一种提高图像信息可感知度的图像局部对比度增强方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于图像对比度增强技术领域，具体的说是一种提高图像信息可感知度的 图像局部对比度增强方法。
【背景技术】
[0002] 雾靈等恶劣成像条件或者曝光时间等成像参数设置不合理等原因会使图像对比 度过低，从而使人眼看不清图像中存在的景物。图像增强方法通过增大图像对比度能使图 像中原本看不清的景物被人眼看清。
[0003] 现有的图像增强方法可W粗略地分为两类：全局对比度增强方法和局部对比度增 强方法。全局对比度增强方法通过灰度级映射得到增强图像，具有运算简单快速的特点，具 有代表性的图像增强方法为：线性拉伸和直方图均衡。图像在使用全局对比度增强方法处 理后，在图像中的一些局部区域内，可能会出现部分景物因为对比度增大得不够而人眼看 不清的情况。局部对比度增强方法根据像素所在局部区域的图像信息确定每个像素灰度 值，相对全局对比度增强方法能进一步的增强图像局部对比度。许多局部对比度增强方法 都基于全局对比度增强方法，运些方法把图像分解成许多局部区域，然后在每个区域内使 用全局方法增强图像，并由增强后的局部区域融合得到全幅图像。另外retinex，Unsha^ masking等方法通过凸显图像高频分量使人眼可W更清楚地看清图像细节信息。由于图像 增强过程中像素会与其相邻W及它所在局部区域内其它像素之间灰度大小关系会发生改 变，运些局部图像增强方法都会导致振铃效应等图像失真。Kartic Subr等人提出了 W图像 局部对比度最大为优化目标，并基于贪婪算法的图像增强方法，该方法把图像划分成子区 域，然后在子区域内同比例地线性拉大图像对比度，由于子区域的划分可能会把图像中同 一个景物划分成不同的区域，该方法也不能完全做到图像局部信息保真，另外同比例地增 大像素间灰度差甚至同比例增大像素间灰度差人眼可感知度不利于使图像中所有信息都 被人眼看清。W两对相邻像素为例，其中一对可感知度很大，再增加灰度差可感知度几乎没 有提高，另一对可感知度很小，灰度差的增加会带来明显的可感知度的提高，此时如果灰度 差的增量总和是固定的，则应优先拉大感知度小的相邻像素间灰度差。
[0004] 综上所述，已有的图像局部对比度增强方法都无法在图像局部内做到信息保真， 使图像出现失真情况，即使能在一定程度上做到图像局部信息保真的增强方法，它所采用 的增强策略也不利于图像中所有信息都被人眼看清。
【发明内容】
阳〇化]针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种提高 图像信息可感知度的图像局部对比度增强方法，用于增强各种原因导致的低对比度图像。
[0006] 本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种提高图像信息可感知度的图像 局部对比度增强方法，包括W下步骤，：
[0007] 把图像中的局部相邻像素对分成=类：直接相邻且灰度值不等像素对、不直接相 邻但局部相邻且灰度值不等像素对、局部相邻且灰度值相等像素对，所述直接相邻指的是 对于两个像素其中一个像素在另外一个像素4邻域或者8邻域内，局部相邻指的是对于两 个像素其中一个像素在另外一个像素的指定大小的周围范围内；生成每个像素的状态标志 位，用于标记在计算像素灰度值过程中像素所处的状态；
[0008] 由分类结果中的局部相邻且灰度值相等像素对，找出由局部相邻且灰度值相等像 素对关联起来的像素，构成像素子集；
[0009] 构造人眼可感知度序列V =< V。, Vi, V2,... >，其中V。= 0 ;
[0010] 在局部相邻像素对大小关系人眼感知不倒序约束下，尽量拉大图像中所有直接相 邻且灰度值不等像素对的灰度差，使运些像素对灰度大小关系的人眼可感知度都尽可能拉 大到人眼可W清晰感知的程度：首先由可感知度V。，根据灰度值大小关系从小到大计算得 到灰度图像1。,3, I。,3中所有像素灰度值都为0 ;然后从小到大依次由序列V中的可感知度 Vi,其中可感知度Vi不超过根据需求设定的一个人眼可W清晰感知灰度大小关系的人眼可 感知度阔值Tl,根据像素间灰度大小关系从小到大计算一幅灰度图像Iiii;若存在直接相邻 且灰度值不等的像素对的灰度大小关系人眼可感知度无法拉大到Vi,，则在可感知度Vi下， 根据像素间灰度大小关系从大到小计算一幅灰度图像Ii,2,进而确定由于人眼可感知度无 法进一步拉大的像素对对应的像素的灰度值；
[0011] 对图像根据可感知度Tl做进一步校正，得到增强后的图像。
[0012] 所述对图像的像素对进行分类的步骤为：
[0013] 对图像中所有像素编号，分别用P。、Pb、P。、…表示，其中任意两个像素 P,和Py组 成像素对（Px，Py)，设定其灰度值g y;
[0014] 将像素对组成如下像素对集合：
[001引 a)集合R :图像中所有直接相邻且灰度值不等的像素化此集合中像素对的灰度 差需要在不改变灰度大小关系前提下尽量拉大到人眼可W清晰感知的程度；
[0016] b)集合E :图像中局部相邻且灰度值相等的像素对，此集合中像素灰度差不需要 拉大，只需要在增强图像对比度过程中大小关系人眼感知不倒序；
[0017] C)集合S :图像中不直接相邻但局部相邻且灰度值不相等的像素对，同样此集合 中像素灰度差不需要拉大，只需要在增强图像对比度过程中大小关系人眼感知不倒序。
[0018] 所述生成像素子集的步骤为：
[0019] 图像中每个像素先都独自生成一个像素子集，分别用Pi、P2、Ps.....Pm表示，如果 对任意两个像素子集P。和P b存在一对像素（a, b) G E，其中a G P。，b G Pb,则运两个子集 合并得到新的像素子集Pg^b= PgU Pb,直到不再存在可化合并的像素子集才停止合并，并把 得到的像素子集组成子集的集合L。
[0020] 所述集合E中的像素对必然是由L内同一像素子集内像素组成的，而集合R和S 中的像素对必然是L内不同像素子集间的像素组成的；当子集P。与任意其他子集P。间不存 在像素对（C，a) G S U R，其中C G P。、a G P。且像素 C的灰度值小于像素 a的灰度值，贝U 子集P。为极小值子集；当子集Pb与任意其他子集P。间不存在像素对化，C) G S U R，其中 C G P。、b G Pb而像素 b的灰度值小于像素 C的灰度值时，则子集P b为极大值子集。
[0021] 所述生成像素的状态标志位具体为：
[0022] 建立S个状态标示数组Fl、F2、F3，其中数组元素 Fl[x]、F2[x]和F3[x]表示像素 Px 的状态，Fi[x]用来标示此像素是否因像素对集合R中有部分像素对灰度大小关系人眼可 感知度无法进一步拉大而导致它的灰度值确定下来，其中Fi[x] = 1表示灰度值已经确定， Fi[X] = O表示未确定；每个像素的灰度值需要从多个与它相关的像素灰度值计算而来， F2[x]用来标示是否与它在集合R和S相关的且需要计算的像素都已遍历到，当都已遍历过 则F2[x] = 1，否则F2[x] = O ;F3[x]用来在计算像素灰度值时标示是否运些与他在集合E 相关的像素都已遍历到，当已遍历过则F3[x] = 1，否则F3[x] =0。
[0023] 所述构造人眼可感知度序列V具体为：遍历像素的灰度值取值空间，把所能得到 的人眼可感知度按从小到大排序可W得到人眼可感知度序列V =< V。，Vi, V2,...>，其中 Vo= 0。
[0024] 所述在可感知度Vi下，根据像素间灰度大小关系从小到大计算一幅灰度图像I 1,1 的步骤为：
[00对令在新的图像Ii,冲，像素 P,的灰度值WUi(X)表示；
[0026] d)初始Ii,1为由上一个感知度Vi 1计算得到的图像，即I 1,1= Ii 1,3,保留在可感知 度Vi 1下计算图像时的状态标示数组F 1中的值，清零F 2和F 3,极小值像素子集内的像素状 态标示Fz和F 3置1 ;
[0027] e)遍历所有Fs等于1的像素，W满足P3[a]等于1的像素 P。为例，对任意包含P。 像素对（P。，以G R，其中P。灰度值小于P,灰度值，根据下面可感知度计算公式计算满足 p(Ii,i(a)，g) =Vi的灰度值邑，
[0028]
[0029] 如果g > Ii,i (X)且像素
Px的状态Fl (X)等于0,则I M (X) = g，其中如果g大于 灰度值取值范围的最大值，则集合R中有像素对灰度大小关系人眼可感知度不能拉到Vi; 如果g> Ii,i (X)但像素 X的状态Fl (X)等于1，且同时有像素 P。的状态标示Fl (a)等于0， 则集合R中有像素对灰度大小关系人眼可感知度不能拉到Vi;
[0030] f)对任意包含D。的像素对（D。，D_) G S，由式
[0031]
[0032] 计算满足 P (g，Ii, 1(a)) = T。的灰度值 g，其中 g < I 1,1 (a); 阳03；3] 如果g > Ii, 1 (X)且像素 Px的状态Fl (X)等于0,则I i,i (X) = g，如果g > Ii, 1 (X) 但像素 X的状态Fl (X)等于1，则集合R中有像素对灰度大小关系人眼可感知度不能拉到 Vi;对于任意像素 Py,如果所有包含它的像素对（Py，pJ G R U S都已根据步骤b)和C)计 算过时，则像素 Px的状态标示F 2 (X)置1 ;
[0034] d)当像素子集的集合L内有像素子集P，它的所有像素状态标示Fz都为1时而F 3 都为0,则根据人眼感知不倒序对等于的要求对子集内所有像素灰度值进行调整：先在此 像素子集内挑出灰度值最大的那个像素 P。，然后找出所有满足（PwPx) e E或（Px，P。）G E 的像素 Px，其中Px状态标示F 3 (X)等于0 ;如果P。和P X在I 1,1的灰度值不满足人眼感知不 倒序对于等于关系的要求时，若Py的标示Fl (X)为1，则有灰度差非0的相邻像素对人眼可 感知度不能拉到Vi，反之若X的标示Fi (X)为0,则计算满足P (Ii, I (X)，Ii,I (a)) = T。的新 Ii,I(X)值；当所有满足（PwPx) EE或（Px，P。）GE的像素都已被遍历过时，像素 a的状态 标示Fs (a)置为1 ;
[0035] 然后从P中Fs为0的像素中再一次挑出在I 1,1中灰度值最大的像素，重复上述步 骤，直到P中所有像素 Fs都为1时，如果像素子集的集合L内存在所有像素状态标示F 2都 为1而Fs都为0的像素子集时，再回到步骤d)的开头；当像素子集的集合L内不存在所有 像素状态标示Fz都为1的像素子集时回到步骤b)，直到所有像素的F 3都已经置1结束计 算；
[0036] 如果在步骤b)、C)和d)计算过程中集合R中有像素