Способ улучшения цифровых изображений



Способ улучшения цифровых изображений
Способ улучшения цифровых изображений
Способ улучшения цифровых изображений
Способ улучшения цифровых изображений
Способ улучшения цифровых изображений
Способ улучшения цифровых изображений
Способ улучшения цифровых изображений
Способ улучшения цифровых изображений
Способ улучшения цифровых изображений

 


Владельцы патента RU 2452025:

Открытое акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод" (RU)

Изобретение относится к области цифровой обработки изображений и может быть использовано для улучшения цифрового цветного или полутонового изображения. Технический результат заявляемого решения заключается в расширении функциональных возможностей за счет усиления локального контраста в светлых, темных и средних тонах изображения. Получают исходное RGB изображение, выполняют фильтрацию шумов RGB изображения, осуществляют коррекцию глобального контраста RGB изображения, извлекают из цветного изображения яркостную компоненту из R, G, B составляющих путем преобразования RGB в трехкомпонентную цветовую систему. Коррекцию темных тонов изображения осуществляют за счет добавления к значениям яркости каждого пикселя изображения произведения разности значений яркости пикселя, соответствующего изображению деталей в темных тонах, и яркости пикселя изображения, инверсии удвоенного результата значений билатеральной фильтрации в темной половине диапазона яркости изображения, возведенного в степень, которая определяет ширину тонового диапазона, и коэффициента усиления темных тонов. 9 ил.

 

Изобретение относится к области цифровой обработки изображений и может быть использовано для улучшения цифрового цветного или полутонового изображения.

Из уровня техники известен способ коррекции темных оттенков на цифровых фотографиях (патент №2298223, опубликовано 27.04.2007, МПК: G06K 9/40(2006.01), включающий следующие операции: коррекцию глобального контраста изображения, конвертирование контрастированного изображения из цветовой системы RGB в трехкомпонентную цветовую систему, одна из составляющих которой является яркостью изображения, а две другие кодируют цвет, определение коэффициента усиления темных оттенков изображения, выполнение билатеральной фильтрации яркости изображения, коррекцию темных оттенков изображения, конвертирование изображения из трехкомпонентной цветовой системы в цветовую систему RGB. Определяют коэффициент усиления темных оттенков изображения путем анализа признаков, вычисляемых из глобальной гистограммы яркостей изображения. Вычисляют изображение деталей, являющееся функцией отношения яркости изображения и результата билатеральной фильтрации. Корректируют темные оттенки в канале яркости путем добавления к каналу яркости произведения разности изображения деталей и яркости на инверсию яркости изображения и коэффициент усиления темных оттенков. В результате получают скорректированные значения яркости изображения, которые конвертируют в исходную цветовую систему RGB.

К недостаткам данного способа можно отнести отсутствие улучшения изображения по средним тонам.

Наиболее близким к предлагаемому является способ улучшения цифровых изображений (патент RU №2298226, опубликовано 27.04.2007 г., MПK:G06T 5/00(2006.01); H04N 1/409(2006.01), состоящий из следующих операций: выполняют фильтрацию шумов, осуществляют коррекцию глобального контраста, извлекают из цветного изображения яркостную компоненту как максимальную из R, G, В составляющих, определяют параметры локальной коррекции темных и светлых тонов, выполняют билатеральную фильтрацию яркости изображения, корректируют темные и светлые тона в канале яркости. При этом коррекцию темных тонов изображения осуществляют за счет добавления к каналу яркости произведения разности изображения деталей в темных тонах и яркости, инверсии результата билатеральной фильтрации, возведенной в степень, которая определяет ширину тонового диапазона, и коэффициента усиления темных тонов, а изображение деталей в темных тонах является функцией отношения яркости исходного изображения и фильтрованного изображения. При этом коррекцию светлых тонов изображения осуществляют за счет вычитания из канала яркости произведения разности яркости и изображения деталей в светлых тонах, результата билатеральной фильтрации яркости, возведенного в степень, которая определяет ширину тонового диапазона, и коэффициента ослабления светлых тонов, а изображение деталей в светлых тонах является функцией отношения фильтрованного изображения и яркости исходного изображения, конвертируют результат коррекции в изображение в цветовую систему RGB. Недостатком данного способа является то, что он применяется к темным и светлым тонам и не затрагивает средние тона изображений.

Технический результат заявляемого технического решения заключается в усилении локального контраста в светлых, темных и средних тонах изображения.

Технический результат достигается тем, что способ улучшения цифровых изображений состоит из следующих операций: получают исходное RGB изображение, выполняют фильтрацию шумов RGB изображения, осуществляют коррекцию глобального контраста RGB изображения, извлекают из цветного изображения яркостную компоненту из R, G, В составляющих путем преобразования RGB в трехкомпонентную цветовую систему, одна из составляющих которой является яркостью изображения, а две другие кодируют цвет, определяют параметры локальной коррекции темных и светлых тонов, выполняют билатеральную фильтрацию яркости изображения, корректируют темные и светлые тона в канале яркости, конвертируют результат коррекции изображения в цветовую систему RGB.

При этом он отличается от прототипа тем, что коррекцию темных тонов изображения осуществляют путем добавления к значениям яркости каждого пикселя изображения произведения разности значений яркости пикселя, соответствующего изображению деталей в темных тонах, и яркости пикселя изображения, инверсии удвоенного результата значений билатеральной фильтрации в темной половине диапазона яркости изображения, возведенного в степень, которая определяет ширину тонового диапазона, и коэффициента усиления темных тонов. Изображение деталей в темных тонах является функцией отношения значений яркости пикселей исходного изображения и фильтрованного изображения.

При этом коррекцию светлых тонов изображения осуществляют за счет вычитания из значений яркости каждого пикселя изображения произведения разности значений яркости пикселя изображения и яркости пикселя, соответствующего изображению деталей в светлых тонах, удвоенного нормализованного результата билатеральной фильтрации в светлой половине диапазона яркости изображения, возведенного в степень, которая определяет ширину тонового диапазона, и коэффициента ослабления светлых тонов. Изображение деталей в светлых тонах является функцией отношения значений яркости фильтрованного изображения и яркости пикселей исходного изображения.

При этом дополнительно определяют параметр локальной коррекции средних тонов и корректируют средние тона в канале яркости. Причем коррекцию средних тонов изображения осуществляют за счет добавления к значениям яркости каждого пикселя изображения произведения разности значений яркости пикселя изображения и результата билатеральной фильтрации изображения, коэффициента усиления резкости средних тонов и нормализованного результата билатеральной фильтрации в средней части диапазона яркости изображения.

Сущность изобретения поясняется Фиг.1- Фиг.9,

где Фиг.1 - структурная схема (алгоритм) способа улучшения цифровых изображений;

Фиг.2 - структурная схема блока обработки изображений;

Фиг.3 - исходное изображение 1;

Фиг.4 - преобразованное по способу прототипа изображение 1;

Фиг.5 - преобразованное по предлагаемому способу изображение 1;

Фиг.6 - исходное изображение 2;

Фиг.7 - преобразованное по способу прототипа изображение 2;

Фиг.8 - преобразованное по предлагаемому способу изображение 2;

Фиг.9 - таблица параметров изображений: исходных, преобразованных по способу прототипа и преобразованных по предлагаемому способу.

Способ улучшения цифровых изображений (Фиг.1) включает следующие этапы:

- получают исходное изображение в системе RGB;

- выполняют фильтрацию шумов в системе RGB;

- осуществляют коррекцию глобального контраста изображения в системе RGB;

- конвертируют контрастированное изображение из цветовой системы RGB в трехкомпонентную цветовую систему, одна из составляющих которой является яркостью изображения, а две другие кодируют цвет;

- определяют параметры локальной коррекции темных, средних и светлых тонов в диапазоне яркости изображения;

- выполняют билатеральную фильтрацию яркости изображения;

- корректируют темные, средние и светлые тона в канале яркости;

- коррекцию темных тонов изображения осуществляют за счет добавления к значениям яркости каждого пикселя изображения произведения разности значений яркости пикселя, соответствующего изображению деталей в темных тонах, и яркости пикселя изображения, инверсии удвоенного результата значений билатеральной фильтрации в темной половине диапазона яркости изображения, возведенного в степень, которая определяет ширину тонового диапазона, и коэффициента усиления темных тонов, а изображение деталей в темных тонах является функцией отношения значений яркости пикселей исходного изображения и фильтрованного изображения;

- коррекцию светлых тонов изображения осуществляют за счет вычитания из значений яркости каждого пикселя изображения произведения разности значений яркости пикселя изображения и яркости пикселя, соответствующего изображению деталей в светлых тонах, удвоенного нормализованного результата билатеральной фильтрации в светлой половине диапазона яркости изображения, возведенного в степень, которая определяет ширину тонового диапазона, и коэффициента ослабления светлых тонов, а изображение деталей в светлых тонах является функцией отношения значений яркости фильтрованного изображения и яркости пикселей исходного изображения;

- коррекцию средних тонов изображения осуществляют за счет добавления к значениям яркости каждого пикселя изображения произведения разности значений яркости пикселя изображения и результата билатеральной фильтрации изображения, коэффициента усиления резкости средних тонов и нормализованного результата билатеральной фильтрации в средней части диапазона яркости изображения;

- конвертируют результат коррекции изображения обратно в цветовую систему RGB.

Способ улучшения цифровых изображений осуществляется следующим образом.

Получают исходное RGB изображение путем оцифровки аналогового сигнала от датчика цветного изображения, осуществляют фильтрацию шумов и глобальное контрастирование изображения по трем каналам R, G, В, вычисляют яркостную компоненту из R, G, В составляющих любым известным способом, например по одной из формул преобразования RGB в цветовую модель HSV (V - яркость) или HLS (L - яркость), определяют коэффициенты усиления темных и средних тонов и коэффициент ослабления светлых тонов на основе анализа глобальной гистограммы значений яркости пикселей изображения, осуществляют билатеральную фильтрацию яркости изображения, корректируют темные, средние и светлые тона изображения, корректируют R, G, В составляющие изображения.

При этом корректируют темные тона изображения в темной половине диапазона яркости изображения путем добавления к каналу яркости I(х, у) значения выражения (далее для упрощения выражений полагаем диапазон значений яркости изображения равным от 0 до 1):

где I(х,у) - исходное изображение,

I1(х,у) - результат билатеральной фильтрации изображения,

Ds - изображение деталей в темных тонах (функция отношения яркости пикселей исходного изображения и фильтрованного изображения),

Ks - коэффициент усиления темных тонов изображения,

ts - ширина тонового диапазона для темных тонов,

х, у - номер строки и столбца изображения.

При этом коррекцию светлых тонов изображения осуществляют в светлой половине диапазона яркости изображения путем вычитания из канала яркости I(х,у) значения выражения:

где Dh - изображение деталей в светлых тонах (функция отношения фильтрованного изображения и яркости исходного изображения),

Kh -коэффициент ослабления светлых тонов изображения,

th -ширина тонового диапазона для светлых тонов.

При этом определяют коэффициент усиления средних тонов на основе анализа гистограммы значений яркости пикселей изображения и осуществляют коррекцию средних тонов изображения путем добавления к каналу яркости I(х,у) значения выражения:

где Inf(х,у) - нормализованный результат билатеральной фильтрации изображения в средних тонах изображения,

Кр - коэффициент усиления резкости средних тонов изображения.

Во всех выражениях (1), (2) и (3) нормализованный результат билатеральной фильтрации используется как альфа-канал прозрачности с соответствующими коэффициентами для темного, среднего и светлого интервалов диапазона яркости. Таким образом, значения выражений (1), (2) и (3) добавляются или вычитаются из яркости пикселей исходного изображения в различных долях в соответствующих частях диапазона яркости изображения. Отметим, что отрицательные значения выражений (1), (2) и (3), которые могут иметь место на определенных участках диапазона яркостей изображения, заменяются нулем.

Примером практического применения способа улучшения цифровых изображений является его использование в блоке обработки изображений для улучшения качества выходного изображения.

На Фиг.2 показана структурная схема блока обработки изображений, включающая последовательно соединенные датчик цветного изображения (ДЦИ) 1, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, блок улучшения изображений (БУ) 3, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 4. Входное телевизионное изображение с ДЦИ 1, поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, где преобразуется в последовательность цифровых значений RGB сигналов, после чего поступает в блок улучшения изображений (БУ) 3, который фильтрует шумы изображения и осуществляет коррекцию глобального контраста изображения в системе RGB, конвертирует изображение из системы RGB в трехкомпонентную, одна из которых представляет собой яркость изображения, а остальные две кодируют цвет изображения, вычисляет глобальную гистограмму значений яркости всех пикселей изображения и определяет коэффициенты усиления темных и средних тонов и коэффициент ослабления светлых тонов на основе анализа глобальной гистограммы значений яркости изображения, осуществляет билатеральную фильтрацию значений яркости изображения, корректирует темные, средние и светлые тона изображения и конвертирует результат коррекции обратно в систему RGB. Вывод результата улучшения осуществляется штатными средствами блока обработки изображений через блок ЦАП 4, который преобразует цифровые значения яркости скорректированного изображения RGB в аналоговую форму сигнала, поступающего на вход цветного видеосмотрового устройства.

Сравнительные результаты, полученные при проведении экспериментальных работ, приведены на Фиг.3 - Фиг.9.

На Фиг.3 представлено первое исходное изображение, на котором имеются совершенно темные, практически без деталей, участки в левой и нижней частях изображения.

На Фиг.4 представлено изображение той же сцены, обработанное по способу, описанному в прототипе. Изображение имеет проработанные детали в темных местах, но в средних тонах изображения локальный контраст практически не изменился.

На Фиг.5 представлено изображение той же сцены, полученное предлагаемым способом. Хорошо видны проработанные детали в темных местах, в средних тонах локальный контраст усилен, что приводит к более резкой и четкой картине в целом.

На Фиг.6 представлено второе исходное изображение, на котором имеются светлые, без деталей облака, темные горы без деталей на заднем плане, домик с темными участками и светлый снег на переднем плане изображения.

На Фиг.7 представлено изображение той же сцены, обработанное по способу, описанному в прототипе. Изображение имеет проработанные детали в темных и светлых местах, но в средних тонах изображения локальный контраст практически не изменился.

На Фиг.8 представлено изображение той же сцены, полученное предлагаемым способом. Хорошо видны проработанные детали в темных и светлых тонах, в средних тонах локальный контраст усилен, что приводит к более резкой и четкой картине в целом, особенно хорошо подчеркнута текстура снежного покрова.

На Фиг.9 представлена таблица параметров изображений - исходных, обработанных способом прототипа и обработанных предлагаемым способом, позволяющая сравнить качественные характеристики каждого изображения (в диапазоне яркости 0÷255 для цифровых изображений). В качестве таких характеристик обычно используют общий контраст, количество уровней и отношение сигнал/шум. Изображение лучшего качества имеет максимальный контраст, равный 1, максимальное количество уровней 256 и максимальное отношение сигнал/шум. Из таблицы видно существенное улучшение основных характеристик изображений, обработанных предлагаемым способом, по сравнению с характеристиками исходных и обработанных способом прототипа изображений.

Полученные данные, а также визуальное сравнение позволяют сделать вывод, что предлагаемый способ улучшения цифровых изображений позволяет повысить качество цифровых изображений за счет существенного повышения локального контраста в темных, светлых и средних тонах изображения.

Способ улучшения цифровых изображений, состоящий из следующих операций: получают исходное RGB изображение, выполняют фильтрацию шумов RGB изображения, осуществляют коррекцию глобального контраста RGB изображения, извлекают из цветного изображения яркостную компоненту из RGB составляющих путем преобразования RGB в трехкомпонентную цветовую систему, одна из составляющих которой является яркостью изображения, а две другие кодируют цвет, определяют параметры локальной коррекции темных и светлых тонов, выполняют билатеральную фильтрацию яркости изображения, корректируют темные и светлые тона в канале яркости, конвертируют результат коррекции изображения в цветовую систему RGB, отличающийся тем, что коррекцию темных тонов изображения осуществляют за счет добавления к значениям яркости каждого пикселя изображения произведения разности значений яркости пикселя, соответствующего изображению деталей в темных тонах, и яркости пикселя изображения, инверсии удвоенного результата значений билатеральной фильтрации в темной половине диапазона яркости изображения, возведенного в степень, которая определяет ширину тонового диапазона, и коэффициента усиления темных тонов, а изображение деталей в темных тонах является функцией отношения значений яркости пикселей исходного изображения и фильтрованного изображения, при этом коррекцию светлых тонов изображения осуществляют за счет вычитания из значений яркости каждого пикселя изображения произведения разности значений яркости пикселя изображения и яркости пикселя, соответствующего изображению деталей в светлых тонах, удвоенного нормализованного результата билатеральной фильтрации в светлой половине диапазона яркости изображения, возведенного в степень, которая определяет ширину тонового диапазона, и коэффициента ослабления светлых тонов, а изображение деталей в светлых тонах является функцией отношения значений яркости фильтрованного изображения и яркости пикселей исходного изображения, при этом дополнительно определяют коэффициент усиления резкости средних тонов и корректируют средние тона в канале яркости, причем коррекцию средних тонов изображения осуществляют за счет добавления к значениям яркости каждого пикселя изображения произведения разности значений яркости пикселя изображения и результата билатеральной фильтрации изображения, коэффициента усиления резкости средних тонов и нормализованного результата билатеральной фильтрации в средней части диапазона яркости изображения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области обработки изображений, в частности к способу комплексирования цифровых полутоновых изображений, полученных от двух каналов различного спектрального диапазона.

Изобретение относится к области функциональной медицинской визуализации. .

Изобретение относится к системам получения инфракрасного изображения. .

Изобретение относится к области электросвязи, а именно к способам сжатия видеоизображений и передачи по цифровым каналам связи. .

Изобретение относится к устройству и способу кодирования/декодирования изображений, используемых для движущихся изображений или неподвижных изображений. .

Изобретение относится к формированию цифровых изображений. .

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для диагностики патологии микроциркуляции крови конечностей. .

Изобретение относится к средствам обработки цифровых рентгеновских изображений. .

Изобретение относится к обработке изображений в устройстве отображения изображений

Изобретение относится к технике получения цифровых изображений объекта, преимущественно в аэрографических и разведывательных целях

Изобретение относится к средствам записи и обработки видеоизображения

Изобретение относится к обработке видеосигналов, в частном случае к формированию комбинированного изображения для идентификации личности путем сравнения лица личности с записанным изображением лица

Изобретение относится к устройству/способу обработки изображения и устройству кодирования изображений, которые выполнены с возможностью улучшения качества изображения

Изобретение относится к технике передачи телевизионных сигналов с использованием кодирования

Изобретение относится к обработке видеоизображения

Изобретение относится к области фотоэлектрического преобразования двухмерных структур для захвата изображения
Наверх