A non-linear technique for the enhancement of extremely non-uniform lighting images

Özellikle gece koşullarında ve düzensiz aydınlatılmış ortamlarda, zayıf ışık altındaki düşük yoğunluklu alanlar ve aşırı ışık altındaki yüksek yoğunluklu alanlar rahatlıkla görülemez. Oldukça zayıf aydınlatılmış ortamlardaki görüntülerin bilgilerini kurtarmak amacı ile bir çok görüntü zenginleştirme tekniği geliştirilmiştir. Bunlar arasında piksel karekteristiklerinin tümleşik komşuluk ilişkilerine dayalı ve ışık yoğunluğu-yansıtırlık modeline dayalı görüntü zenginleştirme teknikleri, düzensiz ve zayıf aydınlatmalı ortamlarda çekilen sayısal görüntülerin görsel kalitesini artırmakta iyi sonuçlar verir. Buna rağmen oldukça düzensiz aydınlatmalı ortamlarda elde edilen görüntülerde istenen sonucu veremezler. Bu makalede, oldukça düzensiz aydınlatmalı ortamlarda çekilen görüntülerin zenginleştirilmesi amacı ile Çok Pencereli Ters Sigmoid (Multiple Windowed Inverse Sigmoid - MWIS) adı verilen yeni bir doğrusal olmayan görüntü zenginleştirme tekniği önerilmiştir. Önerilen teknik ışık yoğunluğu-yansıtırlık özelliğini koruyarak parlak alanları sıkıştırma aynı zamanda karanlık alanları zenginleştirme yeteneğine sahiptir. Yapılan deneylerde, önerilen tekniğin oldukça düzensiz aydınlatmalıortamlarda çekilen görüntülerde görsel olarak uygun sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. Ayrıca bu yeni tekniğin hava kuvvetleri faaliyetleri kapsamında elde edilen gece ve düzensiz aydınlatmalı görüntülerin görsel kalitesinin geliştirilmesinde yararlı olabileceği değerlendirilmiştir.

Oldukça düzensiz aydınlatılmalı görüntülerin zenginleştirilmesi için doğrusal olmayan bir teknik

At night scenes and under nonuniform lighting conditions, either the low intensity areas or the high intensity areas cannot be clearly seen. Various image processing techniques have been developed to recover the meaningful information under extremely low lighting conditions. Among these, the algorithms based on integrated neighborhood dependency of pixel characteristics and based on the illuminance reflectance model perform well for improving the visual quality of digital images captured under nonuniform and extremely low lighting conditions. But, they cannot perform well in extremely nonuniform lighting conditions. In this paper, a new nonlinear image enhancement algorithm, named Multiple Windowed Inverse Sigmoid (MWIS), is proposed for enhancing images captured in extremely non-uniform lighting environments. The proposed algorithm is capable of compressing bright regions and at the same time enhancing dark regions by preserving the main structure of the illuminance-reflectance modality. It is observed that the proposed algorithm yields visually optimal results on images captured under extreme lighting conditions. Also, it is envisaged that the new technique would be useful for improving the visibility of scenes of air force night time and nonuniform lighting activities.

PDF

___

[1] H.Kolb, "How the retina works," Am. Sci. pp.91, 2003.
[2] S.M. Pizer, J.B. Zimmerman, and E.V. Staab, "Adaptive Gray-Level Assignment in CT Scan Display," Journal of Computational Tomography, vol.8, pp. 300-308, 1984.
[3] S.M. Pizer and E.P. Amburn, "Adaptive histogram equalization and its variations," Proc.SPIE 1092, pp.290-300, 1989.
[4] E.Land and J.Mc.Cann, "Lightness and retinex theory," J.Opt.Soc.Am, pp.61,1971.
[5] E.Land, "Recent advances in retinex theory and some implications for cortical computations," Proc.Natl.Acad.Sci. U.S.A. 80, pp. 5163-5168, 1983.
[6] E.Land, "Recent advances in retinex theory," Vision Res., vol. 16, pp.445-458, 1976.
[7] Li Tao and K. Vijayan Asari, "An adaptive and integrated neighborhood dependent approach for nonlinear enhancement of color images," SPIE Journal of Electronic Imaging, vol. 14, no. 4, pp. 1.1-1.14, October 2005.
[8] Li Tao, Richard Cortland Tompkins, and K. Vijayan Asari, "An illuminance-reflectance model for nonlinear enhancement of video stream for homeland security applications," IEEE International Workshop on Applied Imagery and Pattern Recognition, AIPR - 2005, Washington DC, October 19-21, 2005.
[9] D.Jabson, Z.Rahman, and G.A. Woodel, "Properties and performance of a center/surround retinex," IEEE Trans, on Image Processing: Special Issue on Color Processing 6, pp.451-462, March 1997.
[10] Z.Rahman, D.Jabson, and G.A. Woodel, "Multiscale retinex for color image enhancement," Proc.IEEE Int. Conf. on Image Processing, 1996
[11] Z.Rahman, D.Jabson, and G.A. Woodel, "Multiscale retinex for color rendition and dynamic range compression," in Applications of Digital Image Processing XIX, A.G.Tescher, Ed., Proc.SPIE 2847, pp.183-191, 1996.
[12] D.Jabson, Z.Rahman, and G.A. Woodel, "A multi-scale retinex for bridging the gap between color images and the human observation of scenes," IEEE Trans. Image Process. 6, pp. 965-976, July 1997.
[13] K.Bamard and B.Funt , "Analysis and improvement of multi-scale retinex," in Proc. IS&T/SID 5th Color Imaging ConpColor Science,Systems and Applications, pp.221-226, 1997.
[14] Li Tao and K. Vijayan Asari, "An integrated neighborhood dependent approach for nonlinear enhancement of color images," Proceedings of theIEEE Computer Society International Conference on Information Technology: Coding and Computing - ITCC2004, Vol. 2, pp. 138-139, April 2004.
[15] Rafael C.Gonzalez, Richard E.Woods, "Digital Image Processing," 2nd ed., Prentice Hall, pp.97-130, 2002.
[16] D.J.Jabson, Z.Rahman,G.A. Woodell, "Statistics of visual representation," Proc.SPIE 4736, pp25-35, 2002.