改进的直方图均衡化变换在道路交通监控视频检测中的应用

1．前言

智能交通是综合先进的计算机技术、通信技术、机器视觉、模式识别等技术于一体的交通管理系统，意在提供实时而高效的综合交通管理和交通服务。由于交通电视视频监控系统、公路车辆智能检测系统、交通违法系统等大量智能交通建设子系统都涉及人、车、路的交通流视频，因此交通流视频越发成为智能交通建设的研究热点。

直方图反映了图像像素灰度的分布，横坐标是图像的像素灰度级，纵坐标是该灰度级像素的个数或出现此灰度级的概率，反映了图像中各灰度级别的像素个数的分类。直方图变换是图像增强技术的一个重要方面，使原始图像的灰度直方图映射为灰度均匀的图像直方图，达到增强图像对比度的目的，从而获得灰度值丰富并且动态范围大的图像。

研究表明直方图均衡化虽然能够增加图像的对比度，起到增强图像的目的，但是许多图像细节常常被忽视，导致图像细节模糊。本文通过分析直方图均衡化导致图像细节丢失的原因，提出利用开关滤波器和对数直方图改进方法，提高直方图均衡化算法增强图像效果的视觉质量。结合道路交通监控视频图像中存在的问题，使用本文提出的方法改进道路交通监控视频图像的视觉效果。

2．直方图均衡化

3．改进的直方图均衡化算法

　由于图像中的细节具高频特性，而研究表明开关滤波器能够较好区分图像中的低频像素和高频像素，虽然不同的开关滤波器在保护图像细节和消减噪声方面各有差异，但是低频像素都能够被绝大部分地保留下来。本节提出，一方面利用图像开关滤波器保护图像中高频细节。另外，一方面利用直方图均衡化的方法调整非细节像素对比度，共同达到图像增强的目的。具体算法步骤定义如下：

　　综上所述，为了改进直方图均衡化算法在合并图像细节方向的缺陷，提出利用基于方向算子的开关检测器，先检测出图像中的细节并保护起来，再对检测出来的非细节像素点，使用对数直方图均衡化的方法增加图像对比度。

4．实验结果和分析

道路交通技术监控设备是监控道路违法行为的重要电子装置，视频图像处理是其中的一个重要方面，但是往往由于光照或自然环境的影响，所拍摄的画面不够清晰。图2为宜广G104路口由南往北直行方向，于2008-08-1619:58:37由闯红灯电子警察所抓拍的路口图片，图片大小为1232x1616。

图2：闯红灯电子警察路口抓拍例图。

图3(a)为图2的右下角1/4图像，由于抓拍时间是夜晚，闪光灯的照明空间不够等因素的影响，图片不能完全清晰地反映路况，比如斑马线上的行人，不够清晰。图3(b)为图2对应的直方图，灰度集中分布。图像的细节，对比度不是令人满意，图像的视觉质量不高。

图3(c)为图2经过直方图变换后的右下角1/4图像，原来夜晚不清晰图片的对比度得到了明显的增强，亮度明显得到了提高，行人能够比较清晰看清楚，但是机动车牌照也同时被增强，已经不能看清楚。图3(d)为图2经过直方图均衡化变换后所对应的直方图，变化后的图像灰度均匀分布于[0,255]空间。虽然增加了图像的对比度，但是同时也忽略了图像中的其它信息，图像的质量受到较大的影响。

图3(e)为图2经过本文所提出的方法的右下角1/4图像（阈值T=20作为开关滤波器检测图像细节的标准），不但能够增加行人的对比度，而且能够有效保护车辆牌照的清晰度，视觉效果得到了明显的增强。图3(f)为图2经过本文所提方法对应的直方图，变化后的图像灰度等级得到了明显的扩散。不但增加了图像的对比度，而且同时也有效地保护了图像中的细节，图像的质量得到了较大的提高。

5.结论

道路交通监控的图像，由于电子设备或自然环境等多方面因素的影响，图像的视觉效果不是令人满意。仅采用直方图变换处理，往往会使图像的细节模糊，其主要原因是由于直方图将图像中概率小的细节合并为其它像素级。本文提出的直方图改进方法，一方面采用开关滤波器检测出图像中的细节。另外一方面采用对数直方图均衡化的方法增加图像的对比度。实验表明，本文所提出的方法明显优于传统的直方图变换方法。视觉效果得到了明显的改善和提高。

参考文献

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张铿公安部交通管理科研所副研究员

吴昌成公安部交通管理科研所助理研究员