• 【阅读笔记】低照度图像增强-《An Integrated Neighborhood Dependent...


    本文介绍的是一种比较实用的低照度图像增强算法,选自2004年Tao的一篇论文,名称是《An Integrated Neighborhood Dependent Approach for Nonlinear Enhancement of Color Images 》

    概述

    图像中暗区图像增强的基本机制是对图像的亮度进行动态范围压缩,但是图像的对比度会下降,输出图像看起来会变灰。为了提高图像的整体质量,必须应用对比度增强过程来恢复甚至增强原始图像的对比度信息。本文采用亮度提升和对比度增强两个独立模块分别处理。

    1、通过使用非线性传递函数实现的亮度提升。可以手动或自动调整该传递函数以实现适当的亮度增强。

    2、图像通过对比度增强进行处理,与传统技术不同,对比度增强是基于处理后(中心)像素及其周围相邻像素的强度信息的自适应过程。通过使用具有高斯核卷积来获得周围像素的亮度信息。具有相同亮度的像素可能根据其邻近像素具有不同的输出。可以最佳地增强图像对比度和细节,同时可以在不降低图像质量的情况下控制动态范围扩展。

    算法过程

    1、RGB图像 I r g b I^{rgb} Irgb转为灰度图像 Y Y Y,并归一化为 Y n Y_{n} Yn

    2、根据下式进行非线性转换

    Y n ′ = ( Y n 0.24 + ( 1 − Y n ) ∗ 0.5 + Y n 2 ) 2 Y_{n}^{'}=\frac{(Y_{n}^{0.24}+(1-Y_{n})*0.5+Y_{n}^{2})}{2} Yn=2(Yn0.24+(1Yn)0.5+Yn2)

    这种变换可以很大程度上提高暗像素(区域)的亮度,而亮像素(区域)的亮度增强较低,甚至是负增强。从而达到较好的效果

    一个非线性gamma映射曲线

    3、对灰度图像 Y Y Y进行不同尺度的高斯核函数卷积运算,得到模糊图像 Y ′ Y' Y,卷积公式如下:

    Y ′ ( x , y ) = Y ( x , y ) ∗ G ( x , y ) Y'(x, y) = Y(x, y) * G(x, y) Y(x,y)=Y(x,y)G(x,y)

    高斯卷积核 G ( x , y ) G(x,y) G(x,y)如下:

    G ( x , y ) = K ∗ e ( − ( x 2 + y 2 ) c 2 ) G(x,y)=K*e^{(\frac{-(x^2+y^2)}{c^2})} G(x,y)=Ke(c2(x2+y2))

    其中, K K K函数

    ∬ K ∗ e ( − ( x 2 + y 2 ) c 2 ) d x d y = 1 \iint K*e^{(\frac{-(x^2+y^2)}{c^2})}dxdy=1 Ke(c2(x2+y2))dxdy=1

    其中, c c c是高斯函数尺度;

    4、通过下式得到增强系数 R R R

    R ( x , y ) = 255 ∗ Y n ′ ( x , y ) r ( x , y ) R(x,y) =255* Y_{n}^{'}(x,y)^{r(x,y)} R(x,y)=255Yn(x,y)r(x,y)

    其中, r ( x , y ) r(x,y) r(x,y)如下

    r ( x , y ) = Y ′ ( x , y ) Y ( x , y ) r(x,y)=\frac{Y'(x, y)}{Y(x, y)} r(x,y)=Y(x,y)Y(x,y)

    中心像素的亮度可以根据 R ( x , y ) R(x,y) R(xy)是否大于或小于1(由较亮像素或较暗像素包围)而增加或减少。

    5、为了获得最佳的图像增强效果,使用不同尺度的多个卷积结果进行对比度增强。最终的输出是基于多个尺度的对比度增强结果的线性组合

    R ( x , y ) = ∑ i w i R i ( x , y ) R(x,y)=\sum_{i}w_{i}R_{i}(x,y) R(x,y)=iwiRi(x,y)

    尺度选择5, 20 and 240,权重为取均值

    6、RGB三通道等比例恢复

    R j ( x , y ) = R ( x , y ) ∗ I j ( ( x , y ) I ( ( x , y ) ∗ λ R_{j}(x,y)=R(x,y)*\frac{I_{j}((x,y)}{I((x,y)}*\lambda Rj(x,y)=R(x,y)I((x,y)Ij((x,y)λ

    其中, j j j表示rgb三通道分量, R j R_j Rj是增强图像。 λ \lambda λ表示色调调节因子,通常取1也可,输出的彩色图像可以通过色彩饱和度和白平衡调整进一步细化。

    效果对比

    图、测试图像1、INDANE处理效果

    图、测试图像2、INDANE处理效果

    算法总结

    算法本质是暗区提亮gamma曲线映射实现,亮区不处理或者轻微处理。后续对比度处理精细化增强系数,需要多尺度高斯核函数卷积。
    非线性gamma曲线如图下蓝线,线性映射如黄色线:

  • 相关阅读:
    SpringBoot - @PostConstruct 注解详解
    状态栏铆接部件中心部件
    JavaEE 锁策略、CAS、synchronized原理
    DJ12-2-4 串操作指令
    写前端组件的记录
    ​力扣解法汇总946-验证栈序列
    Mysql事物、隔离级别、锁
    LIO-SAM源码解析(二):代码结构
    Nginx安装及使用
    股票交易数据接口获取股票基础信息数据的过程
  • 原文地址:https://blog.csdn.net/Aoman_Hao/article/details/127576180