线阵相机高速采集图像的增强方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及图像处理方法，具体涉及一种线阵相机高速采集图像的增强方法。
【背景技术】
[0002] 目前，在相机成像过程中为解决曝光不足问题人们首先会选择大光圈的镜头，但 使用大光圈时通常景深很小，调焦需要十分精细，否则采集的图像十分模糊，而小景深不能 反映图像的深度信息，会降低视觉测量的精度；另外，大光圈镜头通常体积大，重量大，而且 价格昂贵。
[0003] 其次，部分人们也会选择机器视觉光源给扫描目标适当补光，但是由于机器视觉 光源必须具有光照的均匀性、光照强度的可控、照射区域，照射距离等重要特性，目前市场 上的机器视觉光源都是针对近距离的光源而且它的价格昂贵。
[0004] 除此之外，提升感光器C⑶或CMOS的感光度（ISO)也可以图像改善曝光不足的问 题，但是ISO数值越大，最后成像中的颗粒状就越明显，图像中的噪声也就越大。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种线阵相机高速采集图像的增强方 法，其通过扩展扫描图像的灰度分布的概率密度解决了扫描图像曝光不足的问题。
[0006] 为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
[0007] 提供一种线阵相机高速采集图像的增强方法，其包括以下步骤：
[0008] 获取线阵相机采集的扫描图像；
[0009] 计算扫描图像灰度分布的概率密度；
[0011] 其中，P(k)为第k级灰度分布的概率密度，L为灰度等级的级数，k为在L个灰度 等级中的任一灰度等级，叫为扫描图像中第k级灰度的像素个数，N为扫描图像中灰度的总 数；
[0012] 扩展灰度分布的概率密度：
[0014] 其中，Pq(k)为第k个灰度等级扩展后的概率密度；P_为扫描图像灰度分布的概 率密度的最大值，q为灰度概率密度分布的因子；
[0015] 根据直方图均衡化原理，对扫描图像的灰度进行增强：
[0017] 其中，F(k)为扫描图像增强后的灰度。
[0018] 为了解决这个技术问题，与上述第一方面相结合，本发明的第二方面在于提供一 种线阵相机高速采集图像的增强方法，扩展灰度分布的概率密度的灰度等级与根据直方图 均衡化原理，对扫描图像的灰度进行增强之间进一步包括：
[0019] 比较扩展后的概率密度与预先设定阀值：
[0020] 当扩展后的概率密度大于预先设定阀值时，令扩展后的概率密度等于预先设定阀 值。
[0021] 本发明的有益效果为：由于线阵相机高速旋转采集的扫描图像，背景色所属灰度 级的概率密度往往为概率密度中的最大值，也即Pnax，扫描图片中的前景色所属灰度级的概 率密度均小于Pniax，通过扩展灰度分布的概率密度时，q越小，使扫描图像中小于Pniax的概率 密度经扩展后的概率密度增加越快，而概率密度等于P_的则保持不变，从而增强了扫描图 片前景色的对比度，抑制了扫描图片的背景色，实现扫描图像曝光的补偿。
【附图说明】
[0022] 图1为线阵相机高速采集图像的增强方法一个实施例的流程图。
[0023] 图2为线阵相机高速采集的扫描图像。
[0024] 图3为采用本方案增强方法对线阵相机高速采集的扫描图像进行处理后的图像。
【具体实施方式】
[0025] 下面对本发明的【具体实施方式】进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发 明，但应该清楚，本发明不限于【具体实施方式】的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲， 只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易 见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
[0026] 本【具体实施方式】选取在室外、天气阴、摄影距离为25m的成像环境下，采用线阵相 机高速采集的扫描图像（参考图2)进行增强处理。
[0027] 参考图1，图1示出了线阵相机高速采集图像的增强方法一个实施例的流程图，如 图1所示，该线阵相机高速采集图像的增强方法包括以下步骤：
[0028] 获取线阵相机采集的扫描图像（参考图2,在室外、天气阴、摄影距离为25m的成像 环境下，采用线阵相机高速采集的扫描图像）；
[0029] 计算扫描图像灰度分布的概率密度；
[0031] 其中，P(k)为第k级灰度分布的概率密度，L为灰度等级的级数，k为在L个灰度 等级中的任一灰度等级，叫为扫描图像中第k级灰度的像素个数，N为扫描图像中灰度的总 数；
[0032] 扩展灰度分布的概率密度：
[0034] 其中，Pq(k)为第k个灰度等级扩展后的概率密度；P_为扫描图像灰度分布的概 率密度的最大值，q为灰度概率密度分布的因子；
[0035] 由于线阵相机高速旋转采集的扫描图像，背景色所属灰度级的概率密度往往为概 率密度中的最大值，也即？_，扫描图片中的前景色所属灰度级的概率密度均小于？_，通过 扩展灰度分布的概率密度时，q越小，使扫描图像中小于Pniax的概率密度经扩展后的概率密 度增加越快，而概率密度等于P_的则保持不变。
[0036] 根据直方图均衡化原理，对扫描图像的灰度进行增强：
[0038] 其中，F(k)为扫描图像增强后的灰度。
[0039] 参考图3,采用本方案对图2中的扫描图像进行增强处理之后，建筑物体的对比度 相对于图2得到了大幅度的提高，扫描图像的清晰度明显优于图2。
[0040] 为了进一步改善扫描图像前景色所属灰度级的概率密度，在本发明的一个实施例 中，扩展灰度分布的概率密度的灰度等级与根据直方图均衡化原理，对扫描图像的灰度进 行增强之间进一步包括：
[0041] 比较扩展后的概率密度与预先设定阀值：
[0042] 当扩展后的概率密度大于预先设定阀值时，令扩展后的概率密度等于预先设定阀 值。
[0043] 具体地为，为了进一步增强扫描图像中的前景色，抑制背景色，我们可以设定预先 设定阈值T，对扩展后的概率密度PqGO进行截断，使大于预先设定阈值T的PqGO等于T， 小于等于预先设定阈值T的Pq (k)保持原来值，这样就得到下式：
[0045] 上式使得大于预先设定阈值T的Pq (k)减小到预先设定阈值T，小于或等于预先设 定阈值T的Pq (k)保持不变。据直方图均衡化原理，采用该种方式对扫描图像进一步处理， 改善了灰度分布的概率密度，从而增强了扫描图片前景色的对比度。
[0046] 在本发明的一个实施例中，为了保证扫描图像的处理效果，灰度概率密度分布的 因子q和预先设定阀值T可以根据不同情况进行调整；在一般情况下，灰度概率密度分布的 因子q选用〇. 32,预先设定阀值选用0. 48时，扫描图像的处理效果最好。
【主权项】
1. 线阵相机高速采集图像的增强方法，其特征在于，包括以下步骤： 获取线阵相机采集的扫描图像； 计算所述扫描图像灰度分布的概率密度；其中，P(k)为第k级灰度分布的概率密度，L为灰度等级的级数，k为在L个灰度等级 中的任一灰度等级，~为扫描图像中第k级灰度的像素个数，N为扫描图像中灰度的总数； 扩展所述灰度分布的概率密度：其中，PqGO为第k个灰度等级扩展后的概率密度；P_为扫描图像灰度分布的概率密 度的最大值，q为灰度概率密度分布的因子； 根据直方图均衡化原理，对扫描图像的灰度进行增强：其中，F(k)为扫描图像增强后的灰度。2. 根据权利要求1所述的线阵相机高速采集图像的增强方法，其特征在于，所述扩展 所述灰度分布的概率密度的灰度等级与所述根据直方图均衡化原理，对扫描图像的灰度进 行增强之间进一步包括： 比较扩展后的概率密度与预先设定阀值： 当扩展后的概率密度大于预先设定阀值时，令扩展后的概率密度等于预先设定阀值。3. 根据权利要求2所述的线阵相机高速采集图像的增强方法，其特征在于，所述预先 设定阀值为0.48。4. 根据权利要求1-3任一所述的线阵相机高速采集图像的增强方法，其特征在于，所 述q为0. 32。
【专利摘要】本发明公开了线阵相机高速采集图像的增强方法，其具体包括以下步骤：获取线阵相机采集的扫描图像；计算所述扫描图像灰度分布的概率密度；k＝0,…,L-1，L＝2,…,4096；扩展所述灰度分布的概率密度：0＜q＜1；根据直方图均衡化原理，对扫描图像的灰度进行增强：<maths num="0001"></maths>k＝0,…,L-1，L＝2,…,4096。
【IPC分类】G06T5/00
【公开号】CN105046669
【申请号】CN201510510664
【发明人】杨超, 甘志超, 张振伟, 陶青川, 阎炎, 叶重阳
【申请人】中国航空工业集团公司北京长城航空测控技术研究所, 中航高科技发展有限公司, 中航高科智能测控有限公司
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年8月19日