專利名稱：一種圖像增強(qiáng)方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像處理領(lǐng)域，尤其涉及一種圖像增強(qiáng)方法和裝置。
背景技術(shù)：
隨著多媒體技術(shù)的廣泛應(yīng)用和不斷發(fā)展，數(shù)字圖像處理變得越來越重要。在圖像 的形成、傳輸或變換的過程中，由于受到多種因素的影響，如系統(tǒng)噪聲，曝光不足或過量等， 往往使圖像與原始圖像之間產(chǎn)生某種差異，即圖像降質(zhì)或退化。因此，在許多應(yīng)用場(chǎng)合中， 得到的原始圖像或視頻幀序列必須再次處理，使其視覺效果更好或者視覺內(nèi)容更豐富。其 中，現(xiàn)有技術(shù)中，常用的圖像增強(qiáng)技術(shù)為圖像銳化處理和平滑處理。銳化處理作為數(shù)字圖像增強(qiáng)技術(shù)中的一種，主要目的就是更好地突出圖像的細(xì) 節(jié)，或者增強(qiáng)被模糊了的細(xì)節(jié)，從而得到一幅有較好的視覺效果和較多視覺內(nèi)容的圖像。目 前有許多適用于圖像銳化的濾波器，其中最有代表性的是線性銳化濾波器，其中有拉普拉 斯算子Laplacian、對(duì)比度增強(qiáng)濾波算子imsharp等。線性銳化濾波器是一種微分算子，強(qiáng) 調(diào)圖像中灰度的突變，這種方法可能會(huì)產(chǎn)生過度銳化的問題，導(dǎo)致過分突出細(xì)節(jié)，使圖像失 真或在銳化的同時(shí)也增強(qiáng)了噪聲數(shù)據(jù)。平滑處理的目的是為了減少圖像噪聲。但圖像中的 噪聲往往和信號(hào)交織在一起，因此平滑過程中會(huì)使圖像本身的細(xì)節(jié)、邊界輪廓、線條變得模 糊不清。為了得到更好的圖像效果，本發(fā)明提出的自適應(yīng)圖像增強(qiáng)技術(shù)特別適用于噪聲圖 像的增強(qiáng)場(chǎng)合，為了得到平衡適度的圖像增強(qiáng)結(jié)果，本發(fā)明選用了一個(gè)簡(jiǎn)單的、在銳化和平 滑之間折中的、采用線性分段函數(shù)的圖像銳化方法，可以在圖像銳化的同時(shí)進(jìn)行有效的噪
聲去除。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種圖像增強(qiáng)方法和裝置， 該方法和裝置將圖像平滑和圖像銳化有機(jī)結(jié)合起來，充分利用像素間和鄰域內(nèi)像素灰度差 關(guān)聯(lián)信息，在圖像銳化的同時(shí)進(jìn)行有效的噪聲去除，更好的提高圖像的增強(qiáng)效果。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下—種圖像增強(qiáng)方法，其包括以下步驟(1)圖像的采集及數(shù)字化通過攝像頭采集圖像并進(jìn)行圖像數(shù)字化；(2)圖像的自適應(yīng)增強(qiáng)通過分段線性函數(shù)及邊界消除濾波器對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)處 理；(3)輸出增強(qiáng)后的圖像輸出經(jīng)過自適應(yīng)增強(qiáng)后的圖像。進(jìn)一步，步驟(2)中，對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理時(shí)，根據(jù)圖像中某處空間結(jié)構(gòu)的分類分 別對(duì)該處給予平滑處理或者銳化處理，具體來說，對(duì)于平坦區(qū)域進(jìn)行平滑處理，對(duì)于邊緣或 細(xì)節(jié)區(qū)域，則進(jìn)行銳化處理。進(jìn)一步，步驟(2)中，通過分段線性函數(shù)對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理的方法如下
設(shè)輸入的數(shù)字圖像是一個(gè)有L個(gè)灰度級(jí)別的灰度圖像，f(x，y)是在坐標(biāo)(x，y)處 的像素的灰度值，本方法定義在坐標(biāo)(x，y)的3X3鄰域上。用fi(x，y)，i = 1，2，...，8分 別表示(X，y)的相鄰像素的灰度值，Ef (x, y)表示f(x，y)經(jīng)增強(qiáng)處理后的輸出結(jié)果，該結(jié) 果是按照下面公式來實(shí)現(xiàn)的Ef (x, y) = min (f (χ, y) +η (χ, y), L-1), L = 256(1)
(2)Afi (χ, y) = f(x, y)-fi(x, y) , i = 1,2, ... ,8(3)其中，函數(shù)s ()是一個(gè)分段線性函數(shù)；公式(3)表示以輸入圖像的每個(gè)像素為中心點(diǎn)，中心點(diǎn)的灰度值分別與它的8個(gè) 相鄰像素的灰度值相減，可得到差值Δ ·“χ，y)，公式(2)的n(x，y)是AfiOc, y)對(duì)輸出 E(x,y)的加權(quán)貢獻(xiàn)。更進(jìn)一步，所述的分段線性函數(shù)s ()如下 公式⑷的ksh和ksm分別是兩個(gè)可變參數(shù)，ksm用于調(diào)整平滑的程度，ksh用于調(diào)整 銳化的程度。進(jìn)一步，通過邊界消除濾波器對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理的方法如下通過邊界消除濾波器來消除圖像中存在的噪聲邊界，其結(jié)果是按照下面的公式來 實(shí)現(xiàn)的Et(^y)=minnin
i=\,2,...,N/=IU其中，AEi(x，y) = E(χ, y)-Ei (χ, y), i = 1,2, · · ·，8其中，g()是一個(gè)非線性函數(shù)，
Γν, 0 < V < L -1Ρ·(ν)= <
M )
進(jìn)一步，為了更好的消除噪聲的誤銳化，設(shè)置了強(qiáng)平滑、弱平滑、強(qiáng)銳化及弱銳化 分段。進(jìn)一步，所述的ksh的取值為3 7，kSffl的取值為12 18，其較優(yōu)取值為ksh的取 值為5，ksm的取值為15。為了實(shí)現(xiàn)上述方法，本發(fā)明提出了一種圖像增強(qiáng)裝置，該裝置包括以下模塊圖像采集模塊用于通過攝像頭采集圖像并將圖像數(shù)字化；圖像自適應(yīng)增強(qiáng)模塊用于通過分段線性函數(shù)及邊界消除濾波器對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng) 處理；圖像輸出模塊用于增強(qiáng)后的圖像的輸出。進(jìn)一步，所述的圖像自適應(yīng)增強(qiáng)模塊還設(shè)有以下子模塊分段加權(quán)增強(qiáng)子模塊，用于對(duì)圖像的局部區(qū)域進(jìn)行平滑和銳化處理；邊緣輪廓消除子模塊，用于檢測(cè)圖像區(qū)域內(nèi)差異度最大的像素并去除。本發(fā)明的效果在于使用本發(fā)明提出的自適應(yīng)圖像增強(qiáng)技術(shù)，將圖像平滑和圖像 銳化有機(jī)的結(jié)合起來，利用分段線性函數(shù)控制平滑和銳化處理對(duì)輸出結(jié)果的貢獻(xiàn)度，在圖 像平坦的區(qū)域做平滑處理多些，在圖像細(xì)節(jié)豐富的地方做銳化多些，充分利用像素間及鄰 域內(nèi)像素灰度差等關(guān)聯(lián)信息，算法簡(jiǎn)單，效果高，穩(wěn)定性好，本發(fā)明提出的控制參數(shù)少，可控 性強(qiáng)，便于用戶得到期望的增強(qiáng)后的輸出圖像，此外該方法硬件代價(jià)小，可以嵌入芯片中。


圖1為本發(fā)明所述的一種圖像增強(qiáng)裝置的系統(tǒng)框圖；圖2為本發(fā)明所述的一種圖像增強(qiáng)方法的流程圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例中坐標(biāo)(x，y)及其周圍的3X3鄰域上相鄰像素的示意圖；圖4為實(shí)施例中未經(jīng)處理的原始圖像；圖5為實(shí)施例中采用本發(fā)明所述的一種圖像增強(qiáng)方法增強(qiáng)后的圖像。
具體實(shí)施例方式為了更好的說明本發(fā)明，下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明所述方法和裝置作進(jìn)一 步的描述。本實(shí)施例中，如圖1所示，一種圖像增強(qiáng)裝置，該裝置包括以下模塊圖像采集模塊11 通過攝像頭采集圖像并將圖像數(shù)字化；圖像自適應(yīng)增強(qiáng)模塊12 用于通過分段線性函數(shù)及邊界消除濾波器對(duì)圖像進(jìn)行 增強(qiáng)處理；圖像輸出模塊13 用于增強(qiáng)后的圖像的輸出。本實(shí)施例中，所述的圖像自適應(yīng)增強(qiáng)模塊12中還設(shè)有以下子模塊分段加權(quán)增強(qiáng)子模塊14，用于對(duì)圖像的局部區(qū)域進(jìn)行平滑和銳化處理；邊緣輪廓消除子模塊15，用于檢測(cè)圖像區(qū)域內(nèi)差異度最大的像素并去除。如圖2所示，一種圖像增強(qiáng)方法，包括以下步驟(1)圖像的采集及數(shù)字化通過攝像頭采集圖像并進(jìn)行圖像數(shù)字化S21 ；(2)圖像的自適應(yīng)增強(qiáng)通過分段線性函數(shù)及邊界消除濾波器增強(qiáng)圖像S22 ；
(3)輸出增強(qiáng)后的圖像輸出經(jīng)過自適應(yīng)增強(qiáng)后的圖像S23。步驟⑵中，對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理時(shí)，根據(jù)圖像中某處空間結(jié)構(gòu)的分類分別對(duì)該 處給予平滑處理或者銳化處理，具體來說，對(duì)于平坦區(qū)域進(jìn)行平滑處理，對(duì)于邊緣或細(xì)節(jié)區(qū) 域，則進(jìn)行銳化處理。本實(shí)施例中，步驟(2)中圖像的自適應(yīng)調(diào)整增強(qiáng)具體實(shí)現(xiàn)方法如下輸入的數(shù)字 圖像是一個(gè)有L個(gè)灰度級(jí)別的灰度圖像，f(x, y)是在坐標(biāo)(x，y)處的像素的灰度值，本方 法定義在坐標(biāo)(x，y)的3X3鄰域上，用fi(x，y)，i = 1，2，...，8分別表示(x，y)的相鄰 像素的灰度值，如圖3所示。Ef(x，y)表示f(x，y)經(jīng)增強(qiáng)處理后的輸出結(jié)果，該輸出結(jié)果 是按照下面公式來實(shí)現(xiàn)的Ef (x, y) = min (f (x, y) +n (x, y), L-l), L = 256(1)

其中，公式⑷的ksh和ksm分別是兩個(gè)可變參數(shù)，ksm用于調(diào)整平滑的程度，ksh用 于調(diào)整銳化的程度，ksm設(shè)置的偏大可以降低邊緣的發(fā)生概率，但同時(shí)容易使得圖像整體變 得較為模糊，所述的ksh的取值一般為3 7，kSffl的取值一般為12 18。在圖像增強(qiáng)處理過程中，如果中心像素點(diǎn)與周圍鄰域像素的灰度值差值A(chǔ)fi(x， y)比較小，代表此處是平坦區(qū)域的概率更大，則對(duì)圖像進(jìn)行平滑處理，反之，如果差值較大， 代表此處是邊緣或細(xì)節(jié)區(qū)域的概率更大，則對(duì)此處進(jìn)行銳化處理，為了更好的消除誤銳化， 在圖像增強(qiáng)過程中分別設(shè)置了強(qiáng)平滑、弱平滑、強(qiáng)銳化及弱銳化的分段。經(jīng)過上述的圖像分段處理后，圖像中可能仍存在噪聲邊界問題，消除圖像中可能 存在的噪聲邊界可以更好的提高圖像的增強(qiáng)效果，本發(fā)明中通過邊界消除濾波器來檢測(cè)出 區(qū)域內(nèi)差異最大的像素并去除，關(guān)系式如下 這里， 上述步驟的物理意義在于，剔除圖像中存在的離散噪聲，對(duì)于該像素偏離周圍其
g(v)=
他8點(diǎn)的灰度值，說明其實(shí)孤立的高斯噪聲點(diǎn)，通過處理消除它，使其靠近鄰域內(nèi)其他像素 灰度值。 其中，g()是一個(gè)非線性函數(shù)， V, 0 < v < L - 1 0, V < 0 °通過上述步驟消除了圖像中可能存在的噪聲邊界問題，從而得到了增強(qiáng)后的輸出 圖像S23。下面采用本發(fā)明所述的一種圖像增強(qiáng)方法，對(duì)圖4中所示的一幅未經(jīng)處理的原始 圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)。首先，將原始圖像進(jìn)行數(shù)字化，然后對(duì)圖像的進(jìn)行初步增強(qiáng)處理假定f (x，y)是 圖像中在一坐標(biāo)(x，y)處的像素的灰度值，并定義坐標(biāo)(x，y)的3X3鄰域，用fjx，y)，i =U2, ..，8分別表示(x，y)的相鄰像素，如圖2所示，用￡力，y)表示f(x，y)經(jīng)初步增 強(qiáng)處理后的結(jié)果，然后按照下面的公式對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理 其中，函數(shù)s()是一個(gè)分段線性函數(shù)， 其中，ksh和ksm分別是兩個(gè)可變參數(shù)，ksm用于調(diào)整平滑的程度，ksh用于調(diào)整銳化 的程度，在本實(shí)施例中ksh的取值為5，ksm的取值為15 ；在具體應(yīng)用過程中，可以根據(jù)實(shí)際需 要采用不同的分段線性函數(shù)，并不限于本實(shí)施例中的上述分段線性函數(shù)。比如，本實(shí)施例中 分成了 7段，也可以分成5段或是3段。在圖像增強(qiáng)處理過程中，如果中心像素點(diǎn)與周圍鄰域像素的灰度值差值A(chǔ)fi(x， y)比較小，代表此處是平坦區(qū)域的概率更大，則對(duì)圖像進(jìn)行平滑處理，反之，如果差值較 大，代表此處是邊緣或細(xì)節(jié)區(qū)域的概率更大，則對(duì)此處進(jìn)行銳化處理，在本實(shí)施例中，若 Afi(x，y)小于10%的灰度級(jí)數(shù)，即小于16，則對(duì)此處圖像進(jìn)行平滑處理，若Af“x，y)大 于或等于10%的灰度級(jí)數(shù)，則對(duì)此處圖像進(jìn)行銳化處理。經(jīng)上述處理后，圖像會(huì)得到明顯的增強(qiáng)，但由于圖像中往往存在高斯噪聲，對(duì)于這 些噪聲，就需要加大平滑系數(shù)ksm來實(shí)現(xiàn)對(duì)它的消除，但這樣勢(shì)必會(huì)對(duì)一些圖像中應(yīng)有的細(xì)節(jié)邊緣區(qū)域造成影響，所以最好在進(jìn)行上面的圖象增強(qiáng)處理之后，為了進(jìn)一步提高增強(qiáng)效 果，下面采用邊界消除濾波器來檢測(cè)出區(qū)域內(nèi)差異最大的像素并去除，其關(guān)系式如下E,{x,y)=Eix,y)-mn^M-A^^^))}其中，AEi(x，y)= E(x，W-EiU，y)，i = 1，2，...，8，其用于剔除圖像中存在的 離散噪聲，對(duì)于該像素偏離周圍其他8點(diǎn)的灰度值，說明其實(shí)孤立的高斯噪聲點(diǎn)，通過處理 消除它，使其靠近鄰域內(nèi)其他像素灰度值；其中，g()是一個(gè)非線性函數(shù)； 經(jīng)過本發(fā)明上述方法處理后的圖像，如圖5所示，與圖4中的原始圖像相比，可以 看出，在使用本發(fā)明所述方法對(duì)圖像進(jìn)行處理后，圖像明顯變得清晰，邊緣問題也得到很好 的解決，得到了用戶期望的效果明顯增強(qiáng)的輸出圖像。從上述實(shí)施例可以看出，本發(fā)明所的方法和裝置將圖像平滑和圖像銳化有機(jī)結(jié)合 起來，充分利用像素間和鄰域內(nèi)像素灰度差關(guān)聯(lián)信息，在圖像銳化的同時(shí)進(jìn)行有效的噪聲 去除，更好的提高圖像的增強(qiáng)效果。考慮到在此公開的對(duì)本發(fā)明的描述和特殊的實(shí)施例，本發(fā)明的其他實(shí)施例對(duì)于本 領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。這些說明和實(shí)施例僅作為例子來考慮，它們都屬于由 所附權(quán)利要求所指示的本發(fā)明的保護(hù)范圍和精神之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種圖像增強(qiáng)方法，包括以下步驟(1)圖像的采集及數(shù)字化通過攝像頭采集圖像并進(jìn)行圖像數(shù)字化；(2)圖像的自適應(yīng)增強(qiáng)通過分段線性函數(shù)及邊界消除濾波器對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理；(3)輸出增強(qiáng)后的圖像輸出經(jīng)過自適應(yīng)增強(qiáng)后的圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的一種圖像增強(qiáng)方法，其特征在于，步驟(2)中，對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng) 處理時(shí)，根據(jù)圖像中某處空間結(jié)構(gòu)的分類分別對(duì)該處給予平滑處理或者銳化處理，具體來 說，對(duì)于平坦區(qū)域進(jìn)行平滑處理，對(duì)于邊緣或細(xì)節(jié)區(qū)域，則進(jìn)行銳化處理。
3.如權(quán)利要求1所述的一種圖像增強(qiáng)方法，其特征在于，步驟(2)中，通過分段線性函 數(shù)對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理的方法如下設(shè)輸入的數(shù)字圖像是一個(gè)有L個(gè)灰度級(jí)別的灰度圖像，f(x，y)是在坐標(biāo)(x，y)處的像 素的灰度值，在坐標(biāo)(x，y)的3X3鄰域上，用fi(x，y)，i = 1，2，. . .，8分別表示(x，y)的 相鄰像素的灰度值，Ef(x, y)表示f(x，y)經(jīng)增強(qiáng)處理后的輸出結(jié)果，該結(jié)果是按照下面的 公式來實(shí)現(xiàn)的 其中，函數(shù)s()是一個(gè)分段線性函數(shù)；公式(3)表示以輸入圖像的每個(gè)像素為中心點(diǎn)，中心點(diǎn)的灰度值分別與它的8個(gè)相鄰 像素的灰度值相減，可得到差值A(chǔ)f“x，y)，公式(2)的n(x，y)是Af“X，y)對(duì)輸出E(x， y)的加權(quán)貢獻(xiàn)。
4.如權(quán)利要求1至3之一所述的一種圖像增強(qiáng)方法，其特征在于，所述的分段線性函數(shù) s()如下 公式⑷的ksh和ksm分別是兩個(gè)可變參數(shù)，ksm用于調(diào)整平滑的程度，ksh用于調(diào)整銳化 的程度。
5.如權(quán)利要求1至3之一所述的一種圖像增強(qiáng)方法，其特征在于，步驟(2)中，通過邊 界消除濾波器對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理的方法如下通過邊界消除濾波器來消除圖像中存在的噪聲邊界，其是按照下面的公式來實(shí)現(xiàn)的 其中，AEi(X,y) = E(x, y)-Ei(x, y), i = 1,2,... ,8其中，g()是一個(gè)非線性函數(shù)，
6.如權(quán)利要求3所述的一種圖像增強(qiáng)方法，其特征在于如果差值A(chǔ)fi(X，y)小于10% 的灰度級(jí)數(shù)，即小于16，代表此處是平坦區(qū)域的概率更大，則對(duì)圖像進(jìn)行平滑處理；如果差 值A(chǔ)fi(X，y)大于或等于10%的灰度級(jí)數(shù)，代表此處是邊緣或細(xì)節(jié)區(qū)域的概率更大，則對(duì)此 處進(jìn)行銳化處理。
7.如權(quán)利要求3所述的一種圖像增強(qiáng)方法，其特征在于所述的平滑處理包括強(qiáng)平滑 和弱平滑，所述的銳化處理包括強(qiáng)銳化及弱銳化。
8.如權(quán)利要求4所述的一種圖像增強(qiáng)方法，其特征在于所述的ksh的取值為3 7， ksm的取值為12 18。
9.如權(quán)利要求8所述的一種圖像增強(qiáng)方法，其特征在于所述的ksh的取值為5，kSffl的 取值為15。
10.一種圖像增強(qiáng)裝置，該裝置包括以下模塊圖像采集模塊用于通過攝像頭采集圖像并將圖像數(shù)字化；圖像自適應(yīng)增強(qiáng)模塊用于通過分段線性函數(shù)及邊界消除濾波器對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理；圖像輸出模塊用于增強(qiáng)后的圖像的輸出。
11.如權(quán)利要求10所述的一種圖像增強(qiáng)裝置，其特征在于，所述的圖像自適應(yīng)增強(qiáng)模 塊中還設(shè)有以下子模塊分段加權(quán)增強(qiáng)子模塊，用于對(duì)圖像的局部區(qū)域進(jìn)行平滑和銳化處理； 邊緣輪廓消除子模塊，用于檢測(cè)圖像區(qū)域內(nèi)差異度最大的像素并去除。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種圖像增強(qiáng)方法及裝置，屬于圖像處理領(lǐng)域。該方法通過攝像頭采集圖像并將圖像數(shù)字化，充分利用像素間及鄰域內(nèi)像素灰度差相關(guān)信息，通過分段處理的方法，有效地將圖像平滑和圖像銳化有機(jī)結(jié)合起來，最后通過利用邊界消除器來消除圖像噪聲邊界的方法，實(shí)現(xiàn)了圖像的增強(qiáng)處理。本發(fā)明特別適用于噪聲圖形的增強(qiáng)場(chǎng)合，使用該發(fā)明，算法簡(jiǎn)單，效率高，穩(wěn)定性好，且裝置中各增強(qiáng)技術(shù)結(jié)構(gòu)清晰，獨(dú)立性強(qiáng)，可控參數(shù)少，便于用戶得到期望的效果增強(qiáng)后的輸出圖像。
文檔編號(hào)G06T5/00GK101877123SQ20091024205
公開日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2009年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月3日
發(fā)明者盧曉鵬 申請(qǐng)人:北京中星微電子有限公司