[发明专利]一种基于相对全局直方图拉伸的浅海水下图像增强方法

说明书

本发明涉及一种基于相对全局直方图拉伸的浅海水下图像增强方法，所述的浅海水下图像增强方法包括输入图像模块、图像RGB直方图分布分析模块、相对全局直方图拉伸模块、全局拉伸模块、输出图像模块。其优点在于，图像增强计算复杂度低，获得的效果更好，鲁棒性好，适用于包括水下植物、浅海人员、海底岩石等多累浅海水下图像；计算相对拉伸范围的参数，并自动选择拉伸范围，可以精确定位需要被拉伸范围；利用颜色纠正方法，运用HSV色彩空间对S、V的全局拉伸弥补颜色损失；可以有效的增强水下图像的对比度、饱和度、可见度。

技术领域

本发明涉及水下图像增强技术领域，具体地说，是一种基于相对全局直方图拉伸的浅海水下图像增强方法。

背景技术

人们为了探索水下渔业资源、矿产资源、地质结构，需要通过水下图像还原水下真实情况。但是水下图像可见度低、对比度低，近些年，越来越多的人都在研究关于如何增强水下图像，但是兼顾有效性、实时性和鲁棒性的图像增强技术仍面临挑战。由于水下图像受到光线色散和吸收，图像的质量降低主要体现在图像对比度饱和度上的损失。

还原清晰、真实的水下图像、视频对于海洋生态、水下考古、水下生物识别、水下机器人等研究具有重要意义。然而，与自然环境下的图像相比，水下图像更加复杂、可视性较差。主要原因有两方面：一是受水下光线吸收和散射影响，二是受水下环境和水体浑浊度的影响。从而导致水下图像具有对比度低、模糊、色调暗、色彩淡的特点。目前经典的图像增强算法中包括有从图像本身考虑提出的基于暗原色先验图像去雾(DCP)、基于大气散射现象的物理成像模型提出通过波长弥补和去雾方法实现水下图像增强(WCID)。

一种使用集成的颜色模型进行水下图像增强(ICM)方法,从图像的直方图分布入手通过拉伸各个通道使其分布均匀提高图像的对比度。此外，在ICM基础上对直方图拉伸前进行了各通道直方图再分布的猜想，得到一种对高低处能量分别增强的无监督模式下的色彩校正水下图像增强(UCM)。基于经典DCP算法的图像增强方法，如单一图像去雾算法及其衍生算法。首先计算一个图像的暗原色先验的分布，后基于场景的反照率和媒介传播估算传输t，然后要消除边缘soft matting。这一系列进程复杂、耗时。

WCID算法结合自然光和人造光在传播中的损失进行波长弥补和水下图像去雾能够有效地恢复图像色彩平衡和可视度，但是获取损失的能量很难，在获取垂直深度和水平距离上也存在偏差，因此可知波长弥补很容易出现误差甚至是错误。简单又有实效的ICM在早期就被人提出，并且采用全局直方图拉伸算法增强图像的对比度。由于光线在水下传播存在衰减和色散，RGB三个波段的波长不同，不同波长的光线在水中传播的色散情况不同并且蓝色波长最短，因此在水下图像主要由绿色和蓝色主导。UCM是在ICM基础上提出的增强算法，通过适当修改这两个通道的强度，能够突出图像中的目标物。虽然输出水下图像中的目标对象能有效地区别于背景，但是其中蓝-绿色部分仍然存在很多。

中国发明专利CN201610123603.X，公开日为2016.07.13，公开了一种基于暗通道先验与白平衡的水下图像增强方法，步骤如下，背景光预处理阶段、暗通道先验阶段、使用暗通道先验算法得到抠图后细化的透射率以及去雾处理后的图片、由透射率导出深度图、得到掩膜、剔除感兴趣区域、白平衡阶段。该方法通过对背景光进行修改，使图片清晰度、对比度提高，达到图像优化的目的。但是这种方法无法应用在水下图像增强处理，导致处理结果不清晰、色彩不饱和。

中国发明专利CN201310628073.0，公开日为2014.03.26，公开了一种水下图像增强处理方法，包括以下步骤，将水下获得的原图像进行对数运算，进行离散傅里叶变换，进行同态滤波处理，进行傅里叶逆变换，进行指数运算，获得处理后的图像，运用双正交小波阈值滤波法对图像进行处理。该方法去除图像噪声，提高图像对比度，处理后的水下图像光照均匀性得到改善。但是该方法运算复杂，需要进行多次运算，且无法保证处理后的图像清晰度、色彩饱和度。