一种针对密闭实验箱中特殊光照条件下的色偏校正方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种在偏红偏暗光源下图像色偏校正的方法，适用于计算机图像处理 领域，特别适用于空间生命科学图像处理领域。
【背景技术】
[0002] 空间密闭实验箱内为满足植物正常的生长发育，需要白色和红色光源，在特殊的 光照条件下，只有对拍摄的图片进行特殊处理，才能达到良好的视觉效果，空间生命科学研 究才得以顺利进行。
[0003] 目前，用于色偏校正的技术已经相当成熟，其中有直方图均衡法，Garmma校正算 法，Retinex方法等。但这些方法各有局限性，直方图均衡法能够整体提高图像的对比度， 对于黑白图像能够起到较好的效果，但对于彩色图像，对R、G、B三通道分别直方图均衡，由 于忽略了各颜色通道的相关性，最后处理的结果会出现严重的色偏现象；Garmma校正算法 也能非线性地调整整幅图像的对比度，但对于彩色图像来说，只能做小幅度的调整，否则会 出现色偏现象；色彩空间转换法将RGB色彩空间转换到其他的色彩空间（HSV色彩空间）进 行处理，其中，H分量代表图像色调，S分量代表图像饱和度，V分量代表图像亮度，只对与 色度无关的亮度分量进行校正，因此，能够提高图像的亮度，同时保留较好的彩色信息；视 网膜大脑皮层（Retinex)方法主要是分解出图像的高频部分，由于高频部分主要代表图像 的细节部分，因此该方法对细节保持上很有效，该算法延伸出三种不同类型的算法，单尺度 Retinex算法，多尺度Retinex算法，带色彩恢复的Retinex算法。由于单尺度算法动态范 围压缩较差，在细节保持上不够好，因此，在单尺度Retinex的基础上进行了改进，提出了 多尺度Retinex增强算法，多尺度Retinex细节部分增强较好，但颜色失真，为了解决这个 问题，在多尺度Retinex的基础上引入了带色彩恢复的多尺度Retinex算法，带色彩恢复 的多尺度Retinex算法由于引入了原始图像中三个颜色通道之间的比例关系，在一定程度 上能够保持图像色彩，但是，该算法较复杂，而且算法中的参数不易确定。因此，转换到其他 颜色空间进行处理，只对与色度无关的分量进行校正，才能保留图像的色彩信息，是色偏校 正所需要的关键一步。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于解决空间密闭植物培养箱中特殊光源下的图像偏红偏暗现象， 该处理方法能够使图像更真实、自然，具有良好的视觉效果。
[0005] -种针对密闭实验箱中特殊光照条件下的色偏校正方法的处理步骤为：
[0006] (1)、在具有特殊光照条件的密闭植物培养箱中读取一幅图像；
[0007] (2)、比较图像每个像素中R、G、B三通道灰度值大小，对于像素中G通道灰度值最 大或者B通道灰度值最大的像素不作处理，其余像素各通道的灰度值均设为该像素处的G 通道的灰度值；
[0008] (3)、把步骤（2)处理后的图像与（1)中的图像对应像素相加求均值；
[0009] (4)、把步骤（3)中的图像转换到HSV颜色空间处理；
[0010] (5)、对步骤（4)中的V分量，即亮度分量进行直方图均衡化操作；
[0011] (6)、对步骤（5)处理后的V分量进行多尺度Retinex算法处理，即三个单尺度 Retinex算法加权求和得W (X，y):
[0013] 式中：(X，y)为V分量像素的位置，i为单尺度序列号，CO1为第i个尺度的加权系 数，取 W1= ω 2= ω 3= 1/3 ;Ri(x, y)计算公式为：
[0015] 式中：I(x,y)为（x,y)处V分量值，σ i为第i个尺度的高斯尺度参数，i = 1,2,3 ; 取 σ i= 90，〇 2= 160，〇 3= 10 ;
[0016] (7)、对步骤（6)处理后的图像转换回RGB颜色空间；
[0017] (8)、对步骤（7)处理后的图像R、G、B三个通道分别进行相同的Garmma曲线校正， 公式为：
[0019] 其中，I2l(u，v)代表输出图像（u，v)处的像素中第i个通道灰度值，I 11(WV)代表 输入图像（u，V)处像素中第i个通道的灰度值。
[0020] 本发明的优点：
[0021] (1)、本发明减弱了图像的偏红现象，可以减小红色光源对图像质量造成的影响。
[0022] (2)、本发明有效解决了图像的偏暗现象，即使在密闭的暗箱中也能呈现出良好的 视觉效果。
【附图说明】
[0023] 图1为整体处理方法流程图。
[0024] 图2为验证实验结果流程图。
【具体实施方式】
[0025] 本发明对空间密闭实验箱中的植物进行了成像实验，并对所成的图像进行了色偏 校正处理，同时植物旁边放张白纸，以作为对照组，处理结果表明，图像质量有了很大的改 善。图像处理与处理结果验证的具体实施步骤为：
[0026] (1)、在具有特殊光照条件的密闭植物培养箱中读取一幅图像；
[0027] (2)、比较图像每个像素中R、G、B三通道灰度值大小，对于像素中G通道灰度值最 大或者B通道灰度值最大的像素不作处理，其余像素各通道的灰度值均设为该像素处的G 通道的灰度值；
[0028] (3)、把步骤（2)处理后的图像与（1)中的图像对应像素相加求均值；
[0029] (4)、把步骤（3)中的图像转换到HSV颜色空间处理；
[0030] (5)、对步骤（4)中的V分量，即亮度分量进行直方图均衡化操作；
[0031] (6)、对步骤（5)处理后的V分量进行多尺度Retinex算法处理，即三个单尺度 Retinex算法加权求和得W (X，y):
[0033] 式中：（X，y)为V分量像素的位置，i为单尺度序列号，ω i为第i个尺度的加权系 数，取 W1= ω 2= ω 3= 1/3 ;Ri(x, y)计算公式为：
[0035] 式中：1 (X，y)为坐标（X，y)处V分量值，σ i为第i个尺度的高斯尺度参数，i = 1，2, 3 ;取 〇 J= 90，〇 2= 160，〇 3= 10 ;
[0036] (7)、对步骤（6)处理后的图像转换回RGB颜色空间；
[0037] (8)、对步骤（7)处理后的图像R、G、B三个通道分别进行相同的Garmma曲线校正， 公式为：
[0039] 其中，I2l(u，v)代表输出图像（u，v)处的像素中第i个通道灰度值，I 11(WV)代表 输入图像（U，V)处像素中第i个通道的灰度值。
[0040] (9)、分别截取步骤（8)处理后图像的白纸部分与未作处理的原图像的白纸部分；
[0041] (10)、对步骤（9)中的两张白纸图像进行处理，以验证本专利中提出的色偏校正 方法的有效性，处理步骤为：
[0042] (a)、分别对两张白纸图像中像素的R、G、B三通道灰度值两两相减后求绝对值，得 到三组通道灰度值绝对差值；
[0043] (b)、比较这两张白纸图像的相同通道灰度值绝对差值的均值与方差。
【主权项】
1. 一种针对密闭实验箱中特殊光照条件下色偏校正的方法，其特征在于包括以下步 骤： (1) 、在具有特殊光照条件的密闭植物培养箱中读取一幅图像； (2) 、比较图像每个像素中R、G、B三通道灰度值大小，对于像素中G通道灰度值最大或 者B通道灰度值最大的像素不作处理，其余像素各通道的灰度值均设为该像素处的G通道 的灰度值； (3) 、把步骤（2)处理后的图像与（1)中的图像对应像素相加求均值； (4) 、把步骤（3)中的图像转换到HSV颜色空间处理； (5) 、对步骤（4)中的V分量，即亮度分量进行直方图均衡化操作； (6) 、对步骤（5)处理后的V分量进行多尺度Retinex算法处理，S卩三个单尺度Retinex 算法加权求和得W(X，y):式中：(X，y)为V分量像素的位置，i为单尺度序列号，ωi为第i个尺度的加权系数， 取ωι=ω2=ω 3= 1/3 ;Ri(x,y)计算公式为：式中：I(x,y)为（x,y)位置的V分量值，σi为第i个尺度的高斯尺度参数，i= 1, 2, 3 ; 取σ90，〇2= 160，〇 3= 10 ; (7) 、对步骤（6)处理后的图像转换回RGB颜色空间； (8) 、对步骤（7)处理后的图像R、G、B三个通道分别进行相同的Garmma曲线校正，公式 为：其中，I2l(u，v)代表输出图像（u，v)处的像素中第i个通道灰度值，Μ?,ν)代表输入 图像（u，ν)处像素中第i个通道的灰度值。
【专利摘要】本发明公开了一种针对密闭实验箱中特殊光照条件下色偏校正的方法，首先对一幅彩色图像中每个像素R、G、B三通道的灰度值进行比较，对R、G、B三通道中B通道灰度值最大或者G通道灰度值最大的像素不作处理，其余像素R、G、B三通道的灰度值均等于该像素G通道的灰度值，然后把处理后的图像与原图像对应像素相加求均值，获取一幅初步校正后的图像，把校正后的图像转换到HSV颜色空间，对V分量进行直方图均衡增强处理，然后再利用多尺度视网膜大脑皮层理论进一步增强处理，最后转换回RGB颜色空间,并用Garmma曲线对整幅图像稍作调整，最终获取一幅色偏校正后的图像。本发明解决了密闭实验箱中由于光源的限制图像偏色现象，使图像更加真实、自然。
【IPC分类】G06T3/00, G06T7/40
【公开号】CN105303515
【申请号】CN201510606556
【发明人】赵青青, 张涛, 郑伟波, 张永骞, 丁昆, 郑行龙
【申请人】中国科学院上海技术物理研究所
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年9月22日