一種提高圖像信息可感知度的圖像局部對比度增強(qiáng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于圖像對比度增強(qiáng)技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種提高圖像信息可感知度的 圖像局部對比度增強(qiáng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 霧靈等惡劣成像條件或者曝光時(shí)間等成像參數(shù)設(shè)置不合理等原因會(huì)使圖像對比 度過低，從而使人眼看不清圖像中存在的景物。圖像增強(qiáng)方法通過增大圖像對比度能使圖 像中原本看不清的景物被人眼看清。
[0003] 現(xiàn)有的圖像增強(qiáng)方法可W粗略地分為兩類：全局對比度增強(qiáng)方法和局部對比度增 強(qiáng)方法。全局對比度增強(qiáng)方法通過灰度級映射得到增強(qiáng)圖像，具有運(yùn)算簡單快速的特點(diǎn)，具 有代表性的圖像增強(qiáng)方法為：線性拉伸和直方圖均衡。圖像在使用全局對比度增強(qiáng)方法處 理后，在圖像中的一些局部區(qū)域內(nèi)，可能會(huì)出現(xiàn)部分景物因?yàn)閷Ρ榷仍龃蟮貌粔蚨搜劭?不清的情況。局部對比度增強(qiáng)方法根據(jù)像素所在局部區(qū)域的圖像信息確定每個(gè)像素灰度 值，相對全局對比度增強(qiáng)方法能進(jìn)一步的增強(qiáng)圖像局部對比度。許多局部對比度增強(qiáng)方法 都基于全局對比度增強(qiáng)方法，運(yùn)些方法把圖像分解成許多局部區(qū)域，然后在每個(gè)區(qū)域內(nèi)使 用全局方法增強(qiáng)圖像，并由增強(qiáng)后的局部區(qū)域融合得到全幅圖像。另外retinex，Unsha^ masking等方法通過凸顯圖像高頻分量使人眼可W更清楚地看清圖像細(xì)節(jié)信息。由于圖像 增強(qiáng)過程中像素會(huì)與其相鄰W及它所在局部區(qū)域內(nèi)其它像素之間灰度大小關(guān)系會(huì)發(fā)生改 變，運(yùn)些局部圖像增強(qiáng)方法都會(huì)導(dǎo)致振鈴效應(yīng)等圖像失真。Kartic Subr等人提出了 W圖像 局部對比度最大為優(yōu)化目標(biāo)，并基于貪婪算法的圖像增強(qiáng)方法，該方法把圖像劃分成子區(qū) 域，然后在子區(qū)域內(nèi)同比例地線性拉大圖像對比度，由于子區(qū)域的劃分可能會(huì)把圖像中同 一個(gè)景物劃分成不同的區(qū)域，該方法也不能完全做到圖像局部信息保真，另外同比例地增 大像素間灰度差甚至同比例增大像素間灰度差人眼可感知度不利于使圖像中所有信息都 被人眼看清。W兩對相鄰像素為例，其中一對可感知度很大，再增加灰度差可感知度幾乎沒 有提高，另一對可感知度很小，灰度差的增加會(huì)帶來明顯的可感知度的提高，此時(shí)如果灰度 差的增量總和是固定的，則應(yīng)優(yōu)先拉大感知度小的相鄰像素間灰度差。
[0004] 綜上所述，已有的圖像局部對比度增強(qiáng)方法都無法在圖像局部內(nèi)做到信息保真， 使圖像出現(xiàn)失真情況，即使能在一定程度上做到圖像局部信息保真的增強(qiáng)方法，它所采用 的增強(qiáng)策略也不利于圖像中所有信息都被人眼看清。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽〇化]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足之處，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種提高 圖像信息可感知度的圖像局部對比度增強(qiáng)方法，用于增強(qiáng)各種原因?qū)е碌牡蛯Ρ榷葓D像。
[0006] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種提高圖像信息可感知度的圖像 局部對比度增強(qiáng)方法，包括W下步驟，：
[0007] 把圖像中的局部相鄰像素對分成=類：直接相鄰且灰度值不等像素對、不直接相 鄰但局部相鄰且灰度值不等像素對、局部相鄰且灰度值相等像素對，所述直接相鄰指的是 對于兩個(gè)像素其中一個(gè)像素在另外一個(gè)像素4鄰域或者8鄰域內(nèi)，局部相鄰指的是對于兩 個(gè)像素其中一個(gè)像素在另外一個(gè)像素的指定大小的周圍范圍內(nèi)；生成每個(gè)像素的狀態(tài)標(biāo)志 位，用于標(biāo)記在計(jì)算像素灰度值過程中像素所處的狀態(tài)；
[0008] 由分類結(jié)果中的局部相鄰且灰度值相等像素對，找出由局部相鄰且灰度值相等像 素對關(guān)聯(lián)起來的像素，構(gòu)成像素子集；
[0009] 構(gòu)造人眼可感知度序列V =< V。, Vi, V2,... >，其中V。= 0 ;
[0010] 在局部相鄰像素對大小關(guān)系人眼感知不倒序約束下，盡量拉大圖像中所有直接相 鄰且灰度值不等像素對的灰度差，使運(yùn)些像素對灰度大小關(guān)系的人眼可感知度都盡可能拉 大到人眼可W清晰感知的程度：首先由可感知度V。，根據(jù)灰度值大小關(guān)系從小到大計(jì)算得 到灰度圖像1。,3, I。,3中所有像素灰度值都為0 ;然后從小到大依次由序列V中的可感知度 Vi,其中可感知度Vi不超過根據(jù)需求設(shè)定的一個(gè)人眼可W清晰感知灰度大小關(guān)系的人眼可 感知度闊值Tl,根據(jù)像素間灰度大小關(guān)系從小到大計(jì)算一幅灰度圖像Iiii;若存在直接相鄰 且灰度值不等的像素對的灰度大小關(guān)系人眼可感知度無法拉大到Vi,，則在可感知度Vi下， 根據(jù)像素間灰度大小關(guān)系從大到小計(jì)算一幅灰度圖像Ii,2,進(jìn)而確定由于人眼可感知度無 法進(jìn)一步拉大的像素對對應(yīng)的像素的灰度值；
[0011] 對圖像根據(jù)可感知度Tl做進(jìn)一步校正，得到增強(qiáng)后的圖像。
[0012] 所述對圖像的像素對進(jìn)行分類的步驟為：
[0013] 對圖像中所有像素編號，分別用P。、Pb、P。、…表示，其中任意兩個(gè)像素 P,和Py組 成像素對（Px，Py)，設(shè)定其灰度值g y;
[0014] 將像素對組成如下像素對集合：
[001引 a)集合R :圖像中所有直接相鄰且灰度值不等的像素化此集合中像素對的灰度 差需要在不改變灰度大小關(guān)系前提下盡量拉大到人眼可W清晰感知的程度；
[0016] b)集合E :圖像中局部相鄰且灰度值相等的像素對，此集合中像素灰度差不需要 拉大，只需要在增強(qiáng)圖像對比度過程中大小關(guān)系人眼感知不倒序；
[0017] C)集合S :圖像中不直接相鄰但局部相鄰且灰度值不相等的像素對，同樣此集合 中像素灰度差不需要拉大，只需要在增強(qiáng)圖像對比度過程中大小關(guān)系人眼感知不倒序。
[0018] 所述生成像素子集的步驟為：
[0019] 圖像中每個(gè)像素先都獨(dú)自生成一個(gè)像素子集，分別用Pi、P2、Ps.....Pm表示，如果 對任意兩個(gè)像素子集P。和P b存在一對像素（a, b) G E，其中a G P。，b G Pb,則運(yùn)兩個(gè)子集 合并得到新的像素子集Pg^b= PgU Pb,直到不再存在可化合并的像素子集才停止合并，并把 得到的像素子集組成子集的集合L。
[0020] 所述集合E中的像素對必然是由L內(nèi)同一像素子集內(nèi)像素組成的，而集合R和S 中的像素對必然是L內(nèi)不同像素子集間的像素組成的；當(dāng)子集P。與任意其他子集P。間不存 在像素對（C，a) G S U R，其中C G P。、a G P。且像素 C的灰度值小于像素 a的灰度值，貝U 子集P。為極小值子集；當(dāng)子集Pb與任意其他子集P。間不存在像素對化，C) G S U R，其中 C G P。、b G Pb而像素 b的灰度值小于像素 C的灰度值時(shí)，則子集P b為極大值子集。
[0021] 所述生成像素的狀態(tài)標(biāo)志位具體為：
[0022] 建立S個(gè)狀態(tài)標(biāo)示數(shù)組Fl、F2、F3，其中數(shù)組元素 Fl[x]、F2[x]和F3[x]表示像素 Px 的狀態(tài)，F(xiàn)i[x]用來標(biāo)示此像素是否因像素對集合R中有部分像素對灰度大小關(guān)系人眼可 感知度無法進(jìn)一步拉大而導(dǎo)致它的灰度值確定下來，其中Fi[x] = 1表示灰度值已經(jīng)確定， Fi[X] = O表示未確定；每個(gè)像素的灰度值需要從多個(gè)與它相關(guān)的像素灰度值計(jì)算而來， F2[x]用來標(biāo)示是否與它在集合R和S相關(guān)的且需要計(jì)算的像素都已遍歷到，當(dāng)都已遍歷過 則F2[x] = 1，否則F2[x] = O ;F3[x]用來在計(jì)算像素灰度值時(shí)標(biāo)示是否運(yùn)些與他在集合E 相關(guān)的像素都已遍歷到，當(dāng)已遍歷過則F3[x] = 1，否則F3[x] =0。
[0023] 所述構(gòu)造人眼可感知度序列V具體為：遍歷像素的灰度值取值空間，把所能得到 的人眼可感知度按從小到大排序可W得到人眼可感知度序列V =< V。，Vi, V2,...>，其中 Vo= 0。
[0024] 所述在可感知度Vi下，根據(jù)像素間灰度大小關(guān)系從小到大計(jì)算一幅灰度圖像I 1,1 的步驟為：
[00對令在新的圖像Ii,沖，像素 P,的灰度值WUi(X)表示；
[0026] d)初始Ii,1為由上一個(gè)感知度Vi 1計(jì)算得到的圖像，即I 1,1= Ii 1,3,保留在可感知 度Vi 1下計(jì)算圖像時(shí)的狀態(tài)標(biāo)示數(shù)組F 1中的值，清零F 2和F 3,極小值像素子集內(nèi)的像素狀 態(tài)標(biāo)示Fz和F 3置1 ;
[0027] e)遍歷所有Fs等于1的像素，W滿足P3[a]等于1的像素 P。為例，對任意包含P。 像素對（P。，以G R，其中P?；叶戎敌∮赑,灰度值，根據(jù)下面可感知度計(jì)算公式計(jì)算滿足 p(Ii,i(a)，g) =Vi的灰度值邑，
[0028]
[0029] 如果g > Ii,i (X)且像素
Px的狀態(tài)Fl (X)等于0,則I M (X) = g，其中如果g大于 灰度值取值范圍的最大值，則集合R中有像素對灰度大小關(guān)系人眼可感知度不能拉到Vi; 如果g> Ii,i (X)但像素 X的狀態(tài)Fl (X)等于1，且同時(shí)有像素 P。的狀態(tài)標(biāo)示Fl (a)等于0， 則集合R中有像素對灰度大小關(guān)系人眼可感知度不能拉到Vi;
[0030] f)對任意包含D。的像素對（D。，D_) G S，由式
[0031]
[0032] 計(jì)算滿足 P (g，Ii, 1(a)) = T。的灰度值 g，其中 g < I 1,1 (a); 陽03；3] 如果g > Ii, 1 (X)且像素 Px的狀態(tài)Fl (X)等于0,則I i,i (X) = g，如果g > Ii, 1 (X) 但像素 X的狀態(tài)Fl (X)等于1，則集合R中有像素對灰度大小關(guān)系人眼可感知度不能拉到 Vi;對于任意像素 Py,如果所有包含它的像素對（Py，pJ G R U S都已根據(jù)步驟b)和C)計(jì) 算過時(shí)，則像素 Px的狀態(tài)標(biāo)示F 2 (X)置1 ;
[0034] d)當(dāng)像素子集的集合L內(nèi)有像素子集P，它的所有像素狀態(tài)標(biāo)示Fz都為1時(shí)而F 3 都為0,則根據(jù)人眼感知不倒序?qū)Φ扔诘囊髮ψ蛹瘍?nèi)所有像素灰度值進(jìn)行調(diào)整：先在此 像素子集內(nèi)挑出灰度值最大的那個(gè)像素 P。，然后找出所有滿足（PwPx) e E或（Px，P。）G E 的像素 Px，其中Px狀態(tài)標(biāo)示F 3 (X)等于0 ;如果P。和P X在I 1,1的灰度值不滿足人眼感知不 倒序?qū)τ诘扔陉P(guān)系的要求時(shí)，若Py的標(biāo)示Fl (X)為1，則有灰度差非0的相鄰像素對人眼可 感知度不能拉到Vi，反之若X的標(biāo)示Fi (X)為0,則計(jì)算滿足P (Ii, I (X)，Ii,I (a)) = T。的新 Ii,I(X)值；當(dāng)所有滿足（PwPx) EE或（Px，P。）GE的像素都已被遍歷過時(shí)，像素 a的狀態(tài) 標(biāo)示Fs (a)置為1 ;
[0035] 然后從P中Fs為0的像素中再一次挑出在I 1,1中灰度值最大的像素，重復(fù)上述步 驟，直到P中所有像素 Fs都為1時(shí)，如果像素子集的集合L內(nèi)存在所有像素狀態(tài)標(biāo)示F 2都 為1而Fs都為0的像素子集時(shí)，再回到步驟d)的開頭；當(dāng)像素子集的集合L內(nèi)不存在所有 像素狀態(tài)標(biāo)示Fz都為1的像素子集時(shí)回到步驟b)，直到所有像素的F 3都已經(jīng)置1結(jié)束計(jì) 算；
[0036] 如果在步驟b)、C)和d)計(jì)算過程中集合R中有像素