[發明專利]基于人眼視覺特性的NSCT域水下圖像自動增強系統及其方法

有效

• 申請號: 201410837680.2
• 申請日: 2015-08-03
• 公開（公告）號: CN104504664A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 周妍;李慶武;霍冠英;劉艷;江琴;陳秉巖
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T5/20
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術領域

本發明屬于圖像處理技術領域，涉及圖像自動增強方法，具體而言是一種基于人眼視覺特性的NSCT域水下圖像自動增強系統及其方法。

背景技術

近年來，隨著水下環境感知需求的增加，水下成像技術得到了迅猛發展，主要被用于水下勘測、水下機器人、海洋生物監測及軍事等方面。然而水下成像與空中成像有很大的不同，受水下光的散射和衰減作用的影響，采集得到的水下光學圖像具有對比度低、噪聲強、光照不均和目標邊緣模糊等特點，給圖像的人工判讀和自動解譯帶來了極大的困難。因此，研究水下光學圖像增強技術，提高水下圖像的視覺質量，對水下目標探測與識別、海上資源勘探與管道敷設、水庫清淤與航道疏浚等國防民生領域的應用具有重要意義。

圖像增強方法通常分為空間域和變換域兩大類。空間域方法直接對圖像像素的灰度進行處理，主要包括灰度拉伸、直方圖修正、反銳化掩模、Retinex增強等。變換域方法是在圖像的某個變換域中對變換系數進行處理，然后通過逆變換獲得增強圖像，主要包括傅里葉變換、DCT變換、小波變換和基于多尺度幾何變換的增強法。

直方圖均衡化方法能夠很好地提升圖像整體對比度，但僅考慮全局灰度信息不僅會擴散圖像中的噪聲，也會出現局部增強不足或過增強的現象，反而破壞了部分邊緣細節。Retinex算法利用人眼感知亮度和彩色的恒常性，來實現不同照度下圖像細節的增強，與人眼視覺系統的心理視覺規律相一致，有利于去除光照不均，但由于采用高斯核函數進行卷積求解，圖像灰度呈現中心正態分布，灰化效應明顯，對比度增強不足，對噪聲較為敏感。隨著小波技術的發展，小波變換也被應用到圖像增強領域中。較之空域增強方法，小波變換等變換域增強方法將圖像分解成高頻分量和低頻分量，通過抑制高頻分量中的噪聲、拉伸低頻分量可以同時兼顧增強和去噪。但是，小波變換只能反映信號的點奇異性(零維)，而對二維圖像中的邊緣等線、面奇異性(一維或更高維)，則難以稀疏表示，因此在表征二維圖像中的邊緣、紋理等高維奇異性或本質幾何結構特征時存在缺陷，導致圖像細節部分的紋理增強效果不理想。同時，這種對變換系數的增強處理通常是含多個參數的增強函數，普遍需要根據經驗手工調節最優參數，無法實現計算機的自動處理，給實際應用帶來了極大的不便。

多尺度幾何分析發展的目的和動力正是要致力于發展一種新的高維函數的最優表示方法。NSCT作為一種新的非下采樣的、具有平移不變性的多尺度幾何變換，比較而言，各向異性的Contourlet基使得NSCT具有刻畫圖像的線奇異優勢，這一點要優于采用小波基的非降采樣小波變換；同時NSCT具有平移不變性，在這一點上又優于Contourlet、Curvelet等多尺度幾何分析方法。因此，NSCT可以提供更為豐富的時域信息和精確的頻率局部化信息，采用NSCT進行增強處理可以在有效抑制噪聲的同時更好地突出圖像邊緣細節特征。

目前，許多變換域增強算法在進行對比度增強時，把對比度定義為光照強度的絕對變化，往往沒有考慮人眼的視覺特性。由于人眼視覺系統能夠最優地感知圖像信息，自然地消除圖像表示與其心理物理學屬性之間的差距，實現圖像的最優表示與處理。因此，一個有效的增強算法采用的對比度測度應該與人眼視覺系統的心理視覺規律相一致。而人眼視覺信息處理具有多層次性、稀疏性和復雜性，國內外研究表明，人眼視覺系統具有亮度掩膜特性，人眼對亮度的相對變化而不是絕對變化敏感。人眼辨別亮度差的能力與周圍環境及其照度本身的大小有關系，即視覺隨著圖像背景亮度的變化，對亮度偏差的敏感度呈非線性變化。同時，人眼視覺系統還具有對比度掩膜特性，人眼對對比度的相對變化敏感，當一個目標周圍存在其他的亮度刺激，該目標被人眼感知的對比度會下降。西安電子科技大學楊付正等人將人眼視覺特性引入到圖像的邊緣檢測中，取得了較好的檢測效果，具有很好的借鑒意義。

基于NSCT的多尺度、多方向邊緣表達和去噪優勢，同時借鑒人眼視覺系統的感知機理，提出了一種基于人眼視覺特性的NSCT域水下圖像自動增強系統及其方法。專利檢索及對國內外各種科技文獻的最新檢索表明，尚未有將NSCT與人眼視覺特性相結合的水下圖像自動增強方法見諸文獻。

發明內容

本發明為了解決現有技術中存在的上述缺陷和不足，提供了一種基于人眼視覺特性的NSCT域水下圖像自動增強系統及其方法，自動實現水下圖像的對比度增強、噪聲抑制、邊緣銳化和去除光照不均等功能

為解決上述技術問題，本發明一種基于人眼視覺特性的NSCT域水下圖像自動增強系統，包括水下圖像采集模塊、NSCT分解模塊、去噪模塊、不均勻光照糾正模塊、基于人眼視覺特性的自動增強模塊、NSCT重構模塊以及輸出顯示模塊；