[发明专利]一种用于目标识别的水下图像综合增强方法

说明书

本发明涉及一种用于目标识别的水下图像综合增强方法，对水下退化图像，进行红通道色彩补偿，将补偿后的水下彩色图像采用色偏校正来消除前向散射引起的对比度下降。同时为了满足水下目标检测应用需求，对HSV彩色空间的亮度、饱和度和色调进行伽马校正，并采用单通道去雾解决整体图像偏暗和后向散射造成的模糊问题，既获得更好的图像对比度和色彩饱和度，同时细节的清晰度得到有效提高。本发明的优点在于：通过对多种类型水下图像的主观和客观实验证明，与现有的水下图像复原、增强算法相比，本发明提出的算法可有效的提高水下图像的色彩饱和度和清晰度，并且适应范围更广，而且使后续的目标检测任务获得更高的准确率。

技术领域

本发明属于图像处理和分析技术领域，特别涉及一种用于目标识别的水下图像综合增强方法。

背景技术

水下视觉是海洋探测、海洋生物调查、水下工程监测中重要的科学研究依据。光在水中传输，前向散射使得点光源扩散在成像过程中成为弥散圆，从而导致图像模糊，而后向散射使图像的对比度降低，产生雾状模糊叠加在图像上。吸收和散射不仅仅是由水体本身产生，还包括溶解有机物和小的漂浮粒子“海雪”的影响。浮游生物、彩色溶解有机质和总悬浮物质的浓度和目标距离也是影响水下彩色图像质量的主要因素。随着水下深度的增加，色彩按照波长依次消失，水下图像中表现出来的非均匀色彩投射与水体对不同光波长的吸收和衰减及目标距离和光源的光谱分布有关。通过增加人工照明虽然可以增加可视距离，但经常会导致非均匀照明情况，在图像中产生被暗区域包围的亮斑。而人工光源使得悬浮物质引起的散射更加严重。运动作业时所引起的浪花、漩涡、泥沙及各种海洋生物的影响也导致了图像的不规则模糊。除此以外，成像系统、光源色温都对水下彩色图像的质量产生影响。因此，拍摄的水下图像大多同时存在多种以下问题：整体亮度偏低、低对比度、模糊、光斑、色彩投射和各种复杂因素的噪声。在应用高级视觉分析方法处理水下图像的过程中将面临上述这些问题。

根据是否结合水下成像模型，水下图像的预处理可以分为水下图像增强和复原，并通过主观或客观的水下图像质量评价方法来指导自适应水下图像复原及评价增强结果。由于水下图像的失真是由多种退化混合叠加而成，因此单一的噪声去除、对比度增强的算法，如直方图修正，梯度变换和一些自适应平滑的方法例如：低通滤波器、形态滤波器、同态滤波器，Contourlet变换算法及各种改进的小波变换等无法综合的解决各个方面的水下图像质量退化，适应水下环境变化的能力较差。

经检索，专利CN 107886486 A公开了一种基于暗通道先验与变分Retinex水下图像增强方法，所述水下图像增强方法包括以下步骤：将原始退化水下图像在RGB色彩空间基于各通道的均值和方差进行线性拉伸以校正色彩偏差；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；对处理后的图像从RGB色彩空间转换到Lab色彩空间，对L分量使用变分Retinex模型解决光照不均匀问题；将增强的L分量与a、b分量重新组合，转换回RGB色彩空间，得到最终的增强图像；该发明解决了水下图像存在的颜色退化、对比度低、细节模糊、以及光照不均匀等问题，提高了水下退化图像的可视质量，但图像对比度和色彩饱和度一般，不利于水下目标识别。

因此，研发一种既能获得更好的图像对比度和色彩饱和度，同时细节的清晰度得到有效提高，且更有利于水下目标识别的用于目标识别的水下图像综合增强方法是非常有必要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种既能获得更好的图像对比度和色彩饱和度，同时细节的清晰度得到有效提高，且更有利于水下目标识别的水下图像综合增强方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种用于目标识别的水下图像综合增强方法，其创新点在于：对RGB水下彩色图像进行红通道的色彩补偿，在Jaffe-McGlamery成像模型的基础上，对红通道补偿后的水下彩色图像采用色偏校正来消除前向散射引起的对比度下降；同时为了满足水下目标检测应用需求，对HSV彩色空间的亮度、饱和度和色调进行伽马校正，并采用单通道去雾解决整体图像偏暗和后向散射造成的模糊问题。