[发明专利]一种基于不同颜色空间自适应直方图拉伸的水下图像增强方法

权利要求书

1.一种基于不同颜色空间自适应直方图拉伸的水下图像增强方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1，基于灰度世界的猜想对GB通道进行简单的颜色均衡化；

步骤S2，步骤S2中包括以下步骤：

步骤S21，获取原始图像的拉伸区间；其中，计算原始图像拉伸区间的方法如下：

根据RGB三通道的直方图分布，采用瑞利分布的概率表达式计算众数a、众数的位置，并根据第五公式以众数为分界点计算前后0.1％的参数I_min，I_max，其中可见光在水中传播的衰减程度t_λ(x)，得出动态的期望拉伸范围[O_min，O_max]；

所述第五公式为：

I_min＝S.sort[S.sort.index(a)*0.1％]

I_max＝S.sort[-(S.length-S.sort.index(a))*0.1％]

其中，S是R-G-B每个通道的像素集，S.sort是S像素集的正向排列，S.length是S像素集的数量大小，S.sort.index(a)是直方图分布中众数的索引值，S.sort[x]代表从小到大排列像素集中索引为x的值；

步骤S22，获取期望的拉伸区间，包括：

根据第六公式计算瑞利分布的标准偏差σ_λ；

所述第六公式为：

其中λ∈{R，G，B}显示为R或G或B通道，a为某一个通道的众数；

根据第七公式定义期望范围的最小值Oλ_min，并依据第八公式和第六公式将第七公式简化成第九公式；

所述第七公式为：

O_λmin＝a_λ-β_λ*σ_λ，0≤O_λmin≤I_λmin

所述第八公式为：

所述第九公式为：O_λmin＝a_λ-σ_λ

根据简化的成像模型，将待去雾的图像Iλ(x)通过第十公式复原；

所述第十公式为：

其中，κ＝1.1和κ＝0.9分别表示为红色、蓝绿色通道的经验值

当复原图像J_λ(x)最大时，期望范围的最大值O_max能够通过第十一公式获得；

所述第十一公式为：

当B_λ＝0时，J_λ(x)得到最大值，对于不同通道的最大期望值O_λmax定义为第十二公式；

所述第十二公式为：

I_λmax≤O_λmax≤255

在第十二公式基础之上，Nrer(λ)对于RGB通道分别设定为0.83，0.95，0.97，通过第十三公式，得到水中衰减度t_λ(x)；

所述第十三公式为：

t_λ(x)＝Nrer(λ)^d(x)

其中d(x)确定为3米，表示为场景和照相机之间的距离；

基于O_λmax的范围值，系数μ_λ满足第十四公式：

所述第十四公式为：

当μ_λ有多个解时，选定所有解的平均值，当μ_λ没有解的时候，设定O_λmax为255；

步骤S23，在RGB颜色空间进行自适应直方图拉伸；

(1)当a≤I_min并且μ_λ无解时，将使用全局直方图拉伸公式，并且选取前后[0.1％，99.9％]的像素点作为拉伸范围，前后各0.1％的点分别设定为0和255；

(2)当a≥I_min但是μ_λ无解时，将分成两部分拉伸；

第一步：前0.1％的像素点采用以下第十五公式

所述第十五公式为：

其中p_in，p_out分别代表了输入和输出像素值，I′_min是整个像素集的最小值，O_min为期望拉伸最小值；

第二步：后99.9％的像素采用拉伸公式(3)，其中拉伸范围为[O_min，255]；

其中p_in，p_out分别代表了输入和输出像素值，I_min是第五公式中代表的像素值，O_min为期望拉伸最小值，O_max为255；

(3)当a≤I_min但是μ_λ有解时，其步骤如下；

第一步：前99.9％的像素点采用以下公式：

其中，p_in，p_out分别代表了输入和输出像素值，Imin是公式(5)中代表的像素值，O_min为期望拉伸最小值，O_max为255；

第二步：后0.1％的像素采用拉伸公式(3)，其中拉伸范围为[O_max，255]；

其中，p_in，P_out分别代表了输入和输出像素值，I′_max是整个像素集的最大值，O_max为期望拉伸最大值；

(4)当a≥I_min并且μ_λ有解时，β_λ＝1是确定值，一旦出现μ_λ有多个值，选取其平均值作为最后参数，依次的得出最小像素值O_min和最大像素值O_max；

其中O_λmin＝a_λ-σ_λ；I_λ＝a_λ+μ_λ*σ_λ，接下来分三段拉伸：

第一段：前0.1％的像素集的拉伸区间采用公式十六；

所述公式十六为：

其中p_in，p_out分别代表了输入和输出像素值，O_min为期望拉伸最小值，I_min是原图像拉伸最小值；

第二段：最小的0.1％到最大的0.1％的像素集；

其中p_in，p_out分别代表了输入和输出像素值，(I_min，I_max)代表原图像拉伸区间，(O_min，O_max)代表获取期望的拉伸区间；

第三段：后0.1％的像素集的拉伸区间采用第十七公式；

所述第十七公式为：

其中p_in，p_out分别代表了输入和输出像素值，I_max是原图像拉伸最大值，O_max是期望拉伸最大值；

步骤S24，将双边滤波器应用于RGB三通道；

步骤S3，将RGB颜色空间转换为CIE-Lab颜色空间，在CIE-Lab颜色空间中的自适应拉伸。