一种改进IHSI空间中的非均匀光照图像自适应gamma增强方法技术

本发明专利技术公开了一种改进IHSI空间中的非均匀光照图像自适应gamma增强方法，根据IHSI模型中出现gamut problem的区间分段修正坐标点，同时提出了一种自适应gamma变换，能够对不同像素点的亮度进行不同的调节，达到了改善图像质量的目的。本发明专利技术相对于现有的HSI及IHSI模型，能解决出现gamut problem以及全局gamma变换导致高亮度像素点过增强问题，并且在该方法中，彩色图像增强表现出了良好的图像质量和较好的时间效率。

An improved adaptive gamma enhancement method for nonuniform illumination image in ihsi space

【技术实现步骤摘要】
一种改进IHSI空间中的非均匀光照图像自适应gamma增强方法
本专利技术属于图像增强
，特别涉及一种非均匀光照图像增强方法。
技术介绍
HSI(Hue-Saturation-Intensity)颜色模型HSI与改进的HSI颜色模型(ImprovedHSI)IHSI两个空间都存在问题：与RGB空间不完全重合。即一部分区域在RGB外侧，导致图像增强结果无法表示，会在RGB图像上出现色块或色线。这是因为在增强之后，像素点无法在8bit深度的RGB图像上表示，落在了区域外侧。一般算法都使用了最大值255来替代原值导致截断，即出现了gamutproblem。HSI模型是单三角锥模型，与RGB空间体积比为4.5:1，IHSI模型是双三角锥模型，与RGB空间的体积比例为1.125:1，IHSI空间出现gamutproblem的可能性是12.5％，HSI空间出现的可能性为77.8％。Kazuya等人在HSI空间的基础上提出了饱和度矫正方法，在不改进原HSI模型映射的情况下对HSI与RGB变换中存在问题的像素点进行矫正。首先对图像在HSI空间进行增强，然后还原到RGB空间时，计算结果不在RGB空间时，使用饱和度矫正，对HSI空间的饱和度分量S重新调整，将图像上所有出现gamutproblem的像素点饱和度S矫正完毕时，再次还原到RGB空间时就不会落在RGB空间的外侧。IHSI与RGB模型映射关系是通过一定的技术手段，缩小RGB与IHSI模型的体积差距，从而改善增强图像的质量。Taguchi等人提出的双三角锥IHSI模型是目前与RGB空间体积差异最小的模型。虽然通过两个三角锥去逼近正立方体缩小了RGB与IHSI空间体积差距，但是有6个区域落在RGB空间的外侧，因此使用IHSI空间进行图像增强仍会出现gamutproblem。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种改进IHSI空间中的非均匀光照图像自适应gamma增强方法，以解决现有IHSI空间及全局gamma变换存在的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种改进IHSI空间中的非均匀光照图像自适应gamma增强方法，包括以下步骤：步骤1：将待增强彩色图像f(R,G,B)转移到IHSI空间g(H,S,I)中，获取H,S,I分量；步骤2：使用自适应gamma变换对步骤1获得的I分量进行增强，得到了H,S,I′；步骤3：使用变换将H,S,I′还原到RGB和CMY空间中，分别得到RGB和CMY分量；步骤4：使用分段修正算法对色域失真的像素点进行S分量修正，使RGB分量和CMY分量均能够在空间表示，获得修正后的分量H,S′,I′；步骤5：将步骤4中获得的修正分量还原到RGB空间中，得到最终的增强图像进一步的，步骤1中RGB到IHSI的彩色转换公式为：如果如果I、H如式(1)、(2)所示，其中C，M，Y分量为式(6)所示，C＝1-R,M＝1-G,Y＝1-B(6)。进一步的，步骤2中的自适应gamma变换为：其中enI(x,y)为增强后的亮度，I(x,y)是步骤1中待增强彩色图像的亮度。进一步的，步骤3中的IHSI到RGB的彩色转换公式为：如果C1＝I(1-S)(8)C3＝3I-(C1+C2)(10)HSI与RGB，CMY分量的对应关系如下表所示：H[0,120)[120,240)[240,360)HH＝HH＝H-120H＝H-240C1(C1’)B(Y)R(C)G(M)C2(C2’)R(C)G(M)B(Y)C3(C3’)G(M)B(Y)R(C)如果C3′＝3I′-(C1′+C2′)(16)C1＝1-C1′(17)C2＝1-C2′(18)C3＝1-C3′(19)式(14)、(15)、(16)位于CMY空间中。进一步的，步骤4中的分段修正算法具体的公式：当C2矫正，C3矫正，当处于CMY空间中，I代换为如式(12)所示，H代换为如式(13)所示；代入到式(20)、(21)，得到相应的C2′，C3′修正公式。进一步的，所述待增强彩色图像f(R,G,B)为亮度不均匀彩色图像。本专利技术提出对于IHSI模型本身存在的gamutproblem，使用基于饱和度矫正的分段修正算法对IHSI在RGB和CMY空间分别进行了修正，从而避免gamutproblem；并提出一种自适应gamma变换进行亮度提升，增强图像较暗部分的可辨识度，最终达到图像质量的改善。相对于现有技术，本专利技术有以下有益效果：(1)对出现gamutproblem的坐标有准确的区间限定，修正的过程中没有gamutproblem的像素点不会受到影响，解决了gamutproblem。(2)基于IHSI空间，有很好的鲁棒性和通用性，使用了自适应的gamma变换进行增强，效果显著，细节清晰。(3)基于IHSI空间，在分段修正计算中需要调整的像素点的数量少，减少了修正的计算量，对原图的信息保留较好，且时间效率很好。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术矫正IHSI空间中的色度区间及IHSI与RGB空间的三维模型图；图2是本专利技术提出的自适应gamma变换与全局gamma变换(γ＝0.6)对比图；图3是本专利技术改进IHSI空间中自适应gamma变换增强流程图；图4是实施例1非均匀光照彩色图像增强的各环节中间处理结果图像；其中，图4a为原始低亮度图像，图4b为H分量图像，图4c为S分量图像，图4d为I分量图像，图4e为自适应gamma变换增强后的I分量图像，图4f为未经分段修正的彩色图像，图4g为分段修正算法修正后的彩色图像，图4h为最终的增强图像。具体实施方式下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本专利技术提供进一步的详细说明。除非另有指明，本专利技术所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本专利技术所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。IHSI空间使用双三角锥模型逼近RGB空间正立方体，是对原HS本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改进IHSI空间中的非均匀光照图像自适应gamma增强方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：将待增强彩色图像f(R,G,B)转移到IHSI空间g(H,S,I)中，获取H,S,I分量；/n步骤2：使用自适应gamma变换对步骤1获得的I分量进行增强，得到了H,S,I′；/n步骤3：使用变换将H,S,I′还原到RGB和CMY空间中，分别得到RGB和CMY分量；/n步骤4：使用分段修正算法对色域失真的像素点进行S分量修正，使RGB分量和CMY分量均能够在空间表示，获得修正后的分量H,S′,I′；/n步骤5：将步骤4中获得的修正分量还原到RGB空间中，得到最终的增强图像

【技术特征摘要】
1.一种改进IHSI空间中的非均匀光照图像自适应gamma增强方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将待增强彩色图像f(R,G,B)转移到IHSI空间g(H,S,I)中，获取H,S,I分量；
步骤2：使用自适应gamma变换对步骤1获得的I分量进行增强，得到了H,S,I′；
步骤3：使用变换将H,S,I′还原到RGB和CMY空间中，分别得到RGB和CMY分量；
步骤4：使用分段修正算法对色域失真的像素点进行S分量修正，使RGB分量和CMY分量均能够在空间表示，获得修正后的分量H,S′,I′；
步骤5：将步骤4中获得的修正分量还原到RGB空间中，得到最终的增强图像


2.根据权利要求1所述的一种改进IHSI空间中的非均匀光照图像自适应gamma增强方法，其特征在于，步骤1中RGB到IHSI的彩色转换公式为：



如果









如果
I、H如式(1)、(2)所示，



其中C，M，Y分量为式(6)所示，
C＝1-R,M＝1-G,Y＝1-B(6)。


3.根据权利要求1中所述的一种改进IHSI空间中的非均匀光照图像自适应gamma增强方法，其特征在于，步骤2中的自适应gamma变换为：



其中enI(x,y)为增强后的亮度，I(x,y)是步骤1中待增强彩色图像的亮度。


4.根据权利要求1中所述的一种改进IHSI空间中的非均匀光照图像自适应gamma增强方法，其特征在于，步骤3中的IHSI到RGB的彩色转换公式为：
如果
C1＝I(1-S)(8)


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【专利技术属性】
技术研发人员：张斌，周雅东，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61