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子块自适应融合的多层子块重叠直方图均衡方法及系统技术方案

技术编号:20920367 阅读:21 留言:0更新日期:2019-04-20 10:30
本发明专利技术公开一种子块自适应融合的多层子块重叠直方图均衡方法及系统,通过修改传统的BOHE算法中模板的移动路径,使当前子块与前一个子块之间仅存在一个步长移动的非重叠区域,形成快速BOHE算法;并在对子块进行快速BOHE算法之前先进行限定对比度操作,根据设定灰度级所占像素数目的上限阈值,减小快速BOHE算法中像素累加概率密度函数的斜率;然后使用限定对比度的快速BOHE算法对原图像进行多层处理,来抑制噪声的放大并削弱由过度增强造成的人工假象问题,最后将多层处理的结果以子块为单位进行融合,增强图像的细节信息。

Multilayer Block Overlapping Histogram Equalization Method and System Based on Subblock Adaptive Fusion

The invention discloses a multi-layer block overlapping histogram equalization method and system for adaptive sub-block fusion. By modifying the moving path of template in traditional BOHE algorithm, there is only one non-overlapping region between the current sub-block and the previous sub-block, forming a fast BOHE algorithm; and the contrast is limited before fast BOHE algorithm is applied to the sub-block. The upper threshold of the number of pixels occupied by gray level is set to reduce the slope of the cumulative probability density function of the pixels in the fast BOHE algorithm. Then, the fast BOHE algorithm with limited contrast is used to process the original image in multi-layers to suppress the amplification of noise and weaken the artificial artifact problem caused by over-enhancement. Finally, the results of multi-layer processing are fused in sub-blocks to enhance the image. Detailed information.

【技术实现步骤摘要】
子块自适应融合的多层子块重叠直方图均衡方法及系统
本专利技术涉及图像处理
,具体涉及一种子块自适应融合的多层子块重叠直方图均衡方法及系统。
技术介绍
在实施成像过程中,由于自然光照环境,成像设备等各种因素的影响导致成像退化,造成图像局部细节模糊,从而直接影响到工程人员对目标特征的分析评价。提高图像对比度是一种广泛使用的图像质量增强技术,这种技术主要通过延展图像中目标物的灰度范围,实现对比度的提高,达到细节增强的目的。全局直方图均衡(HE)是一种常见的图像对比度增强方法,其以简单快速的特点备受青睐。它的基本思想是通过将原始图像的灰度从比较集中的某个灰度区间变成全部范围内的均匀分布,达到提高对比度的目的。根据上述均衡原理的数学推导,可以求得这种图像像素灰度的转换函数为其累加直方图函数(CDF)。经过直方图均衡化后,图像亮度提高了很多,其灰度范围也展宽了。全局直方图均衡法对整幅图像作单一映射,拓展了直方图分布的密集区域的对比度,从整体上提高了图像对比度,但压缩了稀疏区域的对比度,导致一些灰度级丢失,造成背景细节模糊。子块重叠直方图均衡法(BOHE)将直方图均衡分散到图像的各局部区域,根据图像局部特性计算灰度变换函数,弥补了全局直方图均衡引起的灰度丢失的问题。通过一个模板来定义图像子区域的范围,使用此时模板覆盖区域的CDF对该区域的中心像素执行直方图均衡,模板每次移动一个像素,从图像的第一个像素开始执行上述操作,直到最后一个像素完成直方图均衡化。但是,BOHE以过长的执行时间和严重对比度过度增强的问题而不广受使用。子块部分重叠直方图均衡法(POSHE)在BOHE的基础上,通过增大模板的移动步长而极大地减少了算法运行的时间。此外,POSHE每次对模板覆盖区域的所有像素进行直方图均衡,并且将每个像素每次均衡后的灰度值进行累加,再除以其累加的频次就是最后得到的POSHE增强的结果。然而,这种自行定义移动步长的方式对于不同尺寸的图像在选择时并没有一个既定的标准,步长太小,运行时间长,步长大,导致一些图像出现明显的块效应。基于邻域子块修正的局部直方图均衡法(ABMHE)是对POSHE的一种改进算法,较为有针对性地选择局部区域进行均衡,这种算法的细节增强效果比POSHE好,但是需要事先根据图像的梯度值数值大小的比例识别图像的活跃区域和不活跃区域。保持亮度的双直方图均衡法(BBHE),根据原图像的亮度将原图像直方图分解为两个子直方图分别做直方图均衡处理。当图像中像素的分布不对称时,该方法对于保持原图像亮度的效果就不够理想。基于显性方向的纹理直方图均衡化(DOTHE)将图像分成纹理区域和平滑区域单独处理,仅对纹理区域做直方图均衡化处理,解决背景与目标物模糊的问题。类似于BBHE和DOTHE这些旨在保护原图像亮度的对比度增强技术,对于增强低照度图像的对比度效果不是很显著。多层子块重叠直方图均衡(MLBOHE),通过对传统的BOHE中统计局部直方图的方式和模板移动的模式进行修正,专利技术了一种快速BOHE方法,有效地缩短了BOHE的运行时间。同时,通过研究模板大小与子块重叠直方图均衡(BOHE)结果的关系,MLBOHE中得出如下结论:使用的模板大小为原图像尺寸的1/2时,得到的BOHE增强图像的亮度分布要优于原图像;使用模板大小为原图像尺寸的1/4时,得到的BOHE增强图像的细节更多。使用模板大小为原图像尺寸的1/8时,得到的BOHE增强图像的物体轮廓更突出。基于快速BOHE方法,MLBOHE可以分为三个阶段来实现:1.将原始图像分别进行三次快速BOHE处理,三次使用的模板大小分别为原尺寸的1/2,1/4和1/8;2.将上述三次处理的三层结果分别使用尺寸为3×3,5×5和7×7的中值滤波器进行去噪;3.将去噪后的三层图像融合成一幅图像。融合的过程又分为两次,第一次融合是将去噪后的图像分别按照相应的权重来融合成一幅图像,此时三层的融合权重比等于三层图像与原图像的信息熵差的比;第二次融合是将上述三层图像融合后的图像与原图像进行融合。MLBOHE在抑制噪声时选择使用的中值滤波器会模糊图像细节,并且在进行第一次融合时选择的融合方式是基于三层的全局图像信息熵与原图像的信息熵差来融合的,这种方式没有考虑到局部图像的细节,因此不利于最后融合图像细节的增强。
技术实现思路
有鉴于此,本专利技术提供一种子块自适应融合的多层子块重叠直方图均衡方法及系统,其不仅能有效地抑制噪声,还能够削弱过度饱和的人工伪影的现象,使增强的图像有自然的视觉效果。一种子块自适应融合的多层子块重叠直方图均衡方法,所述子块自适应融合的多层子块重叠直方图均衡方法包括以下步骤:S1、修改传统的BOHE算法中模板的移动路径,使当前子块与前一个子块之间仅存在一个步长移动的非重叠区域,形成快速BOHE算法;S2、在快速BOHE算法中引入限定对比度方法,根据设定灰度级所占像素数目的上限阈值,减小快速BOHE算法中像素累加概率密度函数的斜率;S3、使用限定对比度的快速BOHE算法对原图像进行多层处理,并将多层处理的结果以子块为单位进行融合。一种子块自适应融合的多层子块重叠直方图均衡系统,所述子块自适应融合的多层子块重叠直方图均衡方法包括以下功能模块:算法修正模块,用于修改传统的BOHE算法中模板的移动路径,使当前子块与前一个子块之间仅存在一个步长移动的非重叠区域,形成快速BOHE算法;限定对比度引入模块,用于在快速BOHE算法中引入限定对比度方法,以根据设定灰度级所占像素数目的上限阈值,减小快速BOHE算法中像素累加概率密度函数的斜率;分层处理融合模块,用于使用引入了限定对比度的快速BOHE算法对原图像进行多层处理,并将多层处理的结果以子块为单位进行融合。本专利技术所述子块自适应融合的多层子块重叠直方图均衡方法及系统,其以MLBOHE为基础,针对MLBOHE算法中由使用中值滤波器去噪而引起的图像模糊的问题,提出了使用限定对比度的方法来抑制噪声。在对图像进行快速BOHE算法操作前,对子块先做限定对比度操作,根据设定灰度级所占像素数目的上限阈值,减小快速BOHE算法中像素累加概率密度函数的斜率。然后使用限定对比度的快速BOHE算法对原图像进行多层处理,来抑制噪声的放大并削弱由过度增强造成的人工假象问题,最后将多层处理的结果以子块为单位进行融合,增强图像的细节信息。本专利技术所述子块自适应融合的多层子块重叠直方图均衡方法及系统,其算法结构稳定,易于操作,不仅能有效地去雾,使去雾的图像更有层次感,同时在最大限度地减小过度增强的前提下能提高低照度图像的对比度来突出细节,令增强的图像的视觉效果自然且清晰。附图说明图1是本专利技术所述子块自适应融合的多层子块重叠直方图均衡方法的流程框图;图2是快速BOHE算法中模板的移动路径与传统BOHE算法中模板的移动路径的比较示意图;图3是图1中步骤S2的流程框图;图4是直方图剪切结果比较示意图;图5是图1中步骤S3的流程框图;图6是本专利技术所述子块自适应融合的多层子块重叠直方图均衡系统的模块框图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本专利技术进行进一步详细说明,应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术,并不用于限定本发本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种子块自适应融合的多层子块重叠直方图均衡方法,其特征在于,所述子块自适应融合的多层子块重叠直方图均衡方法包括以下步骤:S1、修改传统的BOHE算法中模板的移动路径,使当前子块与前一个子块之间仅存在一个步长移动的非重叠区域,形成快速BOHE算法;S2、在快速BOHE算法中引入限定对比度方法,根据设定灰度级所占像素数目的上限阈值,减小快速BOHE算法中像素累加概率密度函数的斜率;S3、使用限定对比度的快速BOHE算法对原图像进行多层处理,并将多层处理的结果以子块为单位进行融合。

【技术特征摘要】
1.一种子块自适应融合的多层子块重叠直方图均衡方法,其特征在于,所述子块自适应融合的多层子块重叠直方图均衡方法包括以下步骤:S1、修改传统的BOHE算法中模板的移动路径,使当前子块与前一个子块之间仅存在一个步长移动的非重叠区域,形成快速BOHE算法;S2、在快速BOHE算法中引入限定对比度方法,根据设定灰度级所占像素数目的上限阈值,减小快速BOHE算法中像素累加概率密度函数的斜率;S3、使用限定对比度的快速BOHE算法对原图像进行多层处理,并将多层处理的结果以子块为单位进行融合。2.根据权利要求1所述子块自适应融合的多层子块重叠直方图均衡方法,其特征在于,所述快速BOHE算法将模板第一次覆盖区域的直方图作为基准直方图,并在此后模板每次移动时,仅需计算当前子块与前一个子块的非重叠区域的直方图来创建当前子区域的直方图。3.根据权利要求1所述子块自适应融合的多层子块重叠直方图均衡方法,其特征在于,所述快速BOHE算法中,模板的移动路径为自第一行起,以步长为1从行左至行右,并在行右以步长为1向下至第二行,然后再从以步长为1从行右至行左,以此类推,直到遍历完整个图像。4.根据权利要求1所述子块自适应融合的多层子块重叠直方图均衡方法,其特征在于,根据快速BOHE算法中的灰度转换函数推算得知:像素转换后的灰度与其累加概率密度成正比。5.根据权利要求4所述子块自适应融合的多层子块重叠直方图均衡方法,其特征在于,所述灰度转换函数的公式如下:上式中,r表示原灰度值,p表示概率密度函数,L表示图像的灰度级数,s表示转换后的灰度值。6.根据权利要求1所述子块自适应融合的多层子块重叠直方图均衡方法,其特征在于,步骤S2包括以下分步骤:S21、设置一个灰度级所占像素数目的上限阈值β,将原直方图h(n)(n=0,1,2,...L-1.)中超过阈值β的像素数目更新为β,并将超过阈值β的像素数目进行累加,得到直方图中超过阈值的总数,记为Excess;S22、记m...

【专利技术属性】
技术研发人员:付青青陶佩吴爱平
申请(专利权)人:长江大学
类型:发明
国别省市:湖北,42

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