[发明专利]基于水下成像模型和景深的水下图像清晰化方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机图像处理领域，尤其涉及一种水下图像的清晰化处理方法。

背景技术

水下图像在海洋能源勘探、海洋环境监测与保护以及海洋军事等领域扮演着非常重要的角色。但因水下环境特殊，难以获取高质量的水下图像。溶解在水中的有机物和悬浮在水中的颗粒物会对光产生吸收和散射效应，造成图像对比度下降，场景可见范围缩小，图像质量降低^[1]。因此，水下图像清晰化问题在计算机视觉应用领域和数字图像处理领域亟待解决。

根据是否依据具体的成像模型可以将水下图像清晰化算法分为图像增强方法和图像复原方法。图像增强方法主要有直方图均衡化^[2]、滤波方法^[3]、Retinex算法^[4]等。水下图像复原方法中最为典型和有效的是根据水下图像和雾天图像相似的成像模型，利用基于暗通道先验的去雾方法^[5]实现水下图像复原。但是，由于三通道在水下衰减并不相同，如果直接将暗通道先验用于水下图像复原会出现透射率估计偏大，背景光估计偏小等问题。Galdran等人^[6]提出Red Channel先验，通过对红通道反转和添加饱和度分量，减少衰减严重的红通道对透射率估计的影响，该方法虽然指出了三通道透射率之间的关系，但是并没有分开求解各通道透射率，而是通过对背景光加权调整各颜色分量，恢复图像仍存在较严重的颜色失真；文献[7]因缺少红通道信息，可能导致估计的暗通道值偏大，求得的透射率偏小，其次，假设蓝绿光衰减率相同，这与实际并不相符，文献[8]定义了一种新的景深函数，该函数指出了散射和吸收与波长有关，符合水下图像的实际情况，利用景深来估计透射率，使估计的透射率更为准确，但是其求解中得到的暗通道值很可能来自于衰减后的红通道分量，使求的景深函数值偏小，导致透射率估计偏大，复原图像整体偏暗，且在复原图像中依然存在严重的后向散射现象，图像颜色偏黄。

[参考文献]

[1]S.Bazeille.Vision sous-marine monoculaire pour la reconnaissance d’objets[Ph.D.thesis].2008,Universit′e de Bretagne Occidentale。

[2]J.B.Zimmerman,S.M.Pizer,E.V.Staab,J.R.Perry,W.McCartney,B.C.Brenton.An evaluation of the effectiveness of adaptive histogram equalization for contrast enhancement.IEEE Transactions on Medical Imaging,1988:304-312。

[3]Serikawa S,Lu H.Underwater image dehazing using joint trilateral filter[J].Computers&Electrical Engineering,2014,40(1):41-50。

[4]Fu Xueyang,Zhuang Peixian,Huang Yue,et al.A Retinex-based enhancing approach for single underwater image[C].Paris:IEEE International Conference on Image Processing,2014:4572-4576。

[5]He Kai-ming,Sun Jian,and Tang Xiao-ou.Single image haze removal using dark channel prior.IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence,2011,33(12):2341-2353。

[6]Adrian Galdran,David Pardo,Artzai Picón,et al..Automatic Red-Channel underwater image restoration.Journal of Visual Communication&Image Representation,2015,26(2015):132-145。