[发明专利]基于色彩传递的可见光黑白视频图像自然感彩色化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于色彩传递的可见光黑白视频图像自然感彩色化方法，属于图像处理技术领域。

背景技术

人眼对彩色图像的分辨能力要远远大于对黑白灰度图像，人类可以辨别几千种色调和强度，而相比之下只能辨别20多种灰度。因此，彩色图像一直是人们追求的目标之一。

黑白老照片的彩色化是人们多年来的研究课题，同样对于旧的黑白视频，或者军事和工业上常用的CCD/CMOS输出黑白视频图像(例如医疗中计算层析成像CT以及核磁共振MRI，微光夜视等领域)，为了改善人眼对图像细节的观察效果和反应速度，提高人眼的观察效率，黑白视频图像的彩色化技术也是人们关注的重要方向。

然而，现有的大多数黑白图像彩色化技术不仅需要大量的人为干预，而且处理速度慢，难以实时化处理。而可实时处理的黑白图像彩色化技术(如彩虹编码)虽然其实现速度快，但彩色化的视觉效果往往不自然，与自然界常见的颜色感觉大相径庭，难以满足人眼的长时间观察，很容易使人眼疲劳，甚至使人感到烦躁，从而大大影响了使用效果。

综上所述，如何将可见光黑白视频图像实时自然感彩色化，使得彩色化后的图像既能让人眼看得自然舒服，又能尽量减少不必要的人为干预，仍是一个具有挑战性的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于色彩传递的可见光黑白视频图像自然感彩色化方法，在尽可能减少人为干预的条件下，使得彩色化的彩色图像效果自然舒适，符合人眼视觉习惯，同时可快速实时地实现处理。

基于色彩传递的可见光黑白视频图像自然感彩色化方法，具体包括如下步骤：

步骤1，对可见光黑白视频图像进行预处理，构成初始彩色视频图像。

步骤1.1，首先对输入的可见光黑白视频图像取反，得到负片图像。

具体方法为：对于输入的可见光黑白视频图像的每个像素，用该图像像素能达到的最大值MAX与每个像素的像素值Y_y做差，得到负片图像中对应像素的像素值Y_f，从而得到负片图像。即

Y_f＝MAX-Y_y   (1)

式中，Y_y为输入的可见光黑白视频图像的像素灰度值，Y_f为负片图像对应的像素灰度值，MAX为输入图像像素能够达到的最大值。

步骤1.2，再将输入的可见光黑白视频图像与步骤1.1得到的负片图像按比例线性组合，得到初始彩色视频图像。

具体方法为：对于输入的可见光黑白视频图像的每个像素Y_y，结合负片图像中的对应像素Y_f，在YUV颜色空间中，按照式(2)进行线性组合，构造初始彩色视频图像，初始彩色视频图像的亮度值Y为可见光黑白视频图像的灰度值，初始彩色视频图像的两个色度值U和V分别为所得到两个量Y_y和Y_f的线性组合，即

Y＝Y_y；U＝m₁·Y_y-m₂·Y_f+M；V＝m₃·Y_f-m₄·Y_y+M   (2)

式中，m₁,m₂,m₃和m₄均为界于0与1之间的正有理数，M为0～255之间的一个常数。

步骤2，对步骤1.2得到的初始彩色视频图像进行色彩传递，得到自然感彩色视频图像。

步骤2.1，选取一幅自然环境的彩色参考图像；

所选取的自然环境的彩色参考图像，是一幅具有舒适自然色彩的彩色图像；所选取自然环境的彩色参考图像直接影响黑白视频图像彩色化的色调，不同的色调的自然参考图像获得不同的彩色化效果。因此，要求选取与用户期望色调风格相同的彩色图像作为彩色参考图像。

步骤2.2，在YUV颜色空间中，计算初始彩色视频图像的亮度Y和色度(U,V)通道的均值和标准差，计算步骤2.1得到的彩色参考图像的亮度Y_T和色度(U_T,V_T)通道的均值和标准差，进而将彩色参考图像的色彩传递给初始彩色视频图像，对于初始彩色视频图像(Y,U,V)，得到自然感彩色视频图像(Y′,U′,V′)。具体的色彩传递方法为