一種水下降質(zhì)圖像的自適應增強方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種水下降質(zhì)圖像的自適應增強方法，屬于圖像處理技術領域。
【背景技術】
[0002] 在水下，光波并沒有聲波那樣優(yōu)良的傳輸特性，水體對光能量有著較強的吸收作 用，更不利的是水體、懸浮顆粒對光線還有著極強的散射效應，水的透明度越低散射效應就 越嚴重。水下光傳輸時發(fā)生的吸收和散射效應極大限制了水下可見光成像的距離。理論和 實踐經(jīng)驗都已證明，當照明功率達到一定水平后，只靠提高照明功率并不能使圖像襯度和 觀測距離有所改善。因此，對水下圖像做清晰化處理來提高成像質(zhì)量成為增加水下有效觀 測距離的重要手段。
[0003] 目前水下光學成像清晰化方法主要分為三大類：第一類是對光的散射作用進行補 償處理的方法，此類方法可以提高水下圖像的對比度和視覺觀感，以及去除水體散射作用 導致的圖像模糊等；第二類是對水下圖像進行顏色校正處理，此類方法重在處理水下圖像 顏色變化問題；第三類主要利用圖像融合的方法，該方法采用多種不同方法對水下圖像增 強，然后取一定的系數(shù)對幾幅圖像進行融合以達到增強圖像的目的。這些方法雖然取得很 好的復原效果，但是都需要考慮水下環(huán)境的影響算法復雜度高，同時并沒有完全復原降質(zhì) 的水下圖像。
[0004] 由于水中顆粒物的后向噪聲散射作用，導致水下圖像成像環(huán)境復雜；同時水對不 同波長的光吸收程度不同，會導致水下圖像的光照不均，Retinex理論主要用于補償受光照 影響的圖像。根據(jù)視覺感知特性，人眼的光接收體可分為錐狀體和桿狀體兩類。錐狀體能 辨認圖像的細節(jié)，但在低照度下不起作用，桿狀體在低照度下起作用，但不能感受圖像的細 節(jié)。因此，在太高或太低的照度下，增強細節(jié)意義不大。多尺度Retinex理論的出現(xiàn)實現(xiàn)了 在不同照度下增強圖像的細節(jié)，有利于處理光照不均勻的水下圖像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種水下降質(zhì)圖像的自適應增強 方法，不僅能夠均勻圖像光照，同時可以去除圖像模糊，平衡圖像色彩。
[0006] 為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是：一種水下降質(zhì)圖像的自適應增強 方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟一：采集單幅水下彩色圖像g(x，y)，分別對彩色圖像的R、G、B三個通道進行 對數(shù)變換；
[0008] 步驟二：利用基于人眼視覺特性對對數(shù)變換后的圖像進行局部對比度增強處理， 得到 I (X，y);
[0009] 步驟三：通過帶權值的高斯同態(tài)濾波對對數(shù)變換后的圖像進行光照估計；
[0010] 步驟四：利用改進的多尺度Retinex算法實現(xiàn)對局部對比度增強后的圖像進行增 強；
[0011] 步驟五：在分析去模糊圖像的各通道直方圖的基礎上，利用基于直方圖的色階量 化算法實現(xiàn)對多尺度Retinex增強后的圖像進行顏色校正和恢復。
[0012] 步驟二所述局部對比度增強處理的方法是：對步驟一采集的單幅水下彩色圖 像g(x，y)進行雙邊濾波得到圖像Μλ:,彡·），通過公式（1)得到局部對比度增強后的圖像 I (x, y)：
【主權項】
1. 一種水下降質(zhì)圖像的自適應增強方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟一：采集單幅水下彩色圖像g(x，y)，分別對彩色圖像的R、G、B三個通道進行對數(shù) 變換； 步驟二：利用基于人眼視覺特性對對數(shù)變換后的圖像進行局部對比度增強處理，得到 I (x, y)； 步驟三：通過帶權值的高斯同態(tài)濾波對對數(shù)變換后的圖像進行光照估計； 步驟四：利用改進的多尺度Retinex算法實現(xiàn)對局部對比度增強后的圖像進行增強； 步驟五：在分析去模糊圖像的各通道直方圖的基礎上，利用基于直方圖的色階量化算 法實現(xiàn)對改進的多尺度Retinex增強后的圖像進行顏色校正和恢復。
2. 根據(jù)權利要求1所述的水下降質(zhì)圖像的自適應增強方法，其特征在于，步驟二所述 局部對比度增強處理的方法是：對步驟一采集的單幅水下彩色圖像g(x，y)進行雙邊濾波 得到圖像通過公式⑴得到局部對比度增強后的圖像I(x，y): I(x, y) = k (g(x, y) - g(x, y)) + g(x, y) (I)其中：k 為正常 數(shù)，k值取0.7~0.9。
3. 根據(jù)權利要求1所述的水下降質(zhì)圖像的自適應增強方法，其特征在于，步驟三中帶 權值的高斯同態(tài)濾波采用改進型的同態(tài)濾波器，同態(tài)濾波器函數(shù)為
(2)式中：m為權重因 子，m值取2~4辦為截止頻率；η為動態(tài)系數(shù)；D(u，V)為是頻率（u，V)到濾波器中心的距 離；b為直流分量，b = R1;Rh為高頻增益，Rh>l表示圖像高頻分量增強；R 1為低頻增益，R1U 表示圖像低頻分量受抑制。
4. 根據(jù)權利要求1所述的水下降質(zhì)圖像的自適應增強方法，其特征在于，步驟四的具 體算法為：利用hfn(x, y)替代多尺度Retinex中的環(huán)境函數(shù)Fn(X，y),即
(3)其 中表示經(jīng)多尺度Retinex增強后的圖像；表示卷積運算；N為尺度個數(shù)；Wn 為對應于每一個尺度的權值，wn滿足
\"(U)為對應權值wn的第η個核函數(shù)。
5. 根據(jù)權利要求1所述的水下降質(zhì)圖像的自適應增強方法，其特征在于，步驟五所述 基于直方圖的色階量化算法包括直方圖局部調(diào)整和直方圖全局調(diào)整，具體如下： 1) 直方圖局部調(diào)整：消除在直方圖中出現(xiàn)頻率小于5的孤立點； 2) 直方圖全局調(diào)整：將局部調(diào)整后的直方圖重新排序，對排序后的直方圖進行自動 截斷拉伸，并對輸出圖像進行動態(tài)范圍量化，對輸出結果的動態(tài)范圍量化可用以下公式表 示：
式中，為經(jīng)多尺度 Retinex增強后的圖像，Iwt為輸出圖像，V min，Vmax分別為下限截取點和上限截取點，V min，Vmax 選取方法如下：
式中，sum# I 各通道 (5) 圖像左側直方圖之和，8111111是I 各通道圖像右側直方圖之和，Mn1是左側直方圖之和 SUrn^t1*的直方圖橫坐標值，bin 2是右側直方圖之和sum ^t1處的直方圖橫坐標值，t i取圖 像總像素值的1. 5%，t2取圖像總像素值的1%。
【專利摘要】本發(fā)明公開了圖像處理技術領域內(nèi)的一種水下降質(zhì)圖像的自適應增強包括：采集單幅水下彩色圖像，首先對輸入圖像進行對數(shù)變換，其次利用基于人眼視覺特性對對數(shù)變換后的圖像進行局部對比度增強處理，同時通過帶權值的高斯同態(tài)濾波對對數(shù)變換后的圖像進行光照估計；利用光照估計后的圖像減去局部對比度增強后的圖像；最后在分析去模糊圖像的各通道直方圖的基礎上，利用基于直方圖的色階量化算法實現(xiàn)對多尺度Retinex增強后的圖像進行顏色校正和恢復。本發(fā)明可以很好的去除由于水體吸收和顆粒物散射作用引起的圖像的模糊，很好的去除水體顏色對于圖像本身顏色的干擾。
【IPC分類】G06T5-00
【公開號】CN104766285
【申請?zhí)枴緾N201510187169
【發(fā)明人】曹美, 盛惠興, 程亞玲, 李慶武, 周妍, 俞楷, 仇春春, 郭晶晶, 程海粟
【申請人】河海大學常州校區(qū)
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月17日