[发明专利]基于人眼双拮抗色彩恒常的水下图像复原方法及系统

说明书

本发明公开一种基于人眼双拮抗色彩恒常的水下图像复原方法及系统，包括S01.对原始图像进行基于人眼双拮抗的色差恒常处理，得到色彩补偿图像I_BC；S02.对原始图像进行基于白平衡的对比度拉伸处理，得到对比度拉伸图像I_LS；S03.图像融合，将色彩补偿图像I_BC和对比度拉伸图像I_LS在HSV空间进行同和，得到融合图像I_RH；S04.将所述融合图像I_RH从HSV转变成RGB，得到目标图像。本发明根据人眼视觉感知的先验知识，排除多数色偏因素的影响实现对颜色的正确感知，并配合传统的图像增强和图像有机融合的方法，完成在较少耗时前提下的水下图像优化工作。

技术领域

本发明涉及水下图像清晰化处理技术领域，具体来说是一种基于人眼双拮抗色彩恒 常的水下图像复原方法及系统。

背景技术

光学探测和声呐探测是水下机器人环境探测的两种主要手段。对比声呐图像，光学 图像分辨率高、表达直接，并且包含更丰富的细节信息，故基于光视觉的探测技术在机器人水下近距离作业中具有声呐探测无法代替的优势。根据所基于的原理不同，传统的 基于水下图像清晰化的光学探测方法一般可分为图像增强方法和图像复原方法。其中图 像复原方法的原理是利用图像退化过程的先验知识去恢复图像的原始信息。图像增强方 法的原理则是根据图像中像素值或频率的分布情况，有针对地抑制或突出经过选择的信 号使其符合所期望的分布。

目前水下图像清晰化研究面临的难点在于原始图像质量差、能见度低、目标形态多 变或“变异”。具体表现包括：(1)水体对光线的吸收和散射效应导致水下图像产生“雾化”、色偏等问题，使得水下图像模糊、对比度低，降低了图像的分辨率和清晰度；(2) 水中微粒、气泡、泥沙等导致水下图像具有较大的噪声，同时也增加了散射对成像的影 响，并且海浪、水流等的变化进一步导致成像的不确定性；(3)海洋生物因运动、水流 等引起的形变，以及水下目标被其他生物附着、锈蚀等引起的“变异”导致；水下目标 呈现出复杂的形状、颜色、纹理、拓扑结构等；(4)有限的辅助照明导致图像呈现出非 均匀照度与亮度分布。现有的方法虽然在一定程度上改善了水下图像质量，但由于受 水下成像退化物理模型、水下光学特性的影响，对水下图像颜色感知的处理并不理想， 且易产生过饱和或欠饱和区域。

如《光学学报》在2018年1月公开的一篇“基于背景光估计与暗通道先验的水下 图像复原”一文，作者谢昊伶、彭国华、王凡、杨成，西北工业大学理学院，北京大学 工学院。文中公开了采用基于暗通道先验的水下图像复原方法，该方法虽然能够一定程 度上复原图像，但是计算量大，耗时长。同时由于其背景光的理论表达只针对自然光照， 因而与本发明算法相比，该算法仅适用于浅水区域的水下图像复原，不适用于深水区域 人工辅助照明下的水下图像复原。

又如网站：http://kns.cnki.net/kcms/detail/31.1690.TN.20180907.1100.002.html于2018 年9月7日公开的“基于场景深度估计和白平衡的水下图像复原”(作者蔡晨东、霍冠 英、周妍、韩辉，海河大学物联网工程学院、常州市传感网与环境感知重点实验室)， 文中公开了采用基于场景深度估计和白平衡的方法可以去除水下图像散射模糊的同时， 对不同色偏情况均能较好的恢复色彩平衡。但是该方法依然存在计算量大，耗时长的问 题。同时，由于其工作原理是基于近景与远景的一般特征进行场景深度估计，若出现近景的纹理较少，而远景却包含大量纹理特征时，易造成误判，影响后续的复原效果。与 本发明相比，其鲁棒性更低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何提供一种计算快，耗时短的水下图像复原方法。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

基于人眼双拮抗色彩恒常的水下图像复原方法，包括以下步骤：

S01.对原始图像进行基于人眼双拮抗的色差恒常处理，得到色彩补偿图像I_BC；