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复杂场景下高位宽数字图像高质量显示研究

复杂场景下高位宽数字图像高质量显示研究

作者：陈斐然中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)

学位级别：硕士

随着工业技术的不断发展,为更大限度地保留自然场景中的信息,获得更丰富的细节信息,高位宽（＞8 bit）数字图像以其高动态范围而在实际工程中被越来越广泛地应用。但是,目前普遍使用的显示设备仍然是8位的而难以将高位宽的丰富信息清晰... 详细信息

随着工业技术的不断发展,为更大限度地保留自然场景中的信息,获得更丰富的细节信息,高位宽（＞8 bit）数字图像以其高动态范围而在实际工程中被越来越广泛地应用。但是,目前普遍使用的显示设备仍然是8位的而难以将高位宽的丰富信息清晰显示,所以在显示前需要将图像进行处理,使之适应普通显示器的动态范围。本文的研究目的是实现高位宽图像的动态范围调整,以将高位宽大动态范围图像映射到适应显示的图像,并有效保持与增强图像中的细节信息,避免各类视觉瑕疵,以便后续的人眼观察或机器处理。本文主要进行了以下研究:1.分析探究了复杂场景下高位宽数字图像的特点与处理难点,调研分析了国内外高位宽数字图像处理研究现状与发展。对现有各类图像增强、图像去噪领域经典的、效果良好的算法理论进行了梳理与性能分析。2.针对现有高位宽图像映射算法的局部细节保持和全局一致性的矛盾、算法过多地依赖经验人工选取参数值、对不同场景适应性差不鲁棒等问题,提出一种自适应的动态范围调整与细节增强方法。该方法通过梯度能量函数指导自适应地生成系列全局一致图像;在此基础上,对系列图像进行多尺度基础层和细节层分解,从为获得更丰富的角度对分解图像再进行基于信息熵指导的自适应融合,从而有效保留图像细节信息并确保图像全局整体的一致性。基于公开数据集和实际工程图像对其效果进行验证,通过主观分析与信息熵、Tenengrad函数等客观评估;结果表明该方法不仅在动态范围压缩和图像细节信息增强方面是有效且鲁棒的,且参数调节少,自适应能力强。3.针对实际场景中噪声导致图像降质的问题,提出一种基于全变分模型与多尺度引导滤波器的去噪方法。该方法用全变分模型有效去除图像噪声并很好地保留图像信息,基于去噪后图像生成系列引导图,对引导图进行迭代分解与全变分去噪,有效去除噪声并避免了全变分过平滑;而多尺度信息融合实现噪声图像的去噪、动态范围压缩与细节保留的一体化。利用仿真高斯加性噪声图像及工程噪声图像对算法进行验证,本方法有效抑制噪声的同时,很好保持了复杂场景的细节信息;在以峰值信噪比PSNR、结构相似度SSIM等量化指标评价上,性能优异。综上,研究针对高位宽图像的大动态范围图像的高质量显示,提出了自适应动态调整的图像显示算法,在有效地一致压缩映射图像动态范围的同时很好地保持了图像细节信息。针对工程项目实际中,不可避免的噪声问题,提出了基于全变分去噪与引导滤波的大动态范围显示算法,实现噪声图像的高质量显示。通过实验表明,本文所提出算法在图像质量、鲁棒适应性等方面有显著提升。

关键词：高位宽数字图像引导滤波器全变分模型图像增强图像去噪

基于Retinex的图像增强算法研究与实现

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基于Retinex的图像增强算法研究与实现

作者：肖晓四川师范大学

学位级别：硕士

图像增强是数字图像处理领域非常重要的一个分支,它是通过某种策略对图像的信息或数据做一些变换,让感兴趣的区域在图像中更突出,而抑制不需要增强的次要信息的方法,其最终目的是让图像符合视觉响应特性。随着近年来航天航空领域中航拍... 详细信息

图像增强是数字图像处理领域非常重要的一个分支,它是通过某种策略对图像的信息或数据做一些变换,让感兴趣的区域在图像中更突出,而抑制不需要增强的次要信息的方法,其最终目的是让图像符合视觉响应特性。随着近年来航天航空领域中航拍图像、遥感图像、生物医学图像以及各种特殊应用环境下图像需求的增多,越来越多的学者在图像增强领域展开了研究。在采集图像的过程中,往往会由于场景条件,天气,光照环境或图像采集设备等因素造成图像光照不均,动态范围被压缩,显示层次感降低等缺陷,从而无法满足实际应用。而Edwin.Land提出的Retinex图像增强算法针对这类问题具有优良的增强效果。本文在深入研究了Retinex的几种经典算法的基础上,针对低照度条件下处理图片存在的色彩失真,运行速度慢等问题,提出了一种新的改进算法。首先根据Retinex算法存在改变色彩的风险问题,引入Lab颜色空间,把亮度信息和色度信息分开,改进的算法仅在亮度通道上进行处理,避免了在RGB空间上由于未对二者加以区分,导致处理后三通道比例失调的问题,保留了图像的色彩信息。然后针对卷积运算费时的问题,使用离散快速傅里叶变换将卷积运算转换为简单的乘法运算,降低了时间复杂度。实验数据显示,改进的算法与已有算法相比具有更好的色彩保真性并能够提高运算速度,改善了彩色图像的视觉观感。针对雾天条件下对采集的图片处理时在梯度较大区域易出现光晕、泛白且图像整体对比度不强等问题提出了基于限制对比度的自适应直方图均衡化的Retinex图像去雾增强算法。用引导滤波器代替原始算法中的高斯滤波估计入射分量,与原有的高斯滤波器相比,它具有能保留图像边缘梯度和算法复杂度更低的优点,能显著改善由于对像素值变化较大区域采取相同的滤波手段而出现的光晕现象。对反射分量进行限制对比度自适应直方图均衡化处理。实验结果表明本文的算法能适用于不同雾天图像,能有效增强原图像的细节信息,且在图像抑制噪声以及边缘保留方面均具有较好的效果。

关键词：图像增强 Retinex算法 Lab颜色空间引导滤波器自适应直方图均衡化

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高位宽数字图像动态范围自适应调整技术研究

高位宽数字图像动态范围自适应调整技术研究

作者：许波中国科学院研究生院（光电技术研究所）

学位级别：硕士

为提高图像传感器的成像质量,满足对外部环境光线强弱的适应能力,随着工业技术和制造工艺的不断提高,高位宽数字图像正逐步替代经典的8位数字图像。本文的研究目的是将位宽分别为10位、12位、14位和16位的高位宽数字图像映射为位宽为8... 详细信息

为提高图像传感器的成像质量,满足对外部环境光线强弱的适应能力,随着工业技术和制造工艺的不断提高,高位宽数字图像正逐步替代经典的8位数字图像。本文的研究目的是将位宽分别为10位、12位、14位和16位的高位宽数字图像映射为位宽为8位的数字图像,便于能在普通PC显示器上面显示;并且要求在映射过程中保留原来图像的边缘及细节信息,甚至为满足视觉要求,有意增强目标及其细节信息。本文主要包括以下方面的内容:第一部分,介绍了高位宽数字图像的特点和处理难点,以及目前国内外高位宽数字图像处理研究情况。详细介绍和测试了有关图像细节增强的两种算法:多尺度Retinex算法和引导滤波器算法。并详细介绍了图像处理中非常客观的一种清晰度评价方法:基于结构相似度度量(SSIM)算法的图像清晰度评价方法。第二部分,鉴于之前介绍的两种算法的优缺点,针对高位宽数字图像的特性,提出了一种高位宽数字图像动态范围压缩和细节增强算法,简称DEDA算法,并与上面述两种算法处理效果进行比对,通过应用不同场景图像进行性能测试和分析,证明此算法对不同场景的高位宽数字图像有良好的自适应性。第三部分,针对实际工程需求对本文提出的高位宽数字图像动态范围压缩和增强算法进行优化改进,并成功在FPGA平台上进行了工程实现。对实际的工程处理效果与实验仿真效果做了客观的分析与评价,并对实际工程中所遇到了现实问题做了详细的分析,提出了解决方法。

关键词：高位宽数字图像高动态范围调节引导滤波器 Retinex算法图像评价细节增强

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视频抠图算法研究

视频抠图算法研究

作者：詹肇楷电子科技大学

学位级别：硕士

抠图是指从图像或视频序列中精确地提取出前景对象的一种技术。抠图技术作为视觉特效领域的一种关键技术,被广泛地应用于图像编辑和电影制作等领域。由于抠图问题的欠约束性,求解该问题时需要增加额外的约束条件。传统的抠图方法通过限... 详细信息

抠图是指从图像或视频序列中精确地提取出前景对象的一种技术。抠图技术作为视觉特效领域的一种关键技术,被广泛地应用于图像编辑和电影制作等领域。由于抠图问题的欠约束性,求解该问题时需要增加额外的约束条件。传统的抠图方法通过限定拍摄的环境来达到此目的,具有极大的局限性。近年来,针对复杂背景的自然图像抠图技术被广泛研究。由于该类方法对环境没有限制,因此具有更广阔应用空间。但是,由于抠图速度、精度以及用户交互量等问题,该类方法仍处于研究发展阶段。视频抠图可以看作是图像抠图的扩展,但比图像抠图要更复杂。如何在较短的时间内,用较少的用户交互获取较高质量的动态前景对象是近年来的研究热点和难点。基于少量用户交互的半自动视频抠图技术目前已经取得了较大进展,然而,全自动的视频抠图技术还有待进一步地深入研究。本文以现有的抠图算法为基础,对蓝屏抠图、自然图像抠图和复杂背景的视频抠图进行了深入研究。具体研究工作如下:1)在色差抠图技术的基础上,设计了一种基于改进的联合双边滤波的蓝屏抠图算法。通过GPU加速,该算法取得了实时的效果。实验表明,该算法具有快速高效的特点。2)针对引导滤波器在线性模型假设不成立时,抠图效果不够理想的情况提出了三种改进方法。第一种方法通过引入中值滤波来平滑引导图像,从而增加线性模型假设的准确性。第二种方法针对输入初始不透明度误差较大的情况,提出了用两次引导滤波来优化抠图效果。第三种方法基于颜色聚类球模型,将局部邻域内的线性模型假设扩展到非局部的特征空间。实验表明,以上三种改进方法在抠图效果上均优于原方法。3)以Vi Be算法为基础,结合本文改进的引导滤波抠图方法,实现了一种全自动的视频抠图方法。实验表明,该方法不仅效果较好,而且速度较快。

关键词：蓝屏抠图自然图像抠图引导滤波器视频抠图 Vi Be

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泄漏气体的红外光学图像增强方法研究

泄漏气体的红外光学图像增强方法研究

作者：丁罗依长春理工大学

学位级别：硕士

有毒有害气体在工业和生活中的应用日益广泛。这些气体在生产、使用、储存和运输时会泄漏到环境中,对公共安全造成极大的危害。有害气体具有特定的红外吸收光谱,可通过非制冷焦平面探测器进行红外成像,但气体红外图像具有信噪比低、气... 详细信息

有毒有害气体在工业和生活中的应用日益广泛。这些气体在生产、使用、储存和运输时会泄漏到环境中,对公共安全造成极大的危害。有害气体具有特定的红外吸收光谱,可通过非制冷焦平面探测器进行红外成像,但气体红外图像具有信噪比低、气体不明显的缺点。因此,本文主要研究泄漏气体红外图像增强算法以及气体区域运动目标检测算法,来提高图像中泄漏气体的可见度。针对使用红外图像增强算法时会导致噪声放大或者泄漏气体增强效果差的问题,本文提出了基于引导滤波器的气体红外图像增强算法。首先,基于两帧之间气体运动的情况,利用两帧做差分来放大气体。再通过引导滤波器分为包含气体纹理和噪声的细节层以及气体低频信息的基础层。对细节层设计了基于引导滤波器核的增益掩膜,在不滤除气体纹理信息的同时抑制噪声。基础层使用自适应直方图增强算法来增强气体低频信息,通过局部加权回归获得极小值来划分子直方图,同时设计了基于局部熵的子直方图范围重新映射算法。最后将处理后的细节层和基础层进行重建得到气体增强图像。针对使用运动目标检测算法对泄漏气体进行检测时,会出现气体区域检测不完全或者错误检测的问题,本文提出了基于改进PBAS的气体区域检测算法。PBAS运动目标检测算法会自适应的控制更新率以及判断前景和背景点的决策阈值,可以抑制噪声、相机抖动带来的非气体区域前景点。为了完整的检测气体区域,设计了受PBAS决策阈值控制的自适应帧间差分法。同时,针对部分长期存在的气体区域像素逐渐加入背景模型的问题,设计了受像素点连续帧被判断为前景的次数控制的更新率。将帧间差分和PBAS算法分别获得的检测结果进行或运算,再通过连通域计算得到气体区域位置。最后对泄漏气体进行彩色化得到气体彩色化图像。实验结果表明,气体红外图像增强算法能在降低噪声的同时增强气体与背景的对比度,并且提升了标准差、粗糙度客观指标。气体区域检测算法能极大限度的检测泄漏气体并且对环境具有一定的鲁棒性,彩色化算法进一步凸显了泄漏气体。

关键词：红外图像增强泄漏气体引导滤波器运动目标检测 PBAS

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一种改进的仿生彩色图像增强算法

闽江学院学报 2017年第5期38卷 49-55页

作者：何惜琴许艳华闽南理工学院电子与电气工程学院福建石狮362700 闽南理工学院光电与机电工程学院福建石狮362700

原始的仿生彩色图像增强算法存在边缘效应和缺乏自适应性等不足.提出一种改进算法,通过改进全局亮度调整的方法来增强算法在不同场景的适应能力,同时采用能够抑制梯度反转的引导滤波器来估计邻域平均亮度,从而避免伪边缘现象.该方法对... 详细信息

原始的仿生彩色图像增强算法存在边缘效应和缺乏自适应性等不足.提出一种改进算法,通过改进全局亮度调整的方法来增强算法在不同场景的适应能力,同时采用能够抑制梯度反转的引导滤波器来估计邻域平均亮度,从而避免伪边缘现象.该方法对于大部分非均匀光照的图像具有出众的视觉效果.

关键词：图像增强颜色恢复自适应引导滤波器

基于Census变换和引导滤波的立体匹配算法

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应用光学 2020年第1期41卷 79-85页

作者：周喆沈建新韩鹏江俊佳南京航空航天大学机电学院

在双目立体视觉系统中,立体匹配是关键步骤之一,其精度对后续的研究有着重大影响。Census算法由于具有简单明晰、运行效果好、实时性强等优点,被广泛采用。但Census立体匹配算法存在变换窗口中心点易受外界条件干扰、深度不连续区域匹... 详细信息

在双目立体视觉系统中,立体匹配是关键步骤之一,其精度对后续的研究有着重大影响。Census算法由于具有简单明晰、运行效果好、实时性强等优点,被广泛采用。但Census立体匹配算法存在变换窗口中心点易受外界条件干扰、深度不连续区域匹配精度低等缺点,由此提出了一种新型的基于Census变换及引导滤波器的立体匹配算法。在Census变换阶段通过计算变换窗口周围的像素的平均值,降低了外界干扰的影响,同时在代价聚合阶段引入具有包边特性且计算量不依赖于滤波核大小的引导滤波器作为自适应权重。实验结果表明:所提算法在Middlebury测试平台上平均误匹配误差为6.03%,相较于目前Census立体匹配算法16.2%的平均误匹配率,匹配效果明显提高,且算法效率较高,具有较好的辐射不变性。

关键词：双目立体视觉立体匹配 Census变换自适应权重引导滤波器

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基于显著性检测的风机叶片裂纹提取研究

南方能源建设 2016年第2期3卷 136-140页

作者：翟永杰张木柳乔弘王迪华北电力大学控制与计算机工程学院保定071003 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司广州510663

在基于数字图像处理技术的风力发电机桨叶故障巡检过程中,为了提取桨叶上的裂纹,结合裂纹与桨叶对比度的特点,文章提出了一种基于显著性区域检测与连通域原理相结合的裂纹提取方法。利用灰度化和基于引导滤波器的图像增强算法对图像进... 详细信息

在基于数字图像处理技术的风力发电机桨叶故障巡检过程中,为了提取桨叶上的裂纹,结合裂纹与桨叶对比度的特点,文章提出了一种基于显著性区域检测与连通域原理相结合的裂纹提取方法。利用灰度化和基于引导滤波器的图像增强算法对图像进行预处理。然后转变处理前景目标区域的方法,转而分析背景区域的特点,达到把背景区域去除的效果,并与连通域检测标记相结合,最终把裂纹区域提取出来。实验结果表明,基于显著性区域检测的方法能够把风机桨叶上的裂纹较为完整地标记出来。

关键词：风机桨叶裂纹引导滤波器显著性检测

基于TMS320C6678的高动态范围红外图像细节增强算法改进与实现

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光学与光电技术 2014年第1期12卷 92-96页

作者：朱才高隋修宝朱道广陈钱顾国华南京理工大学光电工程国防重点学科实验室江苏南京210094

利用图像分层处理的细节增强基本框架,提出了一种基于引导滤波器的高动态范围红外图像显示与细节增强算法。该算法能有效将高动态范围红外图像映射到适合监视器显示的动态范围,且能有效调整图像对比度,增强图像细节,抑制背景噪声。相比... 详细信息

利用图像分层处理的细节增强基本框架,提出了一种基于引导滤波器的高动态范围红外图像显示与细节增强算法。该算法能有效将高动态范围红外图像映射到适合监视器显示的动态范围,且能有效调整图像对比度,增强图像细节,抑制背景噪声。相比较于其他同类算法,该算法计算量少,易于工程实现,且不会产生梯度翻转效应。并研究设计了基于TMS320C6678DSP芯片的细节增强图像处理系统,实现了图像视频流的传输、处理等系列功能。实验结果表明了本算法的优势。

关键词：红外图像细节增强引导滤波器自适应增益控制投影直方图