一種低照度視頻圖像增強方法及系統技術方案

本發明專利技術涉及一種低照度視頻圖像增強方法及系統，該方法步驟包括：根據韋伯-費希納定律，對輸入的圖像進行亮度分層得到低對比度區域、德弗里斯區域、韋伯區域和飽和區域；收集低照度高清視頻圖像作為訓練集，將訓練集中的圖像進行亮度分層；以圖像增強質量評價函數作為目標函數，利用迭代算法分別對三個圖像集的Retinex參數進行調整直到達到目標函數的值最優；利用獲得的三個參數對低對比度區域圖像、德弗里斯區域圖像和韋伯區域圖像進行圖像增強；對獲得的飽和區域圖像采用梯度域圖像增強算法進行圖像處理；對圖像增強后的結果圖通過對灰度范圍整體歸一化處理；將獲得的結果進行并行化處理后輸出。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及圖像增強處理，特別涉及一種低照度視頻圖像增強方法及系統。
技術介紹
圖像增強的目的是改善圖像的視覺效果，針對給定圖像的應用場合，有目的地強調圖像的整體或局部特性，擴大圖像中不同物體特征之間的差別，滿足某些特殊分析的需要。其方法是通過一定手段對原圖像附加一些信息或變換數據，有選擇地突出圖像中感興趣的特征或者抑制甚至掩蓋圖像中某些不需要的特征，使圖像與視覺響應特性相匹配。在圖像增強過程中，不分析圖像質量降低的原因，處理后的圖像不一定逼近原始圖像。圖像增強技術根據增強處理過程所在的空間不同，可分為基于空域的算法和基于頻域的算法兩大類。基于空域的算法處理時直接對圖像灰度級做運算基于頻域的算法是在圖像的某種變換域內對圖像的變換系數值進行某種修正，是一種間接增強的算法。增強圖像中的有用信息，它可以是一個失真的過程，其目的是要增強視覺效果。將原來不清晰的圖像變得清晰或強調某些感興趣的特征，抑制不感興趣的特征，使之改善圖像質量、豐富信息量，加強圖像判讀和識別效果的圖像處理方法。圖像增強按所用方法可分成頻率域法和空間域法。前者把圖像看成一種二維信號，對其進行基于二維傅里葉變換的信號增強。采用低通濾波法，即只讓低頻信號通過，可去掉圖中的噪聲；采用高通濾波法，則可增強邊緣等高頻信號，使模糊的圖片變得清晰。具有代表性的空間域算法有局部求平均值法和中值濾波法等，它們可用于去除或減弱噪聲。基于空域的算法分為點運算算法和鄰域去噪算法。點運算算法即灰度級校正、灰度變換和直方圖修正等，目的或使圖像成像均勻，或擴大圖像動態范圍，擴展對比度。鄰域增強算法分為圖像平滑和銳化兩種。平滑一股用于消除圖像噪聲，但是也容易引起邊緣的模糊。常用算法有均值濾波、中值濾波。銳化的目的在于突出物體的邊緣輪廓，便于目標識別。常用算法有梯度法、算子、高通濾波、掩模匹配法、統計差值法等。上述的圖像底層的增強方法通用性較強，隨之帶來的也是其沒有針對性，因此對一些環境下如圖像光照不均的圖像增強的效果不能令人滿意。以直方圖均衡化法為代表的灰度變換法是一種處理光照不均的基本方法。灰度變換法指的是對圖像使用某一灰度變換函數以達到壓縮/拉伸圖像灰度范圍的目的。直方圖均衡化法是灰度變換法中使用頻率高、具有代表性的方法。它分為全局直方圖均衡化法和局部直方圖均衡化法。全局直方圖均衡化法一股作為圖像預處理，能有效地增強。圖像對比度，對于整體灰度值低圖像增強效果顯著。局部均衡化法其細節增強能力較全局直方圖均衡化法更強，適用于增強需要保持原始亮度的圖像，但會出現塊效應、計算速率、增強細節與增強噪聲等問題。Retinex算法是一種基于光照補償的圖像增強算法， 具有在對比度增強效果、抑制噪聲、計算效率等優異的性能。但方法適合處理局部灰度值低的圖像，能有效增強其中暗處的細節部分并且在壓縮圖像對比度同時能在一定程度上保持圖像原始亮度。Retinex增強方法充分利用了圖像的頻率信息，但沒有重視圖像梯度信息而且對于不同的圖像，其模型參數的差異較大，參數調整困難。圖像光照不均在梯度場中的具體表現為梯度分布不均。圖像對比度高表現為梯度強度大、結構清晰，擴大圖像梯度范圍可擴大圖像動態范圍，減小梯度范圍則壓縮圖像動態范圍，因此可通過處理圖像梯度場來實現圖像增強。梯度域圖像增強的缺點是會使圖像在一定程度上銳化，并且在梯度域中重建圖像需要一定的數值算法。在圖像增強的應用系統和產品上，北京金耐威科技有限責任公司研發的國內實時圖像增強系統采用了 Retinex算法，并設計了雨霧天氣的模式。但Retinex方法的優點在于其顏色恒常性，其對圖像中亮度變化較為明顯的區域增強效果會丟失很多細節，有時還會產生光暈現象。除此之外，單純的Retinex算法對低照度圖像處理的能力還不足。北京藍卡創新科技發展科技有限公司開發了標清圖像增強系統，可以處理水下圖像以及逆光的 ATM機處理。VIDI (英偉達 )將攜手MotionDSP公司在NVIDIA (英偉達 )發布旅了 vReveal 2. O視頻增強軟件。該軟件采用超分辨率分析技術，主要面向視頻圖像的增強。另外該系統目前只能夠在PC上運行。博飛電子科技有限公司開發的視頻增強板集成了直方圖變換，全局和局部的對比度調整方法，這些方法都是圖像增強的基礎方法。ioimage —家以色列的智能視頻監控公司，視頻增強軟件能夠在雨雪霧等全天候高噪聲環境下工作。通過上述的調查分析得知，截目前為止國內市場上還沒有高清視頻實時增強系統，而且圖像增強的方法較為單一，難以滿足復雜環境下圖像增強的需求。圖像增強的基礎研究也有待進一步深入和提高。
技術實現思路
本專利技術的目的在于，為解決上述問題，本專利技術提出一種低照度視頻圖像增強方法及系統，融合Retinex算法對低照度區域的優異增強性能和梯度域圖像增強在保持原圖像中的細節和層次感，并利用Open MP并行化處理技術對圖像數據、算法進行并行化處理，以滿足在安防及監控中高清圖像實時高性能增強的需求。為實現上述專利技術目的，本專利技術提出一種低照度視頻圖像增強方法，其特征在于，該方法基于Open MP技術，將自適應Retinex算法和梯度域圖像增強算法結合來實時處理圖像；該方法的具體步驟包括步驟1)根據心理學中的韋伯-費希納定律，對輸入的低照度高清圖像進行亮度分層，分別得到低對比度區域、德弗里斯區域、韋伯區域和飽和區域；步驟2)收集低照度視頻圖像作為訓練集，將訓練集中的圖像進行亮度分層，把訓練集中的圖像對應地劃分到所述步驟1)獲得的低對比度區域、德弗里斯區域和韋伯區域，獲得三個圖像集；以圖像增強質量評價函數作為目標函數，利用迭代算法分別對三個圖像集對應地Retinex參數進行調整直到達到目標函數的值最優；步驟幻利用所述步驟幻獲得的三個Retinex參數對低對比度區域圖像、德弗里斯區域圖像和韋伯區域圖像采用Retinex算法進行圖像增強；步驟4)對所述步驟1)獲得的飽和區域圖像采用梯度域圖像增強算法進行圖像處理；步驟幻分別對所述步驟幻和所述步驟4)圖像增強后的結果圖分別通過對灰度范圍整體歸一化處理；步驟6)將所述步驟5)獲得的結果進行Open MP并行化處理后輸出；至此，低照度視頻圖像實時增強完成。所述步驟1)中輸入低照度高清圖像的方法采用從高清攝像頭直接輸入視頻流或存儲在電腦中的視頻文件輸入。所述步驟6)中對增強后的圖像輸出采用保存在視頻文件以備后續的查找和翻閱的方法。為實現上述專利技術目的，本專利技術還提出一種低照度視頻圖像增強系統，其特征在于， 該系統包括圖像亮度分層模塊、訓練Retinex參數模塊、Retinex算法圖像增強模塊、梯度域圖像增強模塊、圖像亮度層合并模塊和Open MP模塊；所述圖像亮度分層模塊，用于根據心理學中的韋伯-費希納定律，對輸入的低照度高清圖像進行亮度分層，分別得到低對比度區域、德弗里斯區域、韋伯區域和飽和區域；所述訓練Retinex參數模塊，用于收集低照度視頻圖像作為訓練集，將訓練集中的圖像進行亮度分層，把訓練集中的圖像對應地劃分到所述圖像亮度分層模塊獲得的低對比度區域、德弗里斯區域和韋伯區域，獲得三個圖像集；以圖像增強質量評價函數作為目標函數，利用迭代算法分別對三個圖像集對應地Retinex參數進行調整直到達到目標本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種低照度視頻圖像增強方法，其特征在于，該方法基于Ｏｐｅｎ　ＭＰ技術，將自適應Ｒｅｔｉｎｅｘ算法和梯度域圖像增強算法結合來實時處理圖像；該方法的具體步驟包括：步驟１）：根據心理學中的韋伯－費希納定律，對輸入的低照度高清圖像進行亮度分層，分別得到低對比度區域、德弗里斯區域、韋伯區域和飽和區域；步驟２）：收集低照度視頻圖像作為訓練集，將訓練集中的圖像進行亮度分層，把訓練集中的圖像對應地劃分到所述步驟１）獲得的低對比度區域、德弗里斯區域和韋伯區域，獲得三個圖像集；以圖像增強質量評價函數作為目標函數，利用迭代算法分別對三個圖像集對應地Ｒｅｔｉｎｅｘ參數進行調整直到達到目標函數的值最優；步驟３）：利用所述步驟２）獲得的三個Ｒｅｔｉｎｅｘ參數對低對比度區域圖像、德弗里斯區域圖像和韋伯區域圖像采用Ｒｅｔｉｎｅｘ算法進行圖像增強；步驟４）：對所述步驟１）獲得的飽和區域圖像采用梯度域圖像增強算法進行圖像處理；步驟５）：分別對所述步驟３）和所述步驟４）圖像增強后的結果圖分別通過對灰度范圍整體歸一化處理；步驟６）：將所述步驟５）獲得的結果進行Ｏｐｅｎ　ＭＰ并行化處理后輸出；至此，低照度視頻圖像實時增強完成。...

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：蔚曉明，
申請(專利權)人：北京云加速信息技術有限公司，
類型：發明
國別省市：11