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基于加权融合的水下视觉图像增强算法

奔粤阳 汤瑞 戴平安 李倩

奔粤阳,汤瑞,戴平安,等. 基于加权融合的水下视觉图像增强算法[J]. 北京航空航天大学学报,2024,50(5):1438-1445 doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0540
引用本文: 奔粤阳,汤瑞,戴平安,等. 基于加权融合的水下视觉图像增强算法[J]. 北京航空航天大学学报,2024,50(5):1438-1445 doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0540
BEN Y Y,TANG R,DAI P A,et al. Image enhancement algorithm for underwater vision based on weighted fusion[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2024,50(5):1438-1445 (in Chinese) doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0540
Citation: BEN Y Y,TANG R,DAI P A,et al. Image enhancement algorithm for underwater vision based on weighted fusion[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2024,50(5):1438-1445 (in Chinese) doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0540

基于加权融合的水下视觉图像增强算法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0540
基金项目: 国家自然科学基金(51979047); 黑龙江省自然科学基金(YQ2021E011);中央高校基本科研业务费专项资金(3072021CFT0403)
详细信息
    通讯作者:

    E-mail:liqianheu@163.com

  • 中图分类号: V249.32;TP242.6

Image enhancement algorithm for underwater vision based on weighted fusion

Funds: National Natural Science Foundation of China (51979047); Heilongjiang Provincial Natural Science Foundation of China (YQ2021E011); The Fundamental Research Funds for the Central Universities (3072021CFT0403)
More Information
  • 摘要:

    针对水下视觉同步定位与地图构建(SLAM)前端特征提取与特征匹配效果差的问题,提出一种用于水下视觉SLAM前端的基于加权融合的图像增强算法。该算法建立在2个图像的融合处理基础上,第1个图像经过基于自适应伽马校正和动态范围拉伸的水下图像亮度增强处理,第2个图像经过基于颜色判断和颜色补偿的灰度世界白平衡处理;通过计算2个图像的显著性权重和饱和性权重,对输入图像进行线性加权融合,得到最终的增强图像。通过水下彩色图像质量评价(UCIQE)和水下图像质量测量(UIQM)方法评估无参考水下增强图像质量,并用南卡罗来纳大学开源数据集测试所提算法的应用效果,结果表明:处理后,水下图像质量高、提取特征点数目多,可以显著提高水下视觉SLAM前端特征提取与特征匹配的效果。

     

  • 图 1  Retinex理论中图像的构成

    Figure 1.  Composition of images in Retinex theory

    图 2  本文算法流程

    Figure 2.  Flowchart of the proposed algorithm

    图 3  亮度增强处理说明

    Figure 3.  Explanatory of brightness enhancement

    图 4  白平衡处理说明

    Figure 4.  Explanatory of white balance

    图 5  原始水下图像

    Figure 5.  Raw underwater images

    图 6  直方图均衡化处理后的水下图像

    Figure 6.  Underwater images after histogram equalization

    图 7  亮度增强处理后的水下图像

    Figure 7.  Underwater images after brightness enhancement

    图 8  白平衡处理后的水下图像

    Figure 8.  Underwater images after white balance

    图 9  本文算法处理后的水下图像

    Figure 9.  Underwater images after the proposed algorithm

    图 10  原始水下图像SIFT特征匹配

    Figure 10.  Feature matching by SIFT of raw underwater images

    图 11  直方图均衡化处理后水下图像SIFT特征匹配

    Figure 11.  Feature matching by SIFT of underwater images after histogram equalization

    图 12  本文算法处理后水下图像SIFT特征匹配

    Figure 12.  Feature matching by SIFT of underwater images after the proposed algorithm

    表  1  UCIQE无参考水下图像质量评估结果

    Table  1.   Assessment results of no-reference underwater image quality with UCIQE

    图像来源 水下图像1 水下图像2 水下图像3 水下图像4
    原始水下图像 3.3788 3.2122 5.4047 4.8687
    直方图均衡化处理 4.0025 4.2486 5.0472 5.1449
    本文算法 5.3088 5.0171 6.5764 6.1352
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    表  2  UIQM无参考水下图像质量评估结果

    Table  2.   Assessment results of no-referenced underwater image quality with UIQM

    图像来源 水下图像1 水下图像2 水下图像3 水下图像4
    原始水下图像 0.0498 0.0698 0.2338 0.2118
    直方图均衡化处理 0.4852 0.4524 0.6566 0.5556
    本文算法 0.9575 1.0694 1.0917 1.0105
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    表  3  水下图像特征提取数

    Table  3.   Number of extracted feature points for underwater images

    图像来源 水下图像1 水下图像2 水下图像3 水下图像4
    原始水下图像 20 93 263 326
    直方图均衡化处理 306 467 729 554
    本文算法 620 780 4077 3560
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    表  4  水下图像正确的特征匹配对数

    Table  4.   Number of correct feature matching pairs for underwater images

    图像来源 水下图像1、2 水下图像3、4
    原始水下图像 7 15
    直方图均衡化处理 39 17
    本文算法 71 60
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-06-29
  • 录用日期:  2022-08-12
  • 网络出版日期:  2022-09-14
  • 整期出版日期:  2024-05-29

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