[发明专利]一种基于变分约束的Retinex低照度彩色图像增强方法

权利要求书

1.一种基于变分约束的Retinex低照度彩色图像增强方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将原始彩色图像S由RGB空间转换到HSV空间，并提取强度通道V的图像作为灰度图像I；

S2：利用所提取的灰度图像I构造电导权值矩阵W；

S3：利用能量最小化原则构建目标函数，将灰度图像I和电导权值矩阵W输入目标函数，利用交替方向乘子法求解目标函数获取照度图像L；

S4：根据照度图像L从原始彩色图像S中分离反射分量，得到反射图像R；

S5：利用照度图像L和反射图像R对灰度图像I进行重构，得到增强后的彩色图像；

所述S2具体包括如下步骤：

S2.1：构建两个尺度不同的高斯模板，并用大尺度的高斯模板减去小尺度的高斯模板，得到高斯差分模板DoG_σ，所述高斯差分模板DoG_σ中任一点(x,y)的计算公式为：

其中，σ表示高斯函数的方差，A为灰度图像I的分辨率；

S2.2：剔除高斯差分模板DoG_σ中的负数值，公式为：

然后对剔除了负数值的高斯差分模板DoG_σ进行归一化处理，得到权重函数w_σ(x,y)：

S2.3：根据权重函数w_σ(x,y)计算抑制函数t(x,y)：

其中，*表示卷积，表示灰度图像I在点(x,y)处的梯度值；

S2.4：利用抑制函数t(x,y)将灰度图像I的各点的梯度值进行非边界的纹理抑制操作，得到边界图像边界图像B的任一像素点B(x,y)的计算公式为：

其中，γ是抑制强度因子；

S2.5：计算电导权值矩阵电导权值矩阵W的任一点W(x,y)的计算公式为：

W(x,y)＝g(B(x,y))

其中，g()为电导函数，表达式为：

其中，K为区分边界和纹理的阈值，它的值为边界图像B的累积分布函数的90％～95％；

所述S3中构建目标函数，具体包括如下步骤：

S3.1.1：为分离出照度图像L构建目标函数如下：

其中，α表示平衡系数，|| ||_F表示矩阵Frobenius范数，|| ||₁表示矩阵l₁范数，表示矩阵对应元素相乘；

S3.1.2：为分离矩阵l₁范数和矩阵Frobenius范数的两个约束项，引入辅助变量G，令因此目标函数变为：

S3.1.3：目标函数的增广拉格朗日方程为：

其中，Z表示拉格朗日乘子，μ表示非负的惩罚因子；

所述S3中求解目标函数获取照度图像，包括如下步骤：

S3.2.1：初始化增广拉格朗日方程参数，令迭代次数k＝0，最大迭代次数为k_max；

S3.2.2：固定辅助变量G和拉格朗日乘子Z，更新照度图像L，公式为：

其中，F()为二维离散傅里叶变换，F^-1()为二维离散傅里叶逆变换，是F()的复共轭操作，D是Toeplitz矩阵；

S3.2.3：固定照度图像L和拉格朗日乘子Z，更新辅助变量G，公式为：

其中，S_τ()表示软阈值收缩算子，S_τ(x)＝sgn(x)max(|x|-τ,0)；

S3.2.4：固定照度图像L和辅助变量G，更新拉格朗日乘子Z，公式为：

S3.2.5：更新非负的惩罚因子μ，令μ_k+1＝ρμ_k，其中，ρ表示增长系数，ρ≥1；

S3.2.6：更新迭代次数k，令k＝k+1；

S3.2.7：判断当前迭代次数k是否大于最大迭代次数k_max，若是，则停止迭代，执行S3.2.8；否则，满足下式时停止迭代，并执行S3.2.8：

其中，δ＝10^-5，若不满足上述条件，则执行S3.2.2；

S3.2.8：求出最优解L*和G*，并输出L*作为照度图像L。