观察者利用摄像机拍摄待拍摄物体的过程，其中的S(x,y)＝R(x,y)·L(x,y)中S(x,y)表示所述低照度图像，R(x,y)与L(x,y)分别表示所述低照度图像的低反射分量与低照射分量。

本发明的一实施例中，所述计算所述低照度图像的低照射分量与低反射分量，包括：利用下述公式对所述低照度图像进行分量分解，得到所述低照度图像的分解分量：

I(x,y)＝R(x,y)·P(x,y)→(R(x,y),P(x,y))

其中，(R(x,y),P(x,y))表示所述低照度图像的分解分量，I(x,y)表示所述低照度图像的像素值，(x,y)表示所述低照度图像的像素坐标，R(x,y)表示所述低照度图像的分解分量中待求解的低反射分量，此时只是个未知符号，P(x,y)表示所述低照度图像的分解分量中待求解的低照射分量，此时只是个未知符号；

根据所述分解分量，利用下述公式计算所述低照度图像的低反射分量：

其中，R′(x,y)表示所述低照度图像的低反射分量，F(x,y)表示中心环绕函数，I(x,y)表示所述低照度图像的像素值，(x,y)表示所述低照度图像的像素坐标，R(x,y)表示所述低照度图像的分解分量中待求解的低反射分量，此时只是个未知符号，P(x,y)表示所述低照度图像的分解分量中待求解的低照射分量，此时只是个未知符号，c表示高斯环绕尺度，λ表示一个尺度；

根据所述低反射分量，利用下述公式计算所述低照度图像的低照射分量：

其中，P′(x,y)表示所述低照度图像的低照射分量，R′(x,y)表示所述低照度图像的低反射分量，I(x,y)表示所述低照度图像的像素值，(x,y)表示所述低照度图像的像素坐标。

进一步地，本发明实施例通过计算所述对比增级图像的对比照射分量，以用于后续构建所述低照射分量到所述对比照射分量的映射关系。

需要说明的是，所述计算所述对比增级图像的对比照射分量的原理与上述计算所述低照度图像的低照射分量的原理类似，在此不做进一步地赘述。

S2、构建所述低照射分量与所述对比照射分量之间的照射矩阵范数，计算所述照射矩阵范数的照射矩阵迹，根据所述照射矩阵迹，计算所述低照强度的强度变换矩阵。

本发明实施例通过构建所述低照射分量与所述对比照射分量之间的照射矩阵范数，以用于构建所述低照射分量到所述对比照射分量的映射关系，通过映射关系可以计算得到低照度图像到多级增强的图像的光照强度映射关系。其中，所述照射矩阵范数是指F-范数(Frobenius范数)，一种矩阵范数，即矩阵中每项数的平方和的算术平方根，可用于利用低秩矩阵来近似单一数据矩阵，用数学表示就是去找一个秩为k的矩阵B，使得矩阵B与原始数据矩阵A的差的F范数尽可能地小，例如对于矩阵范式

去找一个

的矩阵，使得

与原始数据矩阵A的差的F范数尽可能地小。

本发明的一实施例中，利用下述公式构建所述低照射分量与所述对比照射分量之间的照射矩阵范数：

其中，F表示所述低照射分量与所述对比照射分量之间的照射矩阵范数，P₁表示所述对比照射分量，P₂表示所述低照射分量，

表示从所述低照射分量映射到所述对比照射分量的光照强度变换矩阵，此时是一个待求解的未知符号，L₂表示所述低照射分量对应的低照度图像的光照强度带。

进一步地，本发明实施例通过计算所述照射矩阵范数的照射矩阵迹，以用于将所述照射矩阵范数的最小化问题分解成所述对比照射分量、所述低照射分量与光照强度变换矩阵之间的最小化问题，便于求解出光照强度变换矩阵的值。

本发明的一实施例中，所述计算所述照射矩阵范数的照射矩阵迹，包括：利用下述公式对所述照射矩阵范数进行迹函数分解，得到分解迹函数：

其中，

表示所述分解迹函数，tr表示迹函数符号，F表示所述低照射分量与所述对比照射分量之间的照射矩阵范数，P₁表示所述对比照射分量，P₂表示所述低照射分量，

表示从所述低照射分量映射到所述对比照射分量的光照强度变换矩阵，此时是一个待求解的未知符号，L₂表示所述低照射分量对应的低照度图像的光照强度带，T表示转置符号；

从所述分解迹函数中提取所述照射矩阵范数的照射矩阵迹。

其中，所述分解迹函数包括三个迹函数，分别为

与

其中

为所述照射矩阵范数的照射矩阵迹，需要说明的是，此时

的最小化问题转换成了

的最大化。

进一步地，本发明实施例通过根据所述照射矩阵迹，计算所述低照强度的强度变换矩阵，以用于利用所述低照强度的强度变换矩阵对所述低照度图像进行光照强度增强。其中，所述强度变换矩阵是指光照强度变换矩阵，即上述的

本发明的一实施例中，所述根据所述照射矩阵迹，计算所述低照强度的强度变换矩阵，包括：利用下述公式获取所述照射矩阵迹中的照射矩阵：

其中，

表示所述照射矩阵迹中的照射矩阵，P₁表示所述对比照射分量，P₂表示所述低照射分量，

表示从所述低照射分量映射到所述对比照射分量的光照强度变换矩阵，此时是一个待求解的未知符号，L₂表示所述低照射分量对应的低照度图像的光照强度带，T表示转置符号；

利用下述公式对所述照射矩阵进行奇异矩阵分解，得到分解奇异矩阵：

其中，(U,V)表示所述分解奇异矩阵，U表示

的左奇异矩阵,V表示

的右奇异矩阵，σ₁,σ₂,…,σ_n表示

的奇异值，n表示

的奇异值的数量，P₁表示所述对比照射分量，P₂表示所述低照射分量，T表示转置符号，diag表示diag函数；

基于所述分解奇异矩阵，利用下述公式对所述照射矩阵迹进行形式转换，得到所述照射矩阵迹的转换形式：

其中，tr(ZΣ)表示所述照射矩阵迹的转换形式，U表示

的左奇异矩阵,V表示

的右奇异矩阵，σ₁,σ₂,…,σ_n表示

的奇异值，n表示

的奇异值的数量，i表示

的奇异值的序号，P₁表示所述对比照射分量，P₂表示所述低照射分量，T表示转置符号，

表示从所述低照射分量映射到所述对比照射分量的光照强度变换矩阵，此时是一个待求解的未知符号，L₂表示所述低照射分量对应的低照度图像的光照强度带，即所述低照强度，tr表示迹函数符号，Z表示

根据所述转换形式，利用下述公式计算所述低照强度的强度变换矩阵：

其中，

表示所述低照强度的强度变换矩阵，U表示

的左奇异矩阵,V表示

的右奇异矩阵，T表示转置符号，L₂表示所述低照射分量对应的低照度图像的光照强度带，即所述低照强度。

可选地，当且仅当Z为单位阵时,也就是

时,

取得极大值。

S3、利用所述强度变换矩阵确定所述低照度图像的增强照射分量，基于所述增强照射分量与所述低反射分量，计算所述低照度图像的增强照度图像。

本发明实施例通过利用所述强度变换矩阵确定所述低照度图像的增强照射分量，以用于对所述低照度图像的光照强度进行增强，从而达到图像增强的目的，同时可以得到n个级别的光照强度下对应的强度变换矩阵

可以从中选择强度变换矩阵对图像进行增强处理，实现对图像的多级增强。

本发明的一实施例中，所述利用所述强度变换矩阵确定所述低照度图像的增强照射分量，包括：利用下述公式计算所述低照度图像的增强照射分量：

其中，P′₂表示所述低照度图像的增强照射分量，P₂表示所述低照射分量，

表示所述低照强度的强度变换矩阵。

进一步地，本发明实施例通过基于所述增强照射分量与所述低反射分量，计算所述低照度图像的增强照度图像，以用于对所述低照度图像进行多级增强。

本发明的一实施例中，所述基于所述增强照射分量与所述低反射分量，计算所述低照度图像的增强照度图像，包括：

I′(x,y)＝R′(x,y)·P′₂(x,y)

其中，I′(x,y)表示所述低照度图像的增强照度图像，R′(x,y)表示所述低照度图像的低反射分量，(x,y)表示所述低照度图像的像素坐标，P′₂(x,y)表示所述低照度图像的增强照射分量。

可以看出，本发明实施例首先通过采集低照度图像及其对应的对比增级图像，以用于采集多个光照强度下对应的拍摄图像，作为后续将所述低照度图像增强为多个光照强度级别下的图像的前提，进一步地，本发明实施例通过识别所述低照度图像的低照强度，以用于后续对低照度图像的光照强度进行多级增强变换，进一步地，本发明实施例通过计算所述低照度图像的低照射分量与低反射分量，以用于将所述低照度图像分解为照射分量与反射分量两部分，便于后续单独对环境光的照射分量进行多级光照强度增强，进一步地，本发明实施例通过计算所述对比增级图像的对比照射分量，以用于后续构建所述低照射分量到所述对比照射分量的映射关系；其次，本发明实施例通过构建所述低照射分量与所述对比照射分量之间的照射矩阵范数，以用于构建所述低照射分量到所述对比照射分量的映射关系，通过映射关系可以计算得到低照度图像到多级增强的图像的光照强度映射关系，进一步地，本发明实施例通过计算所述照射矩阵范数的照射矩阵迹，以用于将所述照射矩阵范数的最小化问题分解成所述对比照射分量、所述低照射分量与光照强度变换矩阵之间的最小化问题，便于求解出光照强度变换矩阵的值，进一步地，本发明实施例通过根据所述照射矩阵迹，计算所述低照强度的强度变换矩阵，以用于利用所述低照强度的强度变换矩阵对所述低照度图像进行光照强度增强；进一步地，本发明实施例通过利用所述强度变换矩阵确定所述低照度图像的增强照射分量，以用于对所述低照度图像的光照强度进行增强，从而达到图像增强的目的，同时可以得到n个级别的光照强度下对应的强度变换矩阵

可以从中选择强度变换矩阵对图像进行增强处理，实现对图像的多级增强。因此，本发明实施例提出的一种低照度图像多级增强方法可以表征不同光照条件下环境光变化的光照强度矩阵，将低照度图像增强为不受环境光影响或者少受影响的多级光照强度的增强图像。

如图3所示，是本发明低照度图像多级增强装置功能模块图。

本发明所述低照度图像多级增强装置300可以安装于电子设备中。根据实现的功能，所述低照度图像多级增强装置可以包括对比分量计算模块301、变换矩阵计算模块302以及增强图像计算模块303。本发明所述模块也可以称之为单元，是指一种能够被电子设备处理器所执行，并且能够完成固定功能的一系列计算机程序段，其存储在电子设备的存储器中。

在本发明实施例中，关于各模块/单元的功能如下：

所述对比分量计算模块301，用于采集低照度图像及其对应的对比增级图像，识别所述低照度图像的低照强度，计算所述低照度图像的低照射分量与低反射分量，并计算所述对比增级图像的对比照射分量；

所述变换矩阵计算模块302，用于构建所述低照射分量与所述对比照射分量之间的照射矩阵范数，计算所述照射矩阵范数的照射矩阵迹，根据所述照射矩阵迹，计算所述低照强度的强度变换矩阵；

所述增强图像计算模块303，用于利用所述强度变换矩阵确定所述低照度图像的增强照射分量，基于所述增强照射分量与所述低反射分量，计算所述低照度图像的增强照度图像。

详细地，本发明实施例中所述低照度图像多级增强装置300中的所述各模块在使用时采用与上述的图1至图2中所述的低照度图像多级增强方法一样的技术手段，并能够产生相同的技术效果，这里不再赘述。

如图4所示，是本发明实现低照度图像多级增强方法的电子设备的结构示意图。

所述电子设备可以包括处理器40、存储器41、通信总线42以及通信接口43，还可以包括存储在所述存储器41中并可在所述处理器40上运行的计算机程序，如低照度图像多级增强程序。

其中，所述处理器40在一些实施例中可以由集成电路组成，例如可以由单个封装的集成电路所组成，也可以是由多个相同功能或不同功能封装的集成电路所组成，包括一个或者多个中央处理器(Central Processing unit，CPU)、微处理器、数字处理芯片、图形处理器及各种控制芯片的组合等。所述处理器40是所述电子设备的控制核心(ControlUnit)，利用各种接口和线路连接整个电子设备的各个部件，通过运行或执行存储在所述存储器41内的程序或者模块(例如执行低照度图像多级增强程序等)，以及调用存储在所述存储器41内的数据，以执行电子设备的各种功能和处理数据。

所述存储器41至少包括一种类型的可读存储介质，所述可读存储介质包括闪存、移动硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如：SD或DX存储器等)、磁性存储器、磁盘、光盘等。所述存储器41在一些实施例中可以是电子设备的内部存储单元，例如该电子设备的移动硬盘。所述存储器41在另一些实施例中也可以是电子设备的外部存储设备，例如电子设备上配备的插接式移动硬盘、智能存储卡(Smart Media Card，SMC)、安全数字(Secure Digital，SD)卡、闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器41还可以既包括电子设备的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器41不仅可以用于存储安装于电子设备的应用软件及各类数据，例如数据库配置化连接程序的代码等，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所述通信总线42可以是外设部件互连标准(peripheral componentinterconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(extended industry standardarchitecture，简称EISA)总线等。该总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。所述总线被设置为实现所述存储器41以及至少一个处理器40等之间的连接通信。

所述通信接口43用于上述电子设备4与其他设备之间的通信，包括网络接口和用户接口。可选地，所述网络接口可以包括有线接口和/或无线接口(如WI-FI接口、蓝牙接口等)，通常用于在该电子设备与其他电子设备之间建立通信连接。所述用户接口可以是显示器(Display)、输入单元(比如键盘(Keyboard))，可选地，所述用户接口还可以是标准的有线接口、无线接口。可选地，在一些实施例中，显示器可以是LED显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)触摸器等。其中，显示器也可以适当的称为显示屏或显示单元，用于显示在电子设备中处理的信息以及用于显示可视化的用户界面。

图4仅示出了具有部件的电子设备，本领域技术人员可以理解的是，图4示出的结构并不构成对所述电子设备的限定，可以包括比图示更少或者更多的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

例如，尽管未示出，所述电子设备还可以包括给各个部件供电的电源(比如电池)，优选地，电源可以通过电源管理装置与所述至少一个处理器40逻辑相连，从而通过电源管理装置实现充电管理、放电管理、以及功耗管理等功能。电源还可以包括一个或一个以上的直流或交流电源、再充电装置、电源故障检测电路、电源转换器或者逆变器、电源状态指示器等任意组件。所述电子设备还可以包括多种传感器、蓝牙模块、Wi-Fi模块等，在此不再赘述。

应该了解，所述实施例仅为说明之用，在专利发明范围上并不受此结构的限制。

所述电子设备中的所述存储器41存储的数据库配置化连接程序是多个计算机程序的组合，在所述处理器40中运行时，可以实现：

采集低照度图像及其对应的对比增级图像，识别所述低照度图像的低照强度，计算所述低照度图像的低照射分量与低反射分量，并计算所述对比增级图像的对比照射分量；

构建所述低照射分量与所述对比照射分量之间的照射矩阵范数，计算所述照射矩阵范数的照射矩阵迹，根据所述照射矩阵迹，计算所述低照强度的强度变换矩阵；

利用所述强度变换矩阵确定所述低照度图像的增强照射分量，基于所述增强照射分量与所述低反射分量，计算所述低照度图像的增强照度图像。

具体地，所述处理器40对上述计算机程序的具体实现方法可参考图1对应实施例中相关步骤的描述，在此不赘述。

进一步地，所述电子设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个非易失性计算机可读取存储介质中。所述存储介质可以是易失性的，也可以是非易失性的。例如，所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)。

本发明还提供一种存储介质，所述可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序在被电子设备的处理器所执行时，可以实现：

采集低照度图像及其对应的对比增级图像，识别所述低照度图像的低照强度，计算所述低照度图像的低照射分量与低反射分量，并计算所述对比增级图像的对比照射分量；

构建所述低照射分量与所述对比照射分量之间的照射矩阵范数，计算所述照射矩阵范数的照射矩阵迹，根据所述照射矩阵迹，计算所述低照强度的强度变换矩阵；

利用所述强度变换矩阵确定所述低照度图像的增强照射分量，基于所述增强照射分量与所述低反射分量，计算所述低照度图像的增强照度图像。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。

因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附关联图标记视为限制所涉及的权利要求。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种低照度图像多级增强方法，其特征在于，所述方法包括：

采集低照度图像及其对应的对比增级图像，识别所述低照度图像的低照强度，计算所述低照度图像的低照射分量与低反射分量，并计算所述对比增级图像的对比照射分量；

构建所述低照射分量与所述对比照射分量之间的照射矩阵范数，计算所述照射矩阵范数的照射矩阵迹，根据所述照射矩阵迹，计算所述低照强度的强度变换矩阵；

利用所述强度变换矩阵确定所述低照度图像的增强照射分量，基于所述增强照射分量与所述低反射分量，计算所述低照度图像的增强照度图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集低照度图像及其对应的对比增级图像，包括：

利用预构建的测照仪测量光照强度；

确定所述光照强度的强度带宽；

根据所述强度带宽，划分所述光照强度的光照强度带；

从所述光照强度带中识别低强度带与增级强度带；

基于所述低强度带与所述增级强度带，利用预构建的摄像机采集所述低照度图像及其对应的对比增级图像。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算所述低照度图像的低照射分量与低反射分量，包括：

利用下述公式对所述低照度图像进行分量分解，得到所述低照度图像的分解分量：

I(x,y)＝R(x,y)·P(x,y)→(R(x,y),P(x,y))

其中，(R(x,y),P(x,y))表示所述低照度图像的分解分量，I(x,y)表示所述低照度图像的像素值，(x,y)表示所述低照度图像的像素坐标，R(x,y)表示所述低照度图像的分解分量中待求解的低反射分量，此时只是个未知符号，P(x,y)表示所述低照度图像的分解分量中待求解的低照射分量，此时只是个未知符号；

根据所述分解分量，利用下述公式计算所述低照度图像的低反射分量：

其中，R′(x,y)表示所述低照度图像的低反射分量，F(x,y)表示中心环绕函数，I(x,y)表示所述低照度图像的像素值，(x,y)表示所述低照度图像的像素坐标，R(x,y)表示所述低照度图像的分解分量中待求解的低反射分量，此时只是个未知符号，P(x,y)表示所述低照度图像的分解分量中待求解的低照射分量，此时只是个未知符号，c表示高斯环绕尺度，λ表示一个尺度；

根据所述低反射分量，利用下述公式计算所述低照度图像的低照射分量：

其中，P′(x,y)表示所述低照度图像的低照射分量，R′(x,y)表示所述低照度图像的低反射分量，I(x,y)表示所述低照度图像的像素值，(x,y)表示所述低照度图像的像素坐标。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建所述低照射分量与所述对比照射分量之间的照射矩阵范数，包括：

利用下述公式构建所述低照射分量与所述对比照射分量之间的照射矩阵范数：

其中，F表示所述低照射分量与所述对比照射分量之间的照射矩阵范数，P₁表示所述对比照射分量，P₂表示所述低照射分量，

表示从所述低照射分量映射到所述对比照射分量的光照强度变换矩阵，此时是一个待求解的未知符号，L₂表示所述低照射分量对应的低照度图像的光照强度带。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算所述照射矩阵范数的照射矩阵迹，包括：

利用下述公式对所述照射矩阵范数进行迹函数分解，得到分解迹函数：

其中，

表示所述分解迹函数，tr表示迹函数符号，F表示所述低照射分量与所述对比照射分量之间的照射矩阵范数，P₁表示所述对比照射分量，P₂表示所述低照射分量，

表示从所述低照射分量映射到所述对比照射分量的光照强度变换矩阵，此时是一个待求解的未知符号，L₂表示所述低照射分量对应的低照度图像的光照强度带，T表示转置符号；

从所述分解迹函数中提取所述照射矩阵范数的照射矩阵迹。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述照射矩阵迹，计算所述低照强度的强度变换矩阵，包括：

利用下述公式获取所述照射矩阵迹中的照射矩阵：

其中，

表示所述照射矩阵迹中的照射矩阵，P₁表示所述对比照射分量，P₂表示所述低照射分量，

表示从所述低照射分量映射到所述对比照射分量的光照强度变换矩阵，此时是一个待求解的未知符号，L₂表示所述低照射分量对应的低照度图像的光照强度带，T表示转置符号；

利用下述公式对所述照射矩阵进行奇异矩阵分解，得到分解奇异矩阵：

其中，(U,V)表示所述分解奇异矩阵，U表示

的左奇异矩阵,V表示

的右奇异矩阵，σ₁,σ₂,…,σ_n表示

的奇异值，n表示

的奇异值的数量，P₁表示所述对比照射分量，P₂表示所述低照射分量，T表示转置符号，diag表示diag函数；

基于所述分解奇异矩阵，利用下述公式对所述照射矩阵迹进行形式转换，得到所述照射矩阵迹的转换形式：

其中，tr(ZΣ)表示所述照射矩阵迹的转换形式，U表示

的左奇异矩阵,V表示

的右奇异矩阵，σ₁,σ₂,…,σ_n表示

的奇异值，n表示

的奇异值的数量，i表示

的奇异值的序号，P₁表示所述对比照射分量，P₂表示所述低照射分量，T表示转置符号，

表示从所述低照射分量映射到所述对比照射分量的光照强度变换矩阵，此时是一个待求解的未知符号，L₂表示所述低照射分量对应的低照度图像的光照强度带，即所述低照强度，tr表示迹函数符号，Z表示

根据所述转换形式，利用下述公式计算所述低照强度的强度变换矩阵：

其中，

表示所述低照强度的强度变换矩阵，U表示

的左奇异矩阵,V表示

的右奇异矩阵，T表示转置符号，L₂表示所述低照射分量对应的低照度图像的光照强度带，即所述低照强度。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述强度变换矩阵确定所述低照度图像的增强照射分量，包括：

利用下述公式计算所述低照度图像的增强照射分量：

其中，P′₂表示所述低照度图像的增强照射分量，P₂表示所述低照射分量，

表示所述低照强度的强度变换矩阵。

8.一种低照度图像多级增强装置，其特征在于，所述装置包括：

对比分量计算模块，用于采集低照度图像及其对应的对比增级图像，识别所述低照度图像的低照强度，计算所述低照度图像的低照射分量与低反射分量，并计算所述对比增级图像的对比照射分量；

变换矩阵计算模块，用于构建所述低照射分量与所述对比照射分量之间的照射矩阵范数，计算所述照射矩阵范数的照射矩阵迹，根据所述照射矩阵迹，计算所述低照强度的强度变换矩阵；

增强图像计算模块，用于利用所述强度变换矩阵确定所述低照度图像的增强照射分量，基于所述增强照射分量与所述低反射分量，计算所述低照度图像的增强照度图像。

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1至7中任意一项所述的低照度图像多级增强方法。

10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任意一项所述的低照度图像多级增强方法。

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