一种基于定量评价改进白平衡技术的水下图像增强算法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于定量评价改进白平衡技术的水下图像增强算法，属于图像处理技术领域。本发明专利技术提出5种方式补偿图像颜色，包括绿色补偿红色；蓝色补偿红色；蓝色、绿色补偿红色；蓝色补偿绿色和红色；绿色补偿蓝色和红色。并分别采用水下彩色图像质量评价和水下图像质量测量指标对5种颜色补偿图像进行定量评价，选取UCIQE值最大及UIQM值最大的两幅图像，确定两种颜色补偿方式并调整补偿系数生成20幅图像，再次使用以上两指标对20幅图像进行评价，对其中加权值最大的图像采用Gray World白平衡方法进行处理，获得基于定量评价改进白平衡技术处理的最终图像。与现有的水下图像增强算法相比，本算法可有效增强水下图像视觉质量，改善效果显著。改善效果显著。改善效果显著。

【技术实现步骤摘要】
一种基于定量评价改进白平衡技术的水下图像增强算法


[0001]本专利技术涉及一种基于定量评价改进白平衡技术的水下图像增强算法，属于图像处理


技术介绍

[0002]水下成像技术已应用于各行各业，诸如港口设施的监测，水下目标的检测，海洋生物的发现和水下机器人的控制等。得到清晰准确的图像是开展相关水下任务的重要前置条件。由于光在水中的传输受水中介质的散射和吸收的作用，使水下图片往往具有颜色失真、对比度降低等缺陷。其中水对光的吸收取决于光波的长度，一般超过5米水深拍摄的图像便会呈现明显的蓝绿色调。水下成像的特点严重影响了人们开展水下工作的进程。
[0003]人们因此提出多种白平衡技术对水下图像进行增强,以提升其视觉质量。比较著名图像白平衡技术可分为如下几类：一是Gray Edge白平衡技术(J.van deWeijer,T.Gevers,and A.Gijsenij,"Edge
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based color constancy,"IEEE Transactionson Image Processing,vol.16,no.9,pp.2207
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2214,2007.)，假设场景中所有物理表面的平均反射的差分是无色差的；二是Gray World白平衡技术(H.Zhang,B. Dong,and Z.Jiang,"Single Image Dehazing Using Improved Gray World Theoryand Dark Channel Prior,"in 10th International Symposium of Artificial Intelligencesupported by the Japanese Society for Artificial Intelligence,JSAI
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isAI 2018, November 12,2018
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November 14,2018,Yokohama,Japan,2019,vol.11717LNAI: Springer Science and Business Media Deutschland GmbH,in Lecture Notes inComputer Science(including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence andLecture Notes in Bioinformatics),pp.67
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73,doi:10.1007/978
‑3‑
030
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31605
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1_5. [Online].Available:http://dx.doi.org/10.1007/978
‑3‑
030
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31605
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1_5)，假设场景中所有物理表面的平均反射是无色差的；三是Shades of Gray白平衡技术(J.van deWeijer,T.Gevers,and A.Gijsenij,"Edge
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based color constancy,"IEEE Transactionson Image Processing,vol.16,no.9,pp.2207
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2214,2007.)，在Gray World假设的基础上引入了闵可夫斯基范式理论；四是Max RGB白平衡技术(D.Marini,A.Rizzi, and C.Carati,"Color constancy effects measurement of the Retinex theory," Proceedings of SPIE
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The International Society for Optical Engineering,vol.3648, pp.249
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256,1998.)，假设图像中RGB颜色通道的最大响应是由场景中的白色表面引起的，即理论上白色表面可以反射场景光照的颜色。
[0004]然而传统的白平衡技术应用在水下图像的处理中效果并不理想。人们根据以上四种思想，又进行了相关的优化，其中最著名且应用效果在现阶段仍被广泛认可的是Cosmin Ancuti白平衡技术(C.Ancuti,C.O.Ancuti,T.Haber,and P. Bekaert,"Enhancing underwater images and videos by fusion,"in 2012IEEEConference on Computer Vision and Pattern Recognition,CVPR 2012,June 16,2012
ꢀ‑
June 21,2012,
公式中引入增强系数参数α，α取值范围一般为[0,1]；
[0023]S3、对5种颜色通道补偿后的图像通过UCIQE和UIQM两种评价方法分别进行定量评价；当α＝1时，选取UCIQE值与UIQM值最大的两幅图像作为拟选最优颜色通道补偿图像；
[0024]UCIQE的计算公式为UCIQE＝c1×
σ
c
+c2×
con
l
+c3×
μ
s
；其中σ
c
代表目标图像色度的标准差、con
l
代表目标图像对比度的标准差；μ
s
代表目标图像平均饱和度的标准差，其中c1、c2、c3为相关常数系数其总和为1，通过对44个水下图像数据库进行测试，推荐c1、c2、c3常数设置为0.4680、0.2745、0.2576较为合适；
[0025]UIQM的计算公式为UIQM＝c1×
UICM+c2×
UISM+c3×
UIConM；其中，UICM 代表目标图像的颜色测量指标；UISM代表目标图像锐利度的测量指标；UIConM 代表目标图像对比度测量指标，其中c1、c2、c3为相关常数系数，通过大量的试验数据表明，推荐c1、c2、c3常数设置为0.0282、0.2953、3.5753较为合适；
[0026]S4、对于所述S3步骤中获得的拟选最优颜色通道补偿图像，分别采用 UCIQE和UIQM对采用不同补偿系数α生成的图像进行定量评价；
[0027]分别以n(n<1)的增强在(0,1]的范围内设定α的值，生成相应的2/n幅图像，并设定m＝(0:1:2/n]分别代表这2/n幅图像；
[0028]所述步骤S4中使用UCIQE(m)代表第m种α值的通道增强后的图像UCIQE 的取值，min(UCIQE)代表2/n幅图像UCIQE最低的值，max(UCIQE)代表2/n 幅图像UCIQE最高的值；用UIQM(m)代表第m种α值的通道增强后的图像 UIQM的取值，min(UIQM)代表2/n幅图像UIQM最低的值，m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于定量评价改进白平衡技术的水下图像增强算法，其特征在于：S1、获取水下图像；检测图像像素点的红色通道、绿色通道、蓝色通道的像素值，并计算各通道的像素均值；使用(x,y)代表所在图像的像素点的位置，I
r
(x,y),I
g
(x,y),I
b
(x,y)代表原图像的红色、绿色、蓝色通道；代表原图红色、绿色、蓝色通道分别的平均值；S2、提出五种颜色补偿方式：绿色补偿红色；蓝色补偿红色；蓝色、绿色补偿红色；蓝色补偿绿色和红色；绿色补偿蓝色和红色；并对图像的每个像素点进行颜色补偿；所述S2步骤中颜色补偿所使用的具体计算公式1～5如下：绿色通道对红色通道增强：蓝色通道对红色通道增强：蓝色、绿色通道对红色通道增强：绿色通道对蓝色及红色通道增强：绿色通道对蓝色及红色通道增强：蓝色通道对绿色及红色通道增强：蓝色通道对绿色及红色通道增强：使用I
re
(x,y),I
ge
(x,y),I
be
(x,y)代表增强后的红色、绿色、蓝色通道；并在1～5公式中引入增强系数参数α，α取值范围一般为[0,1]；S3、对5种颜色通道补偿后的图像通过UCIQE和UIQM两种评价方法分别进行定量评价；当α＝1时，选取UCIQE值与UIQM值最大的两幅图像作为拟选最优颜色通道补偿图像；UCIQE的计算公式为UCIQE＝c1×
σ
c
+c2×
con
l
+c3×
μ
s
；其中σ
c
代表目标图像色度的标准差、con
l
代表目标图像对比度的标准差；μ
s
代表目标图像平均饱和度的标准差；其中c1、c2、c3为相关常数系数其总和为1，通过对44个水下图像数据库进行测试，推荐c1、c2、c3常数设置为0.4680、0.2745、0.2576较为合适(参考文献：M.Yang and A.Sowmya,"An Underwater Color Image Quality Evaluation Metric,"IEEE Transactions on Image Processing,vol.24,no.12,pp.6062
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6071,2015.)；UIQM的计算公式为UIQM＝c1×
UICM+c2×
UISM+c3×
UIConM；其中，UICM代表目标图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈广同，陶冶，徐鲁强，蒲海波，王凯，李翔，孙晓宇，
申请(专利权)人：大连港诚工程检测技术有限公司，
类型：发明
国别省市：