上海大学学报(自然科学版)第13卷第2期2007年4月Vol.13No.2JOURNALOFSHANGHAIUNIVERSITY(NATURALSCIENCE)Apr.2007文章编号:100722861(2007)0220151204·研究简报·一种去除单张图片中高光的方法王超群,朱方文(上海大学机电工程与自动化学院,上海200072)摘要:在计算机视觉研究领域,高光的存在对计算机视觉的各种算法影响很大,比如图像的分割和特征提取等,如何检测和消除图像中亮度过高的区域一直是个热点问题.介绍了一种去除单张图片中高光的方法,通过提取并转换高光区域的亮度特征达到去除高光的目的.关键词:高光去除;图像处理;均衡中图分类号:TP391文献标识码:ARemovingHighlyIlluminatedRegionsfromaSingleImageWANGChao2qun,ZHUFang2wenAbstract:Thepresenceofexcessivelyilluminatedregionsinanimagemayhavenegativeinfluenceonimageprocessingsuchassegmentationandfeatureextraction.Itisimportanttoovercomethisproblemincomputervisionapplications.Thispaperintroducesamethodforremovinghigh2intensityregionsinasingleimage.Byextractingtheexcessivelyilluminatedregionsandchangingtheirbrightness,theproblemisresolved.图像是光线在物体表面反射的体现,反映了光源特征和物体表面特征,以它们相结合的形式出现.一般当图像亮度的强度值低于某一数值时,属于漫反射光的范围,人们的视觉效果感觉比较柔和.但当反射光非常强的时候,图像呈现出高光效果,这时人的视觉就有刺眼的感觉.同时物体表面的颜色纹理特征都会减弱甚至消失,遮掩了物体的原有特征,影响了图像的质量,这对计算机视觉方式处理图像是一个很大的干扰,经常导致图像分割、识别以及匹配产生错误.因此有必要研究去除图像中的高光从而恢复物体的原有特征的有效方法.研究背景长期以来研究人员在如何去除图像中高光方面做了许多工作,根据不同性质图像提出了各种算法.1.1图像补色(Inpainting)[1]补色是一种通过提取周围图像特征,进行图像区域填充的方法,通常用于恢复受损的照片、去除或是降低图像中的噪声.其缺点是在图像处理时需要人工干预,处理的信息量非常大,使得图像处理速度十分缓慢,最大的缺点是如果直接将补色用于去除高光将会丢失高光区域中原有的图像特征.1.2两色反射模型1收稿日期:2006206222通信作者:朱方文(1957～),女,副教授,博士,研究方向为机器视觉、智能机器人控制.E2mail:fwzhu@mail.shu.Klinker2提出了一个根据Shafer的两色反射模型(DichromaticReflectionModel)3去除单张图像中高光的算法.Klinker发现,在RGB颜色空间中,漫反射像素和高光像素形成一个T形分布.对漫反射区域和高光区域分别作主成分分析,拟合出漫反射和光源颜色向量,利用这两个向量作投影,就可以快速地去除高光.然而,高光像素簇通常都因为物体表面粗糙程度、几何形状4等原因被扭曲.因此主成分分析对光源颜色的估计通常都是不精确的,从而降低了该算法的适用性.高光就是图像亮度信息中的过亮部分,因此在YUV颜色空间中处理高光将比较方便.由于实验中采用的都是以RGB格式存储的图像,需要将RGB颜色空间转换到YUV颜色空间.3算法描述如上所述,在YUV颜色空间里,Y表示亮度信息,强度范围0～255.一般当亮度Y的强度值低于170的时候,人的视觉效果感觉比较柔和,属于漫反射光的范围,这也是需要保留的.但当亮度Y值大于200接近255的时候,图像就呈现出高光,这个时候人的视觉就有刺眼的感觉.此时物体表面的颜色纹理特征都会减弱甚至消失,因此需要采取措施,将亮度Y值从高强度转换到较低强度,同时尽量保留较低强度值.我们通过一个5次多项式对亮度信息Y进行转换,这个多项式对图像的不同亮度区域使用不同的转换率,在亮度值较强区域使用较大的转换变化率来反映原图像的纹理,在亮度值较低的区域使用较低的转换率,以保持原有图像的特征.主要处理过程为:(1)将RGB颜色空间转换到YUV颜色空间,转换公式为Y=0.299R+0.587G+0.114B,光照约束补色5算法通过比较高光和漫反射光(diffuse)的色度特性的不同,给出了一种交互检测单色物体表面高光区域的方法,与一般补色方法不同,该算法充分利用了高光区域含有的信息来指导补色过程,将通常的补色(Inpainting)方法与光照约束条件相结...