一种水下降质图像的自适应增强方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种水下降质图像的自适应增强方法，属于图像处理技术领域。
【背景技术】
[0002] 在水下，光波并没有声波那样优良的传输特性，水体对光能量有着较强的吸收作 用，更不利的是水体、悬浮颗粒对光线还有着极强的散射效应，水的透明度越低散射效应就 越严重。水下光传输时发生的吸收和散射效应极大限制了水下可见光成像的距离。理论和 实践经验都已证明，当照明功率达到一定水平后，只靠提高照明功率并不能使图像衬度和 观测距离有所改善。因此，对水下图像做清晰化处理来提高成像质量成为增加水下有效观 测距离的重要手段。
[0003] 目前水下光学成像清晰化方法主要分为三大类：第一类是对光的散射作用进行补 偿处理的方法，此类方法可以提高水下图像的对比度和视觉观感，以及去除水体散射作用 导致的图像模糊等；第二类是对水下图像进行颜色校正处理，此类方法重在处理水下图像 颜色变化问题；第三类主要利用图像融合的方法，该方法采用多种不同方法对水下图像增 强，然后取一定的系数对几幅图像进行融合以达到增强图像的目的。这些方法虽然取得很 好的复原效果，但是都需要考虑水下环境的影响算法复杂度高，同时并没有完全复原降质 的水下图像。
[0004] 由于水中颗粒物的后向噪声散射作用，导致水下图像成像环境复杂；同时水对不 同波长的光吸收程度不同，会导致水下图像的光照不均，Retinex理论主要用于补偿受光照 影响的图像。根据视觉感知特性，人眼的光接收体可分为锥状体和杆状体两类。锥状体能 辨认图像的细节，但在低照度下不起作用，杆状体在低照度下起作用，但不能感受图像的细 节。因此，在太高或太低的照度下，增强细节意义不大。多尺度Retinex理论的出现实现了 在不同照度下增强图像的细节，有利于处理光照不均匀的水下图像。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种水下降质图像的自适应增强 方法，不仅能够均匀图像光照，同时可以去除图像模糊，平衡图像色彩。
[0006] 为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种水下降质图像的自适应增强 方法，包括如下步骤：
[0007] 步骤一：采集单幅水下彩色图像g(x，y)，分别对彩色图像的R、G、B三个通道进行 对数变换；
[0008] 步骤二：利用基于人眼视觉特性对对数变换后的图像进行局部对比度增强处理， 得到 I (X，y);
[0009] 步骤三：通过带权值的高斯同态滤波对对数变换后的图像进行光照估计；
[0010] 步骤四：利用改进的多尺度Retinex算法实现对局部对比度增强后的图像进行增 强；
[0011] 步骤五：在分析去模糊图像的各通道直方图的基础上，利用基于直方图的色阶量 化算法实现对多尺度Retinex增强后的图像进行颜色校正和恢复。
[0012] 步骤二所述局部对比度增强处理的方法是：对步骤一采集的单幅水下彩色图 像g(x，y)进行双边滤波得到图像Μλ:,彡·），通过公式（1)得到局部对比度增强后的图像 I (x, y)：
【主权项】
1. 一种水下降质图像的自适应增强方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤一：采集单幅水下彩色图像g(x，y)，分别对彩色图像的R、G、B三个通道进行对数 变换； 步骤二：利用基于人眼视觉特性对对数变换后的图像进行局部对比度增强处理，得到 I (x, y)； 步骤三：通过带权值的高斯同态滤波对对数变换后的图像进行光照估计； 步骤四：利用改进的多尺度Retinex算法实现对局部对比度增强后的图像进行增强； 步骤五：在分析去模糊图像的各通道直方图的基础上，利用基于直方图的色阶量化算 法实现对改进的多尺度Retinex增强后的图像进行颜色校正和恢复。
2. 根据权利要求1所述的水下降质图像的自适应增强方法，其特征在于，步骤二所述 局部对比度增强处理的方法是：对步骤一采集的单幅水下彩色图像g(x，y)进行双边滤波 得到图像通过公式⑴得到局部对比度增强后的图像I(x，y): I(x, y) = k (g(x, y) - g(x, y)) + g(x, y) (I)其中：k 为正常 数，k值取0.7~0.9。
3. 根据权利要求1所述的水下降质图像的自适应增强方法，其特征在于，步骤三中带 权值的高斯同态滤波采用改进型的同态滤波器，同态滤波器函数为
(2)式中：m为权重因 子，m值取2~4办为截止频率；η为动态系数；D(u，V)为是频率（u，V)到滤波器中心的距 离；b为直流分量，b = R1;Rh为高频增益，Rh>l表示图像高频分量增强；R 1为低频增益，R1U 表示图像低频分量受抑制。
4. 根据权利要求1所述的水下降质图像的自适应增强方法，其特征在于，步骤四的具 体算法为：利用hfn(x, y)替代多尺度Retinex中的环境函数Fn(X，y),即
(3)其 中表示经多尺度Retinex增强后的图像；表示卷积运算；N为尺度个数；Wn 为对应于每一个尺度的权值，wn满足
\"(U)为对应权值wn的第η个核函数。
5. 根据权利要求1所述的水下降质图像的自适应增强方法，其特征在于，步骤五所述 基于直方图的色阶量化算法包括直方图局部调整和直方图全局调整，具体如下： 1) 直方图局部调整：消除在直方图中出现频率小于5的孤立点； 2) 直方图全局调整：将局部调整后的直方图重新排序，对排序后的直方图进行自动 截断拉伸，并对输出图像进行动态范围量化，对输出结果的动态范围量化可用以下公式表 示：
式中，为经多尺度 Retinex增强后的图像，Iwt为输出图像，V min，Vmax分别为下限截取点和上限截取点，V min，Vmax 选取方法如下：
式中，sum# I 各通道 (5) 图像左侧直方图之和，8111111是I 各通道图像右侧直方图之和，Mn1是左侧直方图之和 SUrn^t1*的直方图横坐标值，bin 2是右侧直方图之和sum ^t1处的直方图横坐标值，t i取图 像总像素值的1. 5%，t2取图像总像素值的1%。
【专利摘要】本发明公开了图像处理技术领域内的一种水下降质图像的自适应增强包括：采集单幅水下彩色图像，首先对输入图像进行对数变换，其次利用基于人眼视觉特性对对数变换后的图像进行局部对比度增强处理，同时通过带权值的高斯同态滤波对对数变换后的图像进行光照估计；利用光照估计后的图像减去局部对比度增强后的图像；最后在分析去模糊图像的各通道直方图的基础上，利用基于直方图的色阶量化算法实现对多尺度Retinex增强后的图像进行颜色校正和恢复。本发明可以很好的去除由于水体吸收和颗粒物散射作用引起的图像的模糊，很好的去除水体颜色对于图像本身颜色的干扰。
【IPC分类】G06T5-00
【公开号】CN104766285
【申请号】CN201510187169
【发明人】曹美, 盛惠兴, 程亚玲, 李庆武, 周妍, 俞楷, 仇春春, 郭晶晶, 程海粟
【申请人】河海大学常州校区
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月17日