一种水下成像方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种水下成像方法及其系统，所述水下成像的方法包括：在水下环境条件下，获取目标物不同偏振角度的原始强度图像；根据原始强度图像，获得线偏振度图像、水下背景偏振度信息、最大光强图和最小光强图，再计算获得水下背景区域光强值；根据背景光的定义计算获得水下传输率，并构建和水下传输率相关的水下目标图像重构模型；根据水下传输率与目标辐射的相关性，获取水下目标图像重构模型的偏振重构最优解；根据水下目标图像重构模型，结合得到的最大光强图、最小光强图、水下背景区域光强值、水下背景偏振度信息、偏振重构最优解，得到重构图像；对重构图像进行增强处理。通过本发明专利技术的水下成像方法，能得到水下目标的清晰复原结果。复原结果。复原结果。

【技术实现步骤摘要】
一种水下成像方法及其系统


[0001]本专利技术属于海洋工程领域，特别涉及一种水下成像方法及其系统。

技术介绍

[0002]水下光学成像在海洋工程领域中起着举足轻重的应用价值和科学研究意义，包括海洋生物监测、生态系统评估、海洋救援和导航等。如今水下光学成像的工作主要集中于非物理模型算法和物理模型算法。非物理模型算法将传统图像处理手段应用于水下图像质量改善，虽然实现简单且计算复杂度低，但容易导致图像色彩失真、散射噪声放大等问题。基于物理模型的算法依赖对先验条件的准确估计，在不同的成像环境下，相应的先验条件将会改变，这也会限制了算法的普遍适应性。目前的成像技术在水下偏振信息获取不精准，在对水下偏振图像进行重构的过程中，人工交替求取重构参数较为繁琐，且通过偏振图像重构得到的图像复原结果稳定性较差。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种水下成像方法及其系统，解决现有技术中关于水下偏振成像中出现地人工重构参数求取繁琐且准确度低、重构图像不清晰且稳定性差的问题。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0005]在水下环境条件下，获取目标物不同偏振角度的原始强度图像；
[0006]根据所述原始强度图像，获得线偏振度图像、水下背景偏振度信息、最大光强图和最小光强图，再计算获得水下背景区域光强值；
[0007]根据背景光的定义计算获得水下传输率，并构建和所述水下传输率相关的水下目标图像重构模型；
[0008]根据所述水下传输率与所述目标辐射的相关性，获取所述水下目标图像重构模型的偏振重构最优解；
[0009]根据所述水下目标图像重构模型，结合得到的所述最大光强图、所述最小光强图、所述水下背景区域光强值、所述水下背景偏振度信息、所述偏振重构最优解，得到重构图像；
[0010]对所述重构图像进行增强处理，得到水下目标的清晰复原结果。
[0011]在本专利技术一实施例中，所述水下背景区域光强值为无穷远处的水下背景光强值，且计算获得水下背景区域光强值的步骤包括：
[0012]将所述原始强度图像内的像素点按照点位顺序标号；
[0013]将第一个像素点的灰度值与其后续标号的像素点灰度值进行逐个比较更替，得到所述原始强度图像中的最大灰度值；
[0014]对应所述最大灰度值确定无穷远处的水下背景光强值。
[0015]在本专利技术一实施例中，所述水下背景偏振度信息的获取方法为：
[0016]对所述原始强度图像进行偏振滤波处理，得到水下背景强度图像；
[0017]对所述水下背景强度图像进行斯托克斯矢量计算，得到水下偏振度参数；
[0018]根据所述水下偏振度参数进行线偏振度计算，得到水下线偏振度图像，分析所述水下线偏振度图像得到水下背景偏振度信息。
[0019]在本专利技术一实施例中，所述水下传输率的计算是依据以下公式：
[0020][0021]其中，t(x,y)为水下传输率的表达式，P
B
(x,y)为所述水下背景偏振度信息，P
S
(x,y)为所述水下目标反射光偏振度，B
∞
为所述水下背景区域光强值，I(x,y)为目标物的所述原始强度图像，ΔI为水下场景光强的变化值。
[0022]在本专利技术一实施例中，所述水下目标图像重构模型的重构是依据以下公式：
[0023][0024]其中，为水下目标图像重构模型的表达式；I
min
(x,y)为水下场景光强最小值，I
max
(x,y)为水下场景光强最大值；ΔI＝I
max
(x,y)
‑
I
min
(x,y)，ΔI为目标物光强的变化值。
[0025]在本专利技术一实施例中，当所述水下传输率和所述目标辐射均与水下目标反射光偏振度相关，且所述水下传输率与所述目标辐射的相关性最大时，获得所述偏振重构最优解。
[0026]在本专利技术一实施例中，所述水下传输率和所述目标辐射的相关性与两者的协方差成反比，所述水下传输率和所述目标辐射的协方差计算是依据以下公式：
[0027][0028]其中，t(x,y)＝1
‑
θ(x,y)，且θ(x,y)∈(0,1)；为目标辐射。
[0029]在本专利技术一实施例中，所述水下传输率和所述目标辐射的协方差的获取步骤包括：
[0030]确定所述水下目标反射光偏振度的取值区间；
[0031]将所述水下目标反射光偏振度的取值区间均分为多份，均分的份数作为迭代次数，均分的距离作为迭代步长，均分的分隔点作为的迭代值；
[0032]将所述迭代值代入所述水下传输率和所述目标辐射的协方差计算公式中，得到协方差结果。
[0033]在本专利技术一实施例中，对所述重构图像进行增强处理的步骤包括：
[0034]对所述重构图像进行高斯滤波处理，得到对应的模糊图像；
[0035]对所述模糊图像进行细节提取得到不同的细节图像，将各幅不同的所述细节图像进行合并得到整体细节图像；
[0036]将所述整体细节图像和所述重构图像进行融合，得到水下目标的清晰复原结果。
[0037]本专利技术还提供一种水下成像系统，所述水下成像系统包括：
[0038]采样模块，用于在水下环境条件中，获取目标物不同偏振角度的原始强度图像；
[0039]水下背景区域光强计算模块，用于根据所述原始强度图像，获得线偏振度图像、水下背景偏振度信息、最大光强图和最小光强图，再计算获得水下背景区域光强值；
[0040]重构模型搭建模块，用于根据背景光的定义计算获得水下传输率，并构建和所述水下传输率相关的水下目标图像重构模型；
[0041]重构图像计算模块，用于根据所述水下目标图像重构模型，结合得到的所述最大光强图、所述最小光强图、所述水下背景区域光强值、所述水下背景偏振度信息、所述偏振重构最优解，得到重构图像；
[0042]图像融合增强计算模块，用于对所述重构图像进行增强处理，得到水下目标的清晰复原结果。
[0043]如上所述，本专利技术针对水下复杂环境悬浮介质影响目标清晰成像这一问题，采用了基于偏振的方法，通过获取不同偏振角度下的偏振图像，计算水下传输率并构建水下目标图像重构模型对获得图像进行重构处理，再增强重构图像获得清晰图像。本专利技术利用水下传输率和目标辐射的协方差估算出目标区域的偏振度信息，规避了人工手动方式估算重构模型参数存在的繁琐性和偶然性，准确度更高且实现了参数的自适应求取，普适性强。本专利技术自适应地选取无穷远处的水下背景光强值，使得每一个像素点都有与之相对应的无穷远处的水下背景光强值，准确度更高，使得对无穷远处的水下背景光强值的估算更加合理。本专利技术对重构图像进行细节处理再融合，得到了清晰度和视觉效果更好的输出图像。
[0044]当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下成像方法，其特征在于，至少包括以下步骤：在水下环境条件下，获取目标物不同偏振角度的原始强度图像；根据所述原始强度图像，获得线偏振度图像、水下背景偏振度信息、最大光强图和最小光强图，再计算获得水下背景区域光强值；根据背景光的定义计算获得水下传输率，并构建和所述水下传输率相关的水下目标图像重构模型；根据所述水下传输率与所述目标辐射的相关性，获取所述水下目标图像重构模型的偏振重构最优解；根据所述水下目标图像重构模型，结合得到的所述最大光强图、所述最小光强图、所述水下背景区域光强值、所述水下背景偏振度信息、所述偏振重构最优解，得到重构图像；对所述重构图像进行增强处理，得到水下目标的清晰复原结果。2.根据权利要求1所述的一种水下成像方法，其特征在于，所述水下背景区域光强值为无穷远处的水下背景光强值，且计算获得水下背景区域光强值的步骤包括：将所述原始强度图像内的像素点按照点位顺序标号；以及将第一个像素点的灰度值与其后续标号的像素点灰度值进行逐个比较更替，得到所述原始强度图像中的最大灰度值；以及对应所述最大灰度值确定无穷远处的水下背景光强值。3.根据权利要求1所述的一种水下成像方法，其特征在于，所述水下背景偏振度信息的获取步骤包括：对所述原始强度图像进行偏振滤波处理，得到水下背景强度图像；以及对所述水下背景强度图像进行斯托克斯矢量计算，得到水下偏振度参数；以及根据所述水下偏振度参数进行线偏振度计算，得到水下线偏振度图像，分析所述水下线偏振度图像得到水下背景偏振度信息。4.根据权利要求1所述的一种水下成像方法，其特征在于，所述水下传输率的计算是依据以下公式：其中，t(x,y)为水下传输率的表达式，P
B
(x,y)为所述水下背景偏振度信息，P
S
(x,y)为所述水下目标反射光偏振度，B
∞
为所述水下背景区域光强值，I(x,y)为目标物的所述原始强度图像，ΔI为水下场景光强的变化值。5.根据权利要求4所述的一种水下成像方法，其特征在于，所述水下目标图像重构模型的重构是依据以下公式：其中，为水下目标图像重构模型的表达式；I
min
(x,y)为水下场景光强最小值，I
max
(x,y)为水下场景光强最大值；...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓，宋强，孙晓兵，提汝芳，黄红莲，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：