[发明专利]一种基于相对辐射校正的水下主动光学影像亮度校正方法

说明书

本发明公开了一种基于相对辐射校正的水下主动光学影像亮度校正方法，利用拟合参数对水下图像分通道进行补偿，对原始图像进行分通道亮度均匀性校正，消除光程差和光源非均匀性造成的图像辐射畸变，恢复各通道图像相对一致的照度，具有良好的适应性和实用性，复原效果明显，可广泛适用于水下图像的复原；在变换过程中，依据图像自身的特性自动计算相关变换参数，从而保证了本发明方法对不同图像的适应性。

技术领域

本发明涉及图像复原技术领域，尤其是一种基于相对辐射校正的水下主动光学影像亮度校正方法。

背景技术

以太阳作为光源的自然光线在海水中的穿透深度，在大洋I类水体中为数十米，在近岸II类水体中仅在几米以内。因此，在深度超过几十米尤其是百米以上大洋海底探测时，太阳光非常微弱甚至消失，只能利用主动光源进行照拍摄明。由于点光源在制造、装配、使用及维护上有很大的优势，因而应用上多采用点光源作为照明光源，用于水下主动光学成像探测。但是当照明光接触到海底地面物体反射，传播返回到相机传感器时，整个成像区域背景光强度不均匀变化，以光源最强点为中心向四周衰减。使得成像的四周出现暗角，导致拍摄图像的整体亮度不均匀，而在水下探测任务中这类图片大量存在。因而，对水下图像质量改善算法研究有助于优化水下图像视觉效果，提高水下观测效率，对水下勘探及后续应用有重要意义。

目前已经发展了直方图变换、变换频域操作、Retinex理论等多种方法。直方图变换法具有算法简便、效率高等优势，通过设定直方图灰度变换函数，使得直方图具有特定分布，从而改善图像质量。虽然对水下图像视觉质量有所改善，但由于某些区域的过度增强常常会出现明显的伪影区域，放大图像中的噪声。变换频域操作将图像作傅里叶变换，将实数域转换到频率域中进行处理，再转换回空间域得到输出。变换域法能有效提升图像高频分量从而改善水下图像质量，但是成像环境难以精准测量光学参数，水下图像质量主要受到光的散射效应、吸收作用和噪声影响为主，变换域方法解决图像退化的问题具有一定局限性。以Retinex理论从观察图像中分离出照射分量和反射分量，或者根据具体的处理目标和需求通过消除光照的影响，改变光照分量与反射分量之间的关系，从而特定地增强图像。虽然Retinex理论对图像整体亮度、对比度有一定提升，但是恢复的图像往往存在光晕、不自然等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于相对辐射校正的水下主动光学影像亮度校正方法，能够有效消除各通道内部因光源不均、光程不同等因素造成的辐射畸变，使得图像中心和边缘具有相对一致的亮度。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于相对辐射校正的水下主动光学影像亮度校正方法，包括如下步骤：

步骤1、对于输入图像f(x，y)分离得到三通道f_R(x，y)、f_G(x，y)、f_B(x，y)；

步骤2、采用多项式对各通道图像f_n(x，y)，n∈{R，G，B}的亮度分别进行曲面拟合；

步骤3、用η_n(x，y)表示参考图像的亮度拟合曲面；选取拟合曲面η_n(x，y)的顶点(即最大亮度所在点)的衰减量为0，以该点为参考点进行单点校正；

步骤4、获得每个像素的亮度补偿量之后，直接将补偿量按像素位置直接增加到原始图像上，输出亮度补偿后的图像g_n(x，y)，计算方式如下：

g_n(x，y)＝f_n(x，y)+δ_n(x，y)；

步骤5、得到各通道亮度校正后的图像，再次合成为RGB三通道图像g(x，y)。

优选的，步骤2中，多项式曲面拟合计算公式如下：