[發明專利]基于多特征融合的水下圖像顏色校正和對比度增強方法

有效

• 申請號: 201911207724.2
• 申請日: 2019-11-29
• 公開（公告）號: CN111047530B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 張維石;周景春;張得歡;王博豪
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T5/20;G06T5/50
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 姜玉蓉;李洪福

1.一種基于多特征融合的水下圖像顏色校正和對比度增強方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S01：將輸入的原始圖像進行白平衡處理，得到顏色校正圖，作為輸入圖一；所述步驟S01中的圖像顏色校正的白平衡算法，通過計算求解，理論公式如下：

其中，K_R、K_G、K_B分別表示R、G、B通道的增益；λ表示動態參數，λ＝0.005；m、n分別表示圖像的長和寬；

根據所述R、G、B通道的增益，求取個各通道的像素值區間[L_S,H_S]，S∈{R,G,B}；

其中，I(i,j,S)表示S通道像素值；L_S表示S通道的K_S分位數，H_S表示S通道的1-K_S分位數；

由于水下圖像受光散射影響，導致獲取圖像模糊程度不同，因此，對色彩補償后圖像進行自適應對比度拉伸，為保證輸出圖像自然，對比度拉伸取決于分位數選取，具體為：

其中T_R(i,j)、T_G(i,j)、T_B(i,j)分別表示所述R、G、B通道的白平衡后的像素值；

步驟S02：通過引導濾波處理所述輸入圖一，得到對比度增強圖，作為輸入圖二；

步驟S03：對所述輸入圖一和所述輸入圖二分別提取四個特征權重圖，所述特征權重圖包括：飽和度權重，全局對比度權重，顯著圖權重，局部對比度權重；

步驟S04：對所述步驟S03中得到的所述四個特征權重圖加權融合后進行歸一化處理，得到標準化權重圖一和標準化權重圖二；

步驟S05：通過多尺度融合方法對所述步驟S04獲取的所述標準化權重圖一和所述標準化權重圖二，得到融合后圖像；

步驟S06：對所述步驟S05獲取的所述融合后圖像采用色階處理得到增強圖像。

2.根據權利要求1所述的基于多特征融合的水下圖像顏色校正和對比度增強方法，其特征在于：所述步驟S02中的引導濾波方法為：

基于局部線性模型的表達式為：

其中，q(x,y)表示濾波輸出圖像，T_L,i(x,y)表示引導圖像，i和k均表示像素索引，a和b均表示當窗口中心位于k時該線性模型的系數；

求解濾波結果，即相當于最小化代價函數求解，最小化代價函數E(a_k,b_k)如下：

其中，ω_k是以像素k為中心的局部窗口，p(x,y)是q(x,y)濾波前結果，ε是正則化系數；

通過最小化代價函數求解，求解a_k、b_k的結果為：

其中u_k和分別表示i在局部窗口ω中的均值和方差，ω表示窗口內像素個數。

3.根據權利要求1所述的基于多特征融合的水下圖像顏色校正和對比度增強方法，其特征在于：所述步驟S04中的多尺度融合方法如下為：

W_k(x,y)＝W_La,k(x,y)+W_S,k(x,y)+W_LC,k(x,y)+W_Sat,k(x,y)；

其中，W_La,k(x,y)表示全局對比度權重；W_S,k(x,y)表示顯著圖權重；W_LC,k(x,y)表示局部對比度權重圖；W_Sat,k(x,y)表示飽和度權重圖；下標k表示第k個輸入圖像。

4.根據權利要求1所述的基于多特征融合的水下圖像顏色校正和對比度增強方法，其特征在于，所述步驟S06中的自動色階函數表達形式如下所示：

其中，M表示將單通道的像素值，從小到大排序，得到的一維數組；T表示閾值，T＝0.01；m表示單通道像素矩陣的高；n表示單通道像素矩陣的寬；R'_E(x,y)表示自動色階的結果圖；

為了保證像素值有效輸出范圍[0,255]，對出現低通量或過流的某些像素值進行截斷，截斷為0或255；R_Enhance(x,y)表示細節提升結果：