[發明專利]水下圖像復原方法

在審

• 申請號: 201611020335.5
• 申請日: 2016-11-17
• 公開（公告）號: CN106600547A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 郭繼昌;李重儀;郭春樂;顧翔元
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 劉國威

技術領域

本發明屬于圖像處理、計算機視覺技術領域，涉及一種水下圖像復原方法。

背景技術

水下世界蘊含著豐富的資源，但遭受光照吸收和散射的影響，水下拍攝的圖像往往存在顏色偏差、低對比度和模糊等視覺退化問題。因此，開展水下圖像增強和復原相關算法的研究有助于利用圖像處理和計算機視覺技術開發、探索、保護海洋世界。其中，水下圖像復原是通過數學計算調整圖像的像素值，目的是恢復出水下圖像原有的樣貌。水下圖像復原技術在水下圖像科研和工業等領域扮演著至關重要的角色。例如，海洋生態環境監控中，往往需要根據拍攝的海藻生長的變化進而反應海洋環境的變化。海藻的顏色可以反應水質的優劣，因此需要首先將獲取的顏色失真的海藻圖像復原，恢復其原有的真實樣貌，再做進一步分析。盡管近年來水下圖像復原受到廣泛關注，但水下圖像復原仍然是一個具有挑戰性的不適定問題。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明旨在通過圖像去霧算法與彩色恒常算法相結合，提出一種能夠有效恢復水下圖像視覺質量的方法。本發明采用的技術方案是，水下圖像復原方法，步驟是，將退化水下圖像的藍綠信道根據水下成像數據模型進行去霧處理，退化的紅信道根據復原的藍綠信道的像素值，依據灰度世界彩色恒常算法進行修正。

藍綠信道去霧進一步具體地：

水下成像數學模型表示為：

I^c(x)＝J^c(x)t(x)+B^c(1-t(x))，c∈{r,g,b}

式中，I^c(x)是退化的水下圖像，J^c(x)是復原的水下圖像，B^c是背景光，t(x)∈[0,1]為媒介透射率，藍綠信道的背景光采用如下方法估計:首先計算水下圖像中紅信道的局部最小值，之后分別計算藍綠信道的局部最小值，接下來選擇藍綠信道局部最小值中相同像素位置的最大值，最后計算紅信道局部最小值與上述得到的藍綠信道局部最小值中的最大值在相同像素位置處的差值，數學上表達為：

式中，局部最小值的計算方式為在Ω大小的區域尋找該區域的最小像素值，以找到的最小值代替該區域的全部像素值，之后以步長為1進行滑動該Ω區域，計算下一區域的局部最小值，直到遍歷全部像素點，根據計算得到的紅信道與藍綠信道的差異D(x)，進一步計算背景光，背景光可以根據上式計算得到：

接下來估計藍綠信道的媒介透射率，這里假設藍綠信道的媒介透射率具有相同的值，變換水下成像數學模型為：

根據暗通道先驗假設上述等式右邊第一項為0，因此媒介透視率表示為：

獲得藍綠信道的媒介透射率后，使用導向濾波移除其表面的塊狀偽影，最后，獲得的媒介透射率與已估計藍綠信道的背景光相結合，根據下式反演出清晰的藍綠信道：

紅信道修正具體是，灰度世界彩色恒常理論證明理想圖像的三個顏色信道的平局值為灰色，假設清晰的水下圖像滿足灰度世界彩色恒常理論，通過藍綠信道去霧算法恢復出清晰的藍綠信道，接下來只需根據灰度世界彩色恒常理論調整退化的紅信道，根據灰度世界彩色恒常理論有：

式中，Avgred_rec，Avgblue_rec，Avggreen_rec分別為恢復的水下圖像紅信道、藍信道和綠信道的像素平均值，已經歸一化到[0,1]范圍內；理想的紅信道的像素平局值表示為：

Avgred_rec＝1.5-Avgblue_rec-Avggreen_rec

因此，退化水下圖像紅信道中每點像素值所需要的調整因子表示為：

δ＝Avgred_rec/Acgred

式中，Avgred_rec為理想的紅信道像素平均值，Avgred為退化水下圖像像素平均值，復原的紅信道可通過以下方式計算得到：

R_rec＝R.*δ

式中，R_rec為復原的紅信道，R為原始的紅信道。

本發明的特點及有益效果是：

1)本發明首次將圖像去霧與彩色恒常算法相結合，本發明的方法可以更加有效的提高水下圖像的視覺質量；

2)本發明具有處理速度快，復原結果自然清晰的優點。

附圖說明：

圖1給出了本發明圖像復原的流程框圖。

具體實施方式