[發明專利]強散射光學成像環境中非均勻光照下區域化圖像恢復方法

有效

• 申請號: 201410015513.X
• 申請日: 2014-01-14
• 公開（公告）號: CN103793885A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 陳哲;徐立中;嚴錫君;沈潔;徐楓
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T7/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李玉平

1.一種強散射光學成像環境中非均勻光照下區域化圖像恢復方法，其特征在于：首先針對非均勻光照下圖像不同區域中不同的光學信息組成及成分差異，分別建立自然光照圖像區域成像模型和人工光照準圖像區域成像模型；其次根據統計所得到的亮信道先驗知識模型，區分不同區域中光照成分及組成的差異，對非均勻光照下的圖像進行分割，將其分成自然光照圖像區域和人工光照準圖像區域；最后在不同成像模型的指導下分別對兩塊圖像區域進行不同的去模糊化和色彩信道補償處理，實現圖像恢復。

2.如權利要求1所述的強散射光學成像環境中非均勻光照下區域化圖像恢復方法，其特征在于：針對自然光照準和人工光照準兩種條件下的圖像成像過程提出了一種有區域針對性的成像模型；

對于自然光照準區域，成像模型為背景光目標反射光模型和背景光散射光幕光模型的組合：I_x＝Bρ_xexp[-αr_x]+B(1-exp[-αr_x])，其中I_x為成像時空間x處所接收到的光線，B為場景中的背景光，ρ_x為空間x處的光反射率，α為水體對光線的衰減系數，r_x為空間x處的成像距離；

對于人工光照準區域，成像模型為背景目標反射光模型、人工光目標反射光模型、背景散射光幕光、人工光散射光幕光模型的調制組合：

I_x＝(B+Lexp[-αr_x])ρ_xexp[-αr_x]+(B+β)(1-exp[-αr_x])，其中，I_x為空間x處所接收到的光線，L為人工照準光線，ρ_x為空間x為反射率，β為人工散射光，r_x為空間x處的成像距離；

所述成像模型能夠形式化表征不同圖像區域中由于成像光照差異所形成的光學信息成分及組成的差異，有助于自然光照區域和人工照準光區域的識別。

3.如權利要求2所述的強散射光學成像環境中非均勻光照下區域化圖像恢復方法，其特征在于：在對大量自然圖像統計的基礎上，提出了一種亮信道先驗知識模型，即在清晰的自然圖像中大多的圖像塊中必然包含一些像素點，該點至少對應一個強度接近飽和的信道：其中I^c(x)為像素點x處c信道上的所對應的光強度，Ω_x為以x為中心的圖像局部區域；這種亮信道中的高強度主要是由于目標的鏡面反射或色彩目標，該目標在亮信道上所對應反射率近似于1：在非均勻光照區域化成像模型的基礎上，該先驗知識能夠提取圖像中每個像素的成像光線成分；在此基礎上，考慮到自然光照光線以及人工光照光線所特有的光譜特征，根據亮信道的色彩差異對人工光照準區域和自然光照區域進行識別

x∈RAifargmaxc∈{r,g,b}(Ibright(x))=c1c1∈{r,g,b}x∈RBifargmaxc∈{r,g,b}(Ibright(x))=c2c2∈{r,g,b},]]>其中R_B為自然光照射區域，R_A為人工光照射區域，c為亮信道的色彩，r,g,b分別為紅色，綠色及藍色色彩；同時采用了一種手動的方式確定R_B區域的亮信道色彩；在圖像中手動選擇背景區域區塊作為參考樣本：其中Ω_smaple為手動選擇的圖像中背景參考樣本圖塊；最終將非均勻光照下的圖像分割為受到人工光照射影響較小的自然光照區域，以及受到人工光照射影響較為嚴重人工光照區域。

4.如權利要求3所述的強散射光學成像環境中非均勻光照下區域化圖像恢復方法，其特征在于：在對圖像區域識別及建模的基礎上，對不同圖像區域中所對應的光幕光成分利用暗信道先驗經驗模型進行估計：

Bdark≈maxx(Idark(x∈RB)),B=[Bdark=r,Bdark=g,Bdark=b],]]>

Bdark+βdark≈maxx(Idark(x∈RA))]]>

B+β＝[B^dark＝r+β^dark＝r,B^dark＝g+β^dark＝g,B^dark＝b+β^dark＝b]，其中R_B為自然光照射區域，R_A為人工光照射區域；進而區域化估計每個像素點所對應的視距：

rx(x∈RB)=-log((Bdark+βdark-Idark)/(Bdark+βdark))αdark,]]>

利用對成像模型的反變換操作，分別通過區域化去模糊：

Ic(x∈RA)-(Bc+βc)(1-exp[-αcrx])=(Bc+Lcexp[-αcrx])ρxcexp[-αcrx],c={r,g,b}]]>,Ic(x∈RB)-Bc(1-exp[-αcrx])=Bcρxcexp[-αcrx],c={r,g,b};]]>及色彩信道補償(Bc+Lcexp[-αcrx])ρxc=(Ic(x∈RA)-(Bc+βc)(1-exp[-αcrx]))/exp[-αcrx],c={r,g,b},]]>

Bρ_x＝(I(x∈R_B)-B(1-exp[-αr_x]))/exp[-αr_x]?c＝{r,g,b}；兩個步驟實現強散射光學成像環境中非均勻光照下圖像恢復。