[發明專利]對比受限自適應直方圖均衡的水下目標探測圖像增強方法

在審

• 申請號: 201711038835.6
• 申請日: 2017-10-30
• 公開（公告）號: CN107833189A
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 馬金祥;肖進;趙宇;柴濟民;杜文漢;范新南
• 申請（專利權）人: 常州工學院
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T5/40
• 代理公司: 南京知識律師事務所32207
• 代理人: 高桂珍

技術領域

本發明屬于圖像信息處理領域，具體涉及一種對比受限自適應直方圖均衡的水下目標探測圖像增強方法。

背景技術

水下目標探測圖像存在非均勻亮度、低信噪比、低對比度等特殊情況，常用的水下目標探測圖像增強算法主要分為修改水下圖像的光照和抑制圖像對比度以保留圖像邊緣兩大類，但不可避免會降低探測圖像的視覺質量。傳統的基于對比度增強的圖像增強算法有很大的局限性，如直方圖均衡化對圖像進行全局增強，但加大了噪聲或者引入新的噪聲。局部直方圖均衡化，即自適應直方圖均衡化方法(adaptive histogram equalization，AHE)，雖然克服了全局直方圖均衡化難以適應局部灰度分布的缺陷，但其均衡化后人工塊效應明顯。因此，對比度受限自適應性直方圖均衡(contrast limited adaptive histogram equalization，CLAHE)具有明顯優勢。由于受到水的光學特性以及水中各種微粒、浮游生物和水體流動的影響，直接平移和轉嫁對比度受限自適應性直方圖均衡的研究成果進行水下探測圖像增強效果仍顯不足。將原始圖像豐富的梯度信息與對比度受限自適應性直方圖均衡算法相結合，使得增強后的圖像細節更加豐富清晰，整體圖像的對比度和信息熵都能得到有效提升。

發明內容

本發明所要解決的技術問題，面對存在非均勻亮度、低信噪比、低對比度環境下的水下目標探測圖像的精確定位和準確描述的客觀實際需求，研究一種對比受限自適應直方圖均衡的水下目標探測圖像增強方法，實現水下目標探測圖像去噪增強處理，提高水下目標探測圖像的視覺質量。

本發明采用如下方案實現：

對比受限自適應直方圖均衡的水下目標探測圖像增強方法，包括如下步驟：

步驟一：獲取水下目標探測原始彩色圖像；

步驟二：計算原始彩色圖像對應的灰度圖像的4方向Sobel邊緣檢測器，梯度圖像，以及自適應增益函數；

步驟三：將原始彩色圖像由RGB空間經非線性變換至HSI空間；

步驟四：將HSI空間圖像中的亮度向量應用對比受限自適應直方圖均衡算法進行增強處理；

步驟五：將增強后的HSI空間圖像轉換返回至RGB空間；

步驟六：對增強后的RGB圖像中R，G，B分量分別進行基于自適應增益函數的廣義有界乘法運算，獲取基于原始圖像梯度信息的增強圖像；

步驟七：將增強圖像的R，G，B分量由[0,1]范圍變換至[0,255]范圍，進行增強后圖像顯示；

步驟八：對增強圖像從均值、對比度、信息熵和色彩尺度等方面進行定量評價。

進一步，所述步驟二，

計算原始彩色圖像I對應的灰度圖像Gray(I)；利用人眼對邊緣等高頻信息比較敏感的特性，選擇具有噪聲魯棒性的Sobel算子獲取邊緣梯度圖像；在傳統Sobel算子濾波，即0^°和90^°方向的基礎上，增加兩個對角方向，即45°和135°方向的濾波；

四個方向上的Sobel邊緣檢測器掩模定義為：

假設Z(i,j)定義為像素點(i,j)的3×3圖像鄰域，則Z(i,j)可以表示為：

其中，z(i,j)定義為像素點(i,j)的灰度值；

像素點(i,j)的4方向的梯度向量可以定義為：

G_k(i,j)＝∑∑z(i+m-1,j+n-1)×S_k(m,n),k＝1,2,3,4

像素點(i,j)的梯度圖像可以定義為：

梯度圖像歸一化為：

其中，δ₁和δ₂為微小的擾動量，以確保g_n(i,j)∈(0,1)；

在像素點(i,j)處的自適應增益函數λ(i,j)表述為：

其中，a和b為可調節正數變量，用于使自適應增益函數λ(i,j)均值

進一步，所述步驟三，

將原始彩色圖像由RGB空間經非線性變換至HSI空間，轉換公式為：

其中，

在轉換之前，先將R，G，B的值歸一化到[0,1]；則在轉換后，S，I分量在[0,1]范圍內，H在[0,360]范圍內。

進一步，所述步驟四，