基于自適應(yīng)映射函數(shù)與局部對比度調(diào)整的圖像增強方法

本發(fā)明屬于紅外圖像細節(jié)增強，尤其涉及一種基于自適應(yīng)映射函數(shù)與局部對比度調(diào)整的圖像增強方法。

背景技術(shù)：

1、紅外成像系統(tǒng)，憑借其出色的隱蔽性和強大的抗干擾能力，以及不受天氣限制的全天候工作能力，在軍事偵察、夜間監(jiān)控和災(zāi)難救援等多個軍事和民用領(lǐng)域中都發(fā)揮著不可或缺的作用。然而，這一技術(shù)在實際應(yīng)用中并非完美無缺，特別是紅外圖像的質(zhì)量問題，成為了制約其進一步發(fā)展的關(guān)鍵因素。首先，紅外圖像的低對比度和邊緣細節(jié)模糊是兩大主要問題。這些問題主要源于紅外成像的基本原理，即利用物體發(fā)出的熱輻射進行成像。由于不同物體之間的熱輻射差異可能相對較小，加上熱交換等復(fù)雜因素的影響，導(dǎo)致紅外圖像往往呈現(xiàn)出較為模糊的視覺效果，目標(biāo)的邊緣和細節(jié)難以清晰呈現(xiàn)。這不僅增加了目標(biāo)探測的難度，也給后續(xù)的圖像分析和識別工作帶來了極大的挑戰(zhàn)。其次，紅外探測器與顯示器之間的動態(tài)范圍不匹配問題也不容忽視。現(xiàn)代紅外探測器通常采用高分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（如14位adc），能夠捕捉到極為豐富的圖像細節(jié)和灰度信息。然而，傳統(tǒng)的顯示器卻只能顯示256個灰度級，遠遠無法滿足紅外圖像的高動態(tài)范圍需求。這種不匹配導(dǎo)致大量重要的圖像信息在顯示過程中被丟失或壓縮，從而無法完整地呈現(xiàn)出目標(biāo)的真實情況。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明創(chuàng)造旨在提供一種基于自適應(yīng)映射函數(shù)與局部對比度調(diào)整的圖像增強方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)將原始14bit紅外圖像轉(zhuǎn)換為8bit圖像時，其對比度降低和細節(jié)變模糊等的問題，本發(fā)明能夠?qū)⒃技t外圖像的動態(tài)范圍壓縮到顯示器范圍內(nèi)，并增強圖像細節(jié)。

2、為達到上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

3、一種基于自適應(yīng)映射函數(shù)與局部對比度調(diào)整的圖像增強方法，具體包括如下步驟：

4、s1：獲取待處理圖像，對待處理圖像進行自適應(yīng)中值濾波處理，獲得降噪后的待處理圖像；

5、s2：獲取降噪后的待處理圖像的灰度直方圖，并基于灰度直方圖計算降噪后的待處理圖像的像素個數(shù)閾值；

6、s3：基于灰度直方圖和像素個數(shù)閾值構(gòu)造自適應(yīng)映射函數(shù)，并利用自適應(yīng)映射函數(shù)對降噪后的待處理圖像進行映射；

7、s4：計算局部對比度因子和亮度偏移因子，且利用局部對比度因子和亮度偏移因子對映射后的待處理圖像進行細節(jié)增強，獲得細節(jié)增強圖像。

8、進一步的，步驟s1具體包括如下步驟：

9、s11：將待處理圖像的像素點（x，y）的自適應(yīng)中值濾波窗口設(shè)置為，且將待處理圖像的像素點（x，y）的最大中值濾波窗口設(shè)置為，自適應(yīng)中值濾波窗口值小于最大中值濾波窗口值；

10、s12：判斷自適應(yīng)中值濾波窗口中的中值灰度值是否滿足第一條件，若是則執(zhí)行步驟s13，否則擴大自適應(yīng)中值濾波窗口值，執(zhí)行步驟s14；

11、s13：判斷像素點（x，y）的灰度值是否滿足第二條件，若是則像素點（x，y）的灰度值保持不變，否則將像素點（x，y）的灰度值替換為中值灰度值進行輸出；

12、s14：若擴大后的自適應(yīng)中值濾波窗口值大于最大中值濾波窗口值，則像素點（x，y）的灰度值保持不變，否則重新執(zhí)行步驟s12；

13、s15：用下一像素點替代當(dāng)前像素點，重復(fù)步驟s11-s14，直至完成對待處理圖像的所有像素點的去噪操作。

14、進一步的，在步驟s12中，第一條件為中值灰度值滿足；

15、為自適應(yīng)中值濾波窗口中的最小灰度值，為自適應(yīng)中值濾波窗口中的最大灰度值。

16、進一步的，在步驟s13中，第二條件為灰度值滿足。

17、進一步的，在步驟s2中，計算降噪后的待處理圖像的像素個數(shù)閾值k所采用的公式為：

18、；

19、其中，為灰度直方圖中非零的灰度級個數(shù)，為降噪后的待處理圖像的行數(shù)，為降噪后的待處理圖像的列數(shù)，為自適應(yīng)中值濾波窗口中的最大灰度值。

20、進一步的，在步驟s3中，構(gòu)造自適應(yīng)映射函數(shù)的具體步驟如下：

21、s31：遍歷灰度直方圖，將首個大于像素個數(shù)閾值的灰度級設(shè)為 lmin；

22、s32：設(shè)置增長步長，將灰度級 lmin作為起始點，按照增長步長依次對大于的灰度級進行查找，將最后一個大于像素個數(shù)閾值的灰度級設(shè)為 lmax；

23、s33：構(gòu)造自適應(yīng)映射函數(shù)：

24、；

25、其中，是第j個灰度級的映射結(jié)果，，是在的灰度級區(qū)間內(nèi)大于像素個數(shù)閾值的索引，k為像素個數(shù)閾值。

26、進一步的，在步驟s32中，增長步長的計算公式為：

27、；

28、其中，為在灰度直方圖中，灰度級大于像素個數(shù)閾值的總數(shù)。

29、進一步的，在步驟s4中，局部對比度因子的計算公式為：

30、；

31、其中，為像素點（x，y）的局部對比度因子，為以像素點(x,y)為中心的局部窗口，為局部窗中的像素點的個數(shù)；為鄰域中心像素點的灰度值；為在鄰域中，除鄰域中心像素點外的其他像素點的灰度值。

32、進一步的，在步驟s4中，亮度偏移因子的計算公式為：

33、；

34、其中，為像素點（x，y）的亮度偏移因子，為以像素點(x,y)為中心的局部窗口，為局部窗中的像素點的個數(shù)；為鄰域中心像素點的灰度值；為在鄰域中，除鄰域中心像素點外的其他像素點的灰度值。

35、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明創(chuàng)造能夠取得如下有益效果：

36、本發(fā)明創(chuàng)造所述的基于自適應(yīng)映射函數(shù)與局部對比度調(diào)整的圖像增強方法，為了實現(xiàn)紅外圖像數(shù)據(jù)的完美壓縮，本發(fā)明設(shè)計了自適應(yīng)映射函數(shù)及其映射規(guī)則，首先，利用自適應(yīng)中值濾波對原始高位紅外圖像進行降噪處理。然后，利用降噪后的紅外圖像的灰度直方圖獲取像素個數(shù)閾值，并通過像素個數(shù)閾值構(gòu)造自適應(yīng)映射函數(shù)，根據(jù)自適應(yīng)映射函數(shù)對14位數(shù)據(jù)向8位數(shù)據(jù)映射。在全局映射的基礎(chǔ)上還對局部區(qū)域進行細節(jié)增強，此細節(jié)增強過程使用局部對比度調(diào)整技術(shù)，即使用鄰域像素信息計算局部對比度因子和亮度偏移因子，結(jié)合局部對比度因子和自適應(yīng)映射函數(shù)，調(diào)整紅外圖像的最終灰度值。

技術(shù)特征：

1.一種基于自適應(yīng)映射函數(shù)與局部對比度調(diào)整的圖像增強方法，其特征在于：具體包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)映射函數(shù)與局部對比度調(diào)整的圖像增強方法，其特征在于：步驟s1具體包括如下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于自適應(yīng)映射函數(shù)與局部對比度調(diào)整的圖像增強方法，其特征在于：在步驟s12中，第一條件為中值灰度值滿足；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于自適應(yīng)映射函數(shù)與局部對比度調(diào)整的圖像增強方法，其特征在于：在步驟s13中，第二條件為灰度值滿足。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)映射函數(shù)與局部對比度調(diào)整的圖像增強方法，其特征在于：在步驟s2中，計算降噪后的待處理圖像的像素個數(shù)閾值k所采用的公式為：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)映射函數(shù)與局部對比度調(diào)整的圖像增強方法，其特征在于：在步驟s3中，構(gòu)造自適應(yīng)映射函數(shù)的具體步驟如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于自適應(yīng)映射函數(shù)與局部對比度調(diào)整的圖像增強方法，其特征在于：在步驟s32中，增長步長的計算公式為：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)映射函數(shù)與局部對比度調(diào)整的圖像增強方法，其特征在于：在步驟s4中，局部對比度因子的計算公式為：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)映射函數(shù)與局部對比度調(diào)整的圖像增強方法，其特征在于：在步驟s4中，亮度偏移因子的計算公式為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及紅外圖像細節(jié)增強技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于自適應(yīng)映射函數(shù)與局部對比度調(diào)整的圖像增強方法，包括如下步驟：S1：獲取待處理圖像，對待處理圖像進行自適應(yīng)中值濾波處理，獲得降噪后的待處理圖像；S2：獲取降噪后的待處理圖像的灰度直方圖，并基于灰度直方圖計算降噪后的待處理圖像的像素個數(shù)閾值；S3：基于灰度直方圖和像素個數(shù)閾值構(gòu)造自適應(yīng)映射函數(shù)，并利用自適應(yīng)映射函數(shù)對降噪后的待處理圖像進行映射；S4：計算局部對比度因子和亮度偏移因子，且利用局部對比度因子和亮度偏移因子對映射后的待處理圖像進行細節(jié)增強，獲得細節(jié)增強圖像。本發(fā)明能夠?qū)⒃技t外圖像的動態(tài)范圍壓縮到顯示器范圍內(nèi)，并增強圖像細節(jié)。

技術(shù)研發(fā)人員：李云龍,吳志佳,李鵬飛,李荅群,劉建卓,原敏喬
受保護的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30