[發(fā)明專利]一種水下圖像增強(qiáng)方法

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• 申請日: 2022-05-31
• 公開（公告）號: CN115034985A
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張?zhí)m勇;李承羽;韓宇;常佳程;譚逸凡;任元杰;趙世泉;張梓琪;張仁冰;任偉杰;李冰
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T7/90
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種水下圖像增強(qiáng)方法，包括對水下拍攝的原始圖像進(jìn)行反轉(zhuǎn)處理，得到暗通道圖像；根據(jù)暗通道圖像計(jì)算全局背景光和水下環(huán)境光；計(jì)算得出水介質(zhì)對光的透射率；根據(jù)全局背景光和水介質(zhì)對光的透射率計(jì)算得到初步的去霧處理水下圖像；利用多尺度的Retinex算法對初步的去霧處理水下圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)處理；利用色彩恢復(fù)函數(shù)彌補(bǔ)圖像失真現(xiàn)象；利用直方圖截取平衡不同色彩通道的多尺度Retinex處理值在最終處理圖像中的占比，獲得二次處理水下圖像；利用高斯濾波和引導(dǎo)濾波的雙邊濾波器對二次處理水下圖像進(jìn)行噪點(diǎn)處理，得到最終圖像。本發(fā)明提升了帶霧偏色低質(zhì)量的水下拍攝原本圖像的清晰度，并降低色彩偏差程度與噪點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種水下圖像增強(qiáng)方法，特別是一種基于暗通道和Retinex理論的水下拍攝圖像質(zhì)量增強(qiáng)的方法。

背景技術(shù)

近年來，隨著國內(nèi)外對與海洋探索的不斷深入，水下機(jī)器人技術(shù)得到了極大的發(fā)展，尤其是無人水下機(jī)器人，以其低成本高效率的特點(diǎn)，逐步成為研究的熱點(diǎn)。無人水下機(jī)器人通常配置有視覺傳感設(shè)備用于捕捉周圍的環(huán)境信息，以視頻、圖像、實(shí)況圖像等等作為承接記錄的載體。但是水下場景與陸地場景有很大的不同，即使是經(jīng)過過濾的最純凈的水，它對光的衰減也是很嚴(yán)重的，并且復(fù)雜的水體特性和大量的懸浮顆粒都會影響光波的正常傳輸。水下拍攝的圖像，通常會呈現(xiàn)模糊、偏色、細(xì)節(jié)缺失等多種圖像質(zhì)量問題，對后續(xù)的圖像應(yīng)用產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

目前，圖像處理領(lǐng)域的重心仍然在陸上圖像處理上，雖然對于水下圖像質(zhì)量增強(qiáng)有一些借鑒意義，但是直接將陸地方法遷移到水中，效果不佳，對水下圖像質(zhì)量增強(qiáng)方法的研究仍然十分有必要。

根據(jù)圖像處理過程所考慮的圖像域的不同，水下圖像增強(qiáng)的方法大致可以分成兩個大類：空域法和變換域法。空域法是以灰度映射為基礎(chǔ)，基于像素層面的圖像增強(qiáng)操作，較為常見的像素操作有圖像對比度增強(qiáng)、圖像灰度層改善。陸上圖像的傳統(tǒng)增強(qiáng)圖像對比度的方法有自適應(yīng)直方圖均衡化、灰度邊緣假設(shè)、白平衡算法等。這些方法在陸上圖像中具有較好的效果，但是對水下圖像的增強(qiáng)效果不太理想，空域法在增強(qiáng)圖像效果的同時，也會放大顏色失真、噪聲光斑的問題。變換域法則是依據(jù)一些具體的變換規(guī)則，將圖像從空域變換到其他域，例如頻域、小波域等特征域。在特征域中進(jìn)行相應(yīng)的圖像增強(qiáng)，之后轉(zhuǎn)換回空域得到增強(qiáng)之后的圖像。最常見的變換域圖像處理方法是小波變換法。

暗通道先驗(yàn)是一種基于統(tǒng)計(jì)大量清晰的圖像從而得出共性的結(jié)論——絕大多數(shù)的清晰無霧的圖像都在局部區(qū)域中存在至少一個顏色通道的強(qiáng)度值很低的像素。但是在水下拍攝環(huán)境中，光找強(qiáng)度隨著水深的增加迅速衰減，故拍攝的水下圖像多是無光或者弱光環(huán)境，水下拍攝的圖像多依賴補(bǔ)充光照，近距離的強(qiáng)光照也導(dǎo)致了拍攝到的圖像存在大面積反光；此外由于水這種介質(zhì)對不同波長光的選擇性吸收，水下拍攝圖像存在嚴(yán)重偏色問題。這些問題都導(dǎo)致了單一的暗通道處理在水下場景中圖像增強(qiáng)效果不佳，且許多陸上圖像處理方式應(yīng)用于水中，常常會出現(xiàn)圖像色彩失衡，圖像整體偏暗的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于暗通道、雙邊濾波和Retinex理論的水下圖像增強(qiáng)方法，提高水下拍攝圖像的質(zhì)量，兼顧了色彩校正、細(xì)節(jié)保留。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種水下圖像增強(qiáng)方法，包括以下步驟：

步驟1：對水下拍攝得到的原始圖像進(jìn)行反轉(zhuǎn)處理，得到對應(yīng)的暗通道圖像；

步驟2：根據(jù)暗通道圖像計(jì)算全局背景光和水下環(huán)境光；

步驟3：計(jì)算得出經(jīng)過導(dǎo)向?yàn)V波處理后的水介質(zhì)對光的透射率；

步驟4：根據(jù)所述全局背景光和水介質(zhì)對光的透射率計(jì)算得到初步的去霧處理水下圖像；

步驟5：利用多尺度的Retinex算法對初步的去霧處理水下圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)處理；

步驟6：利用色彩恢復(fù)函數(shù)彌補(bǔ)圖像失真現(xiàn)象；