[发明专利]基于亮度转换函数的单帧弱光图像增强方法

说明书

本发明公开了一种基于亮度转换函数的单帧弱光图像增强方法，亮度转换函数用于将曝光时间为t₀的图像P₀转换到曝光时间为t₁的图像P₁。本发明主要包括构建亮度转换函数和图像增强两个模块。首先对同一场景进行多次曝光拍摄，利用曝光时间不同的图像构建亮度转换函数，然后以原始的弱光图像作为亮度转换函数的输入，产生一张过曝的图像，融合原始图像与过曝图像，得到最终结果。本发明避免了多帧图像融合时由于场景中物体的移动而需要进行的对准处理，提高了图像处理的效率，且本发明提出的方法复杂度不高，求解高效简洁，适于实时处理。

技术领域

本发明涉及利用亮度转换函数实现单帧弱光图像增强的方法，该方法能够避免多帧融合时由于存在物体移动需要额外的对准时间而导致的效率低下的问题。

背景技术

图像增强技术是图像处理领域的重要技术之一，拍摄环境光照不充足或者拍摄时相机曝光参数设置偏低会导致拍摄的图像亮度偏低，从而无法准确识别图像信息。利用图像增强技术有助于恢复图像信息，提高图像质量。

多帧融合技术是目前使用最广泛的图像增强技术，多帧融合是对同一场景短时间内多次曝光拍摄，获得多张不同曝光时间的图像，将多帧图像进行融合得到最终的结果。但是，多帧融合中存在因物体抖动导致图像无法对齐的问题。由于生活中的大部分场景是动态的，故连拍的图像之间存在物体的移动，甚至图像之间会存在不同的物体。为了消除物体移动对融合的不良影响，在图像融合前会先进行图像对准。图像对准操作会导致时间效率下降，并且如果物体的移动范围较大，那么融合结果仍会出现物体移动的痕迹，从而导致图像质量下降。

发明内容

为了避免多帧融合时由于额外的对准时间而导致的效率低下问题以及因物体移动范围较大造成无法对准的问题，并提供了一种基于亮度转换函数的单帧弱光图像增强方法。本发明通过不同曝光时间的图像构建了亮度转换函数，结合原始的弱光图像，利用所构建的亮度转换函数产生过曝的图像，再进行图像融合得到最终结果，从而实现了不需要图像对准操作的图像单帧融合增强技术。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一种基于亮度转换函数的单帧弱光图像增强方法，其步骤如下：

S1：在相同照明条件下，以色卡作为拍摄对象，通过调节相机曝光时间，拍摄不同曝光时间下的色卡欠曝图像和色卡过曝图像，除曝光时间外相机的其他参数设置均一致；

S2：提取所述色卡欠曝图像和色卡过曝图像的颜色信息，所述颜色信息为图像中除重复色块以及高亮色块之外的每个色块的R、G和B值；

S3：以所述色卡欠曝图像的颜色信息为自变量，所述色卡过曝图像的颜色信息为因变量，通过数据拟合得到拟合函数形式以及拟合参数初始值，将所述拟合函数形式作为亮度转换函数；

S4：针对待增强的弱光图像，计算其亮度图的初始估计值，再通过滤波后得到弱光图像的亮度图；

S5：将所述弱光图像的亮度图作为所述的亮度转换函数的自变量输入，在所述拟合参数初始值下，计算得到过曝图像的亮度图；再判断该过曝图像的亮度图中像素均值是否满足过曝图像的目标亮度要求，若满足则将当前的拟合参数值作为最终拟合参数值，若不满足则不断调整当前的拟合参数值直至满足要求；

S6：将待增强的弱光图像的颜色信息作为所述亮度转换函数的自变量输入，在所述最终拟合参数值下，计算得到过曝图像；

S7：融合待增强的弱光图像与S6中得到的过曝图像，作为弱光图像的增强结果。

作为优选，所述的S1中，需设置多组不同曝光时间，使拍摄的图像从欠曝过渡到过曝；将不同曝光时间组合下的色卡欠曝图像和色卡过曝图像均用于S3中的数据拟合，得到最佳的亮度转换函数。

作为优选，所述S3中的具体拟合方法为：