低照度环境图像的增强算法研究

作     者：张学乾 

作者单位：兰州理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：靳伍银

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：低照度图像 图像去噪 Gabor变换 图像增强 Retinex理论1 

摘      要：随着图像在工业等领域的广泛应用,图像处理技术的发展也越来越快。然而在光照不足条件下会采集到色彩失真、对比度低以及细节丢失的图像,因此需要通过图像增强技术提高图像应用的准确性和有效性。针对不良照明条件下拍摄的图像存在亮度低、对比度差以及噪声多等复杂问题,本文分析研究了低照度图像的特点及其算法,提出了低照度图像增强算法,设计开发了低照度图像处理系统,提高了低照度图像的应用性能。本文主要研究工作如下:(1)首先介绍了课题的研究目标,分析了目前国内外图像增强算法的发展现状,研究了已有低照度图像增强算法,提出了低照度图像增强所面临的技术难点和问题,明确了本文的研究重点和研究方向。(2)基于HSV色彩空间,提出了一种基于直方图均衡和双曲正切函数的低照度图像增强算法。通过对亮度分量进行分层处理,利用对数缩放函数和双曲正切函数增强压缩后高亮度分量的局部对比度,并引入双边滤波去除高亮度分量的噪声;采用直方图均衡、Gompertz分布函数和误差函数提高低亮度分量的整体亮度;最后引入对数图像模型融合处理高亮度和低亮度分量并输出结果。与其他算法相比,该方法在主客观评价方面具有良好的效果。(3)提出了一种基于物理模型和非线性函数的图像增强方法。将图像从RGB转换为HSI颜色空间,通过多角度Gabor函数提取I分量的反射分量。基于韦伯-费希纳定律和对数缩放函数构造亮度增强模型增强反射分量,采用图像融合策略,融合不同参数增强后的反射分量。试验结果表明,该算法可以提高图像的整体亮度和对比度,是一种有效的低照度图像增强算法。(4)设计并开发了包含图像选择、算法增强、数据评价与分析的图像处理系统。通过选择目标图像,并采用本文提出的算法对图像进行增强,然后对增强结果进行分析,验证了本文所提算法的可行性,确认了图像增强系统的有效性。