一种图像增强方法及计算设备与流程

本发明涉及图像处理技术领域，尤其是一种图像增强方法。

背景技术：

随着超高清图像在医疗、安防、教育等各行业各领域的积极拓展应用，图像清晰度的提升使得各个行业完成了从“看得见”到“看得清”的跨越。一方面，超高清图像能够将图像的“大范围”与“小细节”同步呈现、以更加真实地还原物体的原样，且色泽层次感和画面感更强，为人们带来丰富的视觉体验。另一方面，由于超高清图像蕴含的信息量及数据量巨大，故而对用户端的硬件配置要求较高，目前还难以对广大普通用户进行大面积覆盖。

鉴于此，亟需图像增强方法来对一些图像进行处理，来达到增强局部或整体细节特征的目的，以满足人们的视觉感受。

常见的图像增强方法例如有直方图均衡化方法、小波变换增强方法、gamma校正补偿方法等。

直方图均衡化是一种常用的图像灰度变换方法，经直方图均衡化处理后的图像的灰度值分布近似于均匀分布，具备较大的灰度动态范围和较高的对比度。但是，直方图均衡化后的图像会出现拓展了像素取值的动态范围却减少了灰度级的问题，或者，拉伸后的图像会出现细节丢失的问题。若原图像有直方图高峰，经处理后会出现对比度不自然的过分增强。

小波变换增强方法实质上是通过小波变换把图像分解为不同频率子带，针对不同频率子带采用不同的算法来增强不同频率范围内的图像分量，其中大部分的噪声和一些边缘细节属于高频子带，而低频子带主要表征为图像近似信息。对高频子带进行小波去噪处理，降低噪声对图像的影响；对低频子带进行非线性图像增强，增强目标对比度；最后通过小波重构得到增强后的图像。该方法突出不同尺度下近似特征和细节，从而达到增强图像层次感的目的。然而，小波变换增强方法不适用于图像存在信号和噪声的频带相互重叠的情况，增强效果不理想，并且对于广泛存在的白噪声，其去噪效果不理想。

gamma校正补偿方法就是对图像gamma曲线进行编辑，以对图像进行非线性色调编辑的方法，检测出图像信号中的深色部分和浅色部分，并使两者比例增大，从而提高图像对比度效果。但是，gamma校正补偿方法中的gamma曲线只是理想状态下的曲线，实际应用中无法得到如此完美的曲线，因此难以完全发挥出gamma校正补偿的完美效果。

因此，需要一种新的图像增强方案。

技术实现要素：

为此，本发明提供了一种图像增强方案，以力图解决或者至少缓解上面存在的至少一个问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种图像增强方法，适于在计算设备中执行，包括步骤：针对待处理图像的初始亮度分量，计算亮度增益因子；基于亮度增益因子，对待处理图像进行增强处理，得到处理后的亮度增益分量；基于处理后的亮度增益分量，确定处理后的反射光分量；以及基于初始亮度增益分量、处理后的亮度增益分量和处理后的反射光分量，确定出增强后图像。

可选地，在根据本发明的方法中，初始亮度增益分量为待处理图像的初始亮度分量。

可选地，根据本发明的方法还包括步骤：计算处理后的亮度增益分量对应的反射光分量；利用色彩恢复函数，基于对应的反射光分量，确定处理后的反射光分量。

可选地，根据本发明的方法还包括步骤：通过对待处理图像的初始亮度分量取对数，确定出亮度对数均值；根据亮度对数均值，确定待处理图像的亮度增益因子。

可选地，在根据本发明的方法中，通过公式l'(x,y)＝(l(x,y))^τ，来确定处理后的亮度增益分量，其中，l(x,y)为初始亮度增益分量，l'(x,y)为处理后的亮度增益分量，τ为亮度增益因子，(x,y)表示待处理图像的像素坐标。

可选地，在根据本发明的方法中，通过公式：

来确定对应的反射光分量，

其中，rri(x,y)为处理后的亮度增益分量对应的反射光分量，si(x,y)为待处理图像，l(x,y)为初始亮度增益分量，l'(x,y)为处理后的亮度增益分量，(x,y)表示待处理图像的像素坐标。

可选地，在根据本发明的方法中，通过公式：rmsrcr(x,y)＝g[ci(x,y)rri(x,y)+b]，来确定处理后的反射光分量，其中，ci(x,y)为色彩恢复函数，rri(x,y)为处理后的亮度增益分量对应的反射光分量，g和b分别为亮度增益量和偏移量，rmsrcr(x,y)为处理后的反射光分量，(x,y)表示待处理图像的像素坐标。

可选地，在根据本发明的方法中，增强后图像通过如下公式来确定：

s(x,y)＝rmsrcr(x,y)·[l'(x,y)+l(x,y)]，

其中，s(x,y)为增强后图像，rmsrcr(x,y)为处理后的反射光分量，l'(x,y)为处理后的亮度增益分量，l(x,y)为初始亮度增益分量。

根据本发明的另一方面，提供了一种计算设备，包括：一个或多个处理器；和存储器；一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在存储器中并被配置为由一个或多个处理器执行，一个或多个程序包括用于执行如上所述方法中的任一方法的指令。

根据本发明的再一方面，提供了一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，一个或多个程序包括指令，指令当计算设备执行时，使得计算设备执行如上所述方法中的任一方法。

根据本发明的图像增强方法，通过亮度增益因子，来控制调整待处理图像的亮度；同时，利用色彩恢复函数对对应的反射光分量进行优化。经多次对比实验，根据本发明的图像增强方法处理后的图像信息量高、轮廓信息得到了很好地增强，视觉感官效果得到提升，具有很好的图像增强效果。

附图说明

为了实现上述以及相关目的，本文结合下面的描述和附图来描述某些说明性方面，这些方面指示了可以实践本文所公开的原理的各种方式，并且所有方面及其等效方面旨在落入所要求保护的主题的范围内。通过结合附图阅读下面的详细描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。遍及本公开，相同的附图标记通常指代相同的部件或元素。

图1示出了根据本发明一个实施例的计算设备100的构造示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的图像增强方法200的流程图；以及

图3a和图3b示出了根据本发明一个实施例的增强前图像和增强后图像的对比示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1示出了根据本发明一个实施例的计算设备100的示意图。

如图1所示，在基本的配置102中，计算设备100典型地包括系统存储器106和一个或者多个处理器104。存储器总线108可以用于在处理器104和系统存储器106之间的通信。

取决于期望的配置，处理器104可以是任何类型的处理，包括但不限于：微处理器(μp)、微控制器(μc)、数字信息处理器(dsp)或者它们的任何组合。处理器104可以包括诸如一级高速缓存110和二级高速缓存112之类的一个或者多个级别的高速缓存、处理器核心114和寄存器116。示例的处理器核心114可以包括运算逻辑单元(alu)、浮点数单元(fpu)、数字信号处理核心(dsp核心)或者它们的任何组合。示例的存储器控制器118可以与处理器104一起使用，或者在一些实现中，存储器控制器118可以是处理器104的一个内部部分。

取决于期望的配置，系统存储器106可以是任意类型的存储器，包括但不限于：易失性存储器(诸如ram)、非易失性存储器(诸如rom、闪存等)或者它们的任何组合。系统存储器106可以包括操作系统120、一个或者多个程序122以及程序数据124。在一些实施方式中，程序122可以布置为在操作系统上由一个或多个处理器104利用程序数据124执行指令。

计算设备100还可以包括有助于从各种接口设备(例如，输出设备142、外设接口144和通信设备146)到基本配置102经由总线/接口控制器130的通信的接口总线140。示例的输出设备142包括图形处理单元148和音频处理单元150。它们可以被配置为有助于经由一个或者多个a/v端口152与诸如显示器或者扬声器之类的各种外部设备进行通信。示例外设接口144可以包括串行接口控制器154和并行接口控制器156，它们可以被配置为有助于经由一个或者多个i/o端口158和诸如输入设备(例如，键盘、鼠标、笔、语音输入设备、触摸输入设备)或者其他外设(例如打印机、扫描仪等)之类的外部设备进行通信。示例的通信设备146可以包括网络控制器160，其可以被布置为便于经由一个或者多个通信端口164与一个或者多个其他计算设备162通过网络通信链路的通信。

网络通信链路可以是通信介质的一个示例。通信介质通常可以体现为在诸如载波或者其他传输机制之类的调制数据信号中的计算机可读指令、数据结构、程序模块，并且可以包括任何信息递送介质。“调制数据信号”可以是这样的信号，它的数据集中的一个或者多个或者它的改变可以在信号中编码信息的方式进行。作为非限制性的示例，通信介质可以包括诸如有线网络或者专线网络之类的有线介质，以及诸如声音、射频(rf)、微波、红外(ir)或者其它无线介质在内的各种无线介质。这里使用的术语计算机可读介质可以包括存储介质和通信介质二者。

计算设备100可以实现为包括桌面计算机和笔记本计算机配置的个人计算机，也可以实现为服务器，例如文件服务器、数据库服务器、应用程序服务器和web服务器等。当然，计算设备100也可以实现为小尺寸便携(或者移动)电子设备的一部分，这些电子设备可以是诸如蜂窝电话、个人数字助理(pda)、个人媒体播放器设备、无线网络浏览设备、个人头戴设备、应用专用设备、或者可以包括上面任何功能的混合设备。

在一些实施例中，计算设备100被配置为执行根据本发明的图像增强方法。其中，计算设备100的一个或多个程序122包括用于执行根据本发明的图像增强方法的指令。

图2示出了根据本发明一个实施例的图像增强方法200的流程示意图。方法200适于在如上所述的计算设备100中执行。如图2所示，方法200始于步骤s210。

在步骤s210中，针对待处理图像的初始亮度分量，计算亮度增益因子。

根据本发明的实施方式，基于retinex图像增强理论，将图像分解为亮度分量和反射光分量。设一给定的图像sz(x,y)，表达式如公式(1)所示：

sz(x,y)＝rz(x,y)*lz(x,y)(1)

式(1)中，sz(x,y)表示图像，(x,y)表示了图像中的像素坐标，rz(x,y)为反射光分量，lz(x,y)为亮度分量。

在一种实施例中，统计待处理图像中各像素点的亮度值，即构成了该图像的初始亮度分量。具体地，通过如下两步来计算亮度增益因子。

首先，通过对待处理图像的初始亮度分量取对数，确定出亮度对数均值，如公式(2)所示：

式(2)中，lw(x,y)为初始亮度分量，为亮度对数均值，x,y分别表示待处理图像中像素的水平坐标和垂直坐标，n表示像素总数。

然后，根据所确定的亮度对数均值，确定出待处理图像的亮度增益因子。在根据本发明的实施例中，亮度增益因子与亮度对数均值正相关，按照公式(3)获取亮度增益因子：

式(3)中，τ为亮度增益因子，为亮度对数均值，为预设值，在根据本发明的一种实施例中，的取值满足

随后，在步骤s220中，基于经步骤s210所确定的亮度增益因子，调整待处理图像的亮度，即对亮度分量进行增强处理，得到处理后的亮度增益分量。

根据本发明的实施方式，通过公式(4)来确定处理后的亮度增益分量：

l'(x,y)＝(l(x,y))^τ(4)

式(4)中，l(x,y)为初始亮度增益分量，l'(x,y)为处理后的亮度增益分量，τ为亮度增益因子，(x,y)表示待处理图像的像素坐标。

根据本发明的一个实施例，初始亮度增益分量为待处理图像的初始亮度分量，即l(x,y)＝lw(x,y)。

根据本发明的实施方式，在对亮度分量进行增强处理后，对反射光分量进行增强处理。同时，对反射光分量的处理是基于处理后的亮度分量的。故，在随后的步骤s230中，基于处理后的亮度增益分量，确定处理后的反射光分量。

具体地，对反射光分量的处理分两步。先利用retinex理论求出处理后的亮度增益分量所对应的反射光分量，再对求解出的这个对应的反射光分量进行优化增强，确定出最终的处理后的反射光分量。具体求解过程如下。

第一步，计算处理后的亮度增益分量对应的反射光分量。

对公式(1)两边取对数，得到关系式(5)：

基于公式(5)，可以确定处理后的亮度增益分量对应的反射光分量，如式(6)所示：

式(6)中，rri(x,y)为处理后的反射光分量，si(x,y)为待处理图像，l(x,y)为初始亮度增益分量，l'(x,y)为处理后的亮度增益分量，(x,y)表示待处理图像的像素坐标。

在一些实施例中，可以直接利用经公式(6)所确定的反射光分量rri(x,y)与初始亮度增益分量l(x,y)以及处理后的亮度增益分量l'(x,y)一起，生成处理后的图像s'(x,y)，即，如公式(7)所表示：

s'(x,y)＝rri(x,y)·[l'(x,y)+l(x,y)](7)

相比于原始图像(即，待处理图像)，s'(x,y)的图像亮度得到改善。然而，在一些场景中，所生成的处理后的图像s'(x,y)会出现色彩信息丢失的情况。故，根据本发明的实施方式，提出了色彩恢复函数，来改善上述情况。即，下述第二步。

第二步，利用色彩恢复函数，基于对应的反射光分量，确定处理后的反射光分量。

在一种实施例中，根据式(8)来确定处理后的反射光分量：

rmsrcr(x,y)＝g[ci(x,y)rri(x,y)+b](8)

式(8)中，ci(x,y)为色彩恢复函数，rri(x,y)为处理后的亮度增益分量对应的反射光分量，g和b分别为亮度增益量和偏移量，rmsrcr(x,y)为处理后的反射光分量，(x,y)表示待处理图像的像素坐标。在一种优选的实施例中，g和b的取值分别为g＝192和b＝-30。

在一种实施例中，色彩恢复函数定义为：

式(9)中，β为增益系数，α为控制非强度系数，ii(x,y)为第i个图像的像素强度，m为所选取的图像的总数。优选地，β和α的取值为：β＝46，α＝125。随后，在步骤s240中，基于初始亮度增益分量l(x,y)、处理后的亮度增益分量l'(x,y)和处理后的反射光分量rmsrcr(x,y)，来确定出增强后图像。

具体地，增强后图像可通过式(8)来确定：

s(x,y)＝rmsrcr(x,y)·[l'(x,y)+l(x,y)](8)

式(8)中，s(x,y)为增强后图像，rmsrcr(x,y)为处理后的反射光分量，l'(x,y)为处理后的亮度增益分量，l(x,y)为初始亮度增益分量。

至此，就得到了增强后的图像。根据本发明的图像增强方法，通过亮度增益因子，来控制调整待处理图像的亮度；同时，利用色彩恢复函数对对应的反射光分量进行优化，以在保证图像边缘轮廓清晰的基础上，提升图像的色彩显示，使得图像色彩更贴近现实。经多次对比实验，根据本发明的图像增强方法处理后的图像信息量高、轮廓信息得到了很好地增强，视觉感官效果得到提升，具有很好的图像增强效果。

如图3a和图3b，示出了根据本发明一个实施例的增强前图像(即，待处理图像)和增强后图像的对比示意图。从图中对比看出，增强后图像(图3b)的轮廓更清晰，以位于图中间位置的楼宇为例，其上的细节更清晰。同时，增强后图像的色彩还原度更佳。

应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员应当理解在本文所公开的示例中的设备的模块或单元或组件可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

这里描述的各种技术可结合硬件或软件，或者它们的组合一起实现。从而，本发明的方法和设备，或者本发明的方法和设备的某些方面或部分可采取嵌入有形媒介，例如软盘、cd-rom、硬盘驱动器或者其它任意机器可读的存储介质中的程序代码(即指令)的形式，其中当程序被载入诸如计算机之类的机器，并被所述机器执行时，所述机器变成实践本发明的设备。

在程序代码在可编程计算机上执行的情况下，计算设备一般包括处理器、处理器可读的存储介质(包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件)，至少一个输入装置，和至少一个输出装置。其中，存储器被配置用于存储程序代码；处理器被配置用于根据该存储器中存储的所述程序代码中的指令，执行本发明所述的方法。

以示例而非限制的方式，计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据等信息。通信介质一般以诸如载波或其它传输机制等已调制数据信号来体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据，并且包括任何信息传递介质。以上的任一种的组合也包括在计算机可读介质的范围之内。

此外，所述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行所述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施所述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外，装置实施例的在此所述的元素是如下装置的例子：该装置用于实施由为了实施该发明的目的的元素所执行的功能。

如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。