一种参数优化的低照度图像增强方法与流程

本发明涉及图像处理技术领域，特别涉及一种参数优化的低照度图像增强方法。

背景技术：

随着移动互联网的发展，图像信息已经逐步取代文本信息成为新的通信媒介。图片，视频逐步成为新的沟通，娱乐方式，与之相关的vr技术更是产业界与学术界的新宠。图像识别，目标跟踪，人脸识别，运动目标检测等多种机器视觉算法越发成为研究热点，而良好的图像效果恰恰是这一切的前提和关键。

图像更是视觉的基础，是人类获取和利用视觉信息的主要途径和手段。现实生活中存在各种各样的因素影响着视觉系统的成像质量，导致通过成像设备获取的图像产生一定程度的退化，例如光学透镜、光电传感器的非线性、图像散焦模糊、相机运动带来的模糊等。对于大多数视觉系统而言，光照条件的不均衡是造成图像质量下降的重要原因，其中能见度较低出现最为频繁且分布区域广泛。低能见度，环境光不均衡是导致户外视觉系统成像质量变差的主要因素，使得图像质量严重退化，影响图像信息的获取。

图像视频设备大多采用cmos图像传感器芯片，视频拍摄由于数字存储的限制只能存放256种灰度量级，远远达不到人眼上万的动态范围。现有技术中对低照度图像增强通常采用的是的去雾反转的方式。但是现有技术中去雾反转需要低照度图像进行反转-去雾-反转的过程，其中去雾过程选择天空亮度参数以及透射率需要大量的计算，其计算过程非常复杂。

因此，需要一种能够能够简化透射率计算，并保证图像增强效果的参数优化的低照度图像增强方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种参数优化的低照度图像增强方法，所述图像增强方法包括：

a)获取低照度图像r(x)，建立所述低照度图像r(x)与增强图像e(x)的增强函数e(x)-(225-a)＝(r(x)-(225-a))/t(x)，其中x为图像中的坐标点，a为天空亮度参数，t(x)为低照度图像r(x)到增强图像e(x)的放大倍数；

b)归一化低照度图像r(x)的灰度图像g(x)，得到低照度图像r(x)的归一化灰度图像gray；

c)构造所述低照度图像r(x)到增强图像e(x)的放大倍数t(x)与所述归一化灰度图像gray的线性相关函数t(x)＝f(w,g(x))，其中w为修正因子；

d)选取天空亮度参数a＝255，线性相关函数t(x)＝f(w,gray)，得到优化增强函数e(x)＝r(x)/t(x)＝r(x)/f(w,gray)；

e)由优化增强函数e(x)＝r(x)/t(x)＝r(x)/f(w,gray)对低照度图像增强，得到增强图像e(x)。

优选地，低照度图像r(x)到增强图像e(x)的放大倍数t(x)与归一化灰度图像gray的线性相关函数满足：

t(x)＝f(w,gray)＝1-w+gray，

其中w为修正因子，gray为低照度图像r(x)的归一化灰度图像。

优选地，所述低照度图像r(x)的归一化灰度图像gray满足：

gray＝(0.299*r+0.587*g+0.114*b/255)

其中，r、g、b为图像rgb三通道的分量值。

优选地，所述低照度图像r(x)的数字信号采用最小化传输差分信号输入；得到的所述增强图像e(x)采用最小化传输差分信号输出。

优选地，对得到的所述增强图像e(x)信号通过导向滤波的方法进行降噪。

优选地，所述导向滤波的方法使用g通道作为引导图像。

优选地，所述导向滤波的计算逻辑为：

输入一行增强图像e(x)信号的数据，根据滤波器半径，延时m个像素时钟信号；

将每m个相邻像素相加，存入不同行的块随机存储器中，对不同行的块随机存储器中相同位置的像素值相加输出。

本发明提供的一种参数优化的低照度图像增强方法，采用低照度图像的灰度图代替反转后的灰度图，简化了透射率的计算，使增强图像的计算过程大大降低，能够有效地将低照度图像较清晰的还原。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1示意性示出了现有技术中去雾反转的低照度图像增强方法流程图；

图2示出了本发明优化参数的低照度图像增强方法的流程图；

图3示出了本发明导向滤波计算逻辑流程图；

图4示出了本发明低照度图像与增强图像的对比图。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤，除非另有说明。

下面通过具体的实施例对本发明的内容进行详细的说明，本发明提供的一种参数优化的低照度图像增强方法，在去雾反转图像增强的基础上进行参数优化。实施例中以夜视效果下采用的是红外摄像模式采集出来的图像为例进行说明，但是应当理解本发明还可以应用于包括但不限以下的情形：安防领域的现代摄像头、行车记录仪夜间工作模式以及传统相机的逆光拍照等。为了使本发明的内容更加清晰的得以说明，首先对现有技术中的去雾反转的低照度图像增强方法进行阐释，如图1所示现有技术中去雾反转的低照度图像增强方法流程图，具体地，去雾反转的低照度图像增强包括如下步骤：

s101、获取低照度图像，通过摄像头获取在光照较低环境下的图像，获得低照度图像r(x)。

s102、低照度图像反转，对低照度图像r(x)进行反转，得到反转的灰度图像i(x)＝255-r(x)，本领域技术人员应当理解，此时的灰度图i(x)与雾天环境下得到的图像接近。

s103、去雾处理，对反转得到的灰度图像i(x)进行去雾处理，对为大气光成分a和透射率t(x)进行计算，得到复原图像

s104、图像反转，将复原图像j(x)再次反转e(x)＝255-j(x)。

s105、经过再次反转得到增强图像e(x)。

上述现有技术中的低照度图像增强方法，为得到复原图像需要繁琐大量的计算。

根据本发明，本实施例通过在去雾反转的基础上提出的一种参数优化的低照度图像增强方法，实现对低照度图像增强。如图2所示本发明优化参数的低照度图像增强方法的流程图，具体地，参数优化的低照度图像增强方法包括如下步骤：

s201、建立低照度图像与增强图像的增强函数。获取低照度图像r(x)，建立所述低照度图像r(x)与增强图像e(x)的增强函数e(x)-(225-a)＝(r(x)-(225-a))/t(x)，其中x为图像中的坐标点，a为天空亮度参数，t(x)为低照度图像r(x)到增强图像e(x)的放大倍数。

s202、归一化低照度图像的灰度图像。归一化低照度图像r(x)的灰度图像g(x)，得到低照度图像r(x)的归一化灰度图像gray，优选地，低照度图像r(x)的归一化灰度图像gray满足：

gray＝(0.299*r+0.587*g+0.114*b/255)

其中，r、g、b为图像rgb三通道的分量值。

s203、构造低照度图像到增强图像的放大倍数与归一化灰度图像的线性相关函数。构造低照度图像r(x)到增强图像e(x)的放大倍数t(x)与低照度图像r(x)的归一化灰度图像gray的线性相关函数t(x)＝f(w,g(x))，其中w为修正因子。

优选地，低照度图像r(x)到增强图像e(x)的放大倍数t(x)与归一化灰度图像gray的线性相关函数满足：

t(x)＝f(w,gray)＝1-w+gray，

其中w为修正因子，gray为低照度图像r(x)的归一化灰度图像。

s204、优化增强函数。选取天空亮度参数a＝255，线性相关函数t(x)＝f(w,gray)，得到优化增强函数e(x)＝r(x)/t(x)＝r(x)/f(w,gray)。

s205、得到增强图像。由优化增强函数e(x)＝r(x)/t(x)＝r(x)/f(w,gray)对低照度图像增强，得到增强图像e(x)。

在一些实施例中，步骤s203中低照度图像r(x)到增强图像e(x)的放大倍数t(x)在有雾条件下为透射率，投射率越小，雾越浓。

在另一些实施例中，步骤s203中低照度图像r(x)到增强图像e(x)的放大倍数t(x)在夜间低照度下为周围光照情况，t(x)越小，周围光照越低。

根据本发明，本实施例中，归一化低照度图像r(x)的灰度图g(x)，得到低照度图像r(x)的归一化灰度图像gray。通过低照度图像r(x)归一化灰度图像gray求解低照度图像r(x)到增强图像e(x)的放大倍数t(x)，使求解过程中省去了为获得反转的灰度图像求解透射率的反转过程，并且有效地对低照度图像实现了增强。

优选地，本实施例中低照度图像r(x)的数字信号采用最小化传输差分信号输入；得到的增强图像e(x)采用最小化传输差分信号输出。

根据本发明，实施例中对得到的增强图像e(x)信号通过导向滤波的方法进行降噪，优选地导向滤波的方法使用g通道作为引导图像。实施例中导向滤波的计算逻辑为：

输入一行增强图像e(x)信号的数据，根据滤波器半径，延时m个像素时钟信号；

将每m个相邻像素相加，存入不同行的块随机存储器中，对不同行的块随机存储器中相同位置的像素值相加输出。

下面对导向逻辑的详细过程进行说明，如图3所示本发明导向滤波计算逻辑流程图，本实施例以滤波器半径r＝5为例，则供需要存放11行的块随机存储器，具体地：

s1、首先输入一行增强图像信号的数据a1、a2、...、a12，根据滤波器半径r＝5，延时11个像素时钟信号。

s2、将每11个相邻像素相加，即将a1+...+a11、a2+...+a12、...、a12+...+a22。将相加后的像素存入不同行的块随机存储器，即将相加后的像素分别存入11行块随机存储器中的line1、line2、...、line11，将不同行的块随机存储器中相同位置的像素值相加输出，即11行块随机存储器line1、line2、...、line11中相同的部分(a和b位置)的像素相加，由d_out输出。应当理解，不同行的块随机存储器中相同位置的像素值相加，并不仅仅是对a和b位置的像素相加，应当是不同行的块随机存储器中所有相同位置的像素值均相加后输出。

如图4所示本发明低照度图像与增强图像的对比图，其中(a)为原始的低照度图像；(b)为本实施例中通过本发明方法得到的增强图像。本发明所提供的一种参数优化的低照度图像增强方法，使用低照度图像的灰度图像代替反转的灰度图像，省去了图像反转的过程，在有效地降低图像增强过程的同时，能够清晰的将低照度图像还原，降低了对内存的占用。

本发明提供的一种参数优化的低照度图像增强方法，采用低照度图像的灰度图代替反转后的灰度图，简化了透射率的计算，使增强图像的计算过程大大降低，能够有效地将低照度图像较清晰的还原。

本发明参数优化的低照度图像增强方法，并结合导向滤波滤去除图像噪声。能够实时、快速处理，不需要占用过多内存，并且使低照度图像较清晰的还原，较好的提升图像质量。

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。