一种基于颜色曲线分解的水下图像清晰化方法及系统技术方案

本公开公开了一种基于颜色曲线分解的水下图像清晰化方法及系统，将获取的水下图像均匀划分为若干个区域，指定区域中背景区域评分最高的为最佳背景区域，计算该最佳背景区域内的像素均值作为背景光值；获取水下图像颜色像素点形成的颜色衰减曲线，并分解至RGB坐标轴，得到颜色衰减曲线在RGB坐标轴上的最大投影值，结合背景光值获取透射图；将背景光值和透射图输入大气散射模型，对水下图像进行复原；对复原后的水下图像进行色彩补偿，完成水下图像的清晰化。有效地提高水下图像的对比度，并恢复水下图像色彩，达到水下图像清晰化的目的。

A method and system of underwater image clarity based on color curve decomposition

【技术实现步骤摘要】
一种基于颜色曲线分解的水下图像清晰化方法及系统
本公开涉及图像处理领域，具体涉及一种基于颜色曲线分解的水下图像清晰化方法及系统。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。光在水中传播时，水介质及水中微粒对光线分别产生吸收与散射作用。因此，水下拍摄的图像存在模糊、色偏、对比度低等缺陷。研究过程中发现：降质的水下图像的像素值在RGB颜色空间可聚类为颜色衰减曲线，且将颜色曲线分解后可获得透射图。此外，由于水下图像的色偏容易引起颜色衰减曲线过短，导致透射图不准确，无法纠正水下图像色偏的问题，无法得到水下图像清晰化的效果。
技术实现思路
为了解决上述问题，本公开提出了一种基于颜色曲线分解的水下图像清晰化方法及系统，根据水下图像透射图以及背景光值，对水下图像进行复原，并且对恢复的水下图像进行色彩补偿，有效地提高水下图像的对比度，并恢复水下图像色彩，达到水下图像清晰化的目的。为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：第一方面，本公开提供一种基于颜色曲线分解的水下图像清晰化方法，具体包括如下步骤：将获取的水下图像均匀划分为若干个区域，指定区域中背景区域评分最高的为最佳背景区域，计算该最佳背景区域内的像素均值作为背景光值；获取水下图像颜色像素点形成的颜色衰减曲线，并分解至RGB坐标轴，得到颜色衰减曲线在RGB坐标轴上的最大投影值，结合背景光值获取透射图；将背景光值和透射图输入大气散射模型，对水下图像进行复原；对复原后的水下图像进行色彩补偿，完成水下图像的清晰化。作为可能的一些实现方式，采用四叉树搜寻的方法搜索最佳背景区域，具体为，将采用背景区域评分公式计算划分的若干个区域的评分，将评分最高的区域选为最佳背景区域，再将最佳背景区域分为若干个区域，并递归循环上述操作直至最佳背景区域的尺寸达到设定阈值，得到最终的最佳背景区域。作为进一步的限定，所述背景区域评分公式为：其中，Qk表示第k个区域的评分，n表示区域内的像素个数，c∈{r,g,b}表示图像的红、绿、蓝三个颜色通道，x代表像素坐标，表示第k个区域的图像像素均值，表示第k个区域的图像像素值，分别代表第k个区域的红、绿、蓝颜色像素值。作为可能的一些实现方式，所述透射图还包括对获取的透射图进行修正，对修正后的透射图进行导向滤波获得最终的透射图。作为可能的一些实现方式，所述色彩补偿包括采用亮通道色彩补偿方式对复原后的水下图像的RGB三通道进行色彩补偿。第二方面，本公开提供一种基于颜色曲线分解的水下图像清晰化系统，包括：背景光值提取模块，被配置为将获取的水下图像均匀划分为若干个区域，指定区域中背景区域评分最高的为最佳背景区域，计算该最佳背景区域内的像素均值作为背景光值；透射图提取模块，被配置为获取水下图像颜色像素点形成的颜色衰减曲线，并分解至RGB坐标轴，得到颜色衰减曲线在RGB坐标轴上的最大投影值，结合背景光值获取透射图；复原模块，被配置为将背景光值和透射图输入大气散射模型，对水下图像进行复原；色彩补偿模块，被配置为对复原后的水下图像进行色彩补偿，完成水下图像的清晰化。第三方面，本公开提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的基于颜色曲线分解的水下图像清晰化方法。第四方面，本公开提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述的基于颜色曲线分解的水下图像清晰化方法。与现有技术相比，本公开的有益效果为：本公开通过分解水下颜色衰减曲线得到的透射图以及背景光值进行水下图像复原，增强图像清晰度，去除颜色的退化，加大图像的对比度，使图像细节增强；本公开为避免水下图像色偏引起的颜色衰减曲线过短，导致透射图不准确，通过算术平均的方式对初始透射图进行修正；本公开在图像复原后，为了使复原后的水下图像色彩更加自然，采用亮通道色彩补偿方式对复原后的水下图像进行色彩补偿。附图说明构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。图1为本公开方法流程示意图；图2为本公开背景光值搜寻方法示意图；图3为本公开颜色衰减曲线分解示意图；图4为本公开方法的实验结果图。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本公开做进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。实施例1根据水下成像原理，水下获取的图像可表示为真实场景与背景光值的加权和，如公式(1)所示。本公开使用该模型，分解水下颜色衰减曲线，从而计算出透射图；并根据先验信息计算背景光值；然后，将背景光值与透射图输入模型，从而恢复水下图像；最后，对恢复水下图像进行色彩补偿，从而输出清晰、无色偏的高质量水下图像。Ic(x)＝Jc(x)tc(x)+Bc[1-tc(x)]c∈{r,g,b}(1)式中Ic(x)为水下获取的模糊图像，Jc(x)为真实场景，tc(x)为透射图，Bc为背景光值，x代表像素坐标，c∈{r,g,b}表示图像的红、绿、蓝三个颜色通道。本公开提出的方法包括四个步骤：(1)构建评分公式，并根据评分公式搜寻背景光值；(2)分解颜色衰退曲线，从而计算透射图；(3)将透射图和背景光值输入水下成像模型还原出高对比度的水下图像；(4)对还原后的水下图像进行颜色补偿，从而输出清晰的图像。如图1所示，本公开提供一种基于颜色曲线分解的水下图像清晰化方法，具体包括如下步骤：(1)将获取的水下图像均匀划分为若干个区域，指定区域中背景区域评分最高的为最佳背景区域，计算该最佳背景区域内的像素均值作为背景光值；水下图像背景区域表现出三个特点：(1)水下图像的背景区域位于图像中较亮的区域；(2)在水中，蓝绿光的衰减量比红光衰减量小，故背景区域多为蓝绿色；(3)背景区域较为平滑，故背景区域方差较小。综合考虑上述三个先验信息，本公开提出背景区域评分公式，并结合四叉树搜寻方法，从而准确提取背景光值。本公开提出的背景区域评分公式如下：其中，Qk表示第k个区域的评分，n表示区域内的像素个数，c∈{r,g,b}表示图像的红、绿、蓝三个颜色通道，x代表像素坐标，表示第k个区域的图像像素均值，表示第k个区域的图像像素值，分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于颜色曲线分解的水下图像清晰化方法，其特征在于，包括，/n将获取的水下图像均匀划分为若干个区域，指定区域中背景区域评分最高的为最佳背景区域，计算该最佳背景区域内的像素均值作为背景光值；/n获取水下图像颜色像素点形成的颜色衰减曲线，并分解至RGB坐标轴，得到颜色衰减曲线在RGB坐标轴上的最大投影值，结合背景光值获取透射图；/n将背景光值和透射图输入大气散射模型，从而对水下图像进行复原；/n对复原后的水下图像进行色彩补偿，完成水下图像的清晰化。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于颜色曲线分解的水下图像清晰化方法，其特征在于，包括，
将获取的水下图像均匀划分为若干个区域，指定区域中背景区域评分最高的为最佳背景区域，计算该最佳背景区域内的像素均值作为背景光值；
获取水下图像颜色像素点形成的颜色衰减曲线，并分解至RGB坐标轴，得到颜色衰减曲线在RGB坐标轴上的最大投影值，结合背景光值获取透射图；
将背景光值和透射图输入大气散射模型，从而对水下图像进行复原；
对复原后的水下图像进行色彩补偿，完成水下图像的清晰化。


2.如权利要求1所述的一种基于颜色曲线分解的水下图像清晰化方法，其特征是，
采用四叉树搜寻的方法搜索最佳背景区域，具体为，将采用背景区域评分公式计算划分的若干个区域的评分，将评分最高的区域选为最佳背景区域，再将最佳背景区域分为若干个区域，并递归循环上述操作直至最佳背景区域的尺寸达到设定阈值，得到最终的最佳背景区域。


3.如权利要求2所述的一种基于颜色曲线分解的水下图像清晰化方法，其特征是，
所述背景区域评分公式为：



其中，Qk表示第k个区域的评分，n表示区域内的像素个数，c∈{r,g,b}表示图像的红、绿、蓝三个颜色通道，x代表像素坐标，表示第k个区域的图像像素均值，表示第k个区域的图像像素值，分别代表第k个区域的红、绿、蓝颜色像素值。


4.如权利要求1所述的一种基于颜色曲线分解的水下图像清晰化方法，其特征是，
所述透射图还包括对获取的透射图进行修正，对修正后的透射图进行导向滤波获得最终的透射图。


5.如权利要求1所述的一种基于颜色曲线分解的水下图像清晰化方法，其特征是，
所述色彩补偿包括采用亮通道色彩补偿方式对复原后的水下图像的RGB...

【专利技术属性】
技术研发人员：林明星，代成刚，吴筱坚，张东，管志光，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37