一种小波域亮度保持的图像细节增强方法及装置

摘要

本发明提供了一种小波域亮度保持的图像细节增强方法及装置，在图像小波域(即频域)，以小波直方图为基础,本发明可根据输入图像的特点自动将输入图像的低频子图的直方图分割为若干分块直方图，并在各分块内做小波系数增强处理，合并小波低频子图，最后通过小波逆变换输出增强图像，可针对消费类电子产品及红外图像处理图像要求输入与输出图像亮度基本保持一致的条件下，提高输出图像细节呈现能力和抗噪声能力。

说明书

技术领域

本发明涉及图像对比度增强技术领域，尤其涉及一种小波域亮度保持的图像细节增强方法及装置。

背景技术

全局直方图均衡化是数字图像增强的常用方法之一，其算法虽然实现简单，但不适合应用于对图像亮度要求保持较高的图像处理领域。这是因为在直方图均衡化增强过程中，图像增强前后图像平均亮度的变化太高，再有就是灰度级被合并常常导致增强图像质量的恶化和大量的信息丢失等问题。在一些图像处理领域(例如消费类电子产品、红外图像处理系统)中，一方面既要处理的图像与输入图像亮度保持较好，同时还要求处理的图像对比度好，细节能够清晰。实际上，亮度保持和对比度增强是一个相互约束的问题。也就是说，如果要求处理的图像与输入图像在亮度上保持一致，那么增强图像的对比度就会小，细节难于突出，图像视觉感官不清晰。亮度保持为了准确地保持输入图像的亮度，往往会使输出图像不能实现较好的对比增强或者局部过分增强，反之亦然。

发明内容

本发明旨在提供一种克服上述问题之一或者至少部分地解决上述任一问题的小波域亮度保持的图像细节增强方法及装置。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

本发明一方面提供了一种小波域亮度保持的图像细节增强方法，包括：

用db系列小波基db1小波对输入图像I进行一层小波分解，得到低频子图ca，第一高频子图ch、第二高频子图cv和第三高频子图cd；

对低频子图ca取整，得到取整后的低频子图ca1,并计算取整后的低频子图ca1的最大值Mca；

在[0,Mca]确定取整后的低频子图ca1的每个小波系数出现的频次，得到小波直方图h,长度Mca；

获取小波直方图计算公式

利用第一数组h

将第一数组h

设置第一公共数组Hx存放分块小波直方图，第二公共数组idx存放第一公共数组Hx的小波系数，其中，第一数组h

(1+length(jg

计算第一公共数组Hx中各分块小波直方图的概率

对第一公共数组Hx中各分块小波直方图按如下公式计算：

其中i＝1...length(Hx)，f(i)为新低频子图ca2的新小波系数，P

将新低频子图ca2与第一高频子图ch、第二高频子图cv和第三高频子图cd作小波重构，得到重构图像I1；

利用公式

其中，P

其中，P

其中，预设值为20。

本发明另一方面提供了一种小波域亮度保持的图像细节增强装置，包括：

分解模块，用于用db系列小波基db1小波对输入图像I进行一层小波分解，得到低频子图ca，第一高频子图ch、第二高频子图cv和第三高频子图cd；

第一计算模块，用于对低频子图ca取整，得到取整后的低频子图ca1,并计算取整后的低频子图ca1的最大值Mca；

第一确定模块，用于在[0,Mca]确定取整后的低频子图ca1的每个小波系数出现的频次，得到小波直方图h,长度Mca；

第二计算模块，用于获取小波直方图计算公式

记录模块，用于利用第一数组h

分割模块，用于将第一数组h

第二确定模块，用于设置第一公共数组Hx存放分块小波直方图，第二公共数组idx存放第一公共数组Hx的小波系数，其中，第一数组h

第三计算模块，用于计算第一公共数组Hx中各分块小波直方图的概率

第四计算模块，用于对第一公共数组Hx中各分块小波直方图按如下公式计算：

其中i＝1...length(Hx)，f(i)为新低频子图ca2的新小波系数，P

重构模块，用于将新低频子图ca2与第一高频子图ch、第二高频子图cv和第三高频子图cd作小波重构，得到重构图像I1；

输出模块，用于利用公式

其中，P

其中，P

其中，预设值为20。

由此可见，本发明实施例提供的小波域亮度保持的图像细节增强方法及装置，在图像小波域(即频域)，以小波直方图为基础,本发明可根据输入图像的特点自动将输入图像的低频子图的直方图分割为若干分块直方图，并在各分块内做小波系数增强处理，合并小波低频子图，最后通过小波逆变换输出增强图像，可针对消费类电子产品及红外图像处理图像要求输入与输出图像亮度基本保持一致的条件下，提高输出图像细节呈现能力和抗噪声能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的小波域亮度保持的图像细节增强方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的小波域亮度保持的图像细节增强装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的低对比度图像—爱因斯坦示意图；

图4为本发明实施例提供的低亮度图像—风景示意图；

图5为本发明实施例提供的红外图像示意图；

图6为本发明实施例提供的高亮度图像—梅花示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明提供的小波域亮度保持的图像细节增强方法及装置，利用小波域的小波直方图自动分割技术，将小波低频子图分割成若干小波直方图处理，算法最大程度的平衡了亮度保持与对比度增强之间的矛盾，输出图像与输入图像亮度误差最小，同时又能够实现图像对比度增强，清晰呈现图像细节，可以适用于亮度保持要求较高的消费类电子产品图像和红外图像处理系统中。

图1示出了本发明实施例提供的小波域亮度保持的图像细节增强方法的流程图，参见图1，本发明实施例提供的小波域亮度保持的图像细节增强方法，包括：

S1，用db系列小波基db1小波对输入图像I进行一层小波分解，得到低频子图ca，第一高频子图ch、第二高频子图cv和第三高频子图cd。

具体地，用db系列小波基中的db1小波对输入图像I进行一层小波分解，得到低频子图ca，三个高频子图ch、cv、cd。

S2，对低频子图ca取整，得到取整后的低频子图ca1,并计算取整后的低频子图ca1的最大值Mca。

具体地，对低频子图ca四舍五入法取整，取整后新子图为ca1,并计算ca1最大值为Mca。

S3，在[0,Mca]确定取整后的低频子图ca1的每个小波系数出现的频次，得到小波直方图h,长度Mca。

具体地，在[0,Mca]统计ca1的每个小波系数出现的频次(即小波直方图)，小波直方图为h,长度为Mca。

S4，获取小波直方图计算公式

具体地，利用公式

S5，利用第一数组h

具体地，将0

S6，将第一数组h

作为本发明实施例的一个可选实施方式，预设值为20。具体地，本步骤进行小波直方图h

S7，设置第一公共数组Hx存放分块小波直方图，第二公共数组idx存放第一公共数组Hx的小波系数，其中，第一数组h

具体地，设置公共数组Hx存放分块小波直方图，公共数组idx存放Hx的小波系数，小波直方图h

同理，获取小波直方图h

S8，计算第一公共数组Hx中各分块小波直方图的概率

S9，对第一公共数组Hx中各分块小波直方图按如下公式计算：

其中i＝1...length(Hx)，f(i)为新低频子图ca2的新小波系数，P

作为本发明实施例的一个可选实施方式，P

S10，将新低频子图ca2与第一高频子图ch、第二高频子图cv和第三高频子图cd作小波重构，得到重构图像I1。

具体地，将新低频子图ca2与ch、cv、cd作小波重构，重构图像为I1。

S11，利用公式

由此可见，通过本发明实施例提供的小波域亮度保持的图像细节增强方法，在图像小波域(即频域)，以小波直方图为基础,本发明可根据输入图像的特点自动将输入图像的低频子图的直方图分割为若干分块直方图，并在各分块内做小波系数增强处理，合并小波低频子图，最后通过小波逆变换输出增强图像，可针对消费类电子产品及红外图像处理图像要求输入与输出图像亮度基本保持一致的条件下，提高输出图像细节呈现能力和抗噪声能力。

图2示出了本发明实施例提供的小波域亮度保持的图像细节增强装置的结构示意图，本发明实施例提供的小波域亮度保持的图像细节增强装置应用于上述方法，以下仅对小波域亮度保持的图像细节增强装置的结构进行概括说明，其他未尽事宜，请参照上述小波域亮度保持的图像细节增强方法中的相关说明，参见图2，本发明实施例提供的小波域亮度保持的图像细节增强装置，包括：

分解模块，用于用db系列小波基db1小波对输入图像I进行一层小波分解，得到低频子图ca，第一高频子图ch、第二高频子图cv和第三高频子图cd；

第一计算模块，用于对低频子图ca取整，得到取整后的低频子图ca1,并计算取整后的低频子图ca1的最大值Mca；

第一确定模块，用于在[0,Mca]确定取整后的低频子图ca1的每个小波系数出现的频次，得到小波直方图h,长度Mca；

第二计算模块，用于获取小波直方图计算公式

记录模块，用于利用第一数组h

分割模块，用于将第一数组h

第二确定模块，用于设置第一公共数组Hx存放分块小波直方图，第二公共数组idx存放第一公共数组Hx的小波系数，其中，第一数组h

第三计算模块，用于计算第一公共数组Hx中各分块小波直方图的概率

第四计算模块，用于对第一公共数组Hx中各分块小波直方图按如下公式计算：

其中i＝1...length(Hx)，f(i)为新低频子图ca2的新小波系数，P

重构模块，用于将新低频子图ca2与第一高频子图ch、第二高频子图cv和第三高频子图cd作小波重构，得到重构图像I1；

输出模块，用于利用公式

作为本发明实施例的一个可选实施方式，P

作为本发明实施例的一个可选实施方式，P

作为本发明实施例的一个可选实施方式，预设值为20。

由此可见，通过本发明实施例提供的小波域亮度保持的图像细节增强装置，在图像小波域(即频域)，以小波直方图为基础,本发明可根据输入图像的特点自动将输入图像的低频子图的直方图分割为若干分块直方图，并在各分块内做小波系数增强处理，合并小波低频子图，最后通过小波逆变换输出增强图像，可针对消费类电子产品及红外图像处理图像要求输入与输出图像亮度基本保持一致的条件下，提高输出图像细节呈现能力和抗噪声能力。

为更好的说明本发明的积极效果，将GHE、BBHE、BHEPL、BHEMHE、MMBEBHE等算法与本发明进行在运行时间、平均亮度误差(ABME)、峰值信噪比(PSNR)等指标进行对比，数据为处理20幅图像的平均值，数据表如表1。

表1

从表1看，本发明的运行速度与经典全局直方图(GHE)算法几乎一致，平均亮度误差(ABME)最小，说明本发明增强的图像与输入图像在亮度上基本保持一致；同时本发明处理的图像峰值信噪比(PSNR)与信息熵数值最高，表明本发明与其它方法相比在噪声抑制和信息细节量上是最优的。

同时，通过图3、4、5、6表明经过本发明实施例提供的小波域亮度保持的图像细节增强方法处理前和处理后的图像。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。