一种适用于密闭腔体检测的图像增强方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于密闭腔体检测的图像增强方法及系统，首先通过基于图像熵的方法对原始检测图像进行处理得到图像最佳曝光率，并生成最佳曝光度图像；然后利用设计的权重矩阵对原始检测图像和最佳曝光度图像权重进行评估，并依据评估结果来对原始检测图像和最佳曝光度进行融合来增强图像，能够在增强低光照度区域可视程度的同时抑制高反光(例如金属反射等)的过度饱和区域，保证图像整体结构特征，尤其适用于结构复杂、光照不均和金属反射严重的密闭腔体(例如具有密闭腔体状的电力设备环境)内的视频图像，能够提升检测人员的视觉感受，有利于提高检测效率、安全性和准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于密闭腔体检测的图像增强方法及系统
本申请属于图像处理
，涉及特殊环境下拍摄的图像增强方法，尤其涉及密闭腔体检测的图像增强方法及系统，以提升视觉传感器在密闭腔体状的电力设备内的成像质量，提高电力检修人员操作的准确性、安全性和效率。
技术介绍
随着电力行业的不断发展，电力设备故障隐患的检测方式也在不断的改进更新，视频图像检测已成为目前应用较广泛的检测方式之一。而传统的视频图像检测在密闭腔体状的电力设备内，会由于密闭腔体内部光照不均、结构复杂和金属反光的影响，造成原始的图像噪声过大、局部过曝或欠曝等。以上缺陷在很大程度上限制了视频图像的应用价值，给检测人员提取视频图像中的信息带来很大的不便，因此对原始图像进行增强是提高视频图像质量的有效途径。图像增强技术是一种改善图像视觉效果、使模糊图像变得清晰或强调某些感兴趣特征的图像处理技术，一般是作为图像分析与处理时的预处理技术。图像增强技术可分为变换域方法和空间域方法两大类：(1)变换域方法在变换域中处理变换系数，最后的增强结果通过逆变换获得；(2)空间域方法直接处理图像像素灰度。其中线性增强和直方图均衡化(HistogramEqualization)是两种使用较为广泛的空间域图像增强方法。线性增强，是一种简单直接的全局增强方法，通过对图像像素值的线性放大进行图像增强；直方图均衡化，直接对图像像素的灰度级进行运算，它通过将视频图像中像素个数多的灰度级进行拉伸，将像素个数少的灰度级进行压缩，从而拓展图像像素取值范围，增加图像对比度和灰度色调变化，提高图像的清晰度。然而当采用上述两种图像增强方法处理密闭腔体内检测的高反光图像时仍存在以下不足：1)线性增强方法是对整张图像像素值进行线性放大，对低光照区域像素值进行放大的同时，也对明亮区域像素值进行了线性放大，造成图像局部过饱和，从而在光照不均环境下，造成图像明亮区域过饱和、局部细节丢失；2)密闭腔体状的电力设备内部结构复杂、金属反射严重造成内部环境光照不均，光照不均的图片灰度级较宽，已经具有较强的对比度；此时，直方图均衡化图像增强方法无法拉伸局部图像的对比度，甚至会将局部图像的灰度级压缩，导致所需要的图像信息丢失；3)通过线性增强方法或直方图均衡化增强方法处理后的图像可能会出现局部信息丢失，造成处理后的视频图像不清晰，影响检测人员的判断和检测速度，降低了视频检测的准确率和效率，增加引发电力设备更大故障的可能性。
技术实现思路
针对目前图像处理存在的光照不均、金属反射环境下图像信息易丢失、图像质量不高，且难以适用于密闭腔体检测图像处理的技术现状，本专利技术目的旨在提供一种适用于密闭腔体检测的图像增强方法及系统，对原始检测图像进行增强处理，提升图像低光照部分的可视度，还原过曝光区域的图像信息。本专利技术提供的适用于密闭腔体检测的图像增强方法，首先通过基于图像熵的方法得到最佳曝光度图像，然后通过评估和融合对最佳曝光图像进行融合进行增强处理，具体包括以下步骤：S1获取密闭腔体检测图像；S2基于图像熵的方法对检测图像进行处理，以图像熵最高值作为图像最佳曝光率；S3依据获取的图像最佳曝光率和图像亮度变换函数生成最佳曝光度图像；S4依据设计的权重矩阵以及检测图像初始场景光照映射得到改进的场景光照映射，再利用改进的场景光照映射对检测图像和最佳曝光度图像进行评估得到两者的权重；S5依据获取的检测图像和最佳曝光度图像的权重，将原始检测图像和最佳曝光度图像融合，得到融合后的图像；S6对融合后的图像进行去噪处理得到最终增强图像。上述适用于密闭腔体检测的图像增强方法，所述密闭腔体检测图像由设置于密闭腔体内的图像采集装置直接采集得到。所述图像采集装置可以采用本领域常规的视觉传感器、摄像机、相机等装置。上述适用于密闭腔体检测的图像增强方法，步骤S2中，按照以下公式得到图像最佳曝光率式中，k表示检测图像原始曝光率，H表示检测图像熵，g表示检测图像亮度变换函数(BrightnessTransformFunction)，B表示检测图像中RGB颜色空间中B通道的灰度值。g可以由检测图像采集装置的响应模型得到。检测图像熵H由以下公式计算得到：式中，pi表示灰度值为i的像素出现的概率，N设为256。上述适用于密闭腔体检测的图像增强方法，步骤S3中，依据获取的图像最佳曝光率和图像亮度变换函数，按照以下公式生成最佳曝光度图像式中，Pc表示原始检测图像，c∈{R,G,B}。上述适用于密闭腔体检测的图像增强方法，步骤S4中，按照以下公式对检测图像和最佳曝光度图像进行评估得到两者的权重：式中，表示原图的权重，最佳曝光度图像权重则设置为L表示由检测图像得到的场景光照映射，T表示改进的场景光照映射，x表示每个像素点，λ为设定的参数常量，μ表示设定的加强率参数，||L-T||F表示Frobenious范数，x为表示每一个独立的像素点，和分别表示水平和垂直方向上的一阶导数滤波器；ε为避免分母为零设定的极小值；Mh和Mv分别为水平和垂直方向上设计的权重矩阵。上述Mh和Mv分别按照以下公式计算得到：其中，Ω(x)是以x为中心的选定区域，也即设定的高斯模板大小；y表示该区域内的位置索引；Gσ(x,y)由标准偏差为σ的高斯核确定。上述适用于密闭腔体检测的图像增强方法，步骤S5中，按照以下公式将原始检测图像和最佳曝光度图像融合，得到融合后的图像Rc：上述适用于密闭腔体检测的图像增强方法，步骤S6中，可以采用三维块匹配算法(BlockMatching3D，简称BM3D)对融合后的图像进行去噪处理。在优选的实现方式中，为了避免三维块匹配算法的处理不平衡，本专利技术按照以下公式采用改进的三维块匹配算法对融合后的图像进行去噪处理：式中，PY表示融合后的图像从RGB颜色空间转换到YUV颜色空间的Y通道灰度值，Pd表示采用三维块匹配算法对PY进行去噪处理后的结果，Pf表示依据PY和Pd按照以上公式重构后的结果，即最终增强图像。本专利技术进一步提供了一种适用于密闭腔体检测的图像增强系统，其包括：图像获取模块，用于获取密闭腔体检测图像；图像最佳曝光率估计模块，用于基于图像熵的方法对检测图像进行处理，以图像熵最高值作为图像最佳曝光率；最佳曝光度图像生成模块，用于依据获取的图像最佳曝光率和图像亮度变换函数生成最佳曝光度图像；图像权重估计模块，用于依据设计的权重矩阵以及检测图像初始场景光照映射得到改进的场景光照映射，再利用改进的场景光照映射对检测图像和最佳曝光度图像进行评估得到两者的权重；图像融合模块，用于依据获取的检测图像和最佳曝光度图像的权重，将原始检测图像和最佳曝光度图像融合；图像去噪模块，用于对融合后的图像进行去噪处理得到最终增强图像。上述适用于密闭腔体检测的图像增强系统，所述密闭腔体检测图像由设置于密闭腔体内的图像采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种本专利技术提供的适用于密闭腔体检测的图像增强方法，其特征在于包括以下步骤：/nS1获取密闭腔体检测图像；/nS2基于图像熵的方法对检测图像进行处理，以图像熵最高值作为图像最佳曝光率；/nS3依据获取的图像最佳曝光率和图像亮度变换函数生成最佳曝光度图像；/nS4依据设计的权重矩阵以及检测图像初始场景光照映射得到改进的场景光照映射，再利用改进的场景光照映射对检测图像和最佳曝光度图像进行评估得到两者的权重；/nS5依据获取的检测图像和最佳曝光度图像的权重，将原始检测图像和最佳曝光度图像融合，得到融合后的图像；/nS6对融合后的图像进行去噪处理得到最终增强图像。/n

【技术特征摘要】
1.一种本发明提供的适用于密闭腔体检测的图像增强方法，其特征在于包括以下步骤：
S1获取密闭腔体检测图像；
S2基于图像熵的方法对检测图像进行处理，以图像熵最高值作为图像最佳曝光率；
S3依据获取的图像最佳曝光率和图像亮度变换函数生成最佳曝光度图像；
S4依据设计的权重矩阵以及检测图像初始场景光照映射得到改进的场景光照映射，再利用改进的场景光照映射对检测图像和最佳曝光度图像进行评估得到两者的权重；
S5依据获取的检测图像和最佳曝光度图像的权重，将原始检测图像和最佳曝光度图像融合，得到融合后的图像；
S6对融合后的图像进行去噪处理得到最终增强图像。


2.根据权利要求1所述适用于密闭腔体检测的图像增强方法，其特征在于步骤S1中，所述密闭腔体检测图像由图像采集装置直接采集的图像。


3.根据权利要求1所述适用于密闭腔体检测的图像增强方法，其特征在于步骤S4中，按照以下公式对检测图像和最佳曝光度图像进行评估得到两者的权重：



式中，表示原图的权重，最佳曝光度图像权重则设置为L表示由检测图像得到的场景光照映射，T表示改进的场景光照映射，x表示每个像素点，λ为设定的参数常量，μ表示设定的加强率参数，||L-T||F表示Frobenious范数，x为表示每一个独立的像素点，和分别表示水平和垂直方向上的一阶导数滤波器；ε为避免分母为零设定的极小值；Mh和Mv分别为水平和垂直方向上设计的权重矩阵。


4.根据权利要求3所述适用于密闭腔体检测的图像增强方法，其特征在于Mh和Mv分别按照以下公式计算得到：



其中，Ω(x)是以x为中心的选定区域；y表示该区域内的位置索引；Gσ(x,y)由标准偏差为σ的高斯核确定。


5.根据权利要求1所述适用于密闭腔体检测的图像增强方法，其特征在于步骤S5中，按照以下公式将原始检测图像和最佳曝光度图像融合，得到融合后的图像Rc：





6.据权利要求1至5任一权利要求所述适用于密闭腔体检测的图像增强方法，其特征在于步骤S6中，采用三维块匹配算法对融合后的图像进行去噪处理。


7.根据权利要求6所述适用于密闭腔体检测的图像增强方法，其特征在于按照以下公式对融合后的图像进行去...

【专利技术属性】
技术研发人员：佃松宜，何贵，鉴庆之，刘佳鑫，钟羽中，李胜川，毕海涛，范维，
申请(专利权)人：四川大学，国网山东省电力公司，国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：四川;51