一种基于局部方差图像增强的优化方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于局部方差图像增强的优化方法，包括以下步骤：获取一幅图片大小为M×N图像的像素值，将其保存到一个大小为M×N的存储单元里边；掩膜窗口沿着图像的一侧向另一侧遍历，计算一个掩膜内当前一列其中每一行的像素的和PS_ML(x,y)和一个掩膜内所有的像素和PS_M(x,y);求得图像的所有像素值的平方值，将求得的平方值保存到另一个大小为M×N的存储单元里边；掩膜窗口沿着图像的一侧向另一侧遍历，计算一个掩膜内当前一列其中一行的像素的平方的和PSS_ML(x,y)和一个掩膜内所有的像素的平方的和PSS_M(x,y)：计算基于掩膜窗口内像素的方差V(x,y)。本发明既能很好的处理图像的边缘问题，防止了越界，优化后的相比于原运算速度提高了一个数量级以上，大大提高了图像处理系统的实时处理性能。
【专利说明】一种基于局部方差图像增强的优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及图像增强算法的优化，尤其是两种单独的优化方案以及这两种优化方 案的叠加优化。
【背景技术】
[0002] 在一般情况下，经过图像的传送和转换，如成像、复制、扫描、传输和显示等，经常 会造成图像质量的下降。在摄影时由于光照条件不足或过度，会使图像过暗或过量。我们 的目标就是根据应用要求改善图像质量。图像增强是指根据特定的需要突出图像中的重要 信息，同时减弱或去除不需要的信息。就图像增强来说，最关心的是一幅图像灰度的平均值 和方差（或标准差），因为它是平均对比度的量度。全局平均值和方差是对整幅图像进行度 量，并是对整幅图像强度和对比度的初步粗调整。局部平均值和方差被用做实施改变的基 础，而这种改变依靠图像中对每个像素预先定义的区域的图像特性。在图像处理中使用局 部平均值和方差的一个重要特点是提供了开发简单且功能强大的增强技术的灵活性，这种 技术基于可预测的且与图像外观相近的统计度量。利用局部方差可以较好的体现图像细节 信息的特征，通过计算并比较图像局部方差的大小来判断局部图像的增强程度，然后以灰 度均值为基准进行局部灰度拉伸。
[0003] 当前的众多检测系统往往全天对检测对象进行处理，往往晚上也需要对对象进行 检测，这往往就会带来一个问题，当光线很暗的时候，就会拍摄出许多对比度很差的图像， 而对这些图像进行检测，往往就会造成误检。而基于局部方差的图像对比度增强的算法可 以很好的解决这个问题，所以这种方法可以应用到检测系统里边。基于局部方差的图像对 比度增强是基于一个掩膜，逐个的对每个像素进行方差处理，当图像非常的大，如果用传统 的方法去处理的话会非常耗时间，完全不能满足实时图像检测系统的要求，亟需对这个算 法进行优化以满足工业实时检测系统的要求。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是当图片很大像素点很多，提供一种基于局部方差图像增强的优化 方法，比传统的基于局部方差的暗图像对比度增强的算法处理速度提高一个数量级以上， 甚至更快。
[0005] 技术方案：
[0006] 为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种基于局部方差图像增强的优化方 法，包括以下步骤：
[0007] -种基于局部方差图像增强的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008] 1):获取一幅图片大小为MXN图像的像素值，将其保存到一个大小为MXN的存储 单元里边；划分需要处理的像素区域，需要处理的像素区域大小不超过（M-W+l) X (N-V+1)， 其中，掩膜窗口的大小为W X V，W和V都是奇数；掩膜窗口沿着图像的一侧向另一侧遍历，计 算一个掩膜内当前一列其中每一行的像素的和PS_M= (x，y)和一个掩膜内所有的像素和 PS_ML(x. v)：
【权利要求】
1. 一种基于局部方差图像增强的优化方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) :获取一幅图片大小为MXN图像的像素值，将其保存到一个大小为MXN的存储单元 里边；划分需要处理的像素区域，需要处理的像素区域大小不超过（M-W+l) X (N-V+1)，其 中，掩膜窗口的大小为WXV，W和V都是奇数；掩膜窗口沿着图像的一侧向另一侧遍历，计算 一个掩膜内当前一列其中每一行的像素的和PS_ML(x, y)和一个掩膜内所有的像素和PS_ M(x, y)：
式中：G(x, y)为点（x, y)的像素值； 2) :求得图像的所有像素值的平方值，将求得的平方值保存到另一个大小为 MXN的存储单元里边；划分需要处理的像素区域，需要处理的像素区域大小不超过 (M-W+l) X (N-V+1)，其中，掩膜窗口的大小为WXV，W和V都是奇数；掩膜窗口沿着图像的一 侧向另一侧遍历，计算一个掩膜内当前一列其中一行的像素的平方的和PSS_ML(x，y)和一 个掩膜内所有的像素的平方的和PSS_M(x，y):
式中：G2(x，y)为点（x，y)的像素值的平方； 3) :计算基于掩膜窗口内像素的方差V(x，y):
式中：q(w，v)为掩膜内像素的个数。
2. 根据权利要求1所述的一种基于局部方差图像增强的优化方法，其特征 在于：步骤1)中PS_M(x，y)的处理方法是，掩膜窗口遍历到待处理区域的第一行 时，PS_M(x，y)的计算方法是把这个模块的一个掩膜窗口一行的像素和累加起来，
掩膜窗口往下移动时，由于当前掩膜窗口前（V-1)行 和上个掩膜窗口的后（V-1)行的像素是相同的，不需重复求和处理，则PS_M(x，y)的计算 方法则是：
PS_ML(x，y)的处理方法是，掩膜窗口遍历第一列的像素时，PS_ML(x，y)的计算方法是 把这一行的像素累加起来，而当处理第一列往后的像素，则
i W I Z. PS_ML(x，y)的计算方法则是
步骤2)中PSS_M(x，y)的处理方法是，掩膜窗口遍历到第一行时，PSS_ M(x, y)的计算方法是把这个模块的一个掩膜窗口一行的像素平方的和累加起来，
掩膜窗口往下移动时，则PSS_M的计算方法则是：
PSS_ML(x，y)的处理方法是，掩膜窗口遍历第一列的像素时，PSS_ML(x，y)的计算方法 是把这一行的像素累加起聋
而当处理第一列往后的像 素，则PSS_ML(x，y)的计算方法则是： PSS_ML(x, y) = PSS_ML(x-l, y)+G2(x+w/2, y)-G2 (x-w/2-1, y) 〇
3. 根据权利要求1或2所述的一种基于局部方差图像增强的优化方法，其特征在于： 还包括步骤： 4)、对步骤1)、2)和3)进行SSE指令优化，具体步骤为： 41) :利用SSE进行优化首先要将保存图像像素的数组，保存图像像素的平方的数组以 及保存PS_ML(x，y)和PSS_ML(x，y)的数组的首地址进行16字节对齐； 42) :把保存像素和像素值平方的数组首地址赋给一个指向SSE数据类型的指针； 43) :求得像素平方值时采用SMD的方法，进行运算，按一次4个像素遍历所有的像素 点，遍历下面4个像素点时只需要把每个SSE数据类型的指针递增1 ; 44) :求得PS_ML(x，y)和PSS_ML(x，y)时，把像素的行和列的值进行转置，用一个新的 数组存放转换后的像素值从而用指针直接寻址，用一个新的数组来存放转换后的像素的平 方值；然后，回到步骤42)所说的把它们的首地址赋给指向SSE数据类型的指针； 45) 然后利用43)的方法来计算每一行的PS_ML(x，y)和PSS_ML(x，y)。
4. 根据权利要求1所述的一种基于局部方差图像增强的优化方法，其特征在于：步骤 1)的图片大小为1208X768,掩膜窗口的大小为23X13,这样待处理的像素区域不会超过 1186X756,设定待处理的像素区域的宽和高分别是m和n，其中m小于等于1186, η小于等 于 756。
5. 根据权利要求4所述的一种基于局部方差图像增强的优化方法，其特征在于：步骤 1)和2)根据掩膜在一列中从第一行遍历到最后一行，要设定一个n+V-1大小的数组存储 单元来存放n+V-1行的PS_ML(X，y)、一个η大小的数组存储单元来存放η个掩膜的PS_ M(x，y)、一个n+V-1大小的数组来存放n+V-1行的PSS_ML(x，y)和一个η大小的数组来存 放η个模块的PSS_M(x, y)。
【文档编号】G06T5/50GK104112264SQ201410337178
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月15日 优先权日:2014年7月15日
【发明者】叶莉华, 薛扣粉, 彭佩红, 杭建军, 崔一平 申请人:东南大学