[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

本發明公開了一種水下圖像增強算法，屬于圖像處理技術領域。通過水下彩色圖像質量評價和水下圖像質量測量指標兩種被廣泛認可用于水下彩色圖像的客觀評價指標，構建一個最佳指標選擇公式來確定最優顏色補償的白平衡措施，并結合采用人工方式從單一圖像生成多幅欠曝光圖像的多層級融合技術，共同構建本發明的算法。本發明能有效去除水下圖像色偏，增強圖像對比度，使得強化圖像具有更強的觀測質量。與現有水下圖像增強算法相比，本發明可有效增強水下圖像視覺質量，還可改善霧天，低光照及自然圖像的視覺質量。同時本發明在計算機視覺技術的SIFT匹配系統下效果改善明顯。

技術領域

本發明涉及一種水下圖像增強算法，屬于圖像處理技術領域。

背景技術

水下成像技術已應用于各行各業，諸如港口設施的監測，水下目 標的檢測，海洋生物的發現和水下機器人的控制等。得到清晰準確的 圖像是開展相關水下任務的重要前置條件。由于光在水中的傳輸受水 中介質的散射和吸收的作用，使水下圖片往往具有顏色失真、對比度 降低、細節信息不足等缺陷。其中水對光的吸收取決于光波的長度， 一般超過5米水深拍攝的圖像便會呈現明顯的藍綠色調。水下成像的 特點嚴重影響了人們開展水下工作的進程。

人們已針對水下圖像質量退化問題開展了諸多研究。其主要方法 可分為以下四類：一是基于額外硬件設備獲取單一場景多幅圖像的去 霧方法；二是基于空間域或頻率域變換的水下圖像增強算法；三是基 于反演水下成像模型的水下圖像復原算法；四是最近比較熱門的基于 深度學習技術的水下圖像去霧算法。

其中第一類方法因水下環境的局限性，對單一場景獲取多幅圖像 的設備往往極為昂貴且操作復雜，一般的使用人員無法實操。第三類 方法基于反演水下成像模型的復原方法往往需要大量的環境先驗知 識作為應用前提，并根據特定水域特點進行相關成像參數的預估，運 算極為復雜、耗時，且僅適用于單一水域場景，通用性不強。而最近 比較熱門的基于深度學習技術的水下去霧方法往往需要大量的水下 相關相片樣本構建完善的數據庫才能發揮其水下去霧的功能，具有較 強的使用限制。因此我們提出一種水下圖像增強算法和系統，只根據 獲得的單幅水下圖像的信息及我們發明的算法和系統即可對其進行 水下圖像的質量增強，操作簡便，效果明顯。

發明內容

一種水下圖像增強算法，包括：

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：