一种基于无监督色彩校正的水下图像增强方法技术

本发明专利技术属于海洋工程领域，具体涉及一种基于无监督色彩校正的水下图像增强方法。本发明专利技术改进了以B通道为突出通道的局限从而有效的解决了处理非蓝偏色的水下图像的颜色失真问题；本发明专利技术包括：RGB颜色模型、对比度校正方法、HIS颜色模型、基于无监督色彩校正的水下图像增强方法。本发明专利技术较一般水下图像增强方法的优点是：改进为一种自适应的方法，对不同偏色都有着不错的处理效果；有效地平衡图像，消除了偏色，提高照度和增加真彩色。该方法易于实现，计算量小，可靠性高，提高了水下光学图像识别的可行性，对今后无人潜航器在水下作业任务等方面发展有着积极意义。

An Unsupervised Color Correction Based Underwater Image Enhancement Method

【技术实现步骤摘要】
一种基于无监督色彩校正的水下图像增强方法
本专利技术属于海洋工程领域，具体涉及一种基于无监督色彩校正的水下图像增强方法。
技术介绍
由于受到水下复杂且恶劣成像环境的影响，所拍摄到的水下图像一般具有低对比度、模糊和偏色等不足。图像视觉质量的下降将对后续特征提取和目标识别过程的性能有着严重的不良影响，故对水下图像进行增强预处理有着很大的意义。在国内，哈尔滨工程大学海洋技术研究中心通过对光学声学图像的处理在2003和2004的海洋工程试验中得到了水下目标的方位和尺寸等信息，取得了巨大的成就，从而证明了水下图像的处理算法是真实可靠的。北京理工大学光电成像实验室可以通过研究序列图像从而获取距离信息，并可以重建水下三维图像；在2008年华中科技大学使用二维小波变换成功分割水下图像，达到了增强了局部方向性的对比度。2012年，陈从平等人提出一种有效的低对比度水下图像增强算法，成功提高了高频增益抑制了低频成分。在深海里，太阳光是无法传输到这里，在这里我们只能依靠点光源去拍摄图像，在其中心是最亮的，并且光从周围发射，即使是肉眼也能看到，但离光源越远，光线越弱。因此，当在图像上表示光能信息时，就会出现灰度分布不均匀的情况。由于水下复杂环境的影响，光不断地被水体所吸收，导致了光能量的不断减小，水分子和杂质在水中的散射导致光线的偏移。也正是因为如此，水下图像成像才会如此困难，采集到的信息也不完整。不同波长波段水下介质的散射和吸收特性不一致，水体因为反射天空的蓝色，导致水下图像基本呈现出蓝色，这就导致了水下图像颜色失真(偏绿或偏蓝)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种基于无监督色彩校正的水下图像增强方法，能够有效地克服原方法处理非蓝偏色图像时出现失真的问题。本专利技术的有益效果在于：本专利技术的一种基于无监督色彩校正的水下图像增强方法有效地鉴别图像偏色，解决了原方法处理非蓝偏色的水下图像的颜色失真问题。本专利技术将RGB空间与HIS空间结合运用，加上各方向上的对比度校正方法有效地消除了水下图像的偏色问题，提高原图像的照度和真彩色。与其他方法相比，该方法能显著提高水下图像的视觉质量，一致的增强了水下图像的客观质量。附图说明图1为一种基于无监督色彩监督校正方法的实施步骤图。图2(a)为A图水下典型目标视觉图像。图2(b)为B图水下典型目标视觉图像。图3(a)为原方法处理后的A图的图像。图3(b)为原方法处理后的B图的图像。图4(a)为本专利技术处理后的A图的图像。图4(b)为本专利技术处理后的B图的图像。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲述的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。随着海洋、湖泊、河流资源的勘探，水下图像已成为一个重要的研究领域。然而，由于受到水下复杂且恶劣成像环境的影响，所拍摄到的水下图像常常会出现颜色畸变和对比度低等问题。水下成像可以表示为前向散射分量和后向散射分量的线性叠加，前向散射导致图像特征的模糊，而后向散射掩盖了场景的细节。由于每种颜色子图都有不同的波长和能量级别，在水中会以不同的速率被吸收。红光或者橙光等较长波长的光分量往往在水中被迅速吸收，因此水下图像通常呈现出绿色或蓝色基调。图像视觉质量的下降将对后续特征提取和目标识别过程的性能有着严重的不良影响。图像增强是处理图像的基本方法，是解决水下拍摄图像模糊不清、质量严重低下的有效手段之一。为了确保图像的信息完整，开发出一种处理效果更佳的水下图像增强方法变得十分的有必要。为了增强原始的水下图像，本专利技术提出了一种基于无监督色彩校正的水下图像增强方法，该方法包括以下主要步骤：步骤一：利用RGB颜色模型对图像进行计算处理。设IR(i,j),IG(i,j),IJ(i,j)分别为尺寸为M×N的RGB图像红，绿，蓝分量，其中i＝1,…,M；j＝1,…,N。接着计算各个颜色分量Rmax，Rmin，Gmax，Gmin和Bmax，Bmin的最大及最小像素值：使用上述等式得到最突出与最不突出的偏色通道。步骤二：使用乘法器来确定颜色通道以匹配m阶来产生平衡图像。首先计算RGB颜色模型中各个颜色成分Ravg，Gavg和Bavg的平均值：其次利用步骤一得到突出的偏色通道，并使用高分量来增加其他颜色以使图像平衡，当Rmax最大时，图像为红偏色；当Gmax最大时，图像为绿偏色；当Bmax最大时，图像为蓝偏色。基于主导色偏，计算两个增益因子，将最高颜色通道设置为目标平均值，并且使用乘法器来确定颜色通道以匹配m阶来产生平衡图像。所提出的方法使用两个颜色通道来减少受影响图像的偏色。R通道为突出通道时：a＝Ravg/Gavgb＝Ravg/BavgG'＝a×GB'＝b×B其中G和B是原始图像中的像素值，而G'和B'是经调整后的像素值。G通道为突出通道时：a＝Gavg/Ravgb＝Gavg/BavgR'＝a×RB'＝b×B其中R和B是原始图像中的像素值，而R'和B'是经调整后的像素值。B通道为突出通道时：a＝Bavg/Ravgb＝Bavg/GavgR'＝a×RG'＝b×G其中R和G是原始图像中的像素值，而R'和G'是经调整后的像素值。步骤三：应用对比度校正方法于与处理之后的图像。对比度校正公式为：其中P0是经过对比度校正的像素值；Pi是所考虑的像素值；a是0的下限值；b是255的上限值；c是图像中当前存在的最小像素值；d是图像中当前存在的最大像素值。依次对上侧、下侧、两侧使用对比度校正方法，当应用于上侧时，下限更改为最低颜色值分量的最小值；当应用于上侧时，上限更改为最突出颜色通道的最大值；当应用于两侧时，公式不变。步骤四：将图像从RGB空间转换到HIS空间。其转换公式为：步骤五：在应用对比度校正方法于HIS颜色空间的图像。在这里我们仅对两侧进行对比度校正，方法同步骤三。通过以上五个步骤的操作，最终得到增强后的水下图像。与其他现有技术相比，本专利技术有效地利用图像中的高偏色增加其他的颜色来平衡图像；对比校正方法在色彩增强方面起着至关重要的作用，因为使用这种方法可以通过将高偏色颜色直方图拉伸到最小侧来减少高偏色。类似地，通过将低偏色颜色直方图拉向最大侧来增加低偏色，以便生成高质量的图像。通过HSI彩色模型的强度和饱和度参数增加了水下图像的照明和真彩色，因此图像看起来更亮更丰富。考虑了图像的属性并根据其特性而不是静态标准来增强图像，因此该专利技术比现有的一些方法能够更好地对水下图像进行增强处理。相比较于原方法，很好地解决了原方法处理非蓝偏色的水下图像的颜色失真问题。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无监督色彩校正的水下图像增强方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：采集水下图像，通过水下图像采集系统采集到不同背景色下的水下目标物图像；步骤2：利用RGB颜色模型对图像进行计算处理，最突出与最不突出的偏色通道；步骤3：使用乘法器来确定颜色通道以匹配m阶来产生平衡图像；步骤4：应用对比度校正方法于与处理之后的图像；步骤5：将图像从RGB空间转换到HIS空间；步骤6：在应用对比度校正方法于HIS颜色空间的图像。

【技术特征摘要】
1.一种基于无监督色彩校正的水下图像增强方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：采集水下图像，通过水下图像采集系统采集到不同背景色下的水下目标物图像；步骤2：利用RGB颜色模型对图像进行计算处理，最突出与最不突出的偏色通道；步骤3：使用乘法器来确定颜色通道以匹配m阶来产生平衡图像；步骤4：应用对比度校正方法于与处理之后的图像；步骤5：将图像从RGB空间转换到HIS空间；步骤6：在应用对比度校正方法于HIS颜色空间的图像。2.根据权利要求1所述的一种基于无监督色彩校正的水下图像增强方法，其特征在于，所述步骤1中的水下图像采集系统包括水下摄像头、水下照明设备、图像采集卡、台式计算机、独立12V直流电源和图像处理平台；水下摄像头和水下照明设备均放在水下，12V直流电压放置在岸上同时为水下摄像头和水下照明设备提供电源，图像采集卡安装在台式计算机的PCI-E插槽上。3.根据权利要求2所述的一种基于无监督色彩校正的水下图像增强方法，其特征在于，所述步骤2所述的利用RGB颜色模型对图像进行计算处理的具体方法为：设IR(i,j)为尺寸为M×N的RGB图像红分量，设IG(i,j)为尺寸为M×N的RGB图像绿分量，设IJ(i,j)为尺寸为M×N的RGB图像蓝分量，其中i＝1,…,M；j＝1,…,N，接着计算各个颜色分量的最大及最小像素值，红分量的最大值Rmax为：红分量的最小值Rmin为：绿分量的最大值Gmax为：绿分量的最小值Gmin为：蓝分量的最大值Bmax为：蓝分量的最小值Bmin为：使用上面式子得到最突出与最不突出的偏色通道。4.根据权利要求3所述的一种基于无监督色彩校正的水下图像增强方法，其特征在于，步骤3所述的使用乘法器来确定颜色通道以匹配m阶来产生平衡图像，包括以下步骤：步骤3.1：计算RGB颜色模型中红分量、蓝分量和绿分量的平均值；步骤3.2：根据最突出与最不突出的偏色通道使用高分量来增加其他颜色，以突出偏色为主导色偏，计算第一增益分子和第二增益分子；步骤3.3：将最高颜色通道设置为目标平均值，并且使用乘法器来确定颜色通道以匹配m阶来产生平衡图像。5.根据权利要求4所述的一种基于无监督色彩校正的水下图像增强方法，其特征在于，步骤3.1所述RGB颜色模型中红分量、蓝分量和...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜雪，张丽娜，任旭，赵璇，张伟，张勋，管凤旭，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23