[发明专利]基于多区间子直方图均衡化的水下图像增强方法

权利要求书

1.基于多区间子直方图均衡化水下图像增强方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S01：获取原始RGB浓雾图像；通过基于子区间线性变换和变分模型的颜色校正算法对所述原始RGB浓雾图像进行颜色校正，获取颜色校正后的增强图像；

步骤S02：将所述原始RGB浓雾图像分解成R、G、B通道图像；

步骤S03：分别将所述R、G、B通道图像的像素进行预处理，将所述R、G、B通道的像素拉伸到[0,255]的范围内，分别获取拉伸后的单通道图像；

步骤S04：分别计算所述R、G、B通道图像每个灰度值出现的次数以及频率，设定一个选择阈值的指标，通过下侧方分位法获取阈值中心点；

根据所需划分子直方图个数将阈值选择方式分为三种情况：

当所述区间个数为2时，阈值中心点即为所需阈值；

当所述区间个数为偶数，且所述区间个数不为2时，计算阈值选取操作执行次数，通过阈值中心点减去k倍的阈值选取操作执行次数和所述像素的方差的乘积，得到阈值中心点的左侧阈值；然后计算阈值中心点的存储位置，将中心点存入阈值数组；进而利用阈值中心点加上k倍的阈值选取操作执行次数和像素方差的乘积得到中心点右侧阈值；

当所述区间个数为奇数时，计算阈值选取操作执行次数，通过阈值中心点减去k倍的阈值选取操作执行次数和所述像素的方差的乘积，得到阈值中心点的左侧阈值；然后计算阈值中心点的存储位置，阈值中心点不存入阈值数组，直接存储阈值中心点的右侧阈值；进而通过阈值中心点加上k倍的阈值选取操作执行次数和所述像素的方差的乘积得到阈值中心点的右侧阈值；通过上述操作计算得到所需阈值，进而将整个单通道直方图划分为多个子直方图；

步骤S05：对每个所述子直方图进行均衡化处理，获取单通道均衡化后的图像；

步骤S06：将所述R、G、B通道颜色校正图像和多区间子直方图均衡化后的R、G、B通道图像进行多尺度融合，获取最终的去雾图。

2.根据权利要求1所述的基于多区间子直方图均衡化的水下图像增强方法，其特征在于所述基于子区间线性变换和变分模型的颜色校正方法的包括以下步骤：

步骤S021：所述基于子区间线性变换和变分模型的颜色校正方法中R、G、B通道的总像素值计算公式如下：

其中，P和Q分别表示输入图像所转化得到的矩阵的行和列的数量，I_c(t)表示输入图像中某个像素的像素值，S_c表示单通道图像的总像素值，c∈{R,G,B}，i表示用于累加计算的循环变量即每执行一次像素相加，i增加1，累加计算P×Q次；

步骤S022：最大单通道总像素值和与各通道总像素值的比值计算为：

其中，Max表示取最大值的函数，通过Max函数获取所述R、G、B通道的总像素值的最大值；R_R,R_G,R_B分别表示所述R、G、B通道的总像素值与最大总像素值的比率；

步骤S023：为了将每个通道分成三个区间，定义两个截止比值和表示如下：

其中，c表示R、G、B任意一个通道，θ₁和θ₂均表示0到1之间的常量，R_c表示R、G、B任意一个通道的像素和与最大像素和的比率；

截止阈值和对应于所述截止比值，根据下侧分位数函数确定：

其中，和表示截止阈值，F表示下侧分位数函数，I_c(t)表示R、G、B通道三者之一的某点的像素值；

步骤S024：为了有效地抑制阴影和高光值，对每个颜色通道执行如下操作：

其中，表示R、G、B任意一个通道的某点处理后的像素值；

然后对中间区域的像素执行如下线性变换运算：

其中，表示颜色校正后的图像；

步骤S025：具有数据项和正则项的变分模型的计算公式描述为下式(13)：

其中，μ_c表示增强图像，c表示彩色图像的三个通道的三维空间，包括R、G和B通道；α表示用于控制所述正则项的正参数；

步骤S026：所述具有数据项和正则项的变分模型的欧拉-拉格朗日导数通过推导计算，得到以下公式(14)：

其中，表示颜色校正后的图像；

步骤S027：通过梯度下降法求解所述变分模型，对变分模型的欧拉-拉格朗日导数求偏导得到公式(15)：

其中，m表示迭代计算的时间线；

步骤S028：将公式(15)离散化并重写，以显式的方式表示如下式(16)：

其中，k表示迭代计算的次数；

步骤S029：对上式(16)进行左右恒等变换后，得到如下(17)所示的迭代规则：

其中μ_c表示增强图像，c表示彩色图像的三个通道的三维空间，包括R、G和B通道；当c＝1时表示R通道，c＝2时表示G通道，c＝3时表示B通道；α表示用于控制所述正则项的正参数，m表示迭代计算的时间线，k表示迭代计算的次数，表示颜色校正后的图像，