[發明專利]一種基于相對輻射校正的水下主動光學影像亮度校正方法

在審

• 申請號: 202210584425.6
• 申請日: 2022-05-27
• 公開（公告）號: CN114926361A
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 柳稼航;池偉健;劉镕滔
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T7/00;G06T7/90
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王安琪

本發明公開了一種基于相對輻射校正的水下主動光學影像亮度校正方法，利用擬合參數對水下圖像分通道進行補償，對原始圖像進行分通道亮度均勻性校正，消除光程差和光源非均勻性造成的圖像輻射畸變，恢復各通道圖像相對一致的照度，具有良好的適應性和實用性，復原效果明顯，可廣泛適用于水下圖像的復原；在變換過程中，依據圖像自身的特性自動計算相關變換參數，從而保證了本發明方法對不同圖像的適應性。

技術領域

本發明涉及圖像復原技術領域，尤其是一種基于相對輻射校正的水下主動光學影像亮度校正方法。

背景技術

以太陽作為光源的自然光線在海水中的穿透深度，在大洋I類水體中為數十米，在近岸II類水體中僅在幾米以內。因此，在深度超過幾十米尤其是百米以上大洋海底探測時，太陽光非常微弱甚至消失，只能利用主動光源進行照拍攝明。由于點光源在制造、裝配、使用及維護上有很大的優勢，因而應用上多采用點光源作為照明光源，用于水下主動光學成像探測。但是當照明光接觸到海底地面物體反射，傳播返回到相機傳感器時，整個成像區域背景光強度不均勻變化，以光源最強點為中心向四周衰減。使得成像的四周出現暗角，導致拍攝圖像的整體亮度不均勻，而在水下探測任務中這類圖片大量存在。因而，對水下圖像質量改善算法研究有助于優化水下圖像視覺效果，提高水下觀測效率，對水下勘探及后續應用有重要意義。

目前已經發展了直方圖變換、變換頻域操作、Retinex理論等多種方法。直方圖變換法具有算法簡便、效率高等優勢，通過設定直方圖灰度變換函數，使得直方圖具有特定分布，從而改善圖像質量。雖然對水下圖像視覺質量有所改善，但由于某些區域的過度增強常常會出現明顯的偽影區域，放大圖像中的噪聲。變換頻域操作將圖像作傅里葉變換，將實數域轉換到頻率域中進行處理，再轉換回空間域得到輸出。變換域法能有效提升圖像高頻分量從而改善水下圖像質量，但是成像環境難以精準測量光學參數，水下圖像質量主要受到光的散射效應、吸收作用和噪聲影響為主，變換域方法解決圖像退化的問題具有一定局限性。以Retinex理論從觀察圖像中分離出照射分量和反射分量，或者根據具體的處理目標和需求通過消除光照的影響，改變光照分量與反射分量之間的關系，從而特定地增強圖像。雖然Retinex理論對圖像整體亮度、對比度有一定提升，但是恢復的圖像往往存在光暈、不自然等問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，提供一種基于相對輻射校正的水下主動光學影像亮度校正方法，能夠有效消除各通道內部因光源不均、光程不同等因素造成的輻射畸變，使得圖像中心和邊緣具有相對一致的亮度。

為解決上述技術問題，本發明提供一種基于相對輻射校正的水下主動光學影像亮度校正方法，包括如下步驟：

步驟1、對于輸入圖像f(x，y)分離得到三通道f_R(x，y)、f_G(x，y)、f_B(x，y)；

步驟2、采用多項式對各通道圖像f_n(x，y)，n∈{R，G，B}的亮度分別進行曲面擬合；

步驟3、用η_n(x，y)表示參考圖像的亮度擬合曲面；選取擬合曲面η_n(x，y)的頂點(即最大亮度所在點)的衰減量為0，以該點為參考點進行單點校正；

步驟4、獲得每個像素的亮度補償量之后，直接將補償量按像素位置直接增加到原始圖像上，輸出亮度補償后的圖像g_n(x，y)，計算方式如下：

g_n(x，y)＝f_n(x，y)+δ_n(x，y)；

步驟5、得到各通道亮度校正后的圖像，再次合成為RGB三通道圖像g(x，y)。

優選的，步驟2中，多項式曲面擬合計算公式如下：