TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol. 15, No. 2, August 201 5, pp. 321 ~  330   DOI: 10.115 9 1 /telkomni ka. v 15i2.812 5        321     Re cei v ed Ma y 5, 2015; Re vised June  2 6 , 2015; Acce pted Jul y  10,  2015   Real-time Colorized Video Images Optimization Method  in Scotopic Vision      Yong Chen *, Feng Shuai, Di Zhan   Ke y   Lab orator y of Industrial In ternet  of T h ings& Net w o r k Co ntrol, MOE,    Cho ngq in g Uni v ersit y  of Posts  and T e lecom m unic a tions, C hon gqi ng, Ch in a, 4000 65   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : chen yo ng@c qupt.ed u .cn       A b st r a ct   In low  li ght e n v iron me nt, the  survei lla nce v i de o i m a ge  ha s low e r co ntra st less infor m ation  an d   unev en bri ghtn e ss. T o  solve this pr ob le m, this pa per puts  forw ard a contrast resoluti o n  compe n satio n   alg o rith m b a se d on h u m a n  vi sual p e rce p tio n  mode l. It extracts Y compo nent fro m  the  YUV vide o i m age   acqu ired  by ca mer a  ori g in al ly  to subtract co ntrast  feature  para m eter s, then  mak e s a pr oporti ona l int e gral   type co ntrast resol u tion  co mpens atio n for l o w  light  pixe ls  in Y c o mp on ent a nd  make s ind e contra st   resol u tion co mpens atio n for hig h  lig ht pixel s  adaptiv ely to  enha nce bri g htness of the vide o imag e whil e   ma inta ins the  U and V c o mp one nts. T hen it  compresses  th e vide o i m a ges  and trans mits them v i a i n tern et.   Finally,  it dec odes and  dis p lays t he v i deo  image on the  devic e of in telligent surveill ance system . The  exper imenta l  results show  that, the al gorith m  can effectiv ely i m prov e th contrast reso lutio n  of the vid e o   imag e a nd  ma intai n  the  col o r of vid eo  i m a ge w e ll. It a l s o  can   meet th e rea l -ti m e r e q u ire m e n t of vi de o   mo nitori ng.     Ke y w ords :  vid eo i m a ge e nha nce m e n t, contrast resoluti on, l o w - level-l i g h   Copy right  ©  2015 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion  In rece nt years, digital  image pro c e ssi ng tech nology is widely used i n  video  surveill an ce,  medical testi ng, image  communi catio n s an d othe r fields. The  quality of video   images captured in  appropriate illumination scen es  will be much better.  Howev e r, when video  surveill an ce i s  appli ed in  actual case s, t he qualit y of images is unsatisfa ctory due to  th e   uncontroll abl e environm en t [1, 2]. The collecte d  im ag es will de mo nstrate d a rk  and low  cont rast  overall in lo w illumin a tio n , and hu m an eyes  ca n  hardly p e rceive the use f ul informatio n .   Therefore,  re coveri ng d e ta ils of low ill u m inati on ima ge, whi c h h u m an eye s  ca n hardly perceive ,   has p r a c tical  signifi can c e f o r video surv eillan c e [3].  In AINDA NE algo rithm p r opo sed  by L i  et al [4], g l obal  cont ra st enha nce m e n t wa impleme n ted  to imp r ove  i m age  qu ality, but th p e rf orma nce  can not me et the  re quireme nt for  comm on a ppl ication s   whe n  deali ng  wit h  low-contrast image s. Ta n [5] ha s imp r oved th e im age   quality by maximizing lo cal cont ra st base d  on a p h ysical deg ra dation mo del . Howeve r, the   image tend to be satu rat ed and a ppe ar halo  artifa cts after e n h anci ng lo cal  contrast me rely.  The imp r ove d  histog ram  equali z ation  algorith m  pr o posed by Li  CH et al [6] is prefe r a b ly  maintaine d  the col o r info rmation of the  image to so me extent, but the enha n c eme n t effect is   better fo relatively narrow  ra nge  of  gray  scale. I n  [7], a vi su al comp en sat i on m e thod   wa s   pre s ente d  b a s ed  on th model  NR-IQ A , combi n ing  with the  re solution  cha r a c teri stics of t he  human  eyes  to comp en sat e  the imag e informatio n, this alg o rithm  sho w s goo d  perfo rman ce  in  low lig ht ima ge sce n e s , b u t not for  su ch scen e which co ntain s  lo w-lig ht and  hi gh-lig ht re gio n  or   has un even l u minan ce.  Literatu re [8]  de veloped  a  Re tinex image  e nhan cem ent  algorith m  b a sed   on Zerni k e m a trix, which h a s mo re se nsitivity in  enhancin g the dynamic imag e a t  a wider ra ng e,  but it is inte nsive  com put ationally an d  difficult  to  meet the  re q u irem ents of  real -time vi deo   pro c e ssi ng. An enha nceme n t algorithm  wa s propo se d based o n  the dark chan n e l prio ri low li ght   image [9]. T h is m e thod  i m prove s  th enha ncement  effect a nd  redu ce s the  complexity of  the   algorith m , but it is still hard  to adapt  to the real -time video processi ng.  Based  on  th e analy s e s   mentione d a bove, a cco rd ing to the  chara c te risti c s of video   surveill an ce i n  cha nging lo w-lig ht enviro n ments,  the  method which combi ned  color ima ge qu ality  evaluation m odel a nd ima ge en han cem ent algo rithm s  was  pro p o s ed to optimi z e ea ch d a rk  and  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 15, No. 2, August 2015 :  321 –  330   322 bright visi on  pixel based o n  the hum an  visual  cha r a c teristics, an usin g self -opt imizing  co ntrast  resolution  parameter  com p ensation met hod can av oi d the tediou manual  settin g s. Experim e n ts   sho w  that thi s  meth od  ca n  effectively e nhan ce th e vi deo im age capture d  in  lo w light  scen and   keep the ori g inal image  color information more  to improve the capab ility of real-tim e video  pro c e ssi ng.   Well, the  rest  of this pa pe r i s  o r ga nize d a s  follo ws. In Se ct.2, we revie w  th base of  image optim izing a nd e v aluation wit h  Sect.3  describi ng ad aptive contrast re solutio n   comp en satio n  meth od. S e ct.4 give s the h a rdwa re  syste m , an d  Sect.5  provides a  set  of  test  results. The  concl u si on follows up after t h is sectio n.      2. Basic Image Optimiza tion and Ev aluation   2.1. Contr a s t  Resolu tion Cons train t s   The literatu r e [10, 11] studied  contrast re solutio n  with the variation of the gray   backg rou nd.  For [0,25 5 ] g r ayscale im a ge, m ean s th at gray value  is between  0 and 4 7 , an d   photoni c is b e twee n 48 an d 255. For dif f erent opti c al  area, the mini mum gradati on differen c of  human  visio n  ch ang e al on g with  gray b a ckgroun d,  b u t it is  non -lin ear. F o r the i m age i n   scotopic  regio n , part o f  the target image inform ation whi c h i s  maske d  by low-contrast  backgroun d, can  not be  ide n tified by th hu man  eyes.  Th erefo r e, in   thi s  p ape r, the  i m age  ta rg et c h rom a ticity  le v e whi c h i s  dif f i cult  t o  di st in guis h  w a s j u st  co mp e n sa ted to the ex tent of the h u man  eyes  can   disting u ish, so as to achie v e mining co nce a l inform a t ion and imp r oving image  quality.    2.2. Zadeh T r ansform   The mi nimum  differe nce of  gray in  an  i m age  that h u m an vi sual  contra st resolu tion can   disting u ish called JND  (Ju s Notice a b le Differen c e)  [7]. Hum an  visual co ntrast   re sol u tion   nonlin ear  co mpen sation  p r inci ple i s  tha t  expandin g  a  gray level  be tween  adja c e n t pixels to  o n e   JND, then u s eful informati on is  ma sked  by the backgrou nd so that  they can b e  resolved to  the   extent that can be distin gui she d   2.3. Color Image Quality   Ev aluation Index   Huma n visi on  pro b lem s  a r e psy c hol ogi cal physi cal  problem s; the i m age  quality  is al so  a psychologi cal evaluatio n of physica l problem s [12]. Quoting  comp rehe nsive color im ag e   quality evalua tion function  expre ssi on (1 ) from [13, 14 ].    ABWF × AHF × NNF × APCL × AIE = CAF                                                                    (1)    Whe r e AIE, APCL, AHF,  NNF  and A B WF re present the information entro py, the   physi cal  cont rast, ave r a g e  level fa cto r , the av e r a ge b r ightn e ss n o rm alizati on a r clo s e  to  distan ce and averag ba n d width  fa ctor respe c tive ly. The big g e r  th e CAF valu e i s , the bette r the   image qu ality of human visual perce ptio n will be.       3. Adap tiv e   Con t ras t  Re solution Co mpensa tion Metho d   3.1. Video Image Co ntr ast Resolu tion Compen sati on  The format of  video imag colle cted  by the front -en d   came ra i s  u s ually YUV, where Y i s   the lumin a n c e or  bri ghtne ss, a nd  U a n d  V are  the  R-Y a nd B - Y com pon ent resp ectively, also   kno w n as ch r o ma  w h ic d e s c rib e s col o s a t u rat i o n  a ttribute [15]. The a d vanta ge of YUV i s   that  luminan ce  si gnal (Y ) an d ch romin a n c signal  (U, V) are mutual ind e pend ent and  two  comp one nts U  a n d   ca represent colo r whi c h  mean s com p res s io n,   t r a n smis sio n  and  pro c e ssi ng  a r e m o re  ea si er. Ma kin g  u s of tho s YUV features, a compe n sation meth od  is  prop osed to  optimize Y  co mpone nt with out losi ng  col o r info rmation  of image s while the U  an d V  are con s tants.  Based  on   ch ara c teri stics  of hum an vi sion  cont rast  resol u tion limit , it com b ine s   the JND  with pro portio nal integral operatio n of automatic  cl osed-lo op control system  to optimize the  pixel   who s e  gray scale  value  ra nge from 0  to  47  (in  sc oto p ic  regi on) u s ing p r op ortio nal-inte g ral-type  contrast resol u tion com pen sation o p timization method.  The equatio n  is sho w n a s   Equation (2).     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Real -tim e Col o rized Vide o Im ages Optim i zation Meth o d  in Scotopi c Vision (Yo ng  Che n 323 ) , , ( 0 ) ( ) , , ( Y y x OG i i i JND k Y y x T                                                                                                              (2)    Whe r e T  (x, y, Y) represent s the targ et lu minan ce valu e of the com p ensated da rk vision  pixels in Y  co mpone nt ima ge, OG  (x, y,  Y) rep r e s e n ts the origi nal l u minan ce  of scotopi c pixel  in  Y compo nent  image. k re p r esents the  compen satio n   coeffici ent wh ich is a p o siti ve real num b e r,  and JND (i) repre s e n ts Ju st Noticeabl e brightn e ss di stan ce on the  backgroun d brightn e ss i.  If only comp ensate Y  co mpone nt of  the da rk visi on pixel,  im age l a yerin g  will  be   redu ce d, ima ge inform atio n will be imb a lan c an d the image  will  be over en h anced pa rtially.  Therefore, th e Y comp one nt of photopi c vision  also  need s to be  optimize d  an d com pen sat ed.  Ju st noticea bl e resolution o f  clear visual i s  in  rang e at 1.17-1.7 5  [6]. Based on hu man visual h a a certai n a d a p tive ch aract e risti c s to vi sual im age s,  combine d  th global  map p i ng m e thod,  more  in line  with  th e hu man  eye  for  high  dyn a mic imag e i dentificatio n,  with exa c tly resolva b le  JND.  Acco rdi ng to  Equation  (2 ), esta blish ex pone ntial  con t rast  re solutio n  compe n sation o p timizati on   method un de r clea r visu al as Equatio n (3) sh ows.     r Y y x OG i i JND Y y x OG Y y x T ) ) i ( ( ) , , ( ) , , ( ) , , ( 0                                                                               (3)    Whe r e T  (x, y, Y) rep r e s ent s the ta rget l u mi nan ce val ue of the  co mpen sated  d a rkvi sion   pixels of th Y comp one nt image, O G   (x, y, Y)  rep r ese n ts the  original lumi na nce  of scoto p ic  pixel of th Y com pon ent  imag e, r re pre s ent a v a riabl e p a ra meter  adju s ti ng  com pen satio n   depth,  a nd JND (i) re prese n ts exact l resolv able  brig htne ss  distan ce  on  the ba ckgrou nd  brightn e ss i.  For the im ag e, the avera ge bri ght ne ss is i n  da rk  vision a r ea,  Whe n  the pi xel  luminan ce va lue of the Y compon ent image less than  or equal 47,  we u s e Equa tion (2) to ca rry  out propo rtio nal-inte g ral-type cont rast  resol u tion  co mpen sation  u nder the d a rk vision.  Whe n  the   pixel brig htne ss val u e s   of the Y comp on ent imag greater th an 4 7  and l e ss tha n  equ al to 2 5 5 we  use Equ a tion (3) to  carry o u t pro portion al-inte g ral - type  con t rast  re soluti on  comp en sation  unde r the cl e a r vision. Accordin g to the above,  co ntra st re solution  comp en satio n  wa s propo sed  for colo r imag e, CRCCI a s  Equation (4)  sho w s.                                                     (4)    To avoid the  phen omen on  of anti-col o compl e me nta r y colo r that origin al bri ght er pla c e   will be dimm ed and defo r mity after compen sation o p timized. Fo r the pixels that compe n sated  target  brig htn e ss valu es  greater than  25 5, set  th e val ue to  255,  an d If the valu e  is l e ss th an  0,  set the value  to 0. Equation  (5)  sho w s the co nstraint s:                                                                                            (5)    Due to the u n co ntrolla ble  nature of lighti ng con d itio ns in video  surveill an ce  and the   contin uity of the video [16 ], to make e a ch f r ame to  achi eve opti m um ad aptive com pen sati on   effect, sele ct  the imag e m ean va rian ce  whi c can  b e  better  ch aracteri ze  imag e pa ramete rs as  the ada ptive para m eter. E quation  (6 ) is a mea n  sq u a re  error ch a r acte ri zing th e imag e feat ure,   Whe r e K (i, j) is the image  averag e gray.     (, , ) 0 (, , ) 0 (, , ) (, , ) 0 (, , ) ( ) ( , , ) 4 7 ( , , ) ( ) 47 ( , , ) 255 iO G x y Y i r iO G x y Y i OG x y Y O G x y Y Tx y Y k J N D i O G x y Y OG x y Y J N D i O G x y Y      0, ( , , ) 0 (, , ) 255 , ( , , ) 255 Tx y Y Tx y Y Tx y Y Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 15, No. 2, August 2015 :  321 –  330   324 2 1 0 1 0 || ) , ( ) , ( || 1 ar N j M I j i K j i I N M V                                                                      (6)    3.2. Adap tiv e  Con t ras t  Resolution Pa ramete r Selection   Thro ugh exp e rime nts respectively buil d  t he rel a tio n shi p s b e twe en k  (compe nsatio n   coeffici ent) a nd mea n  squ a re e r ror  u n d e r da rk vision , the relation ship bet ween  R (com pen sa tion   coeffici ent) a nd the me a n  sq uare un der  clea r vi sion.   Sele ct a pictu r with a lo w-li ght   environ ment  as expe ri mental m a terial  f r om  the  Colo r Ch ecke Data set G a llery  (http://www.eecs . harvard.edu/~ a ya nc /oldcc /dbs .html). By c ons tantly dis t urbing the  comp en satio n  co efficient  k an d r to lo ok fo r the  m a ximum valu e of the  obje c tive pa rame ters  (CAF ) rep r e s enting the im age quality, and com b ine d   with su bjectiv e  evaluation to determin e  the  best  quality i m age  after  o p timization. A s   sho w n  by  t he  cu rve fitting, Figu re1  an d Fig u re  2  sh ow  this  relationship.      Figure 1. Rel a tionship bet wee n  k an d mean  squ a re d e viation in scotopi c vision   Figure 2. Rel a tionship bet wee n  r and m ean  squ a re a nd m ean squa re e rro r in photo n i c vision       Thereby e s t ablishing  a  function,  as E quatio n (7)  sh ows, b e twee com pen satio n   coeffici ent k a nd the mean  squ a re e r ror  of t he original  image und er  dark vision  co ndition s.    113 . 0 / 138 . 5 Var k                                                                                                           (7)    The sam e   m e thod can   b e   u s ed   to perfo rmed r  i ndex compen satio n  coeffici ent  a u t omatic  optimizatio on the o r igin al image u n d e r cl ear vi sio n  con d ition s . Cre a te coefficient r  and t he  mean squa re  error of the original  imag e as Equatio n (8) sh ows.     0308 . 0 0117 . 0 10 4645 . 2 r 2 4 Var Var                                                                   (8)                    3.3. Adap tiv e  Con t ras t  Resolution  Co mpensa tion of the Video  Image     First, calcul ate mean  squ a re error fo r ea ch fram e of video ima ge ca ptured from the front   came ra. The n , calculate k, r value of each fram e im age by the m ean squa re e rro r; optimize  the   Y com pon en t of ea ch frame im age  by adaptive  comp en satio n  optimi z atio n. Hol d ing  U, V  comp one nts  of the video  stream a r e fo the sa me  to  give a final e nhan ce d vide o image  of YUV  spa c e. Fin a ll y, convert the enha nced  video image i n to an RGB colo r imag e and sho w  it in the  monitori ng eq uipment.       4. Hard w a re  s y stem  As  F i gu re  3  sh o w s ,  th s yste m  co mpr i ses  a pr oc es s i ng  (D M64 6 7 )   un it a n d  a vid e o  in pu t   units.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Real -tim e Col o rized Vide o Im ages Optim i zation Meth o d  in Scotopi c Vision (Yo ng  Che n 325   Figure 3. Hardwa re sy ste m  diagram       4.1. The Experimental Re sults and Su bjectiv e Ev aluation   The TM32 0DM6467 T wa s used a s  main pro c e s so r chip of the  core of the  system  pro c e ssi ng u n it,  the  chip integrate s  a high- pe rform ance TMS 3 2 0 C6 4x + DS P co re  and   an  ARM92 6 EJ-S co re. And th e clo c k fre q u ency  rea c he s 1GHz, in  whi c DSP is m a inly respon sib l for co mpression and  rel a ted video d a ta algo rithm ,  and ARM  is pri m arily resp on sible f o comm uni cati on with pe rip heral s an d rel a ted sche duli ng.    4.2. Video Input and O u tput Uni t   Video captu r mod u le co n s ist s   of a CCD came ra  an d a Xilinx Vi rtex-4 FP GA p r ocesso r.  The video st ream  captu r ed by acqui sition mod u l e  is pa ssed  to the FPGA processo r b y   TVP5150,  an d FPGA  will  compl e te th e  switchi ng  a m ong  interfa c e s  Y C b C r /   HDMI  / HDS D I /  VGA. To improve the colle ction efficie n cy, use ti me-multiplexing t o  ensure mul t i-cha nnel  sig nal  input. Tran sp ort data to DDR2 for the u s e of DM 646 7T throu gh DMA mode.       5. Integra t ed  Experiment  Software de sign of the system is bas ed on an e m bedd ed Lin u x operatin g  system  appli c ation  software  platfo rm, incl udin g  video c aptu r e, video p r e-pro c e ssi ng, video p r o c e ssi ng  algorith m s a n d  comp re ssio n, network tra n smi ssi on, the client de co des di spl a y module.   The expe rim ental syste m  captu r e s  video  st ream  with CCD  ca mera e quip m ent and  follows Vide o 4Linux2  (refe rre d V4 L2) frame flo w , ta ke s o u t the   origin al vide o  stream  in th e   frame buffer t h rou gh get Ca ptureBuffer(),  calculat es th e overall average varia n ce for each fram image, the k, r values a r e o b tained by ca lculatin g the averag e varia n ce of the fra m e image, an d   extract s  the  Y comp one nt to make  ada ptive co mp en sation, mai n tains th e U, V  comp one nts of  the video  stream fo r the  same, th en t he e nhan ce d  image  is obt ained i n  the   YUV spa c e.  Call  cod e c of  DSP side by Cod e c En gin e  mec hani sm, call H.26 4 encode r for en co ding  the  pro c e s sed vi deo st ream,  then the dat a wa s tran smitted throug h RTP net work  proto c ol  and  displ a yed after de codi ng i n  monitori ng termin al.  Specific ste p s : First, initi a lize  the  en gi ne th rou g h  calli ng th e  initialization  modul e   CERu ntime_i nit () of the  core  engi ne A P I; Then o p e n  the e n codin g  en gine  and   return a  hEng ine  pointer th rou gh calli ng En gine_ open  ();  Followed,  create a co ded  handle  ca ll s by Venc1 _ create   () th rou gh  cal ling hEngi ne  pointer; At la st thro ugh  cal ling Ven c 1_ p r ocess  () to  a c hieve th e video  strea m  en co ding by H.2 6 4  en code r, then the e n coded vide o stream i s  tran smitted ove r  the   netwo rk an d t hen  displaye d in th client  after  de cod e r  d e coding.  Experime n tal d e sig n  flo w   ch art  is sh own in Figure 4.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 15, No. 2, August 2015 :  321 –  330   326   Figure  4. Experim ent de si gn flow chart       5.2. Analy s is  of Experime ntal Re sults   The imp r ove d  bidirectio na l histog ram  (abbrevia ted:  I-HE) [17], an  improve d  m u lti-scale  Retinex (abb reviation: I-MSR) [18 - 2 0 ] an d co nt ra st re solution comp ensation met hod (refe rre to   as:  CRC) we re u s e d  to  co mpare. The   experim ent al  environ ment i n clu d e s  three  kin d of vide o   images (video surveill ance sites:  http://www.vcn. c om.cn/) and a set of video with different  light,  different traffic  monitoring  s i tes .   1) Subjectiv e v a l uation  Experiment o ne: Figu re 5 ( a) sho w video  und er l o w-li ghting traffic co nditio n s. The   chroma  spe c t r a an alysi s  sh ows that this  video fram chrom a  level i s  rel a tively co nce n trated, lo contrast,  narrow  ban dwi d th, useful info rmation  is  dif f icult to  be i d entified by th e hu man  eye s Figure 5(b)  sho w s an i m age  whi c h  wa s proces sed  by improved bidi re ctional hi stog ram  equali z ation.  The entire im age chroma l e vel has  bee n stret c he d, but the tensil e ran ge of hi gh  den sity chro minan ce leve l is large r  tha n  the ra nge  of low-den sit y  chro mina nce level and t here   has be en th e  image  contrast  stret c hing  uneve nne ss, re sulting  in  colo r a bno rm al an severe   colo r di stortio n . Figure 5(c) shows the  i m age  p r o c e s sed by  multi-scale Retine enhan cem ent  method, a c co rding  to the  o p timization  ef fect, ch rom a  l e vel imag e h a bee n effe ctively stretche d,  and  details o f  the imag e a r e hi ghlig hted . But a lot of  chroma  spe c tral a r betwe en 1 00  - 1 6 0 ,   whi c h m a ke  the ove r all  image  too  bright  and  a ppea rs whitish  phen ome non, the ve hicle   operating con d itions is diffi cult to identify in  the figure. Figure 5 ( d)  shows the i m age which wa s   pro c e s sed by  cont rast  re solution  comp ensation,  ima ge layeri ng p r ocesse d by  this metho d  i s   signifi cantly stronge r, ch ro ma spe c tral  distrib u tion is more uniform, and the color of the image   has be en we ll maintained,  the color p r oportio n   of the vehicle an d the road surface be co mes  coordination to facilitate real-time monit o ring.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Real -tim e Col o rized Vide o Im ages Optim i zation Meth o d  in Scotopi c Vision (Yo ng  Che n 327 (a) O r igin al image   (b) Imp r oved  two-di men s io nal histo g ra m   (c) Improve d  Multi-scal e Retinex  (d)  Contrast  Re solutio n  Compen satio n   Figure 5. Traf fic re cord and  2 level chro ma spe c tra       Experiment t w o: Fo r u nev en illumi natio n app ea red i n  video  su rveillan c e, such a s  the   ca se of point  light sou r ce i n  Figure 6, a partial  regio n  of the image  appe ar s in strong light, and  a  partial regio n  of the image ap pea rs in lo w ligh t. Process the image th roug h impro v ed  bidire ction a l histog ram, al though   the b r ightne ss   of the e n tire  ima ge  wa s e nha nce d , ho wev e r,  the lighter are a s of th e  processed im age   occurre d  the  effo rt of over  enha ncement , and the lo wer  illumination region enh an ced obviou s l y colo d i stortion   o c curs. The  im age whi c h wa improve d  by  Multi-scal e Retinex  processing  wa sh o w n in  the Fi g u re  6(c). T h e  overall  imag occurre d  ove r  en han ce d, the pictu r a ppea red  wh itish a nd th e stations  wa more  difficult  to  identify. Figu re 6 ( d )   sho w s the im ag e after  co ntrast resolutio n  compe n sation p r o c e ssi ng,  chroma  sp ect r al di strib u tio n  is mo re  uni form, maintai n s g ood  col o r, and le ss  det ail is lo st, mo re   in line with th e human eye.   Experiment three: the ori g inal image in Fi gure 7-8 was with un even illuminatio n and the   lowe r overall  image b r igh t ness, after  optimize d   by  the improve d  bidirectio n a l histog ram  the   image  sh own  in Fig u re 7 ( b ) , 8(b) app ea red u neven  di stributio n of li ght an d d a rk,  pavement  col o imbalan ce  ca use d   p oor o v erall visual  effect  of the i m age. Th e i m age  whi c wa s p r o c e s sed by   improve d  Mul t i-scale  Retin e x pro c e ssi n g  wa sho w n  in Figu re 7 ( c) an d 8(c), the overall  ima ge  occurre d  over enhan cem e n t, more imag e information  is lost. The image s whi c h  were p r o c e s sed  by  contrast resol u tion co mpen sation shown  in  Fig u re 7(d )  a nd 8 ( d), imag e inf o rmatio n is g ood,  informatio n i s  evenly di stributed, colo r inform ation  well mai n ta ined, an d p a vement col o r   uniformity is  more  suitabl e  for the huma n  eye to obse r ve.      (a) O r igin al image   (b) Imp r oved  two- d i me ns io na histog ram   (c ) Improv e d   Multiscale Retinex  (d) Contr a st  Re solutio n   Comp en satio n     Figure 6. Gas station effect     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 15, No. 2, August 2015 :  321 –  330   328 (a) O r igin al image   (b) Imp r oved  two- d i me ns io na histog ram   (c ) Improv e d   Multiscale Retinex  (d) Contr a st  Re solutio n   Comp en satio n     Figure 7. Hig h  spe ed car e ffect        2) Objectiv e v aluation   Select info rm ation ent ropy , contrast, a nd CAF  obje c tive indi cato rs to  cal c ul ate thre grou ps of video image an d a set of video, after  proce s sed by two-way  hi sto g ram, improved   multi-scal e Retinex  an d contra st  resol u tion co mp e n satio n  meth ods.  The  val ues are  sho w n i n   Table 1, Tabl e 2. After using cont ra st reso l u tion co mpen sation, i m age inform ation entro py and  contrast a s  well as the  CAF value are  significa nt ly larger tha n  othe r method s, which  sho w s the   con s i s ten c y of subje c tive  and obje c tive evaluation, and indicates that the video whi c h   pro c e s sed by  the propo se d  treatment m e thod s ha s b e tter quality.       Table 1. Vide o image qu ali t y asse ssmen t   Method    aramete r   Information Ent r o p y   Contrast   CAF   Fig.5   I-HE  5.136   1.145   5.125   I-MSR  5.867   0.766   4.367   CRC  7.577   2.541   19.146   Fig.6   I-HE  6.956   2.339   8.584   I-MSR  6.835   1.587   5.043   CRC  7.322   2.403   15.099   Fig.7   I-HE  6.088   2.231   5.400   I-MSR  6.362   1.970   6.569   CRC  6.449   2.971   10.324       3) Real-time  v e rification   To validate the real time  of the algorit hm,  Figure 8  is the 100 frames of vide o traffic   monitori ng.  With respe c t to the imp r ov ed bidi re ction a l histo g ram  equali z ation  (Figure 8 ( b)),  the   effect of the image p r o c e s sed by the i m prove d  mu l t i-scale  Retin e x algorithm  (Figu r e  8(c)) is   more  si gnificant. Ho weve r, this m e thod   use s  li nea r it erative m ann er to  pe rform   the time-dom ain  filtering for th e illumination  comp onent  of the im age  which ha s large a m ou nt of computati on.  The average time of  processi ng  surveillance  video  with the i m proved mul t i-scale  Retinex  algorith m  is 0 . 18s, and the  frame rate is about 5  fram es/sec. Bidire ctional hi stog ram processi ng  has faste r   sp eed, b u t it al so  nee ds to  cou n t vi deo  f r ame  pixel  probability di stribution  and  d o  it   twice, so   the  averag time  of  processin g  ea ch  fram e t a ke 92m s, a  frame  rate  of 10  fram es/ s e c Contrast  resolution comp ensation, du e to the  com pen sation o p t imization me thod is  relati vely  simple, the  time complexit y  of the algo ri thm is lo w, th e avera ge tim e  of  processi ng ea ch f r am e is   48ms, f r ame   rate i s  2 0  fra m es/ s e c , whi c h i s   si g n ificantly better t han th e oth e r two  method s in   orde r to meet  the requi rem ents of re al-ti m e in  video p r ocessin g  as  sho w n in Ta b l e 2.           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Real -tim e Col o rized Vide o Im ages Optim i zation Meth o d  in Scotopi c Vision (Yo ng  Che n 329     Table 2. Re al -time video i m age evalu a tion paramete r Method Param e t e r    Information  Entrop y   Contras t   CAF   Frame  rate (f ram e s  / s e c )   Fi g 8   I-HE  5.245   2.396   1.879   10  I-MSR  7.075   2.358   11.145   5 frames / sec  CRC   7.182  2.438   15.800   20  frames / sec      6. Conclusio n   Based  on  th e hum an vi sual  cha r a c teristic, u nde r t he lo w ill umi nation, p r o c e s s the  pixels i n  diff erent  area of the vide o  image  thro ugh  different  types  of co ntrast  re sol u tion   comp en satio n . And throu gh self-optimi z ing o p ti mal comp en satio n  para m eters, maintain U,  V  comp one nt unch ang ed, so  that  the brightness of the image has b een enh an ce d to ensu r e the   image  colo saturation. Fi nally by codi ng tran smi s si on net work,  the image i s  decode d an d   displ a yed i n  the  clie nt a nd fo rm  complete  mon i toring  sy ste m . Throug the an alysi s  of  subj ective  an d obj ective  e v aluation, Th e propo se d a l gorithm  in th e overall e n h ancement  of  the  video ima ge,  colo r m a intai n ing  and li ght  re cove ry  hav e a c hieved  g ood  re sults. And  the average  time of this a l gorithm  pro c essing vid eo  is 48m s,  whi c h compli es with  the requi reme nts  of re al- time video su rveillan c e to ensure the ov erall effect of  the video.      Ackn o w l e dg ements   Authors  woul d like to th an k the  Chon gq ing  Edu c atio n   Co mmittee Scien c e of China  fo sup portin g  the Found ation  of prog ram, No KJ140 043 4 .       Referen ces   [1]    CHEN  D, T I AN  F  C, LIU Y, H U  Y W ,  HAN  L. Im age E n h anc ement i n  C o h e r ent Optica l A m plificati o n  b y   Photorefractiv e  Cr y s tals.  Jo urnal of Co mpute r  and Co mmun i catio n s.  201 4; 2: 42-47.   [2]    NAYAK DR,  BHOI A. Ima ge En hanc em ent Usin g Fu zz y  Mor pho lo g y Jo urn a l o f  Engin eeri n g   Co mp uters & Appli ed Sci enc e s 2014; 3(3): 2 2 -26.   [3]    Benn ett EP, McMilla n L. Vid e o  enh anc eme n t  using p e r-pi x el virtua l e x p o s ures.  ACM T r ansiti ons o n   Graphics(T OG).  2005; 24( 3): 845- 852.   [4]    LI  T ,  ASARI V.  An integrate d  nei ghb orh ood  dep en dent ap p r oac h for no nli near e nha nce m e n t of colo r   imag es . Proc eedings  of the IEEE Co m puter S o ciet y  Internationa l Conferenc on Inform atio T e chnolog y: C odi ng a nd Com putin g-IT CC. 2 004; 2: 13 8-13 9.  [5]    T A N K, OAKLEY PJ. Ph ysics-bas ed  ap proac h to c o l o r ima ge  en h ancem ent i n   poor v i sib ilit cond itions.  Opt i cal Soc i ety of Amer ica . 20 01;  18(10): 24 60- 246 7.  [6]    LI CH, LIU H ,  Z H ONG C.  Appl icatio n of  histogram m odific a tion  in i m age e n h anci ng.  J. Hube i   Univers i ty of Techn o .  201 1; 26(2): 67-7 0 [7]    Stark JA. Ada p tive im ag e c ontrast e nha n c ement  usin g gen eral izati ons   of  histo g ram  equ aliz atio n.   IEEE Trans. Image Proc essin g .  2000; 9( 5): 889-8 96.   [8]    CHEN Y, CHE NG JJ, XIE ZHX. A comp ens a t ion  meth od of  huma n  visu al s y stem b a se d –  on NR-IQA.  Journ a l of Ch o ngq ing U n iv ers i ty . 2013; 36( 2) : 141-14 7.   [9]    W A NG RG, ZHANG XT , Z H ANG X, F A N G  S. A novel  Retin e x  al gorit hm for ima ge  enh anc ement   base d  on Z e rn i k e moment.  Jo urna l of Imag and Grap hics.  201 1; 3(16): 31 0-31 5.   (a) O r igin al image   (b)Imp rov e d two- d i me ns io na histog ram   (c ) Improv e d   Multiscale Retinex  (d) Contr a st  Re solutio n   Comp en satio n     Figure 8. Traf fic light intersection effe ct  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 15, No. 2, August 2015 :  321 –  330   330 [10]   Lan EH.   Rec ent a d va nces  i n  R e tinex  the o r y an d so me  in  pl acatio ns for   contica l  co mpu t ations c o l o r   vision  and th e natura l  i m ag e . Procee din g  of Natio nal Aca d e m y  of Scie nces . 1983; 80( 16): 516 3-51 69.   [11]    DI XG, QU YY. An improve d  lo w  i llum i n a ti on im age  en h ancem ent al go rithm  w i t h  col o r preservi ng.   Journ a l of Har b in Inst itute of  T e chno logy.  2 014; 46( 3): 1-7 .     [12]    FAN YY, SHEN X H , SANG  YJ. No referenc e im ag e sharp ness ass e ssment base d  on contrast   sensitivit y.  Opt. Precisio n Eng.  2011; 1 9 (10):  248 5-24 93.   [13]    XIE Z H X, LIU  YH, W A NG Z H F ,  XIONG XL,  HU Q. A nonli near l y  c o mpe n s ator y   princ i pl e  and meth od   for human vis i o n  contrast reso lutio n Journ a of Chen gd u Medic a l Co lle ge.  2009; 4(3): 1 5 7 -16 2 [14]    CHEN Y, LI Y, Lü  XF , XIE Z X , F E NG P. Active assessm ent of col o r im age  qua lit y ba sed o n  visu a l   perce ption.  Op tics and Precis i on Eng i n eeri n g .  2013; 21( 3): 2534- 254 2.   [15]    MA GF, YANG JH, ZHOU  B. Motion  d e tection  in  vi de o b a se d o n  Y U V co lor s pac e.  Co mput e r   Engi neer in g an d Desi gn.  20 08 ; 29(14): 37 00- 370 8.   [16]    MA YD,  T E NG F ,   Z H AN K, ZHANG HJ. A Ne w  Meth od o f  Color Imag e Enha ncem ent Using S p iki n g   Cortical Mo de l.  Journa l of Beij ing U n ivers i ty  of Posts and T e lec o mmun icat ions.  20 12; 35( 3): 70-73.    [17]    Z H AO XX, W A NG RL, Z H A N G LL.  Rese a r ch  of  en hanc ement  alg o rith m for d egra d e d  im ages   i n   advers e  w eat h e r.  Mi cro c om pu te r Information . 2010; 2 6 (8): 3-5.   [18]    LEE CH, S H I JL, LIEN  C HCH, HA N C HCH.  Ad aptiv e Multisc a l e   Retin e x for I m a ge  Co ntras t   Enha nce m ent . Signa l-Image  T e chnolog y &  Internet-Base d  S y stems, 201 3 Internatio na l  Confere n c e   on IEEE. 2013:  43-50.   [19]    Lu Y, Guo  L, L i  H. Rem o te  se nsin g ima ge fu sion  edg e i n for m ation  an d fea t ures of SAR i m age  bas e d   on curve l et transform.  Acta Photon ica Si nica . 2012; 41( 9): 1118- 112 3.   [20]    Yong C h e n , Jie  Xio ng, H u a n -lin  Liu, Qia n g  F an. Comb i ne T a rget Ext r action a nd E nha nceme n t   Methods  to F u se Infrare d  a n d  L LL Ima ges.  T E LKOMNIKA Indon esi an J o urna l of T e leco mmu n icati o n ,   Co mp uting, El ectronics a nd  Contro l).  2014,  12(3): 605- 61 2.  [21]    Jian hua  L, Jia ngu o Y.  Multif ocus im age fu sion  b y  SML i n  the sh earl e t  subb an ds.  TEL K OMNIKA  Indon esi an Jou r nal of Electric al Eng i ne eri ng.  2014; 1 2 (1): 6 18-6 26.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.