[發(fā)明專利]基于人眼雙拮抗色彩恒常的水下圖像復(fù)原方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011000428.8
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112132763B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孔斌;錢晶;楊靜;王燦
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院;鵬城實(shí)驗(yàn)室
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T5/40;G06T5/50;G06T7/90;G06T3/00
• 代理公司: 合肥市浩智運(yùn)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 34124
• 代理人: 張景云

本發(fā)明公開一種基于人眼雙拮抗色彩恒常的水下圖像復(fù)原方法及系統(tǒng)，包括S01.對原始圖像進(jìn)行基于人眼雙拮抗的色差恒常處理，得到色彩補(bǔ)償圖像I_BC；S02.對原始圖像進(jìn)行基于白平衡的對比度拉伸處理，得到對比度拉伸圖像I_LS；S03.圖像融合，將色彩補(bǔ)償圖像I_BC和對比度拉伸圖像I_LS在HSV空間進(jìn)行同和，得到融合圖像I_RH；S04.將所述融合圖像I_RH從HSV轉(zhuǎn)變成RGB，得到目標(biāo)圖像。本發(fā)明根據(jù)人眼視覺感知的先驗(yàn)知識，排除多數(shù)色偏因素的影響實(shí)現(xiàn)對顏色的正確感知，并配合傳統(tǒng)的圖像增強(qiáng)和圖像有機(jī)融合的方法，完成在較少耗時(shí)前提下的水下圖像優(yōu)化工作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水下圖像清晰化處理技術(shù)領(lǐng)域，具體來說是一種基于人眼雙拮抗色彩恒 常的水下圖像復(fù)原方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

光學(xué)探測和聲吶探測是水下機(jī)器人環(huán)境探測的兩種主要手段。對比聲吶圖像，光學(xué) 圖像分辨率高、表達(dá)直接，并且包含更豐富的細(xì)節(jié)信息，故基于光視覺的探測技術(shù)在機(jī)器人水下近距離作業(yè)中具有聲吶探測無法代替的優(yōu)勢。根據(jù)所基于的原理不同，傳統(tǒng)的 基于水下圖像清晰化的光學(xué)探測方法一般可分為圖像增強(qiáng)方法和圖像復(fù)原方法。其中圖 像復(fù)原方法的原理是利用圖像退化過程的先驗(yàn)知識去恢復(fù)圖像的原始信息。圖像增強(qiáng)方 法的原理則是根據(jù)圖像中像素值或頻率的分布情況，有針對地抑制或突出經(jīng)過選擇的信 號使其符合所期望的分布。

目前水下圖像清晰化研究面臨的難點(diǎn)在于原始圖像質(zhì)量差、能見度低、目標(biāo)形態(tài)多 變或“變異”。具體表現(xiàn)包括：(1)水體對光線的吸收和散射效應(yīng)導(dǎo)致水下圖像產(chǎn)生“霧化”、色偏等問題，使得水下圖像模糊、對比度低，降低了圖像的分辨率和清晰度；(2) 水中微粒、氣泡、泥沙等導(dǎo)致水下圖像具有較大的噪聲，同時(shí)也增加了散射對成像的影 響，并且海浪、水流等的變化進(jìn)一步導(dǎo)致成像的不確定性；(3)海洋生物因運(yùn)動(dòng)、水流 等引起的形變，以及水下目標(biāo)被其他生物附著、銹蝕等引起的“變異”導(dǎo)致；水下目標(biāo) 呈現(xiàn)出復(fù)雜的形狀、顏色、紋理、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等；(4)有限的輔助照明導(dǎo)致圖像呈現(xiàn)出非 均勻照度與亮度分布?，F(xiàn)有的方法雖然在一定程度上改善了水下圖像質(zhì)量，但由于受 水下成像退化物理模型、水下光學(xué)特性的影響，對水下圖像顏色感知的處理并不理想， 且易產(chǎn)生過飽和或欠飽和區(qū)域。

如《光學(xué)學(xué)報(bào)》在2018年1月公開的一篇“基于背景光估計(jì)與暗通道先驗(yàn)的水下 圖像復(fù)原”一文，作者謝昊伶、彭國華、王凡、楊成，西北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院，北京大學(xué) 工學(xué)院。文中公開了采用基于暗通道先驗(yàn)的水下圖像復(fù)原方法，該方法雖然能夠一定程 度上復(fù)原圖像，但是計(jì)算量大，耗時(shí)長。同時(shí)由于其背景光的理論表達(dá)只針對自然光照， 因而與本發(fā)明算法相比，該算法僅適用于淺水區(qū)域的水下圖像復(fù)原，不適用于深水區(qū)域 人工輔助照明下的水下圖像復(fù)原。

又如網(wǎng)站：http://kns.cnki.net/kcms/detail/31.1690.TN.20180907.1100.002.html于2018 年9月7日公開的“基于場景深度估計(jì)和白平衡的水下圖像復(fù)原”(作者蔡晨東、霍冠 英、周妍、韓輝，海河大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院、常州市傳感網(wǎng)與環(huán)境感知重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)， 文中公開了采用基于場景深度估計(jì)和白平衡的方法可以去除水下圖像散射模糊的同時(shí)， 對不同色偏情況均能較好的恢復(fù)色彩平衡。但是該方法依然存在計(jì)算量大，耗時(shí)長的問 題。同時(shí)，由于其工作原理是基于近景與遠(yuǎn)景的一般特征進(jìn)行場景深度估計(jì)，若出現(xiàn)近景的紋理較少，而遠(yuǎn)景卻包含大量紋理特征時(shí)，易造成誤判，影響后續(xù)的復(fù)原效果。與 本發(fā)明相比，其魯棒性更低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于如何提供一種計(jì)算快，耗時(shí)短的水下圖像復(fù)原方法。

本發(fā)明通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)解決上述技術(shù)問題的：

基于人眼雙拮抗色彩恒常的水下圖像復(fù)原方法，包括以下步驟：

S01.對原始圖像進(jìn)行基于人眼雙拮抗的色差恒常處理，得到色彩補(bǔ)償圖像I_BC；