[发明专利]一种面向UUV的水下图像色彩补偿与恢复方法

说明书

本发明属于水下光学成像与图像增强领域，具体涉及一种面向UUV的水下图像色彩补偿与恢复方法。首先通过水下光学成像模型获取亮通道水下图像并对其进行色彩补偿，进一步利用直方图均衡化进行图像视觉效果增强；其次，在水下光学成像模型的基础上，考虑多种水域类型，分析红绿蓝通道衰减比，估计背景光和水下透射率，并利用白平衡假设选取最优的水下恢复图像；最后，基于像素级融合和加权处理对原始图像的色彩补偿图像与色彩恢复图像进行加权融合，解决图像雾化严重、对比度低等问题，实现提升图像质量的效果。

技术领域

本发明属于水下光学成像与图像增强领域，具体涉及一种面向UUV的水下图像色彩补偿与恢复方法。

背景技术

水下无人航行器(Unmanned Underwater Vehicle，UUV)作为继鱼雷、水雷等之后的一类新型水中兵器，是一种集环境感知、动态规划、行为控制与能源适配等功能于一体的水下无人系统，在军事勘测，水下侦查，防御攻击等方面具有重要的意义。目前，应用于UUV的水下视觉技术主要可以分为声视觉和光视觉两种，其中光视觉图像增强技术成为UUV水下图像增强的研究热点。

由于光在水中发生衰减和散射，使得UUV光视觉系统获得的光照不均匀且获得的水下图像存在模糊、对比度低、颜色失真且存在噪声的问题。目前，国内外研究水下图像增强的方法主要分为空域法、频域法和色彩修正法三种。空域法基本上以灰度映射变换为基础，直接对图像的像素进行处理，该类水下图像增强技术较为成熟，具有算法实现简单、处理后的水下图像对比度增强较为明显等优点，但其没有考虑偏色情况，引入伪影、颜色失真、放大噪声等问题没有得到很好解决；变换域法是运用变换技术，用数字滤波方式调整图像的清晰度，该类方法在去除水下图像噪声方面取得了比较好的效果，但针对水下图像的低对比度、颜色偏差、模糊等综合性问题并未取得较理想的效果，且与空域增强技术相比，针对基于频域的水下图像增强开展的研究工作较少，进展缓慢；色彩修正法基于物理假设提取红绿蓝通道，并根据波长传播特性与吸收特性采取色彩补偿已达到恢复水下图像的目标，该类方法处理后的图片整体质量上有所改善，细节和整体色感也更趋柔和，但在色彩的对比度增强方面还是稍显不足。

本申请主要针对光在水下的衰减造成的水下图像模糊、对比度低、颜色失真等多种问题，利用水下光学成像模型Jaffe-McGlamery分离红绿蓝通道分别进行色彩的补偿与恢复，并利用像素级加权融合方法对原始图像的色彩补偿图像与色彩恢复图像进行融合，解决水下图像模糊、对比度低、颜色失真等多种问题。

发明内容

为了克服背景技术中所指出的水下图像模糊、对比度低、色彩失真的问题，本发明提出一种面向UUV的水下图像色彩补偿与恢复方法，旨在实现提升退化图像的质量、突显出图像中的细节信息的目标。

一种面向UUV的水下图像色彩补偿与恢复方法，包括以下步骤：

步骤一：对UUV拍摄到的图像进行亮通道的提取

根据Jaffe-McGlamery水下光学成像模型可得总强光的表达式，即

式(1)中，(x,y)代表图像中像素具体位置，C∈{R,G,B}代表红、绿、蓝三种通道，J_c(x,y)为原始图像,I_c(x,y)为衰减后的图像，A_∞为背景光；E_d(x,y)为摄像机接收的直接光强；c(λ)为总的衰减系数，包含由吸收和散射造成的衰减，λ为图像R,G,B三个颜色通道中的某一通道；d(x)为物体与UUV之间的距离；g(x,y)为点扩展函数；E_f(x,y)为前向散射光强；E_b(x,y)表示后向散射的光强；

UUV接收到的光由直接分量、前向散射分量和后向散射分量组成，设透射率S_c(x)为：

S_c(x)＝exp[-c(λ)d(x)] (2)