照度不均图像增强的自适应双向保带宽对数变换方法与流程

本发明属于数字图像处理领域，涉及一种对照度不均图像的质量增强方法。
背景技术：
：由于人类视觉对过高或过低亮度图像的对比度敏感性降低，所以需要对过暗或过亮图像(或区域)进行对比度增强，以便感知其细节。而照度不均的图像，既有过高亮区又有过低暗区，一般的方法效果不好，有的还会出现光晕现象。目前，采用对数方法增强图像质量，在图像处理各个领域已得到广泛的使用和研究。已公开专利中，如：保持颜色的去雾方法(申请号：CN101754032A)，一种降低合成孔径雷达影像斑点噪声的方法(申请号：CN101398487A)，一种水下降质图像的自适应增强方法(CN104766285A)，等。这些方法都是采用单向(正向)对数变换作为图像预处理方法，再结合去雾、去噪、去水等其他方法用于图像增强，计算方法复杂，处理时间长，会增强非原始图像中所含有的信息。在已发表的文献中，涉及图像对数变换的文献较多，主要有LIP(logarithmicimageprocessing)家族(指以LIP为基础各种变形和改进)方法和RETINEX家族(指以RETINEX为基础各种变形和改进)方法。这些方法也只是进行的单向的对数变换，只能拉开灰度/色度谱(或称为直方图)低端(暗区)的谱线间的距离，因而只能提高图像低端(暗区)的对比度，达到图像对比度增强的目的。同时，它们还包含两图像相减的计算，可能产生负的数据，破坏了图像的正定特征，并可能引入源图像中并不存在的附加信息，破坏了保真性，引起组成成份失真。因此，目前采用的对数方法进行图像增强的缺陷是没有涉及如何提高高端(亮区)的对比度，且不增加原图中所含信息(强调保真性)。技术实现要素：本发明的目的是提供一种用于照度不均的图像视觉质量增强的自适应双向保带宽对数变换方法，不仅能够提高暗区的对比度，还能提高亮区的对比度，不产生光晕现象，达到更好的、且不增加图像信息图像增强的效果。为达到本发明的目的，本发明提出一种照度不均图像增强的自适应双向保带宽对数变换方法，其关键在于包括下列步骤：步骤1：输入照度不均的图像，并对该图像进行标准化变换，得到标准化变换后图像；标准化变换的方法参见《标准化图像的生成方法》(公开号：CN102800062A)。标准化变换后，图像变为具有全带宽特性的图像。这是本发明实施的基础。步骤2：计算标准化变换后图像的平均亮度AL，并根据AL的值对该图像进行双向保带宽对数变换：平均亮度AL是本发明的自适应参数，随图像不同而不同，不需要人工设定。所述双向保带宽对数变换，由正向保带宽对数变换和反向保带宽对数变换组成，所述对数变换的底数为1.02198395689；若AL<127.5，则先进行反向保带宽对数变换，再进行正向保带宽对数变换；否则，则先进行正向保带宽对数变换，再进行反向保带宽对数变换；步骤3：对双向保带宽对数变换后的图像进行取整变换；图像进行双向保带宽对数变换后，图像的灰度/色度值变为实数，不能满足图像显示的要求，因此需要进行取整变换，将图像的灰度/色度值变为整数。取整变换采用四舍五入的方式。步骤4：输出图像。所述正向保带宽对数变换按以下方式进行：步骤一：对需变换的图像f(x,y)进行右移变换，得到右移变换后的图像F(x,y)；所述右移变换按下式进行：F(x,y)＝SHIFTR1[f(x,y)]＝f(x,y)+1其中，SHIFTR1[·]表示沿x轴右移1位的移位算符；F(x,y)，f(x,y)为整数矩阵；f(x,y)中元素的值域为0～255，F(x,y)中元素的值域变为1～256；步骤二：将右移变换后的图像F(x,y)进行正向对数变换，得到正向对数变换后的图像所述正向对数变换按下式进行：其中，LOGa[·]表示取以a为底的对数的算符；是实数矩阵；a＝1.02198395689。所述反向保带宽对数变换按以下方式进行：步骤一：对需变换的图像f(x,y)进行补变换，获得补图像Ψ(x,y)；所述补变换按下式进行：Ψ(x,y)＝255-f(x,y)其中，Ψ(x,y)，f(x,y)为整数矩阵，两整数矩阵中元素的值域均为0～255；步骤二：对补图像Ψ(x,y)进行右移变换，得到右移变换后的图像F1(x,y)；所述右移变换按下式进行：F1(x,y)＝SHIFTR1[Ψ(x,y)]＝Ψ(x,y)+1其中，SHIFTR1[·]表示沿x轴右移1位的移位算符；F1(x,y)为整数矩阵，元素的值域变为1～256；步骤三：将右移变换后的图像F1(x,y)进行正向对数变换，得到正向对数变换后的图像所述正向对数变换按下式进行：其中，LOGa[·]表示取以a为底的对数的算符；是实数矩阵；a＝1.02198395689；步骤四，对按步骤一进行补变换，得到正图像。所述正图像是相对于补图像而言。未经过补变换的图像，认为是正图像，对补图像再次进行补变换，得到的也是正图像。一般的数字图像的像素的灰度/色度在0～255间取值(所谓8位系统)，0的对数表示不确定性，所以在做对数变换前需对图像灰度/色度谱进行右移变换，以消除对数变换的不确定性。右移变换后，图像的灰度/色度值的取值范围从0～255变为1～256。沿x轴的正向的对数变换称为正向对数变换。正向对数变换有增加灰度/色度谱低端(图像暗区)对比度的功能。沿x轴的负向的对数变换称为反向对数变换。反向对数变换有增加灰度/色度谱高端(图像亮区)对比度的功能。由于补图像的正向对数变换等效于原图像的反向对数变换，因此，图像的反向对数变换可以用其补图像的正向对数变换实现，以提高灰度/色度谱高端(图像亮区)的对比度。对数变换后的图像的灰度/色度谱的带宽随对数底数a的变而变化。在作对数变换时，取底数a＝1.02198395689，是实现保带宽的决定因素。下表给出了a取值不同时，M＝Loga256及带宽的不同结果：从上表中可以看出，a＝1.02198395689是一个特殊的对数底数，右移变换后图像在以此为底的对数变换后，低端对比度提升，自动产生了左移一位的操作，灰度/色度谱还原成原带宽0～255。图像的以a＝1.02198395689为底的特殊对数变换，称为保带宽对数变换。保持0～255的最大带宽就提供了具有最大对比度的可能性。本发明的显著效果是：利用标准化变换、平均亮度计算、右移变换、由正向对数变换和反向对数变换组成的双向对数变换、由选择对数的底数实现的保带宽变换这几种方法，对照度不均的图像进行了很好的增强作用。该方法不仅具有增强暗区对比度和亮区对比度的优点，增强效果明显，而且背景保留良好，完全无光晕现象，使图像质量得到整体增强。附图说明图1本发明的流程图；图2(a-1)、(b-1)、(c-1)是实施例1中的源图像；图2(a-2)、(b-2)、(c-2)分别是图2(a-1)、(b-1)、(c-1)经自适应双向保带宽对数变换方法变换后的图像；图2(a-3)、(b-3)、(c-3)是图2(a-1)、(b-1)、(c-1)经Zadeh-X(见中国发明专利《底层图像挖掘中获取最佳质量图像的方法》，公开号:CN101419707)方法增强后的图像。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。实施例1：如图1所示的流程：一种照度不均图像增强的自适应双向保带宽对数变换方法，包括下列步骤：步骤1：输入照度不均的图像，并对该图像进行标准化变换，得到标准化变换后图像；标准化变换的方法参见《标准化图像的生成方法》(公开号：CN102800062A)。步骤2：计算标准化变换后图像的平均亮度AL，并根据AL的值对该图像进行双向保带宽对数变换：平均亮度AL是本发明的自适应参数；所述双向保带宽对数变换，由正向保带宽对数变换和反向保带宽对数变换组成，所述对数变换的底数为1.02198395689；若AL<127.5，则先进行反向保带宽对数变换，再进行正向保带宽对数变换；否则，则先进行正向保带宽对数变换，再进行反向保带宽对数变换。所述正向保带宽对数变换按以下方式进行：步骤一：对需变换的图像f(x,y)进行右移变换，得到右移变换后的图像F(x,y)；所述右移变换按下式进行：F(x,y)＝SHIFTR1[f(x,y)]＝f(x,y)+1其中，SHIFTR1[·]表示沿x轴右移1位的移位算符；F(x,y)，f(x,y)为整数矩阵；f(x,y)中元素的值域为0～255，F(x,y)中元素的值域变为1～256；步骤二：将右移变换后的图像F(x,y)进行正向对数变换，得到正向对数变换后的图像所述正向对数变换按下式进行：其中，LOGa[·]表示取以a为底的对数的算符；是实数矩阵；a＝1.02198395689。所述反向保带宽对数变换按以下方式进行：步骤一：对需变换的图像f(x,y)进行补变换，获得补图像Ψ(x,y)；所述补变换按下式进行：Ψ(x,y)＝255-f(x,y)其中，Ψ(x,y)，f(x,y)为整数矩阵，两整数矩阵中元素的值域均为0～255；步骤二：对补图像Ψ(x,y)进行右移变换，得到右移变换后的图像F1(x,y)；所述右移变换按下式进行：F1(x,y)＝SHIFTR1[Ψ(x,y)]＝Ψ(x,y)+1其中，SHIFTR1[·]表示沿x轴右移1位的移位算符；F1(x,y)为整数矩阵，元素的值域变为1～256；步骤三：将右移变换后的图像F1(x,y)进行正向对数变换，得到正向对数变换后的图像所述正向对数变换按下式进行：其中，LOGa[·]表示取以a为底的对数的算符；是实数矩阵；a＝1.02198395689；步骤四，对按步骤一进行补变换，得到正图像。所述正图像是相对于补图像(或称为负图像，负像，负片)而言。未经过补变换的图像，认为是正图像，对补图像再次进行补变换，得到的也是正图像。步骤3：对双向保带宽对数变换后的图像进行取整变换；取整变换采用四舍五入的方式。步骤4：输出图像。下表列出了图(a-1)、(b-1)、(c-1)以及它们经自适应双向保带宽对数变换方法变换后图像(a-2)、(b-2)、(c-2)平均信息熵AIE，平均对比度AC，平均亮度AL，图像质量评价函数CAF，以上参数的计算可以参见发明专利《彩色图像质量评价方法》(公开号：CN101650833B)：图像名ALACAIECAF图(a-1)20.97681.44265.25932.2911图(a-2)125.04482.79615.06809.4114图(b-1)55.40952.33096.10549.6815图(b-2)106.44653.33535.874411.9728图(c-1)198.27023.98925.829815.6336图(c-2)138.46684.63235.283216.7722从上表中可以看到，源图像(a-1)、(b-1)的平均亮度AL均<127.5，因此采用先反向后正向的保带宽对数变换。变换后，基本参数两升(AC，AL)一降(AIE)。图像视觉质量增强，是自然过程(图像质量退化，如噪声污染，模糊，使AIE增加)的逆过程，AIE应该减少而不能增加。图像视觉质量评价参数(CAF)升高，提示总的视觉质量增加。从图2中也可以看出，采用Zadeh-X方法增强后的图像有光晕现象(图(a-3)尤明显)，暗区增强不足，背景消失(图(b-3)尤明显)。自适应双向保带宽对数变换方法变换后图像(图(a-2)和图(b-2))暗区对比度和亮度增强明显，背景保留良好，完全无光晕现象，整体图像质量明显增强。如上表所示，源图像(c-1)的平均亮度AL>127.5，属于高亮度(AL＝198.2702)照度不均图像。因此需要采用先正向后反向的保带宽对数变换，变换后，图像的信息是减少的(信息熵从源图像的5.8298，减至自适应双向保带宽对数变换方法变换后图像的5.2832)，因为这是逆自然过程。变换结果图像视觉质量评价参数(CAF)升高(15.6336/16.7722)，提示总的视觉质量增加。亮度是减少的(198.2702/138.4668)，趋近于理想值127.5。图2(c-3)中所示图像有明显光晕现象，亮区增强不足，对比度低。图2(c-2)明显背景对比度增强，完全无光晕现象，整体图像质量增强。当前第1页1 2 3