分量H故中值濾波。
[0012] 步驟4,設(shè)計暗適應(yīng)函數(shù)：暗區(qū)增強的關(guān)鍵是設(shè)計一個可以模擬暗適應(yīng)過程的非 線性映射函數(shù)，本發(fā)明給出一個新的非線性映射函數(shù)用來模擬視覺感知中的暗適應(yīng)過程， 即暗適應(yīng)函數(shù)，定義如下：
該暗適應(yīng)函數(shù)具有顯著的優(yōu)勢：暗區(qū)增強不會過快且亮區(qū)不會被過度壓縮，且當a逐 漸增大時，暗適應(yīng)函數(shù)在暗區(qū)增強力度越大。
[0013] 將函數(shù)（3)應(yīng)用到步驟3所獲得的亮度分量GiJ:,得暗適應(yīng)函數(shù)匕為
其中a是自適應(yīng)調(diào)整參數(shù)，直接決定暗適應(yīng)函數(shù)勺增強強度。
[0014] 本發(fā)明采用圖像亮度的平均值來評估圖像的光照情況，當亮度均值較小時，表明 暗區(qū)在圖像中所占的比例越大，需要較大的增強力度。相反，當亮度均值較大時，表明暗區(qū) 在圖像中所占的比例越小，需要較小的增強力度。因此，得出一種簡單估計a值的方法，如 式（5)所示：
(5) 其中U為亮度分量的均值，可有效衡量圖像亮度情況。
[0015] 步驟5,設(shè)計明適應(yīng)函數(shù)：由于暗適應(yīng)函數(shù)可以對較暗的區(qū)域進行提升，而高亮區(qū) 域求反即為暗區(qū)。本發(fā)明采用暗適應(yīng)函數(shù)來對高亮區(qū)域的反圖像做處理，再取反，即可對高 亮區(qū)域起到抑制作用。明適應(yīng)函數(shù)^如式（6)所示：
步驟6,明暗信息融合，進行自適應(yīng)亮度增強：低照度環(huán)境中往往同時伴有燈光等產(chǎn)生 的高光區(qū)域，視覺系統(tǒng)中視錐細胞和視桿細胞共同起作用，明適應(yīng)及暗適應(yīng)需共同進行才 能達到良好的效果，因此需要根據(jù)光照情況對明暗信息進行融合。本發(fā)明對明暗信息采用 復(fù)雜度低的基于空間域的加權(quán)融合方式，如式（7)所示
其中K為明暗信息融合函數(shù)即最終亮度增強函數(shù)，々為線性融合參數(shù)。與人眼視覺系 統(tǒng)類似，在暗區(qū)中，主要是視桿細胞起作用，即暗適應(yīng)所占的比例較高；而在亮區(qū)中，主要是 視錐細胞起作用，即明適應(yīng)所占的比例較高。因此，本發(fā)明給出一種簡單估計融合參數(shù)々的 方法：
最終融合后的亮度增強函數(shù)可以在像素值較低的區(qū)域進行有效增強，而對高像素值進 行抑制，更符合人眼的視覺需求，有效改善視覺效果。
[0016] 步驟7,局部對比度增強：對于低照度圖像的局部對比度增強，可以采用統(tǒng)計學(xué)中 期望這一基本概念，它可以反映局部亮度的視覺特征。當中心像素點大于鄰域均值時對其 進行提升，而當其小于鄰域均值時對其進行降低，即可有效提高局部對比度，本發(fā)明采用指 數(shù)函數(shù)對鄰域內(nèi)中心像素點進行適當拉伸，進而提升局部對比度，具體步驟如下所示： 1) 以K(i，J為中心，選取5 X 5窗口作為鄰域區(qū)域； 2) 計算鄰域內(nèi)像素點均值
3)使用指數(shù)函數(shù)對增強后的圖像匕在鄰域中進行對比度增強
其中是局部對比度增強后圖像，J為增強調(diào)整參數(shù)。實驗中發(fā)現(xiàn)，對于灰度值較小 的像素點，對比度增強后會出現(xiàn)大量的噪聲，經(jīng)過分析是由于對其拉伸過量導(dǎo)致，因此本發(fā) 明中對小于閾值〃的像素點不進行拉伸，即設(shè)置J (i，J=l。經(jīng)過實驗統(tǒng)計分析，本發(fā)明 中設(shè)置閾值〃為0.2。
[0017] 步驟8,色彩還原：通過亮度分量的變化，可獲取亮度增益i，對原始圖像的色彩 信息做線性操作以保證三個顏色通道的比例保持不變，很好的達到顏色保持的效果，避免 色彩失真，具體操作如式（11)所示： 知 ......y ....... ..r
其中式（11)中C表示尤三通道，/為輸入的低照度圖像，/為增強之后的圖像。
[0018] 圖3為低照度圖2采用本發(fā)明增強算法后所獲得的圖像。
[0019] 綜上所述，本發(fā)明針對低照度彩色圖像的低亮度和低對比度的特點，通過研究瞳 孔及感光細胞的對環(huán)境的自動調(diào)節(jié)過程，給出一種模擬視覺感知的自適應(yīng)增強方法。該方 法首先通過模擬瞳孔對光線的調(diào)整過程，提高圖像的整體亮度水平；然后模擬人眼視覺對 低照度環(huán)境的自適應(yīng)調(diào)控能力，設(shè)計非線性映射模型模擬視桿細胞及視錐細胞的調(diào)整過 程，得到明暗自適應(yīng)函數(shù)，并根據(jù)光照分布確定明暗信息融合函數(shù)，對亮度分量進行全局自 適應(yīng)調(diào)整；其次，針對增強后亮度圖像局部對比度會降低，采用指數(shù)函數(shù)進行局部自適應(yīng)對 比度增強；最后，對增強圖像進行色彩還原。
[0020] 盡管上面對本發(fā)明說明性的【具體實施方式】進行了描述，但應(yīng)當清楚，本發(fā)明不限 于【具體實施方式】的范圍，對本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利 要求限定和確定的本發(fā)明的精神范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的 發(fā)明創(chuàng)造均在保護之列。
【主權(quán)項】
1. 一種模擬人類視覺感知的自適應(yīng)低照度圖像增強方法，其特征在于，包括以下步 驟： 步驟1，圖像獲?。和ㄟ^成像設(shè)備捕獲一張低照度圖像/; 步驟2,求取亮度分量K將步驟1獲取的圖像轉(zhuǎn)換到HSV顏色空間，即對每個像素點求 取RGB分量的最大值，獲得亮度分量 步驟3,模擬瞳孔放大過程對圖像整體亮度進行適當提升：暗適應(yīng)過程中首先需要放 大瞳孔，增加光線的射入，從而自適應(yīng)地調(diào)節(jié)圖像整體亮度水平，因此對于光線較暗，且沒 有大面積燈光的情況下，需對步驟2獲得的亮度分量進行拉伸從整體上提升圖像亮度； 步驟4,設(shè)計暗適應(yīng)函數(shù)：暗區(qū)增強的關(guān)鍵是設(shè)計一個可以模擬暗適應(yīng)過程的非線性 映射函數(shù)，本發(fā)明給出一個新的非線性映射函數(shù)用來模擬視覺感知中的暗適應(yīng)過程； 步驟5,設(shè)計明適應(yīng)函數(shù)：由于暗適應(yīng)函數(shù)可以對較暗的區(qū)域進行提升，而高亮區(qū)域求 反即為暗區(qū)，本發(fā)明采用暗適應(yīng)函數(shù)來對高亮區(qū)域的反圖像做處理，再取反，即可對高亮區(qū) 域起到抑制作用； 步驟6,基于圖像的光照分布情況，進行明暗信息融合，進行自適應(yīng)亮度增強；低照度 環(huán)境中往往同時伴有燈光等產(chǎn)生的高光區(qū)域，視覺系統(tǒng)中視錐細胞和視桿細胞共同起作 用，明適應(yīng)及暗適應(yīng)需共同進行才能達到良好的效果，因此需要根據(jù)光照情況對明暗信息 進行融合； 步驟7,對增強后的亮度圖像進行局部對比度增強：對亮度分量進行非線性拉伸后，圖 像的全局對比度會有很大的提升，但局部對比度往往會下降，而視覺系統(tǒng)對圖像的局部對 比度變化敏感度極高，它的變化可以反映圖像內(nèi)不同對象間的差異，局部對比度較高時可 以有效提高圖像的清晰度、細節(jié)表現(xiàn)力及灰度層次，因此需要對亮度增強后圖像進行局部 對比度增強； 步驟8,色彩恢復(fù)，得到最終的增強圖像：對原始圖像的色彩信息做線性操作以保證三 個顏色通道的比例保持不變，很好的達到顏色保持的效果，避免色彩失真。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低照度圖像增強方法，其特征在于，步驟4中給出一個新的非 線性映射函數(shù)用來模擬視覺感知中的暗適應(yīng)過程，即暗適應(yīng)函數(shù)，定義如下：其中a是自適應(yīng)調(diào)整參數(shù)，直接決定暗適應(yīng)函數(shù)匕的增強強度，本發(fā)明給出一種簡單 估計a值的方法，如式（3)所示：其中U為亮度分量的均值，可有效衡量圖像亮度情況。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低照度圖像增強方法，其特征在于，步驟5中給出一種明適 應(yīng)函數(shù)的設(shè)計方法：由于暗適應(yīng)函數(shù)可以對較暗的區(qū)域進行提升，而高亮區(qū)域求反即為暗 區(qū)，本發(fā)明采用暗適應(yīng)函數(shù)來對高亮區(qū)域的反圖像做處理，再取反，即可對高亮區(qū)域起到抑 制作用，明適應(yīng)函數(shù)^如式（4)所示：4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低照度圖像增強方法，其特征在于，步驟6中給出一種對明暗 信息采用復(fù)雜度低的基于空間域的加權(quán)融合方式，如式（5)所示其中^為明暗信息融合函數(shù)即最終亮度增強函數(shù)，々為線性融合參數(shù)，并且給出一種簡 單估計融合參數(shù)々的方法：最終融合后的亮度增強函數(shù)可以在像素值較低的區(qū)域進行有效增強，而對高像素值進 行抑制，更符合人眼的視覺需求，有效改善視覺效果。
【專利摘要】本發(fā)明針對低照度彩色圖像的低亮度和低對比度的特點，通過研究瞳孔及感光細胞的對環(huán)境的自動調(diào)節(jié)過程，給出一種模擬視覺感知的自適應(yīng)增強方法。該方法首先通過模擬瞳孔對光線的調(diào)整過程，提高圖像的整體亮度水平；然后模擬人眼視覺對低照度環(huán)境的自適應(yīng)調(diào)控能力，設(shè)計非線性映射模型模擬視桿細胞及視錐細胞的調(diào)整過程，得到明暗自適應(yīng)函數(shù)，并根據(jù)光照分布確定明暗信息融合函數(shù)，對亮度分量進行全局自適應(yīng)調(diào)整；其次，針對增強后亮度圖像局部對比度會降低，采用指數(shù)函數(shù)進行局部自適應(yīng)對比度增強；最后，對增強圖像進行色彩還原。本發(fā)明可有效提高低照度彩色圖像的亮度和局部對比度及細節(jié)信息，特別是在增強圖像的暗區(qū)及高光區(qū)域效果更為突出。
【IPC分類】G06T5/00
【公開號】CN105046663
【申請?zhí)枴緾N201510402767
【發(fā)明人】張紅英, 王小元, 吳亞東, 劉言
【申請人】西南科技大學(xué)
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年7月10日