引言

在一定的光照環(huán)境下，通過光線的反射可形成的光學圖像因為物理表面材質的不同，經常會出現局部的高光反射區(qū)域。由于高光遮掩了物體的原有形狀、顏色、紋理等特征，對目標的檢測與識別都會產生很大的干擾，如人臉的高光問題是證件相片處理中的一個常見問題。

Shafer提出的雙色反射模型給出了圖像成像過程中，景物表面的光強分布模型。Klmker發(fā)現，在RGB顏色空間中,漫反射像素和高光像素形成一個r形分布，該分布特性一定程度地描述了高光區(qū)域的特性。Tan等人發(fā)表了一系列在色度空間上分離漫反射和高光反射分量的方法，對于顏色豐富圖像的高光去除有較好的效果。但是，該方法基于相機響應為線性的假設，使得實際拍攝的大部分圖像均無法獲得理想的效果。為此，本文提出了基于參數自適應確定的伽馬變換下的漫反射分離方法，實現對實際拍攝圖像的高光去除。

1基于雙色反射模型的高光去除原理

1.1雙色反射模型

圖1所示是雙色反射模型的示意圖，圖像中的景物顏色是由漫反射和鏡面反射分量兩部分組成，鏡面反射分量反映了光源的顏色，漫反射分量反映了物體本身的顏色。

圖1雙色反射模型

基于雙色反射模型和數碼相機的成像原理，圖像亮度可用下式描述：

和ω（sx）是漫反射和鏡面反射的權值系數；S（λ）是漫反射的光譜反射函數；E（λ）是光源的光譜能量分布函數；Ω是可見光的光譜集合。因此，這里定義的圖像色度如下：

當給定圖像強度U3))和光源色度(廣)(通過顏色恒常法則建立)，并分離得到漫反射分量(xA后，就可得到高光去除的結果。

1.2分離反射分量

實際上，分離反射分量的方法可在一個最大色度強度空間中展開。圖2所示是單色圖像在最大色度強度空間上的分布圖。

根據單色圖像在最大色度強度空間的分布特性，Tan提出了一種分離反射分量的方法。如圖3所示，考慮到高光點的像素值一般很大，所以，將高光像素點三通道的值以相同的步長迭代地減小，將每次遞減的結果投影到最大色度強度空間，則符合圖3中曲線的分布。這時，給定一個漫反射色度值,如圖3的垂直線，則高光像素點的漫反射分量就是在交點處的值。

基于該分離反射分量原理，對色彩分布豐富的圖像，首先給定同一個漫反射色度，將全圖的所有像素色度均轉移到該色度下，獲得一幅同色度圖像，根據同色度圖與原圖的像素差異，標記所有的高光像素。之后，對所有的高光像素通過迭代的方式，以近鄰像素中的最大色度值替代后，即可得到去除高光后的漫反射分量。圖4所示就是采用該方法得到的實驗結果?？梢钥吹剑驗閳D4(a)是相機響應函數為線性函數，因此可以獲得較為理想的高光去除結果，如圖4(b)所示，但因為圖4(c)為實際拍攝的圖像，其相機響應函數為非線性函數，因此無法得到圖4(d)所示的理想的高光去除效果。

2基于伽馬變換的高光去除

2.1伽馬變換

目前幾乎所有的相機的光電轉換特性，即相機響應函數都是非線性的，它們可表示為：

其中,I(x)為圖像的像素值;O(x)為景物的光強;是冪函數的指數，用來衡量非線性部件的轉換特性。本文采用了補償的方法，即用伽馬變換的方法獲得線性的相機響應函數：

其中,I(x)是伽馬變換后的值；max,(i=R,G，B)為原圖的三個顏色通道的最大值。

2.2模型參數的自適應確定方法

本文根據同色度圖像的分布規(guī)律，給出了參數自適應確定的方法，直接從圖像中給出對『值的估計。圖5所示是當參數Y的估計準確時,I(x)與。(x)為線性關系；當估計的y小于實際的值時,I(x)與。(x)的關系為圖5中下面曲線的關系；而當估計的Y大于實際的值時,I(x)與。(x)的關系為圖5中較上面曲線的關系。

因此，在最大色度強度空間上得到的同色度圖像會呈現如圖6所示的隨著y估計的不同，同色度圖像中的分布，尤其是高光區(qū)的分布與非高光區(qū)域的分布差異也不相同。

圖7所示是不同γ參數下的三通道分布特性曲線，其中x軸代表1/γ，y軸代表均值。經統(tǒng)計原圖中被標示為高光區(qū)的對應像素在同色度圖像上的三個顏色分量的均值，在γ接近真實值時，達到最大值。本文將三個通道均值最大值點所對應的γ值取均值，作為每幅圖像的γ自適應估計值。

3實驗結果分析

圖8所示是實拍圖像的高光去除測試實驗結果示例，針對三幅不同目標，可進行高光去除的測試實驗。按照本文方法，估計圖8(a)的γ=0.67，圖8(c)的γ=0.2，圖8(e)的γ=0.22，經過漫反射分量的分離，則可得到如圖8(b)、圖8(d)及圖8(f)的高光去除效果。

4結語

本文提出了一種參數自適應確定的基于伽馬變換的漫反射分量分離方法，在雙色反射模型的基礎上，通過分析最大色度強度空間上構造同色度圖像的不同伽馬值的分布特性，確定圖像的模型參數，完成漫反射分量的分離，實現對高光的去除。實驗結果表明，本方法可自動檢測高光區(qū)域，并對其進行顏色及紋理的恢復。

20211115_6192757f62915__一種實拍圖像的高光去除方法