[發(fā)明專利]基于功率譜描述的水下圖像質(zhì)量評價(jià)測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310642921.3
• 申請日: 2013-12-05
• 公開（公告）號: CN103617617A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊淼
• 申請（專利權(quán)）人: 淮海工學(xué)院
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 連云港潤知專利代理事務(wù)所 32255
• 代理人: 劉喜蓮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于圖像處理和分析技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于功率譜描述的水下圖像質(zhì)量評價(jià)測量方法，可以對存在吸收和散射光學(xué)衰減的環(huán)境中例如水下環(huán)境中拍攝圖像進(jìn)行處理和分析。

背景技術(shù)

圖像質(zhì)量客觀評價(jià)算法的研究是圖像處理和圖像分析領(lǐng)域非常基本的科學(xué)問題。人們希望找到一種可靠和合理的圖像質(zhì)量客觀評價(jià)的方法，能夠逼近人類視覺系統(tǒng)的評價(jià)結(jié)果。在水中，光速受溫度和鹽度變化的影響較小，探測方向性好，定位較準(zhǔn)確，同時(shí)光波具有能直接二維強(qiáng)度成像、多光譜攝像以及圖像分辨率高等特點(diǎn)，能夠自動(dòng)、快速的識別目標(biāo)。典型的水下視覺圖像由于存在照明條件不良及水體對光的吸收效應(yīng)、散射效應(yīng)和卷積效應(yīng)等使得水下圖像有較嚴(yán)重的非均勻亮度和細(xì)節(jié)模糊，而且圖像信噪比很低，圖像對比度明顯變差，易出現(xiàn)假細(xì)節(jié)、自陰影、假輪廓等。前向散射導(dǎo)致圖像特征的模糊，后向散射通常使圖像的對比度降低，產(chǎn)生霧狀模糊疊加在圖像上。吸收和散射不僅僅是由水體本身產(chǎn)生，還包括溶解有機(jī)物和小的漂浮粒子影響，漂浮粒子稱為“海雪”（在種類和濃度上變化較大）。水下圖像采集系統(tǒng)所拍攝的水下圖像大多存在以下問題：有限的可視距離、低對比度、非均勻照明、模糊、光斑、色彩丟失和各種復(fù)雜因素的噪聲。應(yīng)用傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)視覺方法對水下圖像進(jìn)行處理和分析將面臨上述這些問題。隨著水下傳感器技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，如何提高水下視頻圖像信息自動(dòng)處理能力是解決智能水下監(jiān)測和水下作業(yè)的關(guān)鍵。空氣中的圖像與水中不同，水下環(huán)境中沒有原圖像可言，對于現(xiàn)場測量得到的水下圖像，則我們需要一個(gè)無參考或者說盲評價(jià)的客觀圖像質(zhì)量測評方法，用來在不同環(huán)境中定義真實(shí)的圖像質(zhì)量。建立這樣的標(biāo)準(zhǔn)很重要，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)需要知道什么時(shí)候停止，并決定是否已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了最好的結(jié)果，并且這個(gè)“最好”的結(jié)果在可比較的水下環(huán)境中是可接受的。

水下圖像的退化雖然可以應(yīng)用MTF(Modulation?Transfer?Function)的建模來描述，通過實(shí)驗(yàn)測量水體、微粒的組分等，但實(shí)際上，有效性常受限于MTF建模的有效性和小角散射等近似。而對于增強(qiáng)或復(fù)原嚴(yán)重退化圖像過程中取得的一點(diǎn)點(diǎn)質(zhì)量的提高，很難判斷一種方法比另一種結(jié)果更好，而對于實(shí)時(shí)的和自動(dòng)的處理，這卻是最重要的。目前用于水下圖像的質(zhì)量評價(jià)方法非常有限，主要見于各種水下圖像復(fù)原和增強(qiáng)過程，Schechner?and?Karpel等人在水下偏振光裝置分析中采用對比度度量水下圖像質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。但是，水下偏振光分析需要特殊的裝置，而且全局對比度的度量方法容易受到噪聲和非均勻照明的影響。Hou等人對以后向散射為主，存在噪聲的水下目標(biāo)圖像，提出了一種基于加權(quán)灰度尺度角（GSA，GrayScale?Angle）的圖像清晰度評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（美國專利US201313856487）。Hou等人提出的WGSA僅對存在有意義目標(biāo)的水下圖像給出評價(jià)值，而對于任意一副水下圖像，并未有相應(yīng)的質(zhì)量評價(jià)，且時(shí)間復(fù)雜度較大。Arnold-Bos等對深海和未知的水生環(huán)境實(shí)驗(yàn)中，提出了梯度幅值直方圖應(yīng)近似指數(shù)分布程度的評價(jià)準(zhǔn)則，定義了一個(gè)0~1之間的魯棒索引。以上方法均針對某種水下圖像增強(qiáng)和復(fù)原具體應(yīng)用，僅僅針對圖像本身內(nèi)容的清晰度來定義圖像質(zhì)量，在以圖像質(zhì)量為選擇基礎(chǔ)的后續(xù)處理中，將會造成惡劣水下環(huán)境中的目標(biāo)圖像的丟失。目前并沒有可用于評價(jià)不同水生環(huán)境中圖像質(zhì)量的方法。同時(shí)，以上方法會受到噪聲影響，對無目標(biāo)水下圖像無法評價(jià)和與視覺主觀一致性差的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種通用性的基于功率譜描述的水下圖像質(zhì)量評價(jià)測量方法，該方法采用log對比度功率譜斜率綜合因子描述水下環(huán)境，同時(shí)應(yīng)用歸一化對比度分布、平均亮度和塊平均清晰度操作的加權(quán)組合來測量具體的水下圖像。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明是一種基于功率譜描述的水下圖像質(zhì)量評價(jià)測量方法，其特點(diǎn)是：對一幅水下圖像I，設(shè)I的圖像質(zhì)量為PSVIQE={C,?Q}，其中，C為描述水下成像環(huán)境的因子，Q為對水下圖像本身的測量值；C用于區(qū)別水下圖像所在的水下環(huán)境，C越大，水體透明度較好，有利于清晰成像，C越小，水體的吸收和散射衰減越大；Q值是測量水下圖像的清晰程度；Q值越大說明圖像中包含目標(biāo)且比較清晰，Q值越小說明水下圖像中沒有目標(biāo)或圖像比較模糊；

C?∈（0，1），C值通過以下式（1）確定：

???????????????(1)