[發明專利]一種基于改進暗通道的水下圖像復原方法

在審

• 申請號: 201810536209.8
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN108765342A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: 范新南;陳建躍;張學武;史朋飛;李敏;謝迎娟
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 姚蘭蘭;董建林

本發明公開了一種基于改進暗通道的水下圖像復原方法，包括以下步驟：獲取單幅自然光照下水下模糊圖像；計算圖像暗通道與二維水體透射率圖；計算景深表達式并確定三維水體透射率；根據水下自然光照成像模型對圖像進行去模糊；對去模糊后的圖像進行自適應對比度增強處理；顏色校正得到復原圖像。本發明的方法能夠有效地自適應提高水下圖像近景和遠景的對比度，圖像顏色也得到了較好地復原，對于水下模糊圖像有顯著的改善效果；通過優化水體透射率圖、增加自適應對比度增強和顏色校正進行暗通道去霧算法的改進，使得復原得到的圖像不僅在對比度和清晰度上有明顯的優勢，在顏色恢復效果上也較為突出。

技術領域

本發明涉及一種基于改進暗通道的水下圖像復原方法，屬于圖像處理技術領域。

背景技術

現有技術中，通過對大量天空圖片的研究，發現清晰圖像大部分像素點的RGB顏色通道中至少有一個顏色通道的灰度值均較低且接近于零，據此提出了暗通道先驗(DarkChannel Prior:DCP)的單幅圖像去霧方法，該算法對天空有霧圖像具有明顯的去霧效果，在天空圖像去霧上有著很大的突破性，不過當圖像中不存在天空區域或直接應用在水下圖像處理時去霧效果欠佳。許多學者針對透視率圖修正和暗通道的獲取方法對其進行改進，取得了一定的效果。由于運用軟摳圖法細化透射圖的復雜度較高、運行時間較長，何等又通過將有霧圖像作為引導，使用指導性濾波法對粗透射率圖進行精細化，該細化方法可以很大程度地減少去霧耗時，且較好的保持原霧圖中的邊緣信息，但在邊緣處易出現光暈。為了降低算法時間復雜度，提高暗通道先驗去霧算法的整體運行效率，大量學者對于優化粗透射率圖以獲取更精細的透射率圖進行了深入的研究。

暗通道先驗理論應用于水下圖像處理時可以去除圖像模糊，提高圖像對比度和色彩分布，但是在水下應用時還存在以下問題：

1)水下環境比天空復雜，暗通道先驗去霧算法不能很好地考慮水體對光的選擇性衰減特性和微粒的散射特性。

2)現有細化透射率圖算法時間復雜度較高，導致算法整體執行時間較長，不能滿足圖像處理中實時性的要求。

3)大氣耗散模型與水下自然光照成像模型存在差異，天空圖像退化過程不能完全適用于水下特殊成像環境條件。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明目的是提供一種基于改進暗通道的水下圖像復原方法，通過優化水體透射率圖并增加自適應對比度增強和顏色校正對暗通道去霧算法進行改進，使其適用于水下環境，可以有效地復原自然光照下的水下模糊圖像。

為了實現上述目的，本發明是通過如下的技術方案來實現：

本發明的基于改進暗通道的水下圖像復原方法，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)計算景深表達式并確定三維水體透射率；

4)根據水下自然光照成像模型對圖像進行去模糊；

5)對去模糊后的圖像進行自適應對比度增強處理；

6)顏色校正得到復原圖像。

步驟1)中，具體的方法如下：在水下機器人或成像設備上，安裝水下光學成像相機，并在不同的水體中采集單幅自然光照下水下模糊圖像。

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：

根據暗通道去霧模型與水下成像環境，水下自然光照模型表示為：

I(x,y)＝J(x,y)t(x,y)+B_∞(1-t(x,y))