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运用同态滤波器校正照度不均匀图像

发布时间:2019-05-31 05:55 来源:未知 编辑:admin

  运用同态滤波器校正照度不均匀图像_信息与通信_工程科技_专业资料。运用同态滤波器校正照度不均匀图像 广东警官学院刑事技术系 廖广军 摘曩:本文利用数字图像处理技术实现刑事摄影中照度不均匀图片的图像增强。介绍了圈像的形成模型,结合同态滤 波器的图像增强原理,分析了确定

  运用同态滤波器校正照度不均匀图像 广东警官学院刑事技术系 廖广军 摘曩:本文利用数字图像处理技术实现刑事摄影中照度不均匀图片的图像增强。介绍了圈像的形成模型,结合同态滤 波器的图像增强原理,分析了确定同态滤波器中截止频密和增益系数的方法,并在RGB颜色夺间实现了相关算 法。实验表明,该方法能够在RGB颜色空间有效地压缩亮度范围和增强对比度,从而改善图像的质避。 关liliq:删‘l‘摄影陶像增强RGB颜色乍Ihl I,il念滤波 一、引言 在刑事摄影中,由于现场条件、拍摄角度及闪光灯使 用不当等照度不均匀的原因,带有暗影或明亮区域的高动 态真彩图像随处可见,它们的动态范围超过了人眼的一些 电子设备的感应区域,很难被^、眼感受。为了尽可能地还 原真实场景,获取更多有价值的现场或客体本身的信息, (Red)、绿(Green)和蓝(Blue)三个颜色通道分别反映了颜 色在某个通道上的灰度值(亮度值)。对于彩色图像本身来 说,它的颜色表现是由这三个颜色分量组合而成的,并且 彼此之间有很强的相关性。RGB颜色空间是不均匀的颜色 空间。各通道的颜色值不仅包含颜色成分,而且还包含亮 度成分。如果要保持色调、饱和度不变而对图像进行增 强,则必须对R、G、B三个颜色分量同时进行平移或者 需对图片进行修正,消除照度不均匀的影响。图像增强正 是压缩图像的动态范围以便于人眼感受,同时也使数字图 像适于后续分析。”1 目前,处理图像光照不均匀,提高图像对比度的主要 等比例拉伸,即 fR2=aR.+6 {G2=aG,均 LB2=aB.+6 (1) 其中:(足Gl且)代表处理前某点的各分量的像素 值。 (R G2最)代表处理后的各分量的像素值,a代表拉 方法有直方图均衡、灰度变换、同态滤波等。直方图均衡 化是使图像灰度分布趋于均匀,它对于一些灰度分布比较 伸系数,b代表平移系数。 密集或者对比度比较低的图像能取得比较满意的增强效 果。但是由于直方图均衡化实际上降低了图像的灰度级, 往往会在图像中形成一些不连续的斑块。特别是在图像中 三、简单的图像形成模型 用,仗y)-维函数形式表示图像在特定的坐标(×, y)处,f的值或幅度是一个正的标量,其物理意义由图像源 决定。当一幅图像从物理过程产生时它的值正比于物理源 的辐射能量。因此厂@力一定是非零和有限的。即 0<f∞力<oo (2) 高光区域和阴影区域对比相对明显的情况下,表现更为突 出。灰度变化根据函数,完成输入输出的映射。处理光照 不均图像,常用对数变换和指数变换,对数变换使低灰度 区扩展,高灰度区压缩,指数变换恰恰相反,灰度变化不 能同时实现压缩亮度和增强对比度。团同态滤波是把频率 过滤和灰度变换结合起来的一种图像处理方法,它依靠图 像的照度/反射率模型作为频域处理的基础,利用压缩亮度 范围和增强对比度来改善图像的质量。目前,很多文献都 函数,@.力可由两个分量来表征:(1)入射到观察场景 的光源总量;(2)场景中物体反射光的总量。这两个分量分 别称为八射分量和反射分量。表示为iG力和,.伍力。两 个函数厶并形成/@力,即 厂@力=i@力r伍力 其中: 0<i@力<一 (4) (5) (3) 集中在对灰度图像的处理。而现场图像都是彩色图像。本 文研究在RGB颜色空间利用同态滤波算法实现不均匀照度 图像的增强。 二、RGB颜色空间 RGB颜色空间是彩色图像中最基础的颜色空间.红 0<r伉力<l 式5指出反射分量限制在0(全吸收)和1(全反射)之 问。 i∽力的性质取决于照射源,而,.伍y)取决于成像物 万方数据 Police Technology 2010年7,EJ 31 刑侦技术 体的特性。 而且随着截止频率的不断提高,入射分量中包含的图像细 四、同态滤波法 同态滤波是将图像视为入射分量i伉力和反射分量的 乘积。入射分量变化缓慢。频谱主要在低频段;反射分量 主要反映图像的细节特性,频谱集中在高频段。将二者的 乘法组合通过对数处理变成加法运算组合,然后进行傅立 叶频域变换,再设计合适的滤波器,使得低频成分削弱. 高频分量增强,达到克服非均匀光照,压缩动态范围与增 强对比度的目的。‘3l同态滤波算法流程如图1。 广———]广———]广———]厂———]广———] 书毡寝涞越多。 Do=Q Xmedian(median(D)) o=n3~o.6 (8) 六、实验结果 在—般的同态滤波算法中,往往针对灰度图像进行处 理。对于RGB颜色空间的彩色图像往往将图像转换为灰度 图像进行处理。为了适应现场图像的需要,我们需要对彩 色图像处理,根据前面对RGB颜色空间的分析,我们只需 要对颜色空间的每个通道选取相同的滤波函数分别进行处 理。然后色彩合成就可以获得增强图像。 根据前面如何确定滤波系数和截止频率的分析,选取 Do=a×reed/an(reed/an(D))。ru---I.3,仟旬.5,6"-4).1对图2中 f(x,力叫忠算H蹰Hg燃H能算H嚣‰卜g以力 1......———...J【.............J【—,——————..._一L -J【.............J 图1同态滤波算法流程 滤波器函数川珥∞能以不同的方法影响傅里叶变换的 高低频成分。本文的实验中选取如式(6)的高斯型同态滤波 器进行滤波控制。 H(u,V)2(rn--rL)H打-brL =(h--rL)[1--e—C(D 2(”脚】+rL 广————:!—————————::一 的原始图像进行同态滤波处理,可以清楚地看出图像在颜 色空间各个分量E的变化情况以及增强后的图像为噪。 黼 …7 (7) D(u,v):.k等)2+(v-冬): 叫 二 二 M,N表示图像大小,以M力为点以谚到频率域原点 的欧氏距离;Do为截止频率;C称为锐化系数,用以控制 同态滤波函数的斜率。当低频增益L<1,高频增益rH> 1,则减弱低频分量,增强高频分量。 五、截止频率及增益系数的确定 根据文献㈨,截止频率及增益系数主要是通过反复试 验的办法得到合适的数值,并没有对滤波器的增益系数及 七、结语 针对刑事摄影中出现的照度不均匀的图像,本文提出 了利用同态滤波的办法实现减少光照不均匀引起的图像降 截止频率做出好的解释。根据文献‘”中对同态滤波的推导 过程可知.当rn=l,rt=O时,同态滤波后的图像仅包含反 质,并对图像细节进行有效增强,能够在实际刑事摄影工 作中毹决部分光照不均匀的问题。皓号 射分量;当白=o,吒=1时。同态滤波后的图像仅包含入射 分量。如果图像中包含细节丰富,则图像的变化范围就比 较大.图像的方差也就比较大;如果图像中包含的细节 少,则图像比较平坦,图像的变化范围比较小,图像的方 差就比较小。可以同时考虑入射分量和反射分量的方差随 I参考文献 …1昊刚,潘晓露,柯晓兵,李一民照度不均图像的局部幂函数映 射增强算法01.昆明理工大学学报(理工版),2【】06㈣, 【21储霞,昊效明,黄岳山.照度不均匀图像的自动Gamma灰度校 ,r-O].微计算机信息,2009(06). 截止频率的变化情况,即在确定截止频率时,要求入射分 量的方差尽可能的大.即反射分量的对比度增强效果良 好,包含细节丰富;但^射分量的方差必须在可接受范围 内(—般可认为小于3%左右)。因为入射分量的方差大川、基 【31李浩,戚其丰,廖广军等.基于投影法和同态滤波的多模板匹 配算法01.半导体技术,笤xJ9(10). f4】罗海霞,刘斌,龙永红等同态滤波在光照补偿中的应用明.湖 南工业大学学报,2fx】8(9). 【5】冈萨雷斯.数字图像处理(第二版)【M 1.电子工业出版社,2005. 本反映了入射分量包含图像细节的多少。文献”1给出了高 斯高率滤波器截止频率的近似公式。其中D由式(7)决定。 161韩丽娜,熊杰,耿国华等.利用HSV空间的双通道同态滤波真彩 图像增强Ⅱ】.计算机工程与应用2009(8). 32匿察圈圜2010年7月 万方数据 运用同态滤波器校正照度不均匀图像 作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 廖广军 广东警官学院刑事技术系 警察技术 POLICE TECHNOLOGY 2010(4) 参考文献(6条) 1.韩丽娜;熊杰;耿国华 利用HSV空间的双通道同态滤波真彩图像增强[期刊论文]-计算机工程与应用 2009(08) 2.冈萨雷斯 数字图像处理 2005 3.罗海霞;刘斌;龙永红 同态滤波在光照补偿中的应用[期刊论文]-湖南工业大学学报 2008(09) 4.李浩;戚其丰;廖广军 基于投影法和同态滤波的多模板匹配算法[期刊论文]-半导体技术 2009(10) 5.储霞;吴效明;黄岳山 照度不均匀图像的自动Gamma灰度校正[期刊论文]-微计算机信息 2009(06) 6.吴刚;潘晓露;柯晓兵;李一民 照度不均图像的局部幂函数映射增强算法[期刊论文]-昆明理工大学学报(理工版 ) 2006(05) 本文链接:

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