CN114418874A - 一种低照度图像增强方法 - Google Patents
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Abstract
一种低照度图像增强方法，包括以下步骤：(1)亮度检测：计算检测目标图像的亮度值，确定其是否亮度过低；(2)图像反转：待检测图像存在亮度过低的问题时，对其进行图像反转操作；若不存在，直接输出图像。(3)图像去雾：亮度较低的图像经反转后，图像特征与直方图分布与有雾图像相似，故而对反转后图像进行去雾处理；(4)图像输出：将经过去雾图像进行反归一化与反转后进行输出。本发明利用暗通道先验理论进行***设计，使得该***能够有效提升低光照场景下的采集图像质量，在经过低照度场景图像增强处理后，低照度环境下拍摄的图像清晰度显著提升，图像的色彩与纹理信息也有较大水平的提高。
Description
技术领域
本发明属于图像处理的技术领域，尤其涉及一种低照度图像增强方法。
背景技术
在室外场景下尤其是条件恶劣的山地、河谷等区域，利用无人机进行巡检是非常普遍需求，但在夜间照度较低的环境时，如月光环境与星光环境中，难以保证无人机所采集的待检测图像质量，在目标检测任务中其误检率与漏检率显著升高。在上述场景所采集的待检测图像信噪比降低，色彩与纹理信息损失严重，图像的辨识度较差，大大降低了图像的应用价值，这类图像被称为低照度图像。在低光照情况下，通过延长曝光时间可以提升低光照环境的成像亮度，但同时也放大了噪声，并对无人机续航时长与悬停时的稳定性提出严苛要求；另外当工作环境对实时性有较高要求时，通过延长曝光时间以提升图像亮度表现还会影响巡检的效率与效果，难以形成清晰的视频流。
如何保证摄像过程中对于低光照场景下拍摄的图像清晰度是本领域工程技术人员亟待解决的问题之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种低照度图像增强方法，包括以下步骤：(1)亮度检测：计算检测目标图像的亮度值，确定其是否亮度过低；(2)图像反转：待检测图像存在亮度过低的问题时，对其进行图像反转操作；若不存在，直接输出图像。(3)图像去雾：亮度较低的图像经反转后，图像特征与直方图分布与有雾图像相似，故而对反转后图像进行去雾处理；(4)图像输出：将经过去雾图像进行反归一化与反转后进行输出。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：
一种低照度图像增强方法，包括如下步骤：
计算图像的亮度平均值，确定其是否亮度过低；
如果图像亮度过低，首先将图像由RGB色域转换到Lab色域，然后在Lab色域对图像进行取反操作，最后将图像由Lab色域转换到RGB色域；否则直接将图像输出；
将反转后的图像进行去雾处理，然后将图像输出。
本发明一实施例中，将取反操作后转换到RGB色域的图像的红色通道、绿色通道以及蓝色通道中提取其最小值，通过最小值滤波操作，构成暗通道图；利用暗通道数据获取透射率t(x)，用以实现待检测图像去雾。
一种低照度图像增强方法，包括如下步骤：
计算图像的亮度平均值，确定其是否亮度过低；
如果图像亮度过低，则对图像进行取反操作；否则直接将图像输出；
将反转后的图像进行去雾处理，然后将图像输出。
本发明一实施例中，在亮度检测过程中，将图像进行归一化，将图像的红色通道数据与绿色通道数据加权求取整体图像亮度均值，从而实现图像亮度检测。
本发明一实施例中，将亮度过低的图像进行取反操作后，在图像的红色通道、绿色通道以及蓝色通道中提取其最小值，通过快速导向滤波操作，构成暗通道图；利用暗通道数据获取大气透射率t(x)，用以实现待检测图像去雾。
本发明一实施例中，在进行图像去雾处理过程中，将粗透射率图进行下采样处理，降低待滤波图像尺寸，完成滤波操作后通过上采样处理恢复至原有透射率图尺寸，实现快速导向滤波。
本发明一实施例中，对去雾处理后的图像进行图像反转以及反归一化处理后进行输出。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在由处理器加载并运行时，使所述处理器执行上述低照度图像增强方法。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
(1)本发明利用暗通道先验理论进行***设计，使得该***能够有效提升低光照场景下的采集图像质量，在经过低照度场景图像增强处理后，低照度环境下拍摄的图像清晰度显著提升，图像的色彩与纹理信息也有较大水平的提高；
(2)在进行图像处理前的归一化处理能够解决输入图像RGB格式不同问题；
(3)在进行亮度检测过程中，通过图像归一化处理以及仅对图像的红色分量以及绿色分量加权求取均值进行亮度评估，能够减少进行色域转换操作带来的计算量；
(4)在进行去雾处理过程中，采用快速导向滤波能够有效降低滤波处理过程中的计算量，引入的上下采样虽带来一定的计算量，但总体上仍能减少大量计算时间。
附图说明
图1为本发明方法的步骤流程图。
图2为本发明方法中去雾处理的步骤流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。
一种低照度图像增强方法，如图1所示，具有以下步骤：
(1)亮度检测：计算检测目标图像的亮度值，确定其是否亮度过低；
(2)图像反转：待检测图像存在亮度过低的问题时，对其进行图像反转操作；若不存在，直接输出图像。
(3)图像去雾：亮度较低的图像经反转后，图像特征与直方图分布与有雾图像相似，故而对反转后图像进行去雾处理；
(4)图像输出：将经过去雾图像进行反归一化与反转后进行输出。
在步骤(1)中，将输入图像进行归一化处理，提取其红色通道数据与绿色通道数据，将其按照1：2的权重进行加权求取均值用以判断其亮度是否过低，此处亮度阈值选取为0.3；
作为优选，所述的求取均值之前，可通过两层尺度为3x3的最大池化层降低数据规模后再求解加权均值。
在步骤(2)中，待检测图像亮度过低时，将归一化图像红色、绿色以及蓝色通道数据进行取反，将数据值由[0,1]线性映射到[1,0]，完成图像取反操作。
在步骤(3)中，将经过上述过程处理的RGB图像在其红色通道、绿色通道以及蓝色通道中提取其最小值，通过快速导向滤波操作，构成暗通道图。
在步骤(3)中，如图2所示，有雾图形成模型如下：
I(x)＝J(x)t(x)+A(1-t(x))
在步骤(3)中，其中I(x)为所采集的待检测图像，J(x)是恢复的去雾图像，A是全球大气光成分，t(x)是透射率。A值为可调经验值，选取暗通道图中亮度最高的点，并在待处理图中选取其对应点中红色通道、蓝色通道以及绿色通道中最大的值作为大气光成分A的近似。
在步骤(3)中，在A值已知的情况下，假定透射率t(x)为常数，对有雾图形成模型进行变形且求取按通道图可得：
在步骤(3)中，根据暗通道先验理论，在户外非天空水面场景下获取的无雾图像中，在红色通道、绿色通道以及蓝色通道中至少存在一个颜色通道值其数值很小或是趋近于零。因此，对于图像J(x)，给出暗通道图J(x)dark表示：
在步骤(3)中，可得到简单的透射率估计值：
在步骤(3)中，即使在无雾情况下，大气光成分依旧存在，对于去雾要有所保留。引入参量ω(0＜ω＜1)控制去雾程度：
在步骤(3)中，得到粗透射率图之后，使用待检测图像的灰度图作为导向图，对粗透射率图进行快速导向滤波，可得到细透射率图t(x)。根据如下公式，可求解去雾图。
在步骤(3)中，快速导向滤波相比普通导向滤波，区别在于对导向图与待处理图在滤波前进行了2x2最大池化层进行下采样处理，滤波完成后采用双线性插值将细透射率图恢复至原有尺寸。
在步骤(3)中，t0作为透射率下界，此处选取t0＝0.1，防止J(x)t(x)在透射率t(x)趋近于0时丢失原图信息，引入噪声。
在步骤(4)中，将去雾图像J(x)进行图像反转，将其三通道数据值由[0,1]线性映射到[1,0]，反归一化处理后进行输出。
本发明的模型建立后，可部署到相机的处理芯片或是部署在相机与主机的数据通路中，当工作在低照度场景时可通过该***提升相机拍摄图像质量，实时输出色彩信息、纹理信息丰富的高质量图像，或是部署到到无人机计算单元中作为后期处理方法使用。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (8)
1.一种低照度图像增强方法，其特征在于，包括如下步骤：
计算图像的亮度平均值，确定其是否亮度过低；
如果图像亮度过低，首先将图像由RGB色域转换到Lab色域，然后在Lab色域对图像进行取反操作，最后将图像由Lab色域转换到RGB色域；否则直接将图像输出；
将反转后的图像进行去雾处理，然后将图像输出。
2.根据权利要求1所述的低照度图像增强方法，其特征在于，将取反操作后转换到RGB色域的图像的红色通道、绿色通道以及蓝色通道中提取其最小值，通过最小值滤波操作，构成暗通道图；利用暗通道数据获取透射率t(x)，用以实现待检测图像去雾。
3.一种低照度图像增强方法，其特征在于，包括如下步骤：
计算图像的亮度平均值，确定其是否亮度过低；
如果图像亮度过低，则对图像进行取反操作；否则直接将图像输出；
将反转后的图像进行去雾处理，然后将图像输出。
4.根据权利要求3所述的低照度图像增强方法，其特征在于，在亮度检测过程中，将图像进行归一化，将图像的红色通道数据与绿色通道数据加权求取整体图像亮度均值，从而实现图像亮度检测。
5.根据权利要求3所述的低照度图像增强方法，其特征在于，将亮度过低的图像进行取反操作后，在图像的红色通道、绿色通道以及蓝色通道中提取其最小值，通过快速导向滤波操作，构成暗通道图；利用暗通道数据获取大气透射率t(x)，用以实现待检测图像去雾。
6.根据权利要求5所述的低照度图像增强方法，其特征在于，在进行图像去雾处理过程中，将粗透射率图进行下采样处理，降低待滤波图像尺寸，完成滤波操作后通过上采样处理恢复至原有透射率图尺寸，实现快速导向滤波。
7.根据权利要求3所述的低照度图像增强方法，其特征在于，对去雾处理后的图像进行图像反转以及反归一化处理后进行输出。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在由处理器加载并运行时，使所述处理器执行如权利要求1至7中任一项所述的方法。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116631038A (zh) * | 2023-06-06 | 2023-08-22 | 湖南三湘银行股份有限公司 | 基于图像验证银行用户身份的方法及*** |
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2021
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| CN116631038B (zh) * | 2023-06-06 | 2024-05-28 | 湖南三湘银行股份有限公司 | 基于图像验证银行用户身份的方法及*** |
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