基于直方圖均衡的彩色圖像增強(qiáng)處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及彩色圖像（Color Image)的圖像處理技術(shù)，具體涉及一種基于直方圖 均衡的彩色圖像增強(qiáng)處理方法，屬于數(shù)字圖像處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域，圖像處理技術(shù)是提高圖像質(zhì)量，達(dá)到最優(yōu)圖像顯 示效果的關(guān)鍵技術(shù)。圖像的增強(qiáng)技術(shù)是一個(gè)已經(jīng)被大量研究，而且仍需進(jìn)一步研究的重要 方向。
[0003] 圖像增強(qiáng)的目的是增強(qiáng)圖像中的有用信息，改善圖像的視覺(jué)效果，針對(duì)給定圖像 的應(yīng)用場(chǎng)合，有目的地強(qiáng)調(diào)圖像的整體或局部特性，將原來(lái)不清晰的圖像變得清晰或強(qiáng)調(diào) 某些感興趣的特征，擴(kuò)大圖像中不同物體特征之間的差別，改善圖像質(zhì)量、豐富信息量，加 強(qiáng)圖像判讀和識(shí)別效果。圖像增強(qiáng)的應(yīng)用范圍非常廣泛，比如在低光照條件下獲得的圖像， 直接在屏上顯示時(shí)效果比較差，甚至?xí)a(chǎn)生圖像失真。所以原圖像在屏幕上顯示之前，需要 經(jīng)過(guò)一定的對(duì)比度增強(qiáng)處理。
[0004] 常見(jiàn)的彩色空間有，RGB、YUV/YCbCr、HSV/HSI/HSL等等。RGB色彩模式是工業(yè)界 的一種顏色標(biāo)準(zhǔn)，是通過(guò)對(duì)紅（R)、綠（G)、藍(lán)（B)三個(gè)顏色通道的變化以及它們相互之間的 疊加來(lái)得到各式各樣的顏色的，是目前運(yùn)用最廣的顏色系統(tǒng)之一，缺點(diǎn)是該空間并不直接 包含色調(diào)、色度等信息。YCbCr/YUV通常會(huì)應(yīng)用于影片的影像連續(xù)處理，或是數(shù)字?jǐn)z影系統(tǒng) 中，Y為顏色的亮度（Iuma)成分，而Cb和Cr則為藍(lán)色和紅色的濃度偏移量成份。其色彩 空間的主要優(yōu)點(diǎn)在于它的亮度信號(hào)Y和色度信號(hào)Cb、Cr是分離的，如果只有Y信號(hào)分量而 沒(méi)有Cb、Cr分量，那么這樣表示的圖像就是黑白灰度圖像。缺點(diǎn)是也并無(wú)直接的色調(diào)信息。 HSV/HSI/HSL空間反映了人的視覺(jué)系統(tǒng)感知色彩的方式，以色調(diào)、飽和度和強(qiáng)度三種基本特 征量來(lái)感知顏色。色調(diào)H(Hue)與光波的波長(zhǎng)相關(guān)，它表示人的感官對(duì)不同顏色的感受，如 紅色、綠色、藍(lán)色等。飽和度S(Saturation)表示顏色的純度，飽和度越大，顏色看起來(lái)就會(huì) 越鮮艷，反之亦然。亮度V/I/L對(duì)應(yīng)成像亮度和圖像灰度，是顏色的明亮程度。HSI模型的 建立基于兩個(gè)重要的事實(shí)：亮度分量與圖像的彩色信息無(wú)關(guān)；H和S分量與人感受顏色的方 式是緊密相連的，這些特點(diǎn)使得HSV/I/L模型非常適合彩色特性檢測(cè)和分析。但是HSV/I/ L無(wú)法直接應(yīng)用到影像系統(tǒng)中。
[0005] 彩色圖像對(duì)比度增強(qiáng)一般的方法是在HSV/I/L空間保持色調(diào)H不變，對(duì)亮度信息 V/I/L進(jìn)行最常見(jiàn)的灰度圖像增強(qiáng)方法--直方圖均衡（Histogram Equalization)。直方 圖均衡化處理的"中心思想"是把原始圖像的灰度直方圖從比較集中的某個(gè)灰度區(qū)間變成 在全部灰度范圍內(nèi)的均勻分布，直方圖均衡化就是對(duì)圖像進(jìn)行非線性拉伸，重新分配圖像 像素值，使一定灰度范圍內(nèi)的像素?cái)?shù)量大致相同，把給定圖像的直方圖分布改變成直方圖 "均勻"分布。這樣圖像能夠達(dá)到亮度上的對(duì)比度增強(qiáng)，但是缺少色度上的對(duì)比度增強(qiáng)。
[0006] 鑒于以上所述，提供一種能在分離空間對(duì)圖像亮度進(jìn)行增強(qiáng)，同時(shí)對(duì)圖像色度的 對(duì)比度進(jìn)行增強(qiáng)的圖像處理方法實(shí)屬必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于直方圖均衡的彩 色圖像增強(qiáng)處理方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中圖像增強(qiáng)能夠達(dá)到亮度上的對(duì)比度增強(qiáng)，但是 缺少色度上的對(duì)比度增強(qiáng)的問(wèn)題。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種基于直方圖均衡的彩色圖像增 強(qiáng)處理方法，所述處理方法包括步驟：
[0009] 步驟1)，將原圖像轉(zhuǎn)換到Y(jié)CbCr色彩空間，得到原圖像中每個(gè)像素點(diǎn)的亮度Y分 量、藍(lán)色色度Cb分量及紅色色度Cr分量；
[0010] 步驟2)，統(tǒng)計(jì)亮度Y分量方向的直方圖，并對(duì)所述直方圖進(jìn)行閾值分割；
[0011] 步驟3)，基于閾值分割點(diǎn)對(duì)Y分量方向的直方圖進(jìn)行局部直方圖均衡；
[0012] 步驟4)，建立色偏坐標(biāo)系，所述色偏坐標(biāo)系的橫坐標(biāo)為Cb-A，縱坐標(biāo)為Cr-B，當(dāng)Cb =A且Cr = B時(shí)，使得像素所對(duì)應(yīng)的RGB值中R、G、B的值相等；
[0013] 步驟5)，提供一預(yù)設(shè)閾值，統(tǒng)計(jì)像素點(diǎn)到原點(diǎn)的距離f(Cb，Cr)的直方圖，并對(duì) f(Cb，Cr)大于預(yù)設(shè)閾值的直方圖部分，進(jìn)行直方圖均衡；
[0014] 步驟6)，將所有像素從YCbCr色彩空間轉(zhuǎn)換到所需的色彩空間，得到新的圖像。
[0015] 作為本發(fā)明的基于直方圖均衡的彩色圖像增強(qiáng)處理方法的一種優(yōu)選方案，步驟2) 的閾值分割方法采用高亮度保持算法，閾值分割點(diǎn)X通過(guò)如下公式確定：
[0017] 其中，xmin和xmax分別為灰度值的最小值和最大值，xmid為所有灰度值的中值。
[0018] 作為本發(fā)明的基于直方圖均衡的彩色圖像增強(qiáng)處理方法的一種優(yōu)選方案， 步驟3)采用的局部直方圖均衡的方法為：根據(jù)圖像直方圖，將灰度區(qū)間分成η段 [X1, Y1]，[X2, Y2]，... [Xn，Yn]，像素之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：
[0020] 其中，m為XJ5Zf在的區(qū)間序號(hào)，m、η均為整數(shù)且m彡η。
[0021] 作為本發(fā)明的基于直方圖均衡的彩色圖像增強(qiáng)處理方法的一種優(yōu)選方案，步驟4) 中，當(dāng)Cb = 128且Cr = 128時(shí)，像素所對(duì)應(yīng)的RGB值中R、G、B的值相等，該像素?zé)o色偏，只 包含灰度信息，故采用色偏坐標(biāo)系的橫坐標(biāo)為Cb-128,縱坐標(biāo)為Cr-128,使得所述色偏坐 標(biāo)系的原點(diǎn)無(wú)色偏。
[0022] 進(jìn)一步地，步驟5)中，像素點(diǎn)到原點(diǎn)的距離f(Cb，Cr)由公式
確定。
[0023] 作為本發(fā)明的基于直方圖均衡的彩色圖像增強(qiáng)處理方法的一種優(yōu)選方 案，步驟5)采用的直方圖均衡的方法為：根據(jù)圖像直方圖，將灰度區(qū)間分成η段 [X1, Y1]，[X2, Y2]，... [Xn，Yn]，像素之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系為： LlN 丄UO丄(654/40 Λ 1VJ ?V 〇 JA
[0025] 其中，m為XJ5Zf在的區(qū)間序號(hào)，m、η均為整數(shù)且m彡η。
[0026] 作為本發(fā)明的基于直方圖均衡的彩色圖像增強(qiáng)處理方法的一種優(yōu)選方案，步驟6) 中像素從YCbCr色彩空間轉(zhuǎn)換到所需的色彩空間的方法為：若f(Cb，Cr)不大于預(yù)設(shè)閾值， 則Y，Cb，Cr不變；若f(Cb，Cr)大于預(yù)設(shè)閾值，則Y映射到新的值，保持色調(diào)不變，Cb和Cr 映射到新的值。
[0027] 作為本發(fā)明的基于直方圖均衡的彩色圖像增強(qiáng)處理方法的一種優(yōu)選方案，所述預(yù) 設(shè)閾值的取值范圍為5-10。
[0028] 如上所述，本發(fā)明的基于直方圖均衡的彩色圖像增強(qiáng)處理方法，具有以下有益效 果：本發(fā)明可以通過(guò)在YCbCr色彩空間對(duì)亮度以及在色偏坐標(biāo)系中對(duì)像素點(diǎn)到原點(diǎn)距離 f(Cb，Cr)分別進(jìn)行直方圖均衡。與現(xiàn)有的其他圖像增強(qiáng)處理方法相比，本發(fā)明不僅僅能夠 增強(qiáng)亮度的對(duì)比度，也能夠增強(qiáng)色度上的對(duì)比度；本發(fā)明的圖像增強(qiáng)處理方法簡(jiǎn)單高效，適 合應(yīng)用于便攜式顯示設(shè)備的圖像處理；而且運(yùn)行速度較快，能夠應(yīng)用于實(shí)時(shí)系統(tǒng)的視頻處 理；最后本發(fā)明還易于硬件化，便于集成到專(zhuān)用集成圖像處理芯片當(dāng)中。
【附圖說(shuō)明】
[0029] 圖1顯示為本發(fā)明的基于直方圖均衡的彩色圖像增強(qiáng)處理方法的色偏坐標(biāo)系的 示意圖，其中，該色偏坐標(biāo)系的橫坐標(biāo)為Cb-128,縱坐標(biāo)為Cr-128。
[0030] 圖2顯示為本發(fā)明的基于直方圖均衡的彩色圖像增強(qiáng)處理方法的色偏坐標(biāo)系中， 不同角度α情況下色調(diào)與Y&&f(Cb，Cr)的關(guān)系示意圖。
[0031] 圖3顯示為本發(fā)明的基于直方圖均衡的彩色圖像增強(qiáng)處理方法的步驟流程示意 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū) 所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的具體實(shí) 施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離 本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0033] 請(qǐng)參閱圖1~圖3。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)明 本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖示中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù) 目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其 組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0034] 如圖1~圖3所示，本實(shí)施例提供一種基于直方圖均衡的彩色圖像增強(qiáng)處理方法， 所述處理方法包括步驟：
[0035] 如圖1所示，首先進(jìn)行步驟1)，將原圖像轉(zhuǎn)換到Y(jié)CbCr色彩空間（一般比較常見(jiàn)的 圖像空間如RGB色彩空間），得到原圖像中每個(gè)像素點(diǎn)的亮度Y分量、藍(lán)色色度Cb分量及紅 色色度Cr分量。
[0036] 如圖1所示，然后進(jìn)行步驟2)，統(tǒng)計(jì)亮度Y分量方向的直方圖，并對(duì)所述直方圖進(jìn) 行閾值分割。
[0037] 在本實(shí)施例中，所述閾值分割方法采用高亮度保持（brightness-preserving)算 法，閾值分割點(diǎn)X通過(guò)如下公式確定：
[0039] 其中，xmin和xmax分別為灰度值的最小值和最大值，