一種圖像色彩增強(qiáng)方法及其快速簡化計算方法
【專利摘要】一種圖像色彩增強(qiáng)方法及其快速簡化計算方法，包括計算彩色圖像的亮度圖像，然后將原始彩色圖像下采樣M倍；對于下采樣后的圖像的每一個波段，計算鄰域均值圖像和鄰域均值平方圖像，計算每個像素上的偏移參數(shù)，得到新的波段圖像；計算得到增強(qiáng)結(jié)果圖像。同時提供了上述方法的快速簡化計算方法，包括計算原始彩色圖像的亮度圖像，將原始彩色圖像下采樣M倍，然后將下采樣的圖像上采樣1/M倍，得到上采樣后的圖像；根據(jù)原始彩色圖像及其亮度圖像和上采樣后的圖像，計算得到增強(qiáng)結(jié)果圖像。通過本發(fā)明的方法，可以有效地自適應(yīng)地提高圖像的飽和度，不引入色彩失真，同時計算速度較現(xiàn)有方法更快，能有效地提升圖像的視覺效果。
【專利說明】
-種圖像色彩増強(qiáng)方法及其快速簡化計算方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種圖像色彩增強(qiáng)方法及其快速簡化計 算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 圖像是應(yīng)用各種觀測系統(tǒng)W不同形式和手段觀測客觀世界而獲得的，可W直接或 間接作用于人眼，并產(chǎn)生視知覺的實體。圖像的形式很廣泛，有自然的圖像，例如照片;也有 人工圖像，例如那些在計算機(jī)上通過數(shù)字技術(shù)創(chuàng)造出來的測試圖像。
[0003] 由于彩色圖像在多媒體、生物醫(yī)學(xué)、Internet等中的廣泛應(yīng)用，彩色圖像的處理技 術(shù)越來越受到人們的重視。由于受各方面因素的制約或條件限制，往往得到的彩色圖像具 有顏色偏暗、對比度低、某些局部細(xì)節(jié)不突出等特征，使得圖像中的目標(biāo)難W識別和分辨。 另外，由于攝像機(jī)質(zhì)量、攝像機(jī)角度和燈光環(huán)境之間的差異可能使場景之間產(chǎn)生明顯的顏 色差異;或者由于拍攝圖像時天氣、背景不夠完美，造成圖像對比度過弱或過強(qiáng)及圖像色調(diào) 范圍太窄、陰影部分太濃等現(xiàn)象。所W，在圖像使用前，需要對彩色圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理。
[0004] 彩色圖像增強(qiáng)的目的是在增強(qiáng)圖像細(xì)節(jié)的目的的同時，使得圖像更加生動和色彩 鮮艷，并且不能帶來失真或色偏現(xiàn)象，突出圖像中的"有用"信息，擴(kuò)大圖像中不同物體特征 之間的差別，從而改善圖像的視覺效果、突出圖像的特征。多年來，人們提出了很多圖像增 強(qiáng)的算法，如直方圖均衡法、非線性校正、帶色彩恢復(fù)的Retinex方法(MSRCR)等等，但運些 算法的往往存在過度增強(qiáng)，色彩失真嚴(yán)重、計算比較耗時等問題。運主要是彩色圖像的=基 色（即紅、綠、藍(lán))相關(guān)性很高，而且人類對大腦中色彩的處理機(jī)制仍未完全理解，使得彩色 圖像的處理遠(yuǎn)比灰度圖像復(fù)雜。因此，保持顏色信息，同時計算速度快的增強(qiáng)方法具有更大 的應(yīng)用價值。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明針對現(xiàn)有彩色圖像容易出現(xiàn)畫面偏灰，色彩不鮮艷，飽和度不足的問題，旨 在解決現(xiàn)有技術(shù)中色彩增強(qiáng)方法容易導(dǎo)致色彩失真，計算速度慢等問題，提供一種提高圖 像飽和度、保持顏色信息、計算速度快的色彩增強(qiáng)方法。
[0006] 本發(fā)明的實施例提供一種圖像色彩增強(qiáng)方法及其快速簡化計算方法，其特征在 于：圖像色彩增強(qiáng)方法包括，
[0007] 計算彩色圖像的亮度圖像，然后將原始彩色圖像下采樣M倍；
[000引對于下采樣后的圖像的每一個波段，設(shè)置鄰域半徑，計算每個鄰域的均值，得到均 值圖像;對下采樣后的圖像的每一個波段的每一個像素值，取其平方，得到平方圖像，然后 計算平方圖像上同樣鄰域大小的均值，得到均值平方圖像；
[0009] 設(shè)置偏移因子，計算每個像素上的偏移參數(shù)；
[0010] 計算新的波段圖像，然后將其上采樣1/M倍，得到新的波段圖像；
[0011] 根據(jù)原始彩色圖像及其亮度圖像和每一個波段新的波段圖像，計算得到增強(qiáng)結(jié)果 圖像。
[0012] 圖像色彩增強(qiáng)方法的快速簡化計算方法，包括，
[0013] 計算原始彩色圖像的亮度圖像；
[0014] 將原始彩色圖像下采樣M倍，然后將下采樣的圖像上采樣1/M倍，得到上采樣后的 圖像；
[0015] 根據(jù)原始彩色圖像及其亮度圖像和上采樣后的圖像，計算得到增強(qiáng)結(jié)果圖像。
[0016] 進(jìn)一步地，其特征在于:所述圖像色彩增強(qiáng)方法中計算均值圖像的具體公式為：
[0017] A=(R+G+B)/3
[0018] 其中，R，G，B分別為原始彩色圖像的紅綠藍(lán)S個波段。
[0019] 進(jìn)一步地，其特征在于:所述圖像色彩增強(qiáng)方法中每一個波段鄰域均值圖像的計 算方法為：
[0020]
[0021]
[0022]
[0023] 其中i和j為像素坐標(biāo)，N為鄰域半徑，I為任意一個波段圖像。
[0024] 進(jìn)一步地，其特征在于:所述圖像色彩增強(qiáng)方法中計算每個像素偏移參數(shù)a和b的 方法為：
[0025]
[0026] b(i,j)=[l-a(i,j)]*Ave_I(i,j)
[0027] 其中d為偏移因子。
[0028] 進(jìn)一步地，其特征在于:所述圖像色彩增強(qiáng)方法中計算新的波段圖像I_new的方法 為：
[0029] I_temp(i, j)=a(i, j)+b(i, j)
[0030] I_new = up_resample(I_temp)
[0031 ] 其中up_resample〇為上采樣函數(shù)，將I_temp上采樣1/M倍。
[0032] 進(jìn)一步地，其特征在于:所述圖像色彩增強(qiáng)方法中計算增強(qiáng)結(jié)果圖像的方法為：
[0033] 進(jìn)一步地，其特征在于:所述圖像色彩增強(qiáng)方法中計算增強(qiáng)結(jié)果圖像的方法為：
[0034]
[0035] 其中R，G，B為原始彩色圖像的S個波段，I_new_R，I_new_G，I_new_B分別為R，G，B =個波段經(jīng)過處理得到的新的波段圖像。
[0036] 進(jìn)一步地，其特征在于:所述圖像色彩增強(qiáng)方法的快速簡化計算方法為：
[0037] 計算原始彩色圖像的亮度圖像A，將原始彩色圖像下采樣M倍，然后將下采樣的圖 像上采樣1/M倍，得到上采樣后的圖像C，計算增強(qiáng)結(jié)果圖像的方法為：
[00；3 引
[0039] 其中R，G，B為原始彩色圖像的S個波段，C_R，C_G，C_B分別為R，G，BS個波段經(jīng)過 先下采樣后上采樣得到的新的波段圖像。
[0040] 進(jìn)一步地，其特征在于，方法中所述的上采樣和下采樣方法可W為最鄰近法、雙線 性內(nèi)插法、雙=次卷積法等方法。
[0041] W上技術(shù)方案中，通過每個波段圖像的鄰域均值和圖像平方的鄰域均值計算每個 像素的偏移參數(shù)，從而重建新的波段圖像，根據(jù)飽和度增強(qiáng)的原理，得到色彩增強(qiáng)的結(jié)果圖 像;通過對圖像采取先下采樣后上采樣的處理方法，達(dá)到提高計算速度的目的;通過對計算 過程進(jìn)行簡化，保證增強(qiáng)效果的同時，進(jìn)一步提高計算速度。通過本發(fā)明的方法，可W有效 地自適應(yīng)地提高圖像的飽和度，不引入色彩失真，同時計算速度較現(xiàn)有方法更快，能有效地 提升圖像的視覺效果。
【附圖說明】
[0042] 圖1是楓葉圖像的原始圖像；
[0043 ]圖2是楓葉圖像的直方圖均衡法增強(qiáng)圖像；
[0044] 圖3是楓葉圖像的MSRCR方法增強(qiáng)圖像；
[0045] 圖4是楓葉圖像的本發(fā)明方法增強(qiáng)圖像；
[0046] 圖5是楓葉圖像的本發(fā)明快速方法增強(qiáng)圖像；
[0047] 圖6是高樓圖像的原始圖像；
[0048] 圖7是高樓圖像的直方圖均衡法增強(qiáng)圖像；
[00例圖8是高樓圖像的MSRCR方法增強(qiáng)圖像；
[0050] 圖9是高樓圖像的本發(fā)明方法增強(qiáng)圖像；
[0051] 圖10是高樓圖像的本發(fā)明快速方法增強(qiáng)圖像；
[0052] 圖11是本發(fā)明實施例的圖像色彩增強(qiáng)方法工作流程示意圖；
[0053] 圖12是本發(fā)明實施例的圖像色彩增強(qiáng)方法的快速簡化方法工作流程示意圖。
【具體實施方式】
[0054] 為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，W下結(jié)合 附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用 W解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0055] 在RGB空間中進(jìn)行飽和度調(diào)整的原理是:設(shè)RGB空間中的任意一點P，其顏色矢量為 (r，g，b)，則其在灰度軸上的投影點P*為：
[0化6]
[0化7] 則可知等色調(diào)線為P和P*的連線。因此，只要在PP*連線上找到一個合適的點，即可
[0化9] 實現(xiàn)對圖像的飽和度增強(qiáng)。[0化引 PP*的直線方程為：
[0060]
[0061]
[0062] 求解出A參數(shù)，即可實現(xiàn)彩色圖像的飽和度增強(qiáng)。
[0063] 本發(fā)明的實施步驟包括W下幾個步驟：
[0064] 1、計算彩色圖像的均值圖像
[0065] 均值圖像反應(yīng)了圖像的整體亮度，因此，本發(fā)明先計算彩色圖像的亮度圖像A，公 式為：
[0066] A=(R+G+B)/3
[0067] 其中，R，G，B分別為原始彩色圖像的紅綠藍(lán)S個波段。
[0068] 然后將原始彩色圖像下采樣M倍，得到下采樣后的圖像。
[0069] 2、計算下采樣后圖像的每一個波段鄰域均值圖像
[0070] 設(shè)下采樣后圖像的任意一個波段圖像為I，鄰域半徑為N，則鄰域大小為（2N+1)* (2化1 )，則計算該波段的鄰域均值圖像為：
[0071]
[0072] f算鄰域均值平方圖像：
[0073]
[0074] 其中i和j為像素坐標(biāo)，N為鄰域半徑。
[0075] 3、計算每個像素偏移參數(shù)a和b
[0076] 得到鄰域均值圖像和鄰域均值平方圖像后，計算每個像素的偏移參數(shù)：
[0077]
[007引 b(i,j) = [l-a(i,j)]*Ave_I(i,j)
[0079] 其中d為偏移因子。
[0080] 4、計算新的波段圖像I_new
[0081] 在得到每個像素的偏移參數(shù)后，即可計算新的波段圖像：
[0082] I_temp(i, j)=a(i, j)+b(i, j)
[0083] I_new = up_resample(I_temp)
[0084] 其中up_resample〇為上采樣函數(shù)，將I_temp上采樣1/M倍。
[0085] 5、計算增強(qiáng)后圖像
[0086] 通過上述步驟，對原始彩色圖像的每一個波段進(jìn)行同樣的操作，即可得到每個波 段對應(yīng)的新的奶採圖像.然后苗i+當(dāng)蠟強(qiáng)后的圖像，
[0087]
[008引其中R，G，B為原始彩色圖像的S個波段，I_new_R，I_new_G，I_new_B分別為R，G，B =個波段經(jīng)過處理得到的新的波段圖像。
[0089] 同時，本發(fā)明提供了上述圖像色彩增強(qiáng)方法的快速簡化計算方法，其實施步驟為：
[0090] 計算原始彩色圖像的亮度圖像A，將原始彩色圖像下采樣M倍，然后將下采樣的圖 像上采樣1 /M倍，得到h采樣后的圖像C，計算蠟強(qiáng)結(jié)果圖像的方法為：
[0091]
[0092] 其中R，G，B為原始彩色圖像的S個波段，C_R，C_G，C_B分別為R，G，BS個波段經(jīng)過 先下采樣后上采樣得到的新的波段圖像。
[0093] 在上述實時步驟中，所述的上采樣和下采樣方法可W為最鄰近法、雙線性內(nèi)插法、 雙=次卷積法等方法，W雙=次卷積法的效果最好。運些采樣方法均為本領(lǐng)域最基本的方 法，所有領(lǐng)域相關(guān)人員均能熟知。
[0094] 為了驗證本發(fā)明所述的檢索方法的有效性，如圖1至10所示，W兩幅室外常見圖像 為例，對本發(fā)明的方法進(jìn)行驗證。其中楓葉圖像的大小為690*517像素，高樓圖像大小為 1280*960像素。為了與常規(guī)方法進(jìn)行對比，選用了直方圖均衡和MSRCR兩個本領(lǐng)域常用的方 法進(jìn)行測試。
[00M]首先測試各方法的計算效率，測試環(huán)境為windows 7操作系統(tǒng)，4G內(nèi)存，軟件環(huán)境 為MatIab R2010b。計算效率如下表所示：
[0096]表1.各方法的計算效率 「00971
[0098] 由表1可知，直方圖均衡法效率較高，而MSRCR方法耗時遠(yuǎn)大于其它方法。本發(fā)明方 法略優(yōu)于直方圖均衡法，而本發(fā)明快速方法則遠(yuǎn)優(yōu)于直方圖均衡法。因此，從計算效率而 言，本發(fā)明方法及其快速方法具有明顯的時間優(yōu)勢。
[0099] 其次測試各方法增強(qiáng)結(jié)果的圖像質(zhì)量。選用本領(lǐng)域常用的指標(biāo)進(jìn)行測試，包括清 晰度、均值偏差、局部方差偏差、色調(diào)偏差和飽和度偏差，其中均值偏差和局部方差偏差用 于評價圖像的對比度和亮度的改變，而色調(diào)偏差和飽和度偏差用于評價圖像的色彩改變。
[0100] 計算方法如下：
[0101] 清晰度：
[0102]
[0103]
[0104]
[0105]
[0106]
[0107]
[010 引
[0109]
[0110]
[0111] 其中M和N為圖像的長度和寬度，C和L表示均值偏差和局部方差偏差，H和S分別為 圖像的色調(diào)和飽和度偏差。
[0112] 根據(jù)評價指標(biāo)，D越高，圖像清晰度越高;C、L、H、S越小，圖像色彩還原度越高。在本 發(fā)明的目標(biāo)中，為了保持圖像的色彩和細(xì)節(jié)還原度，需要保證C、L、H盡可能不變，S需要一定 的提升，尤其是H的改變量盡可能小。
[0113] 采用W上指標(biāo)，對各方法的結(jié)果圖像進(jìn)行了質(zhì)量評價，如表2和3所示：
[0114] 表2.楓葉圖像的客觀評價指標(biāo) [0''一
[0116]表3.高樓圖像的客觀評價指標(biāo)
[0117]
[
[0119] 從表中可W看出，在清晰度方面，MSRCR方法的清晰度均遠(yuǎn)低于原始圖像，說明 MSRCR方法對圖像的清晰度有影響，同時該方法的C、L、H的改變量均大于其他方法，在楓葉 圖像上S的改變量尤其大;而直方圖均衡法在高樓圖像上的清晰度遠(yuǎn)大于原始圖像，說明存 在過度增強(qiáng)，而C、L、H、S的改變亦非常大。而本發(fā)明及本發(fā)明的快速方法在各指標(biāo)上均明顯 優(yōu)于直方圖均衡和MSRCR方法，表現(xiàn)在清晰度、亮度、對比度變化不大，說明并沒有改變圖像 的細(xì)節(jié)特征，H變化量極小，說明沒有改變圖像顏色的本質(zhì)特征（即色調(diào)），S改變量在較好的 水平，說明圖像的色彩飽和度得到了較大的提高，同時又避免了飽和度過高。另外本發(fā)明快 速方法在指標(biāo)上與本發(fā)明方法沒有表現(xiàn)出太大的差異。上述結(jié)果說明，直方圖均衡法和 MSRCR對于圖像的色彩保持得不夠好，而本發(fā)明方法及其快速方法能夠在保持圖像清晰度 的同時，很好地保持圖像的色彩信息，增加圖像的飽和度，使圖像具有良好的視覺效果。
[0120] 利用本發(fā)明的技術(shù)方案，可W有效地自適應(yīng)地提高圖像的飽和度，不引入色彩失 真，同時計算速度較現(xiàn)有方法更快，能有效地提升圖像的視覺效果。
[0121] W上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用W限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種圖像色彩增強(qiáng)方法及其快速簡化計算方法，其特征在于：圖像色彩增強(qiáng)方法包 括， 計算彩色圖像的亮度圖像，然后將原始彩色圖像下采樣Μ倍； 對于下采樣后的圖像的每一個波段，設(shè)置鄰域半徑，計算每個鄰域的均值，得到均值圖 像;對下采樣后的圖像的每一個波段的每一個像素值，取其平方，得到平方圖像，然后計算 平方圖像上同樣鄰域大小的均值，得到均值平方圖像； 設(shè)置偏移因子，計算每個像素上的偏移參數(shù)； 計算新的波段圖像，然后將其上采樣1/Μ倍，得到新的波段圖像； 根據(jù)原始彩色圖像及其亮度圖像和每一個波段新的波段圖像，計算得到增強(qiáng)結(jié)果圖 像。 圖像色彩增強(qiáng)方法的快速簡化計算方法，包括， 計算原始彩色圖像的亮度圖像； 將原始彩色圖像下采樣Μ倍，然后將下采樣的圖像上采樣1/Μ倍，得到上采樣后的圖像； 根據(jù)原始彩色圖像及其亮度圖像和上采樣后的圖像，計算得到增強(qiáng)結(jié)果圖像。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圖像色彩增強(qiáng)方法及其快速簡化計算方法，其特征在于： 所述圖像色彩增強(qiáng)方法中計算亮度圖像的具體公式為： A=(R+G+B)/3 其中，R，G，B分別為原始彩色圖像的紅綠藍(lán)三個波段。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圖像色彩增強(qiáng)方法及其快速簡化計算方法，其特征在于： 所述圖像色彩增強(qiáng)方法中每一個波段鄰域均值圖像的計算方法為：鄰域均值平方圖像的計算方法為：其中i和j為像素坐標(biāo)，N為鄰域半徑，I為任意一個波段圖像。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圖像色彩增強(qiáng)方法及其快速簡化計算方法，其特征在于： 所述圖像色彩增強(qiáng)方法中計算每個像素偏移參數(shù)a和b的方法為：b(i,j)=[l-a(i,j)]*Ave_I(i,j) 其中d為偏移因子。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圖像色彩增強(qiáng)方法及其快速簡化計算方法，其特征在于： 所述圖像色彩增強(qiáng)方法中計算新的波段圖像I_new的方法為： I_temp(i，j)=a(i，j)*I(i，j)+b(i，j) I_new = up_re sample(I_temp) 其中up_resample〇為上采樣函數(shù)，將I_temp上采樣1/M倍。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圖像色彩增強(qiáng)方法及其快速簡化計算方法，其特征在于： 所述圖像色彩增強(qiáng)方法中計算增強(qiáng)結(jié)果圖像的方法為：其中R，G，B為原始彩色圖像的三個波段，I_new_R，I_new_G，I_new_B分別為R，G，B三個 波段經(jīng)過處理得到的新的波段圖像。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圖像色彩增強(qiáng)方法及其快速簡化計算方法，其特征在于： 所述圖像色彩增強(qiáng)方法的快速簡化計算方法為： 計算原始彩色圖像的亮度圖像A，將原始彩色圖像下采樣Μ倍，然后將下采樣的圖像上 采樣1/Μ倍，得到上采樣后的圖像C，計算增強(qiáng)結(jié)果圖像的方法為：其中R，G，Β為原始彩色圖像的三個波段，C_R，C_G，C_B分別為R，G，Β三個波段經(jīng)過先下 采樣后上采樣得到的新的波段圖像。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圖像色彩增強(qiáng)方法及其快速簡化計算方法，其特征在于， 方法中所述的上米樣和下米樣方法可以為最鄰近法、雙線性內(nèi)插法、雙二次卷積法等方法C3
【文檔編號】G06T5/00GK105957039SQ201610308009
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月11日
【發(fā)明人】李勤儉, 陳勇, 陳波, 胡詩帥
【申請人】深圳市和天創(chuàng)科技有限公司