基于色彩传递的可见光黑白视频图像自然感彩色化方法

摘要

本发明涉及一种基于色彩传递的可见光黑白视频图像自然感彩色化方法，属于图像处理技术领域。本方法首先对输入的可见光黑白视频图像取反，得到负片图像，再将输入的可见光黑白视频图像与得到的负片图像按比例线性组合，构成初始彩色视频图像；然后选取一幅自然环境的彩色参考图像，对得到的初始彩色视频图像进行色彩传递，得到自然感彩色视频图像。本发明方法使得彩色化后的自然感图像让人眼看得自然舒服，几乎没有人为的干预，可以快速实时地实现彩色化，极大地改善了人眼的观察效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于色彩传递的可见光黑白视频图像自然感彩色化方法，属于图像处理 技术领域。

背景技术

人眼对彩色图像的分辨能力要远远大于对黑白灰度图像，人类可以辨别几千种色调和强 度，而相比之下只能辨别20多种灰度。因此，彩色图像一直是人们追求的目标之一。

黑白老照片的彩色化是人们多年来的研究课题，同样对于旧的黑白视频，或者军事和工 业上常用的CCD/CMOS输出黑白视频图像(例如医疗中计算层析成像CT以及核磁共振MRI， 微光夜视等领域)，为了改善人眼对图像细节的观察效果和反应速度，提高人眼的观察效率， 黑白视频图像的彩色化技术也是人们关注的重要方向。

然而，现有的大多数黑白图像彩色化技术不仅需要大量的人为干预，而且处理速度慢， 难以实时化处理。而可实时处理的黑白图像彩色化技术(如彩虹编码)虽然其实现速度快，但 彩色化的视觉效果往往不自然，与自然界常见的颜色感觉大相径庭，难以满足人眼的长时间 观察，很容易使人眼疲劳，甚至使人感到烦躁，从而大大影响了使用效果。

综上所述，如何将可见光黑白视频图像实时自然感彩色化，使得彩色化后的图像既能让 人眼看得自然舒服，又能尽量减少不必要的人为干预，仍是一个具有挑战性的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于色彩传递的可见光黑白视频图像自然感彩色化方法，在 尽可能减少人为干预的条件下，使得彩色化的彩色图像效果自然舒适，符合人眼视觉习惯， 同时可快速实时地实现处理。

基于色彩传递的可见光黑白视频图像自然感彩色化方法，具体包括如下步骤：

步骤1，对可见光黑白视频图像进行预处理，构成初始彩色视频图像。

步骤1.1，首先对输入的可见光黑白视频图像取反，得到负片图像。

具体方法为：对于输入的可见光黑白视频图像的每个像素，用该图像像素能达到的最大 值MAX与每个像素的像素值Y_y做差，得到负片图像中对应像素的像素值Y_f，从而得到负片 图像。即

Y_f＝MAX-Y_y   (1)

式中，Y_y为输入的可见光黑白视频图像的像素灰度值，Y_f为负片图像对应的像素灰度值，MAX 为输入图像像素能够达到的最大值。

步骤1.2，再将输入的可见光黑白视频图像与步骤1.1得到的负片图像按比例线性组合， 得到初始彩色视频图像。

具体方法为：对于输入的可见光黑白视频图像的每个像素Y_y，结合负片图像中的对应像 素Y_f，在YUV颜色空间中，按照式(2)进行线性组合，构造初始彩色视频图像，初始彩色 视频图像的亮度值Y为可见光黑白视频图像的灰度值，初始彩色视频图像的两个色度值U和 V分别为所得到两个量Y_y和Y_f的线性组合，即

Y＝Y_y；U＝m₁·Y_y-m₂·Y_f+M；V＝m₃·Y_f-m₄·Y_y+M   (2)

式中，m₁,m₂,m₃和m₄均为界于0与1之间的正有理数，M为0～255之间的一个常数。

步骤2，对步骤1.2得到的初始彩色视频图像进行色彩传递，得到自然感彩色视频图像。

步骤2.1，选取一幅自然环境的彩色参考图像；

所选取的自然环境的彩色参考图像，是一幅具有舒适自然色彩的彩色图像；所选取自然 环境的彩色参考图像直接影响黑白视频图像彩色化的色调，不同的色调的自然参考图像获得 不同的彩色化效果。因此，要求选取与用户期望色调风格相同的彩色图像作为彩色参考图像。

步骤2.2，在YUV颜色空间中，计算初始彩色视频图像的亮度Y和色度(U,V)通道的均值 和标准差，计算步骤2.1得到的彩色参考图像的亮度Y_T和色度(U_T,V_T)通道的均值和标准差， 进而将彩色参考图像的色彩传递给初始彩色视频图像，对于初始彩色视频图像(Y,U,V)，得 到自然感彩色视频图像(Y′,U′,V′)。具体的色彩传递方法为

$Y^{\prime }=\frac{{\sigma }_{T,Y}}{{\sigma }_Y}(Y-\bar{Y})+{\bar{Y}}_T;U^{\prime }=\frac{{\sigma }_{T,U}}{{\sigma }_U}(U-\bar{U})+{\bar{U}}_T;V^{\prime }=\frac{{\sigma }_{T,V}}{{\sigma }_V}(V-\bar{V})+{\bar{V}}_T---\left(3\right)$

式中，σ_T,Y、σ_T,U、σ_T,V分别表示彩色参考图像YUV各通道的标准差；σ_Y、σ_U、σ_V分别表 示初始彩色图像YUV各通道的标准差；分别表示初始彩色图像YUV各通道的均 值；分别表示彩色参考图像YUV各通道的均值。

有益效果

本发明提供的基于色彩传递的可见光黑白视频图像自然感彩色化方法，使得彩色化后的 自然感图像让人眼看得自然舒服，几乎没有人为的干预，可以快速实时地实现彩色化，极大 地改善了人眼的观察效率。

附图说明

图1是本发明的基于色彩传递的可见光黑白视频图像自然感彩色化方法流程图；

图2是本发明的将可见光黑白视频图像变为初始彩色视频图像的方法流程图；

图3是本发明的将初始彩色视频图像变为自然感彩色视频图像的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合具体实施例，并参照附图，对 本发明进一步详细说明。应指出的是，所描述的实例仅是为了便于本发明的理解，而对其不 起任何限定作用。本发明使用的方法既可以在个人计算机、工控机及服务器上以软件的形式 安装并执行，也可以将方法做成嵌入式芯片以硬件的形式来体现。

本发明提供的基于色彩传递的可见光黑白视频图像自然感彩色化方法，包括对可见光黑 白视频图像进行预处理，构成初始彩色视频图像；以及对初始彩色视频图像进行色彩传递， 得到自然感彩色视频图像。本发明彩色化后的自然感图像让人眼看得自然舒服，同时几乎没 有人为的干预，可以快速实时地实现彩色化。

实施例：

图1示出了依照本发明实施例的基于色彩传递的可见光黑白视频图像自然感彩色化方法 流程图，具体包括以下步骤：

步骤S1：对可见光黑白视频图像进行处理，构成初始彩色视频图像；

步骤S2：对初始彩色视频图像进行色彩传递，得到自然感彩色视频图像。

图2示出了依照本发明实施例的将可见光黑白视频图像变为初始彩色视频图像的方法流 程图，即图1中所示的步骤S1的具体实现方法。输入可见光黑白视频图像，对可见光黑白视 频图像的每个像素，按照式(1)分别用最大值MAX与可见光黑白视频图像像素的像素值Y_y做 差，其中，由于输入原始图像为8位灰度图像，故MAX＝2⁸-1＝255，得到负片图像中对应像素 的像素值Y_f，从而得到负片图像；然后将原图像和负片图像中相对应的像素值按照式(2)进行 线性组合，其中，取m₁＝m₂＝m₃＝m₄＝0.5和M＝128，分别得到该像素位置的两个色度值U和V， 但是亮度值Y仍与输入的可见光图像的灰度值Y_y相一致，得到初始彩色视频图像。

图3示出了依照本发明实施例的将初始彩色视频图像变为自然感彩色视频图像的方法流 程图，即图1中所示步骤S2的具体实现方法。选取自然彩色参考图像(应当是一幅具有舒适 自然色彩的彩色图像)。对于彩色参考图像，分别计算其亮度Y_T以及色度(U_T,V_T)的均值：和标准差：σ_T,Y、σ_T,U、σ_T,V；同样，对于初始彩色视频图像，分别计算其亮度Y以 及色度(U,V)的均值：和标准差：σ_Y、σ_U、σ_V；然后对于初始彩色视频图像的每个 像素，按式(3)将其亮度Y和各色度值U、V分别代入计算得到(Y′,U′,V′)，从而获得了自然 感彩色视频图像。

需要说明，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围， 凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。