[发明专利]一种用于保留结构及平衡亮度的低质量焊接图像增强方法

权利要求书

1.一种用于保留结构及平衡亮度的低质量焊接图像增强方法，其特征在于：具体步骤为：

Step1：输入的低质量焊接原始图像，通过主成分分析算法提取焊接图像中的第一主成分作为初始光照分量，形成初始光照分量图像输出；

Step2：利用相对全变分模型对 Step1 初始光照分量图像进行处理，形成结构特征优化的光照分量图像输出；

Step3：对 Step2 结构特征优化的光照分量图像再分两路处理，一路与原始图像一起直接代入Retinex模型求取反射分量图，另一路通过对数变换增强算法处理获取亮度优化的光照分量图；

 Step4：根据Retinex模型，将Step3得到的反射分量图和亮度优化的光照分量图进行融合，得到重建图像；

 Step5：引入引导滤波器，将Step1 输出的初始光照分量图像作为引导图，对Step4 得到的重建图像进行滤波，从而得到最终的增强图像。

2.根据权利要求1所述的用于保留结构及平衡亮度的低质量焊接图像增强方法，其特征在于：所述Step1的具体步骤为：采用主成分分析算法对输入的低质量焊接原始图像进行处理，提取到的第一主成分作为Retinex模型中的初始光照分量图，将输入图像作为原始图像I，计算矩阵数据的均值μ，对矩阵进行零均值化处理；随后将矩阵转置与矩阵本身点乘，构建协方差矩阵；然后求得协方差矩阵的特征值和所对应的特征向量，排序选出最大的特征值λ_max及其对应的特征向量EV_max；将特征向量EV_max与原始图像I点乘，获得输入图像的第一主成分，作为初始光照分量图L输出。

3.根据权利要求1所述的用于保留结构及平衡亮度的低质量焊接图像增强方法，其特征在于：所述Step2的具体步骤为：通过相对全变分模型对初始光照分量图 L进行处理，通过遍历计算像素窗口总变化量和窗口固有变化量来增强纹理和结构之间的对比度，相对全变分模型将像素窗口总变化量和窗口固有变化量结合起来，形成一个最优化目标函数，如下：

式中，||*||_F和||*||₁分别表示费罗贝乌斯范数和1-范数； L是初始光照分量图，是相对全变分模型求取的结构特征优化的光照分量图像；ρ代表图像遍历的各像素点；和分别代表水平和垂直的一阶导数算子，和分别代表求解 L的两个方向的一阶导数；和代表权重矩阵；γ是平衡两项算式的系数，其中，权重矩阵和由下式计算：

式中，是中心位于p，点的区域；i为该区域内的各像素点索引；表示标准偏差为σ的高斯核；|*|表示绝对值符号；为一个极小的正常数，通过求解公式(1)的最优化目标函数，形成结构特征优化的光照分量图像输出。

4.根据权利要求1所述的用于保留结构及平衡亮度的低质量焊接图像增强方法，其特征在于：所述Step3的具体步骤为：对上一步输出的结构特征优化的光照分量图像再分两路处理，一路与原始图像I一起直接代入Retinex模型求取反射分量图R,公式如下：符号e代表函数；另一路通过对数变换增强算法处理获取亮度优化的光照分量图，公式如下：。

5.根据权利要求1所述的用于保留结构及平衡亮度的低质量焊接图像增强方法，其特征在于：所述Step4的具体步骤为：根据Retinex模型，融合上一步输出的光照分量图和反射分量图R，得到重建图像I_f，公式如下：。

6.根据权利要求1所述的用于保留结构及平衡亮度的低质量焊接图像增强方法，其特征在于：所述Step5的具体步骤为：采用引导滤波器进一步优化重建图像I_f的质量，得到最终的增强图像，将初始光照分量图像L作为引导滤波所需的引导图，引导滤波的窗口半径设为3，正则化参数为0.001，加入引导滤波处理后的图像不仅保留了原始结构特征并且亮度分布仍然均匀，同时能够去除前序步骤给重建图像带来的噪声、光晕及块效应。