專利名稱：一種數(shù)字影像的勻光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字圖像處理領(lǐng)域，尤其涉及一種數(shù)字影像的勻光方法。
背景技術(shù)：
我國自行研制的第一臺大面陣彩色CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合器 件)數(shù)字航測相機(jī)，采用1個(gè)9kX9k的CXD記錄全色影像和3個(gè)2kX2k的CXD分別記錄 RGB (Red Green Blue，紅綠藍(lán))分波段影像。在影像的獲取過程中，由于內(nèi)部和外部環(huán)境等 因素的干擾，使得一幅影像內(nèi)不同部分色調(diào)、亮度、反差等存在不同程度的差異。這種現(xiàn)象 一般稱之為不均勻光照現(xiàn)象。這種不均勻光照現(xiàn)象在數(shù)字航空影像上表現(xiàn)為色彩和亮度的 不均勻分布。造成這種現(xiàn)象的原因是多方面的。比如光學(xué)透鏡成像的不均勻性(光通過物 鏡后在焦平面上的照度從中心向邊緣是逐漸減小的)，大氣衰減，云層、煙霧影響以及向陽、 背陽等造成的光照條件不同等。由于這些因素的影響，使航空影像呈現(xiàn)出以下幾個(gè)特點(diǎn)光 照最強(qiáng)處不一定是影像的幾何中心點(diǎn)；影像亮度以及反差的分布是不均勻的；不均勻的影 像亮度、反差的分布是不規(guī)則的，存在一些不規(guī)則的亮度變化和孤立的亮度變異。正是由于 這種不均勻光照現(xiàn)象的存在，直接影響了航空影像和影像鑲嵌的質(zhì)量，使鑲嵌結(jié)果呈現(xiàn)出 明顯的明暗不一，色彩分布不均，進(jìn)而影響了大型無縫影像庫色彩平衡的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，也不 同程度地影響了航空影像的應(yīng)用以及進(jìn)一步處理(如特征提取、目標(biāo)識別、分類、解譯等)。 因此，對這種不均勻光照現(xiàn)象進(jìn)行研究和處理，獲得高質(zhì)量的數(shù)字航空影像，具有重要的理 論和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。對數(shù)字航空影像進(jìn)行消除不均勻光照的處理，稱為勻光處理。當(dāng)前，對于航空影像的色彩平衡處理，比較有代表性的處理方法是用數(shù)學(xué)模型模 擬影像亮度變化，然后再對影像不同部分進(jìn)行不同程度的補(bǔ)償，從而獲得亮度、反差均勻的 影像。遙感圖像處理軟件ERDASIMAGINE8. 5中的色彩平衡功能采用的就是這種方法，它提 供了 4種數(shù)學(xué)模型來模擬影像亮度的變化。但是由于造成影像亮度、反差分布不均勻的原 因很多，而且是不規(guī)則的，因此影像中一些不規(guī)則的亮度變化和孤立的亮度變異很可能會 導(dǎo)致模擬影像亮度變化的失敗，最終嚴(yán)重影響勻光處理的效果。不透明處曝光量少，使得像 片上較大密度和較小密度都過多的出現(xiàn)，導(dǎo)致照度不均勻。勻光技術(shù)就是在曬印像片時(shí)，通 過對曝光過強(qiáng)和曝光過弱的地方進(jìn)行補(bǔ)償，獲得照度均勻的光學(xué)像片。目前的影像勻光方法還有馬斯克勻光方法，該方法認(rèn)為不均勻光照的原始影像可 以看成是由受光均勻的信號影像疊加了一個(gè)非均勻背景影像的結(jié)果，勻光的目的是從原始 影像中減去背景影像。這種方法要求事先準(zhǔn)確地模擬出背景影像，才能得到較好的勻光效 果。然而，諸多因素影響著背景影像，尋找背景影像是一件困難的事情，而且不同原始影像 的背景可能不盡相同。因此，需要一種能夠適應(yīng)多誤差源的數(shù)字影像勻光方法，以獲得較好的勻光效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種數(shù)字影像的勻光方法，能夠獲得更好的數(shù)字影像勻光效果。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種數(shù)字影像的勻光方法，包括(a)對待處理的數(shù)字影像進(jìn)行小波變換，生成第一子帶影像、第二子帶影像、第三 子帶影像和第四子帶影像4個(gè)子帶影像，所述第一子帶影像的小波系數(shù)為近似系數(shù)，所述 第二子帶影像的小波系數(shù)為水平細(xì)節(jié)系數(shù)，所述第三子帶影像的小波系數(shù)為垂直細(xì)節(jié)系 數(shù)，所述第四子帶影像的小波系數(shù)為對角細(xì)節(jié)系數(shù)；(b)對所述第一子帶影像作近似系數(shù)調(diào)整，用衰減算子作用于所述近似系數(shù)，使所 述近似系數(shù)中的大值減小、小值增大；(c)對所述第二子帶影像、第三子帶影像和第四子帶影像作細(xì)節(jié)系數(shù)調(diào)整，對所述 水平細(xì)節(jié)系數(shù)、垂直細(xì)節(jié)系數(shù)和對角細(xì)節(jié)系數(shù)分別作線性增強(qiáng)；(d)對作過系數(shù)調(diào)整后的第一子帶影像、第二子帶影像、第三子帶影像和第四子帶 影像進(jìn)行小波逆變換，得到重建后的數(shù)字影像。進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點(diǎn)，步驟(b)中，所述用衰減算子作用于所述 近似系數(shù)具體為用衰減算子作用于多尺度分解后的近似系數(shù)。進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點(diǎn)，步驟(b)中，所述衰減算子為φ (x, y)^i^y)=-^-^^11)13
A (x,y) a其中，A (χ, y)為取對數(shù)后的近似系數(shù)，α取該尺度近似系數(shù)對數(shù)值的平均值，β 根據(jù)整幅影像的對比度取值，β的取值范圍為0.9-1.0。進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點(diǎn)，步驟(C)中，所述對所述水平細(xì)節(jié)系數(shù)、 垂直細(xì)節(jié)系數(shù)和對角細(xì)節(jié)系數(shù)分別作線性增強(qiáng)具體為對多尺度分解后的不同尺度的水平 細(xì)節(jié)系數(shù)、垂直細(xì)節(jié)系數(shù)和對角細(xì)節(jié)系數(shù)分別作線性增強(qiáng)。進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點(diǎn)，步驟(C)中，對同一尺度的水平細(xì)節(jié)系數(shù) 和垂直細(xì)節(jié)系數(shù)的增強(qiáng)幅度相等，對同一尺度的對角細(xì)節(jié)系數(shù)的增強(qiáng)幅度為同一尺度的水 平細(xì)節(jié)系數(shù)和垂直細(xì)節(jié)系數(shù)的^倍。進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點(diǎn)，步驟(a)中，對待處理的數(shù)字影像進(jìn)行小 波變換具體為對待處理的數(shù)字影像進(jìn)行三級小波變換。本發(fā)明數(shù)字影像的勻光方法能夠獲得更好的數(shù)字影像勻光效果。


圖1是本發(fā)明數(shù)字影像的勻光方法流程圖；圖2是二維小波變換分解算法原理圖；圖3是影像一級二維小波變換原理圖；圖4是二維小波逆變換重建算法原理圖；圖5是原始影像與用本發(fā)明數(shù)字影像的勻光方法處理后的重建影像對比圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的主要構(gòu)思是與信號影像相比較，背景影像可以認(rèn)為是一個(gè)低頻變化的 影像，而小波分析具有多分辨分析的特性，小波在時(shí)域和頻域都有表征信號局部信息的能力，時(shí)間窗和頻率窗都可以根據(jù)信號的具體形態(tài)動態(tài)調(diào)整。低頻部分(信號平穩(wěn)部分)小 波分析具有較長的時(shí)間窗口，以便能看清信號的趨勢和整體變化情況；高頻部分具有較短 的時(shí)間域窗口，從而能定位信號突變的瞬間時(shí)刻。就是說，小波分析可以達(dá)到將大輪廓和小 細(xì)節(jié)分解的功能。通過調(diào)整小波近似系數(shù)，從而達(dá)到對航空影像等數(shù)字影像亮度不均勻性 的整體改正，同時(shí)對小波細(xì)節(jié)系數(shù)進(jìn)行線性增強(qiáng)處理，做到在影像勻光過程中，盡可能地不 丟失邊緣細(xì)節(jié)信息。以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并 非用于限定本發(fā)明的范圍。圖1是本發(fā)明數(shù)字影像的勻光方法流程圖，如圖1所示，本發(fā)明數(shù)字影像的勻光方 法包括步驟101，對待處理的數(shù)字影像(即原始影像)進(jìn)行小波變換(又稱為小波分解)， 生成第一子帶影像、第二子帶影像、第三子帶影像和第四子帶影像4個(gè)子帶影像，第一子帶 影像的小波系數(shù)為近似系數(shù)，第二子帶影像的小波系數(shù)為水平細(xì)節(jié)系數(shù)，第三子帶影像的 小波系數(shù)為垂直細(xì)節(jié)系數(shù)，第四子帶影像的小波系數(shù)為對角細(xì)節(jié)系數(shù)；圖2是二維小波變換分解算法原理圖，如圖2所示，對于二維影像的小波變換，首 先在行方向上分別進(jìn)行低通濾波和高通濾波，對分解系數(shù)重采樣，然后在列方向上進(jìn)行相 同的操作，即在列方向上進(jìn)行低通濾波和高通濾波，對分解系數(shù)重采樣。也就是說，二維小 波變換分解算法就是首先在行方向上進(jìn)行一維小波分解，然后再在列方向上進(jìn)行一維小波 分解。一維小波分解的公式如式(1)和(2)所示cI =TdK-IkcI⑴
ηdI = Y4Sn-IkC0n (2)
η其中，hn_2k為低通濾波器，gn_2k為高通濾波器，為原始信號，4為近似小波系數(shù)，< 為細(xì)節(jié)小波系數(shù)。一幅NXN大小的影像經(jīng)過一次二維小波變換后，將得到四幅(Ν/2) X (N/2)大小 的子帶影像。圖3是影像一級二維小波變換原理圖，如圖3所示，影像進(jìn)行一級小波分解后， 生成的4個(gè)子帶影像，各子帶影像的小波系數(shù)分別為近似系數(shù)(LL)、水平細(xì)節(jié)系數(shù)(LH)、垂 直細(xì)節(jié)系數(shù)(HL)、對角細(xì)節(jié)系數(shù)(HH)。為了獲得更好的勻光效果，在步驟101中，可以對待處理的數(shù)字影像進(jìn)行三級小 波變換。步驟102，對第一子帶影像作近似系數(shù)調(diào)整，用衰減算子作用于近似系數(shù)，使近似 系數(shù)中的大值減小、小值增大；為了獲得更好的勻光效果，可以先將近似系數(shù)進(jìn)行多尺度分解，然后用衰減算子 作用于多尺度分解后的近似系數(shù)。如果只對最高尺度的近似系數(shù)進(jìn)行衰減，會造成過渡層次不夠，影像視覺效果生 硬的結(jié)果。利用多尺度分解后的近似系數(shù)，逐階調(diào)整近似系數(shù)，然后重建影像，可以得到更 合理的結(jié)果。對各階近似系數(shù)取對數(shù)后，記為A(x，y)，施加了一個(gè)衰減算子Φ (x, y)，
Φ(χ,7) = —
A(x,y) a其中，α取該尺度近似系數(shù)對數(shù)值的平均值，β根據(jù)整幅影像的對比度取值，通 常β的取值范圍是0.9-1.0。不同尺度下的近似系數(shù)含有的細(xì)節(jié)信息不同，高尺度近似系數(shù)包含細(xì)節(jié)信息最 少，所以對它的衰減程度就可以大一些，相應(yīng)的β取值小一些，而低尺度的近似系數(shù)包含 細(xì)節(jié)信息多一些，衰減程度就要小一些，相應(yīng)的β取值要大一些。可以取連續(xù)3階不同尺 度下的近似系數(shù)進(jìn)行調(diào)整與重建。步驟103，對第二子帶影像、第三子帶影像和第四子帶影像作細(xì)節(jié)系數(shù)調(diào)整，對水 平細(xì)節(jié)系數(shù)、垂直細(xì)節(jié)系數(shù)和對角細(xì)節(jié)系數(shù)分別作線性增強(qiáng)；本步驟中，為了獲得更好的勻光效果，可以先將近似系數(shù)進(jìn)行多尺度分解，然后對 多尺度分解后的不同尺度的水平細(xì)節(jié)系數(shù)、垂直細(xì)節(jié)系數(shù)和對角細(xì)節(jié)系數(shù)分別作線性增 強(qiáng)。細(xì)節(jié)系數(shù)代表影像中的細(xì)節(jié)信息，通過對不同尺度細(xì)節(jié)系數(shù)線性增強(qiáng)，可以增強(qiáng) 圖像對比度，使圖像中的細(xì)節(jié)信息更加突出。根據(jù)人類視覺系統(tǒng)對對角方向細(xì)節(jié)變化不敏 感，因此可以對同一尺度的水平細(xì)節(jié)系數(shù)和垂直細(xì)節(jié)系數(shù)的增強(qiáng)幅度相等，對同一尺度的 對角細(xì)節(jié)系數(shù)的增強(qiáng)幅度為同一尺度的水平細(xì)節(jié)系數(shù)和垂直細(xì)節(jié)系數(shù)的λ/ 倍。增強(qiáng)幅度 隨著尺度的增大而增強(qiáng)。通過對不同系數(shù)的不同調(diào)整，最后重建影像就可以得到層次過渡比較均勻而且整 體亮度均衡的影像增強(qiáng)效果。步驟102和步驟203的順序可以調(diào)換，步驟102和步驟203也可以同時(shí)進(jìn)行。步驟104，對作過系數(shù)調(diào)整后的第一子帶影像、第二子帶影像、第三子帶影像和第 四子帶影像進(jìn)行小波逆變換，得到重建后的數(shù)字影像。圖4是二維小波逆變換重建算法原理圖。如圖4所示，二維小波逆變換(又稱為 小波合成)，首先對小波系數(shù)在列方向上過采樣，然后分別進(jìn)行低通濾波和高通濾波，再在 行方向上對系數(shù)過采樣，然后進(jìn)行相應(yīng)的低通濾波和高通濾波，其中有關(guān)小波變換的邊界 處理問題，可以采用文獻(xiàn)“小波理論及在遙感影像壓縮中的應(yīng)用”(耿則勛.[Μ].測繪出版 社.2002.)的方法?？梢?，二維小波逆變換就是先在列方向上進(jìn)行一維小波合成，然后再在 行方向上進(jìn)行一維小波合成。一維小波合成的公式如式(3)所示cI =ΤΛ-2ΙΛ ^YjS -ΙΛ( 3 )
k k圖5是原始影像與用本發(fā)明數(shù)字影像的勻光方法處理后的重建影像對比圖。本發(fā)明點(diǎn)利用小波變換實(shí)現(xiàn)信號圖像和背景圖像的分離，對分解后的系數(shù)分別進(jìn) 行勻光處理，利用衰減算子對背景圖像進(jìn)行勻光，并根據(jù)人眼視覺特性，對不同方向的細(xì)節(jié) 系數(shù)施加不同的增強(qiáng)系數(shù)，保持圖像增強(qiáng)的整體一致性。本發(fā)明通過小波變換將圖像的低 頻信息和高頻信息分離，對近似系數(shù)和細(xì)節(jié)系數(shù)分別逐層進(jìn)行處理，在實(shí)現(xiàn)影像勻光的同 時(shí)，較好地保持了影像細(xì)節(jié)信息。因此，本發(fā)明數(shù)字影像的勻光方法能夠獲得更好的數(shù)字影 像勻光效果。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種數(shù)字影像的勻光方法，其特征在于，包括(a)對待處理的數(shù)字影像進(jìn)行小波變換，生成第一子帶影像、第二子帶影像、第三子帶影像和第四子帶影像4個(gè)子帶影像，所述第一子帶影像的小波系數(shù)為近似系數(shù)，所述第二子帶影像的小波系數(shù)為水平細(xì)節(jié)系數(shù)，所述第三子帶影像的小波系數(shù)為垂直細(xì)節(jié)系數(shù)，所述第四子帶影像的小波系數(shù)為對角細(xì)節(jié)系數(shù)；(b)對所述第一子帶影像作近似系數(shù)調(diào)整，用衰減算子作用于所述近似系數(shù)，使所述近似系數(shù)中的大值減小、小值增大；(c)對所述第二子帶影像、第三子帶影像和第四子帶影像作細(xì)節(jié)系數(shù)調(diào)整，對所述水平細(xì)節(jié)系數(shù)、垂直細(xì)節(jié)系數(shù)和對角細(xì)節(jié)系數(shù)分別作線性增強(qiáng)；(d)對作過系數(shù)調(diào)整后的第一子帶影像、第二子帶影像、第三子帶影像和第四子帶影像進(jìn)行小波逆變換，得到重建后的數(shù)字影像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字影像的勻光方法，其特征在于，步驟(b)中，所述用衰減 算子作用于所述近似系數(shù)具體為用衰減算子作用于多尺度分解后的近似系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字影像的勻光方法，其特征在于，步驟(b)中，所述衰減算 子為 Φ (χ，y)a
4.根據(jù)權(quán)利要求根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字影像的勻光方法，其特征在于，步驟(c) 中，所述對所述水平細(xì)節(jié)系數(shù)、垂直細(xì)節(jié)系數(shù)和對角細(xì)節(jié)系數(shù)分別作線性增強(qiáng)具體為對多 尺度分解后的不同尺度的水平細(xì)節(jié)系數(shù)、垂直細(xì)節(jié)系數(shù)和對角細(xì)節(jié)系數(shù)分別作線性增強(qiáng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的數(shù)字影像的勻光方法，其特征在于，步驟(c)中，對同一尺度 的水平細(xì)節(jié)系數(shù)和垂直細(xì)節(jié)系數(shù)的增強(qiáng)幅度相等，對同一尺度的對角細(xì)節(jié)系數(shù)的增強(qiáng)幅度 為同一尺度的水平細(xì)節(jié)系數(shù)和垂直細(xì)節(jié)系數(shù)的力倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的數(shù)字影像的勻光方法，其特征在于，步驟(a)中， 對待處理的數(shù)字影像進(jìn)行小波變換具體為對待處理的數(shù)字影像進(jìn)行三級小波變換。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種數(shù)字影像的勻光方法，包括(a)對待處理的數(shù)字影像進(jìn)行小波變換，生成第一至第四子帶影像4個(gè)子帶影像，第一至第四子帶影像的小波系數(shù)分別為近似系數(shù)、水平細(xì)節(jié)系數(shù)、垂直細(xì)節(jié)系數(shù)和對角細(xì)節(jié)系數(shù)；(b)對第一子帶影像作近似系數(shù)調(diào)整，用衰減算子作用于近似系數(shù)，使近似系數(shù)中的大值減小、小值增大；(c)對第二子帶影像、第三子帶影像和第四子帶影像作細(xì)節(jié)系數(shù)調(diào)整，對水平細(xì)節(jié)系數(shù)、垂直細(xì)節(jié)系數(shù)和對角細(xì)節(jié)系數(shù)分別作線性增強(qiáng)；(d)對作過系數(shù)調(diào)整后的第一子帶影像、第二子帶影像、第三子帶影像和第四子帶影像進(jìn)行小波逆變換，得到重建后的數(shù)字影像。本發(fā)明數(shù)字影像的勻光方法能夠獲得更好的數(shù)字影像勻光效果。
文檔編號G06T5/00GK101957983SQ20091015800
公開日2011年1月26日 申請日期2009年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月15日
發(fā)明者吳云東, 李崇祥, 李平, 耿利川, 陳水利 申請人:吳云東;耿利川;李崇祥;李平;陳水利