[發明專利]一種基于魚類視網膜機制的水下圖像增強方法

在審

• 申請號: 201710573257.X
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107169942A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 李永杰;張明;趙乾;高紹兵
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;H04N9/64
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙)51227
• 代理人: 周永宏

本發明公開了一種基于魚類視網膜機制的水下圖像增強方法，本發明的方法模擬了魚類視網膜水平細胞與視錐細胞之間的反饋關系來去除水下圖像的色偏，模擬了魚類視網膜雙極細胞中心外周拮抗作用來去除水下圖像的模糊。在整個模擬過程中，模擬了魚類視網膜水平細胞側抑制雙極細胞的結構來設計雙極細胞感受野的雙高斯差濾波器；同時利用sigmoid曲線模擬了網間細胞在黑暗中持續釋放多巴胺調節水平細胞的活動，使得處理后的圖像更加符合魚類的視覺機制；最后采用gamma變換模擬了無長突細胞對亮度信息的非線性處理，并構成顏色雙極細胞的中心輸入。

技術領域

本發明屬于圖像處理技術領域，涉及彩色圖像增強技術，具體涉及一種基于魚類視網膜機制的水下圖像增強方法。

背景技術

隨著人類探索能力的不斷增強，越來越多的水下圖像被廣泛傳播與應用。但是由于水體中懸浮顆粒的后向散射以及前向散射會導致圖像模糊，由于光射入水中后不同波長的光波衰減速度不同而導致水下圖像顏色具有藍綠色偏。圖像模糊及色偏都會使得我們最終獲得的水下圖像不夠清晰。因此，如何去除模糊和色偏的影響，獲得具有高對比度的水下圖像成了一個比較重要的問題。

現有的圖像去模糊方法主要為基于暗通道先驗假設的方法，該類方法總體上都是基于大氣散射物理模型，代表方法有Chiang J Y等于2012年提出的方法，參考文獻：ChiangJ Y,Chen Y C.Underwater image enhancement by wavelength compensation anddehazing[J].IEEE Transactions on Image Processing,2012,21(4):1756-1769。它們都需要滿足暗通道先驗才能實現很好的去模糊效果。

顏色恒常的方法有基于學習的或靜態的顏色恒常方法，主要通過估計場景光源顏色還原物體的真實顏色。然而它們主要是針對陸地場景，忽略了水下圖像的一些特性。其中，基于學習的方法由于目前沒有一個擁有標準光源的水下圖像數據庫，所以應用于水下圖像處理仍有一定難度；而靜態方法大都基于一定的灰度假設，但一般水下圖像紅色波段明顯弱于其他波段，不滿足灰度假設，所以靜態方法校正出來的圖像顏色大都偏紅，即使有些改進后的靜態方法，也要滿足暗通道先驗模型才能有一定效果。魚類視網膜可以同時解決色偏和模糊問題，然而目前還沒有一種模擬魚類視網膜同時處理色偏和模糊的方法。

發明內容

針對現有技術存在上述問題，本發明提出了一種基于魚類視網膜機制的水下圖像增強方法。

本發明的技術方案為：一種基于魚類視網膜機制的水下圖像增強方法，包括以下步驟：

S1、提取顏色分量以及亮度分量：對水下圖像每一個像素點分別提取紅色分量I_R、綠色分量I_G、藍色分量I_B，并計算出平均亮度分量I：

I＝(I_R+I_G+I_B)/3

S2、計算RGB三通道的調整后均值：計算紅色通道中像素值大于第一閾值的最亮的部分的像素點的均值M_r，作為紅色通道調整后的均值，并計算綠色通道和藍色通道各自的均值M_g、M_b；

S3、校正圖像的色偏：將R、G、B三通道每一像素點與其對應的均值相除，處理完成得到各通道更新后的值I′_R、I′_G、I′_B，具體計算公式為；

然后，將更新后的值拉伸至原始圖像亮度，具體計算公式為：