[发明专利]基于直方图均衡的彩色图像增强处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及彩色图像(Color Image)的图像处理技术，具体涉及一种基于直方图均衡的彩色图像增强处理方法，属于数字图像处理领域。

背景技术

在图像处理和计算机视觉领域，图像处理技术是提高图像质量，达到最优图像显示效果的关键技术。图像的增强技术是一个已经被大量研究，而且仍需进一步研究的重要方向。

图像增强的目的是增强图像中的有用信息，改善图像的视觉效果，针对给定图像的应用场合，有目的地强调图像的整体或局部特性，将原来不清晰的图像变得清晰或强调某些感兴趣的特征，扩大图像中不同物体特征之间的差别，改善图像质量、丰富信息量，加强图像判读和识别效果。图像增强的应用范围非常广泛，比如在低光照条件下获得的图像，直接在屏上显示时效果比较差，甚至会产生图像失真。所以原图像在屏幕上显示之前，需要经过一定的对比度增强处理。

常见的彩色空间有，RGB、YUV/YCbCr、HSV/HSI/HSL等等。RGB色彩模式是工业界的一种颜色标准，是通过对红(R)、绿(G)、蓝(B)三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色的，是目前运用最广的颜色系统之一，缺点是该空间并不直接包含色调、色度等信息。YCbCr/YUV通常会应用于影片的影像连续处理，或是数字摄影系统中，Y为颜色的亮度(luma)成分，而Cb和Cr则为蓝色和红色的浓度偏移量成份。其色彩空间的主要优点在于它的亮度信号Y和色度信号Cb、Cr是分离的，如果只有Y信号分量而没有Cb、Cr分量，那么这样表示的图像就是黑白灰度图像。缺点是也并无直接的色调信息。HSV/HSI/HSL空间反映了人的视觉系统感知色彩的方式，以色调、饱和度和强度三种基本特征量来感知颜色。色调H(Hue)与光波的波长相关，它表示人的感官对不同颜色的感受，如红色、绿色、蓝色等。饱和度S(Saturation)表示颜色的纯度，饱和度越大，颜色看起来就会越鲜艳，反之亦然。亮度V/I/L对应成像亮度和图像灰度，是颜色的明亮程度。HSI模型的建立基于两个重要的事实：亮度分量与图像的彩色信息无关；H和S分量与人感受颜色的方式是紧密相连的，这些特点使得HSV/I/L模型非常适合彩色特性检测和分析。但是HSV/I/L无法直接应用到影像系统中。

彩色图像对比度增强一般的方法是在HSV/I/L空间保持色调H不变，对亮度信息V/I/L进行最常见的灰度图像增强方法——直方图均衡(Histogram Equalization)。直方图均衡化处理的“中心思想”是把原始图像的灰度直方图从比较集中的某个灰度区间变成在全部灰度范围内的均匀分布，直方图均衡化就是对图像进行非线性拉伸，重新分配图像像素值，使一定灰度范围内的像素数量大致相同，把给定图像的直方图分布改变成直方图“均匀”分布。这样图像能够达到亮度上的对比度增强，但是缺少色度上的对比度增强。

鉴于以上所述，提供一种能在分离空间对图像亮度进行增强，同时对图像色度的对比度进行增强的图像处理方法实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于直方图均衡的彩色图像增强处理方法，用于解决现有技术中图像增强能够达到亮度上的对比度增强，但是缺少色度上的对比度增强的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于直方图均衡的彩色图像增强处理方法，所述处理方法包括步骤：

步骤1)，将原图像转换到YCbCr色彩空间，得到原图像中每个像素点的亮度Y分量、蓝色色度Cb分量及红色色度Cr分量；

步骤2)，统计亮度Y分量方向的直方图，并对所述直方图进行阈值分割；

步骤3)，基于阈值分割点对Y分量方向的直方图进行局部直方图均衡；

步骤4)，建立色偏坐标系，所述色偏坐标系的横坐标为Cb-128，纵坐标为Cr-128，当Cb＝128且Cr＝128时，使得像素所对应的RGB值中R、G、B的值相等；

步骤5)，提供一预设阈值，统计像素点到原点的距离f(Cb,Cr)的Y分量方向的直方图，并对f(Cb,Cr)大于预设阈值的直方图部分，进行直方图均衡；

步骤6)，将所有像素从YCbCr色彩空间转换到所需的色彩空间，得到新的图像。

作为本发明的基于直方图均衡的彩色图像增强处理方法的一种优选方案，步骤2)的阈值分割方法采用高亮度保持算法，阈值分割点x通过如下公式确定：

其中，xmin和xmax分别为灰度值的最小值和最大值，xmid为所有灰度值的中值。