[發明專利]基于多尺度融合的水下圖像質量改善方法

在審

• 申請號: 201810146485.3
• 申請日: 2018-02-12
• 公開（公告）號: CN108447028A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 李學龍;盧孝強;陳文靜
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T5/50;G06T5/40
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 楊引雪

為了解決現有水下圖像質量改善方法過程復雜或者過于依賴退化型模型的技術問題，本發明提出了一種基于多尺度融合的水下圖像質量改善方法，主要用于改善水下圖像噪聲大、色差大、對比度低的問題，以提高圖像質量。本發明先對原始圖像進行顏色修正，消除各種光源給圖像造成的色偏，再對圖像進行對比度增強，降低由體積散射引起的質量退化，最后對它們進行多尺度融合，可以得到細節和邊緣顯著增強、噪聲減少、黑暗區域更清楚以及全局對比度更高的水下圖像，計算成本低廉，能夠在通用硬件上執行相對較快的速度。

技術領域

本發明屬于圖像處理技術領域，涉及一種水下圖像質量改善方法。本發明可應用于海洋資源勘探開發、海洋生態監測以及水下軍事偵察等領域。

背景技術

水對光有著嚴重的吸收和散射作用，吸收會減少光能，而散射會引起光方向的變化，使得光隨著距離和深度呈指數衰減，造成很大的圖像噪聲，使圖像質量降低。并且光在水下的傳播距離有限，對一般的水下成像系統的像差有影響，使得色差和畸變增大、成像質量差、圖像質量低。雖然可以通過使用多幅圖像、專用硬件和偏振濾波器等方法來改善水下圖像的質量，但由于使用多幅圖像的方法需要在不同環境條件下拍攝同一場景的多個圖像，使用硬件的方法比較昂貴和復雜，使用偏振濾波器的方法對于水下情況而言相機設置比較麻煩等因素，這些用來改善水下圖像質量的方法實用性不高。因此，研究方便、有效的水下圖像質量改善方法具有重要的意義。

現有已公開中的水下圖像質量改善方法大致可以分為兩類：圖像增強與圖像復原。

圖像增強是指根據特定的需求，來突出圖像中的某些信息，并減弱甚至去除某些不需要的信息。圖像增強的優點是使圖像的某些特性方面更加突出，使處理后的圖像更符合人眼視覺特性。缺點是局部區域的增強效果常常不夠理想，噪聲濾波和邊緣增強這兩者的矛盾較難得到解決；由于圖像增強不考慮圖像退化的原因，增強的結果不一定逼近原圖像。

圖像增強的方法主要包括：基于顏色恒常性的方法，該類方法涉及的技術有白平衡等；基于空域增強的方法，該類方法涉及的技術有灰度變換、直方圖均衡化、對比度拉伸、平滑和銳化等；基于頻域增強的方法，該類方法涉及的技術有低通濾波、高通濾波和同態濾波等；綜合方法，即以上幾種方法的組合。例如Qing等人在文獻“C.Qing C，W.Huang，S.Zhu，and X.Xu，“Underwater image enhancement with an adaptive dehazing framework，”IEEE International Conference on Digital Signal Processing，pp.338-342，2015.”中提出了一種自適應的去霧框架來進行水下圖像增強，該方法包含自適應估計和局部自適應水下亮度的直方圖均衡化這兩部分，得到的圖像特點是對比度更強、細節更精細以及邊緣顯著增強。由于圖像通常存在一定噪聲，經過增強處理后噪聲往往也增強，這就需要對圖像進行去噪處理，而去噪時圖像邊緣又會變模糊，噪聲濾波和邊緣增強這兩者的矛盾難以協調，故該方法具有過程較復雜的缺點。

圖像復原是指利用退化先驗來恢復原圖像；圖像復原的優點是恢復的圖像接近原圖像，缺點是必須先根據一定的先驗知識對圖像的退化過程建立相應的退化模型，然后通過求解該逆問題來恢復圖像，該類方法過于依賴退化模型。