基于加权引导滤波的水下图像增强算法_敖珺1
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第
３６
卷
第
２
期
桂林电子科技大学学报
Ｖｏｌ．３６
，
Ｎｏ．２
２０１６
年
４
月
Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ
Ｇｕｉｌｉｎ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔ
ｙ
ｏｆ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｙ
Ａ
ｐ
ｒ．２０１６
基于加权引导滤波的水下图像增强算法
①
敖
珺
，
孙宗凯
，
马春波
（
桂林电子科技大学 信息与通信学院
，
广西 桂林
５４１００４
）
摘
要
：
针对水下图像存在对比度低
、
噪声较多的问题
，
提出一种基于加权引导滤波的水下图像增强算法
。
该算法通过
ＣＬＡＨＥ
方法增强图像对比度
，
并用
Ｃａｎｎ
ｙ
算子代替方差边缘检测法
，
实现对加权引导滤波器边缘权重的准确估计
。
通过
加权引导滤波器对增强图像降噪
，
并对降噪图像的亮度和饱和度进行分块对比度增强
。
实验结果表明
，
该算法能够有效抑
制图像噪声
，
提高增强图像的结构相似度
，
且增强后图像的对比度高
，
可视性好
。
关键词
：
水下图像
；
图像增强
；
加权引导滤波
；
降噪
中图分类号
：
ＴＰ３９１．４１
文献标志码
：
Ａ
文章编号
：
１６７３
－
８０８Ｘ
（
２０１６
）
０２
－
０１１３
－
０５
Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ
ｉｍａ
ｇ
ｅ
ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ
ａｌ
ｇ
ｏｒｉｔｈｍ
ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｗｅｉ
ｇ
ｈｔｅｄ
ｇ
ｕｉｄｅｄ
ｆｉｌｔｅｒ
ＡＯ
Ｊｕｎ
，
ＳＵＮ
Ｚｏｎ
ｇ
ｋａｉ
，
ＭＡ
Ｃｈｕｎｂｏ
（
Ｓｃｈｏｏｌ
ｏｆ
Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ａｎｄ
Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ
Ｅｎ
ｇ
ｉｎｅｅｒｉｎ
ｇ
，
Ｇｕｉｌｉｎ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔ
ｙ
ｏｆ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｙ
，
Ｇｕｉｌｉｎ
５４１００４
，
Ｃｈｉｎａ
）
Ａｂｓｔｒａｃｔ
：
Ｉｎ
ｏｒｄｅｒ
ｔｏ
ｓｏｌｖｅ
ｔｈｅ
ｐ
ｒｏｂｌｅｍ
ｏｆ
ｌｏｗ
ｃｏｎｔｒａｓｔ
，
ｌａｒ
ｇ
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ｎｏｉｓｅ
ｏｆ
ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ
ｉｍａ
ｇ
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，
ａｎ
ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ
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ｇ
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ｂａｓｅｄ
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ｒｏ
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ｏｓｅｄ．Ｔｈｅ
ａｌ
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ｐ
ｒｏｖｅｓ
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ｃｏｎｔｒａｓｔ
ｂ
ｙ
ＣＬＡＨＥ．Ｔｈｅｎ
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－
ａ
－
ｗａｒｅ
ｗｅｉ
ｇ
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ｇ
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ａｃｃｕｒａｔｅｌ
ｙ
ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ
ｂ
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Ｃａｎｎ
ｙ
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ｏｒｉｔｈｍ
ｉｎｓｔｅａｄ
ｏｆ
ｖａｒｉａｎｃｅ．Ｔｈｅ
ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ
ｉｍａ
ｇ
ｅ
ｉｓ
ｄｅｎｏｉｓｅｄ
ｗｉｔｈ
ｗｅｉ
ｇ
ｈｔｅｄ
ｇ
ｕｉｄｅｄ
ｆｉｌｔｅｒ
ａｎｄ
ｔｈｅ
ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ
ａｎｄ
ｖａｌｕｅ
ｃｏｍ
ｐ
ｏｎｅｎｔｓ
ｏｆ
ｔｈｅ
ｄｅｎｏｉｓｅｄ
ｉｍａ
ｇ
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ａｒｅ
ｌｏｃａｌｌ
ｙ
ｅｎ
－
ｈａｎｃｅｄ．Ｔｈｅ
ｅｘ
ｐ
ｅｒｉｍｅｎｔａｌ
ｒｅｓｕｌｔｓ
ｓｈｏｗ
ｔｈａｔ
ｔｈｅ
ｉｍａ
ｇ
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ｎｏｉｓｅｓ
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ｓｕ
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ｒｅｓｓｅｄ
ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌ
ｙ
，
ｔｈｅ
ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ
ｓｉｍｉｌａｒｉｔ
ｙ
ｏｆ
ｅｎｈａｎｃｅｄ
ｉｍａ
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ｉｓ
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ｒｏｖｅｄ．Ｂｅｓｉｄｅｓ
，
ｔｈｅ
ｅｎｈａｎｃｅｄ
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ｃｏｎｔｒａｓｔ
ａｎｄ
ｇ
ｏｏｄ
ｖｉｓｉｂｉｌｉｔ
ｙ
．
Ｋｅ
ｙ
ｗｏｒｄｓ
：
ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ
ｉｍａ
ｇ
ｅ
；
ｉｍａ
ｇ
ｅ
ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ
；
ｗｅｉ
ｇ
ｈｔｅｄ
ｇ
ｕｉｄｅｄ
ｆｉｌｔｅｒ
；
ｎｏｉｓｅ
ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ
在水下环境中
，
由于水分子以及溶解的杂质对光
线的吸收和散射作用
，
导致水下图像出现对比度低
、
噪声较大等严重的退化问题
。
这不仅降低了图像的
整体视觉效果
，
而且给后续图像的自动处理和识别产
生不利影响
。
因此
，
研究有效的水下图像增强算法具
有重要意义
。
近年来
，
水下图像增强方法主要分为模型法和非
模型法
。
模型法利用光照物理模型估计图像的降质
模式
，
根据估计的结果复原降质图像
。
非模型法不考
虑水下光学成像机理和光照机理
，
直接根据降质图像
的特征进行处理
［
１
］
。
杨爱萍等
［
２
］
基于颜色失真去除
和暗通道的水下图像复原
，
采用适用于水下图像的颜
色失真去除方法还原图像颜色
，
并利用散射系数与波
长的关系修正各通道的透射率
，
实现图像复原
。
Ｈｉ
－
ｔａｍ
等
［
３
］
采用
ＣＬＡＨＥ
算法分别在水下图像的
ＲＧＢ
空间和
ＨＳＶ
空间进行图像增强
，
并对增强结果进行
融合
，
该算法计算效率高
，
但增强后噪声较大
。
张凯
等
［
４
］
将水体散射效应等效为环境光照的变化
，
通过水
下彩色图像亮度通道下的多尺度
Ｒｅｔｉｎｅｘ
算法处理
，
可减小水体散射效应
，
提高图像对比度
，
但该算法在
图像的背景区域容易出现噪声
。
胡玉娟等
［
５
］
通过均
衡化和白平衡方法对图像进行处理
，
根据处理结果的
显著图
、
照度图和色度图估计融合系数
，
并对图像进
行融合
，
该算法可以取得较好的增强效果
，
但融合系
数计算复杂
，
不适合实时处理
。
针对以上问题
，
提出一种基于加权引导滤波的水
下图像增强算法
，
在增强图像的对比度后
，
采用基于
Ｃａｎｎ
ｙ
算子修正的加权引导滤波器抑制图像噪声
。
①
收稿日期
：
２０１６
－
０１
－
２０
基金项目
：
国家自然科学基金
（
６１１６７００６
）；
广西认知无线电与信息处理重点实验室主任基金
（
ＣＲＫＬ１５０１０６
）
通信作者
：
敖珺
（
１９７８－
），
女
，
广西桂林人
，
教授
，
博士
，
研究方向为通信信号处理
、
光通信
。
Ｅ
－
ｍａｉｌ
：
ｇ
ｕｉｄｉａｎ２０１６
＠
１２６．ｃｏｍ
引文格式
：
敖珺
，
孙宗凯
，
马春波
．
基于加权引导滤波的水下图像增强算法
［
Ｊ
］
．
桂林电子科技大学学报
，
２０１６
，
３６
（
２
）：
１１３
－
１１７．
DOI:10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2016.02.006
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巴蜀明月
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