专利名称：一种基于光照校正的图像复原方法
技术领域：
本发明属于图像处理技术领域，它特别涉及基于光照校正的图像复原方法。
背景技术：
由于图像在光学成像过程中受到光照不理想因素的影响，造成获得的图像降 质，为了恢复退化的图像信息，需要利用图像复原技术来提高图像的质量。而在相同光 照条件下对不同目标进行成像时，不同图像通常是具有相似的降质特征，如果能够充分 利用这些相似的降质特征信息来进行光照校正，那么将对图像复原结果有极大的改善。 比较有代表性的光照校正方法有双立方插值法，同态滤波法和top-hat变换法等。双立 方插值方法将图像的光照模型处理为加法形式，用双立方曲面模型对光照分布作回归估 计，通过原始图像减去估计光照来实现图像复原，这种方法对多数图像的复原处理行之 有效，但双立方插值的计算量较大，因此不被广泛采用；同态滤波法将图像的光照模型 处理为乘法形式，通过对光照模型作对数变换，再对图像作高通滤波来实现图像复原， 对于许多光照分布不能满足乘法模型的成像结果，这种方法的复原效果不理想；top-hat 变换法利用了形态学的原理，通过top-hat变换来估计光照分布模型，计算量较大而不能 用于实时处理。
发明内容
本发明的目的是提出一种运算量小、能有效消除干涉条纹，对边缘细节及平 滑区域均有良好修复能力的图像复原方法。本发明的技术方案是一种基于光照校正的图像复原方法，其特征在于，1.1、将退化图像 f (Xlj，x2j,…，Xmj ； θ” θ2,…，θ k(t)进行 Lee 滤波； 将退化图像送到一个Lee滤波器，得到滤波后的退化图像；1.2、采用图像子块方法确定光照分布参数的隶属度；采用图像分块技术，将滤 波后的多幅退化图像中的第j幅按照同一光照方向等间隔分块为 ，X2j,…，Xmj,设定参 考阀值后，采用数值比较器将每幅观测图像相应子块中像素的灰度值与阀值进行比较， 获得光照分布参数θ的隶属度μ (Χι, θ),将每个子块中获得的光照参数隶属度μ (X1,
θ )作为输入信号送入一个乘法器，得到第j次观测，所有子块、，x2j,…，X1^同步发 生时的概率Λ μ (Xy，θ)；1.3、将滤波后的退化图像送入积分器，根据子块、，x2j,…，Xny的发生概率， 按照下面公式(1)Ej = / f(xlj; x2j,…，Xmj ； θ θ 2,…，0k(t)dt (1)获得退化图像的光照分布矩阵的熵EJ θ );1.4、将退化图像的光照分布矩阵的熵马(θ )和光照分布参数θ的隶属度送入参 数估计器，按照最大-最小μ/E原则估计出光照分布参数Θ的值；1.5、利用估计出的光照分布参数获得与原图大小相同的非理想光照分布图Iu，再求观测图像I。与非理想光照分布图Iu的差值；将观测图像I。与非理想光照分布图Iu同 时送入减法器，得到I。与Iu的差即为真实图像l·，并调整复原图像的亮度和对比度。本发明的优点是由于采用多幅图像分块的方法，充分利用相同光照条件下不 同图像间具有的相似降质特征实现光照校正，不仅可以有效利用光照误差的结构信息减 少运算量，而且可以更有效的消除非理想光照分布引入的干涉条纹，复原退化了的大部 分图像信息，方法运行时间短。本发明主要采用仿真实验的方法进行验证，所有步骤、结论都在MATLAB7.0上 验证正确。
图1是本发明的工作流程框图；图2是观测图集；图3是采用双立方插值法的复原结果；图4是采用本发明方法处理后的复原结果。
具体实施例方式下面对本发明做进一步详细说明。针对现有图像恢复方法的不足，本发明提出 了一种基于光照校正的图像复原方法。本实例采用在光学成像系统中采集到的三幅图 像，作为试验的观察图像集。由于系统非理性光照分布的影响，每幅图像都具有相似的 干涉条纹，这些条纹代表了观测图像集的相似降质特征，利用这些特性获得光照分布函 数的参数，进一步估计出非理想光照情况下的图像，下面分别加以介绍。1、Lee滤波是中值滤波的一种，它不仅可以有效滤除高斯白噪声，而且能很好 的保留图像的细节信息，且计算量较小，退化后的图像经Lee滤波后可首先去除噪声的 影响。2、将观测图像集中的每幅图像按照同一光照方向分块，本发明采用等间隔分 块，先将观测图像集平均分成30X30块，由这些子块构成光照整体分布的模糊回归模型 中的子模型，通过子块体现光照系统对所有图像引入的相似降质特征。经聚类后的光照 分布矩阵为公式(2)Ρ = {μ{χ,θ) |e0c/ p}0€0(2)公式(2)中，μ (X，θ)表示θ的隶属度，QcP表示k维聚类空间。利用每 幅观测图像对应子块中像素的灰度值计算本子块光照分布参数的隶属度。将第j次观测， 第i个子块光照参数的隶属度作为输入值的发生概率μ ( ，Θ)，计算出 ，x2j,…， Xny的同步概率Λ μ ( ，θ)。3、根据子块、，x2j,…，Xny的发生概率，将滤波后的图像进行积分处理，获 得图像光照分布矩阵的熵马(θ )。4、根据最大-最小μ/E原则估计出光照分布参数θ的值。在给定的约束条 件下，使得光照分布矩阵的熵Ε( θ )最小且同步概率Λ μ (X1, θ )最大的参数分布估计 为最佳估计，通过以上方法有效估计出模糊回归非线性参数后，在光照模型未知的情况 下，可以估计出光照分布函数的模糊值参数。
5、光照分布校正的问题相当于模糊非线性回归问题，在估计出光照分布参数的 模糊估计值后，可得到与原图同样大小的非理想光照分布图Iu。再根据公式(3)Ir = I0-Iu(3)从观测图像I。中减去非理想光照分布图Iu得到真实图像，最后对复原图像的亮 度和对比度进行调整，即可实现图像复原。
权利要求
1. 一种基于光照校正的图像复原方法，其特征在于，步骤一、将退化图像f(Xlj，x2j，Xmj ； θ17 θ2，…，θ k(t)进行Lee滤波；将 退化图像送到一个Lee滤波器，得到滤波后的退化图像；步骤二、采用图像子块方法确定光照分布参数的隶属度；采用图像分块技术，将滤 波后的多幅退化图像中的第j幅按照同一光照方向等间隔分块为 ，x2j,…，xmj,设定参 考阀值后，采用数值比较器将每幅观测图像相应子块中像素的灰度值与阀值进行比较， 获得光照分布参数θ的隶属度μ (Χι, θ),将每个子块中获得的光照参数隶属度μ (Χι, θ )作为输入信号送入一个乘法器，得到第j次观测，所有子块、，x2j,…，X1^同步发 生时的概率Λ μ (Xy，θ)；步骤三、将滤波后的退化图像送入积分器，根据子块、，x2j,…，X1^的发生概率， 按照下面公式Ej = JfXxlj, x2j,…，Xmj ； θ ” θ 2,…，θ k(t)dt 获得退化图像的光照分布矩阵的熵E^ θ );步骤四、将退化图像的光照分布矩阵的熵E^ θ )和光照分布参数θ的隶属度送入参 数估计器，按照最大-最小μ/E原则估计出光照分布参数θ的值；步骤五、利用估计出的光照分布参数获得与原图大小相同的非理想光照分布图Iu， 再求观测图像I。与非理想光照分布图Iu的差值；将观测图像I。与非理想光照分布图Iu同 时送入减法器，得到I。与Iu的差即为真实图像l·，并调整复原图像的亮度和对比度。
全文摘要
本发明提供了一种基于光照校正的图像复原方法，属于图像处理的技术领域。其步骤是1.将退化图像进行Lee滤波，滤除噪声的影响；2.采用图像子块方法确定光照分布参数θ的隶属度μ(xi，θ)，将隶属度作为输入值的发生概率，得到所有子块同步发生时的概率；3.将滤波后的退化图像进行积分得到退化图像光照分布矩阵的熵；4.由最大-最小μ/E原则估计出光照分布参数θ的值；5.利用估计出的光照分布参数获得与原图大小相同的非理想光照分布图，再从观测图像中减去非理想光照图即为真实图像。该方法对边缘细节及平滑区域均有良好的修复能力，在修复时间和修复效果上明显优于一般图像修复方法，可用于空间图像，航拍图像，水下或医学图像，以及一般的摄影图像的复原。
文档编号G06T5/00GK102013092SQ20101056090
公开日2011年4月13日 申请日期2010年11月26日 优先权日2010年11月26日
发明者冉强军, 刘书君, 李正周 申请人:重庆大学