一种基于小波融合的CLAHE和直方图拉伸水下图像增强方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113658086A(43)申请公布日2021.11.16(21)申请号202110899724.4(22)申请日2021.08.06(71)申请人桂林日盛水务有限公司地址541800广西壮族自治区桂林市永福县苏桥镇福龙工业园(72)发明人沈薪童曾少凡孙钦王中帅(74)专利代理机构北京保识知识产权代理事务所(普通合伙)11874代理人陈晓清(51)Int.Cl.G06T5/40(2006.01)G06T5/00(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图2页(54)发明名称一种基于小波融合的CLAHE和直方图拉伸水下图像增强方法(57)摘要本发明公开了一种基于小波融合的CLAHE和直方图拉伸水下图像增强方法，属于水下图像增强技术领域，本方法基于使用离散小波变换的图像融合来增强水下图像，解决了模糊图像的低对比度和颜色衰减问题，达到图像优化的目的，所述方法包括以下步骤：颜色和对比度的增强。对于色彩校正，图像从RGB(红～绿～蓝)转换成HSV(色相～饱和度～值)色彩空间；为了提高水下图像的对比度，采用了对比度有限的自适应直方图均衡化(CLAHE)；分解、融合和逆合成；基于小波的融合算法由一系列低通滤波器组和高通滤波器组组成，分别用于消除图像中不需要的低频和高频，获取细节系数和近似系数，方便融合过程。CN113658086ACN113658086A权利要求书1/2页1.一种基于小波融合的CLAHE和直方图拉伸水下图像增强方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将采集的水底图像复制成两个版本；S2、将复制的两个版本并行处理，通过色彩校正及对比度受限的自适应直方图均衡化(CLAHE)以增强图像对比度和颜色配置文件；S3、对S2中处理的两个版本进行基于小波的分解、融合和逆合成。2.根据权利要求1所述的一种基于小波融合的CLAHE和直方图拉伸水下图像增强方法，其特征在于：所述S2中对于色彩校正，首先将图像从RGB转换到HSV色彩空间；在HSV色彩空间中，值成分的直方图被拉伸到整个范围，提升图像中可用颜色的亮度；之后对色相和饱和度与修正后的值分量相连接，图像被转换回RGB色彩空间；在RGB色彩空间中，直方图再次被拉伸到整个范围0～255，以实现所有三个通道的色彩校正；直方图的拉伸的数学表达公式如下：其中Pout和Pin分别是输出和输入图像的像素，imin，imax，Omin和Omax分别是输入和输出图像的最小和最大强度值。3.根据权利要求1所述的一种基于小波融合的CLAHE和直方图拉伸水下图像增强方法，其特征在于：所述S2中采用对比度受限的自适应直方图均衡化(CLAHE)提高水下图像的对比度，首先在CLAHE中定义了对比度限制，以从直方图中剪切出不必要的区域。剪切极限是由直方图的归一化定义的，从而定义了像素域中邻近区域的大小；剪下的区域不会被丢弃，而是在所有直方图仓中平等地重新分配；CLAHE分别应用于RGB颜色空间的所有三个颜色通道，以增强图像中所有可用色调的对比度。4.根据权利要求1所述的一种基于小波融合的CLAHE和直方图拉伸水下图像增强方法，其特征在于，所述S3中基于小波的融合算法由一系列低通和高通滤波器组组成，用于消除图像中出现的不需要的低频和高频，并分别获取细节和近似系数，以便于融合过程。5.根据权利要求4所述的一种基于小波融合的CLAHE和直方图拉伸水下图像增强方法，其特征在于，所述消除图像中出现的不需要的低频和高频，并分别获取细节和近似系数，具体如下：对输入图像进行基于一级二维小波的图像分解。每个输入图像都经过过滤和下采样因子为2；下采样因子2用于在每一步滤波时将输入信号中包含的信息分成相等的两部分，以便对信息进行深入分析。第一级有两个步骤：A1、通过在输入图像x(r,c)的行上应用具有下采样的低通和高通滤波器来实现，生成水平近似和水平细节；A2、水平系数中的列被过滤并下采样为四个子图像：近似(LL)、垂直细节(LH)、水平细节(HL)和对角线细节(HH)；在第二级分解中，第一级分解后的近似图像(LL)成为输入图像，并重复这一过程以缩小系数；输入图像的颜色校正和对比度增强版本都被分解成它们的小波系数，然后通过使2CN113658086A权利要求书2/2页用最大值的系数来融合这两个分解结果；在将两幅增强图像的系数合并为融合系数后，应用逆向合成来获得合成图像；对于逆向合成，在上采样和使用滤波器组的过滤步骤的帮助下进行反向处理，得到合成的或增强的图像y(r,c)；每个输入图像被分解成其系数，并分别使用离散小波变换(DWT)和反离散小波变换(IDWT)反过来组成一个合成图像。3CN113658086A说明书1/4页一种基于小波融合的CLAHE和直方图拉伸水下图