[发明专利]一种基于暗通道先验与小波变换的水下图像增强方法

说明书

本发明公开了一种基于暗通道先验与小波变换的水下图像增强方法，所述的水下图像增强方法包括以下步骤：将原始的水下图像在RGB色彩空间基于各通道的灰度值进行直方图均衡化以矫正色彩偏差；将矫正后的图像运用哈尔小波(haar)进行小波变换，将图像分为LL，LH，HL，HH四个分量，分别对应图像的细节信息，水平边缘信息，垂直边缘信息，对角边缘信息；将图像的LL分量应用暗原色先验理论进行去雾处理，去除后向散射的影响，提高图像对比度；将处理后的LL分量与LH，HL，HH四个分量重新组合得到最后所增强的图像。本发明解决了水下存在的颜色退化，对比度低，细节模糊，以及水下光照不均等问题，提高水下退化图像的可视质量和图片处理的速度。

技术领域

本发明涉及计算机视觉处理技术中的图像处理领域，尤其涉及一种基于暗通道先验与小波变换(为一种图像增强算法，为本领域技术人员所公知)的水下图像增强方法。

背景技术

不同于在陆地上的光学成像，水下光学成像环境尤为复杂。这是由于水下成像受到水体对光的吸收与散射的双重影响，而散射和吸收系数又与具体的水下成像环境有关。依据经典的Jaffe-McGlamery水下光学成像模型，水下图像可以看作是直接衰减、前向散射、后向散射三者的线性叠加。直接衰减是指目标物体反射未发生散射的光，而目标物体反射发生小角度散射的光即为前向散射。非目标物体反射却仍被摄像机捕捉到的光称为后向散射。简而言之，水体对光的选择性吸收造成图像颜色失真，致使图像整体偏蓝绿色；前向散射造成图像细节模糊，纹理信息缺失；后向散射造成图像对比度降低，给图像覆盖一层蓝绿色的“雾”。同时水下成像往往存在光照不均匀的问题，使得水下图像亮暗分布不均匀。传统的图像增强技术已无法满足水下图像处理需求，因此有必要寻找新的图像增强方法解决水下图像存在的颜色退化、对比度低、细节模糊、光照不均匀等问题。

自Jaffe-McGlamery水下光学成像模型提出以来，国内外学者提出了许多的水下图像增强方法。现有的水下图像增强方法根据其技术路线可以分为四大类：基于颜色空间模型的方法、基于颜色恒常理论的方法、基于暗通道先验的方法、以及基于图像融合的方法。

从20世纪50年代的末期在变换域图像处理方面，傅里叶变换一直扮演着举足轻重的角色，但近几年小波变换的出现使得压缩，传输和分析图像变得快捷，简单。与傅里叶变换不同，小波变换基于一些小型波，成为小波，频率是变化的，并且持续时间也是有限的，这就好比小波变换为图像提供了一份类似的乐谱，频率就好像要演奏的音符一样，时间就类似要演奏的时刻，而另一方面，与小波变换相比传统的傅里叶变换只提供了频率信息，部分信息在变换过程中会发生损失。

综上所述，上述现有技术存在如下缺点和不足：

大部分算法对水下图像均有不同的改善，特别是暗通道原理的提出，使得水下图像的增强不会造成过多的增强现象，但是由于暗通道先验原理在透射率优化中涉及大型拉普拉斯矩阵和大型稀疏线性方程组的求解，大型矩阵的个数与像素个数成平方关系，运算时间长，对机器控制芯片的要求高。

发明内容

本发明提供了一种基于暗通道先验与小波变换的水下图像增强方法，用于解决图像存在的颜色退化，对比度低，细节模糊，以及水下光照不均等问题，提高水下退化图像的可视质量和图片处理的速度，详见下文描述：

一种基于暗通道先验与小波变换的水下图像增强方法，所述水下图像增强方法包括以下步骤：

(1)将原始退化水下图像在RGB色彩空间基于各通道的灰度值进行直方图均衡化，以矫正色彩偏差；

(2)应用哈尔小波(haar)变换将图像分为LL，HL，LH，HH四个分量，分别对应图像的细节信息，水平边缘信息，垂直边缘信息，对角边缘信息；

(3)应用暗通道先验理论对色偏校正后的图像进行去雾处理，去除后向散射的影响，提高图像对比度；

(4)将增强的LL分量，与HL，LH，HH重新组合，得到最终增强图像。