Retinex图像增强

Retinex理论简介

   Retinex的假设如下所示:
1.真实世界是无颜色的,人类感知的颜色是光和物质相互作用的结果,我们见到的水是无色的,但是水膜-肥皂却是五彩的,这是薄膜表面干涉的结果;
2.每一个颜色由给定波长的红绿蓝三原色构成;
3.三原色决定了每个单位区域的颜色。
   Retinex理论基础是物体颜色由物体对长波、中波和短波光线的反射能力决定的,而不是由反射光强度的绝对值来决定的,物体的颜色不受光照非均匀性的影响,具有一致性,即retinex是以色感一致性(颜色恒常性)为基础的。不同于传统方法线性非线性只能增强图像某一类特征的方法,Retinex可以在动态范围压缩、边缘增强和颜色恒常三个方面达到平衡,因此可以对各种不同类型的图像进行自适应的增强。

SSR 单尺度Retinex

   给定一副图像S,其可以分解成光照图像L和反射图像R的乘积,如下所示:

所以Retinex增强的目的是为了去掉光照L的影响,从而分解出R,即物体原本的特性。将上式两边取对数,得:

因此要得到R,只需要得到L就可以。但是L不能直接得到,只能近似估计出,一般用S(x,y)和一个高斯核的卷积来近似表示出L(x,y),物理意义是通过计算像素点与周围区域在加权平均的作用下,估计图像中照度的变化。所以最后R(x,y)表示如下:

这里的关键点是高斯模糊的实现,这里实际上很多时候就用均值模糊去替代,最后将logR(x,y)进行量化并不是直接使用exp得到,而是先求出其最大值Max和最小值Min,然后对每一个值Value,进行线性量化,公式为:

因为通过高斯模糊后的图像是图像的低频部分,其更对应图像的低频光照区域,去掉该部分即获得图像的高频区域,而人对高频区域的信息更敏感,所以SSR可以更好的增强图像的高频信息。

MSR 多尺度Retinex

   MSR是在SSR基础上发展而来的,优点是可以同时保持高保真度和对图像动态范围进行压缩的同时,MSR也可以实现色彩增强、全局部动态范围压缩等,MSR的多尺度一般是三个尺度,即大中小三个尺度。和SSR相比,其在计算logR(x,y)时有所不同。
1.需要对原始图像进行不同尺度的高斯模糊,得到模糊后的图像$L_i(x,y)$,i表示尺度数。
2.对每个尺度数进行累加,公式如下:

其中权重之和一般为1,经典的一般是取均值。其他步骤和SSR相同。
   一般的Retinex算法对光照图像估计时,都会假设初始光照图像是缓慢变化的,即光照图像是平滑的。但实际并非如此,亮度相差很大区域的边缘处,图像光照变化并不平滑。所以在这种情况下,Retinuex增强算法在亮度差异大区域的增强图像会产生光晕。 另外MSR常见的缺点还有边缘锐化不足,阴影边界突兀,部分颜色发生扭曲,纹理不清晰,高光区域细节没有得到明显改善,对高光区域敏感度小等。
   此外,常见的Retinex算法还包括MSRCR、MSRCP等方法,这里不再赘述。

参考;
1.http://www.cnblogs.com/sleepwalker/p/3676600.html?utm_source=tuicool&utm_medium=referral
2.https://blog.csdn.net/lz0499/article/details/81154937
3.https://blog.csdn.net/ajianyingxiaoqinghan/article/details/71435098

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