[发明专利]一种基于色彩空间转换的水下灰暗图像处理方法

权利要求书

1.一种基于色彩空间转换的水下灰暗图像处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对预先获取的水下图像先进行降采样，减小图像尺寸，并拷贝成两份图像；

(2)分别对两部分水下图像进行色彩空间转换，RGB色彩空间转换为HSV色彩空间，H分量为色调，S分量为饱和度，V分量为明暗；第一份图像对V分量进行增强；第二份图像调整S分量和V分量，提高饱和度；

(3)建立水下光学成像图像模型，对第一份转换后的水下图像运用图像去模糊算法进行处理，获得对比度高的清晰图像；

(4)采用改进的白平衡算法对去模糊后的图像进行处理；

(5)针对前向散射分量引发的水下图像模糊问题，将非线性信道先验嵌入到传统图像去模糊模型中，最小化该项以消除水流波动引起的运动模糊问题；运用图像梯度和快速傅里叶变换得到模糊核的最优解；将得到的精确模糊核和潜在清晰图像与初始复原图像进行迭代得到最终复原图像；

(6)将经过步骤(2)至(5)处理的第一份图像和经过步骤(2)处理的第二份图像进行融合，重采样并输出最终清晰的水下图像。

2.根据权利要求1所述的一种基于色彩空间转换的水下灰暗图像处理方法，其特征在于，步骤(3)所述建立水下光学成像图像模型为：

I(x,y)＝J(x,y)t(x,y)+A[1-t(x,y)] (7)

其中，I(x,y)为原始输入图像，J(x,y)为处理后的去模糊图像，A为水下光强，t(x,y)是水体的透射率，依据此公式求出J(x,y)得到清晰的水下图像；依据暗原色理论，水下图像去模糊关键在于水体光强以及水体透射率的求解。

3.根据权利要求1所述的一种基于色彩空间转换的水下灰暗图像处理方法，其特征在于，所述步骤(4)实现过程如下：

对于包含少量像素值达到极限值0或255的点的水下图像，在进行仿射变换前，对像素值进行累积直方图统计，去除靠近极限值0或255的直方图中的像素点，统计剩余像素的最大值F_max和最小值F_min；再将区间[F_min,F_max]范围内的像素值通过放射变化拉伸至[0,255]，得到水下去模糊后的清晰图像。

4.根据权利要求1所述的一种基于色彩空间转换的水下灰暗图像处理方法，其特征在于，所述步骤(5)实现过程如下：

将非线性信道先验嵌入到传统图像去模糊模型中，其目标函数为：

其中，a，b，c为正则化项的相应权重参数；为梯度算子；L为潜在清晰图像；K为模糊核；C_nl(L)为潜在清晰图像的暗通道C_d(L)与潜在清晰图像的亮通道C_b(L)之比；J_c为去雾后的图像；第一个约束项利用L₂范数加强了潜在清晰图像L和模糊核K的卷积结果与去雾后的图像J_c的相似性；第二个约束项是非线性信道先验的相关项；第三个约束项用来保留图像的边缘信息同时平滑微小细节；第四项对于K上的正则化项，采用传统的L₂范数来约束模糊核的平滑。

5.根据权利要求2所述的一种基于色彩空间转换的水下灰暗图像处理方法，其特征在于，所述水体光强通过直方图统计特性估计得出，过程如下：

取水下图像的暗原色图像中灰度值较大的0.05％N个像素值的统计平均值作为水体光强值；计算原始图像的暗原色统计平均值作为水体光照的强度值A：

其中，h为直方图横坐标值；N为暗原色图像像素总数。

6.根据权利要求2所述的一种基于色彩空间转换的水下灰暗图像处理方法，其特征在于，所述水体透射率求解过程如下：

保持蓝绿通道的像素值不变，将红通道的像素值取反，得到红通道的逆通道，再求取透射率；采用逆通道后的透射率的计算公式为：

对各个偏低的通道采取取反，并纠正其中出现负值的问题，得到改进的透射率t(x,y)为：

其中，A(μ)为水下光强，I^c(y,μ)为处理前图像的颜色通道，ω为修正参数。

7.根据权利要求4所述的一种基于色彩空间转换的水下灰暗图像处理方法，其特征在于，对所述K施加约束，得到如下约束：

为提高模糊核的求取精度，用图像梯度而非强度来估计K：

用快速傅里叶变换得到K的最优解：

其中，C_d(L)和C_b(L)分别是潜在清晰图像的暗通道和亮通道；通过得到的潜在清晰图像L和求取的精确模糊核K来求初始复原图像I_i。