[發明專利]一種用于海洋探測的激光水下成像圖像去噪和增強方法

有效

• 申請號: 201510066567.3
• 申請日: 2015-02-09
• 公開（公告）號: CN104657948B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 龔衛國;陳雪梅;陳魏然;楊利平;李偉紅
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 重慶華科專利事務所50123
• 代理人: 康海燕

1.一種用于海洋探測的激光水下成像圖像去噪和增強方法，包括以下三個步驟：

(1)對原始圖像進行奇異值分解(SVD)，選取前N個最大奇異值重建圖像，實現圖像去噪目的；

(2)對步驟(1)中所得到的去噪圖像進行圖像小波分解，對高頻系數進行非線性閾值函數處理，對低頻系數進行非線性增強，實現圖像增強的同時有效抑制噪聲；

(3)在頻域對步驟(2)中所得到的去噪和增強圖像進行FFT增強，設置頻域濾波上下限，對低頻部分進行增強，對高頻部分進行抑制，有效提高圖像對比度的同時保持圖像的清晰度；

所述步驟(1)具體方法如下：

首先，對原始圖像m×n維矩陣A進行奇異值分解，將其分解到一系列奇異值和奇異值矢量對應的子空間中，如式(2) 所示：

A＝UΣV^H(2)

式(2)中U和V分別是m×n維、n×n維正交矩陣，分別是矩陣A的左奇異矩陣和右奇異矩陣，上標H表示矩陣的共軛轉置；∑是m×n對角矩陣，其對角線為矩陣A的奇異值σ_i，并且以降序順序排列，即σ₁≥σ₂≥σ₃L≥σ_m；

然后，通過去除較小的奇異值濾掉噪聲子空間實現去噪，選取圖像矩陣A的前N個最大奇異值，在有效的信號子空間上重構圖像矩陣：

式(3)中N為奇異值個數，α_i為矩陣A的第i個奇異值，u_i和v_i分別是U和V的第i列奇異值矢量，為重構圖像矩陣；

所述步驟(2)的具體方法為：

首先，對步驟(1)中得到的去噪圖像進行小波四層分解，得到圖像小波低頻系數D_j和高頻系數W_ij，其中j為尺度系數，i取值1、2、3分別代表HL、LH、HH子帶圖像；

接著，對分解得到的高頻系數W_ij運用非線性閾值函數進行去噪增強，其中非線性閾值函數如式(4) 所示：

式(4)中sign(·)為符號函數，T_j為給定的閾值：

由式(5)可知T_j隨著j的增大而減小，式中N為圖像大小，σ_j為圖像噪聲方差，其計算如公式(6)所示

式(6)中為圖像表示小波分解后在j尺度上的對角線高頻系數；

然后，對分解得到的圖像小波低頻系數D_j進行低頻增強，實現圖像動態范圍壓縮；

最后，根據修改后的小波系數進行重構，得到小波去噪和增強后圖像；

所述步驟(3)的具體方法為：

首先，對步驟(2)中所得到的去噪和增強圖像進行FFT變換，并通過fftshift將變換的原點轉移到頻率矩陣的中心；

接著，根據FFT變換的結果，尋找圖像最大頻率和最小頻率，并且設置頻率濾波上下限f_up和f_down；

然后，根據所得到頻率濾波上下限f_up和f_down，的變換結果，針對不同頻率段進行不同的處理，即對低頻部分進行增強，對高頻部分進行抑制，進而改善圖像質量；

最后，根據修改后的頻率結果進行傅里葉逆變換即可得到去噪和增強的圖像。