水下图像恢复与增强算法的研究与实现
发布时间：2022-01-07 15:55
光线在水介质中的传播过程与在空气中传播过程不同,它受到水的吸收效应产生能量的衰减,受到水中悬浮颗粒的影响而导致散射效应,因此采集到的水下图像大多具有严重的颜色失真,质量退化现象。对此,近十几年来,有关水下图像的恢复增强算法的研究得到广泛的关注,针对水下图像颜色校正,传统的算法和假设及改进算法会存在校正不足或过度校正问题,因此对于部分图像效果不佳。本文主要的目的是研究与实现能适用于各类水下图像的恢复增强算法。本文具体内容如下:（1）在YCBCr空间中,首先寻找图像中的灰度区域,即原本色度较弱区域,这些区域类似于“灰卡”。在算法校正前后,其色彩不应该发生较大变化,在找到这些区域像素后,判断图像色度通道中每一个像素与该区域像素之间的差距,差距越大偏色程度越大。根据此参数计算每个像素的校正权重,最终采用加权灰度世界对偏色像素进行校正。该方法可以很好地进行偏色的校正,且对弱色度区域进行了有效地保护。克服了传统方法中因统一计算增益来校正,导致一些实际色度较弱像素被强行填色,从而产生颜色失真的情况。本方法视觉效果较好。（2）在Lab空间中,首先计算各色度通道的均值,明确了在色度正常的情况下其均值接近...
【文章来源】：华侨大学福建省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水下成像模型
华侨大学硕士学位论文6图像对比度降低。由于受到设备采集距离和光线衰减的影响，使用人工光源在一定程度上可以改善此类现象，但使用人工光源仍然存在问题。人工光源不同于自然光线，从水面开始光线的衰减，而是以人工光源的中心起沿径向衰减，能量也从光能最强点向外产生损失，这会导致人工光源附近景物色彩较均衡，而在距人工光源较远区域仍存在大面积偏色，即产生边界明显的不和谐色斑，同时，在背景区域灰度不均，边缘细节不明显，有阴影产生。图2.1水下成像模型水体对光线的吸收是有选择的，即处于不同光谱区域的光线在水下的衰减程度不同。如图2.2所示，当光线射入水中后，红、橙、黄光最先消失，随着水深的不断增加，其他颜色光逐步消失，蓝色光的波长最短，在水下拥有最长的传播距离，最晚消失。图2.2光线吸收示意图
华侨大学硕士学位论文8以此作为基础的改进算法也有很多，示例公式如下：P0=Picbadc+a(2.6)其中，P0和Pi分别为对比度校正前后的像素值，a为0，b为255，c何d分别是是当前图像中存在的最小和最大的像素值。图2.4(a)上侧对比度校正(b)两侧对比度校正(c)下侧对比度校正该方法将RGB三个通道分别采用对应不同的均衡拉伸测策略来进行色彩的适度校正。当某一通道直方图灰度分布较窄且偏向于较低灰度时，通过拉伸，将整体直方图向右扩展。如图1(a)。相反，当直方图灰度范围较窄且处于较高灰度级时，向左拉伸，如图1(c)。当该直方图处于中间状态时，向两侧拉伸，如图1(b)。其目的即尽可能提高灰度分布范围，拉开相邻灰度，提升对比度。2011年，NicolasLimare提出了基于直方图拉伸的白平衡方法，通过计算累计直方图，截断前后s%，在全局上进行拉伸[14]，如图2。但仅仅部分场景效果良好，原因为：由于红色光在水下衰减最为强烈，因此红色分量残存较少，从红色通道直方图上来看聚集在极低灰度级，蓝绿通道的直方图则分布较广，动态范围较大。此情况下做全局直方图拉伸，红色通道相邻灰度级被强制拉开，间距极大，蓝绿通道则均匀分布，因此处理完的图像效果较差，未达到色彩校正效果。(a)(b)图2.5直方图拉伸在此基础上，2014年，Fu等人采取一种基于统计方法的颜色校正方法，他通过计算每个通道的均值和方差来重新规定三通道各自的最大值和最小值，通过最值来限定直方图的拉伸范围,公式如下：
【参考文献】：
期刊论文
[1]“蛟龙号”载人深潜器[J]. 徐小龙. 百科探秘(海底世界). 2019(Z2)
[2]水下机器人发展现状和趋势[J]. 柯冠岩,吴涛,李明,肖定邦. 国防科技. 2013(05)
[3]基于模糊形态筛和四元数的水下彩色图像增强[J]. 杨淼,纪志成. 仪器仪表学报. 2012(07)
[4]一种基于高斯分布的白平衡改进算法[J]. 胡勇. 微型机与应用. 2012(05)
[5]水下退化图像处理方法[J]. 张赫,徐玉如,万磊,唐旭东,蔡昊鹏. 天津大学学报. 2010(09)
[6]基于Contourlet变换和多尺度Rentinex的水下图像增强算法[J]. 石丹,李庆武,范新南,霍冠英. 激光与光电子学进展. 2010(04)
[7]中国海洋资源开发现状及对策[J]. 孙悦民. 海洋信息. 2009(03)
[8]空域同态滤波算法研究[J]. 肖俊,宋寿鹏,丁丽娟. 中国图象图形学报. 2008(12)
[9]基于von-Kries色适应的分区颜色校正方法[J]. 朱贵冬,沈理,王今觉. 计算机工程与科学. 2007(02)
[10]一种基于灰度世界模型自动白平衡方法[J]. 谷元保,付宇卓. 计算机仿真. 2005(09)
本文编号：3574831
【文章来源】：华侨大学福建省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水下成像模型
华侨大学硕士学位论文6图像对比度降低。由于受到设备采集距离和光线衰减的影响，使用人工光源在一定程度上可以改善此类现象，但使用人工光源仍然存在问题。人工光源不同于自然光线，从水面开始光线的衰减，而是以人工光源的中心起沿径向衰减，能量也从光能最强点向外产生损失，这会导致人工光源附近景物色彩较均衡，而在距人工光源较远区域仍存在大面积偏色，即产生边界明显的不和谐色斑，同时，在背景区域灰度不均，边缘细节不明显，有阴影产生。图2.1水下成像模型水体对光线的吸收是有选择的，即处于不同光谱区域的光线在水下的衰减程度不同。如图2.2所示，当光线射入水中后，红、橙、黄光最先消失，随着水深的不断增加，其他颜色光逐步消失，蓝色光的波长最短，在水下拥有最长的传播距离，最晚消失。图2.2光线吸收示意图
华侨大学硕士学位论文8以此作为基础的改进算法也有很多，示例公式如下：P0=Picbadc+a(2.6)其中，P0和Pi分别为对比度校正前后的像素值，a为0，b为255，c何d分别是是当前图像中存在的最小和最大的像素值。图2.4(a)上侧对比度校正(b)两侧对比度校正(c)下侧对比度校正该方法将RGB三个通道分别采用对应不同的均衡拉伸测策略来进行色彩的适度校正。当某一通道直方图灰度分布较窄且偏向于较低灰度时，通过拉伸，将整体直方图向右扩展。如图1(a)。相反，当直方图灰度范围较窄且处于较高灰度级时，向左拉伸，如图1(c)。当该直方图处于中间状态时，向两侧拉伸，如图1(b)。其目的即尽可能提高灰度分布范围，拉开相邻灰度，提升对比度。2011年，NicolasLimare提出了基于直方图拉伸的白平衡方法，通过计算累计直方图，截断前后s%，在全局上进行拉伸[14]，如图2。但仅仅部分场景效果良好，原因为：由于红色光在水下衰减最为强烈，因此红色分量残存较少，从红色通道直方图上来看聚集在极低灰度级，蓝绿通道的直方图则分布较广，动态范围较大。此情况下做全局直方图拉伸，红色通道相邻灰度级被强制拉开，间距极大，蓝绿通道则均匀分布，因此处理完的图像效果较差，未达到色彩校正效果。(a)(b)图2.5直方图拉伸在此基础上，2014年，Fu等人采取一种基于统计方法的颜色校正方法，他通过计算每个通道的均值和方差来重新规定三通道各自的最大值和最小值，通过最值来限定直方图的拉伸范围,公式如下：
【参考文献】：
期刊论文
[1]“蛟龙号”载人深潜器[J]. 徐小龙. 百科探秘(海底世界). 2019(Z2)
[2]水下机器人发展现状和趋势[J]. 柯冠岩,吴涛,李明,肖定邦. 国防科技. 2013(05)
[3]基于模糊形态筛和四元数的水下彩色图像增强[J]. 杨淼,纪志成. 仪器仪表学报. 2012(07)
[4]一种基于高斯分布的白平衡改进算法[J]. 胡勇. 微型机与应用. 2012(05)
[5]水下退化图像处理方法[J]. 张赫,徐玉如,万磊,唐旭东,蔡昊鹏. 天津大学学报. 2010(09)
[6]基于Contourlet变换和多尺度Rentinex的水下图像增强算法[J]. 石丹,李庆武,范新南,霍冠英. 激光与光电子学进展. 2010(04)
[7]中国海洋资源开发现状及对策[J]. 孙悦民. 海洋信息. 2009(03)
[8]空域同态滤波算法研究[J]. 肖俊,宋寿鹏,丁丽娟. 中国图象图形学报. 2008(12)
[9]基于von-Kries色适应的分区颜色校正方法[J]. 朱贵冬,沈理,王今觉. 计算机工程与科学. 2007(02)
[10]一种基于灰度世界模型自动白平衡方法[J]. 谷元保,付宇卓. 计算机仿真. 2005(09)
本文编号：3574831
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