一种高效的基于颜色通道转移的水下图像颜色校正方法

本发明涉及一种图像处理方法，具体的说，涉及了一种高效的基于颜色通道转移的水下图像颜色校正方法。

背景技术：

1、水下视觉检测在科学研究和工业应用中具有重要地位，它包括水下机器人技术、水下目标检测与识别、水下场景重建以及水下目标分类等关键领域。提高水下图像质量有助于更好地理解和分析水下环境，对于海洋资源探索与开发、水下目标检测、工程应用、海洋军事应用具有重要作用。然而，光线在水中传播时会遭受颗粒物的吸收和散射，这些现象导致水下图像出现颜色失真和对比度降低的问题。具体而言，光的吸收导致水下图像的颜色失真，而光的散射则使图像的清晰度和对比度受到影响。

2、水下图像色彩失真的问题，是水下图像复原方法有待解决的问题之一。为了校正水下图像颜色失真问题，许多学者提出了一些针对水下图像的非模型图像清晰化方法，例如：直方图均衡化、线性变换、颜色补偿、多尺度融合、颜色传输以及混合方法，具有实现简单、效果明显等优点。

3、线性变换和颜色补偿相结合的方法也逐渐成为水下图像颜色校正的主流方法。尽管这些方法可以在一定程度上提高图像质量，但它们忽略水下成像机制，无法适应水下环境，在增强图像的同时可能引起红色过补偿或欠增强的问题。为了恢复清晰的水下图像，仍需进一步提高算法的鲁棒性。

4、如申请号为：202210555492.5、发明名称为：局部自适应的水下图像颜色校正方法的发明专利中提出，根据颜色失真水下图像，分别统计rgb三色通道总像素均值，并将其重定义为最大、中间和最小三个颜色通道，然后基于灰度世界假设建立最小颜色损失准则并在重定义的三个颜色通道之间构建颜色损失项，使用线性传输策略处理最大颜色通道，再通过实施迭代补偿和线性传输策略处理中间颜色通道和最小颜色通道，最后采用最大衰减图估计策略估计原始图像中衰减最严重的颜色通道，将细节图像和颜色传输图像，最大衰减图的引导下逐像素调整原始图像以获得颜色校正图像。它从衰减补偿的角度来解决水下图像失真问题，但是不能较好的提高水下图像对比度。

5、为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种克服传统方法所面临的鲁棒性和适用性不强等问题的高效的基于颜色通道转移的水下图像颜色校正方法。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种高效的基于颜色通道转移的水下图像颜色校正方法，包括以下步骤：

3、步骤1)获取颜色失真的水下图像，从div2k数据集中选取城市场景的高分辨率图像作为参考图像，提取水下图像和参考图像在cielab空间的三个通道；

4、步骤2)基于步骤1)中提取的三个通道，分别对亮通道与色度通道进行线性拉伸和自适应颜色补偿得到颜色转移图像；

5、步骤201)对原始水下图像的亮度通道进行线性拉伸；

6、计算公式表示如下：

7、

8、其中，lmax、lmin是原始水下图像亮通道的最大值和最小值；

9、表示拉伸后图像的最大值和最小值；

10、分别表示拉伸处理前和处理后图像的亮通道；

11、步骤202)将原始水下图像的色度通道像素值减去该通道的平均值；

12、步骤203)结合步骤201，202)基于原始水下图像和参考水下图像标准差之间的比率缩放图像并添加参考图像的均值，获得颜色转移图像；

13、步骤202，203)中对于色度通道的补偿计算公式整体表示如下：

14、

15、

16、其中，分别代表原始水下图像和参考图像a、b通道的平均值；

17、和是进行自适应颜色补偿后的色度通道；

18、α是一个权重参数，用于调整参考图像和原始图像之间的平衡，当α的值为0.5时颜色补偿效果最佳；

19、参数是参考图像的标准偏差；

20、σa、σb是原始水下图像的标准偏差；

21、步骤3)对于步骤2)得到的颜色转移图像，将颜色转移后的水下图像与原始水下图像的细节层相加得到颜色校正后的输出图像；

22、其中输出图像的计算公式表示如下：

23、

24、其中，icct(x)是最终的输出图像；

25、表示颜色转移图像；

26、d(x)代表原始输入图像的细节层。

27、本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明从颜色通道转移的角度切入，首先提取水下图像和参考图像在cielab空间的三个通道，然后分别对亮通道与色度通道进行线性拉伸和自适应颜色补偿得到颜色转移图像，最后将颜色转移后的水下图像与源图像的细节层相加得到颜色校正后的输出图像。

28、本发明提出的水下图像颜色校正方法较好的解决了传统颜色通道转移方法中易于出现细节不清晰问题。

技术特征：

1.一种高效的基于颜色通道转移的水下图像颜色校正方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的高效的基于颜色通道转移的水下图像颜色校正方法，其特征在于：步骤3)中的输出图像的计算公式表示如下：

技术总结
本发明提供了一种高效的基于颜色通道转移的水下图像颜色校正方法，该方法首先提取水下图像和参考图像在CIELAB色彩空间的三个通道；随后对亮通道与色度通道分别进行线性拉伸和自适应颜色补偿以获得颜色转移图像；最后将颜色转移后的水下图像与原始水下图像的细节层相加得到颜色校正后的输出图像。该方法在增强水下图像的亮度和可视性方面具有较好的性能，展现出较高的鲁棒性。

技术研发人员：张卫东,刘庆敏,冯贺阳,李国厚,金松林,喻百强,曲培新,周玲
受保护的技术使用者：河南科技学院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29