基于功率譜描述的水下圖像質(zhì)量評價測量方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種基于功率譜描述的水下圖像質(zhì)量評價測量方法，對一幅水下圖像I，設(shè)I的圖像質(zhì)量為PSVIQE={C,Q}，其中，C為描述水下成像環(huán)境的因子，Q為對水下圖像本身的質(zhì)量測量值；C用于區(qū)別水下圖像所在的水下環(huán)境，C越大，水體透明度較好，有利于清晰成像，C越小，水體的吸收和散射衰減越大；Q值是測量水下圖像的清晰程度；Q值越大說明圖像中包含目標且比較清晰，Q值越小說明水下圖像中沒有目標或圖像比較模糊；Q值采用了塊平均清晰度組合水下圖像質(zhì)量測量方法，該方法選擇全局對比度并基于局部清晰度進行質(zhì)量測量，將圖像邊緣檢測的結(jié)果作為判斷是否有目標存在的依據(jù)。本發(fā)明方法通用性強，它結(jié)合了成像環(huán)境的描述和對圖像質(zhì)量的測量，可以更有效的用于評估在惡劣成像環(huán)境中目標圖像對觀察者的價值。
【專利說明】基于功率譜描述的水下圖像質(zhì)量評價測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于圖像處理和分析【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種基于功率譜描述的水下圖像質(zhì)量評價測量方法，可以對存在吸收和散射光學衰減的環(huán)境中例如水下環(huán)境中拍攝圖像進行處理和分析。
【背景技術(shù)】
[0002]圖像質(zhì)量客觀評價算法的研究是圖像處理和圖像分析領(lǐng)域非?；镜目茖W問題。人們希望找到一種可靠和合理的圖像質(zhì)量客觀評價的方法，能夠逼近人類視覺系統(tǒng)的評價結(jié)果。在水中，光速受溫度和鹽度變化的影響較小，探測方向性好，定位較準確，同時光波具有能直接二維強度成像、多光譜攝像以及圖像分辨率高等特點，能夠自動、快速的識別目標。典型的水下視覺圖像由于存在照明條件不良及水體對光的吸收效應、散射效應和卷積效應等使得水下圖像有較嚴重的非均勻亮度和細節(jié)模糊，而且圖像信噪比很低，圖像對比度明顯變差，易出現(xiàn)假細節(jié)、自陰影、假輪廓等。前向散射導致圖像特征的模糊，后向散射通常使圖像的對比度降低，產(chǎn)生霧狀模糊疊加在圖像上。吸收和散射不僅僅是由水體本身產(chǎn)生，還包括溶解有機物和小的漂浮粒子影響，漂浮粒子稱為“海雪”(在種類和濃度上變化較大)。水下圖像采集系統(tǒng)所拍攝的水下圖像大多存在以下問題:有限的可視距離、低對比度、非均勻照明、模糊、光斑、色彩丟失和各種復雜因素的噪聲。應用傳統(tǒng)的計算機視覺方法對水下圖像進行處理和分析將面臨上述這些問題。隨著水下傳感器技術(shù)水平的不斷進步，如何提高水下視頻圖像信息自動處理能力是解決智能水下監(jiān)測和水下作業(yè)的關(guān)鍵?？諝庵械膱D像與水中不同，水下環(huán)境中沒有原圖像可言，對于現(xiàn)場測量得到的水下圖像，則我們需要一個無參考或者說盲評價的客觀圖像質(zhì)量測評方法，用來在不同環(huán)境中定義真實的圖像質(zhì)量。建立這樣的標準很重要，計算機系統(tǒng)需要知道什么時候停止，并決定是否已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了最好的結(jié)果，并且這個“最好”的結(jié)果在可比較的水下環(huán)境中是可接受的。
[0003]水下圖像的退化雖然可以應用MTF(Modulation Transfer Function)的建模來描述，通過實驗測量水體、微粒的組分等，但實際上，有效性常受限于MTF建模的有效性和小角散射等近似。而對于增強或復原嚴重退化圖像過程中取得的一點點質(zhì)量的提高，很難判斷一種方法比另一種結(jié)果更好，而對于實時的和自動的處理，這卻是最重要的。目前用于水下圖像的質(zhì)量評價方法非常有限，主要見于各種水下圖像復原和增強過程，Schechner andKarpel等人在水下偏振光裝置分析中采用對比度度量水下圖像質(zhì)量的標準。但是，水下偏振光分析需要特殊的裝置，而且全局對比度的度量方法容易受到噪聲和非均勻照明的影響。Hou等人對以后向散射為主，存在噪聲的水下目標圖像，提出了一種基于加權(quán)灰度尺度角(GSA，Grayscale Angle)的圖像清晰度評價標準(美國專利US201313856487)。Hou等人提出的WGSA僅對存在有意義目標的水下圖像給出評價值，而對于任意一副水下圖像，并未有相應的質(zhì)量評價，且時間復雜度較大。Arnold-Bos等對深海和未知的水生環(huán)境實驗中，提出了梯度幅值直方圖應近似指數(shù)分布程度的評價準則，定義了一個(Tl之間的魯棒索引。以上方法均針對某種水下圖像增強和復原具體應用，僅僅針對圖像本身內(nèi)容的清晰度來定義圖像質(zhì)量，在以圖像質(zhì)量為選擇基礎(chǔ)的后續(xù)處理中，將會造成惡劣水下環(huán)境中的目標圖像的丟失。目前并沒有可用于評價不同水生環(huán)境中圖像質(zhì)量的方法。同時，以上方法會受到噪聲影響，對無目標水下圖像無法評價和與視覺主觀一致性差的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種通用性的基于功率譜描述的水下圖像質(zhì)量評價測量方法，該方法采用log對比度功率譜斜率綜合因子描述水下環(huán)境，同時應用歸一化對比度分布、平均亮度和塊平均清晰度操作的加權(quán)組合來測量具體的水下圖像。
[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的。本發(fā)明是一種基于功率譜描述的水下圖像質(zhì)量評價測量方法，其特點是:對一幅水下圖像/，設(shè)/的圖像質(zhì)量為PSVIQE=K奶，其中<為描述水下成像環(huán)境的因子4為對水下圖像本身的測量值K用于區(qū)別水下圖像所在的水下環(huán)境，C越大，水體透明度較好，有利于清晰成像，C越小，水體的吸收和散射衰減越大W值是測量水下圖像的清晰程度W值越大說明圖像中包含目標且比較清晰W值越小說明水下圖像中沒有目標或圖像比較模糊；
C G (0，l)，c值通過以下式(I)確定:
【權(quán)利要求】
1.一種基于功率譜描述的水下圖像質(zhì)量評價測量方法，其特征在于:對一幅水下圖像/，設(shè)/的圖像質(zhì)量為PSVIQE= \C,奶，其中，C為描述水下成像環(huán)境的因子，^為對水下圖像本身質(zhì)量的測量值K用于區(qū)別水下圖像所在的水下環(huán)境，C越大，水體透明度較好，有利于清晰成像，C越小，水體的吸收和散射衰減越大W值是測量水下圖像的清晰程度W值越大說明圖像中包含目標且比較清晰，^值越小說明水下圖像中沒有目標或圖像比較模糊； C G (0，l)，c值通過以下式(I)確定:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的邊緣檢測采用Sobel檢測方法。
【文檔編號】G06T7/00GK103617617SQ201310642921
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】楊淼 申請人:淮海工學院