[發明專利]一種基于不同顏色空間自適應直方圖拉伸的水下圖像增強方法

有效

• 申請號: 201710739280.1
• 申請日: 2017-08-25
• 公開（公告）號: CN107507145B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 黃冬梅;宋巍;王龑;王振華;賀琪;杜艷玲
• 申請（專利權）人: 上海海洋大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T5/40;G06T7/90
• 代理公司: 上海卓陽知識產權代理事務所(普通合伙) 31262
• 代理人: 周春洪

1.一種基于不同顏色空間自適應直方圖拉伸的水下圖像增強方法，所述方法包括以下步驟：

步驟S1，基于灰度世界的猜想對GB通道進行簡單的顏色均衡化；

步驟S2，步驟S2中包括以下步驟：

步驟S21，獲取原始圖像的拉伸區間；其中，計算原始圖像拉伸區間的方法如下：

根據RGB三通道的直方圖分布，采用瑞利分布的概率表達式計算眾數a、眾數的位置，并根據第五公式以眾數為分界點計算前后0.1％的參數I_min，I_max，其中可見光在水中傳播的衰減程度t_λ(x)，得出動態的期望拉伸范圍[O_min，O_max]；

所述第五公式為：

I_min＝S.sort[S.sort.index(a)*0.1％]

I_max＝S.sort[-(S.length-S.sort.index(a))*0.1％]

其中，S是R-G-B每個通道的像素集，S.sort是S像素集的正向排列，S.length是S像素集的數量大小，S.sort.index(a)是直方圖分布中眾數的索引值，S.sort[x]代表從小到大排列像素集中索引為x的值；

步驟S22，獲取期望的拉伸區間，包括：

根據第六公式計算瑞利分布的標準偏差σ_λ；

所述第六公式為：

其中λ∈{R，G，B}顯示為R或G或B通道，a為某一個通道的眾數；

根據第七公式定義期望范圍的最小值Oλ_min，并依據第八公式和第六公式將第七公式簡化成第九公式；

所述第七公式為：

O_λmin＝a_λ-β_λ*σ_λ，0≤O_λmin≤I_λmin

所述第八公式為：

所述第九公式為：O_λmin＝a_λ-σ_λ

根據簡化的成像模型，將待去霧的圖像Iλ(x)通過第十公式復原；

所述第十公式為：

其中，κ＝1.1和κ＝0.9分別表示為紅色、藍綠色通道的經驗值

當復原圖像J_λ(x)最大時，期望范圍的最大值O_max能夠通過第十一公式獲得；

所述第十一公式為：

當B_λ＝0時，J_λ(x)得到最大值，對于不同通道的最大期望值O_λmax定義為第十二公式；

所述第十二公式為：

I_λmax≤O_λmax≤255

在第十二公式基礎之上，Nrer(λ)對于RGB通道分別設定為0.83，0.95，0.97，通過第十三公式，得到水中衰減度t_λ(x)；

所述第十三公式為：

t_λ(x)＝Nrer(λ)^d(x)

其中d(x)確定為3米，表示為場景和照相機之間的距離；

基于O_λmax的范圍值，系數μ_λ滿足第十四公式：

所述第十四公式為：

當μ_λ有多個解時，選定所有解的平均值，當μ_λ沒有解的時候，設定O_λmax為255；

步驟S23，在RGB顏色空間進行自適應直方圖拉伸；

(1)當a≤I_min并且μ_λ無解時，將使用全局直方圖拉伸公式，并且選取前后[0.1％，99.9％]的像素點作為拉伸范圍，前后各0.1％的點分別設定為0和255；

(2)當a≥I_min但是μ_λ無解時，將分成兩部分拉伸；

第一步：前0.1％的像素點采用以下第十五公式

所述第十五公式為：

其中p_in，p_out分別代表了輸入和輸出像素值，I′_min是整個像素集的最小值，O_min為期望拉伸最小值；

第二步：后99.9％的像素采用拉伸公式(3)，其中拉伸范圍為[O_min，255]；

其中p_in，p_out分別代表了輸入和輸出像素值，I_min是第五公式中代表的像素值，O_min為期望拉伸最小值，O_max為255；

(3)當a≤I_min但是μ_λ有解時，其步驟如下；

第一步：前99.9％的像素點采用以下公式：

其中，p_in，p_out分別代表了輸入和輸出像素值，Imin是公式(5)中代表的像素值，O_min為期望拉伸最小值，O_max為255；

第二步：后0.1％的像素采用拉伸公式(3)，其中拉伸范圍為[O_max，255]；

其中，p_in，P_out分別代表了輸入和輸出像素值，I′_max是整個像素集的最大值，O_max為期望拉伸最大值；

(4)當a≥I_min并且μ_λ有解時，β_λ＝1是確定值，一旦出現μ_λ有多個值，選取其平均值作為最后參數，依次的得出最小像素值O_min和最大像素值O_max；

其中O_λmin＝a_λ-σ_λ；I_λ＝a_λ+μ_λ*σ_λ，接下來分三段拉伸：

第一段：前0.1％的像素集的拉伸區間采用公式十六；

所述公式十六為：

其中p_in，p_out分別代表了輸入和輸出像素值，O_min為期望拉伸最小值，I_min是原圖像拉伸最小值；

第二段：最小的0.1％到最大的0.1％的像素集；

其中p_in，p_out分別代表了輸入和輸出像素值，(I_min，I_max)代表原圖像拉伸區間，(O_min，O_max)代表獲取期望的拉伸區間；

第三段：后0.1％的像素集的拉伸區間采用第十七公式；

所述第十七公式為：

其中p_in，p_out分別代表了輸入和輸出像素值，I_max是原圖像拉伸最大值，O_max是期望拉伸最大值；

步驟S24，將雙邊濾波器應用于RGB三通道；

步驟S3，將RGB顏色空間轉換為CIE-Lab顏色空間，在CIE-Lab顏色空間中的自適應拉伸。