摘 要

在夜间，除了少量光源和反射体外，大多是昏暗的，光源通常是背光的。在这种高反差黑背景的情况下，对采集到的图像产生负面的影响，如低对比度、低亮度、缺少大量细节等。基于此，夜间图像增强技术一直是科研技术人员关注与重视的目标,在如夜间拍摄、夜间水下考古工作、夜间航空侦察、中国古壁画低光照条件下的复原修复工作等都有极大奉献。本此毕业论文就夜间图像增强方法研究及MATLAB实现展开，在传统基础的夜间图像增强空间域方法、频域方法加以近些年热门的Retinex夜间图像增强算法进行分析，有助于提升图像的整体视觉效果，达到高质量的夜间图像增强。

为了提高夜间图像的整体视觉质量，使得夜间图像增强算法在各类应用场景中发挥自己最大的优势与作用。本文主要研究基于具体实际应用场景目标的对夜间图像视觉增强理论和技术方法。针对其各环境应用的不同特性，与当前应用夜间图像增强算法进行改进，以达到量身定做的增强结果。

论文简要叙述了传统夜间图像增强算法的理论知识，重点讲述基于Retinex理论的夜间图像增强算法和它的应用。本文的创新点是将基于Retinex理论的夜间图像增强算法与水下考古、夜间航空侦察、夜间拍照图像的场景应用融会贯通，达到最好效果的夜间图像增强。

论文研究结果表明：相比于单一算法的增强效果，融汇后的新算法结果令人更加满意，同时达到高质量的夜间图像增强。

关键词：夜间图像；Retinex理论；图像增强；图像处理；MATLAB

Abstract

At night, except for a few light sources and reflectors, most of them are dark, and the light source is usually called backlight.In this case of high contrast black background, it has a negative impact on the collected image, such as low contrast, low brightness, lack of a large number of details and so on.For this reason, night image enhancement technology has always been the focus of scientific researchers and technicians. It has made great contributions to such work as night photography, underwater archaeological restoration at night, night aerial reconnaissance and restoration of ancient Chinese murals under low light conditions.This graduation thesis focuses on the research of night image enhancement methods and the implementation of MATLAB. It compares the traditional night image enhancement methods in spatial domain and frequency domain with the popular Latex night image enhancement algorithms in recent years, which is helpful to improve the overall visual effect of the image and achieve high-quality night image enhancement.

In order to improve the overall visual quality of night images, night image enhancement algorithm plays its greatest advantage and role in various applications.In this paper, based on the practical application target, the theory and technology of night image enhancement are studied.In view of the different characteristics of its applications in different environments, the current application of night image enhancement algorithm is improved to achieve tailor-made enhancement results.

This paper briefly describes the theoretical knowledge of the traditional night image enhancement algorithm, focusing on the night image enhancement algorithm based on Retinex theory and its application.The innovation of this paper is to integrate the night image enhancement algorithm based on Retinex theory with the application of underwater archaeology, night aerial reconnaissance and night photography to achieve the best effect of night image enhancement.

The results show that compared with the single algorithm, the new algorithm is more satisfactory and achieves high-quality night image enhancement.

Key Words：night image；Retinex theory；image enhancement；image processing；MATLAB

目录

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2国内外的现状分析 2

1.3本文的主要研究内容及方案 3

第二章 图像增强算法概述 4

2.1空间域变换增强 4

2.1.1灰度变换增强 4

2.1.2修正直方图增强 7

2.2频率域增强 10

2.2.1 高频滤波与低频滤波 11

2.2.2 同态滤波 12

第三章 Retinex理论在夜间图像增强中的应用 14

3.1Retinex技术介绍 14

3.2基于Retinex 理论的夜间图像增强 14

3.3课题中基于Retinex 理论的算法介绍 17

第四章 基于Retinex理论夜间图像增强算法的应用 19

4.1夜间图像增强在水下考古的应用 19

4.2夜间图像增强在夜间航空侦察的应用 23

4.3夜间图像增强在夜间拍照的应用 26

第五章 图像质量概述 33

5.1图像质量评价方法 33

5.2实验结果的客观分析 33

5.3实验结果的分析总结 35

第六章 总结与展望 36

6.1全文总结 36

6.2工作展望 37

参考文献 38

致谢 40

1. 绪论
   1. 引言

众所周知，信息在现代经济生活中的作用举足轻重,图像作为人类感知世界的必不可缺的主要角色，是获取信息表达信息和传递信息直观立体的视觉手段。近几十年来，数字图像处理得到军事领域、工业和农业生产的极高重视。是空间探索到微观研究、从科学教育到娱乐游戏发展的一项不可缺少的实用工具^[1]。数字图像处理发展的前景不容小觑，总的来说图像处理的应用面会更加广阔，医疗诊断、军事侦查、安检、半导体、刑探侦查、智能搜索、VR视觉、航空航天、智能交通、安防监控、工业生产、资源勘探、生活娱乐等等领域都需要这个得力助手，并且这些行业与我们普通人民群众的日常生活息息相关。不仅于此，数字图像处理也是计算机科学、信息科学、地球科学、生物科学和工程科学科研究人员的重要研究领域。

人们喜欢用图像的方式来描述事物的特性和逻辑关系，早在中国古代，各类陶瓷、烧水的鼎、炒菜的锅、祭祀的仪器上通过刻画图像来告诉他们的子孙各种生活技巧、哲理反思。后续手工技艺的渐渐成熟，有如敦煌壁画等华丽绝美的信息告诉我们古代人们的生活方式，为我们还原一个真实的古代提供丰富的素材。但时间的流逝，使得图像部分缺失、氧化酸化腐蚀模糊。人们希望获得清晰的图像视觉效果，以便人眼或者机器可以进一步理解图像。为了提取人们想要的有用信息，需要某些技术手段来改善图像的视觉效果或将其转换为适合人眼观察，机器分析和识别的模式。该技术被称为图像增强，并且受被观察对象的性质、观看者的习惯和处理图像的目的有关。图像增强是数字图像处理技术中一个重要的分支。此外，图像增强不是无损过程。图像增强处理中一般都是人机交互，判断的依据主要为主观判断与客观判断两大类，在后续文章中详述。由于很多场景的硬件条件影响图像拍摄，易造成视觉效果不佳。人们对得到的图像中所包含的关键信息无法精准提取分析，由此所能获取的信息大大折损甚至出现误判影响下一步的研究。因而，在图像应用中，图像增强技术是必要的前期处理。