[發明專利]一種基于雙透射率水下成像模型的圖像顏色校正方法

有效

• 申請號: 201910315751.5
• 申請日: 2019-04-19
• 公開（公告）號: CN111833258B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 田建東;王國霖;唐延東
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T7/90
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富

本發明公開了一種基于雙透射率水下成像模型的圖像顏色校正方法。其中雙透射率水下成像模型是指在原光學水下成像模型的基礎上，按照物理規律在新水下成像模型的基礎上，將透射率定義為直接分量透射率和后向散射分量透射率，通過單幅圖像完成模型的求解，并通過單幅圖像完成模型的求解，得到無色偏水下圖像。采用雙透射率水下成像模型能夠更好地描述水下成像過程中的水體選擇性吸收作用對光線傳輸的影響，實現水下色偏圖像的顏色校正。本文采用的雙透射率水下成像模型能更好地表達水下圖像的物理成像過程，且本文在未引入其他信息，僅通過單幅圖像完成了模型的求解。實驗證明，該方法與經典水下圖像清晰化方法相比，有較好的圖像顏色校正能力。

技術領域

本發明涉及一種水下圖像顏色校正算法，具體說是一種基于雙透射率水下成像模型的圖像顏色校正方法。

背景技術

海洋資源開發以及海洋生物多樣性的研究中，水下機器人能夠代替人進行水下作業，完成人類無法完成的觀測任務，對海洋科學的發展起著積極的促進作用。在水下機器人環境感知中，通過視覺系統完成了引導水下機器人位姿估計，協助機械手進行目標物體抓取等重要任務。然而，水下視覺系統受到水質對光的散射和吸收作用的影響非常嚴重，水下圖像多存在信噪比低、色偏、模糊不清等問題。

校正退化圖像的顏色，消除圖像中無用信息的干擾，進而促進圖像進一步處理結果的可靠性是水下圖像恢復的主要目的。水下圖像增強和復原作為水下視覺系統預處理的一部分，在解決水下圖像恢復問題上發揮著重要的作用。

現有圖像復原方法由于使用原單透射率水下成像模型，因此在應對水下圖像的色偏問題時，不能有效地還原真實圖像的顏色。而增強方法則沒有考慮成像模型，增強后圖像容易出現色偏加劇或者顏色畸變等問題。

發明內容

目前，水下圖像復原中多采用的成像模型為大氣散射模型的簡化模型，該模型未考慮傳輸介質的吸收作用對光線傳輸的影響，因此在圖像存在嚴重色偏時，恢復效果不佳。針對上述技術不足，本發明的目的提供一種基于雙透射率水下成像模型的圖像顏色校正方法。該方法可以在嚴重色偏的水下環境中，高效地獲得無色偏的水下圖像。

實現本發明目的所采用的具體技術方案如下：

一種基于雙透射率水下成像模型的圖像顏色校正方法，包括以下步驟：

步驟一：將透射率定義為直接分量透射率和后向散射分量透射率，建立雙透射率水下成像模型式中，I_c表示水下退化圖像，I′_c表示復原后的無退化水下圖像，A_c表示背景光估計值；為直接分量透射率，為后向散射分量透射率；

步驟二：利用色偏對成像結果的影響，應用DCP的改進算法得到紅色暗通道先驗RDCP，用于估計圖像深度信息，得到紅色暗通道先驗值；

步驟三：通過四叉樹分級搜索方法找到背景光所在位置和背景光估計值；

步驟四：將紅色暗通道先驗值代入雙透射率水下成像模型，獲得后向散射分量透射率

步驟五：對背景光估計值進行校正，獲得無退化像素點的值；將無退化像素點代入雙透射率水下成像模型，得到無退化像素點的直接分量透射率；通過后向散射分量透射率和直接分量透射率的光線傳輸距離的相關性，將單點直接分量透射率擴展為全圖直接分量透射率

步驟六：將雙透射率水下成像模型變形，可得式中，t₀表示為避免過小設置的臨界值，該值能有效地防止直接分量透射率過小造成的圖像復原時的像素點過度增強；

步驟七：將上述步驟中獲得的背景光估計值、后向散射分量透射率、直接分量透射率代入步驟六中的公式，得到顏色校正的水下圖像。

所述紅色暗通道先驗值的計算如下：