自适应背景光估计与非局部先验的水下图像复原

专利名称：一种水下图像复原方法
专利类型：发明专利
发明人：余大兵,李庆武,张建清,许金鑫,章倩,刘润泽,李鹏,王峰
申请号：CN201910504996.2
申请日：20190611
公开号：CN110335210A
公开日：
20191015
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开一种水下图像复原方法，包括：采用离散haar小波变换，将从图像获取端得到的高分辨率图像分解为尺寸减小的四个子图像；通过使用红通道对水下图像的全局背景光进行估计，获得较为准确的水下背景光的估计；引入红蓝通道和红绿通道衰减系数比，将haze‑lines去雾模型应用于水下图像复原；然后对haze‑lines先验聚类得到的红通道透射率取反作为初始红通道透射率估计值；最后根据得到复原的子图像，由逆向离散haar小波变换得到重构的复原图像。

本发明的方法复原图像的色彩信息更加完整，实时性更强。

申请人：长江勘测规划设计研究有限责任公司,河海大学,长江地球物理探测(武汉)有限公司
地址：430014 湖北省武汉市江岸区解放大道1863号
国籍：CN
代理机构：南京纵横知识产权代理有限公司
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水下光学图像增强与复原方法及应
用
水下光学图像增强与复原是指通过对水下照片或影像进行处理，使其图像清晰度和质量得到提升，从而达到改善图像内容可视性的目的。

1、水下图像增强方法：
（1）图像去噪：包括两种，一种是噪声抑制，另一种是去除无关噪声；
（2）图像亮度和对比度调整：通过改变图像的亮度和对比度，使图像的细节更加清晰；
（3）图像增强：将水下图像进行多通道增强，提高图像的分辨率；
（4）图像滤波：通过滤波器，使水下图像更加清晰和强大。

2、水下图像复原方法：
（1）图像去模糊：有两种方法，一种是基于空间域的图像去模糊方法，另一种是基于局部特征的图像去模糊方法；
（2）图像灰度修复：用于修复水下图像中模糊的灰度，使图像更加清晰；
（3）图像尺度恢复：用于恢复水下图像中因模糊而失真的尺度；
（4）图像边缘检测：用于检测水下图像中各种边缘，以便更好地恢复图像的内容。

3、应用：
水下图像增强与复原技术可以用于水下监测，如水下生态监测、水文监测等，也可以用于水下探测，如水下物体探测、水下结构探测等，可以帮助我们更好地了解水下环境。

水下图像复原系统关键技术研究水下图像复原系统关键技术研究一、引言随着人类深入探索海洋深处的需求增加，水下图像复原系统成为研究的热点。

水下图像的复原是指将浑浊模糊的图像通过一系列算法和技术，还原为清晰可见的图像。

本文将从水下图像采集、图像去噪、图像增强三个方面展开综述，探讨水下图像复原系统关键技术。

二、水下图像采集技术水下图像的复原首先需要进行有效的采集。

水下环境中存在着光线衰减、背景噪声、散射等问题，导致图像质量下降。

因此，合理的采集设备和参数选择对复原系统至关重要。

常用的水下图像采集设备有船载相机、潜水器、水下无人机等。

此外，光源的选择也对采集结果产生重要影响。

为了克服光线衰减问题，可以采用颜色补偿、多光源照明等方法提高图像质量。

三、水下图像去噪技术水下图像中的噪声对复原造成严重影响。

由于水体中的散射和背景噪声，图像中可能存在悬浮颗粒、大气颗粒等噪声。

去噪技术的目标是尽可能去除噪声，同时保留图像中的有效信息。

常用的去噪方法包括中值滤波、均值滤波、小波去噪等。

中值滤波适用于少量噪声的情况，通过取邻域中的中值来替代噪声像素值。

均值滤波则通过求取邻域像素平均值来抑制噪声。

小波去噪是一种能够同时处理高频和低频信息的有效方法，它可以减少噪声的同时保留图像细节。

四、水下图像增强技术水下图像中的低对比度、色偏等问题需要通过增强技术进行处理。

图像增强的目标是提高图像的视觉效果，增强图像细节。

直方图均衡化是一种常用的增强方法，它通过增加图像的动态范围提高图像对比度。

另外，颜色校正技术也可以减少图像的色偏，提高图像的真实性。

同时，频域滤波和小波变换等技术也可以应用于水下图像增强，通过滤波和频率域处理来减少图像中的噪声和模糊。

五、水下图像复原系统的应用前景水下图像复原系统的研究和应用在海洋科学、水下考古、水下探测等领域具有重要意义。

充分利用水下图像复原系统，可以提高海洋资源的开发利用效率，加快水下建筑和航运设施的修复速度，并且为水下文化遗产保护和海洋环境保护提供强有力的技术支持。

水下图像增强和复原方法的研究水下图像增强和复原方法的研究引言：水下图像的获取一直以来都是一个有挑战性的任务。

在水下环境中，图像受到水体的吸收、散射和折射的影响，使得图像失去了细节和清晰度。

因此，针对水下图像的增强和复原研究具有重要的实际应用和理论意义。

本文将重点介绍水下图像增强和复原方法的研究进展和应用。

一、水下图像特点分析1. 水下散射水下环境中，光线与水分子的相互作用会导致散射现象，从而造成图像的模糊和不清晰。

因此，研究水下散射模型，并在增强方法中考虑水下散射的影响是非常重要的。

2. 色彩失真由于水体吸收了不同波长的光线，水下图像通常呈现出蓝绿色调，并且色彩饱和度较低。

因此，研究如何校正水下图像的色彩失真问题是水下图像增强的关键。

二、水下图像增强方法研究1. 基于物理模型的增强方法基于物理模型的增强方法通过数学模拟光在水中的传播过程，以及水下散射和吸收的物理特性，来恢复水下图像。

这些方法通常需要对光学参数进行准确的测量，可以提供较好的增强效果。

2. 统计学方法统计学方法利用大量的水下图像数据进行统计分析，从而学习和建立水下图像的统计模型，并应用于图像增强和复原。

这些方法通常适用于大规模水下图像数据集，可以提高图像增强的稳定性和效果。

3. 图像处理方法图像处理方法通过对图像进行滤波、去噪和增强等操作，来改善水下图像的质量。

这些方法通常不考虑水下散射的物理模型，但是在实际应用中具有一定的效果。

三、水下图像复原方法研究1. 盲去卷积方法水下图像由于受到水下散射的影响，常常呈现模糊的效果。

盲去卷积方法通过利用先验信息和正则化约束，从模糊图像中恢复出清晰的图像。

2. 深度学习方法深度学习方法通过构建深度神经网络，利用大量的水下图像数据进行训练，实现从模糊或低质量的水下图像中恢复出清晰的图像。

这些方法在水下图像复原中取得了较好的效果。

四、水下图像增强和复原方法的应用水下图像的增强和复原方法在海洋勘探、水下摄影、水下机器人和水下安全监测等领域具有广泛的应用。

结合背景光融合及水下暗通道先验和色彩平衡的水下图像增强宋巍;王龑;黄冬梅;贺琪;王振华【期刊名称】《模式识别与人工智能》【年(卷),期】2018(031)009【摘要】水下环境、光线衰减和拍摄方式造成水下图像具有不同色调、对比度和模糊度.基于图像成像模型的水下图像复原方法通常基于暗通道先验或最大像素先验,容易受到水下复杂环境的干扰而输出低质量的复原图像,因此文中提出基于背景光融合及水下暗通道先验和色彩平衡的水下图像增强方法.首先,提出多候选背景光融合方法,估计正确的背景光.然后,基于高质量水下图像统计得出水下暗通道先验,计算更准确的RGB分量传输地图.将复原图像从RGB颜色模型转换到CIE-Lab颜色模型,对L亮度分量和a、b色彩分量分别进行归一化拉伸和优化调整,进一步提高复原后水下图像的亮度和对比度.多种定性和定量分析说明文中方法增强的图像在对比度、亮度和颜色上的显示效果优于大部分现有的水下图像增强方法复原的图像.【总页数】13页(P856-868)【作者】宋巍;王龑;黄冬梅;贺琪;王振华【作者单位】上海海洋大学信息学院上海201306;上海海洋大学信息学院上海201306;上海海洋大学信息学院上海201306;上海海洋大学信息学院上海201306;上海海洋大学信息学院上海201306【正文语种】中文【中图分类】TP391【相关文献】1.基于红色暗通道先验理论与CLAHE算法的水下图像增强算法 [J], 李炼; 李维嘉; 吴耀中2.基于背景光估计与颜色修正的水下图像增强 [J], 王红茹;张弓;卢道华;王佳3.基于色彩校正与暗通道先验算法的水下图像增强方法 [J], 陈浩;刘宇涵;冯兴华;张江梅4.基于色彩平衡及校正的水下图像增强算法 [J], 王梓丞;尹勇5.特征融合生成对抗网络的水下图像增强 [J], 范新南;杨鑫;史朋飞;韩松;辛元雪因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

全局参数估计的水下目标偏振复原方法范之国;宋强;代晴晴;闫羽【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2018(026)007【摘要】水体介质对光的吸收和散射是导致水下成像退化的两大主要影响因素.针对水下目标成像,本文提出了一种全局参数估计的水下目标偏振复原方法,利用构建的精简水下目标偏振重构模型,通过自动估计全局最优偏振信息重构参数,复原出水下目标图像,降低水体对图像质量的影响.在估计重构参数的过程中,首先,采用偏振中值滤波方法和基于亮原色原理的方法,分别估算水下背景光偏振度信息和无穷远处水下背景光强值;再利用基于最小互信息原则对估计的背景光偏振度信息进行优化;然后采用水下目标偏振图像增强算法将得到的水下目标重构图进行细节增强处理,最终获得复原后的水下目标辐射信息图.实验结果表明,在性能评价指标方面,相较于水下原图和其他水下复原方法处理图,利用本文方法处理后所得的图像增强测量值EM E平均提高了120%,图像质量得到了明显的改善.该方法解决了人工取景估计参数不佳的问题,提高了复原目标图像的对比度,可以用于浑浊水下的目标探测与识别.【总页数】12页(P1621-1632)【作者】范之国;宋强;代晴晴;闫羽【作者单位】合肥工业大学计算机与信息学院,安徽合肥230061;合肥工业大学计算机与信息学院,安徽合肥230061;合肥工业大学计算机与信息学院,安徽合肥230061;合肥工业大学计算机与信息学院,安徽合肥230061【正文语种】中文【中图分类】TP391【相关文献】1.基于偏振的水下目标深度信息获取方法 [J], 赵泓扬;姚文卿2.基于暗原色先验改进的偏振图像复原方法研究 [J], 彭文竹;张禹;王钦;吴亚建3.基于偏振特性的雾霾降质图像融合复原方法 [J], 彭文竹;王钦;吴亚建;张禹4.基于正交偏振方向的多幅图像复原新方法 [J], 彭文竹;张禹;王钦;吴亚建5.一种全局参数估计的水下主动偏振去雾算法 [J], 于洪志; 孙春生; 胡艺铭因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

结合色彩补偿与双背景光融合的水下图像复原
林森;查子月
【期刊名称】《光学精密工程》
【年(卷),期】2024(32)7
【摘要】针对复杂成像环境下,水下图像存在颜色失真、细节模糊以及对比度低的问题,提出结合色彩补偿与双背景光融合的水下图像复原方法。

通过分析光在水中的吸收衰减特性,提出改进的水下成像模型,基于Retinex理论与白平衡算法引入色彩补偿分量,降低水体背景颜色影响;根据背景光强度和颜色分布特性,提出双候选背景光融合方法,准确估计全局背景光;不依赖任何水体环境参数,根据背景颜色与散射系数的内在关系,采用引导-高通滤波,优化并增强各通道透射率;最后,逆求解成像模型复原水下图像。

实验结果表明,在4个不同的水下数据集上与经典及新颖方法对比,所提方法恢复的图像颜色更自然,纹理细节更丰富清晰;色差值改善幅度达
5.4%,UCIQE及FDUM指标提升幅度分别达8.3%和4.5%。

所提方法在定性和定量实验中更具优势,能够显著提高水下图像质量。

【总页数】16页(P1059-1074)
【作者】林森;查子月
【作者单位】沈阳理工大学自动化与电气工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.4
【相关文献】
1.自适应背景光估计与非局部先验的水下图像复原
2.结合背景光融合及水下暗通道先验和色彩平衡的水下图像增强
3.水下图像复原中背景光求解方法研究最新进展
4.双背景光自适应融合与透射图精准估计水下图像复原
5.基于背景光修正成像模型的水下图像复原
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水下图像复原中背景光求解方法研究最新进展
熊竞;曹建秋;张天驰
【期刊名称】《计算机应用研究》
【年(卷),期】2022(39)5
【摘要】水下特殊的成像环境,使得图像存在模糊、色偏等问题,给水下图像复原带来了新的挑战。

基于成像模型的图像复原是提高水下图像质量的典型方法之一。

背景光作为逆向复原的重要参数直接影响到水下图像复原的效果。

目前对水下图像复原中背景光求解方法的综述文献较少,为了深入了解水下图像复原的研究现状和发展趋势,对水下图像复原中背景光求解方法进行综述。

首先简述了水下模型,归纳了背景光的特征及背景光求解方法分类,通过详细分析各种典型的背景光求解方法的原理和特点,总结归纳了各种典型方法的优缺点,并提出了研究展望。

【总页数】8页(P1281-1288)
【作者】熊竞;曹建秋;张天驰
【作者单位】重庆交通大学信息科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.基于水下三维结构光的视觉测量方法研究
2.基于水下三维结构光的视觉测量方法研究
3.基于双时间步长-预处理算法的水下多组分空泡流场求解方法研究
4.自适应
背景光估计与非局部先验的水下图像复原5.盲反卷积方法在水下激光图像复原中的应用
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集束光水下图像系统
郑冰;展旭卿;付民
【期刊名称】《光子学报》
【年(卷),期】2007(36)2
【摘要】报道了一种新型的适用于浑水条件下的集束光水下图像系统.分析了目前水下观察采用的两种技术—同步扫描技术和距离选通技术,介绍了该水下图像系统的构成原理以及系统组成.通过水池实验,验证了系统的有效性.给出了集束光水下图像系统与水下激光图像系统在探测距离及其它性能方面的比较结果.该系统有望在海洋工程及军事上得到广泛应用.
【总页数】4页(P368-371)
【关键词】水下图像系统;集束光水下图像系统;浑水;水池实验
【作者】郑冰;展旭卿;付民
【作者单位】中国海洋大学信息科学与工程学院电子系
【正文语种】中文
【中图分类】P733
【相关文献】
1.自适应背景光估计与非局部先验的水下图像复原 [J], 王一斌;尹诗白;吕卓纹
2.结合背景光融合及水下暗通道先验和色彩平衡的水下图像增强 [J], 宋巍;王龑;黄冬梅;贺琪;王振华
3.基于背景光估计与颜色修正的水下图像增强 [J], 王红茹;张弓;卢道华;王佳
4.面向水下和低光图像的复原及增强方法 [J], 刘柯;梁永全;李旭健
5.百千焦耳装置集束验证平台的背向散射光诊断系统 [J], 陈铭;徐涛;刘永刚;刘欣城
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