CN105989579A - 一种图像增强方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种图像增强方法和装置。方法包括：分别以图像中的各个像素点为中心，选取多个不同尺度大小的窗口，计算每一尺度下所有像素点的像素值均值；所述窗口小于预设尺度；对图像中的每一个像素点，计算自身像素值与所有尺度下所述像素值均值之间的差值；获取增益倍数，计算与所述差值相对应的增强增量；对每个像素点，将像素点的原像素值加上修正增强增量，得到修正像素值；所述修正增强增量为所述增强增量与所述增益倍数的积；将每一个像素点的所述修正像素值替换所述原像素值。本发明提供的技术方案，能够以计算复杂度不高的代价取得较好的图像增强效果。

Description

一种图像增强方法和装置

技术领域

本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种图像增强方法和装置。

背景技术

图像增强一般是指对图像中所存在的边缘和细节部分进行增强处理，图像增强作为图像处理的一个重要方面，具有很重要的实际意义。

目前的技术中，有些方法对图像的增强效果比较一般，比如基于方向梯度的方法虽然能较好的增强连续边界，但对方向性不明确的边缘，如文字的拐角处，则增强不够；有些方法计算复杂度太高，对硬件的要求很高，因此代价较大，比如基于边缘保持的增强方法，或者是图像去模糊方法，它们具有较高的计算复杂度，对硬件要求较高，较难实现在手机端对图像进行实时处理。因此，现有的技术中，无法实现以计算复杂度不高的代价取得较好的图像增强效果。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种图像增强方法和装置，能够以计算复杂度不高的代价取得较好的图像增强效果。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种图像增强方法，包括：

分别以图像中的各个像素点为中心，选取多个不同尺度大小的窗口，计算每一尺度下所有像素点的像素值均值；所述窗口小于预设尺度；

对图像中的每一个像素点，计算自身像素值与所有尺度下所述像素值均值之间的差值；

获取增益倍数，计算与所述差值相对应的增强增量；

对每个像素点，将像素点的原像素值加上修正增强增量，得到修正像素值；所述修正增强增量为所述增强增量与所述增益倍数的积；

将每一个像素点的所述修正像素值替换所述原像素值。

优选的，选取3个不同尺度大小的窗口，分别计算每一尺度下所有像素点的像素值均值。

优选的，所述多个不同尺度大小的窗口中，行的数目都不大于7。

优选的，所述计算与所述差值相对应的增强增量包括：

确定所述差值中的最大值为所述增强增量；

或者确定所述差值中的中值为所述增强增量；

或者计算所述差值的平均值作为所述增强增量；

或者计算每一尺度下所有像素点的像素值方差，通过每个尺度下的方差对与所述尺度相对应的所述差值分配权重，计算所述增强增量。

优选的，所述计算与所述差值相对应的增强增量包括：

当所述增益倍数大于0时，确定第一方差所对应的尺度下的所述差值为所述增强增量；所述第一方差为所有尺度下像素值方差的最大值。

优选的，所述增益倍数的值大于0。

一种图像增强装置，包括：

第一计算模块，用于分别以图像中的各个像素点为中心，选取多个不同尺度大小的窗口，计算每一尺度下所有像素点的像素值均值；所述窗口小于预设尺度；

第二计算模块，用于对图像中的每一个像素点，计算自身像素值与所有尺度下所述像素值均值之间的差值；

第三计算模块，用于获取增益倍数，计算与所述差值相对应的增强增量；

第四计算模块，用于对每个像素点，将像素点的原像素值加上修正增强增量，得到修正像素值；所述修正增强增量为所述增强增量与所述增益倍数的积；

替换模块，用于将每一个像素点的所述修正像素值替换所述原像素值。

优选的，所述第三计算模块包括：

增益倍数获取单元，用于获取所述增益倍数；

增强增量计算单元，用于计算与所述差值相对应的增强增量。

优选的，所述增强增量计算单元包括：

第一计算子单元，用于确定所述差值中的最大值为所述增强增量；

第二计算子单元，用于确定所述差值中的中值为所述增强增量；

第三计算子单元，用于计算所述差值的平均值作为所述增强增量；

第四计算子单元，用于计算每一尺度下所有像素点的像素值方差，通过每个尺度下的方差对与所述尺度相对应的所述差值分配权重，计算所述增强增量。

优选的，所述增强增量计算单元包括：

第五计算子单元，用于当所述增益倍数大于0时，确定第一方差所对应的尺度下的所述差值为所述增强增量；所述第一方差为所有尺度下像素值方差的最大值。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种图像增强方法和装置。采用本发明提供的技术方案，分别以图像中的各个像素点为中心，选取多个不同尺度大小的窗口，计算每一尺度下所有像素点的像素值均值；所述窗口小于预设尺度；对图像中的每一个像素点，计算自身像素值与所有尺度下所述像素值均值之间的差值；获取增益倍数，计算与所述差值相对应的增强增量；对每个像素点，将像素点的原像素值加上修正增强增量，得到修正像素值；所述修正增强增量为所述增强增量与所述增益倍数的积；将每一个像素点的所述修正像素值替换所述原像素值。本发明提供的技术方案，以各个像素点为中心选取多个不同尺度大小的窗口，所述窗口小于预设尺度，属于传统较小的处理窗口，通过对多个不同尺度窗口进行分析和计算的方法实现效果较好的图像增强处理，并且计算复杂度不高，能够避免现有技术因计算复杂度较高所导致的较难在手机端实现的问题。因此，本发明提供的计算方案，能够以计算复杂度不高的代价取得较好的图像增强效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种图像增强方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种增益倍数取值的曲线图；

图3为本发明实施例提供的一种图像增强装置的结构图；

图4a为一张原始图片；

图4b为图4a经本发明技术方案处理后的图片；

图5a为另外一张原始图片；

图5b为图5a经本发明技术方案处理后的图片；

图6a为另外一张原始图片；

图6b为图6a经本发明技术方案处理后的图片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种图像增强方法的流程图。如图1所示，该方法包括：

步骤S101，分别以图像中的各个像素点为中心，选取多个不同尺度大小的窗口，计算每一尺度下所有像素点的像素值均值；所述窗口小于预设尺度；

具体的，位于所述多个不同尺度大小的窗口中心的像素点，比如命名为预增强点，将其像素值，记为x_center。则以预增强点为中心，选取多个不同尺度大小的窗口，计算每一尺度下所有像素点的像素值均值；

具体的，所述多个不同尺度大小的窗口，可选的，为正方形，即所述多个不同尺度大小的窗口，外边界的四个边上的窗口个数相等；所述多个不同尺度大小的窗口可以为其他形状，比如菱形，其他基于多尺度思想的窗口形状也属于本发明的保护范围。

本发明提供的技术方案，所选取的最大的窗口，不大于传统的窗口，所选取的最大尺度的窗口，所包含的行的数目，可选的，不大于7。应用本发明提供的技术方案，选取三个不同尺度大小的窗口便能取得较好的增强效果。

进一步的，可选的，以预增强点为中心，选取三个不同尺度大小的窗口，以第一尺度3*3,第二尺度5*5和第三尺度7*7的窗口为例(其它尺度也应在本发明的保护范围内)，记做W3，W5，W7。中心点的像素值为x_center。表1为第一尺度的窗口，表2为第二尺度的窗口，表3为第三尺度的窗口，如下：

其中，第一尺度下像素点的个数N3＝9，第二尺度下像素点的个数N5＝25，第三尺度下像素点的个数N7＝49。计算每一尺度下所有像素点的像素值均值，即，计算W3，W5，W7内的像素值均值如W3的计算为：

${\stackrel{\‾}{x}}_3=\frac{\underset{i=1}{\overset{i=9}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i}{N_3}---\left(1\right)$

步骤S102，对图像中的每一个像素点，计算自身像素值与所有尺度下所述像素值均值之间的差值；

具体的，仍以W3，W5，W7三个尺度大小的窗口为例，

$\mathrm{\Δ}{x}_3=x_{\mathrm{center}}-{\stackrel{\‾}{x}}_3---\left(2\right)$

$\mathrm{\Δ}{x}_5=x_{\mathrm{center}}-{\stackrel{\‾}{x}}_5---\left(3\right)$

$\mathrm{\Δ}{x}_7=x_{\mathrm{center}}-{\stackrel{\‾}{x}}_7---\left(4\right)$

其中，Δx₃为预增强点的像素值与W3内所有像素点的像素值均值之间的差值，Δx₅为预增强点的像素值与W5内所有像素点的像素值均值之间的差值，Δx₇为预增强点的像素值与W7内所有像素点的像素值均值之间的差值。

步骤S103，获取增益倍数，计算与所述差值相对应的增强增量；

具体的，获取预先设置的增益倍数。可选的，所述增益倍数记为k。

具体的，所述计算与所述差值相对应的增强增量(比如，记为Δx)包括：

确定所述差值中的最大值为所述增强增量；

具体的，仍以W3，W5，W7三个尺度大小的窗口为例，确定Δx₃、Δx₅和Δx₇三者中的最大值为所述增强增量。

或者确定所述差值中的中值为所述增强增量；

具体的，仍以W3，W5，W7三个尺度大小的窗口为例，确定Δx₃、Δx₅和Δx₇三者中位居中间的值为所述增强增量。

或者计算所述差值的平均值作为所述增强增量；

具体的，仍以W3，W5，W7三个尺度大小的窗口为例，确定Δx₃、Δx₅和Δx₇三者的平均值为所述增强增量。

或者计算每一尺度下所有像素点的像素值方差，通过每个尺度下的方差对与所述尺度相对应的所述差值分配权重，计算所述增强增量；

具体的，仍以W3，W5，W7三个尺度大小的窗口为例，计算每一尺度下所有像素点的像素值方差，即分别计算W3，W5，W7内的像素值方差σ₃，σ₅，σ₇；如W3中的计算为：

${\mathrm{\σ}}_3=\frac{\underset{i=1}{\overset{i=9}{\mathrm{\Σ}}}{\left(x_i\right)}^2}{N_3}-{\left(\frac{\underset{i=1}{\overset{i=9}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i}{N_3}\right)}^2---\left(5\right)$

然后通过每个尺度下的方差对与所述尺度相对应的所述差值分配权重，计算所述增强增量Δx；

$\mathrm{\ΔX}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{{\mathrm{\σ}}_3\×\mathrm{\Δ}{x}_3+{\mathrm{\σ}}_5\×\mathrm{\Δ}{x}_5+{\mathrm{\σ}}_7\×\mathrm{\Δ}{x}_7}{{\mathrm{\σ}}_3+{\mathrm{\σ}}_5+{\mathrm{\σ}}_7}& ({\mathrm{\σ}}_3+{\mathrm{\σ}}_5+{\mathrm{\σ}}_7\≠0)\\ 0& ({\mathrm{\σ}}_3+{\mathrm{\σ}}_5+{\mathrm{\σ}}_7=0)\end{array}\right.---\left(6\right)$

具体的，可选的，当所述增益倍数大于0时，确定第一方差所对应的尺度下的所述差值为所述增强增量Δx；所述第一方差为所有尺度下像素值方差的最大值。具体的，仍以W3，W5，W7三个尺度大小的窗口为例，假设σ₃，σ₅，σ₇三者中的最大值为σ₃，则所述第一方差为σ₃，确定与σ₃所对应的尺度W3的所述差值Δx₃为所述增强增量Δx。

步骤S104，对每个像素点，将像素点的原像素值加上修正增强增量，得到修正像素值；所述修正增强增量为所述增强增量与所述增益倍数的积；

具体的，x′_center＝x_center+k*Δx； (7)

其中，x_center为预增强像素点的原像素值，x′_center为修正像素值，k*Δx为修正增强增量。需要说明的是，所述增益倍数k的取值，为正数、零或者负数，当所述增益倍数k为正数(即大于0的数值)时，能够实现对图像的增强效果，具体的，k的取值越大，增强效果越强，一般，k取1时，便已经能够得到比较强的增强效果。当所述增益倍数k为负数时，能够实现对图像的降噪处理。

步骤S105，将每一个像素点的所述修正像素值替换所述原像素值。

具体的，经过所述步骤S105能够实现图像中的每一个像素点像素值的替换，替换为经过增强后的所述修正像素值，从而实现对图像的增强处理。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种图像增强方法和装置。采用本发明提供的技术方案，分别以图像中的各个像素点为中心，选取多个不同尺度大小的窗口，计算每一尺度下所有像素点的像素值均值；所述窗口小于预设尺度；对图像中的每一个像素点，计算自身像素值与所有尺度下所述像素值均值之间的差值；获取增益倍数，计算与所述差值相对应的增强增量；对每个像素点，将像素点的原像素值加上修正增强增量，得到修正像素值；所述修正增强增量为所述增强增量与所述增益倍数的积；将每一个像素点的所述修正像素值替换所述原像素值。本发明提供的技术方案，以各个像素点为中心选取多个不同尺度大小的窗口，所述窗口小于预设尺度，属于传统较小的处理窗口，通过对多个不同尺度窗口进行分析和计算的方法实现效果较好的图像增强处理，并且计算复杂度不高，能够避免现有技术因计算复杂度较高所导致的较难在手机端实现的问题。因此，本发明提供的计算方案，能够以计算复杂度不高的代价取得较好的图像增强效果。

需要说明的是，在对图像增强的过程中，为了不使噪声增强过于明显，可选的，设置增益倍数K的取值范围：k∈(-k_dn，k_ee)，k_dn和k_ee都是正数，分别用来表征去噪和增强的强度，一般k_dn的值在0到1之间，且k_dn值越大去噪强度越大，取1时是类似于均值滤波的强度，k_dn的值一般不超过1，否则可能出现欠佳的效应(artifacts)。k_ee的值，一般也在0到1之间，实验证明对几乎所有的图像而言取为1时已经有较强的增强效果，理论上k_ee的取值可以大于1。通过一些视频流的实验，本发明给出k_dn与k_ee最大值的取值典型值分别为8/16和10/16。

另外，本发明还提供另外一种增益倍数k取值的计算方法。请参阅图2，图2为本发明实施例提供的一种增益倍数取值的曲线图。为简化计算，这里仅用σ₃,σ₅,σ₇之间差值绝对值的最大值max_delt_sigma[即max(|σ₃-σ₅|，|σ₃-σ₇|，|σ₇-σ₅|)]，作为衡量因素(或者用σ₃，σ₅，σ₇三者之间的方差σ_σ作为衡量因素)。

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\σ}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{i=3}{\mathrm{\Σ}}}{\left({\mathrm{\σ}}_i\right)}^2}{3}-{\left(\frac{\underset{i=1}{\overset{i=3}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\σ}}_i}{3}\right)}^2---\left(8\right)$

如图2所示，当max_delt_sigma<delt_sigma_th_m时，K取负值为滤波去噪的效果，当max_delt_sigma>delt_sigma_th_m时，K取正值为图像增强效果。max_delt_sigma在[0,delt_sigma_th_l]之间为强滤波区，在[delt_sigma_th_l,delt_sigma_th_m]之间为滤波过渡区，在[delt_sigma_th_m,delt_sigma_th_h]之间为增强过渡区，大于delt_sigma_th_h时为强增强区。

其中，delt_sigma_th_l在x_center越大时也越略大些，这是因为其他因素一样时，x_center增大时，噪声水平也会增大，由于噪声随机分布的特点，概率上导致max_delt_sigma也更大。

本发明给出delt_sigma_th_l的一种取值方法：

delt_sigma_th_l＝k_g*x_center (9)

例如k_g的一种典型取值为4/128,与k_dn和k_ee分别用于调节去噪和增强的强度不同，k_g是调节图像整体偏向去噪还是增强的参数，增大时更多的区域以去噪的方式处理，减少时更多的区域被增强。而对于delt_sigma_th_m和delt_sigma_th_h，为简化计算，可选的，根据x_center进行分段取固定值。需要说明的是，以上只是一种实现方案，设立过渡区的目的是使图像更加平滑和自然，过渡区不一定采用线性实现的方式，这里只是为了简化说明。

由上述内容可以看出，所述增益倍数k取负值时，本发明提供的技术方案，还能够实现对图像的降噪处理。

为了更加全面的阐述本发明的技术方案，本发明还公开了一种图像增强装置。

请参阅图3，图3为本发明实施例提供的一种图像增强装置的结构图。如图3所示，该装置包括：

第一计算模块301，用于分别以图像中的各个像素点为中心，选取多个不同尺度大小的窗口，计算每一尺度下所有像素点的像素值均值；所述窗口小于预设尺度；

第二计算模块302，用于对图像中的每一个像素点，计算自身像素值与所有尺度下所述像素值均值之间的差值；

第三计算模块303，用于获取增益倍数，计算与所述差值相对应的增强增量；

第四计算模块304，用于对每个像素点，将像素点的原像素值加上修正增强增量，得到修正像素值；所述修正增强增量为所述增强增量与所述增益倍数的积；

替换模块305，用于将每一个像素点的所述修正像素值替换所述原像素值。

具体的，所述第三计算模块303包括：

增益倍数获取单元，用于获取所述增益倍数；

增强增量计算单元，用于计算与所述差值相对应的增强增量。

进一步的，所述增强增量计算单元包括：

第一计算子单元，用于确定所述差值中的最大值为所述增强增量；

第二计算子单元，用于确定所述差值中的中值为所述增强增量；

第三计算子单元，用于计算所述差值的平均值作为所述增强增量；

第四计算子单元，用于计算每一尺度下所有像素点的像素值方差，通过每个尺度下的方差对与所述尺度相对应的所述差值分配权重，计算所述增强增量。

进一步的，所述增强增量计算单元还包括：

第五计算子单元，用于当所述增益倍数大于0时，确定第一方差所对应的尺度下的所述差值为所述增强增量；所述第一方差为所有尺度下像素值方差的最大值。

分别如图4a、图4b、图5a、图5b、图6a和图6b所示，图4a为一张原始图片，图4b为图4a经本发明技术方案处理后的图片，图5a为另外一张原始图片，图5b为图5a经本发明技术方案处理后的图片，图6a为另外一张原始图片，图6b为图6a经本发明技术方案处理后的图片。对比能够发现，本发明实施例提供的技术方案，能够对图像实现很好的增强效果。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种图像增强方法，其特征在于，包括：

分别以图像中的各个像素点为中心，选取多个不同尺度大小的窗口，计算每一尺度下所有像素点的像素值均值；所述窗口小于预设尺度；

对图像中的每一个像素点，计算自身像素值与所有尺度下所述像素值均值之间的差值；

获取增益倍数，计算与所述差值相对应的增强增量；

对每个像素点，将像素点的原像素值加上修正增强增量，得到修正像素值；所述修正增强增量为所述增强增量与所述增益倍数的积；

将每一个像素点的所述修正像素值替换所述原像素值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，选取3个不同尺度大小的窗口，分别计算每一尺度下所有像素点的像素值均值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个不同尺度大小的窗口中，行的数目都不大于7。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算与所述差值相对应的增强增量包括：

确定所述差值中的最大值为所述增强增量；

或者确定所述差值中的中值为所述增强增量；

或者计算所述差值的平均值作为所述增强增量；

或者计算每一尺度下所有像素点的像素值方差，通过每个尺度下的方差对与所述尺度相对应的所述差值分配权重，计算所述增强增量。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算与所述差值相对应的增强增量包括：

当所述增益倍数大于0时，确定第一方差所对应的尺度下的所述差值为所述增强增量；所述第一方差为所有尺度下像素值方差的最大值。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述增益倍数的值大于0。

7.一种图像增强装置，其特征在于，包括：

第一计算模块，用于分别以图像中的各个像素点为中心，选取多个不同尺度大小的窗口，计算每一尺度下所有像素点的像素值均值；所述窗口小于预设尺度；

第二计算模块，用于对图像中的每一个像素点，计算自身像素值与所有尺度下所述像素值均值之间的差值；

第三计算模块，用于获取增益倍数，计算与所述差值相对应的增强增量；

第四计算模块，用于对每个像素点，将像素点的原像素值加上修正增强增量，得到修正像素值；所述修正增强增量为所述增强增量与所述增益倍数的积；

替换模块，用于将每一个像素点的所述修正像素值替换所述原像素值。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第三计算模块包括：

增益倍数获取单元，用于获取所述增益倍数；

增强增量计算单元，用于计算与所述差值相对应的增强增量。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述增强增量计算单元包括：

第一计算子单元，用于确定所述差值中的最大值为所述增强增量；

第二计算子单元，用于确定所述差值中的中值为所述增强增量；

第三计算子单元，用于计算所述差值的平均值作为所述增强增量；

第四计算子单元，用于计算每一尺度下所有像素点的像素值方差，通过每个尺度下的方差对与所述尺度相对应的所述差值分配权重，计算所述增强增量。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述增强增量计算单元包括：

第五计算子单元，用于当所述增益倍数大于0时，确定第一方差所对应的尺度下的所述差值为所述增强增量；所述第一方差为所有尺度下像素值方差的最大值。