基于潜在低秩表示和图像融合的水下图像颜色增强方法.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CN111968054A(43)申请公布日2020.11.20(21)申请号202010815229.6(22)申请日2020.08.14(71)申请人中国海洋大学地址266100山东省青岛市松岭路238号(72)发明人荣生辉赵文凤何波李腾跃曹雪婷刘永彬沈鉞年睿冯晨严天宏李光亮(74)专利代理机构北京汇捷知识产权代理事务所(普通合伙)11531代理人盛君梅(51)Int.Cl.G06T5/00(2006.01)G06T5/50(2006.01)G06T7/90(2017.01)权利要求书4页说明书10页附图7页(54)发明名称基于潜在低秩表示和图像融合的水下图像颜色增强方法(57)摘要本发明属于水下图像处理技术领域，公开了一种基于潜在低秩表示和图像融合的水下图像颜色增强方法，具体涉及一种能够对水下图像进行颜色校正、去雾、细节增强等处理的方法，包括以下步骤：1)采用带有颜色补偿的色彩平衡方法消除由照明或不同颜色光线在水中的衰减特性所引起的成像结果中的色偏，以恢复图像的自然色彩；2)利用雾中成像与水下光传播的相似性的特点对图像进行去雾操作，使图像更符合人眼的感知习惯；3)采用潜在低秩表示对图像进行分解，最大限度保留图像中的细节信息，增强场景的边缘和细节；4)通过图像融合的方法得到增强图像。本发明可使得水下图像质量显著提升，为图像特征提取、目标识别、跟踪等研究奠定基础。CN111968054ACN111968054A权利要求书1/4页1.一种基于潜在低秩表示和图像融合的水下图像颜色增强方法，其特征在于，所述基于潜在低秩表示和图像融合的水下图像颜色增强方法包括：通过消除因为各种照明或是在水中对于不同颜色光线的衰减特性而导致的不希望出现在成像结果中的色偏来恢复图像颜色；突出图像边缘的过渡部分，以表现出更多的图片边缘信息；利用雾中成像与水下光传播的相似性的特点对图像进行去雾操作校正图像；把本来线性分布的颜色值校正为非线性分布的值，提高暗色的精度，使图像符合人眼的感知习惯；增强场景的边缘和细节，减轻由于反向散射而导致的对比度损失，最大限度提取图像中的细节信息，提高融合图像信息的使用率；经过处理，得到经过颜色校正的水下图像。2.如权利要求1所述的基于潜在低秩表示和图像融合的水下图像颜色增强方法，其特征在于，如以下步骤进行：步骤一：获取输入图像，输入图像I(w,h,3)是一个大小为w×h×3的三维矩阵，w表示宽，h表示高，3表示图像的通道数，通常为图像的RGB三个通道，其中每个通道提取出大小为w×h的二维矩阵，表示源图像中每个通道中所蕴含的空间信息，图像的任意通道信息用IΩ(x,y)来表示，其中Ω表示通道；步骤二：取源图像进行色彩平衡，具体涉及一种带有红色通道补偿的的白平衡方法，有效地去除不真实的色彩，以感知水下图像中物体的真实色彩；色彩平衡后得到完全相同的两幅图像，分别记为IA(x,y,3)和IB(x,y,3)；步骤三：对图像IA(x,y,3)的3个通道分别进行拉普拉斯锐化处理，突出图像边缘的过渡部分，以表现出更多的图片边缘信息，计算方法为：IAiL(x,y)＝(1+4α)IAi(x,y)-α[IAi(x+1,y)+IAi(x-1,y)+IAi(x,y+1)+IAi(x,y-1)]；其中i表示R、G、B三个通道；α表示锐化强度系数，取大于零的整数，且图像锐化程度与α正相关，得到图像IA(x,y,3)锐化后的图像，记为IAL(x,y,3)；步骤四：如大气中处理雾天成像所采用的去雾算法，采用去雾算法中暗通道先验的方法对图像IB(x,y,3)的每个像素信息L(x)进行处理，则处理后的像素信息E(x)计算方式为：L(x)＝E(x)t(x)+B∞(x)[1-t(x)]；其中t(x)表示水下透射率，B∞(x)表示光强，暗通道先验公式为：其中Ω是以某一像素点为中心的局部区域，J(λ)则表示R，G，B三通道中的一个；步骤五：对于R、G、B三个通道，先分别作最小化运算得到：其中λ代表R、G、B，经过化简可得：然后再对三个通道作最小化，得：2CN111968054A权利要求书2/4页步骤六：依据暗通道先验得公式计算水下折射率t(λ)：步骤七：借助IB(x,y,3)的暗通道图，求得其亮度大小的前0.1％最亮的像素，进而在IB(x,y,3)中寻找对应的具有最高亮度的点的平均值，作为B∞(x)值；步骤八：如步骤四到步骤七的方法，可以计算出去雾以后的图像信息E(λ)：其中，t0是为了防止t近似于0而导致图像噪声放大，并将经过暗通道先验算法的图像IB(x,y,3)记为IBQ(x,y,3)；步骤八：对图像IBQ(x,y,3)进行gamma校正，Gamma校正的公式为：f(I)＝Iγ；其中，当γ＜1时，