一种基于变分约束的Retinex低照度彩色图像增强方法.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CN109872285A(43)申请公布日2019.06.11(21)申请号201910053950.3(22)申请日2019.01.21(71)申请人电子科技大学地址611731四川省成都市高新区（西区）西源大道2006号(72)发明人蒲恬王崇宇于璐阳彭凌冰彭真明何艳敏赵学功兰岚杨春平(74)专利代理机构成都弘毅天承知识产权代理有限公司51230代理人李春芳(51)Int.Cl.G06T5/00(2006.01)G06N3/04(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图4页(54)发明名称一种基于变分约束的Retinex低照度彩色图像增强方法(57)摘要本发明公开了一种基于变分约束的Retinex低照度彩色图像增强方法，涉及彩色图像处理技术领域，本发明包括如下步骤：将原始彩色图像由RGB空间转换到HSV空间，并提取强度通道V的图像作为灰度图像；利用所提取的灰度图像构造电导权值矩阵；利用能量最小化原则构建目标函数，将灰度图像和电导权值矩阵输入目标函数，利用交替方向乘子法求解目标函数获取照度图像；根据照度图像从原始彩色图像中分离反射分量，得到反射图像；利用照度图像和反射图像对灰度图像进行重构，得到增强后彩色图像，本发明较好地保留了图像的边界，使得估算出的照度图像更为准确，也使得反射图像包含图像更多的内部细节和纹理特征，提升增强图像的对比度，保留了图像高亮度处的细节。CN109872285ACN109872285A权利要求书1/3页1.一种基于变分约束的Retinex低照度彩色图像增强方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将原始彩色图像S由RGB空间转换到HSV空间，并提取强度通道V的图像作为灰度图像I；S2：利用所提取的灰度图像I构造电导权值矩阵W；S3：利用能量最小化原则构建目标函数，将灰度图像I和电导权值矩阵W输入目标函数，利用交替方向乘子法求解目标函数获取照度图像L；S4：根据照度图像L从原始彩色图像S中分离反射分量，得到反射图像R；S5：利用照度图像L和反射图像R对灰度图像I进行重构，得到增强后的彩色图像。2.根据权利要求1所述的一种基于变分约束的Retinex低照度彩色图像增强方法，其特征在于，所述S1具体包括如下步骤：S1.1：获取原始彩色图像其中，m、n分别是原始彩色图像的长和宽；S1.2：根据RGB转化HSV算法，将原始彩色图像S由RGB空间转换到HSV空间，并提取强度通道V的图像作为灰度图像I。3.根据权利要求1所述的一种基于变分约束的Retinex低照度彩色图像增强方法，其特征在于，所述S2具体包括如下步骤：S2.1：构建两个尺度不同的高斯模板，并用大尺度的高斯模板减去小尺度的高斯模板，得到高斯差分模板DoGσ，所述高斯差分模板DoGσ中任一点(x,y)的计算公式为：其中，σ表示高斯函数的方差，A为灰度图像I的分辨率；S2.2：剔除高斯差分模板DoGσ中的负数值，公式为：然后对剔除了负数值的高斯差分模板DoGσ进行归一化处理，得到权重函数wσ(x,y)：S2.3：根据权重函数wσ(x,y)计算抑制函数t(x,y)：其中，*表示卷积，表示灰度图像I在点(x,y)处的梯度值；S2.4：利用抑制函数t(x,y)将灰度图像I的各点的梯度值进行非边界的纹理抑制操作，得到边界图像边界图像B的任一像素点B(x,y)的计算公式为：其中，γ是抑制强度因子；S2.5：计算电导权值矩阵电导权值矩阵W的任一点W(x,y)的计算公式为：2CN109872285A权利要求书2/3页W(x,y)＝g(B(x,y))其中，g()为电导函数，表达式为：其中，K为区分边界和纹理的阈值，它的值为边界图像B的累积分布函数的90％～95％。4.根据权利要求1所述的一种基于变分约束的Retinex低照度彩色图像增强方法，其特征在于，所述S3中构建目标函数，具体包括如下步骤：S3.1.1：为分离出照度图像L构建目标函数如下：其中，α表示平衡系数，||||F表示矩阵Frobenius范数，||||1表示矩阵l1范数，表示矩阵对应元素相乘；S3.1.2：为分离矩阵l1范数和矩阵Frobenius范数的两个约束项，引入辅助变量G，令因此目标函数变为：S3.1.3：目标函数的增广拉格朗日方程为：其中，Z表示拉格朗日乘子，μ表示非负的惩罚因子。5.根据权利要求4所述的一种基于变分约束的Retinex低照度彩色图像增强方法，其特征在于，所述S3中求解目标函数获取照度图像，包括如下步骤：S3.2.1：初始化增广拉格朗日方程参数，令迭代次数k＝0，最大迭代次数为kmax；S3.2.2：固定辅助变量G和拉格朗日乘子Z，更新照度图像L，公式为：其中，为二维离散傅里叶变换，为二维离散傅里叶逆变换，是