应用于AOI设备的图像增强方法、装置及道路视频监控设备与流程

本发明涉及图像增强领域，特别涉及一种应用于aoi设备的图像增强方法、装置及道路视频监控设备。

背景技术：

在进行目标区域视频监控的过程中，图像在成像、采集、运输、复制等过程中不可避免地会造成某些降质，如在成像过程中由于光学系统会导致图像失真，不同的光照条件会使图像的曝光度差异很大，运动状态下成像会使图像模糊，而在传输过程中，各种噪声和干扰将污染图像，另外对于经常出现雾天的情况，在雾天摄像机拍摄的画面会出现模糊的情况，

现有的方案中有光学透雾和算法透雾等方式，早期研究的透雾技术，主要是从成像原理入手，也就是光学透雾，通过透雾镜头来过滤空气中杂质对影像的影响，其原理为：在不可见光的范围内，近红外波段的光可以穿透雾气，将这一频率的不可见光进行成像，从而实现肉眼无法实现的“透视”。但由于近红外波段的波长不同可见光，需要在摄像机上进行采集，才能达到对其成像的目的。同时由于红外波段信号能量低、信噪比低，其图像信号采集传感器和处理过程也和可见光不同。

而利用算法透雾，也称视频图像增透技术，一般指将因雾和水汽灰尘等导致朦胧不清的图像变得清晰，强调图像当中某些感兴趣的特征，抑制不感兴趣的特征，使得图像的质量改善，信息量得到增强。以下为算法透雾的几种实现方式。

首先是基于暗通道的透雾算法，该算法是一种基于去雾物理模型的方法，针对雾天图像的退化现象，进行一次与成像的逆过程来恢复无雾图像。此方法针对性很强，得到的算法结果自然，能够取得不错的去雾效果。但是此类方法计算量都非常大，处理一副图像需要耗费大量的时间，难以满足实时性要求，限制了该算法在工程领域的广泛应用。且对远红外成像这种不符合雾天模型的情况并不适用。

第二种是传统的图像增强算法，如retinex和clahe等算法，这类图像增强算法通过一定手段对原图像变换数据，有选择地突出图像中感兴趣的特征或者抑制图像中某些不需要的特征，使图像与视觉响应特性相匹配。在图像增强过程中，不分析图像降质的原因，处理后的图像不一定逼近原始图像。如retinex算法可以实现多个特征的增强，同时也存在一些不足之处：局部细节出现过增强，使得图像出现噪点，图像明暗对比强烈的部分易产生光晕现象以及颜色保持不够真实自然。在一些远距离监控应用场景中，由于作用距离远、画面视场小，上述的透雾技术效果各有优劣。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种应用于aoi设备的图像增强方法、装置及道路视频监控设备，本方案综合光学成像、图像信号处理、视频增强技术，提高了透雾性能，透雾后的图像在清晰度和细节、对比度方面都得到了较大改善，提高了雾天情况下长焦距、大变倍镜头的探测距离。

第一方面，本发明提供一种应用于aoi设备的图像增强方法，所述方法包括：

获取目标区域的多光谱图像；

针对所述多光谱图像划分为多个连续不重叠的子区域；

利用截取值对每个子区域的灰度直方图进行截取，并将截取下的像素均匀分配到每个灰度级得到限定对比度直方图；

根据所述限定对比度直方图对所述多光谱图像进行灰度线性处理完成图像增强。

作为一种可选的方案，所述获取目标区域的多光谱图像数据，包括：

获取目标区域在至少两个波段下的多光谱数据。

作为一种可选的方案，所述针对所述多光谱图像划分为多个连续不重叠的子区域，包括：

针对所述多光谱图像均匀划分成等份尺寸相等矩形的子区域。

作为一种可选的方案，所述利用截取值对每个子区域的灰度直方图进行截取，并将截取下的像素均匀分配带每个灰度级得到限定对比度直方图，包括：

利用所述多光谱图像的平均锐度值确定对比受限的截止值；

利用所述截止值对每个子区域的灰度直方图进行对比度限幅得到限定对比度直方图。

作为一种可选的方案，所述利用所述截止值对每个子区域的灰度直方图进行对比度限幅得到限定对比度直方图，包括：

将每个子区域的子平均锐度值与所述截止值进行比对，当所述自平均锐度值大于等于所述截止值则确定该子区域中存在兴趣特征，当所述子平均锐度值小于所述截止值时则确定该区域为单一特征区域，对该区域进行降噪处理。

作为一种可选的方案，所述根据所述限定对比度直方图对所述多光谱图像进行灰度线性插值处理完成图像增强，包括：

获取每个子区域的累积分布函数cdf以及映射关系；

利用所述累计分布函数以及所述映射关系完成对所有限定对比度直方图进行均衡化处理得到每个子区域的中心点，利用所述中心点对所述多光谱图像中的每个像素进行灰度线性插值处理完成图像增强。

第二方面，本发明提供一种应用于aoi设备的图像增强装置，所述装置包括：

图像获取单元，用于获取目标区域的多光谱图像；

图像处理单元，用于针对所述多光谱图像划分为多个连续不重叠的子区域，利用截取值对每个子区域的灰度直方图进行截取，并将截取下的像素均匀分配带每个灰度级得到限定对比度直方图，根据所述限定对比度直方图对所述多光谱图像进行灰度线性处理完成图像增强。

作为一种可选的方案，还包括设备控制单元和成像单元，所述成像单元包括镜头、滤光片和图像传感器，所述设备控制单元包括用于对所述镜头进行聚焦的焦距调整模块、用于调整云台转动的云台控制模块和用于对所述滤光片进行切换的滤光片切换控制模块。

作为一种可选的方案，所述滤光片包括可见滤光片和第一红外滤光片、第二红外滤光片。

第三方面，本发明提供一种道路视频监控设备，所述道路视频监控设备具有如上述的应用于aoi设备的图像增强装置。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例提供了一种应用于aoi设备的图像增强方法、装置及道路视频监控设备，通过对多光谱图像进行灰度直方图均衡化进行图像增强，使得灰度分布区域均匀，图像所占的像素灰度间距拉大，加大图像反差，改善图像视觉效果，本方案综合光学成像、图像信号处理、视频增强技术，提高了透雾性能，透雾后的图像在清晰度和细节、对比度方面都得到了较大改善，提高了雾天情况下长焦距、大变倍镜头的探测距离。

附图说明

图1是本发明提供的应用于aoi设备的图像增强方法一种实施例的流程图；

图2是本发明提供的应用于aoi设备的图像增强方法另一种实施例的流程图；

图3是本发明提供的应用于aoi设备的图像增强装置一种实施例的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

结合图1所示，本发明提供一种应用于aoi设备的图像增强方法的一种实施例，所述方法包括：

s101、获取目标区域的多光谱图像。

s102、针对所述多光谱图像划分为多个连续不重叠的子区域。

s103、利用截取值对每个子区域的灰度直方图进行截取，并将截取下的像素均匀分配到每个灰度级得到限定对比度直方图。

s104、根据所述限定对比度直方图对所述多光谱图像进行灰度线性处理完成图像增强。

本发明实施例提供了一种应用于aoi设备的图像增强方法，aoi(automatedopticalinspection，自动光学检测)设备是基于光学原理来对焊接生产中遇到的常见缺陷进行检测的设备，aoi设备通过对多光谱图像进行灰度直方图均衡化进行图像增强，使得灰度分布区域均匀，图像所占的像素灰度间距拉大，加大图像反差，改善图像视觉效果，本方案综合光学成像、图像信号处理、视频增强技术，提高了透雾性能，透雾后的图像在清晰度和细节、对比度方面都得到了较大改善，提高了雾天情况下长焦距、大变倍镜头的探测距离。

本发明提供一种应用于aoi设备的图像增强方法另一种实施例，所述方法包括：

s201、获取目标区域的多光谱图像。

目标区域即监控的区域，如道路、路口、仓库等区域，获取目标区域在至少两个波段下的多光谱数据，两个波段可以分别为可见光和红外光，对于红外光还可以设置多个不同的波段，通过利用不同的滤光片进行滤光即可，多光谱图像可以包含很多带的图像，每个带是一幅灰度图像，它表示根据用来产生该带的传感器的敏感度得到的场景亮度，可以通过成像单元进行多光谱图像的采集，成像单元设置在设备控制单元上，成像单元包括镜头、滤光片和图像传感器，设备控制单元包括用于对所述镜头进行聚焦的焦距调整模块、用于调整云台转动的云台控制模块和用于对所述滤光片进行切换的滤光片切换控制模块，通过滤光片切换控制模块可以实现不同滤光片的切换。

s202、针对所述多光谱图像划分为多个连续不重叠的子区域。

采用直方图进行图像增强，针对所述多光谱图像均匀划分成等份尺寸相等矩形的子区域，对于尺寸的选择，此处不做限定。

s203、利用截取值对每个子区域的灰度直方图进行截取，并将截取下的像素均匀分配到每个灰度级得到限定对比度直方图。

利用所述多光谱图像的平均锐度值确定对比受限的截止值，利用所述截止值对每个子区域的灰度直方图进行对比度限幅得到限定对比度直方图，具体地，将每个子区域的子平均锐度值与所述截止值进行比对，当所述自平均锐度值大于等于所述截止值则确定该子区域中存在兴趣特征，当所述子平均锐度值小于所述截止值时则确定该区域为单一特征区域，对该区域进行降噪处理。

s204、根据所述限定对比度直方图对所述多光谱图像进行灰度线性处理完成图像增强。

获取每个子区域的累积分布函数cdf以及映射关系，映射关系可以由累积直方图分布曲线得到：

其中a0是像素总数(图像面积)，dmax为最大大灰度值，da、db分别是转换前、后的灰度值，hi是第i级灰度的像素个数。利用所述累计分布函数以及所述映射关系完成对所有限定对比度直方图进行均衡化处理得到每个子区域的中心点，利用所述中心点对所述多光谱图像中的每个像素进行灰度线性插值处理完成图像增强。

本发明实施例提供了一种应用于aoi设备的图像增强方法，aoi设备通过对多光谱图像进行灰度直方图均衡化进行图像增强，使得灰度分布区域均匀，图像所占的像素灰度间距拉大，加大图像反差，改善图像视觉效果，本方案综合光学成像、图像信号处理、视频增强技术，提高了透雾性能，透雾后的图像在清晰度和细节、对比度方面都得到了较大改善，提高了雾天情况下长焦距、大变倍镜头的探测距离。

需要说明的是，在通常可见光的监控由于焦距小，视场较大。所以得到的图像对比度较好，动态范围较大，噪声小，颜色较真实，能够真实反映现实场景。而红外监控由于作用距离远，近红外响应信号强度弱，导致图像的对比度下降，图像的动态范围较小，噪声较大，因此为了增强图像的视觉效果需要对多光谱图像进行预处理。

图像预处理的流程可以包括颜色插值、图像去噪、锐化、颜色转换、颜色校正、白平衡和图像数据统计，具体地，进行降噪处理时，由于在远距离的监控条件下，图像的噪声较大，因此需要尽量对图像进行噪声消除，增加降噪等级，以满足人眼视觉为目的。在进行图像锐化过程中，由于作用距离远，天气中的粉尘、颗粒等干扰，导致图像主体边缘模糊，细节不明显。降低锐度参数，以满足人眼视觉为准。在进行色调映射处理时，色调映射从本质上来说要解决的问题是进行大幅度的对比度衰减将场景亮度变换到可以显示的范围，同时要保持图像细节与颜色等对于表现原始场景非常重要的信息。在不同的应用中，色调映射有着不同的目标，在作用距离远、视场小的环境下，色调映射的目标是强调生成尽可能多的细节或者最大的图像对比度，增大图像的动态范围。调试方法是采用查找表的方式来实现，如果校正后的效果满足人眼视觉，就认为达到了校正效果，不再需要重新校正。

灰度直方图是灰度级的函数，描述的是图像中具有该灰度级的像素的个数。确定图像像元的灰度值范围，以适当的灰度间隔为单位将其划分为若干等级，以横轴表示图像的各灰度级，以纵轴表示各个灰度出现的像素个数，做出的条形统计图即为灰度直方图，在数学上，归一化的直方图定义为灰度级出现的相对频率。

直方图均衡化是通过对原图像进行某种变换，重新分配图像像素值，把原始图像的灰度直方图从比较集中的某个灰度区间变成在全部灰度范围内均匀分布的形式，从而使原始图像的直方图改变成均匀分布的直方图，达到增强图像整体对比度的效果。

结合图2所示，本发明提供的基于多光谱图像的图像增强的另一种实施例，所述图像增强算法的实现流程包括：

s301、利用统计数据中的每个子区域的灰度直方图作为算法输入。

s302、利用统计数据中的平均锐度统计值的大小来确定对比度受限的截止极限。

s303、利用截止极限对每个分块的区域进行对比度限幅。

当图像中的某个块的平均锐度值大于设定的阈值时，判断明图像中存在主体，并进一步突出主体；当图像中的某个块的平均锐度值小于设定的阈值时，判断存在单一背景，对单一背景不操作，限制噪声的过度放大，突出图像重点主体。

s304、对每个子区域对比度受限后的灰度直方图进行均衡化，获得每个子区域中心点，将这些中心点作为样本点。

s305、对图像的每一个像素进行灰度线性插值，得到增强后的图像。

本发明提供一种应用于aoi设备的图像增强方法，aoi设备利用统计数据中的每个子区域的灰度直方图作为算法输入，利用平均锐度统计值的大小来确定对比度受限的截止极限，截止极限的主要作用就是对每个分块的区域进行对比度限幅，当图像中的某个块的平均锐度值较大时，说明图像中可能存在主体，那么就突出主体，其截至极限就相应增大。当图像中的某个块的平均锐度值较小时，那么可能存在天空等单一背景，那么就对天空等单一背景不操作，这可以有效的避免算法对天空等单一背景的过度操作，限制噪声的过度放大，而且能够突出图像重点主体，然后对每个子区域对比度受限后的灰度直方图进行均衡化，获得每个子区域中心点，将这些中心点作为样本点，最后再对图像的每一个像素进行灰度线性插值，得到增强后的图像，综合光学成像、图像信号处理、视频增强技术，提高了透雾性能，透雾后的图像在清晰度和细节、对比度方面都得到了较大改善，提高了雾天情况下长焦距、大变倍镜头的探测距离。

结合图3所示，相应地，本发明提供一种应用于aoi设备的图像增强装置，用于执行上述的应用于aoi设备的图像增强方法，所述装置包括：

图像获取单元401，用于获取目标区域的多光谱图像；

图像处理单元402，用于针对所述多光谱图像划分为多个连续不重叠的子区域，利用截取值对每个子区域的灰度直方图进行截取，并将截取下的像素均匀分配带每个灰度级得到限定对比度直方图，根据所述限定对比度直方图对所述多光谱图像进行灰度线性处理完成图像增强。

应用于aoi设备的图像增强装置还包括设备控制单元403和成像单元404，所述成像单元404包括镜头、滤光片和图像传感器，成像单元404将采集的多光谱图像输出至图像采集单元401，所述设备控制单元403包括用于对所述镜头进行聚焦的焦距调整模块、用于调整云台转动的云台控制模块和用于对所述滤光片进行切换的滤光片切换控制模块，镜头可以进行焦距调整和对焦，具有长焦距、大变倍镜头的特点，滤光片包括可见滤光片和第一红外滤光片、第二红外滤光片，第一红外滤光片和第二红外滤光片具有不同的波段，当然还可以根据需要增加更多的滤光片，具体波段可以灵活选择，对此不做限定。

本实施例中，设备控制单元通过485接口与成像单元电连接，图像传感器可以采用cmos传感器sonyimx222，需要说明的是，期间类型可以根据实际需要灵活选择，对此不做限定。

直方图均衡化的基本思想是更改原始图像像素的灰度，每个灰度值代表1个灰度级，灰度图像拥有256个灰度级，对在图像中像素个数多的灰度级进行拓宽，对像素个数少的灰度级进行缩减，使图像对应的直方图变换为均匀分布的形式；从而增强图像的整体对比度，达到使图像清晰的目的；此时，图像的熵最大，图像所包含的信息量最大。

直方图均衡化算法的步骤：

s1、统计原始图像各灰度级的像素数目；

s2、计算原始图像的直方图，即各灰度级的概率密度；

s3、计算各灰度级的累积概率分布；

s4、计算最后的输出灰度级；

s5、利用映射关系，修改原图的灰度级，获得增强图像，使得图像直方图为近似均匀分布。

本发明实施例提供了一种应用于aoi设备的图像增强装置，aoi设备通过对多光谱图像进行灰度直方图均衡化进行图像增强，使得灰度分布区域均匀，图像所占的像素灰度间距拉大，加大图像反差，改善图像视觉效果，本方案综合光学成像、图像信号处理、视频增强技术，提高了透雾性能，透雾后的图像在清晰度和细节、对比度方面都得到了较大改善，提高了雾天情况下长焦距、大变倍镜头的探测距离。

相应地，本发明实施例中提供一种道路视频监控设备，所述道路视频监控设备具有如上述的应用于aoi设备的图像增强装置，道路视频监控设备可以采用探头的方式设置在道路路口，道路视频监控设备是公安指挥系统的重要组成部分，提供对现场情况最直观的反映，是实施准确调度的基本保障，重点场所和监测点的前端设备将视频图像以光纤或专线等方式传送至交通指挥中心，进行信息的存储、处理和发布，使交通指挥管理人员对交通违章、交通堵塞、交通事故及其它突发事件做出及时、准确的判断，并相应调整各项系统控制参数与指挥调度策略。

本发明实施例中提供一种道路视频监控设备中还配置有用于执行一种应用于aoi设备的图像增强方法的程序，所述方法包括：

获取目标区域的多光谱图像；

针对所述多光谱图像划分为多个连续不重叠的子区域；

利用截取值对每个子区域的灰度直方图进行截取，并将截取下的像素均匀分配到每个灰度级得到限定对比度直方图；

根据所述限定对比度直方图对所述多光谱图像进行灰度线性处理完成图像增强。

作为一种可选的方案，所述获取目标区域的多光谱图像数据，包括：

获取目标区域在至少两个波段下的多光谱数据。

作为一种可选的方案，所述针对所述多光谱图像划分为多个连续不重叠的子区域，包括：

针对所述多光谱图像均匀划分成等份尺寸相等矩形的子区域。

作为一种可选的方案，所述利用截取值对每个子区域的灰度直方图进行截取，并将截取下的像素均匀分配带每个灰度级得到限定对比度直方图，包括：

利用所述多光谱图像的平均锐度值确定对比受限的截止值；

利用所述截止值对每个子区域的灰度直方图进行对比度限幅得到限定对比度直方图。

作为一种可选的方案，所述利用所述截止值对每个子区域的灰度直方图进行对比度限幅得到限定对比度直方图，包括：

将每个子区域的子平均锐度值与所述截止值进行比对，当所述自平均锐度值大于等于所述截止值则确定该子区域中存在兴趣特征，当所述子平均锐度值小于所述截止值时则确定该区域为单一特征区域，对该区域进行降噪处理。

作为一种可选的方案，所述根据所述限定对比度直方图对所述多光谱图像进行灰度线性插值处理完成图像增强，包括：

获取每个子区域的累积分布函数cdf以及映射关系；

利用所述累计分布函数以及所述映射关系完成对所有限定对比度直方图进行均衡化处理得到每个子区域的中心点，利用所述中心点对所述多光谱图像中的每个像素进行灰度线性插值处理完成图像增强。

本发明实施例提供了一种道路视频监控设备，通过对多光谱图像进行灰度直方图均衡化进行图像增强，使得灰度分布区域均匀，图像所占的像素灰度间距拉大，加大图像反差，改善图像视觉效果，本方案综合光学成像、图像信号处理、视频增强技术，提高了透雾性能，透雾后的图像在清晰度和细节、对比度方面都得到了较大改善，提高了雾天情况下长焦距、大变倍镜头的探测距离。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(rom，readonlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁盘或光盘等。

以上对本发明所提供的一种应用于aoi设备的图像增强方法、装置及道路视频监控设备进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。