图像处理方法及装置与流程

本发明实施例涉及图像处理技术领域，具体涉及一种采用数学变换直接控制数码数值而达到夜视效果的图像处理方法及装置。

背景技术：

数字图像，又称数码图像或数位图像，是二维图像用有限数字数值像素的表示。由数组或矩阵表示，其光照位置和强度都是离散的。数字图像是由模拟图像数字化得到的、以像素为基本元素的、可以用数字计算机或数字电路存储和处理的图像。随着数码图像处理的发展，数码技术已深入到图像处理的各个领域。

传统技术方案中，虽然夜视仪图像的摄入是数码的，但是将夜晚因光线不足使人眼看不到或看不清的图像转变到人眼能够识别的图像的过程采用技术确是非数码的，通常采用电子线路的微光成像或红外技术，需要依靠额外的辅助技术，需要借助辅助的硬件设备，夜视成本高。特别是红外夜视技术会产生红外光的阴影，无法揭露红外阴影中存在的事物，夜视效果差。因此需要一种新的技术方案对图像进行处理，以达到夜视或增强现有技术夜视效果的目的。

技术实现要素：

为此，本发明实施例提供一种图像处理方法及装置，基于单像素成像原理以及少量光子经过数学补光后成像的物理机制，达到夜视或增强现有技术夜视效果的目的。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：一种图像处理方法，包括：

获取原始实景图像的数字图像；

将所述数字图像进行格式化重整，使所述数字图像的像素值的值域映射到[0，1]之间；

对格式化重整后的数字图像采用第一非线性数学模型进行补光变换，将单光子的成像映射到多光子的成像；

将补光变换后的数字图像利用第二非线性数学模型进行对比度辅助变换；

输出格式化重整、补光变换、对比度辅助变换后的数字图像。

作为图像处理方法的优选方案，所述原始实景图像为采用照相机或摄像机摄像头采集的实景图像，将所述原始实景图像转换为数码格式的数字图像。

作为图像处理方法的优选方案，所述格式化重整的方式为：

bff＝double(pic)

bff＝bff/max(max(max(bff)))

其中pic为数字图像的数码文件；

double为双精度浮点格式；

bff为双精度浮点格式的数字图像的数码文件；

max为取极大值的运算。

作为图像处理方法的优选方案，所述补光变换采用的第一非线性数学模型为：

i＝c1i^p1+c2i^p2+c3i^p3+…+cni^pn

其中：i为像素灰度值；

c1，…，cn为不同亮度变换的加权系数，满足c1²+…+cn²＝1；

p1，…，pn为补光指数。

作为图像处理方法的优选方案，补光变换中每项像素灰度的亮度放大系数分别为a1，…，an，

ai＝ii/i

其中ii＝i^pi；

pi与ai的关系为pi＝1+log(ai)/log(i)

其中1≤i≤n，i为自然数。

作为图像处理方法的优选方案，所述对比度辅助变换利用第二非线性数学模型为：

i＝s(i)

其中s为具有s形曲线的函数。

作为图像处理方法的优选方案，所述s形曲线的函数为：

s(i)＝0.5sin[π(i-1/2)]+0.5

其中i为像素灰度值，0≤i≤1；

π为圆周率。

本发明实施例还提供一种图像处理装置，包括：

图像获取模块，用于获取原始实景图像的数字图像；

格式化重整模块，用于对数字图像进行格式化重整，使所述数字图像的像素值的值域映射到[0，1]之间；

补光变换模块，用于对格式化重整后的数字图像采用第一非线性数学模型进行补光变换，将单光子的成像映射到多光子的成像；

对比度辅助变换模块，用于将补光变换后的数字图像利用第二非线性数学模型进行对比度辅助变换；

图像输出模块，用于输出格式化重整、补光变换、对比度辅助变换后的数字图像。

作为图像处理装置的优选方案，所述原始实景图像为采用照相机或摄像机摄像头采集的实景图像，将所述原始实景图像转换为数码格式的数字图像。

作为图像处理装置的优选方案，所述格式化重整的方式为：

bff＝double(pic)

bff＝bff/max(max(max(bff)))

其中pic为数字图像的数码文件；

double为双精度浮点格式；

bff为双精度浮点格式的数字图像的数码文件；

max为取极大值的运算；

所述补光变换采用的第一非线性数学模型为：

i＝c1i^p1+c2i^p2+c3i^p3+…+cni^pn

其中：i为像素灰度值；

c1，…，cn为不同亮度变换的加权系数，满足c1²+…+cn²＝1；

p1，…，pn为补光指数；

补光变换中每项像素灰度的亮度放大系数分别为a1，…，an，

ai＝ii/i

其中ii＝i^pi；

pi与ai的关系为pi＝1+log(ai)/log(i)

其中1≤i≤n，i为自然数；

所述对比度辅助变换利用第二非线性数学模型为：

i＝s(i)

其中s为具有s形曲线的函数；

所述s形曲线的函数为：

s(i)＝0.5sin[π(i-1/2)]+0.5

其中i为像素灰度值，0≤i≤1；

π为圆周率。

本发明的实施方式具有如下优点：利用单像素成像原理采用非线性数学模型以少量光子经过数学补光后进行成像的物理机制，实现数码直接成像，省去大量硬件设备；与现有所有夜视技术不冲突，通过本发明技术方案可以免去现有夜视技术达到夜视效果，也可以在现有夜视技术的基础上融合本发明技术方案，改善现有技术的夜视效果。相比于红外夜视技术会产生红外光的阴影，本发明技术方案可以揭露红外阴影中的事物。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。其中图3、图4和图5中存在不清晰的图片是为了对比前后的显示效果。

图1为本发明实施例中提供的一种图像处理方法流程图；

图2为本发明实施例中提供的一种图像处理装置架构图；

图3为采用本发实施例技术方案的存在隔壁余光的图像处理效果对比图；

图4为采用本发实施例技术方案的存在门缝余光的图像处理效果对比图；

图5为采用本发实施例技术方案的室外夜晚的图像处理效果对比图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本技术方案中的多光子属于本领域技术人员常用的表达方式，并非对光子进行不清楚的限定，多光子技术是基于多光子激发理论提出的新型光子技术。通常情况下，一个分子或者原子每次只能吸收一个光子，从基态跃迁到激发态。当光强足够高时，就会产生多光子跃迁，即一次可以吸收多个光子。

参见图1，提供一种图像处理方法，包括以下步骤：

s1：获取原始实景图像的数字图像；

s2：将所述数字图像进行格式化重整，使所述数字图像的像素值的值域映射到[0，1]之间；

s3：对格式化重整后的数字图像采用第一非线性数学模型进行补光变换，将单光子的成像映射到多光子的成像；

s4：将补光变换后的数字图像利用第二非线性数学模型进行对比度辅助变换；

s5：输出格式化重整、补光变换、对比度辅助变换后的数字图像。

图像处理方法的一个实施例中，具体的，所述格式化重整的方式为：

bff＝double(pic)

bff＝bff/max(max(max(bff)))

其中pic为数字图像的数码文件；

double为双精度浮点格式；

bff为双精度浮点格式的数字图像的数码文件；

max为取极大值的运算。

图像处理方法的一个实施例中，具体的，所述补光变换采用的第一非线性数学模型为：

i＝c1i^p1+c2i^p2+c3i^p3+…+cni^pn

其中：i为像素灰度值；

c1，…，cn为不同亮度变换的加权系数，满足c1²+…+cn²＝1；

p1，…，pn为补光指数。

补光变换中每项像素灰度的亮度放大系数分别为a1，…，an，

ai＝ii/i

其中ii＝i^pi；

pi与ai的关系为pi＝1+log(ai)/log(i)

其中1≤i≤n，i为自然数。可使单个光子的成像映射到多光子的成像。单光子的成像是单像素的，而映射到多光子的成像也是单像素的。

图像处理方法的一个实施例中，具体的，所述对比度辅助变换利用第二非线性数学模型为：

i＝s(i)

其中s为具有s形曲线的函数。

作为图像处理方法的优选方案，所述s形曲线的函数为：

s(i)＝0.5sin[π(i-1/2)]+0.5

其中i为像素灰度值，0≤i≤1；

π为圆周率。

参见图2，本发明实施例还提供一种图像处理装置，包括：

图像获取模块1，用于获取原始实景图像的数字图像；

格式化重整模块2，用于对数字图像进行格式化重整，使所述数字图像的像素值的值域映射到[0，1]之间；

补光变换模块3，用于对格式化重整后的数字图像采用第一非线性数学模型进行补光变换，将单光子的成像映射到多光子的成像；

对比度辅助变换模块4，用于将补光变换后的数字图像利用第二非线性数学模型进行对比度辅助变换；

图像输出模块5，用于输出格式化重整、补光变换、对比度辅助变换后的数字图像。

具体的，所述原始实景图像为采用照相机或摄像机摄像头采集的实景图像，将所述原始实景图像转换为数码格式的数字图像。本技术方案不限于实时的应用在夜视过程中，针对采用传统相机拍摄非数码形式的照片，可以处理呈数字图像(可以对照片采用数码相机进行拍摄生产数字图像)，从而对生成的图像通过本技术方案进行格式化重整、补光变换、对比度辅助变换处理达到夜视效果的目的，也即展示照片中看不到或看不清的事物。也可以利用到实施的夜视技术方案中，对实时图像进行处理达到夜视效果。

图像处理装置的一个实施例中，具体的，所述格式化重整的方式为：

bff＝double(pic)

bff＝bff/max(max(max(bff)))

其中pic为数字图像的数码文件；

double为双精度浮点格式；

bff为双精度浮点格式的数字图像的数码文件；

max为取极大值的运算；

所述补光变换采用的第一非线性数学模型为：

i＝c1i^p1+c2i^p2+c3i^p3+…+cni^pn

其中：i为像素灰度值；

c1，…，cn为不同亮度变换的加权系数，满足c1²+…+cn²＝1；

p1，…，pn为补光指数；

补光变换中每项像素灰度的亮度放大系数分别为a1，…，an，

ai＝ii/i

其中ii＝i^pi；

pi与ai的关系为pi＝1+log(ai)/log(i)

其中1≤i≤n，i为自然数；

所述对比度辅助变换利用第二非线性数学模型为：

i＝s(i)

其中s为具有s形曲线的函数；

所述s形曲线的函数为：

s(i)＝0.5sin[π(i-1/2)]+0.5

其中i为像素灰度值，0≤i≤1；

π为圆周率。

参见图3、图4和图5，本发明实施例中的技术方案，利用单像素成像原理采用非线性数学模型以少量光子经过数学补光后进行成像的物理机制，具体的，获取原始实景图像的数字图像，将数字图像进行格式化重整，使数字图像的像素值的值域映射到[0，1]之间，对格式化重整后的数字图像采用第一非线性数学模型进行补光变换，将单光子的成像映射到多光子的成像，将补光变换后的数字图像利用第二非线性数学模型进行对比度辅助变换，输出格式化重整、补光变换、对比度辅助变换后的数字图像。实现数码直接成像，省去大量硬件设备；与现有所有夜视技术不冲突，通过本发明技术方案可以免去现有夜视技术达到夜视效果，也可以在现有夜视技术的基础上融合本发明技术方案，改善现有技术的夜视效果。相比于红外夜视技术会产生红外光的阴影，本发明技术方案可以揭露红外阴影中的事物，使原来几乎看不见的景物变得可视，夜视效果好。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。