基于图像成像模型的水下图像增强方法研究

发布时间：2021-11-20 14:39

　　水下考古、水下环境保护、水下地形扫描和水下自主航行等水下活动都离不开水下视觉技术的支撑,获得清晰的水下图像对于海洋探索起到关键作用。水下图像的成像过程与户外图像的成像过程存在较大差异。由于不同波长的光在水中传播时的选择性衰减,及水下复杂环境中的光线散射、人工光源等问题,导致水下图像呈现偏色、模糊、能见度低等现象。针对水下图像的增强方法分为两类:基于像素重分布的图像增强和基于图像成像模型（Image Formation Model,IFM）的图像复原。前者忽略水下图像的成像模型而关注于直方图动态范围的变换,后者的难点在于正确地估计复原参数:红绿蓝（Red-Green-Blue,R-G-B）通道的背景光（Background Light,BL）和透射率（Transmission Maps,TMs）。为了复原、增强多种类型的水下图像,本文从多个角度考虑,逐级深入地提出三种有效的水下图像增强方法,并将目前主流方法进行综合性比较,指明水下图像增强方法的研究方向,本文贡献如下:（1）兼顾基于像素重分布图像增强的简单性和基于IFM图像复原的有效性,本文提出了在不同颜色模型下相对全局直方图拉伸（Rel... 

【文章来源】：上海海洋大学上海市

【文章页数】：113 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

水下光学成像模型及光照的选择性衰减Fig.2-1Underwateropticalimagingmodelandtheselectiveattenuationoflighting光线在不同介质中传播特性也不同，水下成像时除了会接受物体直接反射而来

出的方法存在相似性。因此将 ICM 和 UCM 作为比较对象，进一步说明本章方法的健壮性和鲁棒性。此外，本章方法和纯粹基于物理模型的水下图像复原方法，包括被广泛应用于水下图像复原的 DCP[60]、基于 DCP 的水下图像复原[63]和 DCP 改进后的 UDCP[65]进行比较分析。3.5.1 主观性能分析图 3-4 给出了原图和本章方法与其他四种方法的输出结果及对应的直方图分布。在图 3-4 的第二行中原始图像和增强图像的灰度直方图 轴的范围从 0 到 255，图(a)和图(b)的灰度直方图分布比较集中，进一步说明彩色图像表现出对比度低、可见度差的原因。图(c)和图(d)的灰度直方图存在有些分量过多的现象，恰恰解释图(c)偏亮而图(d)偏暗。ICM 和 UCM 的输出结果大致相同，考虑到论文空间有限，因此本章节选择输出结果较好作为比较对象。图(e)和图(f)的灰度直方图分布在整个范围，基于灰度世界假设的结论，本章提出的自适应直方图分布得出的结果在直方图分布上更合理。

(a) 原始图像 (b) DCP (c) Yang (d) Drews (e) UCM (f)本章方法图 3-5 定性分析(图像放大获得最好的视觉效果)Fig. 3-5 Quantitative assessment (Best view on high-resolution display with zoom-in)在图 3-5 前两行图像中，由于原始图像的蓝绿色分量偏多，直接采用 DCP 的输出结果和原始图像几乎没有变化，说明了何凯明提出的适用于户外图像去雾的DCP 不能成功地复原水下图像甚至降低图像的可视性。Yang 等人[63]直接将 DCP用在水下图像复原上然后使用颜色对比度增强作为后处理，由于忽略复原图像中红色分量太少、蓝绿色分量偏多，增强后图像表现出偏红色。UDCP[65]可以避免少量红色通道信息的影响，不但去除蓝绿色偏差而且提高红色分量的亮度，最后可以获得相对清晰的水下图像。在最后三行图像中，由于复原方法存在一些实际问题，例如水下图像成像模型的复杂性和先验知识的可靠性，因此基于 DCP、基于 UDCP的水下图像复原方法都不能平衡水下图像的颜色、提高水下图像的对比度，甚至降低原始图像的可视度。UCM 通过在两种颜色模型均衡化，有效地增强了水下图像的色度和对比度。在前四幅增强图像中，我们可以发现图像中存在大量的过饱和、


本文编号：3507537