[發明專利]一種基于變分框架的水下圖像顏色校正方法及系統

有效

• 申請號: 202010014743.X
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111192222B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 付先平;丁雪妍;王穎;王輝兵
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T5/10;G06T7/90
• 代理公司: 大連至誠專利代理事務所(特殊普通合伙) 21242
• 代理人: 涂文詩;鄧珂

本發明實施例公開了一種基于變分框架的水下圖像顏色校正方法及系統，其包括：S1、獲取水下圖像采樣數據；S2、基于所述水下圖像采樣數據，創建初始的水下圖像顏色校正模型，所述水下圖像顏色校正模型包含水面至物體階段的第一傳播模型以及物體至相機階段的第二傳播模型；S3、給定所述水下圖像顏色校正模型對應的目標函數，所述目標函數是基于所述水下圖像采樣數據的圖像信息所給定的變分函數；S4、求解所述目標函數以獲取水下圖像的顏色校正圖和顏色衰減圖。本發明能夠有效地對圖像進行視覺效果增強；在對求解的顏色衰減圖和顏色校正圖加以約束后獲得最優的顏色衰減圖和顏色校正圖。

技術領域

本發明涉及圖像處理技術領域，尤其涉及一種基于變分框架的水下圖像顏色校正方法及系統。

背景技術

光在水中傳播與空氣中傳播最大的不同是光在水中具有波長依賴性衰減。波長依賴性衰減將導致水下圖像呈現藍綠色調以及較低的對比度。目前，多數水下圖像增強方法在水下圖像顏色校正方面，或采用白平衡等傳統的陸地上色偏校正方法，或在大氣散射模型中考慮透射率圖不同通道衰減情況。前者原是用來校正由色溫引起的色偏，而水下圖像的色偏不是由色溫引起的；在不考慮人工光源的情況下，后者所用的大氣散射模型所描述的是自然光從物體到攝像機的傳播過程，沒有考慮自然光從水面入射到物體這一過程的能量損失，而往往這一過程的能量損失決定了圖像所呈現的顏色；也就是說現有的對水下圖像顏色進行校正的技術均存在一定的缺陷。

發明內容

基于此，為解決現有技術存在的不足，特提出了一種基于變分框架的水下圖像顏色校正方法。

一種基于變分框架的水下圖像顏色校正方法，其特征在于，包括：

S1、獲取水下圖像采樣數據；

S2、基于所述水下圖像采樣數據，創建初始的水下圖像顏色校正模型，所述水下圖像顏色校正模型包含水面至物體階段的第一傳播模型以及物體至相機階段的第二傳播模型；

S3、給定所述水下圖像顏色校正模型對應的目標函數，所述目標函數是基于所述水下圖像采樣數據的圖像信息所給定的變分函數；

S4、求解所述目標函數以獲取水下圖像的顏色校正圖和顏色衰減圖。

可選的，在其中一個實施例中，所述S2中的初始的水下圖像顏色校正模型對應的模型公式為：

S_λ(x)＝I_λ(x)·W_λ(x)＝(J_λ(x)·T_λ(x)+(1-T_λ(x))·B_λ)·W_λ(x)

上述公式中，S_λ(x)表示采樣獲取的水下圖像，I_λ(x)表示物體至相機階段的第二傳播模型，其被看作是初始的顏色校正圖像，W_λ(x)表示水面至物體階段的第一傳播模型，其被看作是初始的顏色衰減圖；

其中，I_λ(x)＝J_λ(x)·T_λ(x)+(1-T_λ(x))·B_λ，x表示所述水下圖像中任意一個像素點，λ表示光線波長，且λ∈{red，green，blue}，其對應于水下RGB圖像的三個顏色通道，T_λ(x)表示透射率圖，B_λ表示背景光，J_λ(x)表示從物體反射的光，即未經“物體-相機”衰減的待復原圖像；

其中，W_λ(x)＝e^-α(λ)D(x)，α(λ)是光在水中傳播的吸收系數，D(x)表示水深。

可選的，在其中一個實施例中，所述S3中的目標函數為：