基于局部SoG的水下图像清晰化方法

摘要

本发明公开了一种基于局部SoG的水下图像清晰化方法，包括以下步骤：设水下图像为原图像，用该原图像的边界值进行边界扩充得到填充后的图像；然后，取一个局部域大小为N×N像素点的窗口，利用该窗口在边界扩充后的图像的各个通道中进行平移，估计每个局部域内的光源颜色，将局部域的光源颜色作为窗口中心像素点的光源颜色e_λ；并通过光源颜色e_λ与原始光源颜色之间的衰减特性分别求出三个颜色通道的透射率t_λ和其对应的方差σ_λ；最后，对方差σ_λ最大的透射率进行循环分块操作以获取背景光，从而得到最终的清晰的图像。通过大量实验证明，本发明提出的算法在提高图像清晰度、恢复图像颜色等方面有着非常好的性能。

主权项

一种基于局部SoG的水下图像清晰化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、输入水下图像为原图像I(x)，用该原图像I(x)的边界值进行边界扩充得到填充后的图像I_λ(x)；I_λ(x)＝∫_ωe(λ)S(x,λ)P(λ)dλ        (1)式(1)中，ω表示整个可见光波长范围，λ为入射光波长，x为像素点，e(λ)表示入射光的分布，S(x,λ)为图像I_λ(x)中的某一点对入射光的反射率，P(λ)表示相机对入射光的感光特性；步骤二、在该图像中取一个大小为N×N像素点的窗口，利用该窗口在图像I_λ(x)的各个通道上逐行的从左到右进行平移，每次移动一个像素形成一局部域Ω，估计每个局部域Ω的光源颜色，步骤是：设该图像I_λ(x)的场景中所有物体表面的任意一个局部域Ω的平均反射是无色差的，即：$\frac{{\int }_{\Omega }S(x,\lambda )dx}{{\int }_{\Omega }dx}=k---\left(2\right)$式(2)中，Ω表示图像I_λ(x)中某个局部域，k为[0,1]之间的一个常数；所以，局部域Ω的光源颜色如下：${\left(\frac{{\int }_{\Omega }{\left(I_{\lambda }\right(x\left)\right)}^{p}dx}{{\int }_{\Omega }dx}\right)}^{\frac{1}{p}}={\mathrm{ke}}_{\Omega \lambda }---\left(3\right)$式(3)中，p为常数，取值范围为4～10，e_Ωλ为局部域Ω的光源颜色，在一个局部域Ω中光源颜色的各通道分量为单值；将局部域Ω的光源颜色e_Ωλ作为局部域中心像素点的光源颜色e_λ：${\left(\frac{{\int }_{\Omega }{\left(I_{\lambda }\right(x\left)\right)}^{p}dx}{{\int }_{\Omega }dx}\right)}^{\frac{1}{p}}={\mathrm{ke}}_{\lambda }=k{\bar{e}}_{\lambda }\exp (-c_{\lambda }d(x\left)\right)---\left(4\right)$式(4)中，c_λ是入射光在水中的衰减系数，d(x)为景深，e_λ是局部域中心像素点的光源颜色，所述光源颜色e_λ的元素值中包含了图像I_λ(x)各通道的颜色衰减特征，是图像I_λ(x)的光源颜色，设为常数；步骤三：利用局部域中心像素点的光源颜色e_λ和图像I_λ(x)的光源颜色之间的颜色衰减特性求出图像I_λ(x)的RGB三通道透射率t_λ：${\left(\frac{{\int }_{\Omega }{\left(I_{\lambda }\right(x\left)\right)}^{p}dx}{{\int }_{\Omega }dx}\right)}^{\frac{1}{p}}=k{\bar{e}}_{\lambda }{t}_{\lambda }---\left(5\right)$选择R通道的透射率t_R作为待分块的透射率；步骤四：建立图像I_λ(x)像素的索引index；与此同时，选择待分块的透射率t_R上半部分中均值和标准差最小的部分进行循环分块操作，循环4次后得到透射率块，根据图像I_λ(x)像素索引index，确定该透射率块在图像I_λ(x)中对应的图像块，通过求取该对应的图像块RGB三通道的均值得到该图像I_λ(x)的背景光B_λ,∞；根据式(6)得到清晰图像J_λ(x)：$J_{\lambda }\left(x\right)=\frac{\left(I_{\lambda }\right(x)-B_{\lambda ,\infty })}{t_{\lambda }\left(x\right)}+B_{\lambda ,\infty }---\left(6\right).$