[发明专利]基于偏振和波长衰减联合优化的水下偏振图像复原方法

说明书

本发明公开了一种基于偏振和波长衰减联合优化的水下偏振图像复原方法，包括以下内容：S1、通过工业相机和线偏振片采集水下场景对应的彩色图像以及4幅偏振图像，结合水下成像模型对后向散射光和目标信息光进行估计，进而根据后向散射光估计出基于偏振信息的场景深度图；S2、估计出局部空间平均颜色并实现对目标信息光衰减系数的粗略估计；S3、结合水下成像模型，推导出基于波长衰减信息的场景深度信息，结合波长衰减信息与偏振信息实现对局部邻域的联合优化进而完成对衰减系数的精确估计，实现最终清晰水下图像的恢复。解决了现有的水下成像存在的对比度下降以及水下偏振成像技术存在的色彩畸变问题。

技术领域

本发明属于偏振图像处理技术领域，具体涉及一种基于偏振和波长衰减联合 优化的水下偏振图像复原方法。

背景技术

目前，水下场景中图像存在严重的退化问题：水体对不同波长的光的吸收度 各不相同，只有特定波长的光能够在水体中以较低的衰减率传播，从而造成了水 下图像的色彩畸变；水体中含有的微粒等物质不仅会使得水下图像具有较大的噪 声，还会对光产生散射作用，会将水体中微粒信息传送至探测器引起“帷幔效应”， 造成图像对比度下降。

造成水下图像对比度下降的后向散射光具有偏振相关性，采用水下偏振技术 能够有效地抑制后向散射光，提高图像对比度。此外水下偏振成像技术相较于其 他水下成像技术其系统简单便携，功耗低，成本低。虽然水下偏振成像方法解决 了图下对比下降问题，但是由于不考虑光在水体中传播时的波长依赖性，这类方 法的复原结果存在严重的色彩畸变问题，复原效果受限，进一步限制了后续水下 目标的识别、定位的精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于偏振和波长衰减联合优化的水下偏振图像复 原方法，以解决现有的水下成像存在的对比度下降以及水下偏振成像技术存在的 色彩畸变问题。

本发明采用以下技术方案：基于偏振和波长衰减联合优化的水下偏振图像复 原方法，包括以下内容：

S1、通过工业相机和线偏振片采集水下场景对应的彩色图像以及4幅偏振图 像，结合水下成像模型对后向散射光和目标信息光进行估计，进而根据后向散射 光估计出基于偏振信息的场景深度图；

S2、依据所述场景深度图的深度信息对局部邻域进行约束，由此估计出局部 空间平均颜色并实现对目标信息光衰减系数的粗略估计；

S3、结合水下成像模型，将初步估计到的衰减系数反馈至模型中，推导出基 于波长衰减信息的场景深度信息，结合波长衰减信息与偏振信息实现对局部邻域 的联合优化进而完成对衰减系数的精确估计，实现最终清晰水下图像的恢复。

进一步的，步骤S1中，水下成像模型表示为：

I_c＝D_c+B_c (1)，

I_c＝J_ce^-βz+B_∞(1-e^-βz),c∈{r,g,b} (2)，

公式(1)中I_c表示退化的水下图像，D_c表示目标信息光，B_c表示后向散射光， 公式(2)中J_c表示场景中目标无衰减的辐照度，即所要求解的无色彩畸变的清晰图 像，β表示衰减系数，z表示目标到相机的距离，e^-βz表示目标信息光的衰减，B_∞ 表示无穷远处的后向散射光，c表示图像的三个颜色通道，r表示红色通道，g表 示绿色通道，b表示蓝色通道。

进一步的，步骤S1中，去除后向散射光的方法为：