[發(fā)明專利]一種水下圖像目標(biāo)檢測方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710124190.1
• 申請(qǐng)日: 2017-03-03
• 公開（公告）號(hào): CN106909925B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳哲;王慧斌;韓磊;徐立中;張振;王鑫;葛晨曦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號(hào): G06K9/34
• 分類號(hào): G06K9/34;G06K9/46;G06K9/62
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李玉平

1.一種水下圖像目標(biāo)檢測方法，其特征在于：首先，計(jì)算水下圖像中的顏色、灰度及深度信息，作為水下圖像目標(biāo)檢測模型的輸入；其次，在水下圖像目標(biāo)檢測模型中分別計(jì)算圖像中每個(gè)像素點(diǎn)顏色、灰度及深度信息的全局對(duì)比度，并融合生成多信息融合全局對(duì)比度；最后，在水下圖像目標(biāo)檢測模型中將整幅水下圖像中各像素點(diǎn)的多信息融合全局對(duì)比度歸一化，生成多信息融合全局對(duì)比度特征圖像，采用OTSU算法進(jìn)行特征圖像強(qiáng)度閾值的選擇，當(dāng)特征圖像中像素點(diǎn)的強(qiáng)度大于閾值時(shí)，為該像素點(diǎn)屬于目標(biāo)所在的圖像區(qū)域，以此判別出目標(biāo)所在的圖像區(qū)域，實(shí)現(xiàn)水下圖像目標(biāo)檢測；

采用基于暗信道模型的圖像分割方法，區(qū)分圖像中不同區(qū)域中的光照成分，將水下圖像分割為人造光區(qū)域及自然光區(qū)域，在不同的區(qū)域中分別進(jìn)行深度估計(jì)；

區(qū)域中光幕光強(qiáng)度最大的點(diǎn)對(duì)應(yīng)于該區(qū)域的背景光，根據(jù)背景光的差異區(qū)分水下圖像中包含不同光照成分的不同圖像區(qū)域：人工光區(qū)域及自然光區(qū)域；

<1>人工光區(qū)域暗信道模型

在水下，人工補(bǔ)光條件下水下圖像中人工光區(qū)域中像素點(diǎn)的成像模型表示為：

I_x＝(B+Lexp[-αr_x])ρ_xexp[-αr_x]+(B+β)(1-exp[-αr_x])

其中，I_x為水下圖像像素點(diǎn)x的成像光線，B為自然背景光，L為人工光，r_x為水下圖像像素點(diǎn)x的深度信息，α為水體的衰減系數(shù)，ρ_x為水下圖像像素點(diǎn)x位置處的目標(biāo)反射率，β為人工光的散射光，(B+β)為人工背景光；

水下圖像人工光區(qū)域中像素點(diǎn)x的暗信道表示為：

其中，B^dark、L^dark、α^dark、β^dark分別為成像光、自然背景光、人工光、水體衰減系數(shù)、反射率及人工光散射光在暗信道中的強(qiáng)度；根據(jù)暗信道模型人工光區(qū)域中像素點(diǎn)x的暗信道為該像素點(diǎn)的光幕光：

水下圖像暗信道中的最大值對(duì)應(yīng)于水下圖像中深度最大的像素點(diǎn)，該位置處的r_x→+∞，則exp[-α^darkr_x]≈0，因此在人工光區(qū)域中暗信道的最大值為人工背景光，表示為：

<2>自然光區(qū)域暗信道模型

在水下，人工補(bǔ)光條件下水下圖像中自然光區(qū)域中任意像素點(diǎn)x的成像模型表示為：

I_x＝Bρ_xexp[-αr_x]+B(1-exp[-αr_x])

根據(jù)<1>中所述暗信道模型的推導(dǎo)過程，水下圖像中自然光區(qū)域中暗信道的最大值為自然背景光，表示為：

<3>自然背景光及人工背景光計(jì)算

在水下，人工補(bǔ)光條件下由于人工光照準(zhǔn)目標(biāo)，水下圖像中人工光區(qū)域面積小于自然光區(qū)域面積；根據(jù)圖像大小取前N個(gè)最大的暗信道：

其中，為水下圖像中像素暗信道強(qiáng)度按照從大到小排列：

其中，1≤n≤N，為水下圖像中圖像所有像素點(diǎn)暗信道按照強(qiáng)度從大到小的排列計(jì)算；

中必然包含自然背景光B^dark及人工背景光B^dark+β^dark兩種背景光；對(duì)這兩種背景光，根據(jù)兩個(gè)判決條件進(jìn)行判決并分類；

判決條件一，在顏色信息上，自然背景光的顏色色調(diào)由于水體的光譜選擇性吸收效應(yīng)，暗信道必然位于紅色信道：

其中，color(·)為顏色信息，red為紅色信道；

而在人工光區(qū)域中，由于人工散射光較強(qiáng)，人工背景光的顏色會(huì)發(fā)生偏移：

判決條件二，在強(qiáng)度信息上，由于人工光疊加，自然背景光B^dark強(qiáng)度小于人工背景光B^dark+β^dark強(qiáng)度，因此采用OTSU算法計(jì)算前N個(gè)最大的暗信道強(qiáng)度值的分類閾值Τ^dark，并以分類閾值Τ^dark區(qū)分兩種背景光成分；

最終，綜合這兩種判決條件，得：

如果且

如果且

<4>水下圖像分割

由于人工光補(bǔ)光，當(dāng)水下圖像像素點(diǎn)x的暗信道值強(qiáng)度大于自然背景光強(qiáng)度時(shí)，認(rèn)為水下圖像像素點(diǎn)x屬于人工光區(qū)域Π_a，反之則屬于自然光區(qū)域Π_b：

x∈Π_a如果

x∈Π_b如果

采用基于圖像區(qū)域的深度信息計(jì)算方法：

在人工光區(qū)域中：

如果x∈Π_a

其中，B^dark+β^dark為人工背景光，由式(12)計(jì)算得到，α^dark為水體在暗信道的衰減系數(shù)，為圖像像素點(diǎn)x在暗信道上的強(qiáng)度；

在自然光區(qū)域中：

如果x∈Π_b

其中，B^dark為自然背景光，由式(11)計(jì)算得到。