低照度场景下基于背景建模的图像亮度提升方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及视频监控技术领域，具体而言，涉及一种低照度场景下基于背景建模 的图像亮度提升方法及装置。
【背景技术】
[0002] 在低照度场景下，例如在夜晚等照度较低的情况之下，视频监控摄像机传回的视 频图像的亮度通常较低，对比度也随之下降，不便于人工判读。现有技术中通常采用直方图 变换法W及Retinex算法进行图像亮度的增强处理，其中：
[0003] 直方图变换法，通过加大直方图的动态范围使夜间画面对比度增加，从而使画面 细节辨识度增加，但该算法由于仅仅利用当前峽图像信息，无法恢复由于照度过低损失的 细节。
[0004] Retinex算法，其相应的Retinex理论指出物体的颜色是由物体对不同波段光线 的反射能力决定的，而不是由物体在光源照射下反射光强度的绝对值决定的。该算法通过 计算图像像素之间的相对亮度和色彩关系，对图像中的像素点颜色值进行校正，从而恢复 物体本身的颜色，该算法比直方图变换法更符合人眼的视觉特点，但该算法同样地也只是 利用了当前峽图像信息，并不能改善因为照度过低、信息不足的画面细节。
[0005] 由此可见，上述直方图变换法W及Retinex算法在进行图像亮度增强时，仅仅利 用图像本身的信息进行亮度增强，在图像本身包含有效信息的情况下其能有效改善图像亮 度，但是对那些本身就信息不足的细节，由于没有足够的信息，此时采用上述两种图像增强 处理方法就无法有效地进行亮度提升。
【发明内容】
[0006] 为了解决视频监控摄像机在环境照度不足的情况下，例如夜间，传回的监控画面 亮度较暗，不便于人工判读的问题，本发明实施例的目的在于提供一种低照度场景下基于 背景建模的图像亮度提升方法及装置。
[0007] 为了达到本发明的目的，本发明实施例采用W下技术方案实现：
[0008] -种低照度场景下基于背景建模的图像亮度提升方法，其包括：
[0009] 在环境照度高于预设的第一口限值时，采集至少一峽第一图像，并依据该第一图 像进行背景建模，得到高照度背景图像，W及，在环境照度低于预设的第二口限值时，采集 至少一峽第二图像，并依据该第二图像进行背景建模，得到低照度背景图像；
[0010] 将所述高照度背景图像W及低照度背景图像分别转换到HSV色彩空间，并利用高 照度背景图像修正低照度背景图像；
[0011] 依据至少一预设的运动目标分割算法得到所述第二图像中的运动目标信息；
[0012] 将所述运动目标信息融合叠加至所述修正后的低照度背景图像之上，得到低照度 场景下的亮度增强处理图像。
[0013] 优选地，依据所述第一图像进行背景建模得到高照度背景图像的步骤包括：
[0014] 对采集的N峽第一图像的每个像素点分别计算其亮度值Y(i，j)，并统计其亮度值 Y(iJ)等于亮度变量Y的次数k(Y)。
[0015] 采用如下数学式计算像素点的亮度值Y(i，j)等于亮度变量y的概率密度 P(Y(i, _j) = y):
[0016]
【主权项】
1. 一种低照度场景下基于背景建模的图像亮度提升方法，其特征在于，包括： 在环境照度高于预设的第一门限值时，采集至少一帧第一图像，并依据该第一图像进 行背景建模，得到高照度背景图像，以及，在环境照度低于预设的第二门限值时，采集至少 一帧第二图像，并依据该第二图像进行背景建模，得到低照度背景图像； 将所述高照度背景图像以及低照度背景图像分别转换到HSV色彩空间，并利用高照度 背景图像修正低照度背景图像； 依据至少一预设的运动目标分割算法得到所述第二图像中的运动目标信息； 将所述运动目标信息融合叠加至所述修正后的低照度背景图像之上，得到低照度场景 下的亮度增强处理图像。
2. 如权利要求1所述的低照度场景下基于背景建模的图像亮度提升方法，其特征在 于，依据所述第一图像进行背景建模得到高照度背景图像的步骤包括： 对采集的N帧第一图像的每个像素点分别计算其亮度值Y(i，j)，并统计其亮度值 Y(i，j)等于亮度变量Y的次数k(Y)。 采用如下数学式计算像素点的亮度值Y(i，j)等于亮度变量Y的概率密度 p(Y(i, j) = y)：
在概率密度P(Y(i，j) = Y)取得最大值时，将对应的亮度变量γ确认为每个像素点 (i，j)的高照度场景背景值BrightBG(i，j)，以此得到高照度背景图像BrightBG。
3. 如权利要求1所述的低照度场景下基于背景建模的图像亮度提升方法，其特征在 于，依据第二图像进行背景建模得到低照度背景图像的步骤包括： 对第二图像的每一个像素点，采用如下数学式计算第k帧和第k-Ι帧的RGB差值S : S=NightIkQ, j)-NightIk-1 (i，j); 其中，NightIk(i，j)、NightIk-1 (i，j)分别为像素点（i，j)在第k帧和第k-1帧的RGB 值； 若所述RGB差值S的绝对值小于预设的差值阈值T，则判定该像素点为背景像素点，否 贝1J，判定该像素点为前景像素点，以此得到低照度背景图像。
4. 如权利要求1所述的低照度场景下基于背景建模的图像亮度提升方法，其特征在 于，将所述高照度背景图像以及低照度背景图像分别转换到HSV色彩空间，并利用高照度 背景图像修正低照度背景图像的步骤包括： 将所述高照度背景图像以及低照度背景图像分别转换到HSV色彩空间； 在色彩HSV空间中，对低照度背景图像的每个像素点，用高照度背景图像采用如下数 学式对低照度背景图像进行修正，以得到修正后的低照度背景明度NightBGV (i，j) ' ：
其中，NightBGV(i, j)和BrightBGV(i, j)分别为低照度场景及高照度场景下的的背景 明度； 依据所述低照度背景明度NightBGV(i，j)'得到修正后的低照度背景图像，并将其转 换到RGB色彩空间。
5. 如权利要求3所述的低照度场景下基于背景建模的图像亮度提升方法，其特征在 于，采用如下运动目标分割算法得到所述第二图像中的运动目标信息： 对所述第二图像的每个像素点的RGB值NightI (i，j)，计算其与低照度背景图像在每 个相应像素点的RGB值NightBG (i，j)之间的差值的绝对值； 若所述差值的绝对值大于预设的RGB阈值P，则确定该像素点为运动目标像素点； 依据被确认的多个运动目标像素点得到所述第二图像中的运动目标 NightMotion (i，j)。
6. -种低照度场景下基于背景建模的图像亮度提升装置，其特征在于，包括： 数据采集模块，用于在环境照度高于预设的第一门限值时，采集至少一帧第一图像；以 及进一步用于在环境照度低于预设的第二门限值时，采集至少一帧第二图像； 背景建模模块，用于依据所述第一图像进行背景建模，得到高照度背景图像；以及进一 步用于依据所述第二图像进行背景建模，得到低照度背景图像； 图像修正模块，用于将所述高照度背景图像以及低照度背景图像分别转换到HSV色彩 空间，并利用高照度背景图像修正低照度背景图像； 运动目标提取模块，用于依据至少一预设的运动目标分割算法得到所述第二图像中的 运动目标信息； 数据融合模块，用于将所述运动目标信息融合叠加至所述修正后的低照度背景图像之 上，得到低照度场景下的亮度增强处理图像。
7. 如权利要求6所述的低照度场景下基于背景建模的图像亮度提升装置，其特征在 于，背景建模模块依据所述第一图像进行背景建模得到高照度背景图像的方法为： 对采集的N帧第一图像的每个像素点分别计算其亮度值Y(i，j)，并统计其亮度值 Y(i，j)等于亮度变量Y的次数k(Y)。 采用如下数学式计算像素点的亮度值Y(i，j)等于亮度变量Y的概率密度 p(Y(i, j) = y)：
在概率密度P(Y(i，j) = Y)取得最大值时，将对应的亮度变量γ确认为每个像素点 (i，j)的高照度场景背景值BrightBG(i，j)，以此得到高照度背景图像BrightBG。
8. 如权利要求6所述的低照度场景下基于背景建模的图像亮度提升装置，其特征在 于，背景建模模块依据第二图像进行背景建模得到低照度背景图像的方法为： 对第二图像的每一个像素点，采用如下数学式计算第k帧和第k-Ι帧的RGB差值S : S=NightIkQ, j)-NightIk-1 (i，j); 其中，NightIk(i，j)、NightIk-1 (i，j)分别为像素点（i，j)在第k帧和第k-1帧的RGB 值； 若所述RGB差值S的绝对值小于预设的差值阈值T，则判定该像素点为背景像素点，否 贝1J，判定该像素点为前景像素点，以此得到低照度背景图像。
9. 如权利要求6所述的低照度场景下基于背景建模的图像亮度提升装置，其特征在 于，图像修正模块将所述高照度背景图像以及低照度背景图像分别转换到HSV色彩空间， 并利用高照度背景图像修正低照度背景图像的方法为： 将所述高照度背景图像以及低照度背景图像分别转换到HSV色彩空间； 在色彩HSV空间中，对低照度背景图像的每个像素点，用高照度背景图像采用如下数 学式对低照度背景图像进行修正，以得到修正后的低照度背景明度NightBGV (i，j) ' ：
其中，NightBGV(i, j)和BrightBGV(i, j)分别为低照度场景及高照度场景下的的背景 明度； 依据所述低照度背景明度NightBGV(i，j)'得到修正后的低照度背景图像，并将其转 换到RGB色彩空间。
10.如权利要求8所述的低照度场景下基于背景建模的图像亮度提升装置，其特征在 于，运动目标提取模块采用如下运动目标分割算法得到所述第二图像中的运动目标信息： 对所述第二图像的每个像素点的RGB值NightI (i，j)，计算其与低照度背景图像在每 个相应像素点的RGB值NightBG (i，j)之间的差值的绝对值； 若所述差值的绝对值大于预设的RGB阈值P，则确定该像素点为运动目标像素点； 依据被确认的多个运动目标像素点得到所述第二图像中的运动目标 NightMotion (i，j)。
【专利摘要】本发明公开了一种低照度场景下基于背景建模的图像亮度提升方法及装置。本发明提供的方法及装置分别通过对高照度（例如白天）的场景进行背景建模（例如采用高斯分布）以及对低照度场景（例如夜间）进行运动检测背景建模，并用得到的白天背景对夜间背景进行修正，并在将夜间场景的运动目标提取出来之后，再将所述运动目标融合进修正后的夜间背景之中，完成修正后的夜间场景下的视频图像。采用本发明，可以使得视频监控摄像机在夜间无法捕捉的细节得以恢复，从而使得视频监控的夜间画面亮度显著提高，细节辨识度增加，进而便于人工判读。
【IPC分类】H04N7-18, G06T5-00
【公开号】CN104660954
【申请号】CN201310577044
【发明人】雷军, 吴贻刚, 朱豪, 王新伟, 赫大伟, 廖方诚, 关淑菊
【申请人】深圳中兴力维技术有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2013年11月18日