[發明專利]一種水下圖像增強算法在審

申請號：	202011548878.0	申請日：	2020-12-24
公開（公告）號：	CN113160065A	公開（公告）日：	2021-07-23
發明（設計）人：	陶冶;徐魯強;蒲海波;陳廣同;王凱	申請（專利權）人：	遼寧港口集團有限公司
主分類號：	G06T5/00	分類號：	G06T5/00
代理公司：	大連格智知識產權代理有限公司 21238	代理人：	劉琦
地址：	116001 ***	國省代碼：	遼寧;21
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種水下圖像增強算法
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【權利要求書】：

1.一種水下圖像增強算法，其特征在于：

S1、獲取水下圖像；檢測圖像像素點的紅色通道、綠色通道、藍色通道的像素值，并計算各通道的像素均值；

使用(x，y)代表所在圖像的像素點的位置，I_r(x，y)，I_g(x，y)，I_b(x，y)代表原圖像的紅色、綠色、藍色通道；代表原圖紅色、綠色、藍色通道分別的平均值；

S2、提出五種顏色補償方式：綠色補償紅色；藍色補償紅色；藍色、綠色補償紅色；藍色補償綠色和紅色；綠色補償藍色和紅色；并對圖像的每個像素點進行顏色矯正；

所述S2步驟中顏色補償(即上述“顏色矯正”)所使用的具體計算公式1～5如下：

綠色通道對紅色通道增強：

藍色通道對紅色通道增強：

藍色、綠色通道對紅色通道增強：

綠色通道對藍色及紅色通道增強：

藍色通道對綠色及紅色通道增強：

使用I_re(x，y)，I_ge(x，y)，I_be(x，y)代表增強后的紅色、綠色、藍色通道；并在1～5公式中引入增強系數參數α，α取值范圍一般為[0，1]；

S3、對5種顏色通道補償后的圖像通過UCIQE和UIQM兩種評價方法分別進行定量評價；當α＝1時，選取UCIQE值與UIQM值最大的兩幅圖像作為擬選最優顏色通道補償圖像；

UCIQE的計算公式為UCIQE＝c₁×σ_c+c₂×con₁+c₃×μ_s；其中σ_c代表目標圖像色度的標準差、con_l代表目標圖像對比度的標準差；μ_s代表目標圖像平均飽和度的標準差，其中c₁、c₂、c₃為相關常數系數其總和為1，通過對44個水下圖像數據庫進行測試，推薦c₁、c₂、c₃常數設置為0.4680、0.2745、0.2576較為合適(參考文獻：M.Yang and A.Sowmya，″An UnderwaterColor Image Quality Evaluation Metric，″IEEE Transactions on Image Processing，vol.24，no.12，pp.6062-6071，2015.)；

UIQM的計算公式為UIQM＝c₁×UICM+c₂×UISM+c₃×UIConM；

其中，UICM代表目標圖像的顏色測量指標；UISM代表目標圖像銳利度的測量指標；UIConM代表目標圖像對比度測量指標，其中c₁、c₂、c₃為相關常數系數，通過大量的試驗數據表明，推薦c₁、c₂、c₃常數設置為0.0282、0.2953、3.5753較為合適(參考文獻：K.Panetta，C.Gao，and S.Agaian，″Human-visual-system-inspired underwater image qualitymeasures，″IEEE Journal of Oceanic Engineering，vol.41，no.3，pp.541-551，2016.)；

S4、對于所述S3步驟中獲得的擬選最優顏色通道補償圖像，分別采用UCIQE和UIQM對采用不同補償系數α生成的圖像進行定量評價；

分別以n(n＜1)的增強在(0，1]的范圍內設定α的值，生成相應的2/n幅圖像，并設定m＝(0∶1∶2/n]分別代表這2/n幅圖像；

所述步驟S4中使用UCIQE(m)代表第m種α值的通道增強后的圖像UCIQE的取值，min(UCIQE)代表2/n幅圖像UCIQE最低的值，max(UCIQE)代表2/n幅圖像UCIQE最高的值；UIQM(m)代表第m種α值的通道增強后的圖像UIQM的取值，min(UIQM)代表2/n幅圖像UIQM最低的值，max(UIQM)代表2/n幅圖像UIQM最高的值；

S5、使用公式6，取最大的比重和結果對應的α值作為所述S2步驟計算公式1～5中的α值，選擇此α值對應的顏色補償方法生成的圖像作為最佳顏色矯正圖像；

公式6中UCIQE(m)代表第m種α值的通道增強后的圖像UCIQE的取值，min(UCIQE)代表2/n幅圖像UCIQE最低的值，max(UCIQE)代表2/n幅圖像UCIQE最高的值；UIQM(m)代表第m種α值的通道增強后的圖像UIQM的取值，min(UIQM)代表2/n幅圖像UIQM最低的值，max(UIQM)代表2/n幅圖像UIQM最高的值；

S6、對最佳顏色矯正圖像進行白平衡處理，采用Gray World白平衡假設進行白平衡處理即得到改進白平衡強化圖像；

S7、人工調節γ值生成改進白平衡強化圖像的多幅欠曝光版本公式：γ為正整數，取值1、2、3、4、5；同時對應γ的取值生成5幅圖片；

S8、通過公式7～9計算三種權重值；

對比度權重值公式：

公式7中為γ＝k(k為經γ調節處理后生成的欠曝光圖像的數量，對應于γ的數量即1，2，3，4，5)的圖像每個像素(x，y)的對比度權重；E_k代表γ＝k的圖像，x，y分別對應γ＝k圖像的像素位置；

飽和度權重值公式：

公式8中為γ＝k，每個像素(x，y)的飽和度權重；R_k(x，y)，G_k(x，y)，B_k(x，y)分別代表白平衡后圖像的紅色、綠色、藍色在γ＝k，像素(x，y)的強度值；分別代表白平衡后圖像的紅色、綠色、藍色在γ＝k，像素(x，y)的平均強度值；

最佳曝光度權重值公式：

公式9中為γ＝k，每個像素x的最佳曝光度權重；為γ＝k，每個像素(x，y)，分別在c顏色通道(紅、黃、藍三個顏色通道)的強度值；常數系數σ＝0.2；

S9、通過公式10將三種權重值相乘，計算結果進行標準化處理；

相乘公式：

公式10中W_k(x，y)為＝k，每個像素x的權重設定；為所述對比度權重值，為所述飽和度權重值，為最佳曝光度權重值；