一种水下图像增强处理方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种水下图像增强处理方法和装置，涉及图像处理技术领域。其中，本发明专利技术的方法包括：步骤1、获取待处理的水下图像；步骤2、根据红通道先验去雾理论对所述待处理的水下图像进行去雾处理，以得到去雾处理后的水下图像；步骤3、对所述去雾处理后的水下图像进行直方图拉伸，以得到拉伸后的水下图像。通过将基于红通道先验理论的去雾处理与直方图拉伸处理相结合，能够提高水下图像增强处理效果，提高增强处理后的图像的清晰度，进而有助于提高用户的视觉体验。

A Method and Device for Underwater Image Enhancement

The invention relates to an underwater image enhancement processing method and device, and relates to the field of image processing technology. The method of the invention includes: step 1, acquiring the underwater image to be processed; step 2, removing the fog of the underwater image to be processed according to the red channel prior fog removal theory to obtain the underwater image after fog removal; step 3, stretching the histogram of the underwater image after fog removal to obtain the stretched underwater image. By combining the defogging processing based on red channel priori theory with histogram stretching processing, the effect of underwater image enhancement processing can be improved, the clarity of the enhanced image can be improved, and the visual experience of users can be improved.

【技术实现步骤摘要】
一种水下图像增强处理方法和装置
本专利技术涉及图像处理
，尤其涉及一种水下图像增强处理方法和装置。
技术介绍
现有的图像增强处理方法主要分为两类：第一类是直接增强方法，即直接对图像进行对比度、亮度增强，例如直方图均衡算法；第二类是基于物理模型的增强方法，即从图像的物理模型出发，对图像进行增强。直接增强方法没有考虑散射模型，其增强结果往往有一定的局限性。例如，直方图均衡算法虽然恢复了图像的对比度，但无法精确恢复场景反射，尤其是散射比较严重的图像区域；同样，直接增强方法也无法恢复颜色失常。总体来说，直接增强方法不仅缺少坚实的理论基础，而且图像增强效果也不好。基于物理模型的增强方法有很多，比如基于暗通道先验的图像去雾算法，基于雾线先验的图像去雾算法，基于色彩衰减先验的图像去雾算法，基于颜色线的图像去雾算法等。总体来说，虽然基于物理模型的增强方法很多，但这些算法不太适用于水下图像增强处理。而且，有些算法的先验理论性不强，有些算法的计算复杂度很高，难以实时处理，有些算法的增强效果不好。因此，针对以上不足，需要提供一种新的水下图像增强方法和装置，以能够提高水下图像增强处理效果，提高增强处理后的图像的清晰度。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是解决现有图像增强处理方法存在的图像增强效果差，不适用于水下图像处理的问题。(二)技术方案为了解决上述技术问题，一方面，本专利技术提供了一种水下图像增强处理方法。本专利技术的水下图像增强处理方法包括：步骤1、获取待处理的水下图像；步骤2、根据红通道先验去雾理论对所述待处理的水下图像进行去雾处理，以得到去雾处理后的水下图像；步骤3、对所述去雾处理后的水下图像进行直方图拉伸，以得到拉伸后的水下图像。可选地，所述根据红通道先验去雾理论对所述待处理的水下图像进行去雾处理，以得到去雾处理后的水下图像的步骤包括：构建由各颜色通道分量表示的水下成像散射模型，其中，所述水下成像散射模型符合红通道先验去雾理论；估计在各颜色通道上的水下背景光分量、以及在各颜色通道上的水下透射率分量；然后根据所述水下成像散射模型、所述水下背景光分量和所述水下透射率分量对所述待处理的水下图像进行去雾处理，以得到去雾处理后的水下图像。可选地，所述由各颜色通道分量表示的水下成像散射模型为：1-Ir(x)＝tr(x)(1-Jr(x))+(1-tr(x))(1-Ar)；Ig(x)＝tg(x)Jg(x)+(1-tg(x))Ag；Ib(x)＝tb(x)Jb(x)+(1-tb(x))Ab；式中，Ir(x)表示在红色通道上的待处理水下图像分量，tr(x)表示在红色通道上的水下透射率分量，Jr(x)表示去雾处理后的水下图像在红色通道上的分量，Ar表示在红色通道上的水下背景光分量，Ig(x)表示在绿色通道上的待处理水下图像分量，tg(x)表示在绿色通道上的水下透射率分量，Jg(x)表示去雾处理后的水下图像在绿色通道上的分量，Ag表示在绿色通道上的水下背景光分量，Ib(x)表示在蓝色通道上的待处理水下图像分量，tb(x)表示在蓝色通道上的水下透射率分量，Jb(x)表示去雾处理后的水下图像在蓝色通道上的分量，Ab(x)表示在蓝色通道上的水下背景光分量。可选地，根据如下公式执行所述根据所述水下成像散射模型、所述水下背景光分量和所述水下透射率分量对所述待处理的水下图像进行去雾处理的步骤：其中，α∈{r,g,b}表示颜色通道的取值为红色通道、绿色通道或蓝色通道，Jα(x)表示去雾处理后的水下图像在α颜色通道上的分量，Iα(x)表示在α颜色通道上的待处理水下图像分量，tα(x)表示在α颜色通道上的水下透射率分量，t0表示在红、绿、蓝色通道上的水下透射率分量的平均值，Aα表示在α颜色通道上的水下背景光分量，ρα表示α颜色通道的加权参数。可选地，所述对所述去雾处理后的水下图像进行直方图拉伸，以得到拉伸后的水下图像的步骤包括：确定所述去雾处理后的图像在各颜色通道上的直方图分量的上、下边界值；根据各颜色通道上的直方图分量的上、下边界值确定图像像素值映射函数；根据所述图像像素值映射函数对所述去雾处理后的水下图像进行映射，并将映射后的图像作为所述拉伸后的水下图像。可选地，所述图像像素值映射函数满足：其中，Jα(x)表示去雾处理后的水下图像在α颜色通道的分量，表示所述去雾处理后的图像在α颜色通道的直方图分量的下边界值，表示所述去雾处理后的图像在α颜色通道的直方图分量的上边界值，G()函数表示将像素值保持在8比特图像的值域范围内；F(Jα(x))表示图像像素值映射函数。可选地，所述方法还包括：对所述拉伸后的水下图像进行压缩编码，然后对压缩编码后的图像进行打包处理，再将打包处理得到的数据包发送至上位机。可选地，所述方法还包括：基于GPU执行所述步骤2至步骤3。为了解决上述技术问题，另一方面，本专利技术还提供了一种水下图像增强处理装置。本专利技术的水下图像增强处理装置包括：获取模块，用于获取待处理的水下图像；第一处理模块，用于根据红通道先验去雾理论对所述待处理的水下图像进行去雾处理，以得到去雾处理后的水下图像；第二处理模块，用于对所述去雾处理后的水下图像进行直方图拉伸，以得到拉伸后的水下图像。可选地，所述第一处理模块根据红通道先验去雾理论对所述待处理的水下图像进行去雾处理，以得到去雾处理后的水下图像包括：第一处理模块构建由各颜色通道分量表示的水下成像散射模型，其中，所述水下成像散射模型符合红通道先验去雾理论；第一处理模块估计在各颜色通道上的水下背景光分量、以及在各颜色通道上的水下透射率分量；然后第一处理模块根据所述水下成像散射模型、所述水下背景光分量和所述水下透射率分量对所述待处理的水下图像进行去雾处理，以得到去雾处理后的水下图像。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下优点：通过获取待处理的水下图像，根据红通道先验去雾理论对所述待处理的水下图像进行去雾处理，对所述去雾处理后的水下图像进行直方图拉伸这些步骤，能够实现对水下图像的增强处理。本专利技术通过将基于红通道先验理论的去雾处理与直方图拉伸处理相结合，能够提高水下图像增强处理效果，提高增强处理后的图像的清晰度；另外，本专利技术通过GPU执行水下图像增强处理算法，能够提高图像增强处理效率，保证图像增强处理的实时性。附图说明图1是本专利技术实施例一中的水下图像增强处理方法的主要步骤示意图；图2是本专利技术实施例二中的去雾处理步骤的流程示意图；图3是本专利技术实施例三中的直方图拉伸处理步骤的流程示意图；图4是本专利技术实施例四中的水下图像增强处理装置的主要模块示意图；图5是本专利技术实施例可以应用于其中的系统架构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例一图1是本专利技术实施例一中的水下图像增强处理方法的主要步骤示意图。如图1所示，本专利技术实施例的水下图像增强处理方法包括：步骤S101、获取待处理的水下图像。具体实施时，可先通过相机拍摄水下图像本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水下图像增强处理方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1、获取待处理的水下图像；步骤2、根据红通道先验去雾理论对所述待处理的水下图像进行去雾处理，以得到去雾处理后的水下图像；步骤3、对所述去雾处理后的水下图像进行直方图拉伸，以得到拉伸后的水下图像。

【技术特征摘要】
1.一种水下图像增强处理方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1、获取待处理的水下图像；步骤2、根据红通道先验去雾理论对所述待处理的水下图像进行去雾处理，以得到去雾处理后的水下图像；步骤3、对所述去雾处理后的水下图像进行直方图拉伸，以得到拉伸后的水下图像。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据红通道先验去雾理论对所述待处理的水下图像进行去雾处理，以得到去雾处理后的水下图像的步骤包括：构建由各颜色通道分量表示的水下成像散射模型，其中，所述水下成像散射模型符合红通道先验去雾理论；估计在各颜色通道上的水下背景光分量、以及在各颜色通道上的水下透射率分量；然后根据所述水下成像散射模型、所述水下背景光分量和所述水下透射率分量对所述待处理的水下图像进行去雾处理，以得到去雾处理后的水下图像。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述由各颜色通道分量表示的水下成像散射模型为：1-Ir(x)＝tr(x)(1-Jr(x))+(1-tr(x))(1-Ar)；Ig(x)＝tg(x)Jg(x)+(1-tg(x))Ag；Ib(x)＝tb(x)Jb(x)+(1-tb(x))Ab；式中，Ir(x)表示在红色通道上的待处理水下图像分量，tr(x)表示在红色通道上的水下透射率分量，Jr(x)表示去雾处理后的水下图像在红色通道上的分量，Ar表示在红色通道上的水下背景光分量，Ig(x)表示在绿色通道上的待处理水下图像分量，tg(x)表示在绿色通道上的水下透射率分量，Jg(x)表示去雾处理后的水下图像在绿色通道上的分量，Ag表示在绿色通道上的水下背景光分量，Ib(x)表示在蓝色通道上的待处理水下图像分量，tb(x)表示在蓝色通道上的水下透射率分量，Jb(x)表示去雾处理后的水下图像在蓝色通道上的分量，Ab(x)表示在蓝色通道上的水下背景光分量。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据如下公式执行所述根据所述水下成像散射模型、所述水下背景光分量和所述水下透射率分量对所述待处理的水下图像进行去雾处理的步骤：其中，α∈{r,g,b}表示颜色通道的取值为红色通道、绿色通道或蓝色通道，Jα(x)表示去雾处理后的水下图像在α颜色通道上的分量，Iα(x)表示在α颜色通道上的待处理水下图像分量，tα(x)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张川，赵刚，
申请(专利权)人：哈工大机器人岳阳军民融合研究院，
类型：发明
国别省市：湖南,43