本发明专利技术公开了一种暗原色和白平衡相结合的水下彩色图像增强方法，属于图像处理技术领域。在水下环境下，光的散射和衰减导致水下彩色图像对比度低、颜色失真，图像质量严重下降；建立水下光学成像模型，根据暗原色先验规律估算出水下的透射率和大气光成分，复原水下彩色图像，使其清晰化；依据白平衡理论对复原后的图像进行颜色校正，实现水下彩色图像的增强。本发明专利技术提供的方法针对水下彩色图像成像特点，可以更好地增强图像细节，色彩丰富，且具有较快的运算速度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数字图像处理
，具体涉及。
技术介绍
二十一世纪是海洋开发时代，海洋覆盖了地球表面的71%，是全球生命支持系统的一个基本组成部分，它蕴藏着巨大的资源和能源，人类社会的发展必然会越来越多的依赖海洋；同时国际安全和沿海地区的安全，大多数都与海洋息息相关。因此开展水下图像处理方法的研究，具有重要的意义和价值。在海洋环境下，海水一直模糊着人们的视线，使得景物的能见度大幅降低，给观看者和研究者带来了严重的影响。随着计算机视觉与图像处理技术的发展，水下视觉系统的研究不断深入，应用范围不断扩大，如水下勘测、水下机器人等。这些视觉系统需要以水下图像为基本处理对象，通过计算机视觉、图像处理等技术准确检测输入图像的特征。然而在恶劣的水下条件下，水下彩色图像的对比度和颜色都会发生改变或退化，图像中蕴含的许多特征都被覆盖或模糊，导致这些视觉系统无法正常工作。水下图像增强处理通常的方法是单独对光的散射进行补偿处理，或者单独对水下图像的颜色进行修正处理。对光的散射进行补偿处理的方法有2004年，Schechner等运用物理模型为基础，使用极化滤波器来补偿退化的水下图像的能见度；2007年，ff. Hou等使用联合点扩散函数和调制传递函数降低水下图像的模糊效应；2010年，L. Chao等运用图像去模糊的方法来提高水下图像的清晰度。虽然上述的方法在一定程度上，可以增强水下图像的对比度和可见度，以及修复由波长衰减引起的图像模糊等，但是却仍然没有涉及到颜色失真问题的改善方法。事实上，在水下环境下，图像的颜色发生了一定的变化。2007年， A. Yamashita等利用颜色变化相关性技术估计水下环境参数，这些参数是由光的衰减引起的彩色配准构成的；2010年，K. Labal等分别在RGB空间和HIS空间使用直方图均衡化来平衡图像的亮度分布。2011年，Norsila等指出水下图像的视觉颜色有时并不代表现实中的真实颜色，光的吸收和散射作用会降低图像的清晰度，为了提高水下图像的可见度，根据直方图分布提出了一种手动调控的颜色校正方法，达到增强图像的效果。一个系统的研究方法需要把这些因素都要考虑到，其中包括光的散射、颜色失真等。本专利技术提出的暗原色和白平衡相结合的方法可以有效地增强水下图像的可见度和恢复水下图像的颜色平衡，提高图像的清晰度和颜色的保真度且该方法具有较快的运算速度。专利检索及对国内外各种科技文献的最新检索表明，尚未有见诸文献。
技术实现思路
针对水下图像的低对比度、颜色失真的特点，本专利技术目的是在于提供，对水下彩色图像先进行暗原色先验处理，复原水下图像，然后进行自动白平衡处理，实现颜色校正，从而实现水下图像的增强。为实现上述专利技术目的，其处理步骤依次为(O建立水下彩色图像的成像模型，该模型由入射光衰减模型和大气光线成像模型两部分组成，其表达式为 = J(Sr, y)i(x, y) + ^4(x,j)。(2)根据暗原色的先验规律，对水下彩色图像ζ求其暗原色通道值，确定水下彩色图像成像模型中水下大气光成分3。(3)计算水下彩色图像/成像模型中介质传播函数(U)。(4)依据水下大气光成分j和介质传播函数,确定水下彩色图像J的复原图像(5)根据白平衡理论，对复原图像J进行颜色修正。将图像J的颜色空间转换为rqc;颜色空间，以便确定一个由一系列参考白点组成的接近白色区域。(6)计算接近白色区域的参考白点。(7)根据参考白点的平均值和整幅图像亮度的最大值，分别计算三通道增益。(8)判断图像J在空间中红色分量所占比重，修正通道增益。(9)根据Km 模型来调整图像，使其达到白平衡的效果。(10)输出增强后的图像。 本专利技术综合利用一种基于暗原色和白平衡相结合的水下彩色图像增强方法，可以有效去除由光的散射引起的失真并修正颜色变化，有效地增强水下图像的可见度和恢复水下图像的颜色平衡，解决了水下图像模糊和偏色的问题，且具有较快的运算速度。附图说明图1为本专利技术的可见光在水下环境的传播成像原理示意图。图2为本专利技术的在高透明度水体，可见光的衰减与水微粒的关系示意图。图3为本专利技术方法的流程图。图1中，I为大气光，2为照相机，3为水中悬浮微粒，4为水下光源，5为拍摄的物体，6为反射光线,7为水域环境,8为散射光线。图2中，11为红色光，12为橙色光，13为黄色光，14为绿色光，15为青色光，16为蓝色光，17为紫色光，18为照相机,19为水下光源,20为拍摄的物体。具体实施方式为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。如图1中，水下光源4照射到水下物体5上，反射光线6通过媒介水体7和水下悬浮微粒3后，成为光线8投射到水下照相机2的图像传感器进行成像，其中，反射光线6通过媒介水体7和水下悬浮微粒3会发生散射效应。大气光I会投射到水中，出现白色光区域。由此,建立水下光学成像模型,表达式为，Au) = AX沖(u)+』(u)。其中I(U)为拍摄到的水下彩色图像。我U)为水下大气光成分； (Χ.ν)为反射光线6通过媒介透射到照相机2的过程中未被散射的部分。取fAx,y)为反射光线在透射媒介7和悬浮颗粒3中经衰减后的剩余强度8。AX j)为由于散射引起的，会导致景物颜色偏移的大气光部分。在高透明度水体，可见光的衰减与水微粒的关系示意图如图2所示如图2中，显示了可见光的衰减与水微粒的相互关系。日光是一种复合光，它是由红、 橙、黄、绿、青、蓝、紫七种不同波长的单色光复合而成的。光在水中的传播过程中会因为水的吸收作用致使强度逐渐减弱，而水对光的吸收作用与各单色光的波长有关。在图2中，单色光为红色光11、橙色光12、黄色光13、绿色光14、青色光15、蓝色光16、紫色光。水对红色光11和橙色光12吸收最多；黄色光13、紫色光17和绿色光14次之，而对蓝色光16、青色光15吸收最少。图1中显示出红色I在水下50厘米处很明显地消失；大多数颜色光在 25米深处被吸收，所以，在水下看到的光色通常是偏蓝绿色。基于以上原因，水下照相机19拍出来的彩色图像20都是蓝绿色的；而且，随着光在水中传输距离和水深的增加，这种偏色现象就愈加严重。正是因为颜色失真会随水深增加而愈加严重，所以对水下图像进行颜色校正是十分必要的。图3为本专利技术方法的流程图，本专利技术，基于可见光在水下环境的传播成像原理，运用暗原色先验规律复原图像，使图像清晰化；基于在水下看到的光色通常是蓝绿色分量，而红色分量大幅衰减的情况，应用白平衡理论知识，将复原后的图像，进行颜色校正，解决水下图像颜色失真的问题，增强图像色彩和细节。为更详细的对本专利技术的方法进行说明，如图3所示，该方法的具体步骤依次为(I)根据光学模型，水下图像的成像模型由入射光衰减模型和大气光线成像模型两部分组成，表达式为取}O = J(λ-,y)+。其中(U)为图像中像素的坐标位置，Ku)为拍摄到的水下彩色图像。为水下大气光成分。为光线通过媒介透射到照相机过程中未被散射的部分，称为透射率，O < (υ) <1。J(^y)为对水下彩色图像进行复原后的图像，即所要求取的图像。为物体光线在透射媒介中经衰减后的剩余强度。戎υ)为由于散射引起的，会导致景物颜色偏移的大气光部分。(2)由拍摄到本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于暗原色和白平衡相结合的水下彩色图像增强方法，其具体步骤为：（1）建立水下彩色图像的成像模型，该模型由入射光衰减模型和大气光线成像模型两部分组成；拍摄到的水下彩色图像???????????????????????????????????????????????简称为，其表达式为；其中，为图像中像素的坐标位置;简称为,为水下大气光成分;为光线通过媒介透射到照相机过程中未被散射的部分，称为透射率，且；简称为，为对水下彩色图像进行复原后的图像，即所要求取的复原图像；为物体光线在透射媒介中经衰减后的剩余强度；为由于散射引起的，会导致景物颜色偏移的大气光部分；（2）根据暗原色的先验规律，对水下彩色图像，求其暗原色通道值，确定水下彩色图像成像模型中水下大气光成分；（3）计算水下彩色图像成像模型中介质传播函数，即透射率；（4）依据水下大气光成分和介质传播函数，确定水下彩色图像的复原图像；（5）根据白平衡理论，对复原图像进行颜色修正；将复原图像的颜色空间转换为颜色空间，以便确定一个由一系列参考白点组成的接近白色区域；（6）计算接近白色区域的参考白点；（7）根据参考白点的平均值和整幅图像亮度的最大值，分别计算、、三通道增益；（8）判断复原图像在空间中红色分量所占比重，修正通道增益；（9）根据模型来调整图像，使其达到白平衡的效果；（10）输出增强后的图像。2012105255489100001dest_path_image002.jpg,2012105255489100001dest_path_image004.jpg,2012105255489100001dest_path_image006.jpg,2012105255489100001dest_path_image008.jpg,2012105255489100001dest_path_image010.jpg,2012105255489100001dest_path_image012.jpg,2012105255489100001dest_path_image014.jpg,2012105255489100001dest_path_image016.jpg,2012105255489100001dest_path_image018.jpg,2012105255489100001dest_path_image020.jpg,2012105255489100001dest_path_image022.jpg,2012105255489100001dest_path_image024.jpg,65960dest_path_image004.jpg,983101dest_path_image004.jpg,825155dest_path_image014.jpg,220364dest_path_image010.jpg,97053dest_path_image014.jpg,919515dest_path_image004.jpg,248866dest_path_image020.jpg,447766dest_path_image020.jpg,241278dest_path_image020.jpg,2012105255489100001dest_path_image026.jpg,2012105255489100001dest_path_image028.jpg,2012105255489100001dest_path_image030.jpg,2012105255489100001dest_path_image032.jpg,2012105255489100001dest_path_image034.jpg,421593dest_path_image020.jpg,175922dest_path_image026.jpg,975251dest_path_image030.jpg,560953dest_path_image030.jpg,2012105255489100001dest_path_image036.jpg,2012105255489100001dest_path_image038.jpg...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：束代群，李庆武，盛惠兴，张伟，霍冠英，朱浩，糜靖峰，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：
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