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专利号: 2018114300368
申请人: 陕西理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于分数阶微分图像增强算法的最佳阶图像增强方法,其特征在于,包括:计算图像的梯度、信息熵、图像亮度和人眼感觉亮度、人眼对比度敏感度函数,以判断图像的特点;

对图像的梯度、信息熵、图像亮度和人眼感觉亮度、人眼对比度敏感度函数进行归一化计算,得到归一化值S;

将表征图像特点的数值S放入对数压缩曲线进行压缩,得到对应的最佳分阶数;

在图像的分数阶微分算法中使用最佳分阶数,实现自适应图像增强。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述在图像的分数阶微分算法中使用最佳分阶数,实现自适应图像增强包括:由Gumumwald—letnikow分数阶微分定义导出图像一维信号的差分表达式;

由差分表达式导出的微分模板,计算x轴正方向坐标系数值、x轴负方向坐标系数值、y轴正方向坐标系数值、y轴负方向坐标系数值,得到水平、对角、垂直八个方向模板系数值;

分数阶微分的图像增强运算,根据空间滤波器的图像处理原理,将待处理的图像像素点置于模板的正中心,将给出的八个方向模板遍历整个图像后,得到增强图像。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,计算图像的梯度、信息熵、图像亮度和人眼感觉亮度、人眼对比度敏感度函数,以判断图像的特点,所述计算图像的梯度的表达式为:G[I(x,y)]=(G0°2+G45°2+G90°2+G135°2+G180°2+G225°2+G270°2+G315°2)1/2   (1)式中,G0°=I(x-1,y)-I(x,y);

G45°=I(x-1,y-1)-I(x,y);

G90°=I(x,y-1)-I(x,y);

G135°=I(x+1,y-1)-I(x,y);

G180°=I(x+1,y)-I(x,y);

G225°=I(x+1,Y+1)-I(x,y);

G270°=I(x,y+1)-I(x,y);

G315°=I(x-1,y+1)-I(x,y);

I(x,y)代表图像在(x,y)处的像素,G0°是图像在0°方向的一阶差分,G45°是图像在45°方向的一阶差分;G90°是图像在90°方向的一阶差分;G135°是图像在135°方向的一阶差分;G180°是图像在180°方向的一阶差分;G225°是图像在225°方向的一阶差分;G270°是图像在270°方向的一阶差分;G315°是图像在315°方向的一阶差分。,图像梯度越大,表示该区域图像的纹理信息越丰富,图像梯度越小,表示该区域图像越平滑;

所述计算图像的信息熵的表达式为:

H=-∑pi,jlognpi,j,图像的信息熵值越大,表示该区域图像的纹理信息越丰富,图像的信息熵值越小,表示该区域图像越平滑;

所述计算图像的亮度的表达式为:

所述计算图像的人眼感觉亮度的表达式为:

Lry=klnL+k0;

图像的亮度及人眼感觉亮度值越大,表示该区域图像的纹理信息越丰富,图像的亮度及对比度值越小,表示该区域图像越平滑;

所述计算图像的人眼对比度敏感度函数的表达式为:

式中,图像空间频率为频率为 分别是图像水平方向和垂直方向的梯度。

4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述对图像的梯度、信息熵、图像亮度和人眼感觉亮度、人眼对比度敏感度函数进行归一化计算,得到归一化值S包括:式中:α,β,ε,γ,η,0≤s≤1,α,β,ε,γ,η的系数值根据图像的特点选取,这些值分别代表图像的梯度、信息熵、图像亮度和人眼感觉亮度、人眼对比度敏感度函数的权重。

5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述将表征图像纹理信息大小、亮度、人眼视觉感觉的数值S放入对数压缩曲线进行压缩,得到对应的最佳分阶数包括:将表征图像纹理信息大小、亮度、人眼视觉感觉的数值S放入对数压缩曲线进行压缩,得到对应的最佳分阶数:式中:μ是调节系数,μ取值越大,压缩效果越好,μ为0时,没有压缩;

对数压缩曲线与分数阶微分的频率特性曲线一致,由对数特性曲线反映分数阶微分的频率特性,以反映图像纹理信息大小、亮度、人眼视觉感觉的归一化值S为自变量,分阶数v为对数压缩曲线的函数值,v随着S的增大而增大。

6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述调节系数μ的取值为100。

7.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述由Gumumwald—letnikow分数阶微分定义导出图像一维信号的差分表达式包括:Gumumwald—letnikow分数阶微分定义为:其中Gamma函数为:

若一维函数f(t)在区间[a,t]上有定义,则对其按单位h=1等分,得到则一维信号的差分表达式为:

8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述由差分表达式导出的微分模板,计算x轴正方向坐标系数值、x轴负方向坐标系数值、y轴正方向坐标系数值、y轴负方向坐标系数值,得到水平、对角、垂直八个方向模板系数值包括:根据公式(5)得到微分模板的系数;

设定模板中心位置坐标为w(0,0),则x轴正方向坐标为w(1,0)、w(2,0)、w(3,0)、w(4,

0);则x轴负方向坐标为w(-1,0)、w(-2,0)、w(-3,0)、w(-4,0);则y轴正方向坐标为w(0,1)、w(0,2)、w(0,3)、w(0,4);则y轴负方向坐标为w(0,-1)、w(0,-2)、w(0,-3)、w(0,-4);

整理得到水平、对角、垂直八个方向模板系数值表;

将最佳分阶数v代入微分模板的系数值表,得到最佳分数阶微分增强图像。

9.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述分数阶微分的图像增强运算包括:根据空间滤波器的图像处理原理,将待处理的图像像素点I(x,y)置于模板的正中心w(0,0),将给出的八个方向模板遍历整个图像后,得到增强图像式中: w(i,j)为滤波器系数,I(x,y)为图像像素值。