本发明专利技术公开了一种基于局部SoG的水下图像清晰化方法，包括以下步骤：设水下图像为原图像，用该原图像的边界值进行边界扩充得到填充后的图像；然后，取一个局部域大小为N×N像素点的窗口，利用该窗口在边界扩充后的图像的各个通道中进行平移，估计每个局部域内的光源颜色，将局部域的光源颜色作为窗口中心像素点的光源颜色eλ；并通过光源颜色eλ与原始光源颜色之间的衰减特性分别求出三个颜色通道的透射率tλ和其对应的方差σλ；最后，对方差σλ最大的透射率进行循环分块操作以获取背景光，从而得到最终的清晰的图像。通过大量实验证明，本发明专利技术提出的算法在提高图像清晰度、恢复图像颜色等方面有着非常好的性能。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，包括以下步骤：设水下图像为原图像，用该原图像的边界值进行边界扩充得到填充后的图像；然后，取一个局部域大小为N×N像素点的窗口，利用该窗口在边界扩充后的图像的各个通道中进行平移，估计每个局部域内的光源颜色，将局部域的光源颜色作为窗口中心像素点的光源颜色eλ；并通过光源颜色eλ与原始光源颜色之间的衰减特性分别求出三个颜色通道的透射率tλ和其对应的方差σλ；最后，对方差σλ最大的透射率进行循环分块操作以获取背景光，从而得到最终的清晰的图像。通过大量实验证明，本专利技术提出的算法在提高图像清晰度、恢复图像颜色等方面有着非常好的性能。【专利说明】
本专利技术设及一种计算机图像处理方法，尤其设及一种水下图像清晰化方法。
技术介绍
水下图像在海洋能源勘探、海洋环境监测与保护W及海洋军事等领域扮演着非常 重要的角色W。但因水下环境特殊，难W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W。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W。 由于水下图像与雾天图像拥有相似的成像模型和图像特征，不少学者采用基于暗 通道先验的去雾方法来处理水下图像W。但如果在水下环境中直接使用暗通道先验会出现 透射率估计偏大，背景光偏小等问题W。因此，在使用基于暗通道先验的方法处理水下图像 之前，需对水下图像进行颜色失真去除。其中，最常用的颜色恒常性算法为化ade of Gray 算法W。 化ade of Gray(SoG)算法应用的前提为均匀光照条件，因此估计的光源颜色在全 局都是一致的。但在水下环境中，由于光在水中的衰减与波长和传播距离相关，估计的光源 颜色应该是衰减的，也就是说场景中各点的光源颜色不相同，运与化ade of Gray算法估计 出的全局唯一的光源颜色结果矛盾。 [IJSchettini 民，Corchs S.Underwater image processing:state of the art of restoration and image enhancement methods.EURASIP Journal on Advances in Signal Processing,2010(1),2010:1-14. S.Bazeilie.Vision sous-marine monoculaire pour la reconnaissance objets.2008,Universe de Bretagne Occidentale. J.Mertens，F.民eplogle.Use of point spread and beam spread functions for analysis of imaging systems in water.Journal of the Optical Society of America,1977,67(8):1105-1117. J.S.Jaffe.Computer modeling and the design of optimal underwater imaging systems. IEEE Journal of Oceanic Engineering,1990,15(2):101-111. Haocheng Wen，Yonghong Tian，Tiejun Huang,et al.. Single underwater image enhancement with a new optical model . In:Proceedings of IEEE International Symposium on Circuits and Systems,Beijing,China,2013:753-756. G.Fi打layso打，E.Trezzi.Shades of gray and colour constancy. In: Proceedings of 12th Color Imaging Conference,Scottsdale,USA,2004,2004:37-41. Li Fang,Wu Jin-yong，Wang Yi-ke，et al..A color cast detection algorithm of robust performance.In:Proceedings of IEEE International Conference on Advanced Computational Intelligence,Nanjing,China,2012:662-664. Yujie Li,Huimin Lu,Lifeng Zhang,et al..Real-time visualization system for deep-sea surveying.Mathematical Problems in Engineering,2014,2014 (1):809-812. Stephan T , Friihberger P , Werl in S , et al . . Mode 1 based image restoration for underwater images.In:Proceedings of SPIE Optical Metrology 2013，Belli^ham，USA，2013:87911F-1-87911F-9.
技术实现思路
针对现有技术中由于场景中各点的光源颜色不相同，与采用化ade of Gray算法 估计出的全局唯一的光源颜色结果相矛盾，本专利技术提出一种基于局部SoG的水下图像清晰 化方法，首先，利用原始图像估计每一个局部域的光源颜色，并将其作为区域中屯、像素点的 光源颜色。然后，利用得到的光源颜色分别计算Ξ个颜色通道的透射率和其对应的方差。最 后，对方差最大的透射率图进行循环分块操作W获取背景光，从而得到最终的复原图像。通 过大量实验证明，本专利技术提出的算法在提高图像清晰度、恢复图像颜色等方面有着非常好 的性能。 为了解决上述技术问题，本专利技术提出的一种， 包括W下步骤： 步骤一、输入水下图像为原图像I(x)，用该原图像I(x)的边界值进行边界扩充得 到填充后的图像lA(X);·"θ(λ)5(χ，λ)Ρ(λ)(1λ (1) 式（1)中，ω表示整个可见光波长范围，λ为入射光波长，X为像素点，6(λ)表示入射 光的分布，S (X，λ)为图像山(X)中的某一点对入射光的反射率，Ρ (λ)表示相机对入射光的感 光特性； 步骤二、在该图像中取一个大小为ΝΧΝ像素点的窗口，利用该窗口在图像?Α(χ)的 各个通道上逐行的从左到右进行平移，每次移动一个像素形成一局部域Ω，估计每个局部 域Ω的光源颜色，步骤是： 设该图像山^)的场景中所有物体表面的任意一个局部域Ω的平均反射是无色差 的，即： (2) 式(2)中，Ω表示图像?Α(χ)中某个局部域，k为之间的一个常数； 所W，局部域Ω的光源颜色如下： (3) 式（3)中，P为常数，取值范围为4~ΙΟ,θΩΑ为局部域Ω的光源颜色，在本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于局部SoG的水下图像清晰化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、输入水下图像为原图像I(x)，用该原图像I(x)的边界值进行边界扩充得到填充后的图像Iλ(x)；Iλ(x)＝∫ωe(λ)S(x,λ)P(λ)dλ (1)式(1)中，ω表示整个可见光波长范围，λ为入射光波长，x为像素点，e(λ)表示入射光的分布，S(x,λ)为图像Iλ(x)中的某一点对入射光的反射率，P(λ)表示相机对入射光的感光特性；步骤二、在该图像中取一个大小为N×N像素点的窗口，利用该窗口在图像Iλ(x)的各个通道上逐行的从左到右进行平移，每次移动一个像素形成一局部域Ω，估计每个局部域Ω的光源颜色，步骤是：设该图像Iλ(x)的场景中所有物体表面的任意一个局部域Ω的平均反射是无色差的，即：∫ΩS(x,λ)dx∫Ωdx=k---(2)]]>式(2)中，Ω表示图像Iλ(x)中某个局部域，k为[0,1]之间的一个常数；所以，局部域Ω的光源颜色如下：(∫Ω(Iλ(x))pdx∫Ωdx)1p=keΩλ---(3)]]>式(3)中，p为常数，取值范围为4～10，eΩλ为局部域Ω的光源颜色，在一个局部域Ω中光源颜色的各通道分量为单值；将局部域Ω的光源颜色eΩλ作为局部域中心像素点的光源颜色eλ：(∫Ω(Iλ(x))pdx∫Ωdx)1p=keλ=ke‾λexp(-cλd(x))---(4)]]>式(4)中，cλ是入射光在水中的衰减系数，d(x)为景深，eλ是局部域中心像素点的光源颜色，所述光源颜色eλ的元素值中包含了图像Iλ(x)各通道的颜色衰减特征，是图像Iλ(x)的光源颜色，设为常数；步骤三：利用局部域中心像素点的光源颜色eλ和图像Iλ(x)的光源颜色之间的颜色衰减特性求出图像Iλ(x)的RGB三通道透射率tλ：(∫Ω(Iλ(x))pdx∫Ωdx)1p=ke‾λtλ---(5)]]>选择R通道的透射率tR作为待分块的透射率；步骤四：建立图像Iλ(x)像素的索引index；与此同时，选择待分块的透射率tR上半部分中均值和标准差最小的部分进行循环分块操作，循环4次后得到透射率块，根据图像Iλ(x)像素索引index，确定该透射率块在图像Iλ(x)中对应的图像块，通过求取该对应的图像块RGB三通道的均值得到该图像Iλ(x)的背景光Bλ,∞；根据式(6)得到清晰图像Jλ(x)：Jλ(x)=(Iλ(x)-Bλ,∞)tλ(x)+Bλ,∞---(6).]]>...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨爱萍，曲畅，郑佳，王建，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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