[發明專利]一種面向UUV的水下圖像色彩補償與恢復方法

在審

• 申請號: 201910358840.8
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN111861896A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 梁洪濤;朱鑫;尚茹月;申秀清;史永然;曹仁杰
• 申請（專利權）人: 陜西師范大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T5/40;G06T7/90;G06T5/50
• 代理公司: 西安智萃知識產權代理有限公司 61221
• 代理人: 李炳輝

本發明屬于水下光學成像與圖像增強領域，具體涉及一種面向UUV的水下圖像色彩補償與恢復方法。首先通過水下光學成像模型獲取亮通道水下圖像并對其進行色彩補償，進一步利用直方圖均衡化進行圖像視覺效果增強；其次，在水下光學成像模型的基礎上，考慮多種水域類型，分析紅綠藍通道衰減比，估計背景光和水下透射率，并利用白平衡假設選取最優的水下恢復圖像；最后，基于像素級融合和加權處理對原始圖像的色彩補償圖像與色彩恢復圖像進行加權融合，解決圖像霧化嚴重、對比度低等問題，實現提升圖像質量的效果。

技術領域

本發明屬于水下光學成像與圖像增強領域，具體涉及一種面向UUV的水下圖像色彩補償與恢復方法。

背景技術

水下無人航行器(Unmanned Underwater Vehicle，UUV)作為繼魚雷、水雷等之后的一類新型水中兵器，是一種集環境感知、動態規劃、行為控制與能源適配等功能于一體的水下無人系統，在軍事勘測，水下偵查，防御攻擊等方面具有重要的意義。目前，應用于UUV的水下視覺技術主要可以分為聲視覺和光視覺兩種，其中光視覺圖像增強技術成為UUV水下圖像增強的研究熱點。

由于光在水中發生衰減和散射，使得UUV光視覺系統獲得的光照不均勻且獲得的水下圖像存在模糊、對比度低、顏色失真且存在噪聲的問題。目前，國內外研究水下圖像增強的方法主要分為空域法、頻域法和色彩修正法三種。空域法基本上以灰度映射變換為基礎，直接對圖像的像素進行處理，該類水下圖像增強技術較為成熟，具有算法實現簡單、處理后的水下圖像對比度增強較為明顯等優點，但其沒有考慮偏色情況，引入偽影、顏色失真、放大噪聲等問題沒有得到很好解決；變換域法是運用變換技術，用數字濾波方式調整圖像的清晰度，該類方法在去除水下圖像噪聲方面取得了比較好的效果，但針對水下圖像的低對比度、顏色偏差、模糊等綜合性問題并未取得較理想的效果，且與空域增強技術相比，針對基于頻域的水下圖像增強開展的研究工作較少，進展緩慢；色彩修正法基于物理假設提取紅綠藍通道，并根據波長傳播特性與吸收特性采取色彩補償已達到恢復水下圖像的目標，該類方法處理后的圖片整體質量上有所改善，細節和整體色感也更趨柔和，但在色彩的對比度增強方面還是稍顯不足。

本申請主要針對光在水下的衰減造成的水下圖像模糊、對比度低、顏色失真等多種問題，利用水下光學成像模型Jaffe-McGlamery分離紅綠藍通道分別進行色彩的補償與恢復，并利用像素級加權融合方法對原始圖像的色彩補償圖像與色彩恢復圖像進行融合，解決水下圖像模糊、對比度低、顏色失真等多種問題。

發明內容

為了克服背景技術中所指出的水下圖像模糊、對比度低、色彩失真的問題，本發明提出一種面向UUV的水下圖像色彩補償與恢復方法，旨在實現提升退化圖像的質量、突顯出圖像中的細節信息的目標。

一種面向UUV的水下圖像色彩補償與恢復方法，包括以下步驟：

步驟一：對UUV拍攝到的圖像進行亮通道的提取

根據Jaffe-McGlamery水下光學成像模型可得總強光的表達式，即

式(1)中，(x,y)代表圖像中像素具體位置，C∈{R,G,B}代表紅、綠、藍三種通道，J_c(x,y)為原始圖像,I_c(x,y)為衰減后的圖像，A_∞為背景光；E_d(x,y)為攝像機接收的直接光強；c(λ)為總的衰減系數，包含由吸收和散射造成的衰減，λ為圖像R,G,B三個顏色通道中的某一通道；d(x)為物體與UUV之間的距離；g(x,y)為點擴展函數；E_f(x,y)為前向散射光強；E_b(x,y)表示后向散射的光強；

UUV接收到的光由直接分量、前向散射分量和后向散射分量組成，設透射率S_c(x)為：

S_c(x)＝exp[-c(λ)d(x)] (2)