[发明专利]一种基于小波融合的CLAHE和直方图拉伸水下图像增强方法

说明书

本发明公开了一种基于小波融合的CLAHE和直方图拉伸水下图像增强方法，属于水下图像增强技术领域，本方法基于使用离散小波变换的图像融合来增强水下图像，解决了模糊图像的低对比度和颜色衰减问题，达到图像优化的目的，所述方法包括以下步骤：颜色和对比度的增强。对于色彩校正，图像从RGB(红～绿～蓝)转换成HSV(色相～饱和度～值)色彩空间；为了提高水下图像的对比度，采用了对比度有限的自适应直方图均衡化(CLAHE)；分解、融合和逆合成；基于小波的融合算法由一系列低通滤波器组和高通滤波器组组成，分别用于消除图像中不需要的低频和高频，获取细节系数和近似系数，方便融合过程。

技术领域

本发明涉及水下图像增强技术领域，尤其涉及一种基于小波融合的CLAHE和直方图拉伸水下图像增强方法。

背景技术

机器人的勘探和检查活动是在深海进行的。水下成像是这些机器人活动的重要组成部分之一。但是在水下环境中，由于水分子、悬浮颗粒和其他杂质的吸收作用，光会被衰减。这种衰减随着光线进入水的深度而增加。在这样的环境中形成图像的过程中，从场景中的物体到达相机的辐照度较小，从而改变了物体的真实颜色。

现如今的一些水下图像增强算法，要么针对不同波长的光在水下传输时由于衰减不同所导致的颜色的退化，要么针对水分子和悬浮颗粒的散射作用下所造成的水下图像模糊效应，导致水下成像效果不理想，水下图像颜色失真。

发明内容

本发明为解决现有上述问题，而提出的一种基于小波融合的CLAHE和直方图拉伸水下图像增强方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于小波融合的CLAHE和直方图拉伸水下图像增强方法，包括以下步骤：

S1、将采集的水底图像复制成两个版本；

S2、将复制的两个版本并行处理，通过色彩校正及对比度受限的自适应直方图均衡化(CLAHE)以增强图像对比度和颜色配置文件；

S3、对S2中处理的两个版本进行基于小波的分解、融合和逆合成。

优选地，所述S2中对于色彩校正，首先将图像从RGB转换到HSV色彩空间；在HSV色彩空间中，值成分的直方图被拉伸到整个范围，提升图像中可用颜色的亮度；之后对色相和饱和度与修正后的值分量相连接，图像被转换回RGB色彩空间；在RGB色彩空间中，直方图再次被拉伸到整个范围0～255，以实现所有三个通道的色彩校正；直方图的拉伸的数学表达公式如下：

其中P_out和P_in分别是输出和输入图像的像素，i_min，i_max，O_min和O_max分别是输入和输出图像的最小和最大强度值。

优选地，所述S2中采用对比度受限的自适应直方图均衡化(CLAHE)提高水下图像的对比度，首先在CLAHE中定义了对比度限制，以从直方图中剪切出不必要的区域。剪切极限是由直方图的归一化定义的，从而定义了像素域中邻近区域的大小；剪下的区域不会被丢弃，而是在所有直方图仓中平等地重新分配；CLAHE分别应用于RGB颜色空间的所有三个颜色通道，以增强图像中所有可用色调的对比度。

优选地，所述S3中基于小波的融合算法由一系列低通和高通滤波器组组成，用于消除图像中出现的不需要的低频和高频，并分别获取细节和近似系数，以便于融合过程。

优选地，所述消除图像中出现的不需要的低频和高频，并分别获取细节和近似系数，具体如下：对输入图像进行基于一级二维小波的图像分解。每个输入图像都经过过滤和下采样因子为2；下采样因子2用于在每一步滤波时将输入信号中包含的信息分成相等的两部分，以便对信息进行深入分析。第一级有两个步骤：