一種夜間圖像增強算法

王文智，王文成，宋承歡

(貴州民族大學理學院，貴州 貴陽 550025)

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一種夜間圖像增強算法

王文智，王文成，宋承歡

(貴州民族大學理學院，貴州 貴陽 550025)

摘要：針對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算法。該算法根據夜間圖像取反后與霧天圖像很相似，稱之為偽霧圖。首先，采用暗原色先驗算法對偽霧圖的環(huán)境光值進行估計，并基于光照情況對透射率進行估計; 然后，基于大氣散射模型還原出無霧圖像;最后,對無霧圖像取反得到夜間圖像的增強結果。大量實驗表明，該算法處理效率更高且效果良好，信息不會丟失。

關鍵詞：圖像增強；偽霧圖；暗原色先驗算法；大氣散射模型

1引言

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

目前圖像增強的算法主要有兩大類: 空域法、變換域法。空域法主要有直方圖法、Retinex算法等。文獻[1]應用了一種直方圖均衡化算法，該算法能有效改善傳統(tǒng)直方圖法灰度級過度合并以致細節(jié)易丟失的問題，但是對彩色圖像易發(fā)生顏色失真現(xiàn)象。文獻[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，當前，較常用的變換域法是小波變換[3]，它通過選取小波基對圖像進行分解來復原圖像。近年來，圖像去霧技術取得了很大的發(fā)展，文獻[4]取得了良好的效果。因此，本文提出應用去霧算法對偽霧夜間圖像[4]的進行增強。

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表示當前點像素坐標，I表示可以觀測到的有霧圖像像素值，J表示去除后的像素值，t為介質透射率，A 為大氣光。所以，要獲得清晰化的去霧圖像關鍵是估算透射率t和大氣光照強度A的值。

暗原色理論由何愷明通過對大量圖像進行統(tǒng)計得出的規(guī)律，他認為在所有彩色無霧圖像中的任意局部區(qū)域中，至少有一個像素點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)，先假設大氣光照強度A為已知，且A>0，由圖像的透射率在局部小區(qū)域內基本保持不變的，

則將(2)式帶到(1)式中得：透射率計算公式：

又根據(1)式得到無霧圖像J，表達式如下式：

3基于暗原色先驗的夜間圖像增強算法

對于夜間圖像，經過統(tǒng)計和測試發(fā)現(xiàn)，夜間圖像經過求取反圖像后，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三個通道中的強度都很高，非背景區(qū)域的像素至少在1個通內強度很低[4]。這說明暗原色先驗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 內存的計算機上使用Matlab 2010軟件環(huán)境對本文算法進行驗證，右圖2為本文所提出的算法流程圖：

4實驗結果

為了驗證本文算法的性能，與帶色彩恢復的多尺度Retinex算法[2]進行了比較。

由圖3可以看出本文的算法在應用于夜間圖像增強比多尺度Retinex算法法較好一些，從色彩上看，本文的具有更好的保真度；這主要原因是因為多尺度Retinex算法使用了三個高斯核，對圖像進行處理時高斯核的兩個參數是人為選定的，不具有一般通用性。因此恢復圖像容易失真。

5結論

針對目前夜間圖像對視頻監(jiān)控等領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，結合夜間圖像其自身的特性，依據去霧算法各分量的關系，提出了應用暗原色先驗算法進行夜間圖像增強，在一定程度上抑制噪聲，最大限度地提高圖像亮度，同時保持圖像原始結構。通過與MSRCR算法的比較，結果表明本文法可以有效提高圖像視覺效果，避免色彩失真、過增強等問題。

參考文獻：

[1]李錦,王俊平,萬國挺,等.一種結合直方圖均衡化和MSRCR的圖像增強新算法[J].西安電子科技大學學報,2014,03:103-109.

[2]邵振峰,白云,周熙然.改進多尺度Retinex理論的低照度遙感影像增強方法[J].武漢大學學報(信息科學版),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算法[J].河南科技大學學報(自然科學版),2015,01:48-51+7.

基金項目：2015年貴州民族大學校級課題“基于計算機視覺運動目標陰影消除算法研究”

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

中圖分類號:TP391.41

文獻標志碼：A

文章編號：1671-1602(2016)10-0276-01