改进暗通道先验的水下图像清晰化方法及系统

本发明属于图像处理，具体涉及改进暗通道先验的水下图像清晰化方法及系统。

背景技术：

1、用水下机器人或者水下相机进行水下图像拍摄时，不可避免的会受到水下环境的干扰。由于在水中常常有一些悬浮物，其对光照的吸收、散射以及噪声影响，容易造成水下图像质量下降，影响对水下环境的分析和判断。因此，水下图像清晰化对水下目标检测、故障探伤等具有重要意义。

2、可以根据是否基于物理模型将水下去模糊算法分为水下图像增强方法和水下图像复原方法。水下图像增强方法只需直接对像素值进行系列操作，进而改善水下图像的质量；水下图像复原方法需要依据具体的水下成像模型，其中基于软件的暗通道先验算法十分简便但非常有效，且应用较为广泛，其最初用于陆地场景进行去雾，需要对t(x)进行滤波处理，采用的滤波方式为soft matting，但这种方法十分复杂且用时较长；导向滤波和快速导向滤波方法应运而生，它们具有良好的保边和平滑降噪能力。但现有技术这些图像处理方法效果有限，难以进一步提升图像质量，无法满足更高的水下图像质量要求。

技术实现思路

1、本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供改进暗通道先验的水下图像清晰化方法及系统，能够有效提升水下图像的还原质量，使图像更加清晰。

2、为了实现以上目的，本发明采用了以下方案：

3、<方法>

4、本发明提供改进暗通道先验的水下图像清晰化方法，包括以下步骤：

5、步骤1，计算水下浑浊图像的暗通道图像jdark(x)，并将该暗通道图像jdark(x)作为引导图像，进行导向滤波，得到保边降噪后的暗通道图像

6、步骤2，计算保边降噪后的暗通道图像的传输率

7、步骤3，将传输率作为引导图像，进行导向滤波，得到保边降噪后的传输率用于恢复真实清晰图像。

8、具体地，本发明提供的改进暗通道先验的水下图像清晰化方法，在步骤1中，暗通道图像为：

9、

10、式中，jc表示待求解的真实图像j的颜色通道c的图像，c表示颜色通道r、g或b，ω(x)表示以像素点x为中心的一个局部块。

11、具体地，本发明提供的改进暗通道先验的水下图像清晰化方法，在步骤2中，传输率计算过程如下：

12、

13、式中，c表示颜色通道r、g或b；ic(y)表示水下浑浊图像y区域的颜色通道c的图像；ω(x)表示以像素点x为中心的一个局部块；表示颜色通道c的背景光照估计值；ω为恒定参数。

14、优选地，本发明提供的改进暗通道先验的水下图像清晰化方法，还包括：步骤4，以灰度化后的原始图像作为引导图，对进行快速导向滤波，得到优化的传输率用于恢复真实清晰图像。

15、<系统>

16、进一步，本发明还提供能够自动实现上述<方法>的改进暗通道先验的水下图像清晰化系统，包括：

17、暗通道引导部，计算水下浑浊图像的暗通道图像jdark(x)，并将该暗通道图像jdark(x)作为引导图像，进行导向滤波，得到保边降噪后的暗通道图像

18、传输率计算部，计算保边降噪后的暗通道图像的传输率

19、传输率引导部，将传输率作为引导图像，进行导向滤波，得到保边降噪后的传输率用于恢复真实清晰图像；

20、控制部，与暗通道引导部、传输率计算部、传输率引导部均通信相连，控制它们的运行。

21、优选地，本发明提供的改进暗通道先验的水下图像清晰化系统，还包括：输入显示部，与控制部通信相连，用于让用户输入操作指令，并进行相应显示。

22、优选地，本发明提供的改进暗通道先验的水下图像清晰化系统中，输入显示部能够对水下浑浊图像进行显示，对暗通道引导部得到的暗通道图像jdark(x)、保边降噪后的暗通道图像进行显示，对传输率计算部计算得到的传输率进行显示，并对传输率引导部得到的保边降噪后的传输率和清晰化处理后恢复的真实清晰图像进行显示，还能够对这些图像和数据进行关联比较显示。

23、具体地，本发明提供的改进暗通道先验的水下图像清晰化系统，在暗通道引导部中，暗通道图像为：

24、

25、式中，jc表示待求解的真实图像j的颜色通道c的图像，c表示颜色通道r、g或b，ω(x)表示以像素点x为中心的一个局部块；

26、具体地，本发明提供的改进暗通道先验的水下图像清晰化系统，在传输率计算部中，传输率t～(x)计算过程如下：

27、

28、式中，c表示颜色通道r、g或b；ic(y)表示水下浑浊图像y区域的颜色通道c的图像；ω(x)表示以像素点x为中心的一个局部块；表示颜色通道c的背景光照估计值；ω为恒定参数。

29、优选地，本发明提供的改进暗通道先验的水下图像清晰化系统，还包括：优化部，以灰度化后的原始图像作为引导图，对进行快速导向滤波，得到优化的传输率用于恢复真实清晰图像。

30、发明的作用与效果

31、本发明涉及的改进暗通道先验的水下图像清晰化方法及系统中，首次提出将暗通道图像作为引导图像，进行导向滤波，得到保边降噪后的暗通道图像，进一步将传输率作为引导图像，进行导向滤波，得到保边降噪后的传输率，通过这些处理对水下浑浊(失真)图像进行清晰化，从而恢复真实图像信息。与现有技术处理方法相比，本发明恢复的真实清晰图像具有更高的质量分数，清晰化效果更好，图像包含的信息更加丰富，图像具有更好的清晰度、对比度和亮度，更加丰富的色彩和自然的表面，并且远景目标得到了更好的揭示，更加符合人类的视觉感知。

技术特征：

1.改进暗通道先验的水下图像清晰化方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的改进暗通道先验的水下图像清晰化方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的改进暗通道先验的水下图像清晰化方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的改进暗通道先验的水下图像清晰化方法，其特征在于，还包括：

5.改进暗通道先验的水下图像清晰化系统，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的改进暗通道先验的水下图像清晰化系统，其特征在于，还包括：

7.根据权利要求6所述的改进暗通道先验的水下图像清晰化系统，其特征在于：

8.根据权利要求5所述的改进暗通道先验的水下图像清晰化系统，其特征在于：

9.根据权利要求5所述的改进暗通道先验的水下图像清晰化系统，其特征在于：

10.根据权利要求5所述的改进暗通道先验的水下图像清晰化系统，其特征在于，还包括：

技术总结
本发明提供改进暗通道先验的水下图像清晰化方法及系统，能够有效提升水下图像的还原质量，使图像更加清晰。改进暗通道先验的水下图像清晰化方法包括：步骤1，计算水下浑浊图像的暗通道图像J<supgt;dark</supgt;(x)，并将该暗通道图像J<supgt;dark</supgt;(x)作为引导图像，进行导向滤波，得到保边降噪后的暗通道图像步骤2，计算保边降噪后的暗通道图像的传输率步骤3，将传输率作为引导图像，进行导向滤波，得到保边降噪后的传输率用于恢复真实清晰图像。相应的，改进暗通道先验的水下图像清晰化系统包括：暗通道引导部、传输率计算部、传输率引导部、控制部。

技术研发人员：马彦昭,陈宝华,李登,孙硕,齐鑫
受保护的技术使用者：武汉大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15