彩色圖像增強(qiáng)技術(shù)的研究

苗水清 張靜 白海濤

摘 要：在RGB顏色空間中直接對真彩圖像的3個分量直接進(jìn)行圖像增強(qiáng)處理，會引起圖像的失真。于是本文將真彩圖像由RGB空間中轉(zhuǎn)換到Y(jié)IQ空間中，對含有大量圖像信息的Y分量進(jìn)行同態(tài)濾波處理使得圖像增強(qiáng)；最后將處理得到的圖像轉(zhuǎn)回到RGB空間。實驗結(jié)果表明，在處理的過程中使用同態(tài)濾波的方法，克服了光照不均勻，圖像偏暗等缺點使得達(dá)到到較滿意的增強(qiáng)效果。

關(guān)鍵詞：彩色圖像增強(qiáng)；同態(tài)濾波；YIQ

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.188

0 引言

在獲取圖像過程中由于噪聲、光照等因素的影響，圖像的質(zhì)量會下降，如圖像的輪廓的清晰度，圖像整體的對比度，圖像的明暗程度等，這會導(dǎo)致圖像的特征不是很明顯，不利于后續(xù)的圖像處理，如圖像辨識，圖像分割等。所以圖像增強(qiáng)就是突出“有用”信息，去除或抑制無用的信息以便于觀察、識別或進(jìn)一步的處理[1]。

近幾年隨著彩色圖像及視頻圖像處理技術(shù)的發(fā)展與廣泛應(yīng)用，彩色圖像增強(qiáng)也成為一個重要的發(fā)展領(lǐng)域。本文著重于對彩色圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)的研究。日常生活中獲得圖像的過程是用光照射物體，物體表面的反射光線進(jìn)入成像系統(tǒng)，即可得到一幅圖像[2]，但是由于光照不足或者照明度分布不均勻的時候，圖像中的細(xì)節(jié)部分就很難分辨。由于YIQ顏色空間與RGB顏色空間之間是線性變換的關(guān)系，計算量相對小，聚類特性也比較好，可以適應(yīng)光照強(qiáng)度不斷變化的場合，因此本文是將彩色圖像RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到Y(jié)IQ顏色空間中進(jìn)行分析處理。

1 利用YIQ色彩空間的圖像增強(qiáng)

1.1 RGB空間到Y(jié)IQ空間的轉(zhuǎn)換

目前，彩色數(shù)字圖像可有多種色彩空間模型來表達(dá)[3-4]。RGB彩色模型中為紅，綠，藍(lán)三個顏色通道，每一幅彩色圖像都是由紅，綠，藍(lán)三基色按照不同的比例由0-255范圍內(nèi)的強(qiáng)度值疊加而成的，因此RGB彩色模型中可以顯示出 種顏色。YIQ彩色模型中，它的三個分量為Y、I、Q，Y分量代表圖像的亮度信息，I分量表示從橙色到青色的顏色變化，而Q分量則表示從紫色到黃綠色的顏色變化。YIQ空間中可將Y（亮度）分量提取出來進(jìn)行處理實現(xiàn)圖像增強(qiáng)。RGB顏色空間與YIQ顏色空間的轉(zhuǎn)換計算量小，能夠有效的用于彩色圖像處理。

RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到Y(jié)IQ顏色空間的公式如下：

（1）

1.2 同態(tài)濾波算法

圖像同態(tài)濾波方法是把頻率和灰度變換結(jié)合起來的一種圖像處理方法，它應(yīng)用圖像的入射光量和反射光量來作為頻域處理的基礎(chǔ)。通過物體表面反射光線進(jìn)入成像系統(tǒng)，即可得到一幅圖像 [2]。

即 f（x，y）=i（x，y）r（x，y） （2）

其中入射光分量 由照明源決定，而反射光分量是物體本身反射的光強(qiáng)度。對于上式（2）取對數(shù)可得：

ln f（x，y）=ln i（x，y）+ln r（x，y）， （3）

再對上式進(jìn)行傅里葉變換，得頻域表達(dá)式：

F（u，v）=Im（u，v）+Re（u，v） （4）

設(shè)用濾波器函數(shù)H（u，v）來處理圖像F（u，v）進(jìn)行濾波，然后進(jìn)行傅里葉逆變換，最后進(jìn)行指數(shù)變換從而得到增強(qiáng)后的圖像。

在同態(tài)濾波過程中，反射分量反映圖像細(xì)節(jié)的內(nèi)容，其頻譜處于高頻區(qū)域；入射分量在空間上變化緩慢，其處于低頻區(qū)域[2]。因此同態(tài)濾波函數(shù)H（u，v）的選擇對濾波效果起著決定性作用，它能夠增強(qiáng)圖像細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)高頻區(qū)域并削弱低頻區(qū)域。最終結(jié)果是將圖像的中的動態(tài)范圍壓縮以及對比度增強(qiáng)。

1.3 Y分量同態(tài)濾波的實現(xiàn)步驟

由于在YIQ空間中，I分量跟Q分量分別是表示色調(diào)和飽和度，二者攜帶的是顏色信息，對轉(zhuǎn)換后的圖像顏色產(chǎn)生較大的影響，因此本文是針對YIQ空間的Y分量進(jìn)行同態(tài)濾波處理的，具體處理步驟如下：

Step1：在Matlab中通過式（1）將讀入的R、G、B分量線性轉(zhuǎn)換到Y(jié)IQ顏色空間；

Step2：在YIQ色彩空間中的Y分量利用1.2小節(jié)中的同態(tài)濾波算法在Matlab中實現(xiàn)，而其他I，Q兩個分量保持不變。

Step3：最后將Y，I，Q三個分量合成到Y(jié)IQ空間中，得到圖2。

Step4：最后將Step3得到的圖像再由YIQ色彩空間轉(zhuǎn)換回到RGB空間中。YIQ空間的圖像轉(zhuǎn)回到RGB色彩空間中。

結(jié)果分析：圖1為原始的RGB圖像，由圖2中可以看出，經(jīng)過同態(tài)濾波處理的Y分量圖像，圖中的高頻成分有所增強(qiáng)，具體表現(xiàn)在圖像的細(xì)節(jié)部分，色彩更加艷麗。圖2中的女孩兒面部以及整體都變得不如原始圖像清晰，對比度也降低，而且色調(diào)以紅藍(lán)為主色調(diào)，視覺效果很差。圖像中的某些細(xì)節(jié)更加清晰，自然。

2 總結(jié)

在YIQ彩色空間中基于同態(tài)濾波的圖像增強(qiáng)，同態(tài)濾波過程中只處理攜帶信息量大的Y分量，實驗表明，僅對Y分量處理后，其他兩個分量保持不變，圖像效果大有改善，圖像的色彩保持良好。

參考文獻(xiàn)：

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[2]張德峰.詳解MATLAB數(shù)字圖像處理[M].北京：電子工業(yè)出版社，

2010（07）.

[3]章毓晉.圖像工程（上）：圖像處理和分析[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001.

[4]阮秋琦.數(shù)字圖像處理學(xué)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.

項目號：延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院2017年度校級科研項目

項目號：2017XJKY-3，基于云計算的室內(nèi)定位方法及系統(tǒng)的應(yīng)用研究

作者簡介：苗水清（1988-），女，內(nèi)蒙古人，碩士研究生，研究方向：圖像處理。