一种基于亮通道的低照度视频实时增强方法

摘要

一种基于亮通道的低照度视频实时增强方法，该方法根据计算得到的亮通道值来决定每个像素点的增强系数，并根据图像的均值调节图像/视频的整体增强程度。计算低照度视频帧的均值meanD；设置时间阈值T；计算低照度视频帧的亮通道值J_bright(x)；计算照度因子γ(x)；计算增强后的视频帧B^C(x)；过蓝修正增强效果好。增强后视频的色彩真实，有效避免传统方法中的“过增强”现象，避开了窗口滤波运算过程，从根本上避免现有发明普遍存在的块状效应问题；计算速度快。有效解决了现有发明运算速度不足的问题，实时处理25帧/秒的高清视频，满足实时处理要求；技术方案实现简单。本发明的技术方案无需任何复杂的外围设备辅助，在个人计算机上即可实现，成本低。

主权项

一种基于亮通道的低照度视频实时增强方法，其特征在于：本方法采用以下技术方案，1)计算低照度视频帧的均值meanD低照度视频帧的均值反映视频帧的整体亮度；计算公式如下：$\mathrm{meanD}=\frac{1}{3}(\mathrm{meanR}+\mathrm{meanG}+\mathrm{meanB})---\left(1\right)$其中，meanD代表低照度视频帧的均值，meanR、meanG、meanB分别代表低照度视频帧的R、G、B三个颜色通道的均值；meanD用来反映整体亮度；2)设置周期TmeanD反映视频帧的整体亮度；但这种反映并非十分精确，meanD只是整体亮度的一个估值；对于连续拍摄的视频来讲，视频的相邻帧之间存在较强的相关性；meanD的值在短时间内不会发生显著变化，因此没有必要每一帧都进行估计；本方法采用周期处理的方法，即输入视频帧的均值首先在第一帧时计算一次，之后每隔时间T再重新计算一次；这样避免逐帧计算均值的过程，从而降低计算复杂度；T的取值通常介于30秒至1分钟之间；3)计算低照度视频帧的亮通道值J_bright(x)亮通道值定义为在RGB颜色空间中，RGB三个通道中的最大像素值；其计算公式如下：$J_{\mathrm{bright}}\left(x\right)=\underset{C\in \{R,G,B\}}{\max }\left[D^C\left(x\right)\right]---\left(2\right)$其中，J_bright(x)代表图像中位置x处的亮通道值，D^C(x)代表输入的低照度视频帧在x处的像素值，C代表颜色通道，代表取RGB三个颜色通道中的最大像素值；在光照充足的情况下，除黑色物体外，亮通道值J_bright(x)往往较高，以此来表现出图像鲜艳的颜色；而亮通道值容易受光照强度影响，光照强度越小，则亮通道值越低；反之，光照强度越大，则亮通道值越高；亮通道值来表征某一位置x光照强度的大小，其用来反映局部亮度；4)计算照度因子γ(x)照度因子由亮通道值J_bright(x)和低照度视频帧的均值meanD共同确定，亮通道值反映了像素点的局部亮度，低照度视频帧的均值则反映了整个视频帧的全局亮度；照度因子的计算公式如下：γ(x)＝min[255,J_bright(x)+kgmeanD]   (3)式(3)中，γ(x)代表照度因子，k是一个衰减系数，k通常取0.8较为合适；min[·,·]代表取两个数中的较小数，即使得γ(x)的最大值不超过255；5)计算增强后的视频帧B^C(x)求得照度因子γ(x)后，增强后的视频帧由以下公式计算得出：$B^C\left(x\right)=\frac{255}{\gamma \left(x\right)}·D^C\left(x\right)---\left(4\right)$式(4)中，B^C(x)代表增强后的视频帧在x处的像素值，D^C(x)代表输入的低照度视频帧在x处的像素值；每个像素的增强程度由γ(x)决定；γ(x)的值越小，则代表当前位置x处的亮度越低，对应的增强系数就越大；反之，增强系数就越小；6)过蓝修正低照度的图像/视频往往会出现颜色偏蓝的现象；为了使增强后的视频帧的颜色看起来更加自然，本方法为增强后视频帧的蓝色通道(B通道)乘上一个衰减系数，来对过蓝的颜色就行修正，具体公式如下：B₂^B(x)＝β·B^B(x)   (5)其中，B₂^B(x)代表修正后的蓝色通道像素值，B^B(x)代表修正之前的蓝色通道像素值，β代表B通道衰减系数，β通常取0.8较为合适；至此，就得到了最终的增强视频帧。