[發(fā)明專利]基于水下成像環(huán)境模型的數(shù)據(jù)增廣方法

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• 申請日: 2019-12-13
• 公開（公告）號: CN111079733A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃海;梅洋;萬兆亮;周浩;石曉婷;吳晗;靳佰達
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: G06K9/20
• 分類號: G06K9/20;G06T5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于水下成像環(huán)境模型的數(shù)據(jù)增廣方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

步驟一、針對水下湍流的存在對水下圖片成像質(zhì)量有衰減作用，不同程度的海洋湍流對水下圖像的影響不同采用基于湍流模型的數(shù)據(jù)增廣方法，模擬不同程度的海洋湍流對水下圖片成像的影響；

步驟二、針對水下圖片通過水下機器人拍攝，不同的拍攝視角拍攝同一個目標存在不同采用基于透視變換模型的數(shù)據(jù)增廣方法，模擬同一目標不同的拍攝視角所拍攝的圖片；

步驟三、針對水下拍攝光照不足時需要人造光輔助照明，人造光的存在會使圖片存在不均勻光照現(xiàn)象采用基于不均勻光照模型的數(shù)據(jù)增廣方法，模擬水下圖片不同的不均勻光照現(xiàn)象。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于水下成像環(huán)境模型的數(shù)據(jù)增廣方法，其特征在于：步驟一所述基于湍流模型的數(shù)據(jù)增廣方法是通過模擬不同程度的海洋湍流對圖像的干擾進行數(shù)據(jù)增廣，具體包括以下步驟：

步驟1.對圖像使用湍流系數(shù)k處理得到圖像復(fù)原的結(jié)果，維納濾波復(fù)原圖像的過程為：

式中，T(u,v)是湍流函數(shù)，u和v表示像素點的坐標值，k是湍流系數(shù)；Q(u,v)是一個常量，G(u,v)是原始圖像的傅里葉變換形式，是復(fù)原后圖像的傅里葉變換形式，復(fù)原后的圖像可通過對進行傅里葉逆變換處理得到；

步驟2.得到復(fù)原圖像后，使用維納濾波的逆過程來對圖像模擬不同程度的海洋湍流對正常圖像的衰減影響，達到模擬不同的海況下增廣水下圖片的目的；維納濾波的逆過程定義為：

式中，F(xiàn)(u,v)是復(fù)原后圖像的傅里葉變換形式，是圖片加湍流處理后的傅里葉變換形式。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于水下成像環(huán)境模型的數(shù)據(jù)增廣方法，其特征在于：步驟二所述基于透視變換模型的數(shù)據(jù)增廣方法是通過模擬水下圖像不同的拍攝視角進行數(shù)據(jù)增廣，具體包括以下步驟：

步驟1.求解單應(yīng)性矩陣，求解的方法為四點求解單應(yīng)性矩陣的方法，通過選取4對以上的合適透視變換點對并用SVD分解方法求其解單應(yīng)性矩陣H；求解公式為：

其中H代表三維坐標點在相機1到相機2的單應(yīng)變換矩陣，

步驟2.得到單應(yīng)性矩陣H后使用隨機采樣一致性即Random Sample Consensus,簡稱RANSAC方法對其進行優(yōu)化，最后使用下式進行像平面之間的坐標點轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)對圖片的透視變換，

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種基于水下成像環(huán)境模型的數(shù)據(jù)增廣方法，其特征在于：步驟三所述基于不均勻光照模型的數(shù)據(jù)增廣方法是模擬水中不均勻光照的現(xiàn)象進行數(shù)據(jù)增廣，具體包括以下步驟：

步驟1.收集一批經(jīng)典的水下不均勻光照圖像，使用線性空間濾波方法的矩形平均濾波器來計算這些不均勻光照圖片的光照強度分布模板E，

這個空間濾波操作的描述為：

式中，O表示不均勻光照圖像，E表示提取得到的不均勻光照圖像O的光照強度模板，X表示卷積核，它是一個單位矩陣，M和N表示卷積核X的長和寬，一般將M和N設(shè)為圖像長和框的1/6。符號表示矩陣卷積運算；

步驟2.計算光照強度模板E與其平均值a的差值模板D，計算公式為：

式中，m和n分別是模板E的寬和高，D是模板E和其平均值a的差值模板；

步驟3.將差值模板D與原圖像I進行融合，達到模擬不均勻光照下的增廣圖片的目的，融合公式為：

式中，A是被增廣圖像。符號表示矩陣加法運算。