一种显式表达多尺度和直方图截断的改进Retinex图像增强方法技术

本发明专利技术公开了一种显式表达多尺度和直方图截断的改进Retinex图像增强方法，涉及图像增强技术领域。本发明专利技术针对低能见度航空图像，在数学的分析和推导基础上，提出一种改进的多尺度(>3)Retinex增强方法，它能较好地平衡尺度与图像对比度和色彩一致性的矛盾。除此之外，本文引入了一种直方图截断的技术，作为一种图像后处理的手段，将多尺度Retinex的输出映射到显示的动态范围内。本发明专利技术不仅能够针对各种恶劣天气成像条件下的图像，使处理后的图像在细节、颜色还原性上有更好的视觉效果，而且还能使图像匹配准确率大幅度提高。

An improved Retinex image enhancement method with explicit expression of multiscale and histogram truncation

The invention discloses an improved Retinex image enhancement method explicitly expressing multiscale and histogram truncation, which relates to the field of image enhancement technology. Aiming at low visibility aerial images, based on mathematical analysis and deduction, an improved multi-scale (>, 3) Retinex enhancement method is proposed, which balances the contradiction between scale and image contrast and color consistency better. In addition, a histogram truncation technology is introduced, which is used as an image post-processing method to map the output of multiscale Retinex to the dynamic range of display. The invention can not only improve the visual effect of the processed image in detail and color reduction, but also improve the accuracy of image matching for all kinds of images under harsh weather conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种显式表达多尺度和直方图截断的改进Retinex图像增强方法
本专利技术涉及图像增强
，特别涉及一种显式表达多尺度和直方图截断的改进Retinex图像增强方法。
技术介绍
随着时代的进步，计算机视觉技术的快速发展，人们对于图像清晰度的要求越来越高，数字图像处理主要是指通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理方法的技术。Retinex理论是由Land提出的一个关于人类视觉系统如何调节感知到物体的颜色和亮度的模型，指出了图像色彩的恒常性，也就是说同样的物体在不同的光源或光线底下颜色是恒定。传统的多尺度Retinex增强方法，仅仅采用3个尺度增强，限制了算法的应用场合，使图像增强处理并不能达到较好的处理效果。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种显式表达多尺度和直方图截断的改进Retinex图像增强方法，用以解决现有技术中存在的问题。一种显式表达多尺度和直方图截断的改进Retinex图像增强方法，包括以下步骤：(1)、对原始图像进行多尺度Retinex图像增强，得到MSR增强图像，其表达式为：其中是增强后的MSR图像，Ii(x,y)是原始图像的第i个通道，在彩色图像情况下，i＝1,2,3分别代表红色、绿色、蓝色通道，ωn是与第n个尺度有关的权重，共s个尺度,“*”表示卷积操作符号，Fn(x,y)是二维高斯函数：其中σn是高斯函数的尺度常量，系数κn满足：∫∫Fn(x,y)dxdy＝1(3)对MSR增强图像进行颜色恢复，得到MSRCR增强图像，其表达式为：其中Ci(x,y)是RGB颜色空间中第i个通道的颜色恢复函数，其表达式为：其中η控制非线性的强度；(2)、对得到的MSRCR图像进行显示表达处理由公式(1)、(2)、(4)和(5)化简得到显示表达处理的MSRCR图像，其表达式为：其中参数ωn、s、σn和η由下列确定：项logη为一个增益系数，ωn、σn的值，即多尺度的数学显式表达，由于所以公式(1)简化成：创建一个长度为s的序列σi，其中1≤i≤s，s≥3，序列的等步长那么：对函数f而言，满足：f(xi+2)-f(xi+1)>f(xi+1)-f(xi),xi<xi+1<xi+2,xi∈D,(9)因此公式(8)和(9)满足靠近σmin和σmax时尺度σi分布更密集的要求；结合公式(7)、(8)和(9)，得出多尺度生成的显式表达式：(3)、对得到的MSRCR图像进行直方图截断处理，即将MSRCR输出域转换为显示域图像大小为W×H，显示的灰度级数为L，直方图截断处理图像由以下步骤：1)压缩IMSRCR到区间[0,L-1]：2)计算中每级灰度出现的频率：初始化：num[j]＝0,j＝0,…,L-1，其中num[j]表示中灰度值等于j的个数；遍历：对每一个x,y,i，假定灰度概率符合标准差为σ的正态分布，因此根据分布的3σ原则，接近99.7％的灰度值落在区间(μ-3σ,μ+3σ)，其中μ为均值，这个区间之外的数值，被认为是噪声舍弃；3)寻找2个参数jmin，jmax：jmin满足：其中μ，σ分别为数据集的平均值和标准差；jmax满足：4)将jmin,jmax逆变换到(4)式中的MSRCR域：5)将式(4)中的MSRCR域变换到显示域：本专利技术优点：本专利技术主要针对低能见度航空图像，着眼于开发普适的增强算法，提出了一种改进的多尺度Retinex增强算法，它能较好地平衡尺度与图像对比度和色彩一致性的矛盾；另外，本专利技术中引入了一种直方图截断的技术，作为一种图像后处理的手段，将多尺度Retinex的输出映射到显示的动态范围内。本专利技术不仅能够针对各种恶劣天气成像条件下的图像，使处理后的图像在细节、颜色还原性上有更好的视觉效果，而且还能使图像匹配准确率大幅度提高。附图说明图1为本专利技术实施例中σ的序列示意图；图2为本专利技术实施例中不同f(x)的图像增强效果图；图3为本专利技术实施例中图像匹配的效果图；图4为本专利技术实施例中对各种恶劣天气成像条件下的图像增强效果图。具体实施方式下面结合新型实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。本专利技术提供了一种显式表达多尺度和直方图截断的改进Retinex图像增强方法，包括以下步骤：<1>、对原始图像进行多尺度Retinex图像增强，得到MSR增强图像，其表达式为：其中是MSR增强后的图像，Ii(x,y)是图像的第i个通道，在彩色图像情况下，i＝1,2,3分别代表红色、绿色、蓝色通道，ωn是与第n个尺度有关的权重，共s个尺度，“*”表示卷积操作符号，Fn(x,y)是二维高斯函数：其中σn是高斯函数的尺度常量，系数κn满足∫∫Fn(x,y)dxdy＝1(3)对MSR增强图像进行颜色恢复，得到MSRCR增强图像，其表达式为：其中Ci(x,y)是RGB颜色空间中第i个通道的颜色恢复函数，其表达式为：其中η控制非线性的强度；与传统的带颜色恢复的MSR,即MSRCR相比较，本专利技术略过了对MSRCR输出的线性拉伸变换，因此，本专利技术称上述操作为简化的MSRCR，实验结果表明其是一种有效的方法。<2>、对得到的MSRCR图像进行显示表达处理由公式(1)、(2)、(4)和(5)化简得到显示表达处理的MSRCR图像，其中参数ωn、s、σn和η由下列确定：1)ωn、σn的值，即多尺度的数学显式表达由于所以公式(1)可以简化为：大多数的MSRCR的应用中，采用s＝3，即σ＝5,20,240，分别表示小、中、大尺寸；多次试验得出结论：在公式(2)中，σn越小，输出的图像对比度越强，但是小尺度σn会不可避免地带来人为噪声。同时，σn越大，图像看起来越光滑，并且图像的颜色与源图像更接近，但是以牺牲了图像高对比度为代价。试验结果说明，尺度越多有助于改善图像增强的质量。因此，如何平衡图像对比度和色彩的一致性是需要考虑的重要因素。所以提出一种产生多尺度的方法来解决两者的矛盾。对于区间[σmin,σmax]上的多尺度，越靠近端点σmin和σmax的尺度分布越密集，以同时保证高图像对比度和低目标图像和原始图像的颜色失真。假定创建一个长度为s的序列：σi(1≤i≤s,s≥3),σi>σj(i>j)，记序列的等步长那么：其中是实数x向下取整的函数；对函数f而言，由前面的假定，它应满足：f(xi+2)-f(xi+1)>f(xi+1)-f(xi),xi<xi+1<xi+2,xi∈D,(8)其中D是函数f的定义域，因此公式(7)、(8)满足靠近σmin和σmax时尺度σi分布更密集的要求。本专利技术给出函数f满足(8)的一个充分条件：由拉格朗日中值定理，存在ξ∈(xi+1,xi+2)使得f(xi+2)-f(xi+1)＝f′(ξ)(xi+2-xi+1)(9)同样地，存在ζ∈(xi,xi+1)使得f(xi+1)-f(xi)＝f′(ζ)(xi+1-xi)(10)因为f″(x)>0，可以推导出f′(x)是单增的，即f′(ξ)>f′(ζ)，比较等式(9)、(10)的右端，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种显式表达多尺度和直方图截断的改进Retinex图像增强方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、对原始图像进行多尺度Retinex图像增强，得到MSR增强图像，其表达式为：

【技术特征摘要】
1.一种显式表达多尺度和直方图截断的改进Retinex图像增强方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、对原始图像进行多尺度Retinex图像增强，得到MSR增强图像，其表达式为：其中是增强后的MSR图像，Ii(x,y)是原始图像的第i个通道，在彩色图像情况下，i＝1,2,3分别代表红色、绿色、蓝色通道，ωn是与第n个尺度有关的权重，共s个尺度,“*”表示卷积操作符号，Fn(x,y)是二维高斯函数：其中σn是高斯函数的尺度常量，系数κn满足：∫∫Fn(x,y)dxdy＝1(3)对MSR增强图像进行颜色恢复，得到MSRCR增强图像，其表达式为：其中Ci(x,y)是RGB颜色空间中第i个通道的颜色恢复函数，其表达式为：其中η控制非线性的强度；(2)、对得到的MSRCR图像进行显示表达处理由公式(1)、(2)、(4)和(5)化简得到显示表达处理的MSRCR图像，其表达式为：其中参数ωn、s、σn和η由下列确定：项logη为一个增益系数，ωn、σn的值，即多尺度的数学显式表达，由于所以公式(1)简化成：创建一个长度为s的序列σi，其中1≤i≤s，s≥3，序列的等步长那么：对函数f而言，满足：f(xi+2)-f(xi+1)>f(xi+1)-f(xi),xi<xi+1&l...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘长江，吴旭凌，兰恒友，张金山，刘兴刚，谢莉，潘朝杰，
申请(专利权)人：四川理工学院，
类型：发明
国别省市：四川,51