色彩饱和度改善的方法及效果

⃝⃝可在www.sciencedirect.com在线ScienceDirectICT Express 4（2018）134www.elsevier.com/locate/icte无色域保色调彩色图像增强中饱和度的改善Hengjun Yu，Kohei InoueYu，Kenji Hara，Kiichi Urahama815-8540福冈市南区盐原4-9-1九州大学传播设计科学系接收日期：2017年2月27日;接收日期：2017年5月17日;接受日期：2017年7月26日在线提供2017年摘要本研究提出一种在不影响色域的情况下，提高保色调彩色影像增强中色彩饱和度的方法。首先，将输入图像中的每个像素的颜色投影到RGB颜色立方体的三个平分平面或平分线中的一个上以增加饱和度。然后，将该投影颜色变换为具有指定亮度和与原始颜色相同色调的目标颜色。实验结果表明，该方法比现有的保色调彩色图像增强方法具有更好的增强效果。c2017年韩国通信与信息科学研究所（KICS）。Elsevier B.V.的出版服务。这是一个开放获取CC BY-NC-ND许可证下的文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。关键词：彩色图像增强;色域映射;色调;饱和度1. 介绍在彩色图像增强中，经常需要使用色调保持技术来保持图像内容的外观。最近，Naik当增强的颜色可能出现在允许的颜色范围之外时）。Han等人[2]从3D颜色直方图均衡化的角度然而，Naik在Yang的方法中然而，落入亮度中间范围的那些颜色以与Naik的方法相同的方式*通讯作者。电子邮件地址：k-inoue@design.kyushu-u.ac.jp（K. Inoue）。同行评审由韩国通信和信息科学研究所（KICS）负责http://dx.doi.org/10.1016/j.icte.2017.07.003即使使用Yang的方法，这些颜色的饱和度也没有增加根据经验，我们观察到正确曝光的照片比曝光不足或曝光过度的照片具有更好的饱和度。基于这一观察，我们认为，候选人具有最佳的饱和度在色调保持彩色图像增强正确曝光的图像。然而，在拍摄后控制照片的曝光是困难的，因为曝光由三个相机设置决定：光圈，ISO和快门速度。为了克服这个困难，考虑了上述基于图像处理的方法。在这项研究中，我们提出了一种改进的方法，色调保持的彩色图像增强，它是可能的饱和度的所有彩色增加。我们通过实验将所提出的方法与Naik和Murthy以及Yang和Lee的方法进行了比较，并证明了该方法提高了彩色图像的饱和度。2. 不存在色域问题的保色调彩色图像增强方法在本节中，我们简要总结了Naik和Murthy [1]以及Yang和Lee [3]提出的方法。2405-9595/c2017韩国通信和信息科学研究所（KICS）。出版社：Elsevier B.V.这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。==-==3===-联系我们=−=-=−=·=+=·≤·˜˜磷饱和度=I1是从强度轴到=√·==H. Yu et al. / ICT Express 4（2018）134-137135设p（p1，p2，p3）是RGB颜色空间中的RGB颜色向量，其中p1r，p2g和p3b和r，g和b分别表示p的红色（R）、绿色（G）和蓝色（B）值，并且满足0 ≤ p ii ≤ 1 =1， 2， 3. 的p的强度则由l=Σ3定义pi∈[0， 3] [1]，并且S（p）=<$（r-g）2+（g-b）2+（b-r）2（一）Fig. 1. RGB颜色立方体的三个平分线。(For在该图图例中，对颜色的参考的解释，读者可以参考网络设α（l）f（l）/l，其中f（l）是l的函数，用于将灰度图像的强度变换为修改的版本。因此，Naik这篇文章的版本）。这些平面的矢量由u=（0， 1， 1）/2，u=（1）√1 22.1. 奈-默二如果α（l）1，则修改后的颜色p′（p1′，p2′，p3′）由p′给出α（l）p或pi′α（l）p i，对于i1，2，3;否则，p被转换为青色、品红色和黄色（CMY）颜色向量q =（q1，q2，q3）= 1 − p，其中1 =（1，1，1）。修改后的CMY颜色向量则为g iv en，其中q′=3−3f（l）q。、0、1）/2和u3（1， 1， 0）/2。对于颜色p，我们通过以下方式选择三个平面之一：iparg中位数（pi），（2）i∈{1， 2， 3}其中“median（）”运算符从给定值中选择中值。例如，如果ip1，则p1r是r， g和b的中值。在这种情况下，g或b是最大最后，qL转换回RGB颜色向量，值，因此，p的延伸与红色平面p′1q′。Yang和Lee揭示了当使用Naik的方法时增强的彩色图像的饱和度2.2. 杨李首先，RGB颜色空间被两个等强度平面l=1和l=2分成三个部分：l≤1，l≤ 2和2l。<<对于l≤1的深色p，p的强度增加到p=p/l，其强度为1，然后Naik在图1中，在它出现在RGB颜色立方体的色域之外之前。法向量为uip的平面的方程为，θ，其中p0表示平面上的一点，1/ 2是边长为1的正方形的对角线长度的一半设pα（l）p.然后，当α（l）大时，p可以投射到色域之外。为了避免这个色域问题，我们首先用单位法向量uip将p投影到上述平面上，然后将Naik的方法应用具体程序如下：(i) 若uip·p≤′θ且uip·p≤θ，则方法应用于P.F或1l≤2的中等颜色pp是g iv en，即p=p。这个条件意味着p和p都Naik因此，在这种情况下，Yang的方法输出与Naik相同的结果，即它降低了输入颜色的饱和度。对于l > 2的明亮颜色p，p被转换为CMY颜色向量q=1−p，然后q的强度被降低为q=q/（3−l），因此RGB颜色向量为p=1−q，其强度为2。最后，将Naik方法应用于该问题。3. 该方法如前所述，当1 l ≤ 2时，Yang<的方法[ 3 ]等价于Naik的方法[ 1 ]。在这种情况下，两种方法位于平面的同一侧，单位法向量uip为0。在这种情况下，如果α（l）>1，则饱和度得到改善，因为p′p比p更远离强度轴。(ii) 如果uippθ且uipp> θ，则p位于平面p的相对侧。 在这种情况下，我们计算p的延伸与平面ui p·p0=θ的交点（即，xp=p/（p ia+p ib）），其中通过模运算mod，ia={[（i p-1）-1+3] mod 3}+1和i b={[（i p-1）+1] mod3}+1。x p的强度由l xl/（p ia）给出。 pib），从中我们得到p的修改颜色为3−f（l）降低色彩饱和度。在本节中，我们提出了一种保持色调的彩色图像增强方法，p′=1−3−lx（1− x p）。（三）饱和度比上述两种方法。图1示出了RGB颜色立方体的三个二等分平面或二等分线。每个图中的水平、对角线和垂直箭头分别表示RGB颜色空间的R、G和B轴。原点0（0，0，0）由“K”（黑色）表示平面的颜色指示图1中从左到右的平面平行于RGB颜色空间的R、G和B轴这种情况在图2（a）中示意性地示出，其中RGB颜色立方体分别正交投影到图1中左侧、中间和右侧情况的G-B、B-R和R-G平面上颜色向量p被拉长到xp，应用Naik然后，所提出的方法输出由黑点指示的颜色，黑点比Naik方法给出的红点更远离连接0到1尊敬我。一个y色在三个色中的一个上的投影（iii）如果uip·p>θ且uip·p∈≤θ，则p∈位于平面可以增加该颜色的饱和度单位法线与“K”在平面的同一侧p[4]：.+−+− −˜··˜˜=−−′136H. Yu等人/ICT Express 4（2018）134(a) 原始图像。(a) 案件㈡.（b）案件㈢。图二. 在所提出的方法中用于情况（ii）和（iii）的图表。(For对于图中颜色的解释，请读者参考本文的网络版本。）对面。在这种情况下，我们计算平面ui p·p0=θ与通过p和1的直线的交点（即，y p=p+（1−p ia−p ib）（1−p）/（2−p ia−p ib）），其强度由[3]给出派派2（p iapib）]/（2派阿 pib），从中我们得到p的修改颜色为(b) Naikp=3+pif（l）-2（pia+pib）是的。（四）这种情况在图2（b）中示意性地示出，其中从1到p的向量被延长到yp，Naik的方法被应用于y p然后，我们得到由蓝点表示的颜色p′，它比p更远离强度轴，这也是Naik方法的输出(iv)如果uipp> θ且uipp> θ，则p和p都位于“W”平面的同一侧在这种情况下，修改后的颜色由下式给出：p′13 −f（l）（1 p）.（五）3 −l此外，在这种情况下，如果α（l）1，则饱和度得到改善，因为p′比p更远离强度轴。<4. 实验结果实验结果表明，该方法与Naik [ 1 ]和Yang [ 3 ]的方法具有良好的一致性图3示出了彩色图像增强的结果，其中图3（a）示出了从左到右排列的三个原始图像：一对夫妇（曝光不足）、一所房子（适度曝光）和图3（b）、（c）和（d）分别显示了Naik、Yang和提出的方法的结果在这个例子中，我们使用传统的直方图均衡的强度变换f（1）的三种方法，通过它的对比度是平等的增强，如图所示。 3（b）-（d）。Naik在这里，图像已经变得类似于它们的灰度版本。然而，杨如图3（d）所示，所提出的方法的结果是比较方法中最丰富多彩的。(c) Yang(d) 建议的方法。图三. 彩色图像增强结果。(For对于图中颜色的解释，请读者参考本文的网络版本。）图4示出了与图3中的饱和度图像相对应的饱和度图像。这里，饱和度图像中的每个像素的亮度与（1）中的饱和度S（p）的值成比例。例如，图4（d）中左图像中穿西装的男人和右图像中女人的脸周围的区域图4（d）中的图像比图4（b）和图4（c）中的对应图像更亮的事实在图5示出了图4中的图像的每个像素的平均饱和度值。纵轴和横轴分别表示平均饱和度和图像名称。彩色条表示比较的方法（即，青色、绿色、黄色和橙色表示原始图像，Naik、Yang和分别提出的方法）。该图以图形和数字的方式显示了NaikpH. Yu等/ ICT Express 4（2018）134-137137(a) 原始图像。(b) Naik图五. 平均饱和度。(For对于图中颜色的解释，请读者参考本文的网络版本。）表1平均饱和度值的比较。Naik杨提出空中14.5014.5015.10飞机4.715.98八、46(c)Yang球囊13.0313.0313.16几5.2326.9936.35地球23.1823.1823.31女孩13.2226.9032.88Lenna44.5644.5646.14山魈31.1931.1932.16Milkdrop58.2358.2358.88鹦鹉28.5628.5633.40辣椒52.3052.3054.73帆船27.2728.1829.82(d)建议的方法。见图4。 饱和度图像。柱），并且Yang最后，所提出的方法（橙色条）增加的平均饱和度值比杨与曝光不足和曝光过度的图像（夫妇和蒂芙尼）相比，中等曝光的图像（房子）中平均饱和度值的增加很小。这是因为适度曝光的图像具有接近最佳的饱和度，并且因此具有有限的改进可能性。此外，我们比较了从USC-SIPI图像数据库中选择的12个图像的平均饱和度值（http：//sipi. 南卡罗来纳州其中所提出的方法实现了比Naik和Yang的方法更高的值。5. 结论提出了一种提高饱和度的保色调彩色图像增强方法。我们的研究表明，所提出的方法克服了传统方法可能根据不同情况降低颜色饱和度的缺点。实验结果表明，该方法比传统方法更好地提高了给定彩色图像的饱和度确认这项工作得到了JSPS KAKENHI Grant No.JP16H03019.引用[1] S.K. Naik，C.A.陈文辉，无色域彩色影像增强之研究12（12）（2003）1591-1598。http://dx.doi.org/10.1109/TIP.2003.819231网站。[2] J. - H.汉，S.杨湾，英-地联合李，一种新的三维彩色直方图均衡化方法与均匀的一维灰度直方图，IEEE Trans.图像处理20（2）（2011）506http://dx.doi.org/10.1109/TIP.2010.2068555网站。[3] S. 扬 湾 ， 澳 - 地 Lee ， 具 有 高 饱 和 度 的 色 调 保 持 色 域 映 射 ，Electron.Lett.49（19）（2013）1221-1222。http://dx.doi.org/10.1049/el的网站。2013.0221。[4] R.C. Gonzalez，R.E. Woods，数字图像处理，第三版，普伦蒂斯-霍尔公司，美国新泽西州上鞍河，2006年。