一種基于亮度色度分離的水下圖像增強(qiáng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域中的圖像增強(qiáng)技術(shù)，尤其是涉及針對(duì)水下攝像機(jī)拍攝 得到的降質(zhì)圖像增強(qiáng)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國是個(gè)海洋大國，擁有1. 8萬公里長(zhǎng)的海岸線和300多萬平方公里的海洋國土， 對(duì)海洋資源的探索和開發(fā)對(duì)我國的國民經(jīng)濟(jì)和軍事都有重要的意義和價(jià)值。自主式水下機(jī) 器人（簡(jiǎn)稱AUV)在海上資源的勘探開發(fā)（鋪設(shè)管道、海底考察等）、海洋生態(tài)監(jiān)測(cè)，以及軍 事領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在的AUV大多都配備了光學(xué)成像及圖像處理識(shí)別系統(tǒng)，可見光 圖像是AUV的主要信息來源之一。但受到水下惡劣成像環(huán)境的限制，獲取到的水下圖像普 遍存在對(duì)比度低、模糊、偏色等不利因素。圖像可視質(zhì)量的下降會(huì)嚴(yán)重影響后續(xù)特征提取和 目標(biāo)識(shí)別的性能。因此，借助圖像處理技術(shù)提高原始水下圖像可視質(zhì)量的研究越來越受到 研究者的關(guān)注，相關(guān)研究日益增多，已成為當(dāng)前圖像處理的研究熱點(diǎn)問題之一 [1]。
[0003] 國內(nèi)外有關(guān)水下圖像增強(qiáng)技術(shù)的研究，始于本世紀(jì)初，經(jīng)過十幾年的發(fā)展，研究者 提出了很多方法。根據(jù)各種方法所使用的圖像增強(qiáng)技術(shù)不同，可將已有方法分為三類：基 于經(jīng)典圖像增強(qiáng)技術(shù)的方法 [2'3'4]、基于顏色恒常性理論的方法[5'6]、以及混合方法 [7'8]。國 內(nèi)發(fā)明專利方面，陳名松等人[9](申請(qǐng)?zhí)朇N201310628073)提出了一種基于同態(tài)濾波和雙 正交小波閾值濾波法相結(jié)合水下圖像增強(qiáng)技術(shù)。他們首先借助同態(tài)濾波技術(shù)降低光照不 均勻情況的影響，然后雙正交小波閾值濾波法去除圖像的噪聲。李一兵等人 [1°](申請(qǐng)?zhí)?CN201310628073)提出了一種基于Retinex理論的水下圖像增強(qiáng)方法。他們首先將水下圖 像轉(zhuǎn)換到HSV色彩空間，采用S分量用于去噪，采用V分量進(jìn)行Retinex增強(qiáng)。
[0004] 參考文獻(xiàn)
[0005] [1] Raimondo Schettini and Silvia Corchs，"Underwater Image Processing: State ofthe Art of Restoration and Image EnhancementMethods''，EURASI PJournal onAdvances in Signal Processing,2012.
[0006] [2]Garcia，R.，Nicosevici，T.，and Cufi，X.，"On The Way to Solve Lighting Problems in Underwater Imaging"，Proceedings ofthe IEEE OCEANS Conference(0CEA NS)，2002, pp. 1018-1024.
[0007] [3] Hit am, M. S. , Kuala Terengganu, Yussof, ff. N. J. H. ff. , Awalludin, E. A. , Bachok,Z. , "Mixture contrast limited adaptive histogram equalization for underwater image enhancement"，ComputerApplications Technology(ICCAT)，2013 International Conference on,2013,1-5.
[0008] [4]陳從平，王健，鄒雷，張發(fā)軍，"一種有效的低對(duì)比度水下圖像增強(qiáng)方法"， 激光與紅外，42 (5)，2012, pp. 567-571.
[0009] [5]Birgit Henke, Matthias Vahl,and Zhiliang Zhou, ^Removing Color Cast ofUnderwater Images through Non-Constant Color Constancy Hypothesis"，ISPA2013, 20-24
[0010] [6]Xueyang Fu，Peixian Zhuang, and Yinghao Liao, "A Retinex-based Enhancement Approach for Single Underwater Image"，IEEE International Conference on Image Processing (ICIP),pp. 4572-4576, 2014.
[0011] [7]K. Iqbal, Odetayo, M. , James, A. , Salam, R. A. , Talib, A. Z. H. , ^Enhancing the low quality images using Unsupervised Colour Correction Method"，2010 IEEE International Conference on Systems Man and Cybernetics(SMC),vol.,no., pp. 1703, 1709, 10-13 Oct. 2010.
[0012] [8] Cosmin Ancuti, Codruta Orniana Ancuti, TomHaber and Philippe Bekaert, "Enhancing Underwater Images and Videos by Fusion,CVPR 2012.
[0013] [9]陳名松，秦琳，康艷梅，等，"水下圖像增強(qiáng)處理方法"，中國發(fā)明專利，申 請(qǐng)?zhí)枺篊N201310628073
[0014] [10]李一，付強(qiáng)，葉方，等"基于HSV色彩空間結(jié)合Retinex的水下圖像增強(qiáng)方 法"，【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201210359018,
[0015] [11]林福宗，《多媒體技術(shù)基礎(chǔ)》（第3版），2009年，清華大學(xué)出版社

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明針對(duì)水下降質(zhì)圖像，提出一種基于亮度色度分離的水下圖像增強(qiáng)方法，實(shí) 現(xiàn)提高水下圖像可視質(zhì)量的目的。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0017] -種基于亮度色度分離的水下圖像增強(qiáng)方法，包括下列步驟：
[0018] 1)分離輸入的水下彩色圖像的亮度色度分量
[0019] 將輸入的水下彩色圖像從RGB色彩空間轉(zhuǎn)換到Y(jié)CbCr色彩空間來分離亮度和色度 分量，在YCb(；色彩空間中，Y表示亮度分量，Cb和Q分別代表藍(lán)色和紅色偏移量。
[0020] 2)基于中值濾波器的亮度分量去噪
[0021] 選用中值濾波器對(duì)亮度分量Y進(jìn)行濾波處理，處理結(jié)果用t表示；
[0022] 3)基于自適應(yīng)直方圖均衡的亮度分量對(duì)比度增強(qiáng)
[0023] 選用對(duì)比度受限直方圖均衡方法（CLAHE)提高去噪后的亮度分量￥:的對(duì)比度，處 理結(jié)果用￥ 2表不；
[0024] 4)色度分量偏色校正
[0025] 用Cb和C r表示YCbCr空間中的兩色度分量圖，用M b和M r分別表示C b和C r的均 值，使用下式調(diào)整Cb和Q兩色度分量的取值，完成色度分量的偏色校正：
[0026]
[0027]
[0028] 式中，用Cbl和Crl表示偏色校正結(jié)果；
[0029] 5)提高色度分量飽和度
[0030]使用Sigmoid函數(shù)拉伸經(jīng)過偏色校正的色度分量，得到增強(qiáng)色度飽和度，所使用 的Sigmoid函數(shù)為：
[0031]
[0032] 式中，輸入f為Cbl時(shí)，輸出g表不藍(lán)色色度分量