[發明專利]基于顏色線模型的水下圖像質量提升方法

有效

• 申請號: 201811346758.5
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN110135434B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 周圓;閆康明;咸良;吳瓊;李綽
• 申請（專利權）人: 天津大學青島海洋技術研究院
• 主分類號: G06V10/98
• 分類號: G06V10/98;G06V10/56;G06V10/77;G06V20/05;G06T5/00
• 代理公司: 青島致嘉知識產權代理事務所(普通合伙) 37236
• 代理人: 張曉艷

基于顏色線模型的水下圖像質量提升方法，能夠在保持較低運算復雜度的前提下，通過把大氣中的顏色線模型代入水下圖像生成模型、霧圖形成模型，解決水下原始拍攝圖像清晰度對比度不高色差明顯的問題。實驗結果表明，本文的算法可以較好地實現水下圖像復原任務，重建出的清晰圖像更接近以真實場景，顏色準確，細節明顯，具有更好的主觀性能和客觀質量。

技術領域

本發明屬于圖像處理領域，更具體地，涉及一種基于顏色線模型的水下圖像質量提升方法。

背景技術

作為圖像處理領域的重要分支，一直以來，圖像復原技術既是科學領域也是工程領域的研究熱點。圖像復原是指根據可視性低的不清晰原始圖像，找到其退化原因，并基于一定的退化模型進行反向處理，恢復出足夠清晰真實的目標圖像的過程。而水下圖像質量提升即為將圖像復原任務應用于水下的特殊環境，通過復原算法，處理由散射和吸收等復雜的影響而造成的水下拍攝的原始圖像的降質問題，恢復清晰景物的過程。

隨著科學技術的發展和社會的進步，人們的眼界早已不僅局限于肉眼可見的陸地范圍，占據地球面積百分之七十的海洋便是陸地之外人們最渴望探索的重要領域之一。而通過水下圖像信息的采集與處理，幫助人們完成水質檢測，水下施工，能源勘探的諸多?重要任務。水下圖像恢復不僅可以提供更加良好的視覺效果，也作為一種預處理方式，為后續的模式識別，特征提取等任務服務，具有極為重要的作用。

水下圖像恢復可以簡單地分成硬件恢復和軟件處理兩方面。早期的研究主要是從硬件方面著手的，比如由Jaffe等人提出的通過外設一個激光源照明水下景物，合理設置傳感器的曝光時長；Treaibitz和Schechner等人提出的對攝像頭以及外加激光源加裝兩個光偏振分析裝置，獲取更多信息等方法，但由于成本以及效果等因素，并不具備足夠的普適性。

而基于軟件的圖像處理方法同樣也可以分成圖像增強以及圖像復原兩類。借助圖像增強的方法最早的是以Petit等人為代表的，他們借助“四元法”的處理方式，使景物區域的顏色信息得到增強；Bazeile等人提出對圖像進行同態濾波、各向異性濾波、小波變換處理等步驟為主的預處理方式，增加可視性并削減了干擾，使恢復圖像的色彩得到改良；Ancuti等人利用了圖像融合技術，改善水下單幅圖像甚至水下拍攝的視頻的質量。基于復原技術的水下圖像處理在過去的十幾年里發展迅速，開發出若干種用于水中環境拍攝的降質照片的復原處理方式。在這些方法中，大多數是建立并利用了退化降解過程中的數學模型。通過添加一個先驗條件來獲得期望的圖像，然后解決退化的逆問題，在之前相關領域的實踐中，由He等人發現的暗通道先驗是最常被采用的先驗。一些基于dark?channel?prior（DCP）的圖象恢復方法被證明是有效的。例如，Jiang等人應用DCP模型，提出了一個在波形補償同時恢復的基礎上的水下圖像復原方案，并根據每個光通道中的場景深度和該光通道的歸一化剩余能量比，對衰減光進行補償，削減水下拍攝照片的光線散射與色偏問題。Galdran等人根據水下環境中光傳播的特性，將暗通道先驗（DCP）改進為紅通道先驗，讓圖像復原算法更好地適應了先前的情況。Lu等人針對渾濁圖像開發了一種基于距離的對比度和顏色退化模型。

然而在上述方法中，存在色彩恢復信息不夠充分，水體本身顏色預期誤差等問題，可能會導致誤差，最近，Fattal等人將顏色線模型引入去霧的場景深度估計問題，我們發現它在圖像色彩信息開發中良好的功能特性，這促使我們采用顏色線模型來處理水下環境中的退化問題，提出了一種基于顏色線模型處理水下圖像復原問題的新方法。

迄今為止，在國內外已發表的論文中尚未出現將顏色線模型與水下圖像退化模型結合的水下圖像復原算法，因此，本專利的發明內容具有獨創性，該復原算法適應各種復雜水下環境，具有較好的效果，有著廣泛的應用場景。

發明內容