一种图像色彩增强方法及其快速简化计算方法
【专利摘要】一种图像色彩增强方法及其快速简化计算方法，包括计算彩色图像的亮度图像，然后将原始彩色图像下采样M倍；对于下采样后的图像的每一个波段，计算邻域均值图像和邻域均值平方图像，计算每个像素上的偏移参数，得到新的波段图像；计算得到增强结果图像。同时提供了上述方法的快速简化计算方法，包括计算原始彩色图像的亮度图像，将原始彩色图像下采样M倍，然后将下采样的图像上采样1/M倍，得到上采样后的图像；根据原始彩色图像及其亮度图像和上采样后的图像，计算得到增强结果图像。通过本发明的方法，可以有效地自适应地提高图像的饱和度，不引入色彩失真，同时计算速度较现有方法更快，能有效地提升图像的视觉效果。
【专利说明】
-种图像色彩増强方法及其快速简化计算方法
技术领域
[0001] 本发明属于图像处理技术领域，尤其设及一种图像色彩增强方法及其快速简化计 算方法。
【背景技术】
[0002] 图像是应用各种观测系统W不同形式和手段观测客观世界而获得的，可W直接或 间接作用于人眼，并产生视知觉的实体。图像的形式很广泛，有自然的图像，例如照片;也有 人工图像，例如那些在计算机上通过数字技术创造出来的测试图像。
[0003] 由于彩色图像在多媒体、生物医学、Internet等中的广泛应用，彩色图像的处理技 术越来越受到人们的重视。由于受各方面因素的制约或条件限制，往往得到的彩色图像具 有颜色偏暗、对比度低、某些局部细节不突出等特征，使得图像中的目标难W识别和分辨。 另外，由于摄像机质量、摄像机角度和灯光环境之间的差异可能使场景之间产生明显的颜 色差异;或者由于拍摄图像时天气、背景不够完美，造成图像对比度过弱或过强及图像色调 范围太窄、阴影部分太浓等现象。所W，在图像使用前，需要对彩色图像进行增强处理。
[0004] 彩色图像增强的目的是在增强图像细节的目的的同时，使得图像更加生动和色彩 鲜艳，并且不能带来失真或色偏现象，突出图像中的"有用"信息，扩大图像中不同物体特征 之间的差别，从而改善图像的视觉效果、突出图像的特征。多年来，人们提出了很多图像增 强的算法，如直方图均衡法、非线性校正、带色彩恢复的Retinex方法(MSRCR)等等，但运些 算法的往往存在过度增强，色彩失真严重、计算比较耗时等问题。运主要是彩色图像的=基 色（即红、绿、蓝)相关性很高，而且人类对大脑中色彩的处理机制仍未完全理解，使得彩色 图像的处理远比灰度图像复杂。因此，保持颜色信息，同时计算速度快的增强方法具有更大 的应用价值。
【发明内容】
[0005] 本发明针对现有彩色图像容易出现画面偏灰，色彩不鲜艳，饱和度不足的问题，旨 在解决现有技术中色彩增强方法容易导致色彩失真，计算速度慢等问题，提供一种提高图 像饱和度、保持颜色信息、计算速度快的色彩增强方法。
[0006] 本发明的实施例提供一种图像色彩增强方法及其快速简化计算方法，其特征在 于：图像色彩增强方法包括，
[0007] 计算彩色图像的亮度图像，然后将原始彩色图像下采样M倍；
[000引对于下采样后的图像的每一个波段，设置邻域半径，计算每个邻域的均值，得到均 值图像;对下采样后的图像的每一个波段的每一个像素值，取其平方，得到平方图像，然后 计算平方图像上同样邻域大小的均值，得到均值平方图像；
[0009] 设置偏移因子，计算每个像素上的偏移参数；
[0010] 计算新的波段图像，然后将其上采样1/M倍，得到新的波段图像；
[0011] 根据原始彩色图像及其亮度图像和每一个波段新的波段图像，计算得到增强结果 图像。
[0012] 图像色彩增强方法的快速简化计算方法，包括，
[0013] 计算原始彩色图像的亮度图像；
[0014] 将原始彩色图像下采样M倍，然后将下采样的图像上采样1/M倍，得到上采样后的 图像；
[0015] 根据原始彩色图像及其亮度图像和上采样后的图像，计算得到增强结果图像。
[0016] 进一步地，其特征在于:所述图像色彩增强方法中计算均值图像的具体公式为：
[0017] A=(R+G+B)/3
[0018] 其中，R，G，B分别为原始彩色图像的红绿蓝S个波段。
[0019] 进一步地，其特征在于:所述图像色彩增强方法中每一个波段邻域均值图像的计 算方法为：
[0020]
[0021]
[0022]
[0023] 其中i和j为像素坐标，N为邻域半径，I为任意一个波段图像。
[0024] 进一步地，其特征在于:所述图像色彩增强方法中计算每个像素偏移参数a和b的 方法为：
[0025]
[0026] b(i,j)=[l-a(i,j)]*Ave_I(i,j)
[0027] 其中d为偏移因子。
[0028] 进一步地，其特征在于:所述图像色彩增强方法中计算新的波段图像I_new的方法 为：
[0029] I_temp(i, j)=a(i, j)+b(i, j)
[0030] I_new = up_resample(I_temp)
[0031 ] 其中up_resample〇为上采样函数，将I_temp上采样1/M倍。
[0032] 进一步地，其特征在于:所述图像色彩增强方法中计算增强结果图像的方法为：
[0033] 进一步地，其特征在于:所述图像色彩增强方法中计算增强结果图像的方法为：
[0034]
[0035] 其中R，G，B为原始彩色图像的S个波段，I_new_R，I_new_G，I_new_B分别为R，G，B =个波段经过处理得到的新的波段图像。
[0036] 进一步地，其特征在于:所述图像色彩增强方法的快速简化计算方法为：
[0037] 计算原始彩色图像的亮度图像A，将原始彩色图像下采样M倍，然后将下采样的图 像上采样1/M倍，得到上采样后的图像C，计算增强结果图像的方法为：
[00；3 引
[0039] 其中R，G，B为原始彩色图像的S个波段，C_R，C_G，C_B分别为R，G，BS个波段经过 先下采样后上采样得到的新的波段图像。
[0040] 进一步地，其特征在于，方法中所述的上采样和下采样方法可W为最邻近法、双线 性内插法、双=次卷积法等方法。
[0041] W上技术方案中，通过每个波段图像的邻域均值和图像平方的邻域均值计算每个 像素的偏移参数，从而重建新的波段图像，根据饱和度增强的原理，得到色彩增强的结果图 像;通过对图像采取先下采样后上采样的处理方法，达到提高计算速度的目的;通过对计算 过程进行简化，保证增强效果的同时，进一步提高计算速度。通过本发明的方法，可W有效 地自适应地提高图像的饱和度，不引入色彩失真，同时计算速度较现有方法更快，能有效地 提升图像的视觉效果。
【附图说明】
[0042] 图1是枫叶图像的原始图像；
[0043 ]图2是枫叶图像的直方图均衡法增强图像；
[0044] 图3是枫叶图像的MSRCR方法增强图像；
[0045] 图4是枫叶图像的本发明方法增强图像；
[0046] 图5是枫叶图像的本发明快速方法增强图像；
[0047] 图6是高楼图像的原始图像；
[0048] 图7是高楼图像的直方图均衡法增强图像；
[00例图8是高楼图像的MSRCR方法增强图像；
[0050] 图9是高楼图像的本发明方法增强图像；
[0051] 图10是高楼图像的本发明快速方法增强图像；
[0052] 图11是本发明实施例的图像色彩增强方法工作流程示意图；
[0053] 图12是本发明实施例的图像色彩增强方法的快速简化方法工作流程示意图。
【具体实施方式】
[0054] 为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，W下结合 附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用 W解释本发明，并不用于限定本发明。
[0055] 在RGB空间中进行饱和度调整的原理是:设RGB空间中的任意一点P，其颜色矢量为 (r，g，b)，则其在灰度轴上的投影点P*为：
[0化6]
[0化7] 则可知等色调线为P和P*的连线。因此，只要在PP*连线上找到一个合适的点，即可
[0化9] 实现对图像的饱和度增强。[0化引 PP*的直线方程为：
[0060]
[0061]
[0062] 求解出A参数，即可实现彩色图像的饱和度增强。
[0063] 本发明的实施步骤包括W下几个步骤：
[0064] 1、计算彩色图像的均值图像
[0065] 均值图像反应了图像的整体亮度，因此，本发明先计算彩色图像的亮度图像A，公 式为：
[0066] A=(R+G+B)/3
[0067] 其中，R，G，B分别为原始彩色图像的红绿蓝S个波段。
[0068] 然后将原始彩色图像下采样M倍，得到下采样后的图像。
[0069] 2、计算下采样后图像的每一个波段邻域均值图像
[0070] 设下采样后图像的任意一个波段图像为I，邻域半径为N，则邻域大小为（2N+1)* (2化1 )，则计算该波段的邻域均值图像为：
[0071]
[0072] f算邻域均值平方图像：
[0073]
[0074] 其中i和j为像素坐标，N为邻域半径。
[0075] 3、计算每个像素偏移参数a和b
[0076] 得到邻域均值图像和邻域均值平方图像后，计算每个像素的偏移参数：
[0077]
[007引 b(i,j) = [l-a(i,j)]*Ave_I(i,j)
[0079] 其中d为偏移因子。
[0080] 4、计算新的波段图像I_new
[0081] 在得到每个像素的偏移参数后，即可计算新的波段图像：
[0082] I_temp(i, j)=a(i, j)+b(i, j)
[0083] I_new = up_resample(I_temp)
[0084] 其中up_resample〇为上采样函数，将I_temp上采样1/M倍。
[0085] 5、计算增强后图像
[0086] 通过上述步骤，对原始彩色图像的每一个波段进行同样的操作，即可得到每个波 段对应的新的奶採图像.然后苗i+當蜡强后的图像，
[0087]
[008引其中R，G，B为原始彩色图像的S个波段，I_new_R，I_new_G，I_new_B分别为R，G，B =个波段经过处理得到的新的波段图像。
[0089] 同时，本发明提供了上述图像色彩增强方法的快速简化计算方法，其实施步骤为：
[0090] 计算原始彩色图像的亮度图像A，将原始彩色图像下采样M倍，然后将下采样的图 像上采样1 /M倍，得到h采样后的图像C，计算蜡强结果图像的方法为：
[0091]
[0092] 其中R，G，B为原始彩色图像的S个波段，C_R，C_G，C_B分别为R，G，BS个波段经过 先下采样后上采样得到的新的波段图像。
[0093] 在上述实时步骤中，所述的上采样和下采样方法可W为最邻近法、双线性内插法、 双=次卷积法等方法，W双=次卷积法的效果最好。运些采样方法均为本领域最基本的方 法，所有领域相关人员均能熟知。
[0094] 为了验证本发明所述的检索方法的有效性，如图1至10所示，W两幅室外常见图像 为例，对本发明的方法进行验证。其中枫叶图像的大小为690*517像素，高楼图像大小为 1280*960像素。为了与常规方法进行对比，选用了直方图均衡和MSRCR两个本领域常用的方 法进行测试。
[00M]首先测试各方法的计算效率，测试环境为windows 7操作系统，4G内存，软件环境 为MatIab R2010b。计算效率如下表所示：
[0096]表1.各方法的计算效率 「00971
[0098] 由表1可知，直方图均衡法效率较高，而MSRCR方法耗时远大于其它方法。本发明方 法略优于直方图均衡法，而本发明快速方法则远优于直方图均衡法。因此，从计算效率而 言，本发明方法及其快速方法具有明显的时间优势。
[0099] 其次测试各方法增强结果的图像质量。选用本领域常用的指标进行测试，包括清 晰度、均值偏差、局部方差偏差、色调偏差和饱和度偏差，其中均值偏差和局部方差偏差用 于评价图像的对比度和亮度的改变，而色调偏差和饱和度偏差用于评价图像的色彩改变。
[0100] 计算方法如下：
[0101] 清晰度：
[0102]
[0103]
[0104]
[0105]
[0106]
[0107]
[010 引
[0109]
[0110]
[0111] 其中M和N为图像的长度和宽度，C和L表示均值偏差和局部方差偏差，H和S分别为 图像的色调和饱和度偏差。
[0112] 根据评价指标，D越高，图像清晰度越高;C、L、H、S越小，图像色彩还原度越高。在本 发明的目标中，为了保持图像的色彩和细节还原度，需要保证C、L、H尽可能不变，S需要一定 的提升，尤其是H的改变量尽可能小。
[0113] 采用W上指标，对各方法的结果图像进行了质量评价，如表2和3所示：
[0114] 表2.枫叶图像的客观评价指标 [0''一
[0116]表3.高楼图像的客观评价指标
[0117]
[
[0119] 从表中可W看出，在清晰度方面，MSRCR方法的清晰度均远低于原始图像，说明 MSRCR方法对图像的清晰度有影响，同时该方法的C、L、H的改变量均大于其他方法，在枫叶 图像上S的改变量尤其大;而直方图均衡法在高楼图像上的清晰度远大于原始图像，说明存 在过度增强，而C、L、H、S的改变亦非常大。而本发明及本发明的快速方法在各指标上均明显 优于直方图均衡和MSRCR方法，表现在清晰度、亮度、对比度变化不大，说明并没有改变图像 的细节特征，H变化量极小，说明没有改变图像颜色的本质特征（即色调），S改变量在较好的 水平，说明图像的色彩饱和度得到了较大的提高，同时又避免了饱和度过高。另外本发明快 速方法在指标上与本发明方法没有表现出太大的差异。上述结果说明，直方图均衡法和 MSRCR对于图像的色彩保持得不够好，而本发明方法及其快速方法能够在保持图像清晰度 的同时，很好地保持图像的色彩信息，增加图像的饱和度，使图像具有良好的视觉效果。
[0120] 利用本发明的技术方案，可W有效地自适应地提高图像的饱和度，不引入色彩失 真，同时计算速度较现有方法更快，能有效地提升图像的视觉效果。
[0121] W上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用W限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种图像色彩增强方法及其快速简化计算方法，其特征在于：图像色彩增强方法包 括， 计算彩色图像的亮度图像，然后将原始彩色图像下采样Μ倍； 对于下采样后的图像的每一个波段，设置邻域半径，计算每个邻域的均值，得到均值图 像;对下采样后的图像的每一个波段的每一个像素值，取其平方，得到平方图像，然后计算 平方图像上同样邻域大小的均值，得到均值平方图像； 设置偏移因子，计算每个像素上的偏移参数； 计算新的波段图像，然后将其上采样1/Μ倍，得到新的波段图像； 根据原始彩色图像及其亮度图像和每一个波段新的波段图像，计算得到增强结果图 像。 图像色彩增强方法的快速简化计算方法，包括， 计算原始彩色图像的亮度图像； 将原始彩色图像下采样Μ倍，然后将下采样的图像上采样1/Μ倍，得到上采样后的图像； 根据原始彩色图像及其亮度图像和上采样后的图像，计算得到增强结果图像。2. 根据权利要求1所述的一种图像色彩增强方法及其快速简化计算方法，其特征在于： 所述图像色彩增强方法中计算亮度图像的具体公式为： A=(R+G+B)/3 其中，R，G，B分别为原始彩色图像的红绿蓝三个波段。3. 根据权利要求1所述的一种图像色彩增强方法及其快速简化计算方法，其特征在于： 所述图像色彩增强方法中每一个波段邻域均值图像的计算方法为：邻域均值平方图像的计算方法为：其中i和j为像素坐标，N为邻域半径，I为任意一个波段图像。4. 根据权利要求1所述的一种图像色彩增强方法及其快速简化计算方法，其特征在于： 所述图像色彩增强方法中计算每个像素偏移参数a和b的方法为：b(i,j)=[l-a(i,j)]*Ave_I(i,j) 其中d为偏移因子。5. 根据权利要求1所述的一种图像色彩增强方法及其快速简化计算方法，其特征在于： 所述图像色彩增强方法中计算新的波段图像I_new的方法为： I_temp(i，j)=a(i，j)*I(i，j)+b(i，j) I_new = up_re sample(I_temp) 其中up_resample〇为上采样函数，将I_temp上采样1/M倍。6. 根据权利要求1所述的一种图像色彩增强方法及其快速简化计算方法，其特征在于： 所述图像色彩增强方法中计算增强结果图像的方法为：其中R，G，B为原始彩色图像的三个波段，I_new_R，I_new_G，I_new_B分别为R，G，B三个 波段经过处理得到的新的波段图像。7. 根据权利要求1所述的一种图像色彩增强方法及其快速简化计算方法，其特征在于： 所述图像色彩增强方法的快速简化计算方法为： 计算原始彩色图像的亮度图像A，将原始彩色图像下采样Μ倍，然后将下采样的图像上 采样1/Μ倍，得到上采样后的图像C，计算增强结果图像的方法为：其中R，G，Β为原始彩色图像的三个波段，C_R，C_G，C_B分别为R，G，Β三个波段经过先下 采样后上采样得到的新的波段图像。8. 根据权利要求1所述的一种图像色彩增强方法及其快速简化计算方法，其特征在于， 方法中所述的上米样和下米样方法可以为最邻近法、双线性内插法、双二次卷积法等方法C3
【文档编号】G06T5/00GK105957039SQ201610308009
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】李勤俭, 陈勇, 陈波, 胡诗帅
【申请人】深圳市和天创科技有限公司