CN109493289B - 一种具有亮度及饱和度双重非线性图像增强方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有亮度及饱和度双重非线性图像增强方法，首先将输入的彩色图像从RGB(Red Green Blue)颜色空间转换为HSV(Hue Saturation Value)颜色空间；利用由单调递减的非线性凹函数得到的增强系数乘上V通道图像即可对V通道进行增强；将S通道图像乘上一个通过近高斯函数线性变化得到的增强系数进行非线性增强；最后将图像从HSV颜色空间转换回RGB颜色空间，得到亮度及饱和度双重增强图像。本发明提供的彩色图像非线性增强方法，能够增强图像的整体亮度及饱和度，从而提高图像的整体质量，适用于各类彩色图像，计算复杂度低、处理效果显著。
Description
技术领域
本发明属于图像、视频的亮度及饱和度增强领域，特别涉及一种具有亮度及饱和度双重非线性图像增强方法。
背景技术
现实生活中受环境因素的多变性及设备条件的影响，正常拍摄的图像及视频所呈现出的效果往往不足以达到人眼的视觉要求。因此，视频图像增强技术应运而生。人们通过图像增强技术对所需的图像及视频进行增强处理，以达到预期的效果。
根据空间域的不同可将图像增强技术分为两类即基于空域增强算法和基于频域的增强算法。具有亮度及饱和度双重非线性图像增强方法是基于空域的增强算法。同样基于空域的增强算法有伽马变换等，伽马变换是根据gamma值的不同可对图像暗区像素和亮区像素分别进行拉伸和压缩。伽马变换在变换过程中虽然能够展现出图像更多的暗区细节，但是与此同时也会丢失部分亮区信息。尽管后来针对于此提出了许多改进算法，但仍没有从根本上解决这些问题，只是在其亮度增强的强度方面进行改善。与现有伽马变换相比，本发明克服了伽马变换的固有缺陷。
具有亮度及饱和度双重非线性图像增强方法通过对参数设置实现自适应，在增强图像亮度及饱和度的同时，也对图像的细节也有一定程度的增强。此方法在对图片及视频的增强过程中，不会造成增强不足或者增强过度现象，弥补了细节丢失的缺陷，以满足人眼视觉特性的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有亮度及饱和度双重非线性图像增强方法，对图像的亮度及饱和度进行自适应增强，并且同时能将图像中不明显的细节进行增强，解决了现有的伽马变换相关方法中的增强不足或过度增强以及增强后细节丢失的问题，通过本发明方法能够获得具有良好视觉特性的图像。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种具有亮度及饱和度双重非线性图像增强方法，包括以下步骤：
步骤a)，接收输入的8比特位的RGB颜色空间的彩色图像，并将所述彩色图像转换到HSV颜色空间；将V通道的图像记为img_v，并将V通道按像素值从小到大进行排序，计算前50％像素的灰度平均值darkmean，然后通过e指数函数计算得到参数值vk；
步骤b)，利用vk及单调递减的非线性凹函数求得V通道图像的每一个像素点对应的增强系数noline_V；将V通道的图像乘上增强系数noline_V即可得到V通道增强后的图像；
步骤c)，将S通道的图像记为img_s，并求取其图像灰度值的平均值，记为meanS；利用近高斯曲线求取其S通道的增强系数gauss；其中高斯曲线的均值默认为128，高斯曲线的方差为自适应参数；
步骤d)，通过对增强系数gauss进行线性调整得到S通道的增强系数noline_S；将S通道的图像乘上增强系数noline_S得到S通道增强后的图像；将增强后的HSV颜色空间图像转换回RGB颜色空间图像，得到最终的亮度及饱和度双重非线性增强图像。
优选的，步骤a)中，所述e指数函数表示如下：
vk＝exp(darkmean/64-1)*90+70。
优选的，步骤b)中，利用vk及单调递减的非线性凹函数求得V通道图像的每一个像素点对应的增强系数noline_V，具体如下：
noline_V＝((255+vk)/(img_v+vk)-1)k+1
其中，k的取值范围为1.5～2.5。
优选的，步骤c)中，所述近高斯曲线表示如下：
gauss＝exp(-(img_s-μ)2/(2*σ2))
其中，μ表示均值，σ表示方差，方差的获取方式如下：
σ＝tan((meanS-128)/128*0.45π)+50
其中，π表示圆周率。
优选的，步骤d)中，所述增强系数noline_S表示如下：
noline_S＝1+((250-meanS)/500)*gauss。
优选的，步骤a)中，将所述彩色图像转换到HSV颜色空间之后，还包括：将S通道和V通道的像素值范围从0-1放大到0-255。
优选的，步骤d)中，所述将增强后的HSV颜色空间图像转换回RGB颜色空间图像之前，还包括：将S通道和V通道的像素值范围从0-255压缩为0-1
本发明与现有相关技术相比，具有以下优点：
本发明一种具有亮度及饱和度双重非线性图像增强方法，对输入图像的亮度及饱和度进行自适应增强，并且同时能将图像中不明显的细节进行增强。通过本发明方法，既能适当增强输入图像的亮度及饱和度，又能够增强图像的细节部分，使图像符合人眼的视觉特性。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种具有亮度及饱和度双重非线性图像增强方法不局限于实施例。
附图说明
图1是本发明的具有亮度及饱和度双重非线性图像增强方法的流程图；
图2为本发明实施例的实验结果图；其中图2(a)为原图，图2(b)为亮度通道增强后的效果图，图2(c)为亮度及饱和度双重增强后的效果图。
具体实施方式
参见图1所述，为本发明一种具有亮度及饱和度双重非线性图像增强方法，具体包含以下步骤：
步骤a)，接收输入的8比特位的RGB颜色空间的彩色图像，并将所述彩色图像转换到HSV颜色空间；将V通道的图像记为img_v，并将V通道按像素值从小到大进行排序，计算前50％像素的灰度平均值darkmean，然后通过e指数函数计算得到参数值vk。
所述步骤a)具体包括：
步骤a1)输入8比特位的RGB颜色空间的数字彩色图像，利用国际通用的颜色空间转换公式，将输入的RGB颜色空间的彩色图像转换成HSV颜色空间的彩色图像；并将S通道和V通道的像素值范围从0-1放大到0-255，便于后面统一计算；
步骤a2)将V通道图像记为img_v，并求取V通道中占总像素数前50％的像素的平均值，具体操作为：统计V通道图像的直方图，记为数组hist；找出直方图上从左边开始占总像素数的前50％的像素灰度值，记为gray1；求取直方图中灰度值从0到gray1中所有像素灰度值的平均值，记为darkmean；
步骤a3)利用V通道图像的暗区均值darkmean及e指数函数：vk＝exp(darkmean/64-1)*90+70可以求得相关参数vk，用于控制图像的亮度增强；
步骤b)利用vk及单调递减的非线性凹函数求得V通道图像的每一个像素点对应的增强系数noline_V；将V通道的图像乘上增强系数noline_V即可得到V通道增强后的图像。
具体的，基于所述vk，将V通道图像的每个像素点通过单调递减的非线性凹函数：noline_V＝((255+vk)/(img_v+vk)-1)k+1进行计算，其中k的取值范围为1.5～2.5，默认值为1.75，得到V通道图像每个像素点对应的增强系数noline_V；将V通道图像的每个像素点与其相对应的增强系数相乘，即可得到V通道增强后的图像；利用此方法对V通道图像进行非线性拉伸，可以使暗区部分的亮度进行自适应增强，并且亮区部分亮度几乎维持不变，避免图像过曝。
步骤c)将S通道的图像记为img_s，并求取其图像灰度值的平均值，记为meanS；利用近高斯曲线求取其S通道的增强系数gauss。
具体的，所述近高斯函数表示如下：
gauss＝exp(-(img_s-μ)2/(2*σ2))
近高斯函数的均值μ为灰度值的中值128，方差是以meanS为参数计算得到的自适应值σ＝tan((meanS-128)/128*0.45π)+50。本步骤的目的在于：使其方差值在50处缓慢变化，能够使饱和度增强范围进行适当调整。
步骤d)，通过对增强系数gauss进行线性调整得到S通道的增强系数noline_S；将S通道的图像乘上增强系数noline_S得到S通道增强后的图像；将增强后的HSV颜色空间图像转换回RGB颜色空间图像，得到最终的亮度及饱和度双重非线性增强图像。
具体的，所述增强系数noline_S＝1+((250-meanS)/500)*gauss，将S通道图像的每个像素点与其相对应的增强系数相乘，即可得到S通道增强后的图像；并将S通道和V通道的像素值范围从0-255压缩为0-1，以便后续颜色空间转换；随后将增强后的HSV颜色空间的彩色图像利用国际颜色空间转换公式转换回RGB颜色空间的彩色图像，即可得到最终的亮度及饱和度双重非线性增强图像。
参见图2所示，为本实施例实验图像的增强效果对比图，其中图2(a)为原图，图2(b)为亮度通道增强后的效果图，图2(c)为亮度及饱和度双重增强后的效果图。从实验增强后的效果图可以看出，本发明方法对于彩色图像能够对其亮度及饱和度进行适当的增强，处理结果自然，符合人眼的视觉特性。
以上仅为本发明实例中一个较佳的实施方案。但是，本发明并不限于上述实施方案，凡按本发明所做的任何均等变化和修饰，所产生的功能作用未超出本方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种具有亮度及饱和度双重非线性图像增强方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a)，接收输入的8比特位的RGB颜色空间的彩色图像，并将所述彩色图像转换到HSV颜色空间；将V通道的图像记为img_v，并将V通道按像素值从小到大进行排序，计算前50％像素的灰度平均值darkmean，然后通过e指数函数计算得到参数值vk；
步骤b)，利用vk及单调递减的非线性凹函数求得V通道图像的每一个像素点对应的增强系数noline_V；将V通道的图像乘上增强系数noline_V即可得到V通道增强后的图像；
步骤c)，将S通道的图像记为img_s，并求取其图像灰度值的平均值，记为meanS；利用近高斯曲线求取其S通道的增强系数gauss；其中高斯曲线的均值默认为128，高斯曲线的方差为自适应参数；
步骤d)，通过对增强系数gauss进行线性调整得到S通道的增强系数noline_S；将S通道的图像乘上增强系数noline_S得到S通道增强后的图像；将增强后的HSV颜色空间图像转换回RGB颜色空间图像，得到最终的亮度及饱和度双重非线性增强图像；
步骤b)中，利用vk及单调递减的非线性凹函数求得V通道图像的每一个像素点对应的增强系数noline_V，具体如下：
noline_V＝((255+vk)/(img_v+vk)-1)k+1
其中，k的取值范围为1.5～2.5。
2.根据权利要求1中所述的一种具有亮度及饱和度双重非线性图像增强方法，其特征在于，步骤a)中，所述e指数函数表示如下：
vk＝exp(darkmean/64-1)*90+70。
3.根据权利要求1中所述的一种具有亮度及饱和度双重非线性图像增强方法，其特征在于，步骤c)中，所述近高斯曲线表示如下：
gauss＝exp(-(img_s-μ)2/(2*σ2))
其中，μ表示均值，σ表示方差，方差的获取方式如下：
σ＝tan((meanS-128)/128*0.45π)+50
其中，π表示圆周率。
4.根据权利要求1中所述的一种具有亮度及饱和度双重非线性图像增强方法，其特征在于，步骤d)中，所述增强系数noline_S表示如下：
noline_S＝1+((250-meanS)/500)*gauss。
5.根据权利要求1中所述的一种具有亮度及饱和度双重非线性图像增强方法，其特征在于，步骤a)中，将所述彩色图像转换到HSV颜色空间之后，还包括：将S通道和V通道的像素值范围从0-1放大到0-255。
6.根据权利要求5中所述的一种具有亮度及饱和度双重非线性图像增强方法，其特征在于，步骤d)中，所述将增强后的HSV颜色空间图像转换回RGB颜色空间图像之前，还包括：将S通道和V通道的像素值范围从0-255压缩为0-1。
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