彩色圖像增強技術的研究

苗水清 張靜 白海濤

摘 要：在RGB顏色空間中直接對真彩圖像的3個分量直接進行圖像增強處理，會引起圖像的失真。于是本文將真彩圖像由RGB空間中轉換到YIQ空間中，對含有大量圖像信息的Y分量進行同態濾波處理使得圖像增強；最后將處理得到的圖像轉回到RGB空間。實驗結果表明，在處理的過程中使用同態濾波的方法，克服了光照不均勻，圖像偏暗等缺點使得達到到較滿意的增強效果。

關鍵詞：彩色圖像增強；同態濾波；YIQ

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.188

0 引言

在獲取圖像過程中由于噪聲、光照等因素的影響，圖像的質量會下降，如圖像的輪廓的清晰度，圖像整體的對比度，圖像的明暗程度等，這會導致圖像的特征不是很明顯，不利于后續的圖像處理，如圖像辨識，圖像分割等。所以圖像增強就是突出“有用”信息，去除或抑制無用的信息以便于觀察、識別或進一步的處理[1]。

近幾年隨著彩色圖像及視頻圖像處理技術的發展與廣泛應用，彩色圖像增強也成為一個重要的發展領域。本文著重于對彩色圖像進行圖像增強的研究。日常生活中獲得圖像的過程是用光照射物體，物體表面的反射光線進入成像系統，即可得到一幅圖像[2]，但是由于光照不足或者照明度分布不均勻的時候，圖像中的細節部分就很難分辨。由于YIQ顏色空間與RGB顏色空間之間是線性變換的關系，計算量相對小，聚類特性也比較好，可以適應光照強度不斷變化的場合，因此本文是將彩色圖像RGB顏色空間轉換到YIQ顏色空間中進行分析處理。

1 利用YIQ色彩空間的圖像增強

1.1 RGB空間到YIQ空間的轉換

目前，彩色數字圖像可有多種色彩空間模型來表達[3-4]。RGB彩色模型中為紅，綠，藍三個顏色通道，每一幅彩色圖像都是由紅，綠，藍三基色按照不同的比例由0-255范圍內的強度值疊加而成的，因此RGB彩色模型中可以顯示出 種顏色。YIQ彩色模型中，它的三個分量為Y、I、Q，Y分量代表圖像的亮度信息，I分量表示從橙色到青色的顏色變化，而Q分量則表示從紫色到黃綠色的顏色變化。YIQ空間中可將Y（亮度）分量提取出來進行處理實現圖像增強。RGB顏色空間與YIQ顏色空間的轉換計算量小，能夠有效的用于彩色圖像處理。

RGB顏色空間轉換到YIQ顏色空間的公式如下：

（1）

1.2 同態濾波算法

圖像同態濾波方法是把頻率和灰度變換結合起來的一種圖像處理方法，它應用圖像的入射光量和反射光量來作為頻域處理的基礎。通過物體表面反射光線進入成像系統，即可得到一幅圖像 [2]。

即 f（x，y）=i（x，y）r（x，y） （2）

其中入射光分量 由照明源決定，而反射光分量是物體本身反射的光強度。對于上式（2）取對數可得：

ln f（x，y）=ln i（x，y）+ln r（x，y）， （3）

再對上式進行傅里葉變換，得頻域表達式：

F（u，v）=Im（u，v）+Re（u，v） （4）

設用濾波器函數H（u，v）來處理圖像F（u，v）進行濾波，然后進行傅里葉逆變換，最后進行指數變換從而得到增強后的圖像。

在同態濾波過程中，反射分量反映圖像細節的內容，其頻譜處于高頻區域；入射分量在空間上變化緩慢，其處于低頻區域[2]。因此同態濾波函數H（u，v）的選擇對濾波效果起著決定性作用，它能夠增強圖像細節結構，加強高頻區域并削弱低頻區域。最終結果是將圖像的中的動態范圍壓縮以及對比度增強。

1.3 Y分量同態濾波的實現步驟

由于在YIQ空間中，I分量跟Q分量分別是表示色調和飽和度，二者攜帶的是顏色信息，對轉換后的圖像顏色產生較大的影響，因此本文是針對YIQ空間的Y分量進行同態濾波處理的，具體處理步驟如下：

Step1：在Matlab中通過式（1）將讀入的R、G、B分量線性轉換到YIQ顏色空間；

Step2：在YIQ色彩空間中的Y分量利用1.2小節中的同態濾波算法在Matlab中實現，而其他I，Q兩個分量保持不變。

Step3：最后將Y，I，Q三個分量合成到YIQ空間中，得到圖2。

Step4：最后將Step3得到的圖像再由YIQ色彩空間轉換回到RGB空間中。YIQ空間的圖像轉回到RGB色彩空間中。

結果分析：圖1為原始的RGB圖像，由圖2中可以看出，經過同態濾波處理的Y分量圖像，圖中的高頻成分有所增強，具體表現在圖像的細節部分，色彩更加艷麗。圖2中的女孩兒面部以及整體都變得不如原始圖像清晰，對比度也降低，而且色調以紅藍為主色調，視覺效果很差。圖像中的某些細節更加清晰，自然。

2 總結

在YIQ彩色空間中基于同態濾波的圖像增強，同態濾波過程中只處理攜帶信息量大的Y分量，實驗表明，僅對Y分量處理后，其他兩個分量保持不變，圖像效果大有改善，圖像的色彩保持良好。

參考文獻：

[1]楊帆.數字圖像處理與分析[M].北京：北京航天航空大學出版社， 2007（06）.

[2]張德峰.詳解MATLAB數字圖像處理[M].北京：電子工業出版社，

2010（07）.

[3]章毓晉.圖像工程（上）：圖像處理和分析[M].北京：清華大學出版社，2001.

[4]阮秋琦.數字圖像處理學[M].北京：電子工業出版社，2001.

項目號：延安大學西安創新學院2017年度校級科研項目

項目號：2017XJKY-3，基于云計算的室內定位方法及系統的應用研究

作者簡介：苗水清（1988-），女，內蒙古人，碩士研究生，研究方向：圖像處理。