[发明专利]基于信息熵最大化消除水波纹影响的水下图像增强方法

说明书

基于信息熵最大化消除水波纹影响的水下图像增强方法，属于水下图像增强方法技术领域。先拍摄得到标定板图像,将拍摄图像转换至HSV色彩空间，对于亮度V分量，基于多尺度Retinex方法分离出高频分量与低频分量，对所得高频分量进行对比度受限的自适应直方图拉伸和基于小波变换的阈值去噪，得到无水波纹影响的高频分量标定板图像；对于低频分量基于最大信息熵消除水波纹，再使用基于白平衡方法进行光照校正；对改进的高、低频信息按线性加权融合，得到融合后的图像；对图像进行对比度和亮度自适应增加，最后变换回RGB色彩空间，得到融合后的增强图像。该方法解决了水波纹对水下图像的影响，保证了水下图像拍摄的质量。

技术领域

本发明涉及一种水下图像增强方法，具体为基于信息熵最大化消除水波纹影响的水下图像增强方法，属于水下图像增强方法技术领域。

背景技术

水波纹是由于水下物体运动而产生，水波纹使拍摄的水下图像出现明显的鬼影区域，存在背景灰度不均、假轮廓、假细节和自阴影等情况。现有最好的方法是需要等待水面恢复平静后再进行拍摄，该方法对拍摄要求过于苛刻。

2017年，方亮等人提出一种图像融合方法及图像分离方法(专利申请公布号CN108053387 A,申请人:神思电子技术股份有限公司)，采用水纹图像的复杂性对图像进行细节保密，达到防破解的目的。该方法并没有解决水波纹对图像产生的视觉质量影响。

2019年6月，李昌利等人在“基于多通道均衡化的水下彩色图像增强方法(华中科技大学学报(自然科学版),2019(6))”一文中针对水下环境中图像颜色严重失真的问题，首先对原始图像在对数域上进行归一化处理后转换到HSI颜色空间；然后，对亮度分量利用McCann Retinex方法在四个方向(纵横)进行比较、实现增强，并根据图像全局亮度信息进行照度增强，计算各通道的累积分布函数并对密集部分进行拉伸处理。该方法适用于改善静水时水下图像照度信息，并保留了饱和度和色度信息；但该方法不能适用于物体运动产生水波纹的情况。

2019年，朱敦尧等人提出一种消除透明图片水波纹的方法和装置(专利申请公布号：CN 110992242A，申请人：武汉光庭信息技术股份有限公司)。通过获取RGBA32图像中的Alpha信息图像，并将图片对应像素点的Alpha值和RGB分量进行合并和误差扩散处理，该方法能有效解决低位深显示设备带来的水波纹现象。但是由于需要循环遍历Alpha信息图像和RGB信息图像的每个像素，运行时间较长，而且该方法通过误差扩散方法，不利于完全消除水波纹的影响，同时该方法不适用于彩色图片。

2020年，徐岩等人提出一种结合双边滤波与Retinex的水下图像增强方法(专利申请公布号：CN 108053374A，申请人：天津大学)。该发明将水波纹分量分为高频分量和低频分量，首先，对于高频分量结合双边滤波去噪；其次，对于低频分量，采用基于高斯中心环绕多尺度Retinex分离出反射分量与照射分量，假设水波纹的低频分量为该照射分量，采用伽马校正调整光照得到新的照射分量；最后，基于Retinex理论实现光照分量、反射分量的融合增强，得到校正后的水波纹分量。该方法能有效抑制水波纹对于图像质量的影响，但由于未考虑水波纹在不同水域的运动形式，所以不能达到消除水波纹的效果。

综上所述,现有的水下图像增强方法不能完全消除水波纹的影响，并且存在方法时间复杂度高、适用场景有限的问题，从而影响水下图像拍摄质量。

发明内容

为了克服现有技术和方法的不足，本发明提出一种基于信息熵最大化消除水波纹影响的水下图像增强方法，提取图像的高低频分量，利用信息熵最大化考虑水波纹的能量影响进行图像融合增强，通过引入水波纹的系数，该方法能很好的消除水波纹带来的影响，能够有效提高水下标定板的拍摄质量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，基于信息熵最大化消除水波纹影响的水下图像增强方法，其数据处理对象为水下拍摄有水波纹影响的低照度图像，包括以下步骤：

步骤1：提高标定板高频分量