[发明专利]一种基于Retinex理论的快速彩色图像增强方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于彩色图像的快速图像增强方法，尤其涉及一种基于Retinex理论，通过构造新的色彩空间来减少色彩空间转换的运算量，并通过简化高斯卷积运算来提高运算速度的快速彩色图像增强方法，属于数字图像处理技术领域。

背景技术

彩色图像增强是改善图像质量的有效措施之一。它是在增强图像细节、提高图像质量的同时，以不带来失真或色偏为前提，使得图像更加生动和色彩鲜艳，以便于人眼观察和机器后期处理。目前，彩色图像增强主要包括两方面的任务：灰度图像增强和彩色空间的颜色信息处理。

灰度图像的常规增强方法主要有非线性转换、直方图均衡化、同态滤波等，这些方法在处理雾天或沙暴等环境下的图像时存在局限性，不能在增强细节和拉伸对比度两方面都达到满意的效果。

1964年，E·Land从人类视觉的亮度和颜色感知出发，提出了色彩恒常知觉的Retihex理论。色彩恒常知觉是指在照明发生变化的条件下，人们对物体表面的知觉存在趋于稳定的心理倾向。基于Retinex理论的图像增强方法是将入射光变化造成的场景成像模糊的因素消除，提取出反映场景本来特征的部分。从物理意义上分析，该图像增强方法是在对数空间中，将原图像减去高斯函数与原图像的卷积，其物理本质是除去了原图像中的平滑的部分，突出了原图像中的快速变化的部分，而且高斯函数越尖锐，越是突出图像中的细节，高斯函数越平坦，图像色调保持得越好。基于Retinex理论的图像增强方法可以在拉伸对比度的同时，增强图像的细节并保持颜色恒定性，在雾、霭等气候状况下能够获得更加良好的处理效果。

目前，应用较多的是利用中心/包围函数来计算的单尺度Retinex方法(SSR)及多尺度Retinex方法(MSR)。对于这两种方法的介绍，可以参考论文《An analysis of selected computer interchange color space(对备选计算机交互色彩空间的分析)》(载于《Association forComputing Machinery Transactions on Graphics》，1992年11月第2期，第33到34页)和《Properties and performance of acenter/surroundretinex(中心/边缘Retinex方法的性质和效能)》(载于《IEEETransaction On Image Processing》，1997年第6期，第451到462页)。

但是，上述MSR和SSR方法还存在一定的缺陷。首先，MSR和SSR方法需要同时在R、G、B三个色彩通道中进行处理，计算量庞大。其次，MSR方法需要对原始图像进行多次不同参数下的卷积运算，这种卷积运算十分耗时。而且在进行卷积运算时，图像尺寸的大小和扩充的数值都将影响到计算结果，并且会增大计算量，影响了方法的效率。再次，MSR方法在结束卷积运算后，需要将处理前后的图像数据转换到log(对数)域，再进行减法运算。这时的输出图像不能够直接用来显示或打印，必须经过相应的处理，将输出图像的像素映射到0～255的范围内，否则得到的结果图像偏灰，改善效果不明显。

在此背景下，研究一种既能提高运算速度，又能保证增强后色彩真实鲜艳的快速图像增强方法显得尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于Retinex理论的快速彩色图像增强方法。该方法通过构造新的色彩空间来减少色彩空间转换的运算量；通过简化高斯卷积运算提高运算速度；并通过自适应后处理来拉伸结果和调节全局对比度，从而保证了图像增强的速度和质量。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种基于Retinex理论的快速彩色图像增强方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)从原始图像的RGB色彩空间中选取R、G、B三个色彩分量中的最大值作为亮度信息，得到亮度图像；

(2)对所述亮度图像进行高斯卷积运算：通过预先构造多个均值模板将多次高斯卷积运算简化为均值运算，得到高斯卷积运算后的图像；

(3)将转换到对数域中的原始图像和转换到对数域中的多次高斯卷积运算后图像的均值相减，得到相减后图像，进行拉伸以调节所述相减后图像的像素值分布，得到输出亮度图像；

(4)将所述输出亮度图像转换回所述RGB色彩空间，得到最终的输出结果图像。

其中，所述步骤(2)中，通过选取环绕高斯函数的尺度参数和相应的高斯模板尺寸实现将多次高斯卷积运算简化为均值运算。