[发明专利]一种水下光学图像的模拟方法

说明书

本发明提供一种水下光学图像的模拟方法，包括：步骤1：获取原始大气图像；步骤2：获取真实水下图像的各项参数；所述各项参数包括：真实水下图像中的三通道的全局背景光、红色通道的透射率、蓝色通道的透射率、绿色通道的透射率；步骤3：根据水下光学成像模型，结合从真实水下图像中得到的各项参数，将原始大气图像模拟为水下图像。

技术领域

本发明涉及数字图像处理技术领域，尤其涉及一种水下光学图像的模拟方法。

背景技术

在人口急剧膨胀、陆地资源日益枯竭、环境不断恶化的情况下，开发和保护水中资源是一项影响深远、面向二十一世纪的重大选择。由于海洋、河流、湖泊等资源丰富，水下技术已成为近年来引起广泛关注的重要研究课题。

水下图像是水下信息的重要载体。水下图像的获取与水下成像系统密切相关。然而水下成像过程中，水体的结构对光的传播有很大影响，相对于空气中所拍摄的普通图像来说水下成像所遇到的问题更加复杂和困难，水下图像呈现出的问题包括：低对比度、非均匀照明、模糊、光斑以及各种复杂因素的噪声。

退化的水下图像给实际应用和科学研究带来了极大的不便。相比复杂的高成本技术，采用图像处理和计算机视觉技术来探索、开发以及保护水下世界具有成本低和易操作等优点。

现存的水下图像处理方式多种多样，根据不同的水下图像处理方式，效果一定不相同。对于水下图像处理后的结果，我们需要做一个具体的评判，来判断处理后得到的图像效果如何。因此水下彩色图像质量评价(IQA)在图像处理算法的分析和应用中起着重要的作用。水下图像增强和复原技术很多，但是水下彩色图像质量评价(IQA)技术却很少。现存的评价水下图像增强和复原方法处理结果主要使用的评测方法大致分为两类主观评测和客观评测。

主观评价方法主要是通过测试人员对图像观察,对图像的质量做出主观的评价和分析。在实际应用中，主观评价会受观察者诸多限制的影响，需要对图像进行多次重复实验，无法应用数学模型对其进行描述，难以实现实时的质量评价。

客观评价方法是通过一定的算法,利用数学手段计算出图像的视觉质量。在普通大气图像进行质量评估时，通常会用到全参考(FR)或无参考(NR)的方法进行评估。

但是水下图像与普通大气图像质量评测方法不同。水下图像并没有同一场景拍摄的真实清晰图像作为参考，通常只能对水下图像进行主观评价或者无参考的客观评价。

客观的无参考水下图像质量评价方法虽可以在某种程度上反映水下图像的视觉质量，但由于水下图像的退化类型较多，大多不同，人为设计的测量分量或特征仅仅针对退化的某个或者某几个方面有效，这会导致评价结果不准确、不理想，同时也限制水下图像处理方式的应用。

因此对水下图像进行有效地改善必须要建立在对水下成像系统的特性的全面的研究上，但是现存的水下图像模拟技术较少。现存少量的水下光学图像模拟技术通常直接将彩色大气图像分为RGB三个分量，分别用不同衰减系数作Jaffe劣化后再合并；或是在原有水下图像上增加雾效，模糊视觉等。上述方法均不是基于水下光学成像模型设计，虽视觉感受类似于水下图像，但模拟出的图像不符合水下光学成像特点。而本申请是在水下光学成像模型的基础上，利用信息损失最小、直方图分布优先的方法提取真实水下图像中透射率等各项参数后并与清晰的大气图像结合，依据可靠理论，模拟的结果图更具真实感，符合水下光学成像理论。同时本申请建立一个较全面的模拟水下图像的数据库，为领域内研究人员验证全参考质量评价方法提供基本条件，解决了全参考评价方法无原始水下参考图的弊端，利用清晰大气图像和模拟的水下图像进行图像的全参考质量评估，对各种水下图像处理方法提供了一个新的且有效的对比方式和评估方式，进一步健全了水下图像质量评价体系。

发明内容