基于直方图均衡的彩色图像增强处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及彩色图像（Color Image)的图像处理技术，具体涉及一种基于直方图 均衡的彩色图像增强处理方法，属于数字图像处理领域。
【背景技术】
[0002] 在图像处理和计算机视觉领域，图像处理技术是提高图像质量，达到最优图像显 示效果的关键技术。图像的增强技术是一个已经被大量研究，而且仍需进一步研究的重要 方向。
[0003] 图像增强的目的是增强图像中的有用信息，改善图像的视觉效果，针对给定图像 的应用场合，有目的地强调图像的整体或局部特性，将原来不清晰的图像变得清晰或强调 某些感兴趣的特征，扩大图像中不同物体特征之间的差别，改善图像质量、丰富信息量，加 强图像判读和识别效果。图像增强的应用范围非常广泛，比如在低光照条件下获得的图像， 直接在屏上显示时效果比较差，甚至会产生图像失真。所以原图像在屏幕上显示之前，需要 经过一定的对比度增强处理。
[0004] 常见的彩色空间有，RGB、YUV/YCbCr、HSV/HSI/HSL等等。RGB色彩模式是工业界 的一种颜色标准，是通过对红（R)、绿（G)、蓝（B)三个颜色通道的变化以及它们相互之间的 叠加来得到各式各样的颜色的，是目前运用最广的颜色系统之一，缺点是该空间并不直接 包含色调、色度等信息。YCbCr/YUV通常会应用于影片的影像连续处理，或是数字摄影系统 中，Y为颜色的亮度（Iuma)成分，而Cb和Cr则为蓝色和红色的浓度偏移量成份。其色彩 空间的主要优点在于它的亮度信号Y和色度信号Cb、Cr是分离的，如果只有Y信号分量而 没有Cb、Cr分量，那么这样表示的图像就是黑白灰度图像。缺点是也并无直接的色调信息。 HSV/HSI/HSL空间反映了人的视觉系统感知色彩的方式，以色调、饱和度和强度三种基本特 征量来感知颜色。色调H(Hue)与光波的波长相关，它表示人的感官对不同颜色的感受，如 红色、绿色、蓝色等。饱和度S(Saturation)表示颜色的纯度，饱和度越大，颜色看起来就会 越鲜艳，反之亦然。亮度V/I/L对应成像亮度和图像灰度，是颜色的明亮程度。HSI模型的 建立基于两个重要的事实：亮度分量与图像的彩色信息无关；H和S分量与人感受颜色的方 式是紧密相连的，这些特点使得HSV/I/L模型非常适合彩色特性检测和分析。但是HSV/I/ L无法直接应用到影像系统中。
[0005] 彩色图像对比度增强一般的方法是在HSV/I/L空间保持色调H不变，对亮度信息 V/I/L进行最常见的灰度图像增强方法--直方图均衡（Histogram Equalization)。直方 图均衡化处理的"中心思想"是把原始图像的灰度直方图从比较集中的某个灰度区间变成 在全部灰度范围内的均匀分布，直方图均衡化就是对图像进行非线性拉伸，重新分配图像 像素值，使一定灰度范围内的像素数量大致相同，把给定图像的直方图分布改变成直方图 "均匀"分布。这样图像能够达到亮度上的对比度增强，但是缺少色度上的对比度增强。
[0006] 鉴于以上所述，提供一种能在分离空间对图像亮度进行增强，同时对图像色度的 对比度进行增强的图像处理方法实属必要。
【发明内容】
[0007] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于直方图均衡的彩 色图像增强处理方法，用于解决现有技术中图像增强能够达到亮度上的对比度增强，但是 缺少色度上的对比度增强的问题。
[0008] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于直方图均衡的彩色图像增 强处理方法，所述处理方法包括步骤：
[0009] 步骤1)，将原图像转换到YCbCr色彩空间，得到原图像中每个像素点的亮度Y分 量、蓝色色度Cb分量及红色色度Cr分量；
[0010] 步骤2)，统计亮度Y分量方向的直方图，并对所述直方图进行阈值分割；
[0011] 步骤3)，基于阈值分割点对Y分量方向的直方图进行局部直方图均衡；
[0012] 步骤4)，建立色偏坐标系，所述色偏坐标系的横坐标为Cb-A，纵坐标为Cr-B，当Cb =A且Cr = B时，使得像素所对应的RGB值中R、G、B的值相等；
[0013] 步骤5)，提供一预设阈值，统计像素点到原点的距离f(Cb，Cr)的直方图，并对 f(Cb，Cr)大于预设阈值的直方图部分，进行直方图均衡；
[0014] 步骤6)，将所有像素从YCbCr色彩空间转换到所需的色彩空间，得到新的图像。
[0015] 作为本发明的基于直方图均衡的彩色图像增强处理方法的一种优选方案，步骤2) 的阈值分割方法采用高亮度保持算法，阈值分割点X通过如下公式确定：
[0017] 其中，xmin和xmax分别为灰度值的最小值和最大值，xmid为所有灰度值的中值。
[0018] 作为本发明的基于直方图均衡的彩色图像增强处理方法的一种优选方案， 步骤3)采用的局部直方图均衡的方法为：根据图像直方图，将灰度区间分成η段 [X1, Y1]，[X2, Y2]，... [Xn，Yn]，像素之间的对应关系为：
[0020] 其中，m为XJ5Zf在的区间序号，m、η均为整数且m彡η。
[0021] 作为本发明的基于直方图均衡的彩色图像增强处理方法的一种优选方案，步骤4) 中，当Cb = 128且Cr = 128时，像素所对应的RGB值中R、G、B的值相等，该像素无色偏，只 包含灰度信息，故采用色偏坐标系的横坐标为Cb-128,纵坐标为Cr-128,使得所述色偏坐 标系的原点无色偏。
[0022] 进一步地，步骤5)中，像素点到原点的距离f(Cb，Cr)由公式
确定。
[0023] 作为本发明的基于直方图均衡的彩色图像增强处理方法的一种优选方 案，步骤5)采用的直方图均衡的方法为：根据图像直方图，将灰度区间分成η段 [X1, Y1]，[X2, Y2]，... [Xn，Yn]，像素之间的对应关系为： LlN 丄UO丄(654/40 Λ 1VJ ?V 〇 JA
[0025] 其中，m为XJ5Zf在的区间序号，m、η均为整数且m彡η。
[0026] 作为本发明的基于直方图均衡的彩色图像增强处理方法的一种优选方案，步骤6) 中像素从YCbCr色彩空间转换到所需的色彩空间的方法为：若f(Cb，Cr)不大于预设阈值， 则Y，Cb，Cr不变；若f(Cb，Cr)大于预设阈值，则Y映射到新的值，保持色调不变，Cb和Cr 映射到新的值。
[0027] 作为本发明的基于直方图均衡的彩色图像增强处理方法的一种优选方案，所述预 设阈值的取值范围为5-10。
[0028] 如上所述，本发明的基于直方图均衡的彩色图像增强处理方法，具有以下有益效 果：本发明可以通过在YCbCr色彩空间对亮度以及在色偏坐标系中对像素点到原点距离 f(Cb，Cr)分别进行直方图均衡。与现有的其他图像增强处理方法相比，本发明不仅仅能够 增强亮度的对比度，也能够增强色度上的对比度；本发明的图像增强处理方法简单高效，适 合应用于便携式显示设备的图像处理；而且运行速度较快，能够应用于实时系统的视频处 理；最后本发明还易于硬件化，便于集成到专用集成图像处理芯片当中。
【附图说明】
[0029] 图1显示为本发明的基于直方图均衡的彩色图像增强处理方法的色偏坐标系的 示意图，其中，该色偏坐标系的横坐标为Cb-128,纵坐标为Cr-128。
[0030] 图2显示为本发明的基于直方图均衡的彩色图像增强处理方法的色偏坐标系中， 不同角度α情况下色调与Y&&f(Cb，Cr)的关系示意图。
[0031] 图3显示为本发明的基于直方图均衡的彩色图像增强处理方法的步骤流程示意 图。
【具体实施方式】
[0032] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书 所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实 施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离 本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0033] 请参阅图1~图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明 本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数 目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其 组件布局型态也可能更为复杂。
[0034] 如图1~图3所示，本实施例提供一种基于直方图均衡的彩色图像增强处理方法， 所述处理方法包括步骤：
[0035] 如图1所示，首先进行步骤1)，将原图像转换到YCbCr色彩空间（一般比较常见的 图像空间如RGB色彩空间），得到原图像中每个像素点的亮度Y分量、蓝色色度Cb分量及红 色色度Cr分量。
[0036] 如图1所示，然后进行步骤2)，统计亮度Y分量方向的直方图，并对所述直方图进 行阈值分割。
[0037] 在本实施例中，所述阈值分割方法采用高亮度保持（brightness-preserving)算 法，阈值分割点X通过如下公式确定：
[0039] 其中，xmin和xmax分别为灰度值的最小值和最大值，