一种低照度视频图像增强方法技术

本发明专利技术公开了一种低照度视频图像增强方法，属于图像处理技术领域。本发明专利技术包括白平衡处理模块、图像去噪模块、图像增强模块、边缘补偿模块、帧间补偿模块；视频图像信息依次经过白平衡处理模块、图像去噪模块、图像增强模块、边缘补偿模块、帧间补偿模块，最后得到增强视频图像。

【技术实现步骤摘要】
一种低照度视频图像增强方法
本专利技术涉及一种低照度视频图像增强方法，属于图像处理

技术介绍
在阴天、夜晚、光照不足等低照度情况下，或由于逆光等原因，使得获取的视频亮度很低，图像偏暗，这既影响视频图像的主观质量，也影响后续视频处理方法的性能。此时，需要用低照度视频增强技术进行处理，以提高视频图像的质量。通常，低照度视频有三个特点：(1)图像亮度整体偏暗；(2)由于光照条件的限制及光源本身的影响，RGB中某些分量可能相对其它分量偏低，直接增强会产生偏色问题；(3)与理想光照条件下获取的图像相比，其含有大量噪声，如果不做任何处理直接进行图像增强，则在增强图像的同时也会增强噪声。视频是由若干图像帧构成，故视频增强的核心是图像增强。目前针对彩色图像的增强方法主要有三类：(a)基于Retinex的方法；(b)基于HSV等色彩空间的亮度增强方法；(c)基于RGB等比例增益的方法。Retinex理论认为，物体的亮度是由入射分量(即照度分量)和反射分量共同决定。照度分量与光源有关，反射分量与物体本身的颜色有关，即反射分量反映了物体的真实颜色。通过从图像中移除光源照度的影响，就可获得物体的真实颜色图像；基于HSV等空间的亮度增强方法认为，彩色图像的RGB三个分量之间具有很强的相关性，分别对RGB分量进行处理，会导致颜色失真，若在HSV等空间对亮度分量进行增强，就可以增强图像，同时不会引起颜色失真；基于RGB等比例增益的方法认为，若两个像素的RGB分量的比例大致相同，则认为这两个像素具有同样的颜色，只有亮度不同，这样，只要对RGB分量都乘以一个适当的增益，就可以实现图像的增强。
技术实现思路
本专利技术针对以上问题的提出，而研制一种低照度视频图像增强方法。本专利技术的技术手段如下：一种低照度视频图像增强方法包括白平衡处理模块、图像去噪模块、图像增强模块、边缘补偿模块、帧间补偿模块；视频图像信息依次经过白平衡处理模块、图像去噪模块、图像增强模块、边缘补偿模块、帧间补偿模块，最后得到增强视频图像。本专利技术的有益效果：为了验证本专利技术方法的有效性，用两个低照度环境下拍摄的实际视频进行测试。测试平台以及视频参数信息如如图6所示。通过观察可知，图7(a)原始测试视频亮度明显偏低；图7(b)MSR方法没有明显增强效果，且对噪声有放大作用；图7(c)改进的Retinex方法虽然可以增强图像亮度，但是存在过度增强的问题，且对噪声敏感；图7(d)针对HSV空间中的V分量的同态滤波方法和图7(e)中的RGB等比例增益方法，虽然可以增强图像亮度，且不存在过度增强问题，但是对噪声依旧敏感；图7(f)本专利技术增强了图像亮度，有效地抑制了噪声，且保证了图像边缘和色彩的平衡。附图说明图1低照度视频增强技术方案框图。图2CSF滤波流程图。图3图像亮度增强曲线。图4图像边缘补偿示意图。图5帧间补偿流程图。图6测试平台以及视频参数信息。图7(a)原始图像。图7(b)MSR方法处理后的图像。图7(c)改进Retinex方法处理后的图像。图7(d)V分量同态滤波方法处理后的图像。图7(e)RGB等比例增益方法处理后的图像。图7(f)本专利技术方法处理后的图像。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明：本专利技术提供的完整技术方案(专利技术方案)本专利技术整体上分为五个模块，即白平衡处理模块、图像去噪模块、图像增强模块、边缘补偿模块、帧间补偿模块，如图1所示。白平衡处理模块根据灰度世界理论，一个颜色变化足够丰富的图像，其RGB分量的均值大致相等。本专利技术使用基于灰度世界法的改进白平衡方法，其详细步骤如下：(1)计算图像RGB各通道的亮度直方图；(2)图像中若存在大面积同色背景或光源，就会在亮度直方图中产生峰值，这对之后的取平均操作产生不利影响，因此要如下方法去除对应的灰度值，即：搜索整个亮度直方图，若某个灰度值所对应的像素个数大于像素总数的5％，则将该灰度值去除。(3)设RGB三个通道均值分别为r、g、b，计算各个通道均值。(4)白平衡处理。设原始图像RGB通道的值为IR、IG、IB，白平衡后图像RGB通道的值为I1R、I1G、I1B。这里分三种情况说明白平衡处理过程。不妨设r＞g＞b，白平衡处理方法为(a)若且则不作处理；(b)若且则对B分量进行如下处理；(c)若且则对G和B分量进行如下处理：图像去噪模块(1)颜色空间转换通常，人眼对图像亮度很敏感，而对色度不太敏感，因此常在YCbCr颜色空间中进行图像处理。在YCbCr颜色空间中，Y表示亮度分量，Cb和Cr色度分量决定了颜色，其中Cb表示蓝色色度分量，Cr表示红色色度分量。根据人眼特性，对YCbCr的各个分量进行处理，就不会产生图像颜色较大失真。此外，RGB空间与YCbCr空间之间的转换是线性变换，计算量较小。因此，本专利技术采用YCbCr空间对彩色图像进行去噪。RGB空间与YCbCr空间之间的转换关系为(2)去噪处理本专利技术采用CSF滤波器[4]对彩色图像进行去噪。首先将图像从RGB空间转换到YCbCr空间，然后分别对亮度分量Y、蓝色色度分量Cb、红色色度分量Cr进行CSF滤波，最后再转换回RGB空间。该滤波器采用了圆形滤波窗口。设f(x,y)表示原始图像，表示去噪后的图像，则其滤波表达式为式中，Wx,y表示以(x,y)为中心的圆形滤波窗口，w(i,j)表示滤波器系数，其由两部分组成w(i,j)＝wd(i,j)wg(i,j)(4)式中，wd(i,j)表示空间距离因子，其表达式为：式中，r表示圆形滤波窗口半径，在本专利技术中，取r＝3；ds(i,j)为wg(i,j)表示亮度距离因子，其表达式为：式中，表示滤波器方差，在本专利技术中，取50。图像去噪后，其RGB通道的值分别为I2R、I2G、I2B。2.2.3图像增强模块本专利技术采用基于RGB等比例增益的方法进行图像增强。其步骤如下：(1)计算图像亮度L(x,y)以及亮度均值亮度的定义；L(x,y)＝0.299I2R(x,y)+0.587I2G(x,y)+0.114I2B(x,y)(10)(2)计算图像增强后的亮度L′(x,y)；根据图像亮度L(x,y)进行图像增强，亮度映射计算公式为：...

【技术保护点】
一种低照度视频图像增强方法，其特征在于：包括白平衡处理模块、图像去噪模块、图像增强模块、边缘补偿模块、帧间补偿模块；视频图像信息依次经过白平衡处理模块、图像去噪模块、图像增强模块、边缘补偿模块、帧间补偿模块，最后得到增强视频图像。

【技术特征摘要】
1.一种低照度视频图像增强方法，其特征在于：包括白平衡处理模块、图像去噪模块、图像增强模块、边缘补偿模块、帧间补偿模块；视频图像信息依次经过白平衡处理模块、图像去噪模块、图像增强模块、边缘补偿模块、帧间补偿模块，最后得到增强视频图像；图像去噪模块对白平衡处理模块处理完的视频处理的方法为：(1)颜色空间转换在YCbCr颜色空间中，Y表示亮度分量，Cb和Cr色度分量决定了颜色，其中Cb表示蓝色色度分量，Cr表示红色色度分量；根据人眼特性，对YCbCr的各个分量进行处理，就不会产生图像颜色的严重失真；此外，RGB空间与YCbCr空间之间的转换是线性变换，计算量小；因此，采用YCbCr空间对彩色图像进行去噪；RGB空间与YCbCr空间之间的转换关系为(2)去噪处理采用CSF滤波器对彩色图像进行去噪；首先将图像从RGB空间转换到YCbCr空间，然后分别对亮度分量Y、蓝色色度分量Cb、红色色度分量Cr进行CSF滤波，最后再转换回RGB空间；该滤波器采用了圆形滤波窗口；设f(x,y)表示原始图像，表示去噪后的图像，则其滤波表达式为式中，Wx,y表示以(x,y)为中心的圆形滤波窗口，f(i,j)表示(i,j)处的原始像素值，w(i,j)表示滤波器系数式中，r表示圆形滤波窗口半径，取r＝3；表示滤波器方差，取50；图像去噪后，其RGB通道的值分别为I2R、I2G、I2B。2.根据权利要求1所述的一种低照度视频图像增强方法，其特征在于：白平衡处理模块处理视频的方法为：设原始图像RGB通道的值为IR、IG、IB，三个通道的均值分别为r、g和b，白平衡后图像RGB通道的值为I1R、I1G、I1B；这里分三种情况说明白平衡处理过程，不妨设r>g>b，白平衡处理方法为(a)若且则不作处理；(b)若且则对B分量进行如下处理；(c)若且则对G和B分量进行如下处理；3.根据权利要求1所述的一种低照度视频图像增强方法，其特征在于：图像增强模块对图像去噪模块处理过的视频进行处理的方法为：其步骤如下：(1)计算图像亮度L(x,y)以及亮度均值亮度的定义；L(x,y)＝0.299I2R(x,y)+0.587I2G(x,y)+0.114I2B(x,y)(5)式中I2R、I2G、I2B分别为经过滤波后RGB通道的值,亮度均值的定义式中N0表示整幅图像的像素个数，I表示整幅图像的像素点集；(2)计算图像增强后的亮度L'(x,y)；根据图像亮度L(x,y)进行图像增强，亮度映射计算公式为：α取5；用式(7)的图像增强技术反复多次进行增强，多次增强的具体规则如下：若则不增强；若则增强一次；若则增强两次；若则增强三次；增强后亮度与原始亮度的映射关系；当相关参数确定之后，可创建一次增强，两次增强，三次增强的亮度映射表；(3)计算增益β(x,y)(4)RGB增强，设图像增强后RGB通道的值为I3R、I3G、I3B，4.根据权利要求1所述的一种低照度视频图像增强方法，其特征在于：边缘补偿模块对图像增强模块处理后的视频进行处理的方法为：对图像进行去噪处理后，加入了图像边缘补偿模块；图像是由低频成分和高频成分组成，其中低频成分代表图像轮廓，高频成分代表图像细节，因此，将原始图像减去低频成分，从而获得图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈喆，殷福亮，潘凯，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：