基于Retinex和ADMM优化的水下光照不均匀图像增强算法

刘卫东, 李吉玉, 张文博, 李乐

(西北工业大学 航海学院, 陕西 西安 710072)

水下环境的未知性和复杂性是人类开发海洋资源的一大挑战。相比于声学探测设备，水下视觉传感器能够直观地获取丰富多彩、高分辨率的水下环境和目标特征信息，正被广泛应用于海洋技术开发和科学研究。然而，由于水对光的散射和吸收，水下图像常呈现可见度低、边缘模糊、颜色失真等现象[1]。此外，深海点光源的聚射效应、水面波纹对自然光的折射效应，都会导致水下图像呈现严重的光照不均匀现象。因此，如何解决光照不均匀引起的水下图像模糊和失真问题对实现高效的水下探测、识别和作业等至关重要。

目前对于光照不均匀及弱光照问题的研究多在大气环境中[2-6]， Wang等[7]提出一种“亮度顺序误差”的方法来保持图像的自然与细节并采用双对数变换的方法求取光照图。Lee等[8]提出了一种基于空间可变光照图(SVLM)的彩色图像增强方法，将二维伽马校正与SVLM相结合，在亮度域中提高暗区强度，降低亮区强度。Gao等[9]提出一种基于联合保边滤波器的自然保持光照估计算法并基于盒式滤波实现了对光照图的快速估计。这些方法对于空气中的光照不均匀或弱光照图像具有很好的增强效果，但受限于水下环境复杂及水对光的散射和吸收效应，上述算法无法处理水下图像的光照不均匀现象。针对水下图像的特性，国内外学者们提出了几种不同的水下图像增强方法。……