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閱讀論文《LOW-LIGHT IMAGE ENHANCEMENT USING CNN AND BRIGHT CHANNEL PRIOR》

  這是2017年ICIP的一篇論文,使用一個聯合架構對影象進行增強。首先,是一個去噪網路;然後使用可以自動根據通道亮度優先設定轉換函式的增強網路;此外,還設定了一個額外的估測周圍環境亮度的過濾器。
  過去的方法包括基於retinex理論的方法,這個方法假定去除光照影響可以增強低照影象,但是這種方法是對RGB影象進行處理的,容易造成顏色失真;基於直方圖均衡化的處理,主要用來增加影象的對比度,但是其對較暗區域處理效果比較差,造成顏色失真;最近還有基於去霧演算法的增強演算法,以及黑暗通道優先的方法,當然這些方法缺少一些成熟的理論,處理出的影象也過於誇張。論文提出基於大氣散射的光照模型去增強低照影象。
  網路的處理流程分為兩步,第一步是去噪,第二步是對去噪後的影象做亮度增強,網路框架如下所示:



  一般的去噪演算法是通過估測影象中高斯白噪聲的方差去噪,而這裡則是通過DCNN進行去噪。在網路裡這裡通過將影象分成一個個Patch方便處理,通過將殘差圖加上原有的噪聲圖作為輸出,和無噪聲影象進行比較進行訓練。這和VDSR的思路很像,最後的實驗結果在暗光下效果較好,如下圖所示:



  低照影象增強模型是基於大氣散射模型的,表示式如下所示:

E(d,λ)=E0(λ)eβ(λ)d+E(1eβ(λ)d)
其中E(d,λ)是相機獲取的影象,E0(λ)是沒有衰減的原始物體影象,
β(λ)
是散射係數,d是物體和觀測之間的距離,E(λ)是無窮遠處的散射值。
  這裡令d=d+de,那麼上式變為了:
E(d,λ)=E0(λ)eβ(λ)deeβ(λ)d+E(1eβ(λ)deeβ(λ)d)
其中E0(λ)eβ(λ)de相當於場景光線影象,de用來模擬光線衰減的過程,我們的目標是從E(d,λ)中恢復E0(λ)。令:
E0(x)=E0(λ)
t(x)=eβ(λ)deeβ(λ)d
E(x)=E(λ)
這樣只要得到t(x)和E(x)就行了,由於暗光條件下的特殊性,t(x)和E(x)不能通過一般方法直接得到。
  接下來是用亮度通道優先的方法處理影象,即將影象通道的值歸一化到0到1之間,對於自然影象,其三個通道肯定會有一個通道接近於1,如果區域存在陰影,則該區域的亮度優先通道會變成0。如下所示:
max(maxE0c(y))1
  在一定的區域內,一般假定傳輸t(x)和環境光照E(x)是不變的,對左右兩式都做亮度通道優先處理,得:
max(maxI(y))=max(maxE0(y))t(x)+(1t(x))E(x)
對上式進行變換就可以得到t(x),實際中不能對影象進行完全變亮增強,這會使影象看起來不真實,因此表示式可以表示為: