專利名稱：基于相似場(chǎng)景的低照度監(jiān)控圖像增強(qiáng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種低照度監(jiān)控圖像增強(qiáng)方法，屬于圖像增強(qiáng)技術(shù)領(lǐng)域。具體而言，基于本發(fā)明方法可以提高低照度監(jiān)控圖像的清晰度和對(duì)比度，從而更易于辨識(shí)監(jiān)控圖像中的信息。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代社會(huì)是一個(gè)人口密集，行為高度復(fù)雜的社會(huì)，視頻監(jiān)控作為人類視覺的延伸，在人類社會(huì)的方方面面起到了十分重要的作用。在視頻監(jiān)控的實(shí)際應(yīng)用中，視頻監(jiān)控場(chǎng)景的光照條件很難一直保持良好，可能需要在雨天、霧天、夜間等情況下對(duì)感興趣場(chǎng)景完成監(jiān)控任務(wù)。在這種低照度環(huán)境下，視頻監(jiān)控圖像的清晰度下降，難以分辨目標(biāo)或從中獲得所需要的信息。因此，如何在低照度環(huán)境下提高監(jiān)控圖像的清晰度成為亟待解決的問題。目前提高低照度監(jiān)控圖像清晰度的常用方法有兩類一類方法是先將低照度圖像從RGB色彩模式轉(zhuǎn)化到HSI色彩模式，然后在保持H (色調(diào))不變的情況下，增強(qiáng)I (亮度)，例如對(duì)亮度分量做直方圖均衡。該類方法的模式轉(zhuǎn)化過程的計(jì)算復(fù)雜且耗時(shí)，并且處理后的圖像往往存在色彩失真。另一類方法是分別對(duì)RGB分量通過某種算法進(jìn)行相同的變換，該方法能有效避免圖像的色彩失真，但是存在算法復(fù)雜，計(jì)算量大，圖像增強(qiáng)效果的清晰度不好的問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明以相似場(chǎng)景的圖像作為參考圖像，提出了一種基于相似場(chǎng)景的對(duì)低照度監(jiān)控圖像增強(qiáng)方法，該方法避免了傳統(tǒng)低照度圖像增強(qiáng)方法僅對(duì)圖像本身進(jìn)行處理而導(dǎo)致的圖像失真問題，并且處理過程具有普適性，降低了計(jì)算復(fù)雜度，還能有效提高低照度監(jiān)控圖像的清晰度。本發(fā)明方法的理論基礎(chǔ)和思路如下對(duì)于彩色圖像，以紅、綠、藍(lán)為三基色的RGB色彩模式是最常用的一種顏色表示模式。在RGB色彩模式中，像素的RGB分量各有一個(gè)O 255范圍內(nèi)的強(qiáng)度值，整幅圖像中像素強(qiáng)度值的分布情況可用R、G、B三個(gè)分量的直方圖來表示。通常情況下，通過直方圖匹配的方法，可以使低照度圖像的直方圖近似于良好光照下相似場(chǎng)景圖像的直方圖，從而使兩幅圖像具有類似的色調(diào)和亮度，達(dá)到低照度圖像增強(qiáng)的效果?；谏鲜鱿敕?，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于相似場(chǎng)景的低照度監(jiān)控圖像增強(qiáng)方法，具體來說，即以良好光照下的相似場(chǎng)景的圖像作為參考圖像，以參考圖像RGB三個(gè)分量的直方圖為標(biāo)準(zhǔn)，讓低照度圖像RGB分量的三個(gè)直方圖分別匹配參考圖像的直方圖。進(jìn)一步來說，可以獲取良好光照下，與低照度監(jiān)控圖像場(chǎng)景相似的多幅圖像，并建立圖像庫，從中選擇最合適的圖像作為參考圖像，在一次圖像增強(qiáng)結(jié)束后，以得到的結(jié)果圖像為標(biāo)準(zhǔn)再次在圖像庫中搜索參考圖像，再次增強(qiáng)，通過迭代的方法不斷提高低照度監(jiān)控圖像的清晰度，最終得到增強(qiáng)后的低照度監(jiān)控圖像。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種基于相似場(chǎng)景的低照度監(jiān)控圖像增強(qiáng)方法，用于提高視頻監(jiān)控中低照度圖像的清晰度，包括步驟步驟1、獲取與低照度監(jiān)控圖像場(chǎng)景相似的高照度圖像構(gòu)建相似場(chǎng)景圖像庫，且圖像庫中的圖像與低照度監(jiān)控圖像大小相同；步驟2、對(duì)低照度監(jiān)控圖像進(jìn)行預(yù)處理以提高圖像質(zhì)量；步驟3、在相似場(chǎng)景圖像庫中搜索與待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像最相似的圖像作為參考圖像，所述的與待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像最相似的圖像為相似場(chǎng)景圖像庫中與待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像的像素差值和SAD最小的圖像；步驟4、采用直方圖匹配的方法，讓待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像RGB分量的直方圖分RGB分量的直方圖匹配以增強(qiáng)低照度監(jiān)控圖像。
I中獲取與低照度監(jiān)控圖像場(chǎng)景相似的高照度圖像，應(yīng)在良好光照條件下，10幅與低照度監(jiān)控圖像場(chǎng)景相似的圖像，以保證所拍攝的各圖像光照條件
別與參考圖像
步驟
一次拍攝至少基本相同。
為
步驟2中對(duì)低照度監(jiān)控圖像進(jìn)行的預(yù)處理包括消除噪聲、增強(qiáng)圖像對(duì)比度。
步驟3中是以像素差值和SAD作為圖像的相似度量，所述的像素差值和SAD具體 sad = Σ Σ (k—,ol + lg—卯1 + 0—知1)
/=1 /=1
式中
SAD為兩幅圖像的像素差值和；r、g、b分別是低照度監(jiān)控圖像像素的R、G、B值；r0> g。、b0分別是相似場(chǎng)景圖像庫中圖像像素的R、G、B值；1、j分別表示像素的橫、縱坐標(biāo)；m是圖像每一行中的像素?cái)?shù)；η是圖像每一列中的像素?cái)?shù)。
步驟3的一種具體實(shí)施如下
3.1獲取待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像各像素的R、G、B值；
3. 2針對(duì)相似場(chǎng)景圖像庫中各圖像，分別獲取圖像各像素的R、G、B值；
3. 3分別計(jì)算相似場(chǎng)景圖像庫中各圖像與待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像的像素差值和
SAD ；3. 4選取與待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像的像素差值和SAD最小的圖像作為參考圖像，若與待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像的像素差值和最小的圖像不止一副，則任選其中一副作為參考圖像。步驟4中是以參考圖像RGB分量的直方圖為標(biāo)準(zhǔn)，讓低照度監(jiān)控圖像RGB分量的直方圖分別對(duì)應(yīng)匹配參考圖像RGB分量的直方圖。本發(fā)明優(yōu)選采用迭代增強(qiáng)的技術(shù)方案以獲取最佳增強(qiáng)效果的圖像，具體為重復(fù)執(zhí)行步驟3和步驟4，直至滿足下述任一條件時(shí)停止迭代
①本次搜索到的參考圖像與上次搜索到的參考圖像相同；②本次增強(qiáng)后的低照度監(jiān)控圖像與上次增強(qiáng)后的低照度監(jiān)控圖像相似，所述的圖像相似指兩幅圖像的像素差值和SAD小于預(yù)設(shè)閾值；③迭代次數(shù)，即增強(qiáng)低照度監(jiān)控圖像的次數(shù)大于設(shè)定值。上述步驟3和步驟4的一種具體優(yōu)選方案進(jìn)一步包括以下子步驟步驟(I)在相似場(chǎng)景圖像庫中搜索與待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像最相似的圖像作為參考圖像，所述的與待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像最相似的圖像為與待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像的像素差值和SAD最小的圖像，若為首次搜索，則執(zhí)行步驟(3);否則，執(zhí)行步驟(2)；步驟(2)判斷本次搜索的參考圖像是否同于上次搜索的參考圖像，若相同，則結(jié)束，上次增強(qiáng)后的低照度監(jiān)控圖像為最終增強(qiáng)圖像；否則，以上次增強(qiáng)后的低照度監(jiān)控圖像為待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像，以本次搜索的參考圖像為參考圖像，執(zhí)行步驟(3)；步驟(3)采用直方圖匹配的方法，讓待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像RGB分量的直方圖與參考圖像RGB分量的直方圖匹配，得到增強(qiáng)后的低照度監(jiān)控圖像，若為首次增強(qiáng)，則以本次增強(qiáng)后的低照度監(jiān)控圖像為待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像，執(zhí)行步驟(I);否則，執(zhí)行步驟
(4)；步驟(4)獲取本次增強(qiáng)后的低照度監(jiān)控圖像與上次增強(qiáng)后的低照度監(jiān)控圖像的像素差值和SAD，若像素差值和SAD小于設(shè)定閾值或增強(qiáng)次數(shù)大于預(yù)設(shè)次數(shù)，則結(jié)束，本次增強(qiáng)后的低照度監(jiān)控圖像為最終增強(qiáng)圖像；否則，以本次增強(qiáng)后的低照度監(jiān)控圖像為待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像，執(zhí)行步驟(I )。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果1、當(dāng)監(jiān)控圖像較暗、不易分辨目標(biāo)或從中獲取需要的信息時(shí)，可采用本發(fā)明方法對(duì)低照度監(jiān)控圖像進(jìn)行增強(qiáng)，從而提高監(jiān)控圖像的清晰度。2、本發(fā)明中所涉及的良好光照條件下的相似場(chǎng)景圖像易于獲取，可以不斷擴(kuò)充相似場(chǎng)景圖像庫，以提升低照度監(jiān)控圖像增強(qiáng)的效果。3、本發(fā)明方法具有普適性，對(duì)于一般的低照度監(jiān)控圖像，例如雨天、霧天、夜間條件下的監(jiān)控圖像均可取得較好的效果，可以有效提高低照度監(jiān)控圖像的清晰度。4、本發(fā)明方法計(jì)算復(fù)雜度低，以相似場(chǎng)景的圖像作為參考圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)，避免了傳統(tǒng)增強(qiáng)方法僅對(duì)圖像本身進(jìn)行處理而導(dǎo)致的圖像失真問題，更加有效的提高了低照度監(jiān)控圖像的清晰度。


圖1本發(fā)明的一種具體實(shí)施方案的流程圖；圖2為具體實(shí)施方式
中的原始低照度監(jiān)控圖像；圖3為預(yù)處理后的低照度監(jiān)控圖像；圖4為與圖2中低照度監(jiān)控圖像場(chǎng)景相似的三幅圖像；圖5為采用采用本發(fā)明方法所獲取的最終增強(qiáng)圖像。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖本發(fā)明的基于相似場(chǎng)景的低照度監(jiān)控圖像增強(qiáng)方法做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。參見圖1，本發(fā)明包含以下具體步驟SI構(gòu)建相似場(chǎng)景圖像庫在光照良好的條件下，一次拍攝多幅與低光照監(jiān)控圖像場(chǎng)景相似的圖像構(gòu)建相似場(chǎng)景圖像庫，以保證所拍攝的各圖像光照條件相同或相似。所構(gòu)建的相似場(chǎng)景圖像庫中的圖像與低光照監(jiān)控圖像大小相同。S2低照度監(jiān)控圖像預(yù)處理對(duì)低照度監(jiān)控圖像進(jìn)行預(yù)處理以提高圖像質(zhì)量，以此來提高在相似場(chǎng)景圖像庫中搜索相似場(chǎng)景圖像的準(zhǔn)確性，預(yù)處理包括消除噪聲、增強(qiáng)圖像對(duì)比度。圖2為采用監(jiān)控裝置獲取的原始低照度監(jiān)控圖像，圖3為對(duì)圖2中原始低照度監(jiān)控圖像進(jìn)行預(yù)處理后的得到的低照度監(jiān)控圖像，圖4 (a)^4 (c)為光照條件良好的、與圖2中低照度監(jiān)控圖像場(chǎng)景相似的圖像，即相似場(chǎng)景圖像庫中的圖像。S3在相似場(chǎng)景圖像庫中搜索與待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像最相似的圖像作為參考圖像該步驟的具體實(shí)施如下S31讀取相似場(chǎng)景圖像庫中的一副圖像，執(zhí)行步驟S32 ；S32獲取低照度監(jiān)控圖像各像素的RGB值，再獲取讀取的圖像庫中的圖像各像素
m η
的RGB值，利用公式似
權(quán)利要求
1.基于相似場(chǎng)景的低照度監(jiān)控圖像增強(qiáng)方法，用于提高視頻監(jiān)控中低照度圖像的清晰度，其特征在于，包括以下步驟步驟1、獲取與低照度監(jiān)控圖像場(chǎng)景相似的高照度圖像構(gòu)建相似場(chǎng)景圖像庫，且圖像庫中的圖像與低照度監(jiān)控圖像大小相同；步驟2、對(duì)低照度監(jiān)控圖像進(jìn)行預(yù)處理以提高圖像質(zhì)量；步驟3、在相似場(chǎng)景圖像庫中搜索與待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像最相似的圖像作為參考圖像，所述的與待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像最相似的圖像為與待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像的像m η素差值和SAD最小的圖像；所述的像素差值和沿D= Σ Σ (k-m I+Ig-卯I+ Α-% I)，其/:=1./.=1中，r、g、b分別是待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像像素的R、G、B值；Γ(Ι、g0, b0分別是相似場(chǎng)景圖像庫中圖像像素的R、G、B值；1、j分別表示像素的橫、縱坐標(biāo);m是圖像每一行中的像素?cái)?shù)；η是圖像每一列中的像素?cái)?shù)；步驟4、采用直方圖匹配的方法，讓待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像RGB分量的直方圖分別與參考圖像RGB分量的直方圖匹配以增強(qiáng)低照度監(jiān)控圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相似場(chǎng)景的低照度監(jiān)控圖像增強(qiáng)方法，其特征在于步驟I中獲取與低照度監(jiān)控圖像場(chǎng)景相似的圖像，應(yīng)在良好光照條件下，一次拍攝至少10幅與低照度監(jiān)控圖像場(chǎng)景相似的圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相似場(chǎng)景的低照度監(jiān)控圖像增強(qiáng)方法，其特征在于步驟2中對(duì)低照度監(jiān)控圖像進(jìn)行的預(yù)處理包括消除噪聲、增強(qiáng)圖像對(duì)比度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相似場(chǎng)景的低照度監(jiān)控圖像增強(qiáng)方法，其特征在于步驟3進(jìn)一步包括一下子步驟3.1獲取待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像各像素的R、G、B值；3.2針對(duì)相似場(chǎng)景圖像庫中各圖像，分別獲取其各像素的R、G、B值；3.3分別計(jì)算相似場(chǎng)景圖像庫中各圖像與待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像的像素差值和SAD ；3.4選取與待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像的像素差值和最小的圖像作為參考圖像，若與待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像的像素差值和最小的圖像不止一副，則任選其中一副作為參考圖像。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相似場(chǎng)景的低照度監(jiān)控圖像增強(qiáng)方法，其特征在于步驟4中是以參考圖像RGB分量的直方圖為標(biāo)準(zhǔn)，讓低照度監(jiān)控圖像RGB分量的直方圖分別匹配參考圖像RGB分量的直方圖。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相似場(chǎng)景的低照度監(jiān)控圖像增強(qiáng)方法，其特征在于重復(fù)執(zhí)行步驟3和步驟4直至滿足下述任一條件時(shí)停止①本次搜索到的參考圖像與上次搜索到的參考圖像相同；②本次增強(qiáng)后的低照度監(jiān)控圖像與上次增強(qiáng)后的低照度監(jiān)控圖像相似，所述的圖像相似指兩幅圖像的像素差值和小于指定閾值；③低照度監(jiān)控圖像的增強(qiáng)次數(shù)大于設(shè)定值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于相似場(chǎng)景的低照度監(jiān)控圖像增強(qiáng)方法，其特征在于步驟3和步驟4的重復(fù)執(zhí)行具體如下步驟(I)在相似場(chǎng)景圖像庫中搜索與待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像最相似的圖像作為參考圖像，所述的與待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像最相似的圖像為與待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像的像素差值和SAD最小的圖像，若為首次搜索，則執(zhí)行步驟(3);否則，執(zhí)行步驟(2)；步驟(2)判斷本次搜索的參考圖像是否同于上次搜索的參考圖像，若相同，則結(jié)束，上次增強(qiáng)后的低照度監(jiān)控圖像為最終增強(qiáng)圖像；否則，以上次增強(qiáng)后的低照度監(jiān)控圖像為待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像，以本次搜索的參考圖像為參考圖像，執(zhí)行步驟(3)；步驟(3)采用直方圖匹配的方法，讓待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像RGB分量的直方圖與參考圖像RGB分量的直方圖匹配，得到增強(qiáng)后的低照度監(jiān)控圖像，若為首次增強(qiáng)，則以本次增強(qiáng)后的低照度監(jiān)控圖像為待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像，執(zhí)行步驟(I);否則，執(zhí)行步驟(4)；步驟(4)獲取本次增強(qiáng)后的低照度監(jiān)控圖像與上次增強(qiáng)后的低照度監(jiān)控圖像的像素差值和SAD，若像素差值和SAD小于設(shè)定閾值或增強(qiáng)次數(shù)大于預(yù)設(shè)次數(shù)，則結(jié)束，本次增強(qiáng)后的低照度監(jiān)控圖像為最終增強(qiáng)圖像；否則，以本次增強(qiáng)后的低照度監(jiān)控圖像為待增強(qiáng)的低 照度監(jiān)控圖像，執(zhí)行步驟(I)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于相似場(chǎng)景的低照度監(jiān)控圖像增強(qiáng)方法，該方法包括步驟獲取與低照度監(jiān)控圖像場(chǎng)景相似的高照度圖像構(gòu)建相似場(chǎng)景圖像庫，且圖像庫中的圖像與低照度監(jiān)控圖像大小相同；對(duì)低照度監(jiān)控圖像進(jìn)行預(yù)處理以提高圖像質(zhì)量；在相似場(chǎng)景圖像庫中搜索與待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像最相似的圖像作為參考圖像，所述的與待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像最相似的圖像為相似場(chǎng)景圖像庫中與待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像的像素差值和最小的圖像；采用直方圖匹配的方法，讓待增強(qiáng)的低照度監(jiān)控圖像的直方圖與參考圖像的直方圖匹配以增強(qiáng)低照度監(jiān)控圖像。采用本發(fā)明方法對(duì)低照度監(jiān)控圖像進(jìn)行增強(qiáng)，可提高監(jiān)控圖像的清晰度。
文檔編號(hào)G06T5/40GK103020924SQ20121054449
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者王中元, 朱婧雅, 侯志強(qiáng) 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)