一种基于偏振参数的颜色恒常性方法、系统及存储介质

技术领域

本发明涉及计算机视觉、图像处理和颜色增强的技术领域，更具体地，涉及一种基于偏振参数的颜色恒常性方法、系统及存储介质。

背景技术

作为计算机视觉中的一个重要且有效的特征，颜色信息已经被广泛应用于许多计算机视觉任务中。但是，由于图像和视频的成像过程受场景中的光照、物体表面的反射率以及成像传感器的响应函数等多方面的影响，颜色信息又成为最不稳定的图像特征之一。图像颜色恒常性的研究目的就是模仿人类视觉系统，自动消除场景光照对成像的影响，还原物体表面真实的颜色信息，为其它计算机视觉任务提供稳定的颜色特征。

目前，估计光源颜色的方法可以分为实时性的和非实时性两类。实时性的算法是基于假设统计的无需样本的算法，此类方法的复杂度较低且计算速度较快。而非实时性的方法主要是基于样本学习的方法，此类方法的性能依赖于训练数据的质量，同时训练过程需要大量计算。虽然目前已有众多颜色恒常性算法，尤其是基于样本学习的传统学习以及深度学习等方法，但是由于计算速度较慢且效果跟学习的样本有较大关系，难以应用到嵌入式设备中。

现有技术公开了一种基于灰像素统计的颜色恒常性方法，该方案利用实时性算法，根据通道相关性将图像自适应分割成形状和颜色较一致的超像素，根据每个超像素的RGB通道间的分布差异，计算出该超像素接近中性灰的程度，最终选取一定数量的最接近中性灰的超像素来估计场景光源颜色，但是该方案依赖于灰色像素和彩色像素的差异规律的统计假设，容易出现灰色像素的误判，导致伪灰色像素对算法结果造成不良影响，使得场景光源颜色的估计不准确。

发明内容

为解决当前的颜色恒常性方法依赖于图像场景中物体或照明的统计知识，容易将伪灰色像素误判为灰色像素，导致伪灰色像素干扰场景光源颜色估计的问题，本发明提出一种基于偏振参数的颜色恒常性方法、系统及存储介质，通过偏振信息参数有效排除图像中伪灰色像素对光照颜色估计的造成的不良影响，提高了颜色还原的准确性和鲁棒性。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种基于偏振参数的颜色恒常性方法，包括：

S1.采集偏色图像以及偏色图像对应的偏振图像；

S2.计算偏振图像的斯托克斯参数；

S3.基于偏振图像的斯托克斯参数，计算偏振图像中每一个像素点对应的包含偏振信息的偏振程度值；

S4.基于每个像素点的偏振程度值，提取偏色图像中的有效像素点；

S5.区分有效像素点中的伪灰色像素和灰色像素，得到用于光照颜色估计的灰色像素权重；

S6.基于灰色像素权重，对偏色图像中的灰色像素的值进行加权平均，得到全局光照颜色估计；

S7.基于全局光照颜色估计，消除偏色图像的光照颜色，得到无色偏图像，实现颜色恒常性。

本技术方案利用偏色图像的偏振信息，不需要其他的先验知识，仅依赖于偏色图像以偏色图像对应的及偏振图像就可以估计出光照颜色，对偏色图像进行实时颜色校正，效果准确且具有实时性。

优选地，在步骤S2中，斯托克斯参数S的计算公式如下：

其中，I

优选地，在步骤S3中，偏振程度值的计算公式如下：

其中，j∈{R，G，B}，(x，y)表示像素点的位置，I

优选地，在步骤S4中，采用灰色指数G表示像素点与灰色像素的接近度，灰色指数G的计算公式如下：

获取偏色图像中每个像素点的权重

其中，a和b为调节权重范围的常量。

优选地，在步骤S4中，还基于其他偏振参数以及偏色图像中的像素点其他特征值的权重，计算得到各个像素点用作光照颜色估计时像素点的贡献程度w

其中，w

若w

优选地，在步骤S5中，采用阈值对偏色图像进行区域的划分，计算得到用于区分有效像素点中的伪灰色像素和灰色像素的掩膜mask：

其中，有效像素点中mask＝0的像素点为伪灰色像素，mask＝1的像素点为灰色像素；

获取用于光照颜色估计的灰色像素权重w

其中，flag表示偏色图像的光照估计是否受到伪灰色像素的不良影响的决策变量，w

优选地，在步骤S6中，利用灰色像素权重w

其中，I

优选地，在步骤S7中，利用Von Kries对角模型将输入的偏色图像校正到标准光照下，得到标准光照下的无色偏图像，所用模型如下：

其中，I

本申请还提出一种计算机存储介质，用于计算机可读存储，所述计算机存储介质上存储有基于偏振参数的颜色恒常性的程序，所述基于偏振参数的颜色恒常性的程序被处理器执行时，用于实现所述的基于偏振参数的颜色恒常性方法的步骤。

本申请还提出一种基于偏振参数的颜色恒常性系统，所述系统包括：

图像采集模块，用于采集偏色图像和偏色图像对应的偏振图像；

偏振参数计算模块，用于计算偏振图像的斯托克斯参数；

偏振程度计算模块，用于计算偏振图像中每一个像素点对应的包含偏振信息的偏振程度值；

有效像素提取模块，用于提取偏色图像中的有效像素点；

伪灰色像素排查模块，用于区分有效像素点中的伪灰色像素和灰色像素，得到用于光照颜色估计的灰色像素权重；

全局光照颜色估计模块，用于对偏色图像中的灰色像素的值进行加权平均，得到全局光照颜色估计；

光照颜色消除模块，用于消除偏色图像的光照颜色，得到无色偏图像。

在本技术方案中，利用图像采集模块实时获取偏色图像和偏色图像对应的偏振图像，通过偏振参数计算模块和偏振程度计算模块分别计算偏振图像的斯托克斯参数和偏振图像中每一个像素点对应的包含偏振信息的偏振程度值，然后利用有效像素提取模块提取偏色图像中的有效像素点，再利用伪灰色像素排查模块消除伪灰色像素的干扰，通过全局光照颜色估计模块得到全局光照颜色估计，最后利用光照颜色消除模块得到无色偏图像，大幅度降低了伪灰色像素对光照颜色估计的不良影响。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明提出一种基于偏振参数的颜色恒常性方法，采集偏色图像和偏色图像对应的偏振图像后计算出偏振图像的斯托克斯参数，基于斯托克斯参数获取各个像素点对应的偏振程度值，再通过偏振程度值提取出偏色图像的有效像素点，再区分有效像素点中的伪灰色像素和灰色像素并获得灰色像素权重，再对偏色图像中的灰色像素的值进行加权平均，得到用于消除偏色图像的光照颜色的全局光照颜色估计，最终得到无色偏图像，减少了对相关统计知识的依赖，可以有效排除图像中伪灰色像素对光照颜色估计的造成的不良影响，提高了颜色恒常性算法的准确性和鲁棒性。

附图说明

图1表示本发明实施例1中提出的基于偏振参数的颜色恒常性方法的流程示意图；

图2表示本发明实施例2中提出的计算机设备的示意图；

图3表示本发明实施例3中提出的基于偏振参数的颜色恒常性系统的结构示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好地说明本实施例，附图某些部位会有省略、放大或缩小，并不代表实际尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知内容说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

附图中描述位置关系的仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

实施例1

如图1所示，本实施例提出一种基于偏振参数的颜色恒常性方法，所述方法包括以下步骤：

S1.采集偏色图像以及偏色图像对应的偏振图像；

在本实施例中，采集一张偏色图像与三张对应的不同旋转角度的偏振图像，获取0°，90°，45°三个旋转角度的偏振图像；

S2.计算偏振图像的斯托克斯参数；

斯托克斯参数S的计算公式如下：

其中，I

S3.基于偏振图像的斯托克斯参数，计算偏振图像中每一个像素点对应的包含偏振信息的偏振程度值；

偏振程度值的计算公式如下：

其中，j∈{R，G，B}，(x，y)表示像素点的位置，I

S4.基于每个像素点的偏振程度值，提取偏色图像中的有效像素点；

采用灰色指数G表示像素点与灰色像素的接近度，灰色指数G的计算公式如下：

获取偏色图像中每个像素点的权重

其中，a和b为调节权重范围的常量；

此外，还基于其他偏振参数以及偏色图像中的像素点其他特征值的权重，计算得到各个像素点用作光照颜色估计时像素点的贡献程度w

其中，w

在本实施例中，各类特征值的权重计算公式及所用参数如表1所示：

表1

/>

其中，图像的值要进行归一化，范围在[0，1]之间；

若w

S5.区分有效像素点中的伪灰色像素和灰色像素，得到用于光照颜色估计的灰色像素权重；

采用阈值对偏色图像进行区域的划分，计算得到用于区分有效像素点中的伪灰色像素和灰色像素的掩膜mask：

其中，有效像素点中mask＝0的像素点为伪灰色像素，mask＝1的像素点为灰色像素；

获取用于光照颜色估计的灰色像素权重w

其中，flag表示偏色图像的光照估计是否受到伪灰色像素的不良影响的决策变量，w

S6.基于灰色像素权重，对偏色图像中的灰色像素的值进行加权平均，得到全局光照颜色估计；

利用灰色像素权重w

其中，I

S7.基于全局光照颜色估计，消除偏色图像的光照颜色，得到无色偏图像，实现颜色恒常性；

利用Von Kries对角模型将输入的偏色图像校正到标准光照下，得到标准光照下的无色偏图像，所用模型如下：

其中，I

实施例2

参见图2，本申请还提出一种计算机设备，包括处理器、存储器及存储在存储器上的计算机程序，处理器标号为1，存储器标号为2，处理器1连接存储器2。所述处理器1执行存储在存储器2上的计算机程序，以实现所述的实施例1所述的基于偏振参数的颜色恒常性方法。

其中，存储器2可以是磁盘、闪存或其它任何非易失性存储介质，参见图2，处理器1与存储器2连接，可以作为一个或多个集成电路来实施，具体的可以为微处理器或微控制器，在执行存储在存储器上的计算机程序时，对于全局模型，实现基于偏振参数的颜色恒常性方法。

本申请还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时，实现所述的基于偏振参数的颜色恒常性方法的步骤。

这种计算机可读存储介质通过执行上面的计算机程序指令，将采集的数据保存在在用户终端本身，防止了数据泄露的问题。

实施例3

本实施例中，如图3所示，提出了一种基于偏振参数的颜色恒常性的系统，所述系统包括：

图像采集模块101，用于采集偏色图像和偏色图像对应的偏振图像；

偏振参数计算模块102，用于计算偏振图像的斯托克斯参数；

偏振程度计算模块103，用于计算偏振图像中每一个像素点对应的包含偏振信息的偏振程度值；

有效像素提取模块104，用于提取偏色图像中的有效像素点；

伪灰色像素排查模块105，用于区分有效像素点中的伪灰色像素和灰色像素，得到用于光照颜色估计的灰色像素权重；

全局光照颜色估计模块106，用于对偏色图像中的灰色像素的值进行加权平均，得到全局光照颜色估计；

光照颜色消除模块107，用于消除偏色图像的光照颜色，得到无色偏图像。

整体上，首先利用图像采集模块101实时获取偏色图像和偏色图像对应的偏振图像，通过偏振参数计算模块102和偏振程度计算模块103分别计算偏振图像的斯托克斯参数和偏振图像中每一个像素点对应的包含偏振信息的偏振程度值，然后利用有效像素提取模块104提取偏色图像中的有效像素点，再利用伪灰色像素排查模块105消除伪灰色像素的干扰，通过全局光照颜色估计模块得106到全局光照颜色估计，最后利用光照颜色消除模块107得到无色偏图像。

显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。