[发明专利]一种基于帧累加和多尺度Retinex的低光照图像增强优化方法

权利要求书

1.一种基于帧累加和改进多尺度Retinex的低光照图像增强方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

（1）在低光照条件下采集实验数据，对采集的实验图像进行通道分离，得到单通道灰度图像，然后对单通道图像做累加平均提高图像灰阶分辨率及信噪比；

单通道图像每帧累加有：

累加后计算单通道平均值：

优化过程中，对N多次取值（包括 20、 50、 100、 500、1000）进行试验，最后发现当N取100时，帧累加平均得到的图像质量及运算速度都在较高水平,所以这里N取 100；

（2）对累加平均后的单通道灰度图用高斯均值滤波去噪：

高斯滤波表达式如下：

其中是一个常数，不影响比例关系，为淹膜内任一点的坐标；为淹膜中心的坐标， 是标准差；

（3）对图像进行直方图均衡化，使图像整体灰度更加均匀，提升一定的视觉效果；

（4）将处理后的RGB三通道图像合成彩色图像；对（2）的实验结果进行改进的多尺度Retinex增强方法处理；观察者处成像的图像表达式为

，l(𝑥, 𝑦)表示入射光𝐿的光照强度，它决定了图像中像素值的动态范围；r(𝑥, 𝑦)表示一个物体在经由入射光照射后的物体图像的反射分量，它含有大量的边缘细节信息，通过照射分量l和反射分量r人们可以区分出图像中的照度信息和反射信息，进而可以解决在低照度情况下图像的亮度和颜色的问题；

（5）对上式取对数

（6）单尺度Retinex(SSR)算法比较拟合人眼的视觉成像过程：首先构建高斯环绕函数，然后利用高斯环绕函数分别对图像的三个色彩通道 (R 、 G 和 B) 进行滤波，滤波后的图像是所估计的光照分量，接着再在对数域中对原始图像和光照分量进行相减得到反射分量作为输出结果图像：

其中i表示图像RGB三通道，表示某一通道的最后成像，为对某通道的反射分量取对数所得，表示某一个通道的单尺度增强图像，是中心环绕函数，通常使用高斯环绕函数，可以估计出光照分量L所对应图像的低频成分，并从S中去除低频成分，留下高频分量，可保留图像边缘细节，其表达式如下：

其中是归一化常数，确保卷积核内的积分为1，c为尺度参数，常用的卷积核半径有三个尺度，c值的选择不同可以用来控制图像中细节信息被保留的程度，当取值较小时，处理后的图像能够较好的还原边缘信息即细节能很好的恢复，但会导致色调变浅；当取值较大时，处理后的图像细节恢复不明显，颜色保持性较好；

（7）对一幅图像在不同的尺度上利用高斯进行滤波，然后对不同尺度上的滤波结果进行平均求和，可以保持图像高保真度，对图像的动态范围进行压缩，同时也可实现色彩增强、颜色恒常性、局部动态范围压缩，其表达式如下

其中，k是尺度参数的个数，一般k=3， 为不同尺度所占的权重，为单尺度retinex增强图像结果；

（8）引入颜色恢复因子C，将MSR得到的结果按照一定的比例进行调整以恢复原来的比例数值，加上颜色恢复和颜色均衡，补偿由于图像局部区域对比度增强而导致颜色失真的缺陷，颜色恢复因子，用来调节三个通道颜色的比例，其表达式如下：

表示第i个通道的图像，其中是一个增益常量， 是受控制的非线性强度；

（9）双边滤波器是一种包括一个值域滤波和一个空间域滤波的非线性滤波算法，其能够很好地结合空、值域的内容，同时考虑空间域信息的邻近性和灰度值域的相似性， 其空间域滤波表达式如下：

式中：𝑓(x)代表未经过滤波的图像，归一化系数用𝑘(𝑥)表示，ℎ(𝑥)代表经过滤波以后的结果图像，像素点x与其邻域内的相邻点ξ之间的几何邻近度用𝑐(𝜉, 𝑥)表示；其中，的数值不会因为几何位置的改变而发生变化，而且其数值和图像本身的信息相关联；归一化参数表达式如下：

值域滤波器表达式如下：

归一化常量为：

相邻像素之间权值从图像像素空间位置和亮度相似度两个方面计算，双边滤波器可以用中心像素点既空间邻近又灰度相似的点的像素值的平均值替换中心像素点上原来的像素值；其传递函数为：

归一化参数为：

。

2.权利要求1所述的基于帧累加和改进多尺度Retinex的低光照图像增强方法在减少图像色彩失真、削弱光圈伪影，提高图像整体质量方面的应用。