王文智，王文成，宋承歡

(貴州民族大學(xué)理學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

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一種夜間圖像增強(qiáng)算法

王文智，王文成，宋承歡

(貴州民族大學(xué)理學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

摘要：針對(duì)夜間采集到的圖像模糊不清情況下，提出一種夜間圖像增強(qiáng)算法。該算法根據(jù)夜間圖像取反后與霧天圖像很相似，稱之為偽霧圖。首先，采用暗原色先驗(yàn)算法對(duì)偽霧圖的環(huán)境光值進(jìn)行估計(jì)，并基于光照情況對(duì)透射率進(jìn)行估計(jì); 然后，基于大氣散射模型還原出無霧圖像;最后,對(duì)無霧圖像取反得到夜間圖像的增強(qiáng)結(jié)果。大量實(shí)驗(yàn)表明，該算法處理效率更高且效果良好，信息不會(huì)丟失。

關(guān)鍵詞：圖像增強(qiáng)；偽霧圖；暗原色先驗(yàn)算法；大氣散射模型

1引言

在視頻監(jiān)控的領(lǐng)域中，經(jīng)常會(huì)遇到夜視的情況，這種情況下采集到的圖像對(duì)比度較低，給很多工作帶來不便，因此研究夜間圖像的增強(qiáng)算法非常重要。

目前圖像增強(qiáng)的算法主要有兩大類: 空域法、變換域法?？沼蚍ㄖ饕兄狈綀D法、Retinex算法等。文獻(xiàn)[1]應(yīng)用了一種直方圖均衡化算法，該算法能有效改善傳統(tǒng)直方圖法灰度級(jí)過度合并以致細(xì)節(jié)易丟失的問題，但是對(duì)彩色圖像易發(fā)生顏色失真現(xiàn)象。文獻(xiàn)[2]Retinex算法是模擬人類視覺系統(tǒng)而提出的，該算法可有效改善圖像的視覺效果，當(dāng)前，較常用的變換域法是小波變換[3]，它通過選取小波基對(duì)圖像進(jìn)行分解來復(fù)原圖像。近年來，圖像去霧技術(shù)取得了很大的發(fā)展，文獻(xiàn)[4]取得了良好的效果。因此，本文提出應(yīng)用去霧算法對(duì)偽霧夜間圖像[4]的進(jìn)行增強(qiáng)。

2大氣散射模型

大氣散射模型[4]表示如下式為：

I(x)=J(x)t(x)+A(1-t(x))(1)

上式中，x表示當(dāng)前點(diǎn)像素坐標(biāo)，I表示可以觀測(cè)到的有霧圖像像素值，J表示去除后的像素值，t為介質(zhì)透射率，A 為大氣光。所以，要獲得清晰化的去霧圖像關(guān)鍵是估算透射率t和大氣光照強(qiáng)度A的值。

暗原色理論由何愷明通過對(duì)大量圖像進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得出的規(guī)律，他認(rèn)為在所有彩色無霧圖像中的任意局部區(qū)域中，至少有一個(gè)像素點(diǎn)的分量像素值在這塊局部區(qū)域中的像素值是最低的,且接近于零。用公式表示如下所示：

上式中Jc表示無霧圖像J中的第c通道的像素值，x表示第bn塊局部區(qū)域的中心位置，Jdark表示彩色無霧圖像J的暗原色通道圖像。

為了求取透射率t(x)，先假設(shè)大氣光照強(qiáng)度A為已知，且A>0，由圖像的透射率在局部小區(qū)域內(nèi)基本保持不變的，

則將(2)式帶到(1)式中得：透射率計(jì)算公式：

又根據(jù)(1)式得到無霧圖像J，表達(dá)式如下式：

3基于暗原色先驗(yàn)的夜間圖像增強(qiáng)算法

對(duì)于夜間圖像，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)和測(cè)試發(fā)現(xiàn)，夜間圖像經(jīng)過求取反圖像后，與天圖像很相似，如圖1所示。并且，在求反后的圖像中，背景區(qū)域的像素在rgb三個(gè)通道中的強(qiáng)度都很高，非背景區(qū)域的像素至少在1個(gè)通內(nèi)強(qiáng)度很低[4]。這說明暗原色先驗(yàn)理論同樣適用于夜間圖像。

在操作系統(tǒng)為Windows 7，配置為 Intel Core i52520MCPU@ 2.5 GHz，4.0GB 內(nèi)存的計(jì)算機(jī)上使用Matlab 2010軟件環(huán)境對(duì)本文算法進(jìn)行驗(yàn)證，右圖2為本文所提出的算法流程圖：

4實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了驗(yàn)證本文算法的性能，與帶色彩恢復(fù)的多尺度Retinex算法[2]進(jìn)行了比較。

由圖3可以看出本文的算法在應(yīng)用于夜間圖像增強(qiáng)比多尺度Retinex算法法較好一些，從色彩上看，本文的具有更好的保真度；這主要原因是因?yàn)槎喑叨萊etinex算法使用了三個(gè)高斯核，對(duì)圖像進(jìn)行處理時(shí)高斯核的兩個(gè)參數(shù)是人為選定的，不具有一般通用性。因此恢復(fù)圖像容易失真。

5結(jié)論

針對(duì)目前夜間圖像對(duì)視頻監(jiān)控等領(lǐng)域的圖像處理工作帶來的影響。本文基于夜間圖像取反后與霧天圖像的相類似，結(jié)合夜間圖像其自身的特性，依據(jù)去霧算法各分量的關(guān)系，提出了應(yīng)用暗原色先驗(yàn)算法進(jìn)行夜間圖像增強(qiáng)，在一定程度上抑制噪聲，最大限度地提高圖像亮度，同時(shí)保持圖像原始結(jié)構(gòu)。通過與MSRCR算法的比較，結(jié)果表明本文法可以有效提高圖像視覺效果，避免色彩失真、過增強(qiáng)等問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]李錦,王俊平,萬國(guó)挺,等.一種結(jié)合直方圖均衡化和MSRCR的圖像增強(qiáng)新算法[J].西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào),2014,03:103-109.

[2]邵振峰,白云,周熙然.改進(jìn)多尺度Retinex理論的低照度遙感影像增強(qiáng)方法[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版),2015,01:32-39.

[3]常宏韜,孟慶虎.基于小波變換的一種紅外圖像增強(qiáng)算法[J].河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015,01:48-51+7.

基金項(xiàng)目：2015年貴州民族大學(xué)校級(jí)課題“基于計(jì)算機(jī)視覺運(yùn)動(dòng)目標(biāo)陰影消除算法研究”

作者簡(jiǎn)介：王文智(1990-)，男，碩士研究生；王文成(1988-)，男，望謨縣坎邊鄉(xiāng)中心小學(xué)教師； 宋承歡(1990-)，女，惠水縣擺金中學(xué)教師。

中圖分類號(hào):TP391.41

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1671-1602(2016)10-0276-01