[发明专利]一种基于暗通道理论的水下彩色图像增强方法

摘要

本发明是一种基于暗通道模型的水下彩色图像增强方法，具体方法步骤如下对水下退化图像，在Jaffe‑McGlamery成像模型基础上，对暗通道图像采用Retinex方法估计传输图，利用泊松分布拟合局部后向散射背景光估计法，将暗通道图像块中最接近估计值像素点对应的水下彩色图像像素值作为该图像块后向散射背景光，在求得复原图像后，应用对比度拉伸进行色彩增强，最后获得增强后水下图像输出。本发明方法能够更好的实现水下图像的清晰度和色彩增强，更适用于应用在近岸水域水体浑浊的水下图像增强问题。

主权项

一种基于暗通道理论的水下彩色图像增强方法，其特征在于：对水下退化图像，在Jaffe‑McGlamery成像模型基础上，对暗通道图像采用Retinex方法估计传输图，然后利用泊松分布拟合的局部后向散射背景光估计法，将暗通道图像块中接近估计值的像素点对应的水下彩色图像像素值作为该图像块后向散射背景光，在求得复原图像后，应用对比度拉伸进行色彩增强，最后获得增强后水下图像输出；所述的Retinex方法选自单尺度视网膜增强算法SSR、多尺度视网膜增强算法MSR、带色彩恢复的多尺度视网膜增强算法MSRCR或者迭代Retinex方法；根据Jaffe‑McGlamery成像模型，对RGB空间水下退化图像Ic(x)描述为：其中，x为图像像素，Jc(x)为目标辐照度，c＝{R，G，B}，为背景光或后向散射光，tc(x)为传输图，表示场景辐照度中未被吸收和散射，而直接到达相机的比例，与目标和相机的距离有关；暗通道理论假设目标在一个彩色通道内有较弱的反射，即：miny∈Ω(x)(minc∈r，g，bJc(x))＝0  (2)其中，Ω(x)表示以像素x为中心的一个窗口；y是邻域Ω(x)中的像素，y∈Ω(x)；所述的水下彩色图像增强方法步骤如下：第一步，对归一化后彩色图像Ic(x)∈(0，1)，计算暗通道图像LDC：LDC(x)＝miny∈Ω(x)(minc∈r，g，bIc(x))  (3)由式(1)，(2)和(3)可得：第二步，应用Retinex理论对暗通道图像式(4)两边应用对数运算，估计传输图tc(x)；第三步，假设tc(x)＝tr(x)，利用水体光学先验信息计算tg(x)，tb(x)其中，λ0为参考波长，为440nm或400nm，Sx为吸收系数曲线斜率经验值，在380～600nm波长范围内，吸收系数光谱斜率Sx经验值在0.0049～0.0175nm‑1分布；tr(x)为R空间的传输图；cr，cg，cb为R、G、B空间的衰减系数；tg(x)，tb(x)为G、B空间的传输图；λr，λg，λb为红、绿、蓝典型波长；d(x)为目标距相机距离；第四步，对暗通道图像LDC中的像素x，对其邻域Ω(x)，假设图像块内目标距离一致，应用局部后向散射估计，获得拟合后泊松分布均值为mean(poissonfit(LDC(y)))，用块Ω中暗通道图像灰度值与拟合后泊松分布均值接近的像素对应的R，G，B值作为后向散射的估计值，即y*为块Ω中暗通道图像灰度值与拟合后泊松分布均值接近的像素；第五步，根据得到tc(x)和由下式恢复图像Jc(x)第六步，对Jc(x)进行彩色对比度拉伸，计算Jc(x)的最大值和最小值其中，和为Jc(x)的平均值和方差，μ为动态参数；最后，增强图像的最后输出为：