[發明專利]一種基于波長補償的水下圖像復原方法

有效

• 申請號: 202011444570.1
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112488955B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 張維石;周景春;張得歡
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 姜玉蓉;李洪福

本發明提供了一種基于波長補償的水下圖像復原方法。本發明方法包括：對原圖像進行基于九分位細分層次搜索估計大氣光點。然后在不同的Jerlov水類型中使用Haze?lines方法計算透射圖，使用不同衰減系數補償大氣光，計算距離圖和深度圖，得到復原圖。為進一步提高水下圖像的對比度，使用對比度受限的自適應直方圖對復原結果進行增強。然后根據基于灰度世界假設和信息熵的選取法則的確定最終輸出圖像。本發明利用九分位的方法獲取大氣光，有效地避免景物和光斑對估計大氣光造成的影響，準確的估計大氣光。使用不同的水的類型估計距離圖和深度圖，有效地解決水下圖像退化問題，最后使用對比度受限的自適應直方圖進行增強可以有效地增強圖像的對比度和亮度。

技術領域

本發明涉及水下圖像處理技術領域，具體而言，尤其涉及一種基于波長補償的水下圖像復原方法。

背景技術

由于水下環境的物理屬性，水下圖像處理仍然具有挑戰性。在許多情況下，采集的水下圖像受到吸收和散射作用而退化。在水下場景，相機獲取的光主要包含三個部分，一是來自物體反射光的直接分量；二是目標的反射光到達相機鏡頭前遇到水中懸浮粒子發生小角度隨機散射而引起的前向散射分量；三是光線在照射到水中物體時遇到水中的雜質就會發生散射直接被攝像機接收的后向散射分量。水下圖像可以表示為上述三個分量的線性疊加。前向散射導致圖像模糊，而后向散射掩蓋了圖像的細節。此外，懸浮顆粒帶來不必要的噪聲。退化的水下圖像在信息顯示和提取有價值的信息存在一定局限性，如海洋環境監測、海洋生態保護、考古學以及海洋資源勘探等。

發明內容

根據上述提出的技術問題，提供一種基于波長補償的水下圖像復原方法。本發明主要使用九分位層次搜索法求水下圖像的大氣光值，根據不同Jerlov水類型中的不同衰減系數求解水下圖像的距離圖、深度圖，對水下圖像進行復原，然后使用對比度受限的自適應直方圖增強對比度，最后根據深度世界假設自動選擇最佳結果。

本發明采用的技術手段如下：

一種基于波長補償的水下圖像復原方法(An?Underwater?Image?RestorationMethod?based?on?Wavelength?Compensation)，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S01：獲取初始圖像，對所述初始圖像創建水下圖像復原模型；

步驟S02：對所述初始圖像進行九分位層次搜索，確定水下圖像的大氣光；

步驟S03：根據所述步驟S02中的大氣光，在不同的Jerlov水類型中對初始圖像中，通過Haze-Lines方法獲取初始圖像的透射圖和距離圖；

步驟S04：根據所述步驟S02中的大氣光，在不同的Jerlov水類型進行大氣光補償，獲取水面的光源強度；根據所述距離圖和所述水面的光源強度，在不同的Jerlov水類型中，根據波長衰減系數獲取深度圖；

步驟S05：根據所述初始圖像、所述大氣光、所述距離圖和所述深度圖，在不同的Jerlov水類型根據波長衰減系數求解水下圖像；

步驟S06：對所述水下圖像進行對比度受限的自適應直方圖增強，獲取增強圖像；

步驟S07：根據所述步驟S06中得到的不同類型的增強圖像根據基于灰度世界假設和信息熵的選取法則選擇最終增強圖像。

進一步，所述步驟S01中的水下圖像復原模型為：

其中，I_c表示初始圖像，即所需復原的水下圖像，J_c表示復原后的水下圖像，c表示R，G，B三個顏色通道，x,y表示不同的像素位置，β表示衰減系數，d(x,y)表示在x,y位置的距離，此處的距離表示由相機到場景的距離，D(x,y)表示在x,y位置的像素點距離水面的深度，B表示水下圖像的大氣光。