一种用于海洋探测的激光水下成像图像去噪和增强方法
专利类型：发明专利
语 言：中文
申 请 号：CN201510066567.3
申 请 日：20150209
申 请 人：重庆大学
申请人地址：400030 重庆市沙坪坝区沙正街174号
公 开 日：20180313
公 开 号：CN104657948B
代 理 人：康海燕
代理机构：重庆华科专利事务所 50123
摘 要：本发明提出一种用于海洋探测的激光水下成像图像去噪和增强方法，属于图像处理、模式识别领域，其核心在于首先在空域运用奇异值分解(SVD)和重构对激光水下成像图像进行噪声处理；其次，针对SVD处理后图像仍有部分噪声存在的问题，在小波域对图像进行小波分解和重构，实现小波去噪和增强的目的；最后，在频域对图像进行FFT增强，提高图像对比度并有效保持图像清晰度。实验表明本发明方法能有效克服局部直方图均衡化所引起的块效应，实现图像增强的同时有效抑制图像噪声并保持图像清晰度。
主 权 项：一种用于海洋探测的激光水下成像图像去噪和增强方法，包括以下三个步骤：(1)对原始图像进行奇异值分解(SVD)，选取前N个最大奇异值重建图像，实现图像去噪目的；(2)对步骤(1)中所得到的去噪图像进行图像小波分解，对高频系数进行非线性阈值函数处理，对低频系数进行非线性增强，实现图像增强的同时有效抑制噪声；(3)在频域对步骤(2)中所得到的去噪和增强图像进行FFT增强，设置频域滤波上下限，对低频部分进行增强，对高频部分进行抑制，有效提高图像对比度的同时保持图像的清晰度；所述步骤(1)具体方法如下：首先，对原始图像m×n维矩阵A进行奇异值分解，将其分解到一系列奇异值和奇异值矢量对应的子空间中，如式(2)?所示：A＝UΣVH??(2)式(2)中U和V分别是m×n维、n×n维正交矩阵，分别是矩阵A的左奇异矩阵和右奇异矩阵，上标H表示矩阵的共轭转置；∑是m×n对角矩阵，其对角线为矩阵A的奇异值σi，并且以降序顺序排列，即σ1≥σ2≥σ3L≥σm；然后，通过去除较小的奇异值滤掉噪声子空间实现去噪，选取图像矩阵A的前N个最大奇异值，在有效的信号子空间上重构图像矩阵：式(3)中N为奇异值个数，αi为矩阵A的第i个奇异值，ui和vi分别是U和V的第i列奇异值矢量，
为重构图像矩阵；所述步骤(2)的具体方法为：首先，对步骤(1)中得到的去噪图像进行小波四层分解，得到图像小波低频系数Dj和高频系数Wij，其中j为尺度系数，i取值1、2、3分别代表HL、LH、HH子带图像；接着，对分解得到的高频系数Wij运用非线性阈值函数进行去噪增强，其中非线性阈值函数如式(4)?所示：
式(4)中sign(·)为符号函数，Tj为给定的阈值：
由式(5)可知Tj随着j的增大而减小，式中N为图像大小，σj为图像噪声方差，其计算如公式(6)所示
式(6)中
为图像表示小波分解后在j尺度上的对角线高频系数；然后，对分解得到的图像小波低频系数Dj进行低频增强，实现图像动态范围压缩；最后，根据修改后的小波系数进行重构，得到小波去噪和增强后图像；所述步骤(3)的具体方法为：首先，对步骤(2)中所得到的去噪和增强图像进行FFT变换，并通过fftshift将变换的原点转移到频率矩阵的中心；接着，根据FFT变换的结果，寻找图像最大频率和最小频率，并且设置频率滤波上下限fup和fdown；然后，根据所得到频率滤波上下限fup和fdown，的变换结果，针对不同频率段进行不同的处理，即对低频部分进行增强，对高频部分进行抑制，进而改善图像质量；最后，根据修改后的频率结果进行傅里叶逆变换即可得到去噪和增强的图像。
关 键 词：激光;噪声;成像图像;处理;小波;空域;图像清晰度;海洋探测;识别;直方图;提高;增强;重构;SVD;FFT;分解;实现;运用;保持;抑制;
法律状态：授权
IPC专利分类号：G06T5/00(2006.01)I