专利推介|一种水下图像增强方法

专利示意图

一、技术领域

海洋工程和计算机视觉领域

二、专利介绍

1.专利信息

专利类型：发明

专利权人：清华大学深圳国际研究生院

申请号：ZL 202311854266.8

授权公告日：2024年3月13日

发明人：曲钧天、由佳、曹翔宇、于振苹

2.专利说明书摘要

本发明公开了一种水下图像增强方法，包括以下步骤：S1、获取包含参考图像的高清水下图像数据集，建立训练集和测试集；S2、建立自适应直方图均衡模型，用于图像预处理以提升图像的亮度和对比度；S3、建立基于改进cGAN网络的图像增强模型；S4、利用所述训练集训练所述改进cGAN网络直至收敛；S5、将待分析的高清水下图像输入至收敛后的改进cGAN网络，输出增强后的高质量且清晰的水下图像。通过本发明的方法得到增强后的高质量且清晰的水下图像，能够有效地避免水下图像出现色偏、细节损失、目标模糊和低对比度等退化现象。

3.创新点

（1）本发明提出的算法与现有技术相比，本发明至少具备以下优点：

①自动化程度高：得益于生成器网络的编码-解码结构，网络训练过程中的各种细节不依赖于人工调试，大大节省了算法调优所需的人力和时间成本。

②可扩展性强：所述改进cGAN网络的生成器和鉴别器包含多个层级结构。在未来的研究中，易以该网络为基础，通过增加或调整网络模块来继续提升检测性能，或解决更复杂、更特化的检测任务。

③更符合人的主观感受：在损失函数中引入内容感知损失，与传统的均方误差损失函数（MSE）相比，感知损失更注重图像的感知质量，更符合人眼对图像质量的感受，更适用于水下环境。

（2）本发明实施例还提供一种存储介质，用于存储计算机程序；提供一种控制装置，包括处理器和用于存储计算机程序的存储介质；提供一种处理器；该计算机程序被执行时至少执行所述的方法。

4.痛点问题

水下图像在传统情况下往往存在着色偏、细节损失、目标模糊和低对比度等退化现象，这些问题给水下图像的获取、处理和应用带来了诸多挑战。传统的图像增强方法往往难以有效应对这些问题，因为水下环境的特殊性质使得图像处理算法难以准确捕捉到水下图像的特征和细节，导致处理效果不佳，影响了水下图像的可视化、分析和应用效果。

5.技术优势

（1）适应水下环境的特殊性：该方法专门针对水下图像的特殊环境进行设计，考虑了水下光线衰减、颜色失真等因素对图像质量的影响。通过建立自适应直方图均衡模型和改进的cGAN网络，能够有效地应对水下环境的挑战，使得增强后的图像更加贴近真实场景，具有更高的可用性和适应性。

（2）优化了图像亮度和对比度：改进的cGAN网络结合了自适应直方图均衡模型，能够有效提升水下图像的亮度和对比度，使得图像更加清晰明亮。这一优化不仅提升了图像的观感质量，也有利于后续的图像分析和处理工作。

（3）有效避免退化现象：通过该方法得到的增强后的水下图像能够有效地避免色偏、细节损失、目标模糊和低对比度等退化现象的出现。这对于水下图像的可视化、分析和识别等应用具有重要意义，能够提升水下工作效率和准确性。

（4）多领域应用潜力：该技术不仅适用于海洋科学研究、水下探测和监测等领域，还可以应用于水下考古、水下工程、水下摄影等多个领域。具有广泛的应用潜力，有助于推动水下技术的发展和创新。

三、产业化信息

1.应用场景

（1）海洋科学研究：该技术可用于海洋生物学、海洋地质学等领域的水下图像获取和分析，帮助科学家观察海洋生物、海底地形等，推动海洋科学研究的发展。

（2）水下探测与监测：可应用于水下管道、海底电缆等设施的监测与维护，以及海洋资源的勘探与开发，提高水下工作的效率和准确性。

2.商业价值

（1）提升了水下图像的清晰度和质量，为水下相关行业提供了更可靠的数据支持，有助于提高工作效率和准确性。

（2）提供了多种应用形式，如存储介质、控制装置等，为相关设备和系统的开发提供了技术支持，有利于产业链的完善和发展

3.发展规划

（1）加强与相关行业的合作与交流，深入挖掘技术在不同领域的应用需求，优化产品功能和性能，提高技术的市场适应性和竞争力。

（2）持续推动技术研发与创新，不断提升水下图像处理算法的性能和效率，满足不同行业对水下图像处理的需求。

4.合作方式

面议

注：所有专利信息未经授权，请勿转载

联系方式：ttc@sz.tsinghua.edu.cn