[发明专利]一种基于被动光源的水下光谱图像补偿方法

说明书

本发明公开了一种基于被动光源的水下光谱图像补偿方法，该方法包括如下步骤：(1)根据图像亮度估计目标物与相机之间不同距离水体的水体以及系统光学窗口造成的衰减参数k和散射光与环境光造成的均匀模糊系数b；(2)使用不同距离估计的k计算水体衰减系数α和系统衰减系数β；(3)使用不同距离的b估计散射光第一参数υ、散射光第二参数κ和环境杂散光对图像的影响参数γ；(4)根据前三步估计出的α、β、υ、κ和γ，对图像进行补偿。以用于解决在被动光源的水下环境中，利用算法对光谱图像进行补偿以准确的获得目标物光谱特征。

技术领域

本发明实施例属于水下图像处理领域，具体的，涉及一种基于被动光源的水下光谱图像补偿方法。

背景技术

在海洋探测的过程中，水下目标物的光谱信息逐渐获得人们的目光。光谱信息可以用于判断某一物质的含量，因此可以用于水下生态环境监测、海底矿物勘探等领域。

由于水体对光线具有强烈的吸收和散射作用，造成光纤传输方向上的光谱能量的衰减。水体对不同波段的光谱能量不同，通常在蓝绿光波段衰减较小，在红橙光波段衰减较强，整体光谱衰减呈两端高，中间低的对勾形状分布。此外在不同的水体中，水体的衰减特性也有些许不同。这一衰减特性将造成水下目标物光谱特征的扭曲，导致探测器无法直接获得准确的目标物光谱信息。

发明内容

本发明实施例填补了现有技术的空白，提供了一种基于被动光源的水下光谱图像补偿方法，以用于解决在被动光源的水下环境中，利用算法对光谱图像进行补偿以准确的获得目标物光谱特征。

为了达到上述目的，本发明实施例采取的技术方如下：

本发明实施例提供一种基于被动光源的水下光谱图像补偿方法，该方法包括如下步骤：

(1)根据图像亮度估计目标物与相机之间不同距离水体的水体以及系统光学窗口造成的衰减参数k和散射光与环境光造成的均匀模糊系数b；

(2)使用不同距离估计的k计算水体衰减系数α和系统衰减系数β；

(3)使用不同距离的b估计散射光第一参数υ、散射光第二参数κ和环境杂散光对图像的影响参数γ；

(4)根据前三步估计出的α、β、υ、κ和γ，对图像进行补偿。

进一步的，所述步骤(1)中，具体如下：

在目标物体上选取N个不同亮度的区域，取出所有图像中这些区域的图像亮度值，由于亮度与k和b均为线性关系，因此通过最小二乘法得到不同距离的参数k和参数b的估计。

进一步的，所述步骤(2)中，具体如下：

由于e^αβ＝k，因此通过寻找方程的最优解来估计α和β，其中为参数α的最优解，为参数β的最优解，K为参数k的多次观察矩阵，P(α^*)为参数e^α的多次观察矩阵，α^*为使表达式值最小时的α值，β^*为使表达式值最小时的β值。

进一步的，所述步骤(3)中，具体如下：

由于κe^υ+γ＝b，因此通过寻找方程最优解来估计υ，κ，γ，其中为参数υ的最优解，为参数κ的最优解，为参数γ的最优解，B为参数b的多次观察矩阵，Q(υ^*)为参数κe^υ的多次观察矩阵，K为参数k的多次观察矩阵，υ^*为使表达式值最小时的υ值，κ^*为使表达式值最小时的κ值，γ^*为使表达式值最小时的γ值。

进一步的，所述步骤(4)中，具体如下：

根据前三步估计出的α、β、υ、κ和γ，对图像进行补偿，其公式如下：