Image contrast enhancement using adjacent-blocks-based modification for local histogram equalization

Infrared images usually have some non-ideal characteristics such as weak target-to-background contrast and strong noise. Because of these characteristics, it is necessary to apply the contrast enhancement algorithm to improve the visual quality of infrared images. Histogram equalization (HE) algorithm is a widely used contrast enhancement algorithm due to its effectiveness and simple implementation. But a drawback of HE algorithm is that the local contrast of an image cannot be equally enhanced. Local histogram equalization algorithms are proved to be the effective techniques for local image contrast enhancement. However, over-enhancement of noise and artifacts can be easily found in the local histogram equalization enhanced images. In this paper, a new contrast enhancement technique based on local histogram equalization algorithm is proposed to overcome the drawbacks mentioned above. The input images are segmented into three kinds of overlapped sub-blocks using the gradients of them. To overcome the over-enhancement effect, the histograms of these sub-blocks are then modified by adjacent sub-blocks. We pay more attention to improve the contrast of detail information while the brightness of the flat region in these sub-blocks is well preserved. It will be shown that the proposed algorithm outperforms other related algorithms by enhancing the local contrast without introducing over-enhancement effects and additional noise.     

一种基于K means改进聚类的图像增强算法

在低光照环境下,CMOS成像器件无法拍摄出清晰的图像。为了提升低照度条件成像器件输出图像的质量,根据低照度图像的特点,提出一种基于K means聚类的图像增强算法。通过改进的K means算法将图像分块,并根据每一块图像的信息量分别进行直方图均衡。该方法与CMOS成像器件进行实验,可以在保留约98.6%图像细节（信息熵）的前提下,将图像的对比度提升至原图像的17倍,平均梯度提升至原图像的4倍。     

图像增强算法综述

图像增强算法能够提高图像整体和局部的对比度,突出图像的细节信息,使增强后的图像更符合人眼的视觉特性且易于机器识别,在军事和民用领域具有广泛的应用。本文从图像增强算法的原理出发,归纳总结了近年来应用比较广泛的4类图像增强算法及其改进算法,包括直方图均衡图像增强算法、小波变换图像增强算法、偏微分方程图像增强算法和基于Retinex理论的图像增强算法。结合人眼视觉特性、噪声抑制、亮度保持和信息熵最大化等图像增强的改进算法,在保证增强图像具有较高对比度的前提下,可进一步提升图像的质量。实现了9种较为典型的图像增强算法,采用主观和客观的评价方法对增强效果进行了对比,分析了不同增强算法的优缺点,并给出了这些算法的计算时间。对这些算法的深入研究能够推动图像增强技术向更高水平发展,从而使图像增强技术在多个学科领域发挥重要作用。     

基于平台直方图的红外图像自适应增强算法

针对红外图像的特点, 提出了一种基于平台直方图均衡化的自适应红外图像增强算法. 该算法通过自适应地选择平台阈值, 对红外图像进行增强处理, 克服了采用一般直方图均衡化增强红外图像的缺点, 同时算法的运算量远远小于其他平台直方图均衡化算法, 便于实时实现. 理论分析和仿真结果均表明, 该算法对红外图像具有很好的增强效果, 可较好的抑制背景的增强, 突出目标.     

视觉注意机制在图像增强中的应用研究

将视觉注意机制引入到直方图构造中,并在此基础上提出了一种新的基于灰度级信息量直方图的图像增强算法.该算法利用Itti视觉注意计算模型对图像的显著性进行分析,获得全局显著图;然后,将全局显著图划分为若干等大的子区域,求取各子区域的平均显著值,并做归一化处理,得到子区域的加权统计系数;再将各子区域的灰度级加权统计值相加,得到灰度级信息量直方图;最后,依据直方图均衡化的映射函数,调整灰度级的动态范围.实验结果表明,该算法明显优于经典的GHE算法和AHE算法,具有满意的视觉效果.     

基于灰度冗余图像融合增强研究

为了改善原图像直方图像素灰度分布集中于低灰度级,与经过常规直方图均衡化处理的图像直方图像素灰度分布集中于高灰度级且均具有灰度冗余的图像增强效果,提出了一种新的图像增强算法.对原始图像进行常规直方图均衡处理,并对原始图像与进行了常规直方图均衡处理的图像分别在尽可能大的范围内进行映射,使两者变换后都尽可能去除灰度冗余而有较大的动态范围.取变换后的两图像各自的优点,融合成一幅效果最好的图像.实验结果验证了理论分析的正确性.     

基于改进型平台直方图的红外均衡化算法

针对红外图像特别是红外弱小目标图像的特点,提出了一种基于改进型平台的直方图均衡算法。在设置统计上限平台阈值的基础上,设置了累计直方图上限阈值,并用修改的映射函数算法对图像进行均衡化处理。算法中的上限统计平台阈值对噪声进行了适当抑制,累计平台阈值自适应控制映射动态范围,从而克服了平台直方图均衡化对动态范围较窄的红外图像过分拉仲的缺点。相对平台直方图的均衡算法,该方法能够对多种复杂场景增强图像整体效果,在抑制噪声的同时较好地保持了图像细节。     

基于动态直方图均匀化的对比度增强方法

为增强显示设备进行视频信号显示时的图像对比度,提出了一种动态直方图均匀化算法,该算法根据对比度增强系数可实现在不同灰度范围内的直方图均匀化,达到不同程度的对比度增强效果。同时为减少进行对比度增强所需的帧存储器,开发出了一种快速简单的输入视频图像帧间相似性检测方法及电路实现,当判定输入视频图像具有相似性时,后续帧的图像采用前面输入图像的对比度增强映射函数。仿真结果表明,提出的对比度增强方法能根据对比度增强系数实现不同程度的对比度增强,有效地提高了显示设备的图像显示质量。     

基于热像仪的太赫兹成像及图像增强初步研究

初步利用美国生产的Pyrocam Ⅲ热像仪和SIFIR-50激光器构建了太赫兹(THz)面阵成像系统, 对20元人民币水印进行了2.52 THz激光成像实验, 探索了面阵成像机制和图像增强方法。针对5幅图像叠加后的太赫兹面阵图像, 研究了对比拉伸变换、直方图均衡化和中值滤波等图像增强方法的效果。实验结果表明, 利用此成像系统和后续的图像处理, 能够获得与成像物体较相似的图像; 对于比较暗的图像, 不能单靠对比拉伸变换。采用直方图均衡化方法效果较好, 在直方图均衡化后再运用中值滤波, 图像增强效果会更好。     

Variational infrared image enhancement based on adaptive dual-threshold gradient field equalization

Infrared images are characterized by low signal to noise ratio (SNR) and fuzzy texture edges. This article introduces the variational infrared image enhancement algorithm based on gradient field equalization with adaptive dual thresholds. Firstly, we transform the image into gradient domain and get the gradient histogram. Then, we do the gradient histogram equalization. By setting adaptive dual thresholds to qualify the gradients, the image is prevented from over enhancement. The total variation (TV) model is adopted in the reconstruction of the enhanced image to suppress noise. It is shown from experimental results that the image edge details are significantly enhanced, and therefore the algorithm is qualified for enhancement of infrared images in different applications.     

A quantitative measure based infrared image enhancement algorithm using plateau histogram

A quantitative measure based scene-adaptive contrast enhancement algorithm for an infrared (IR) image is proposed. This method regulates the probability density function (PDF) of the raw image firstly, and then applies an improved plateau histogram equalization method whose plateau threshold is determined by the concavity of the regulated PDF to enhance the raw IR image. In the stepped parameter tuning process of the algorithm, quantitative measure EME is used as the criterion to determine the optimal PDF regulator factor and plateau threshold. The above improvements contribute to the performance promotion of the proposed algorithm, whose effectiveness is validated by the final assessment with visual quality and quantitative measures.     

多子直方图均衡微光图像增强及FPGA实现

针对微光图像对比度低,目标难以识别的问题,对微光图像增强算法进行了研究。提出了一种多子直方图均衡增强算法,该算法首先将直方图按面积平均分割成4个子直方图,利用平均像素数量作为阈值切割直方图降低过度增强现象,然后加入尺度因子对动态范围进行调整,最后分别对子直方图均衡得到增强效果。此算法用Verilog语言在现场可编程门阵列（FPGA）上具体实现,并给出了主观和客观的评价,改进算法能产生更清晰的图像,在硬件平台上也能实时显示增强效果,一帧图像处理时延约为0.45 ms。实验结果表明,改进算法不会产生饱和、噪声放大的现象,图像细节保持较好,满足视频图像处理实时性要求,得到了具有较好视觉效果的增强图像。     

一种水下对空成像图像增强算法

针对水下对空成像图像的低对比度增强问题,在对两种直方图均衡化技术详细分析的基础上,提出了一种改进的直方图均衡化的快速算法.该算法将图像划分为不同子区域,计算子区域的均衡化函数,然后设置移动子块的大小和移动步长,最后采用插值方法实现图像的平滑处理.该算法在较好地突出图像细节信息、消除块状效应的同时,避免了复杂的数学运算,取得了较好的效果.     

Perceptual contrast enhancement with dynamic range adjustment

Recent years, although great efforts have been made to improve its performance, few Histogram equalization (HE) methods take human visual perception (HVP) into account explicitly. The human visual system (HVS) is more sensitive to edges than brightness. This paper proposes to take use of this nature intuitively and develops a perceptual contrast enhancement approach with dynamic range adjustment through histogram modification. The use of perceptual contrast connects the image enhancement problem with the HVS. To pre-condition the input image before the HE procedure is implemented, a perceptual contrast map (PCM) is constructed based on the modified Difference of Gaussian (DOG) algorithm. As a result, the contrast of the image is sharpened and high frequency noise is suppressed. A modified Clipped Histogram Equalization (CHE) is also developed which improves visual quality by automatically detecting the dynamic range of the image with improved perceptual contrast. Experimental results show that the new HE algorithm outperforms several state-of-the-art algorithms in improving perceptual contrast and enhancing details. In addition, the new algorithm is simple to implement, making it suitable for real-time applications.     

范围限制的自适应亮度保持多阈值直方图均衡算法研究

针对目前直方图均衡算法难以实现,且易造成亮度饱和等问题,本文提出了一种范围限制的自适应亮度保持多阈值直方图均衡算法。首先,对输入图像进行适当平滑,从而获得它的直方图峰值点个数（N+1）。然后,对Otsu算法进行N阈值扩展,并通过这种方法获得图像的N个分割阈值,从而按照此阈值对图像进行分割。为了能够最大程度地保持输入图像的亮度,利用输入图像和输出图像的均值亮度最小误差（AMBE）准则,重新计算了图像的均衡范围。最后,利用新的均衡范围分别对每一个子图像进行均衡。实验表明,使用本算法处理Lena图的绝对均值亮度误差为0.416 4,明显优于使用RLBHE算法的0.629 5。本算法能够获得更清晰的图像细节,同时图像的整体亮度保持的也较好。     

基于Retinex理论与概率非局部均值的红外图像增强方法

针对传统红外图像增强算法中细节模糊及过度增强的问题,提出了一种基于Retinex理论与概率非局部均值相结合的红外图像增强方法.首先通过单尺度Retinex方法调整图像中过暗与过亮部分的灰度级;然后利用概率非局部均值对图像进行分解处理得到基本层与细节层,对基本层采用直方图均衡化拉伸对比度,对细节层采用非线性函数进行增强;最后,将不同层次的结果融合得到对比度与细节增强的红外图像.用该方法对多组不同场景的红外图像进行仿真实验,并将其与多种增强方法进行主、客观对比分析,结果表明所提方法在红外图像的细节及对比度增强方面都获得了更好的效果.     

基于灰度聚类算法的红外图像增强研究

根据红外灰度图像的特点，提出了一种基于K-均值聚类的图像增强的新算法。该算法首先根据具体图像确定K值，其次对红外图像的辐射温度数据进行统计学习，把不同温度值按升序排列，然后按等差原则选取温度值作为初始聚类中心，再依据初始聚类中心采用K-均值聚类算法对温度进行聚类，最后由聚类结果对图像进行自适应增强。通过对红外灰度图像进行实验，得到了满意的结果: 对比直方图均衡，具有更丰富的图像细节信息和层次感，视觉效果更好。     

一种可控的视频图像动态对比度增强算法

为增强显示设备进行视频信号显示时的图像对比度,提出了一种幅度可控的动态对比度增强算法。该算法利用一组归一化线性直方图数据和输入图像的归一化灰度直方图数据的结合,实现对输入图像的权重化直方图均衡化处理,进而达到幅度可控的动态对比度增强效果。该算法可以通过控制对比度增强幅度来避免传统直方图均衡化产生的过增强现象。将基于该算法的实时图像处理器应用于50英寸AC PDP上,实验结果表明,其对比度获得显著提升,并且能够根据外部接口的调节实现幅度可控的对比度增强效果。     

极值温差红外图像的自适应双局部增强算法

针对目前红外焦平面成像系统在观察目标、特别是极值温差目标时,各温度段灰度描述不均匀和细节不够的问题,提出了一种自适应红外图像双局部增强算法。详细介绍了通过空间分布和灰度统计特性两个方向实现对极值温差图像自适应增强的方法,该方法首先从红外图像的空间分布特性出发,将图像切割成多个局部图像,然后再从直方图灰度分布出发,将局部图像的直方图进行聚类分段,并对分段直方图均衡增强,最后对生成的每个局部图像增强结果进行线性插值拼接完成增强算法。通过在红外焦平面系统中实验证明了极值温差自适应的红外图像双局部增强算法的可行性,并获得了很好的效果,成像质量有明显提高。     

二维广义模糊熵图像阈值分割法

针对一维广义模糊熵不能有效处理含噪图像的分割问题,在二维灰度直方图上定义了图像的二维隶属度函数,提出了二维广义模糊熵阈值分割法.该方法不仅考虑了图像的点灰度值,同时考虑了图像像素的邻域平均灰度值,能更好地利用图像中的信息.为了提高二维广义模糊熵阈值法的运行速度、解决参量选取问题,结合粒子群优化搜索方法,设计了嵌套式的优化过程.实验表明,二维广义模糊熵阈值分割法对噪音图像有更好的适应性.