[发明专利]基于水下成像环境模型的数据增广方法

权利要求书

1.一种基于水下成像环境模型的数据增广方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤一、针对水下湍流的存在对水下图片成像质量有衰减作用，不同程度的海洋湍流对水下图像的影响不同采用基于湍流模型的数据增广方法，模拟不同程度的海洋湍流对水下图片成像的影响；

步骤二、针对水下图片通过水下机器人拍摄，不同的拍摄视角拍摄同一个目标存在不同采用基于透视变换模型的数据增广方法，模拟同一目标不同的拍摄视角所拍摄的图片；

步骤三、针对水下拍摄光照不足时需要人造光辅助照明，人造光的存在会使图片存在不均匀光照现象采用基于不均匀光照模型的数据增广方法，模拟水下图片不同的不均匀光照现象。

2.根据权利要求1所述一种基于水下成像环境模型的数据增广方法，其特征在于：步骤一所述基于湍流模型的数据增广方法是通过模拟不同程度的海洋湍流对图像的干扰进行数据增广，具体包括以下步骤：

步骤1.对图像使用湍流系数k处理得到图像复原的结果，维纳滤波复原图像的过程为：

式中，T(u,v)是湍流函数，u和v表示像素点的坐标值，k是湍流系数；Q(u,v)是一个常量，G(u,v)是原始图像的傅里叶变换形式，是复原后图像的傅里叶变换形式，复原后的图像可通过对进行傅里叶逆变换处理得到；

步骤2.得到复原图像后，使用维纳滤波的逆过程来对图像模拟不同程度的海洋湍流对正常图像的衰减影响，达到模拟不同的海况下增广水下图片的目的；维纳滤波的逆过程定义为：

式中，F(u,v)是复原后图像的傅里叶变换形式，是图片加湍流处理后的傅里叶变换形式。

3.根据权利要求2所述一种基于水下成像环境模型的数据增广方法，其特征在于：步骤二所述基于透视变换模型的数据增广方法是通过模拟水下图像不同的拍摄视角进行数据增广，具体包括以下步骤：

步骤1.求解单应性矩阵，求解的方法为四点求解单应性矩阵的方法，通过选取4对以上的合适透视变换点对并用SVD分解方法求其解单应性矩阵H；求解公式为：

其中H代表三维坐标点在相机1到相机2的单应变换矩阵，

步骤2.得到单应性矩阵H后使用随机采样一致性即Random Sample Consensus,简称RANSAC方法对其进行优化，最后使用下式进行像平面之间的坐标点转换，实现对图片的透视变换，

4.根据权利要求3所述一种基于水下成像环境模型的数据增广方法，其特征在于：步骤三所述基于不均匀光照模型的数据增广方法是模拟水中不均匀光照的现象进行数据增广，具体包括以下步骤：

步骤1.收集一批经典的水下不均匀光照图像，使用线性空间滤波方法的矩形平均滤波器来计算这些不均匀光照图片的光照强度分布模板E，

这个空间滤波操作的描述为：

式中，O表示不均匀光照图像，E表示提取得到的不均匀光照图像O的光照强度模板，X表示卷积核，它是一个单位矩阵，M和N表示卷积核X的长和宽，一般将M和N设为图像长和框的1/6。符号表示矩阵卷积运算；

步骤2.计算光照强度模板E与其平均值a的差值模板D，计算公式为：

式中，m和n分别是模板E的宽和高，D是模板E和其平均值a的差值模板；

步骤3.将差值模板D与原图像I进行融合，达到模拟不均匀光照下的增广图片的目的，融合公式为：

式中，A是被增广图像。符号表示矩阵加法运算。