[發明專利]基于偏振和波長衰減聯合優化的水下偏振圖像復原方法

在審

• 申請號: 202010707591.1
• 申請日: 2020-07-21
• 公開（公告）號: CN112070683A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 趙永強;戴慧敏
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T7/90
• 代理公司: 西安維賽恩專利代理事務所(普通合伙) 61257
• 代理人: 劉春

本發明公開了一種基于偏振和波長衰減聯合優化的水下偏振圖像復原方法，包括以下內容：S1、通過工業相機和線偏振片采集水下場景對應的彩色圖像以及4幅偏振圖像，結合水下成像模型對后向散射光和目標信息光進行估計，進而根據后向散射光估計出基于偏振信息的場景深度圖；S2、估計出局部空間平均顏色并實現對目標信息光衰減系數的粗略估計；S3、結合水下成像模型，推導出基于波長衰減信息的場景深度信息，結合波長衰減信息與偏振信息實現對局部鄰域的聯合優化進而完成對衰減系數的精確估計，實現最終清晰水下圖像的恢復。解決了現有的水下成像存在的對比度下降以及水下偏振成像技術存在的色彩畸變問題。

技術領域

本發明屬于偏振圖像處理技術領域，具體涉及一種基于偏振和波長衰減聯合 優化的水下偏振圖像復原方法。

背景技術

目前，水下場景中圖像存在嚴重的退化問題：水體對不同波長的光的吸收度 各不相同，只有特定波長的光能夠在水體中以較低的衰減率傳播，從而造成了水 下圖像的色彩畸變；水體中含有的微粒等物質不僅會使得水下圖像具有較大的噪 聲，還會對光產生散射作用，會將水體中微粒信息傳送至探測器引起“帷幔效應”， 造成圖像對比度下降。

造成水下圖像對比度下降的后向散射光具有偏振相關性，采用水下偏振技術 能夠有效地抑制后向散射光，提高圖像對比度。此外水下偏振成像技術相較于其 他水下成像技術其系統簡單便攜，功耗低，成本低。雖然水下偏振成像方法解決 了圖下對比下降問題，但是由于不考慮光在水體中傳播時的波長依賴性，這類方 法的復原結果存在嚴重的色彩畸變問題，復原效果受限，進一步限制了后續水下 目標的識別、定位的精度。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于偏振和波長衰減聯合優化的水下偏振圖像復 原方法，以解決現有的水下成像存在的對比度下降以及水下偏振成像技術存在的 色彩畸變問題。

本發明采用以下技術方案：基于偏振和波長衰減聯合優化的水下偏振圖像復 原方法，包括以下內容：

S1、通過工業相機和線偏振片采集水下場景對應的彩色圖像以及4幅偏振圖 像，結合水下成像模型對后向散射光和目標信息光進行估計，進而根據后向散射 光估計出基于偏振信息的場景深度圖；

S2、依據所述場景深度圖的深度信息對局部鄰域進行約束，由此估計出局部 空間平均顏色并實現對目標信息光衰減系數的粗略估計；

S3、結合水下成像模型，將初步估計到的衰減系數反饋至模型中，推導出基 于波長衰減信息的場景深度信息，結合波長衰減信息與偏振信息實現對局部鄰域 的聯合優化進而完成對衰減系數的精確估計，實現最終清晰水下圖像的恢復。

進一步的，步驟S1中，水下成像模型表示為：

I_c＝D_c+B_c (1)，

I_c＝J_ce^-βz+B_∞(1-e^-βz),c∈{r,g,b} (2)，

公式(1)中I_c表示退化的水下圖像，D_c表示目標信息光，B_c表示后向散射光， 公式(2)中J_c表示場景中目標無衰減的輻照度，即所要求解的無色彩畸變的清晰圖 像，β表示衰減系數，z表示目標到相機的距離，e^-βz表示目標信息光的衰減，B_∞ 表示無窮遠處的后向散射光，c表示圖像的三個顏色通道，r表示紅色通道，g表 示綠色通道，b表示藍色通道。

進一步的，步驟S1中，去除后向散射光的方法為：