[發(fā)明專(zhuān)利]一種結(jié)合不感興趣區(qū)域的水下圖像增強(qiáng)算法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010139831.2
• 申請(qǐng)日: 2020-03-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111369462B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡凱;劉佳;劉卿卿;劉云平;楊立帆
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京信息工程大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06T5/00
• 分類(lèi)號(hào): G06T5/00;G06T7/62;G06N3/02
• 代理公司: 南京鐘山專(zhuān)利代理有限公司 32252
• 代理人: 王磊

本發(fā)明提供一種結(jié)合不感興趣區(qū)域的水下圖像增強(qiáng)算法，針對(duì)經(jīng)典DCP算法在水下圖像增強(qiáng)方面的局限性，通過(guò)利用人眼感興趣區(qū)域理論，提取出不感興趣區(qū)域，然后在此基礎(chǔ)上，提取各個(gè)通道的像素平均值，作為水體背景顏色；然后采用經(jīng)典DCP算法還原出結(jié)果，本發(fā)明解決了原先暗通道理論在解決水下圖像增強(qiáng)問(wèn)題中，沒(méi)有基于嚴(yán)謹(jǐn)理論選取水下背景的問(wèn)題，可以在非背景的亮度高于背景部分的情況下，有效的選取水體背景亮度，提高圖像增強(qiáng)的效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水下圖像增強(qiáng)算法技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種結(jié)合不感興趣區(qū)域的水下圖像增強(qiáng)算法。

背景技術(shù)

隨著海洋的開(kāi)發(fā)，水下機(jī)器人技術(shù)的研究成為當(dāng)今時(shí)代的熱點(diǎn)與趨勢(shì)。目前，水下機(jī)器人廣泛應(yīng)用于水下管道檢查、船體檢修、水下娛樂(lè)、水下考古和科研考察等領(lǐng)域。有研究人員針對(duì)觀測(cè)型水下機(jī)器人進(jìn)行研究。水下機(jī)器人主要的環(huán)境感知手段是圖像，但是水體對(duì)光會(huì)產(chǎn)生散射與吸收的效應(yīng)，導(dǎo)致水下圖像出現(xiàn)嚴(yán)重的弱化現(xiàn)象，從而嚴(yán)重影響了水下機(jī)器人作業(yè)任務(wù)的順利開(kāi)展。水體的散射效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致水下圖像的對(duì)比度下降，即產(chǎn)生類(lèi)似霧化的現(xiàn)象。吸收效應(yīng)會(huì)使水下圖像的亮度下降，當(dāng)處于深水區(qū)時(shí)，甚至?xí)霈F(xiàn)完全漆黑的現(xiàn)象。此外，水對(duì)不同波長(zhǎng)的光的吸收能力不同，水下圖像會(huì)產(chǎn)生色偏。面對(duì)水體對(duì)圖像質(zhì)量的影響，圖像增強(qiáng)是開(kāi)發(fā)水下機(jī)器人的必要前提。

現(xiàn)有的圖像增強(qiáng)算法中，基于暗通道理論(DCP)的圖像增強(qiáng)算法是一個(gè)重要分支。但是，原有的暗通道理論是面向于大氣圖像的圖像增強(qiáng)算法，并不完全適合于水下圖像的環(huán)境，其中，比較明顯的是，在求取以水體為背景顏色時(shí)，是通過(guò)在暗通道圖像中尋找亮度為前0.1％的像素，然后去這些像素對(duì)應(yīng)原圖像的三通道均值作為背景顏色。算法中“0.1％”部分是經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)出來(lái)的數(shù)據(jù)，但是該算法一是只考慮到了背景的亮度低于非背景部分的情況，在非背景的亮度高于背景部分的情況下，論文中的“0.1％”就不能成立。而在水下機(jī)器人在水下作業(yè)時(shí)，非水體背景的亮度高于水體背景部分的情況出現(xiàn)概率很大，例如常見(jiàn)的魚(yú)肚、以及水下機(jī)器人的主動(dòng)光源帶來(lái)的近景對(duì)象的過(guò)度曝光。二是由于圖像的像素值為0～255的劃分，因此就算全是背景，那么最多就是1/256＝0.3％的間隔，更何況暗通道圖中最高像素與最低像素的差遠(yuǎn)沒(méi)有256格。

因此，如何面向水下圖像，正確合理的選取水體背景顏色，是一個(gè)需要解決的重要問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

(一)解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明提出一種結(jié)合不感興趣區(qū)域的水下圖像增強(qiáng)算法，進(jìn)行水下圖像的還原工作，該方法解決了原先論文在解決水下圖像增強(qiáng)問(wèn)題中，沒(méi)有基于嚴(yán)謹(jǐn)理論選取水下背景的問(wèn)題。

(二)技術(shù)方案

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種結(jié)合不感興趣區(qū)域的水下圖像增強(qiáng)算法，具體包括以下步驟：

步驟1：通過(guò)使用多特征線性濾波器，提取輸入圖像的顏色特征、亮度特征和方向特征，形成特征金字塔；

步驟2：使用中心-周邊差算子分別計(jì)算這些特征的顯著圖，將不同特征的關(guān)注圖進(jìn)行歸一化處理；

步驟3：通過(guò)非線性歸一化處理，將不同特征各層上進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的相加操作，分別得到顏色、亮度和方向特征的顯著圖；

步驟4：再次歸一化后進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的和求平均操作，就可得到圖像的總顯著圖；

步驟5：使用贏者通吃競(jìng)爭(zhēng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)選擇顯著點(diǎn)，并利用其返回抑制的特性完成顯著點(diǎn)的轉(zhuǎn)移；

步驟6：對(duì)步驟5處理過(guò)的相機(jī)成像的圖片中，取得所有顯著點(diǎn)之外的所有點(diǎn)，作為非顯著點(diǎn)；

步驟7：對(duì)非顯著點(diǎn)的區(qū)域，計(jì)算所有的聯(lián)通區(qū)域，然后，所有聯(lián)通區(qū)域面積小于整體圖像面積比例T1值的，全部舍棄，只保留面積大于等于T1的聯(lián)通區(qū)域，本實(shí)施例中T1值設(shè)為1％