一种基于帧累加和多尺度Retinex的低光照图像增强优化方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111986120A(43)申请公布日2020.11.24(21)申请号202010966650.7(22)申请日2020.09.15(71)申请人天津师范大学地址300387天津市西青区宾水西道393号(72)发明人张宝菊王凤娟张翠萍闫文睿赵志洋王曼(74)专利代理机构天津市杰盈专利代理有限公司12207代理人朱红星(51)Int.Cl.G06T5/00(2006.01)G06T5/20(2006.01)G06T5/40(2006.01)G06T7/90(2017.01)权利要求书3页说明书12页附图3页(54)发明名称一种基于帧累加和多尺度Retinex的低光照图像增强优化方法(57)摘要本发明公开了一种基于帧累加和多尺度Retinex的低光照图像增强优化方法：其主要包括：（1）对原始数据RGB三通道分离进行帧累加处理，提高低光照图像信噪比和灰阶分辨率（2）对帧累加处理过的单通道图像进行高斯均值滤波，去除数据采集过程中产生的噪声（3）对传统多尺度Retinex理论进行改进，将原图像其中的反射分量图像增加了双边滤波以削弱光圈伪影的产生（4）利用帧累加技术和改进后的多尺度Retinex对低光照图像进行联合增强优化，在提高图像信噪比和灰阶分辨率的同时保留了较多的图像边缘和细节纹理，并且在一定程度上减少了色彩失真，削弱了光圈伪影的产生，本发明实验结果与原图具有较高结构相似性，图像整体质量得到了一定提升。CN111986120ACN111986120A权利要求书1/3页1.一种基于帧累加和改进多尺度Retinex的低光照图像增强方法，其特征在于该方法包括以下步骤：（1）在低光照条件下采集实验数据，对采集的实验图像进行通道分离，得到单通道灰度图像，然后对单通道图像做累加平均提高图像灰阶分辨率及信噪比；单通道图像每帧累加有：累加后计算单通道平均值：优化过程中，对N多次取值（包括20、50、100、500、1000）进行试验，最后发现当N取100时，帧累加平均得到的图像质量及运算速度都在较高水平,所以这里N取100；（2）对累加平均后的单通道灰度图用高斯均值滤波去噪：高斯滤波表达式如下：其中是一个常数，不影响比例关系，为淹膜内任一点的坐标；为淹膜中心的坐标，是标准差；（3）对图像进行直方图均衡化，使图像整体灰度更加均匀，提升一定的视觉效果；（4）将处理后的RGB三通道图像合成彩色图像；对（2）的实验结果进行改进的多尺度Retinex增强方法处理；观察者处成像的图像表达式为，l(𝑥,𝑦)表示入射光𝐿的光照强度，它决定了图像中像素值的动态范围；r(𝑥,𝑦)表示一个物体在经由入射光照射后的物体图像的反射分量，它含有大量的边缘细节信息，通过照射分量l和反射分量r人们可以区分出图像中的照度信息和反射信息，进而可以解决在低照度情况下图像的亮度和颜色的问题；（5）对上式取对数2CN111986120A权利要求书2/3页（6）单尺度Retinex(SSR)算法比较拟合人眼的视觉成像过程：首先构建高斯环绕函数，然后利用高斯环绕函数分别对图像的三个色彩通道(R、G和B)进行滤波，滤波后的图像是所估计的光照分量，接着再在对数域中对原始图像和光照分量进行相减得到反射分量作为输出结果图像：其中i表示图像RGB三通道，表示某一通道的最后成像，为对某通道的反射分量取对数所得，表示某一个通道的单尺度增强图像，是中心环绕函数，通常使用高斯环绕函数，可以估计出光照分量L所对应图像的低频成分，并从S中去除低频成分，留下高频分量，可保留图像边缘细节，其表达式如下：其中是归一化常数，确保卷积核内的积分为1，c为尺度参数，常用的卷积核半径有三个尺度，c值的选择不同可以用来控制图像中细节信息被保留的程度，当取值较小时，处理后的图像能够较好的还原边缘信息即细节能很好的恢复，但会导致色调变浅；当取值较大时，处理后的图像细节恢复不明显，颜色保持性较好；（7）对一幅图像在不同的尺度上利用高斯进行滤波，然后对不同尺度上的滤波结果进行平均求和，可以保持图像高保真度，对图像的动态范围进行压缩，同时也可实现色彩增强、颜色恒常性、局部动态范围压缩，其表达式如下其中，k是尺度参数的个数，一般k=3，为不同尺度所占的权重，为单尺度retinex增强图像结果；（8）引入颜色恢复因子C，将MSR得到的结果按照一定的比例进行调整以恢复原来的比例数值，加上颜色恢复和颜色均衡，补偿由于图像局部区域对比度增强而导致颜色失真的缺陷，颜色恢复因子，用来调节三个通道颜色的比例，其表达式如下：3CN111986120A权利要求书3/3页表示第i个通道的图像，其中是一个增益常量，是受控制的非线性强度；（9）双边滤波器是一种包括一个值域滤波和一个空间域