[發(fā)明專利]一種基于改進(jìn)暗通道的水下圖像復(fù)原方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810536209.8
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN108765342A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 范新南;陳建躍;張學(xué)武;史朋飛;李敏;謝迎娟
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)常州校區(qū)
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 姚蘭蘭;董建林

1.一種基于改進(jìn)暗通道的水下圖像復(fù)原方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)獲取單幅自然光照下水下模糊圖像；

2)計算圖像暗通道與二維水體透射率圖；

3)計算景深表達(dá)式并確定三維水體透射率；

4)根據(jù)水下自然光照成像模型對圖像進(jìn)行去模糊；

5)對去模糊后的圖像進(jìn)行自適應(yīng)對比度增強(qiáng)處理；

6)顏色校正得到復(fù)原圖像。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進(jìn)暗通道的水下圖像復(fù)原方法，其特征在于，步驟1)中，具體的方法如下：在水下機(jī)器人或成像設(shè)備上，安裝水下光學(xué)成像相機(jī)，并在不同的水體中采集單幅自然光照下水下模糊圖像。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進(jìn)暗通道的水下圖像復(fù)原方法，其特征在于，步驟2)中，所述圖像暗通道與二維水體透射率圖具體的計算方法如下：

根據(jù)暗通道去霧模型與水下成像環(huán)境，水下自然光照模型可以表示為：

I(x,y)＝J(x,y)t(x,y)+B_∞(1-t(x,y))

其中，I(x,y)表示獲取的有霧圖像，J(x,y)為需要復(fù)原得到的無霧圖像，t(x,y)表示透射率，B_∞為全局背景光；為了得到復(fù)原圖像需對透射率與背景光進(jìn)行估計；

根據(jù)暗通道先驗理論，圖像的暗通道定義為：

其中，λ∈{r,g,b}表示圖像的三個顏色通道，i表示鄰域Ω(x)內(nèi)的某個像素點，I^dark(x)表示暗通道；即以像素點x為中心，先分別取r,g,b三個通道在鄰域Ω(x)內(nèi)的最小值，再計算三個通道的最小值，作為該點的暗通道值；

選擇暗通道內(nèi)最亮的前0.1％個像素點，并通過這些像素點的坐標(biāo)位置，在原圖I的三個顏色通道中對應(yīng)地找到這些點；利用這些像素點的均值作為全局背景光B_∞；根據(jù)暗通道理論，對于一幅無霧的清晰圖像，區(qū)域像素值的最小值趨近于為零，因為J(x,y)是從有霧圖像中復(fù)原的無霧圖像，所以在復(fù)原圖像中保留一些模糊，將水下圖像的二維透射率表示為

式中，ω∈(0,1)為霧的保留系數(shù)，為λ通道的全局背景光；該公式計算得到的二維透射率t(x)是粗透射率圖，需要經(jīng)過導(dǎo)向濾波器細(xì)化后才能使用。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進(jìn)暗通道的水下圖像復(fù)原方法，其特征在于，步驟3)中，所述三維水體透射率具體的確定方法如下：

由于水下圖像的透射率是光的波長的函數(shù)，在已獲得全局背景光B_∞與二維透射率t(x)的條件下，水下圖像景深估計為

根據(jù)CIE1931RGB色度系統(tǒng)，將紅、綠、藍(lán)光的波長分別定義為700nm、546.1nm和435.8nm，令波長系數(shù)c_λ＝(0.7000,0.5461,0.4358)；根據(jù)透射率與波長成反比的關(guān)系，引入?yún)?shù)c_λ與k估計水下透射率，則三維水體透射率的估計表示為：

其中，表示為t(x,y)的估計，d(x)表示景深，k＝c·c_λ作為全局調(diào)整參數(shù)，通過對k的遍歷來最大程度地擬合c，且對每個顏色通道都分別進(jìn)行上述處理，通過t(x)計算的景深在每個顏色通道一致。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進(jìn)暗通道的水下圖像復(fù)原方法，其特征在于，步驟4)中，根據(jù)水下自然光照成像模型對圖像進(jìn)行去模糊具體的方法如下：

根據(jù)水下自然光照成像模型，以圖像灰度平均梯度GMG作為評價標(biāo)準(zhǔn)，采用循環(huán)遍歷的方法，獲得最優(yōu)的k參數(shù)，選擇在遍歷中具有最大GMG的k值計算透射率，并將對應(yīng)的圖像作為最優(yōu)去模糊結(jié)果，即：

其中，I(x,y)為待復(fù)原的水下模糊圖像，J(x,y)為去模糊后的圖像。