萬 昕，劉 坤，崔昌浩

一種基于Sobel梯度的直方圖均衡算法及其在紅外圖像上的應(yīng)用

萬 昕1，劉 坤2，崔昌浩2

（1．武漢市第三醫(yī)院放射科，湖北 武漢 430000；2．武漢高德智感科技有限公司，湖北 武漢 430000）

為了能在動(dòng)態(tài)范圍壓縮的同時(shí)增強(qiáng)紅外圖像的對(duì)比度，提出了一種基于Sobel梯度直方圖均衡算法（gradient histogram equalization，GHE）。與以往的直方圖均衡化（histogram equalization，HE）方法不同，該方法自適應(yīng)地為圖像強(qiáng)梯度的灰階分配高對(duì)比度，保留并增強(qiáng)16bit圖像中更多的細(xì)節(jié)。隨后使用雙Gamma映射對(duì)映射曲線進(jìn)行調(diào)整，有效地抑制圖像亮部的過曝現(xiàn)象，同時(shí)提高暗部的細(xì)節(jié)。該方法相比于傳統(tǒng)的直方圖均衡化算法在暗區(qū)細(xì)節(jié)處理、過曝抑制、對(duì)比度增強(qiáng)等方面都有較好的效果。

紅外圖像；梯度直方圖均衡化；雙Gamma映射

0 引言

紅外圖像處理技術(shù)廣泛應(yīng)用于軍事、醫(yī)療、防災(zāi)等領(lǐng)域。其主要應(yīng)用是提高紅外成像設(shè)備的成像質(zhì)量，處理現(xiàn)有的紅外圖像。紅外圖像的成像特征來自目標(biāo)的能量輻射，其特點(diǎn)是能量不均勻，分辨率對(duì)比度較低，亮度分布不均[1]。因此，紅外圖像對(duì)比度增強(qiáng)的方法在實(shí)際應(yīng)用中具有重要意義[2]。

圖像的對(duì)比度增強(qiáng)是圖像信號(hào)處理中流行的一個(gè)研究方向。其主要目的是擴(kuò)大圖像對(duì)比度，提高圖像的視覺效果，反映一些隱藏在圖像中的細(xì)節(jié)[3]。目前常見的對(duì)比度增強(qiáng)方法是針對(duì)可見光圖像進(jìn)行增強(qiáng)，大致分為兩類：①直接增強(qiáng)輸入圖像[4]。②通過間接的方法增強(qiáng)輸入圖像[5]。通常直接增強(qiáng)很容易對(duì)噪聲進(jìn)行過度的增強(qiáng)。間接增強(qiáng)法則利用輸入灰度直方圖的統(tǒng)計(jì)量，對(duì)灰度直方圖進(jìn)行處理，最后通過處理后的直方圖建立輸入圖像的灰度與輸出圖像的灰度之間的映射關(guān)系，以增強(qiáng)圖像的對(duì)比度。

基于直方圖均衡化的圖像對(duì)比度增強(qiáng)方法，在可見光圖像處理領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，在紅外圖像對(duì)比度增強(qiáng)領(lǐng)域也具有較好的效果。對(duì)于給定的圖像，該方法使用圖像的累積分布函數(shù)來擴(kuò)展圖像的動(dòng)態(tài)范圍，以提高圖像的對(duì)比度[6]。然而不同灰度的增強(qiáng)程度與其直方圖的分布有關(guān)，因此直方圖均衡化的方法容易產(chǎn)生灰度平均位移的問題，導(dǎo)致圖像目標(biāo)或噪聲被嚴(yán)重衰減或者過度增強(qiáng)[7]。多位學(xué)者對(duì)基于直方圖均衡化的方法進(jìn)行了研究。Hum Y. C.等人使用全局加局部的對(duì)比度增強(qiáng)算法，增強(qiáng)圖像的低對(duì)比度區(qū)域，抑制高對(duì)比度區(qū)域[8]。J. Bae等人先根據(jù)對(duì)數(shù)域的直方圖將圖像分成類，然后每一個(gè)類使用不同的log域映射算法[9]。Weitao Deng等人通過遞歸將圖像的直方圖分成多個(gè)子直方圖，通過特定的方式加權(quán)平均得到均分分布的直方圖，最后根據(jù)原始的累計(jì)直方圖將兩種直方圖加權(quán)得到最終用于直方圖均衡的直方圖[10]。T. Arici等人提出多種直方圖修改方案，根據(jù)其特征提出了一種新的基于局部對(duì)比度的直方圖統(tǒng)計(jì)方法，在小計(jì)算量下達(dá)到較好的效果[11]。

本文提出一種基于Sobel梯度的直方圖均衡算法，可以獲得更好的圖像增強(qiáng)效果，同時(shí)通過雙Gamma映射調(diào)整映射曲線，可有效避免梯度過大導(dǎo)致的亮區(qū)過曝、暗區(qū)欠曝的現(xiàn)象。

1 提出的算法

1.1 直方圖均衡化

紅外探測(cè)器的輸出數(shù)據(jù)一般為16bit的高動(dòng)態(tài)范圍圖像，通過對(duì)16bit圖像進(jìn)行直方圖均衡化，可以得到8bit的灰度圖像，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)紅外圖像的動(dòng)態(tài)范圍壓縮和增強(qiáng)[12]。假設(shè)紅外探測(cè)器輸出的某一幀16 bit圖像共有(1≤≤216)個(gè)灰度等級(jí)，則圖像的直方圖可定義如下：

hist()＝()，min≤≤max(1)

式中：()表示灰階為的像素點(diǎn)在全圖出現(xiàn)的次數(shù)；min為全圖最小灰階；max為全圖最大灰階。圖像直方圖描述了所有灰度級(jí)在全圖范圍內(nèi)的分布情況，直方圖均衡化的核心思想是通過一種特定的映射關(guān)系將原圖直方圖分布中較為集中的像素映射成均勻分布[13]。

將直方圖正則化后，可得到圖像的離散概率密度函數(shù)，定義如下：

式中：()表示灰階為的像素點(diǎn)在全圖出現(xiàn)的概率；為全圖像素總個(gè)數(shù)。由此，直方圖均衡化過程可描述如下：

在青海省東南部有一個(gè)黃南藏族自治州，這個(gè)州地處黃河九曲第一彎，東南方向與甘肅省夏河縣、瑪曲縣、碌曲縣和本省瑪沁縣為鄰，西北方向與本省貴德縣、同德縣和海東市的化隆、循化縣接壤。面積達(dá)到17,921km2。小麥、青稞、豌豆、玉米、洋芋、油菜籽、胡麻是黃南州的主要農(nóng)作物品種。主要農(nóng)作物有小麥、青稞、油菜、蠶豆等。養(yǎng)殖的牦牛、藏綿羊、山羊是主要畜種。

￠＝() (3)

式中：￠表示直方圖均衡化后的離散概率密度函數(shù)，為均勻分布，即所有灰階出現(xiàn)的概率相同。通過求解上式，可得到映射關(guān)系為累計(jì)分布函數(shù)，可定義如下：

式中：()?[0,1]，將其乘以8bit最大灰度值255后即可得到16bit圖像到8bit圖像的映射關(guān)系。對(duì)于16bit圖像上某一個(gè)灰度值為的像素，映射后其在8bit圖像上的對(duì)比度可描述如下：

從上式可以看出，某一個(gè)灰階在8bit圖像的亮度及對(duì)比度與其在16bit上出現(xiàn)的概率有關(guān)。其出現(xiàn)概率越高，映射后與相鄰灰度級(jí)所占用的8bit動(dòng)態(tài)范圍越大，表現(xiàn)為圖像的對(duì)比度越大。當(dāng)某個(gè)范圍內(nèi)的灰階在全圖所占比例很大時(shí)，映射后會(huì)占用8bit圖像很大的動(dòng)態(tài)范圍，從而壓縮其余部分所能占用的動(dòng)態(tài)范圍。但占比很大的像素并不一定會(huì)存在很多細(xì)節(jié)，從而導(dǎo)致占比少、細(xì)節(jié)多的部分圖像細(xì)節(jié)被嚴(yán)重壓縮。因此本文提出一種基于Sobel梯度的直方圖均衡算法，可以自適應(yīng)地為圖像強(qiáng)梯度的灰階分配高對(duì)比度，能有效地保留并增強(qiáng)原圖的細(xì)節(jié)。針對(duì)梯度累計(jì)過大導(dǎo)致的梯度直方圖峰值過高，從而出現(xiàn)的對(duì)比度分配過度現(xiàn)象，使用一種雙Gamma映射對(duì)最終的映射曲線進(jìn)行調(diào)整，可有效地抑制圖像亮部的過曝現(xiàn)象，同時(shí)提高暗部的細(xì)節(jié)。

1.2 梯度直方圖均衡化

對(duì)于輸入的16bit圖像srcImage，首先計(jì)算其Sobel梯度圖像gradImage，梯度圖像中每一個(gè)點(diǎn)計(jì)算公式如下：

式中：(,)為圖像坐標(biāo)，對(duì)梯度圖像進(jìn)行歸一化：

式中：max(gradImage)為梯度圖像最大值。

紅外圖像在經(jīng)過非均勻性校正后依然會(huì)存在一定程度的非均勻性噪聲，特別是在局部動(dòng)態(tài)范圍很低的背景上表現(xiàn)的尤為明顯。非均勻性噪聲往往會(huì)產(chǎn)生很小的梯度值，但當(dāng)噪聲數(shù)量較多時(shí)，對(duì)小梯度進(jìn)行累計(jì)，依然會(huì)在梯度直方圖上產(chǎn)生較高的bin值，因此需要在梯度統(tǒng)計(jì)時(shí)進(jìn)行篩選，避免為非均勻性噪聲產(chǎn)生較高的bin值。本文通過設(shè)置固定的閾值gradTh對(duì)梯度進(jìn)行篩選，將小于gradTh的梯度值賦值為0，防止后續(xù)統(tǒng)計(jì)直方圖時(shí)對(duì)其進(jìn)行累計(jì)。

在計(jì)算梯度圖像后，需要計(jì)算輸入圖像的梯度直方圖，計(jì)算過程與正常直方圖統(tǒng)計(jì)類似，只是將灰度級(jí)出現(xiàn)的個(gè)數(shù)累計(jì)更改為對(duì)應(yīng)位置的梯度累計(jì)，16bit圖像中某個(gè)灰度級(jí)的梯度直方圖bin值histGrad()計(jì)算公式如下：

式中：、分別為圖像高和寬；表示16bit圖像中出現(xiàn)的灰度級(jí)，min≤≤max。當(dāng)srcImage(,)＝時(shí)，(,,)＝1，否則(,,)＝0。對(duì)梯度直方圖累計(jì)，得到其累計(jì)直方圖，計(jì)算公式如下：

對(duì)累計(jì)直方圖歸一化即可得到最終的映射曲線：

式中：min≤≤max，max(histCum)表示累計(jì)直方圖最大值，即histCum(max)。同理，將其乘以8bit最大灰度值255后即可得到16bit圖像到8bit圖像的映射關(guān)系。

將普通直方圖和梯度直方圖均歸一化后，在某一場(chǎng)景下對(duì)比如圖1所示，其中(a)為原始圖像歸一化到0～1后直接顯示，(b)為該圖像的直方圖和梯度直方圖。(b)中紅色虛線框區(qū)域表示天空所處灰度級(jí)范圍，綠色虛線框區(qū)域表示樹木所處灰度級(jí)范圍。在原圖中，由于天空和樹木占比很大，所以直方圖中在天空所處的灰度級(jí)和樹木所處的灰度級(jí)范圍產(chǎn)生了很高的bin（指直方圖中橫坐標(biāo)的某一個(gè)范圍，其高度代表圖像灰階中處于該范圍的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，本文中橫坐標(biāo)范圍固定為1個(gè)灰階），其余部分的bin很低。而在梯度直方圖中，由于天空部分沒有很高的梯度值，所以bin被拉低，而樹木存在較強(qiáng)的梯度值高bin得到了保留，圖像中建筑等其余部分由于存在很高的梯度，bin得到了拉伸。

圖1 直方圖與梯度直方圖對(duì)比

1.3 雙Gamma映射

紅外圖像的觀察者通常更加關(guān)注溫度明顯異于環(huán)境溫度的目標(biāo)，如導(dǎo)彈尾焰、獵物、房屋漏水處等，這些目標(biāo)在16bit數(shù)據(jù)中的灰階分布一般都處于全圖灰階的最大值或最小值附近，即對(duì)應(yīng)為圖像的亮區(qū)和暗區(qū)。梯度直方圖在進(jìn)行梯度累計(jì)時(shí)，直方圖bin的高度不僅與梯度值相關(guān)，還與bin對(duì)應(yīng)的灰度級(jí)在圖像中的個(gè)數(shù)有關(guān)。圖像背景一般會(huì)占到圖像絕大部分，導(dǎo)致背景灰度等級(jí)對(duì)應(yīng)的bin會(huì)產(chǎn)生較大的值，從而導(dǎo)致映射后背景會(huì)占用很大的8bit動(dòng)態(tài)范圍。而在圖像的亮區(qū)和暗區(qū)即使存在很大的梯度，由于像素個(gè)數(shù)較少，其梯度直方圖的bin依然不會(huì)很高，且8bit動(dòng)態(tài)范圍被背景占用了很大一部分，導(dǎo)致映射后的圖像亮區(qū)和暗區(qū)可以使用的動(dòng)態(tài)范圍很小，從而出現(xiàn)亮區(qū)過曝、暗區(qū)欠曝的現(xiàn)象。如圖2所示，場(chǎng)景中人物頭部基本都發(fā)生了過曝。

圖2 室內(nèi)梯度直方圖效果

針對(duì)上述問題，本文引入一種雙Gamma映射曲線[14]對(duì)最終得到的map進(jìn)行二次映射。修正后的映射曲線可計(jì)算如下：

式中：gamma為手動(dòng)設(shè)置的值，可根據(jù)場(chǎng)景手動(dòng)調(diào)整，不同gamma值下的反S型曲線如圖3所示。當(dāng)gamma＝1時(shí)，相當(dāng)于對(duì)原始曲線不做映射。隨著gamma值的增大曲線兩端的斜率會(huì)增加，曲線中部的斜率會(huì)降低，意味著圖像亮區(qū)和暗區(qū)的對(duì)比度被拉伸，圖像灰度級(jí)中間區(qū)域?qū)Ρ榷缺粔嚎s。

2 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

為驗(yàn)證本文提出算法的有效性，在非制冷1280×1024分辨率探測(cè)器和制冷640×512分辨率探測(cè)器采集的raw數(shù)據(jù)上進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。其中非制冷1280×1024分辨率探測(cè)器的raw數(shù)據(jù)在進(jìn)行動(dòng)態(tài)范圍壓縮前進(jìn)行了非均勻性校正和去橫豎紋處理，制冷640×512分辨率探測(cè)器的raw數(shù)據(jù)進(jìn)行了非均勻性校正和去噪處理。

2.1 梯度直方圖均衡化效果分析

如圖4所示，對(duì)比了室外場(chǎng)景下直方圖均衡化和梯度直方圖均衡化的效果，以及兩種算法獲得的映射曲線。圖(a)為直方圖均衡化效果，圖(b)為梯度直方圖均衡化效果，圖(c)為兩種算法獲得的映射曲線。其中圖(c)中紅色虛線框表示直方圖均衡化映射曲線對(duì)應(yīng)圖像中紅色區(qū)域天空部分，綠色虛線框表示直方圖均衡化映射曲線對(duì)應(yīng)圖像中綠色區(qū)域建筑部分?？梢钥吹皆谠搱?chǎng)景中，由于天空占比比較大，因此原本在16bit圖像中動(dòng)態(tài)范圍很小的天空部分，在經(jīng)過直方圖均衡化算法后，在8bit圖像中占用了很大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)。從而導(dǎo)致天空部分對(duì)比度被過度拉伸，增強(qiáng)了天空部分的噪聲。另一方面，由于天空部分占用了很多動(dòng)態(tài)范圍，原本在16bit圖像中動(dòng)態(tài)范圍很大的建筑部分可以被分配的動(dòng)態(tài)范圍變得很少，導(dǎo)致建筑部分對(duì)比度很低，部分細(xì)節(jié)無法被凸顯。由于梯度直方圖根據(jù)像素梯度進(jìn)行8bit圖像動(dòng)態(tài)范圍的分配，天空部分梯度值很小，從而在8bit圖像中被分配了很少的動(dòng)態(tài)范圍，抑制了噪聲；建筑部分梯度值大，從而在8bit圖像中被分配了很大的動(dòng)態(tài)范圍，凸顯了建筑細(xì)節(jié)。

為量化分析對(duì)比度的分配情況，本文定義對(duì)比度計(jì)算公式如下：

式中：d表示圖像中任意相鄰兩點(diǎn)的灰度差，本文計(jì)算時(shí)取四領(lǐng)域，即只計(jì)算水平方向和垂直方向相鄰的像素；Pd表示灰度差為d在整個(gè)統(tǒng)計(jì)過程中出現(xiàn)的概率。如表1所示，計(jì)算了圖4中紅色框區(qū)域天空部分和綠色框區(qū)域建筑部分的局部對(duì)比度以及全圖對(duì)比度?？梢钥闯鎏荻戎狈綀D均衡化將非顯著性區(qū)域的天空部分對(duì)比度從原有的3.74壓制到了0.19，而為顯著性區(qū)域的建筑部分分配了更高的對(duì)比度，從之前的54.33提升到了123.96，同時(shí)全圖的對(duì)比度也有明顯增強(qiáng)。

表1 兩種算法對(duì)比度對(duì)比

2.2 噪聲抑制效果分析

如圖5所示，對(duì)比了室內(nèi)某一場(chǎng)景下的不進(jìn)行噪聲抑制和增加噪聲抑制的效果及映射曲線，其中閾值gradTh＝0.05。圖(a)為直方圖均衡化效果，圖(b)為梯度直方圖均衡化效果，圖(c)為噪聲抑制的梯度直方圖均衡化效果，圖(d)為3種算法獲得的映射曲線。其中圖(d)中紅色虛線框表示直方圖均衡化映射曲線對(duì)應(yīng)圖像中背景區(qū)域?？梢钥吹皆谠搱?chǎng)景下，原本的直方圖均衡化和梯度直方圖均衡化均會(huì)放大背景的噪聲。其主要原因?yàn)楸尘霸肼暤奶荻戎惦m然很小，但數(shù)量很多，經(jīng)過累計(jì)后背景所在的灰度級(jí)依然會(huì)在直方圖均衡上產(chǎn)生很高的bin，導(dǎo)致其在8bit圖像中占用很大的動(dòng)態(tài)范圍，從而增強(qiáng)噪聲。但增加閾值限制后，背景所在灰度級(jí)梯度值不會(huì)被累計(jì)，從而避免該問題，同時(shí)增強(qiáng)目標(biāo)的對(duì)比度。但同時(shí)與背景噪聲灰度級(jí)接近的細(xì)節(jié)也會(huì)被抑制，需要根據(jù)場(chǎng)景適當(dāng)調(diào)整該參數(shù)，圖中g(shù)radTh＝0.05。

2.3 雙Gamma映射效果分析

如圖6和圖7所示，分別對(duì)比了室外和室內(nèi)場(chǎng)景下的不進(jìn)行雙Gamma映射和增加雙Gamma映射的效果及映射曲線，其中g(shù)amma＝2.2。圖(a)為直方圖均衡化效果，圖(b)為梯度直方圖均衡化效果，圖(c)為雙Gamma映射的梯度直方圖均衡化效果，圖(d)為3種算法獲得的映射曲線。圖6中(a)～(c)紅色框選區(qū)域與(d)紅色虛線框選的直方圖均衡化映射曲線相對(duì)應(yīng)?？梢钥吹皆谠搱?chǎng)景下，直方圖均衡化和梯度直方圖均衡化均在紅色框選區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了很嚴(yán)重的過曝，主要由于原圖中的樹木和遠(yuǎn)處建筑所處灰度等級(jí)占全圖像素的絕大部分，且該部分灰階也具備一定的梯度值，進(jìn)行梯度累計(jì)后產(chǎn)生很高的bin，導(dǎo)致直方圖均衡和梯度直方圖均衡都會(huì)為該部分在8bit圖像上分配很大的動(dòng)態(tài)范圍，從而壓縮了其他部分可用的動(dòng)態(tài)范圍，導(dǎo)致反射太陽的樓體出現(xiàn)過曝，看不到窗戶的細(xì)節(jié)。增加雙Gamma映射后，16bit圖像動(dòng)態(tài)范圍的中間部分映射后的動(dòng)態(tài)范圍被壓縮，過曝區(qū)域映射后的動(dòng)態(tài)范圍被拉伸，使得窗戶的細(xì)節(jié)被保留。

同樣的，圖7中(a)～(c)紅色框選區(qū)域與(d)紅色虛線框選的雙Gamma映射的梯度直方圖均衡化映射曲線相對(duì)應(yīng)。該場(chǎng)景下直方圖均衡化和梯度直方圖均衡化效果，人物頭部都發(fā)生了過曝，細(xì)節(jié)損失嚴(yán)重，增加雙Gamma映射后，人物頭部的映射曲線會(huì)更加陡峭，意味著分配了更高的對(duì)比度，從而使得人物頭部細(xì)節(jié)凸顯。

圖6 室外雙Gamma映射效果對(duì)比

圖7 室內(nèi)雙Gamma映射效果對(duì)比

3 結(jié)語

本文提出一種基于Sobel梯度的直方圖均衡化算法，可以根據(jù)全圖的梯度分布情況，自適應(yīng)地為強(qiáng)梯度的灰階分配高對(duì)比度。同時(shí)使用一種雙Gamma映射對(duì)最終的映射曲線進(jìn)行調(diào)整，使得紅外圖像動(dòng)態(tài)范圍壓縮過程中，不會(huì)出現(xiàn)明顯的過曝和欠曝現(xiàn)象，能更好地保留亮區(qū)和暗區(qū)的細(xì)節(jié)。

但本文提出的算法仍有一定的局限性。算法在自適應(yīng)為強(qiáng)梯度的灰階分配高對(duì)比度的同時(shí)，不可避免會(huì)導(dǎo)致圖像弱紋理的對(duì)比度被壓縮，從而導(dǎo)致一定的細(xì)節(jié)丟失。另外，在低動(dòng)態(tài)范圍場(chǎng)景，動(dòng)態(tài)范圍壓縮的過程逆轉(zhuǎn)為動(dòng)態(tài)范圍增強(qiáng)，使用本文算法較容易出現(xiàn)圖像失真現(xiàn)象。

在后續(xù)的研究中，可以嘗試將圖像的梯度信息和其他信息（場(chǎng)景動(dòng)態(tài)范圍、局部空間熵等）進(jìn)行融合，從多個(gè)維度考慮對(duì)比度的自適應(yīng)分配問題，避免出現(xiàn)圖像失真。同時(shí)，也可以考慮結(jié)合局部對(duì)比度增強(qiáng)的方法，避免弱紋理被壓縮的問題。

[1] LIU C, SUI X, KUANG X, et al. Optimized contrast enhancement for infrared images based on global and local histogram specification[J]., 2019, 11(7): 849.

[2] 李凌杰, 陳菲菲. 基于改進(jìn)直方圖的紅外圖像增強(qiáng)方法[J]. 航空兵器, 2022, 29(2):101-105.

LI Lingjie, CHEN Feifei. Infrared image enhancement method based on improved histogram[J]., 2022, 29(2): 101-105.

[3] CHEN X, LV L. A compositive contrast enhancement algorithm of IR image[C]//, 2013, DOI:10.1109/ITA.2013.20

[4] LIU N, CHEN X. Infrared image detail enhancement approach based on improved joint bilateral filter[J]., 2016, 77: 405-413.

[5] HUANG Z, ZHANG T, LI Q, et al. Adaptive gamma correction based on cumulative histogram for enhancing near-infrared images[J]., 2016, 79: 205-215.

[6] JUNG C, LU W. Tone-preserving contrast enhancement in images using rational tone mapping and constrained optimization[C/OL]. 2016, https://ieeexplore. ieee.org/document/7805525.

[7] LI S, JIN W, LI L, et al. An improved contrast enhancement algorithm for infrared images based on adaptive double plateaus histogram equalization[J]., 2018, 90: 164-174.

[8] Hum Y C, Tee Y K, W.-S. Y, et al. A contrast enhancement framework under uncontrolled environments based on just noticeable difference[J]., 2022, 103: 116657

[9] Bae J, Kim K, Yun Y J, et al. Adaptive tone-mapping operator for HDR images based on image statistics[C]//, 2011, DOI:10.1109/TENCON.2011.6129047

[10] DENG Weitao, LIU Lei, CHEN Huateng, et al. Infrared image contrast enhancement using adaptive histogram correction framework[J]., 2022, 271: 170114.

[11] Arici T, Dikbas S, Altunbasak Y. A histogram modification framework and its application for image contrast enhancement[J]., 2009, 18(9): 1921-1935.

[12] Ok J , Lee C. HDR tone mapping algorithm based on difference compression with adaptive reference values[J]., 2016, 43: 61-76.

[13] Arici T, Dikbas S, Altunbasak Y. A histogram modification framework and its application for image contrast enhancement[J]., 2009, 18(9): 1921-1935.

[14] Lee S. An efficient content-based image enhancement in the compressed domain using Retinex theory[J]., 2007, 17(2): 199-213.

Histogram Equalization Algorithm Based on Sobel Gradient and Its Application on Infrared Images

WAN Xin1，LIU Kun2，CUI Changhao2

(1.,,430000,;2.,430000,)

A Sobel gradient histogram equalization(GHE) algorithm is proposed to enhance the contrast of infrared images during dynamic range compression. In contrast to previous histogram equalization(HE) methods, this method adaptively assigns a high contrast to the strongly graded parts of the image, preserving and enhancing more details in the 16-bit image. Dual Gamma mapping is then used to adjust the mapping curve to effectively suppress overexposure in the bright parts of the image while improving the detail in the shadows. Compared with the traditional histogram equalization algorithm, this method has better effects on dark area detail processing, overexposure suppression, and contrast enhancement.

infrared image, gradient histogram equalization, dual Gamma mapping

TN911.73

A

1001-8891(2024)04-0452-08

2023-04-09；

2024-04-08.

萬昕（1993-），男，湖北廣水人，碩士，主管技師，主要從事圖像算法的研究。

劉坤（1992-），男，湖北武漢人，碩士，算法工程師，主要從事圖像算法的研究。E-mail: 271581673@qq.com。