СПОСОБ КОМПЛЕКСИРОВАНИЯ ЦИФРОВЫХ ПОЛУТОНОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
METHOD OF INTEGRATING DIGITAL HALFTONE IMAGES

Изобретение относится к области цифровой обработки изображений, в частности к комплексированию цифровых изображений.
Из уровня техники известен способ комплексирования цифровых полутоновых изображений, полученных от двух каналов различного спектрального диапазона (Патент RU 2451338 опубликовано 20.05.2012 г., МПК G06T 5/00). Представленный способ заключается в том, что получают исходные телевизионные и тепловизионные изображения, определяют основное изображение с наибольшим уровнем информативных деталей, вычисляют среднюю яркость изображения второго канала, вычисляют среднее значение абсолютных разностей между средней яркостью изображения второго канала и значениями яркостей всех пикселей изображения второго канала, для каждого пикселя комплексированного изображения вычисляют сумму значения яркости пикселя изображения основного канала и абсолютной разности значения яркости пикселя изображения второго канала и средней яркости изображения второго канала, из полученной суммы вычитают среднее значение абсолютных разностей яркости пикселей изображения второго канала и средней яркости изображения второго канала, нормализуют яркостный диапазон изображения.
Одним из недостатков данного способа является, снижение локального контраста объектов, особенно в случае наличия засветок на одном из исходных изображений.
Наиболее близким к предлагаемому является способ комплексирования двух цифровых полутоновых изображений (Патент RU 2540778 опубликовано 10.02.2015 г., МПК G06T 5/50, G06K 9/46). Данный способ, включает получение исходных изображений, определение наиболее информативного изображения, комплексирование изображений, основанное на комбинировании наиболее информативного изображения и отличительных деталей второго изображения, выравнивание яркостного диапазона результирующего изображения. При комплексировании изображений определяют оценки коэффициентов линейной регрессии величин яркостей наиболее информативного изображения по величинам яркости второго изображения, формируют промежуточное изображение как результат линейного преобразования наиболее информативного изображения с найденными коэффициентами, находят комплексированное изображение путем прибавления к наиболее информативному изображению разности второго и промежуточного изображений.
Недостатками способа-прототипа является снижение локального контраста объектов на результирующем изображении как в случае наличия засветок на одном из исходных изображений, так и в случае близких по яркости объекта и фона разноспектральных изображений, а также сложность выявления спектрально зависимых объектов на результирующем комплексированном изображении.
Техническим результатом предлагаемого способа комплексирования цифровых полутоновых изображений является повышение локального контраста результирующего изображения, содержащего элементы исходных изображений одной и той же сцены, полученных в различных спектральных диапазонах, а также упрощение выявления спектрально зависимых объектов.
Технический результат достигается тем, что согласно предлагаемого способа включающего определение наиболее информативного изображения, формирование результирующего изображения и выравнивание его яркостного диапазона, при комплексировании изображений вычисляют разности значений яркости каждого пиксела наиболее информативного изображения с окружающими его пикселами, усредняют полученные разности, формируют комплексированное полутоновое изображение путем суммирования значений яркости пикселей второго изображения с соответствующими значениями средней разности пикселей наиболее информативного изображения с заданным коэффициентом усиления, результирующее изображение представляют в виде RGB-цветного изображения с тремя компонентами: два исходных изображения и комплексированное изображение.
Сущность предлагаемого способа заключается в том, что при комплексировании изображений вычисляют разности значений яркости каждого пиксела наиболее информативного изображения (например, телевизионное (ТВ) изображение) с окружающими его пикселами:
где i=1, …, m; j=1, …, n; m, n - число строк и столбцов ТВ изображения ;
р=0, …, Р - параметр определяющий координаты пиксела окрестности по i,
q=0, …, Q - параметр определяющий координаты пиксела окрестности по j.
d=1, …, ((2Р+1)(2Q+1))-1 - индекс разности значений яркости i, j-го пиксела с пикселами окрестности.
Усредняют полученные разности по количеству пикселей окрестности:
Формируют комплексированное полутоновое изображение путем суммирования значений яркости пикселей второго изображения (например, тепловизионное (ТПВ) изображение) с соответствующими значениями средней разности яркостей пикселей наиболее информативного изображения с заданным коэффициентом усиления:
где k - коэффициент усиления средней разности яркостей пикселей наиболее информативного изображения.
Согласно (см., например, Агостон Ж. Теория цвета и ее применение в искусстве и дизайне: Пер. с англ. - М.: Мир, 1985. 184 с), для визуализации отличительных признаков разноспектральных изображений, результирующее изображение представляют в виде синтезированного RGB-цветного изображения  с тремя компонентами (например :
Выравнивают яркостный диапазон результирующего цветного изображения с помощью любого известного метода (см., например, Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений. М.: Техносфера, 2005. 1072 с).
Выводят результирующее цветное изображение для просмотра.
Предлагаемый способ может быть реализован, например, с помощью устройства, блок-схема которого представлена на фиг. 1. Блок-схема устройства содержит: 1 - блок предварительной подготовки изображений, выполняющий геометрические преобразование изображений, улучшение яркости и контраста, фильтрацию шума, 2 - блок выбора наиболее информативного изображения; 3 - блок вычисления разностей значений яркости каждого пиксела наиболее информативного изображения с окружающими его пикселами; 4 - блок вычисления среднего значения разностей яркости пикселей наиболее информативного изображения; 5 - блок усиления средних значений разностей яркости пикселей наиболее информативного изображения; 6 - блок формирования комплексированного полутонового изображения; 7 - блок формирования результирующего RGB-цветного комплексированного изображения; 8 - блок выравнивания яркостного диапазона цветного изображения; 9 - блок вывода результирующего цветного изображения.
Устройство на фиг. 1 работает следующим образом. На вход устройства поступают два разноспектральных изображения, которые подают на вход блока предварительной подготовки изображений 1, далее изображения подают на блок выбора наиболее информативного изображения 2, после чего наиболее информативное изображение параллельно подают на блок вычисления разностей значений яркости каждого пиксела наиболее информативного изображения с окружающими его пикселами 3 и блок формирования результирующего RGB-цветного комплексированного изображения 7, а второе изображение параллельно подают на блок формирования комплексированного полутонового изображения 6 и блок формирования результирующего RGB-цветного комплексированного изображения 7. После обработки в блоке 3, полученные разности значений яркости каждого пиксела наиболее информативного изображения с окружающими его пикселами поступают на блок вычисления среднего значения разностей яркости пикселей наиболее информативного изображения 4, после чего полученные средние значения разностей яркости пикселей наиболее информативного изображения подают на блок формирования комплексированного полутонового изображения 6, полученное комплексированное полутоновое изображение подается на блок формирования результирующего RGB-цветного комплексированного изображения 7. Результирующее RGB-цветное комплексированное изображение подают на блок выравнивания яркостного диапазона цветного изображения 8, после чего результирующее изображение поступает на блок вывода результирующего цветного изображения 9.
Рассмотрим примеры. На фиг. 2, 7 представлено исходное ТВ изображение (на фиг. 2 засветка объектов сцены, на фиг. 7 плохо различимые объекты с низким контрастом). На фиг. 3, 8 представлено исходное ТПВ изображение с контрастными объектами. На фиг. 4, 9 представлен результат комплексирования исходных разноспектральных полутоновых изображений в единое полутоновое изображение по способу-прототипу. На фиг. 5, 10 представлено комплексированное полутоновое изображение полученное на основе предлагаемого способа. На фиг. 6, 11 с целью демонстрации достигаемого технического результата, представлено результирующее цветное комплексированное изображение, полученное устройством комплексирования изображений (фиг. 1) на основе предлагаемого способа, по которым хорошо видны объекты, как первого, так и второго исходных изображений, а также цветом выделены спектрально зависимые объекты и элементы сцены.
Сопоставляя результаты комплексирования разноспектральных полутоновых изображений известным (фиг. 4, 9) и предлагаемым (фиг. 6, 11) способом, можно видеть, что заявляемый способ позволяет получить лучший результат, поскольку результирующее комплексированное изображение является более информативным с высоким локальным контрастом и позволяет осуществлять селекцию спектрально зависимых объектов по их цветовому различию, как в условиях засветочных помех, так и в условиях низкого контраста одного из исходных изображений.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить локальный контраст информативных элементов и объектов, как в случае наличия засветок на одном из исходных изображений, так и в случае близких яркостей объекта и фона разноспектральных изображений, а также упростить выявление спектрально зависимых объектов, за счет того, что при комплексировании изображений вычисляют разности значений яркости каждого пиксела наиболее информативного изображения с окружающими его пикселами, усредняют полученные разности, формируют комплексированное полутоновое изображение путем суммирования значений яркости пикселей второго изображения с соответствующими значениями средней разности пикселей наиболее информативного изображения с заданным коэффициентом усиления, результирующее изображение представляют в виде RGB-цветного изображения с тремя компонентами: два исходных изображения и комплексированное изображение. Тем самым предлагаемый способ устраняет недостатки прототипа.
Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений неизвестен способ комплексирования цифровых полутоновых изображений, заключающийся в определении наиболее информативного изображения, формировании результирующего изображения и выравнивании его яркостного диапазона, при комплексировании изображений вычислении разностей значений яркости каждого пиксела наиболее информативного изображения с окружающими его пикселами, усреднении полученных разностей, формировании комплексированного полутонового изображения путем суммирования значений яркости пикселей второго изображения с соответствующими значениями средней разности пикселей наиболее информативного изображения с заданным коэффициентом усиления, представлении результирующего изображения в виде RGB-цветного изображения с тремя компонентами: два исходных изображения и комплексированное изображение.
Предлагаемое техническое решение является промышленно применимым, так как для его реализации могут быть использованы любые известные из уровня техники программируемые и непрограммируемые процессоры цифровой обработки сигналов и изображений (см., например, URL: http://module.ru/catalog/).