一种基于背景光优化与伽马变换的水下图像增强方法技术

本发明专利技术公开了一种基于背景光优化与伽马变换的水下图像增强方法，属于计算机视觉领域，该方法包括以下步骤：对水下图像进行去雾处理，得到去雾后的水下图像；对去雾后的水下图像进行伽马变换，得到对比度提升后的水下图像；对对比度提升后的水下图像采用主通道像素最值方法进行色彩校正，得到颜色均衡的水下图像，本发明专利技术采用改进的背景光估计方法，利用候选点邻域的色彩饱和度衡量该点是否能作为整幅图像的背景光，减小估计误差，提升图像质量；针对复原后图像存在的颜色失真、偏色等问题，利用伽马变换与颜色校正结合的方法，提升图像对比度，改善图像亮度不均的情况。改善图像亮度不均的情况。改善图像亮度不均的情况。

【技术实现步骤摘要】
一种基于背景光优化与伽马变换的水下图像增强方法


[0001]本专利技术涉及计算机视觉领域，尤其涉及一种基于背景光优化与伽马变换的水下图像增强方法。

技术介绍

[0002]暗通道先验方法是基于对大量自然真实的图像进行统计得出的规律，是一种通过对图像退化模型进行分析，通过逆求解成像模型对图像进行复原的方法，在非天空区域下的图像去雾方面有着不错的效果。考虑到与空气中的传播方式不同，基于暗通道先验理论的水下图像增强方法在估计透射率时通常引入水对不同波长光的衰减系数，利用软抠图算法细化传输图，获取更加平滑的图像。
[0003]对于水下图像中的光源区域以及噪声点部分，三个通道的亮度较为均衡，固此区域的颜色饱和度普遍偏低，而背景光存在于图像的背景部分，由于水介质对不同波长的光有着不同程度的衰减作用，图像中红色通道的亮度一般小于蓝绿色通道的亮度，故背景区域的颜色饱和度较高。
[0004]传统的暗通道先验方法应用于水下图像时，由于水中噪声影响，导致水下图像背景光估计误差增加；且经暗通道先验方法复原后的图像仍然存在颜色失真、偏色的问题，导致视觉效果差，复原图像不客观。

技术实现思路

[0005]根据现有技术存在的问题，本专利技术公开了一种基于背景光优化与伽马变换的水下图像增强方法，包括以下步骤：
[0006]S1：对水下图像进行去雾处理，得到去雾后的水下图像；
[0007]S2：对去雾后的水下图像进行伽马变换，得到对比度提升后的水下图像；
[0008]S3：对对比度提升后的水下图像采用主通道像素最值方法进行色彩校正，得到颜色均衡的水下图像。
[0009]进一步地，所述对水下图像进行去雾处理的过程如下：
[0010]结合暗通道和颜色饱和度对水下图像的背景光进行提取，得到水下图像的真实背景光，同时对水下图像的每个通道的透射率进行估计，得到水下图像红、绿、蓝3个通道的透射率，即完成水下图像的去雾处理。
[0011]进一步地，所述结合暗通道和颜色饱和度对水下图像的背景光进行提取，得到水下图像的真实背景光的过程如下：
[0012]S1
‑
1：选取水下图像暗通道前0.1％的像素点；
[0013]S1
‑
2：根据水下图像暗通道前0.1％的像素点的位置，选择亮度最高的点x；
[0014]S1
‑
3：计算亮度最大点x的色饱和度S，并以点x为中心建立局部窗口W，根据局部窗口W内平均饱和度设置阈值S
L
；
[0015]S1
‑
4：当S＞S
L
，则将点x的像素值设置为背景光，当S≤S
L
，选取次亮的像素点，返回
S1
‑
2。
[0016]进一步地，所述水下图像的成像模型为：
[0017]I
λ
(x)＝J
λ
(x)t
λ
(x)+B
λ,∞
(1
‑
t
λ
(x))
ꢀꢀꢀ
(2)
[0018]式中，I
λ
(x)为获得的观测图像，J
λ
(x)为待恢复的真实场景，t
λ
(x)为透射率，B
λ,∞
为背景光。
[0019]进一步地，所述饱和度S定义如下：
[0020]S＝max
x
(R,G,B)
‑
min
x
(R,G,B)
ꢀꢀꢀ
(5)
[0021]式中：max
x
(R,G,B)、min
x
(R,G,B)分别为点x处三通道中像素的最大与最小值。
[0022]进一步地，所述阈值S
L
的表达式如下：
[0023][0024]其中：ρ为阈值调节系数，为平均颜色饱和度。
[0025]进一步地，所述伽马变换公式如下：
[0026]V
out
＝V
max
(V
in
/V
max
)
γ
ꢀꢀꢀ
(14)
[0027]式中：V
in
、V
out
分别为输入输出图像中像素的亮度，V
max
为通道中亮度最大的像素值。
[0028]进一步地，所述主通道像素最值方法包括的步骤如下：
[0029]S3
‑
1：计算出对比度提升后的水下图像红、蓝、绿三个颜色通道的最大像素值；
[0030]S3
‑
2：将红、蓝、绿三个颜色通道的最像素大值进行比较，将最大像素值所对应的颜色通道最为主通道，保持主通道不变，另外两个颜色通道作为次通道；
[0031]S3
‑
3：将次通道的像素值按照放大因数进行放大，使对比度提升后的水下图像的颜色得以均衡。
[0032]进一步地，所述放大因数的定义如下：
[0033][0034]其中：g
min
为放大像素值最低通道的增益，g
med
为放大像素值居中通道的增益，R
max
,G
max
,B
max
分别为红绿蓝三通道中的像素最大值。
[0035]由于采用了上述技术方案，本专利技术提供的一种基于背景光优化与伽马变换的水下图像增强方法，主要针对水下图像模糊、对比度低以及颜色失真等问题，尤其适用于将水下的真实场景从退化图像中复原出来的场合，为水下图像的特征检测、识别、匹配等提供可靠支持；采用结合伽马变换与颜色校正的方法，提升图像对比度，增加图像亮度，提高整幅图像的可视化效果，针对图像背景光受噪声影响导致估计误差增加的问题，本专利技术采用改进的背景光估计方法，利用候选点邻域的色彩饱和度衡量该点是否能作为整幅图像的背景光，减小估计误差，提升图像质量；针对复原后图像存在的颜色失真、偏色等问题，利用伽马变换与颜色校正结合的方法，提升图像对比度，改善图像亮度不均的情况；本方法在暗通道先验理论的基础上，引入局部平均色彩饱和度的方法，结合亮度估计图像的全局背景光，提
高背景光估计的准确度，考虑光在水下传播的特性，结合光在水中的衰减率估计分别求解水下图像不同通道的透射率，提升水下图像复原质量。
附图说明
[0036]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0037]图1为水下光学成像示意图；
[0038]图2局部平局色彩饱和度计算原理图；
[0039]图3结合色彩饱和度的暗通道背景光选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于背景光优化与伽马变换的水下图像增强方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：对水下图像进行去雾处理，得到去雾后的水下图像；S2：对去雾后的水下图像进行伽马变换，得到对比度提升后的水下图像；S3：对对比度提升后的水下图像采用主通道像素最值方法进行色彩校正，得到颜色均衡的水下图像。2.根据权利要求1所述的一种于背景光优化与伽马变换的水下图像增强方法，其特征在于：所述对水下图像进行去雾处理的过程如下：结合暗通道和颜色饱和度对水下图像的背景光进行提取，得到水下图像的真实背景光，同时对水下图像的每个通道的透射率进行估计，得到水下图像红、绿、蓝3个通道的透射率，即完成水下图像的去雾处理。3.根据权利要求2所述的一种于背景光优化与伽马变换的水下图像增强方法，其特征在于：所述结合暗通道和颜色饱和度对水下图像的背景光进行提取，得到水下图像的真实背景光的过程如下：S1
‑
1：选取水下图像暗通道前0.1％的像素点；S1
‑
2：根据水下图像暗通道前0.1％的像素点的位置，选择亮度最高的点x；S1
‑
3：计算亮度最大点x的色饱和度S，并以点x为中心建立局部窗口W，根据局部窗口W内平均饱和度设置阈值S
L
；S1
‑
4：当S＞S
L
，则将点x的像素值设置为背景光，当S≤S
L
，选取次亮的像素点，返回S1
‑
2。4.根据权利要求1所述的一种于背景光优化与伽马变换的水下图像增强方法，其特征在于：所述水下图像的成像模型为：I
λ
(x)＝J
λ
(x)t
λ
(x)+B
λ,∞
(1
‑
t
λ
(x))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式中，I
λ
(x)为获得的观测图像，J
λ
(x)为待恢复的真实场景，t
λ
(x)为透射率，B
λ,∞
为背景光。5.根据权利要求3所述的一种于背景光优化与伽马变换的水下图像增强...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宁，田嘉禾，王荣峰，陈廷凯，陈帅，李春艳，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：