[发明专利]基于亮通道滤波的彩色图像增强方法

摘要

本发明公开一种基于亮通道滤波的彩色图像增强方法，主要解决现有技术存在的增强结果图像中物体缘处的“光晕伪影”和处理耗时的问题。其实现步骤是对待增强彩色图像的每个像素点的RGB分量取最大值，获得亮通道图像I(x,y)；对亮通道图像I(x,y)进行灰度闭运算，将其结果定义为I′(x,y)；结合亮通道图像I(x,y)，通过快速联合双边滤波器对亮通道图像的灰度闭运算结果滤波，获得光照分量L(x,y)；将光照分量L(x,y)代入光照‑反射成像模型，求解输入图像的RGB各颜色通道的反射分量，并将各颜色通道的反射分量扩展至区间[0,255]，得到的彩色图像即为最终的增强结果。本发明仅需单幅输入图像，即可增强偏暗图像，消除光照不均匀图像的阴影，可用于目标检测、跟踪和识别的预处理。

主权项

一种基于亮通道滤波的彩色图像增强方法，包括如下步骤：(1)通过数字成像设备，获得单幅彩色数字图像P(x,y)；(2)将获取的彩色数字图像转换到RGB颜色空间，并求取每个像素点在该颜色空间下的RGB分量最大值，获得亮通道图像I(x,y)，并将亮通道图像作为光照分量的初步估计值，其中(x,y)是图像中任一像素的坐标；(3)对亮通道图像I(x,y)进行灰度闭运算，得到光照分量的粗估计值I′(x,y)：3a)对亮通道图像I(x,y)进行灰度膨胀运算，即选取碟形结构元素，使该结构元素中心在亮通道图像I(x,y)图像内能逐点滑动，再用亮通道图像I(x,y)中与结构元素重合像素中的最大灰度值替代亮通道图像I(x,y)中与结构元素中心重合的像素灰度值，得到亮通道图像I(x,y)灰度膨胀后的结果It(x,y)；3b)对灰度膨胀后的结果It(x,y)进行灰度腐蚀运算，即选取碟形结构元素，使该结构元素中心在灰度膨胀后的结果It(x,y)图像内逐点滑动，再用灰度膨胀后的结果It(x,y)中与结构元素重合像素中的最小灰度值替代It(x,y)中与结构元素中心重合的像素灰度值，得到光照分量的粗估计值I′(x,y)；(4)结合亮通道图像I(x,y)，通过快速联合双边滤波器对光照分量的粗估计值I′(x,y)进行细化处理，得到光照分量L(x,y)：4a)将亮通道图像I(x,y)和光照分量的粗估计值I′(x,y)作为快速联合双边滤波器的输入图像，并对亮通道图像I(x,y)的空间分辨率进行α倍的降采样，对亮通道图像I(x,y)的幅度分辨率进行β倍的降采样，得到网格化的三维空间(xd,yd,Id)，其中xd为降采样后的空间横坐标，yd为降采样后的空间纵坐标，Id为降采样后的灰度值，α＝16，β＝10；4b)利用网格化的三维空间构造灰度值三维数组：Idata(xd,yd,Id)和权值三维数组：Iw(xd,yd,Id)；4c)遍历亮通道图像I(x,y)的每个像素，将光照分量粗估计值I′(x,y)中与亮通道图像I(x,y)中坐标相同像素点的灰度值累加至灰度值三维数组Idata(xd,yd,Id)，并对权值三维数组Iw(xd,yd,Id)累加1；4d)分别对累加后的灰度值三维数组Idata(xd,yd,Id)和累加后的权值三维数组Iw(xd,yd,Id)进行三维高斯滤波，得到灰度值滤波结果为I′data(xd,yd,Id)，和权值滤波结果为I′w(xd,yd,Id)，再用灰度值滤波结果I′data(xd,yd,Id)点除权值滤波结果I′w(xd,yd,Id)，得到灰度值归一化结果IG(xd,yd,Id)；4e)对灰度值归一化结果IG(xd,yd,Id)进行三线性插值运算，得到光照分量L(x,y)；(5)将光照分量L(x,y)代入光照‑反射成像模型，求解单幅彩色图像P(x,y)在RGB颜色空间中RGB各通道的反射分量Rc(x,y)，将反射分量Rc(x,y)灰度值扩展至区间[0,255]，得到的彩色图像即为最终的增强结果：5a)将光照分量L(x,y)代入光照‑反射成像模型，求解单幅彩色图像P(x,y)在RGB颜色空间中RGB各颜色通道的反射分量Rc(x,y)，并将其截断在区间[0,1]，用以下公式表示：Rc(x,y)=Pc(x,y)max{L(x,y),0.1},]]>其中，c∈{R,G,B}；Pc(x,y)为输入图像P(x,y)中坐标为(x,y)的像素的RGB任一颜色通道的灰度值；为避免光照分量L(x,y)灰度值过小造成的计算误差，选取0.1作为光照分量的下限值；5b)将RGB三个颜色通道的反射分量Rc(x,y)中每个像素的值乘以255，取整并截断至区间[0,255]，得到的彩色图像就是最终增强的结果。