各向异性导向滤波的红外与可见光图像融合

目的 针对红外与可见光图像融合时易产生边缘细节信息丢失、融合结果有光晕伪影等问题，同时为充分获取多源图像的重要特征，将各向异性导向滤波和相位一致性结合，提出一种红外与可见光图像融合算法。方法 首先，采用各向异性导向滤波从源图像获得包含大尺度变化的基础图和包含小尺度细节的系列细节图；其次，利用相位一致性和高斯滤波计算显著图，进而通过对比像素显著性得到初始权重二值图，再利用各向异性导向滤波优化权重图，达到去除噪声和抑制光晕伪影；最后，通过图像重构得到融合结果。结果 从主客观两个方面，将所提方法与卷积神经网络（convolutional neural network，CNN）、双树复小波变换（dual-tree complex wavelet transform，DTCWT）、导向滤波（guided filtering，GFF）和各向异性扩散（anisotropic diffusion，ADF）等4种经典红外与可见光融合方法在TNO公开数据集上进行实验对比。主观分析上，所提算法结果在边缘细节、背景保存和目标完整度等方面均优于其他4种方法；客观分析上，选取互信息（mutual information，MI）、边缘信息保持度（degree of edge information，Q^AB/F）、熵（entropy，EN）和基于梯度的特征互信息（gradient based feature mutual information，FMI_gradient）等4种图像质量评价指数进行综合评价。相较于其他4种方法，本文算法的各项指标均有一定幅度的提高，MI平均值较GFF提高了21.67%，Q^AB/F平均值较CNN提高了20.21%，EN平均值较CNN提高了5.69%，FMI_gradient平均值较GFF提高了3.14%。结论 本文基于各向异性导向滤波融合算法可解决原始导向滤波存在的细节"光晕"问题，有效抑制融合结果中伪影的产生，同时具有尺度感知特性，能更好保留源图像的边缘细节信息和背景信息，提高了融合结果的准确性。     

采用双尺度图像分解的水下彩色图像增强

目的 为解决水下图像的色偏和低对比度等问题,提出一种基于双尺度图像分解的水下彩色图像增强算法。方法 通过基于均值和方差的对比度拉伸方法改善图像的色偏问题,并利用中值滤波降低红通道对比度拉伸后引入的噪声;采用双尺度图像分解绿通道图像补偿红通道图像细节;在处理后的红通道图像中引入原始图像红通道的真实细节与颜色。结果 选取不同水下图像作为实验数据集,将本文方法与暗通道先验的方法、基于融合的方法、自动红通道恢复方法以及一种基于卷积神经网络深度学习的方法相比较,首先从主观视觉效果进行定性分析,然后通过不同评测指标进行定量分析。主观定性分析结果表明,提出的方法相比较其他方法能够更好地解决图像色偏和红色阴影问题;定量分析中,自然图像质量评价（natural image quality evaluation,NIQE）指标和信息熵（information entropy,IE）值较基于融合的方法和深度学习的方法分别提高了1.8%和13.6%,且水下图像质量评价指标（underwater image quality measurement method,UIQM）较其他方法更优。结论 提出的双尺度图像分解方法利用水下图像成像特点解决图像色偏以及低对比度问题,具有良好的适应能力,同时算法复杂度低且鲁棒性较高,普遍适用于复杂的水下彩色图像增强。     

基于细节增强的单一图像去雾

在雾霾、烟雾等恶劣天气状况下拍摄出的照片能见度很差,对视野中物体的可分辨性很低。在暗通道先验的基础上描述了一种有效增强细节的单幅图像去雾算法。首先对雾霾图像进行边缘保持模糊处理,进而提取出不含雾成分的细节层。与此同时对雾霾图像使用中值滤波算法去雾,将初步去雾后的图像加上细节层,得到更加细致、清晰的图像。为了提取图像的细节层,选用了域变换递归边缘保留滤波器,它能够在保持边缘的同时快速对图像进行模糊处理。     

多级分解的Retinex低照度图像增强算法

针对现有算法对图像边缘细节增强不足及无法有效控制各尺度信息增强程度的问题,提出了多级分解的Retinex低照度图像增强算法。该算法在Retinex分解模型和双边滤波的基础上,通过设置不同的滤波参数,获取表征图像不同尺度信息的反射分量和照度分量;通过使用指数函数对分解得到的各级反射分量进行增强,能够有效提升图像边缘细节的表达能力;通过使用S型函数对最终的照度分量进行处理,能够在提升低照度图像整体亮度的同时抑制高亮度区域;通过颜色恢复函数对增强图像进行后处理,进一步避免色彩偏差和失真的问题。实验结果表明,新算法能够改善低照度图像的视觉质量,在清晰度、信息熵、对比度等指标方面都有所提升。     

融合注意力机制和上下文信息的微光图像增强

目的 微光图像存在低对比度、噪声伪影和颜色失真等退化问题,造成图像的视觉感受质量较差,同时也导致后续图像识别、分类和检测等任务的精度降低。针对以上问题,提出一种融合注意力机制和上下文信息的微光图像增强方法。方法 为提高运算精度,以U型结构网络为基础构建了一种端到端的微光图像增强网络框架,主要由注意力机制编/解码模块、跨尺度上下文模块和融合模块等组成。由混合注意力块(包括空间注意力和通道注意力)引导主干网络学习,其空间注意力模块用于计算空间位置的权重以学习不同区域的噪声特征,而通道注意力模块根据不同通道的颜色信息计算通道权重,以提升网络的颜色信息重建能力。此外,跨尺度上下文模块用于聚合各阶段网络中的深层和浅层特征,借助融合机制来提高网络的亮度和颜色增强效果。结果 本文方法与现有主流方法进行定量和定性对比实验,结果显示本文方法显著提升了微光图像亮度,并且较好保持了图像颜色一致性,原微光图像较暗区域的噪点显著去除,重建图像的纹理细节清晰。在峰值信噪比(peak signal-to-noise ratio,PSNR)、结构相似性(structural similarity,SSIM)和图像感知...     

语义分割和HSV色彩空间引导的低光照图像增强

目的 低光照图像增强是图像处理中的基本任务之一。虽然已经提出了各种方法,但它们往往无法在视觉上产生吸引人的结果,这些图像存在细节不清晰、对比度不高和色彩失真等问题,同时也对后续目标检测、语义分割等任务有不利影响。针对上述问题,提出一种语义分割和HSV（hue,saturation and value）色彩空间引导的低光照图像增强方法。方法 首先提出一个迭代图像增强网络,逐步学习低光照图像与增强图像之间像素级的最佳映射,同时为了在增强过程中保留语义信息,引入一个无监督的语义分割网络并计算语义损失,该网络不需要昂贵的分割注释。为了进一步解决色彩失真问题,在训练时利用HSV色彩空间设计HSV损失;为了解决低光照图像增强中出现细节不清晰的问题,设计了空间一致性损失,使增强图像与对应的低光照图像尽可能细节一致。最终,本文的总损失函数由5个损失函数组成。结果 将本文方法与LIME（low-light image enhancement）、RetinexNet（deep retinex decomposition）、EnlightenGAN（deep light enhancement using generative adversarial networks）、Zero-DCE（zero-reference deep curve estimation）和SGZ（semantic-guided zero-shot learning）5种方法进行了比较。在峰值信噪比（peak signal-to noise ratio,PSNR）上,本文方法平均比Zero-DCE（zero-reference deep curve estimation）提高了0.32dB;在自然图像质量评价（natural image quality evaluation,NIQE）方面,本文方法比EnlightenGAN提高了6%。从主观上看,本文方法具有更好的视觉效果。结论 本文所提出的低光照图像增强方法能有效解决细节不清晰、色彩失真等问题,具有一定的应用价值。     

结合导向滤波与自适应算子的水下图像增强

针对水下图像存在的颜色失真、对比度低及图像模糊等现象,提出一种结合导向滤波与自适应算子的水下增强算法。首先根据水体对光线吸收的差异,对水下图像的三通道进行自适应算子颜色补偿,融合三通道,得到颜色补偿后的水下图像,有效提升水下图像色彩真实性;再将水下图像放入导向滤波改进的Retinex模型中,有效去除水下图像产生的模糊现象;最后分别计算增强后水下图像的三种权重,根据三种权重进行多尺度融合,获得最终增强后的水下图像。选取不同的水下图像进行客观评价实验与主观评价实验,再与现阶段的水下图像增强算法进行对比,实验结果说明该算法在修正水下图像颜色及增强水下图像对比度等方面具有较好的效果,符合人眼视觉特征,视觉效果优于现有的水下图像增强算法。     

矿区遥感图像去噪方法研究

去噪是矿区遥感图像得以有效应用的重要预处理步骤。现有的基于统计、基于域变换、基于学习等遥感图像去噪方法普遍存在细节过度平滑、纹理保持不足等问题。基于引导滤波良好的边缘保持特性,提出了迭代引导滤波方法,通过对残差信息进行引导映射,并迭代进行引导滤波及超参数收缩,增强了遥感图像边缘特征提取效果;将迭代引导滤波与传统的小波软阈值、非局部均值(NLM)滤波、三维块匹配(BM3D)滤波等去噪方法结合,有效提高了传统方法的峰值信噪比,其中NLM滤波、BM3D滤波的去噪性能提升效果最明显;将迭代引导滤波与BM3D滤波融合,通过BM3D滤波初步获取去噪图像,得到残差数据,然后采用迭代引导滤波对残差数据进行处理,在提升图像去噪效果的同时,很好地保持了图像细节特征;将迭代引导滤波与BM3D滤波融合方法用于矿区遥感图像的煤矸石场识别及滑坡区域边缘识别,取得了较好的效果。     

不同颜色模型下自适应直方图拉伸的水下图像增强

目的 水下图像是海洋信息的重要载体,然而与自然环境下的图像相比,其成像原理更复杂、对比度低、可视性差。为保证不同类型水下图像的增强效果,本文提出在两种颜色模型下自适应直方图拉伸的水下图像增强方法。方法 首先,进行基于Gray-World理论对蓝、绿色通道进行颜色均衡化预处理。然后,根据红绿蓝（R-G-B）通道的分布特性和不同颜色光线在水下传播时的选择性衰减,提出基于参数动态优化的R-G-B颜色模型自适应直方图拉伸,并采用引导滤波器降噪。接下来,在CIE-Lab颜色模型,对‘L’亮度和‘a’‘b’色彩分量分别进行线性和曲线自适应直方图拉伸优化。最终,增强的水下图像呈现出高对比度、均衡的饱和度和亮度。结果 选取不同类型的水下图像作为数据集,将本文方法与融合颜色模型（ICM）、非监督颜色纠正模型（UCM）、基于暗通道先验性（DCP）的水下图像复原和基于水下暗通道先验（UDCP）的图像复原方法相比较,增强后的图像具有高对比度和饱和度。定性和定量分析实验结果说明本文提出的方法能够获得更好视觉效果,增强后的图像拥有更高信息熵和较低噪声。结论 在RGB颜色模型中,通过合理地考虑水下图像的分布特性和水下图像退化物理模型提出自适应直方图拉伸方法;在CIE-Lab颜色模型中,引入拉伸函数和指数型曲线函数重分布色彩和亮度两个分量,本方法计算复杂度低,适用于不同复杂环境下的水下图像增强。     

结合内外先验知识的低照度图像增强与去噪算法

目的 现有大多数低照度图像增强算法会放大噪声,且用于极低照度图像时会出现亮度提升不足、色彩失真等问题。为此,提出一种基于Retinex(retina cortex)的增强与去噪方法。方法 为了增强极低照度图像,首先利用暗通道先验原理估计场景的全局光照,若光照低于0.5,对图像进行初始光照校正;其次,提出一种Retinex顺序分解模型,使低照度图像中的噪声均体现在反射分量中,基于分解结果,利用Gamma校正求取增强后的噪声图像;最后,提出一种基于内外双重互补先验约束的去噪机制,利用非局部自相似性原理为反射分量构建内部先验约束,基于深度学习,为增强后的噪声图像构建外部先验约束,使内外约束相互制约。结果 将本文算法与6种算法比较,在140幅普通低照度图像和162幅极低照度图像上（有正常曝光参考图像）进行主观视觉和客观指标评价比较,结果显示本文方法在亮度提升、色彩保真及去噪方面均有明显优势,对于普通低照度图像,BTMQI(blind tone-mapped quality index)和NIQE(natural image quality evaluator)指标均取得次优值,对于极低照度图像...     

混合先验与加权引导滤波的图像去雾算法

目的 图像去雾是降低雾、霾、沙等低能见度成像环境对图像的退化影响,提高图像信息获取质量的过程。为了消除先验盲区,同时进一步提高去雾图像边缘细节的清晰度,提出一种混合先验与加权引导滤波的图像去雾算法。方法 首先改进大气光值估计方法,提高大气光值估计的准确性。然后利用混合先验理论求取双约束区域的大气透射率,一定程度上消除了先验盲区,提高了去雾算法的鲁棒性。最后利用加权引导滤波算法优化透射率图,提高了图像边缘细节的清晰度。结果 本文以通用去雾测试图像和小型无人机拍摄的雾天图像作为实验对象,通过对比分析4种组合步骤算法的复原效果,验证本文各步骤改进方法的合理性与整体算法的优越性。实验结果表明：混合先验理论改善了暗原色先验在明亮区域的失真现象和颜色衰减先验对浓雾处理上的不足,取得了较好的视觉效果;加权引导滤波改善了图像边缘模糊的现象,使复原后的图像边缘细节更加清晰;相较传统算法,本文算法视觉效果更好,去雾图像边缘细节更加明显,综合评价指标均值提升幅度较大。结论 针对有雾图像复原,通过理论分析和实验验证,说明了本文各步骤的改进具有一定的优越性,所提的算法具有较强的鲁棒性。     

Underwater image restoration based on exponentiated mean local variance and extrinsic prior

Due to the absorption and scattering of light when it travels in water, underwater imaging has various problems, such as color distortion and low contrast. In general, it is difficult to accurately estimate the transmission map of underwater image during the restoration process, while it is easy to introduce external noise. In view of the above two problems, firstly, we estimate the original transmission map of underwater images by the intrinsic boundary constraint based on the scene radiance. Then, we develop a novel variational framework combined with the exponentiated mean local variance and extrinsic prior of transmission map for keeping the image edge and removing noise. Finally, we make quantitative and qualitative analyses of the restored underwater images. The experiments demonstrate that the method proposed in this paper has certain advantages compared with other methods. In quantitative comparison, our proposed method has higher image quality evaluation score. For qualitative analysis, the images restored using our method not only have natural colors and good contrast, but the details of the images are also well maintained.

     

基于迭代多尺度引导滤波Retinex 的低照度图像增强

为提高低照度图像的视觉感知,提出了基于迭代多尺度引导滤波Retinex 的低照度 图像增强算法。首先,将图像转换到YCbCr 空间;然后对Y 分量用迭代多尺度引导滤波算法 估计照度图像,以指数形式迭代增加尺度参数与平滑参数,在保持边缘的同时消除各种对比度 细节;接着用照度图像求得反射图像,并进行对比度校正;最后将图像转换到RGB 空间,得 到最终增强后的图像。实验表明,该方法能更好地估计照度图像,从而使增强后的图像视觉效 果获得明显改善。     

Color fidelity and visibility enhancement of underwater image de-hazing by enhanced fuzzy intensification operator

This paper presents an optimization based algorithm for underwater image de-hazing problem. Underwater image de-hazing is the most prominent area in research. Underwater images are corrupted due to absorption and scattering. With the effect of that, underwater images have the limitation of low visibility, low color and poor natural appearance. To avoid the mentioned problems, Enhanced fuzzy intensification method is proposed. For each color channel, enhanced fuzzy membership function is derived. Second, the correction of fuzzy based pixel intensification is carried out for each channel to remove haze and to enhance visibility and color. The post processing of fuzzy histogram equalization is implemented for red channel alone when the captured image is having highest value of red channel pixel values. The proposed method provides better results in terms maximum entropy and PSNR with minimum MSE with very minimum computational time compared to existing methodologies.     

基于优化后透射率和半逆法的暗通道图像去雾方法

为了解决去雾过程中图像边缘产生光带的情况和去雾之后图像整体变暗的现象，提出了一种新颖的基于优化后透射率和半逆法的图像去雾算法。首先，针对图像边缘处暗通道失效情况，运用透射率修正机制来消除边缘处的光带现象，从而提高暗通道先验的适用范围；其次，从大气散射模型出发，利用半逆算法得到大气整体光照值；最后，针对去雾之后整幅图片颜色变暗淡的现象，采用基于小波变换的图像对比度算法来进行增强处理，改善去雾图像的视觉效果。实验结果表明，该算法能够更有效地去雾，而且去雾能力优于原算法。     

基于衰减补偿与直方图拉伸的水下图像增强算法

水下物理环境复杂多变,导致获取的水下图像颜色失真、对比度低且细节模糊,影响了水下场景探测的准确性。结合衰减补偿和直方图拉伸技术,提出水下图像增强算法ACHS。根据不同颜色通道的衰减特性,设计基于衰减补偿的颜色校正方法解决水下图像颜色失真问题。将需要颜色校正的水下图像从RGB颜色模型转换到LAB颜色模型,使用引导滤波将亮度通道L分解为基础层和细节层,同时提出基于K-means聚类的双直方图增强算法用于增强基础层的对比度,通过Gamma校正突显细节层的纹理结构。在此基础上,累加亮度通道L的基础层和细节层,并将其从LAB颜色模型转换到RGB颜色模型以获取最终的增强图像。实验结果表明,与GDCP、REBE、WaterNet等算法相比,经该算法增强的水下图像可视度较高,并且具有自然的颜色和清晰的细节。     

基于照度与场景纹理注意力图的低光图像增强

目的 现有的低照度图像增强算法常存在局部区域欠增强、过增强及色彩偏差等情况,且对于极低照度图像增强,伴随着噪声放大及细节信息丢失等问题。对此,提出了一种基于照度与场景纹理注意力图的低光图像增强算法。方法 首先,为了降低色彩偏差对注意力图估计模块的影响,对低光照图像进行了色彩均衡处理;其次,试图利用低照度图像最小通道约束图对正常曝光图像的照度和纹理进行注意力图估计,为后续增强模块提供信息引导;然后,设计全局与局部相结合的增强模块,用获取的照度和场景纹理注意力估计图引导图像亮度提升和噪声抑制,并将得到的全局增强结果划分成图像块进行局部优化,提升增强性能,有效避免了局部欠增强和过增强的问题。结果 将本文算法与2种传统方法和4种深度学习算法比较,主观视觉和客观指标均表明本文增强结果在亮度、对比度以及噪声抑制等方面取得了优异的性能。在VV（Vasileios Vonikakis）数据集上,本文方法的BTMQI（blind tone-mapped quality index）和NIQMC（no-reference image quality metric for contrast distortion）指标均达到最优值;在178幅普通低照度图像上本文算法的BTMQI和NIQMC均取得次优值,但纹理突出和噪声抑制优势显著。结论 大量定性及定量的实验结果表明,本文方法能有效提升图像亮度和对比度,且在突出暗区纹理时,能有效抑制噪声。本文方法用于极低照度图像时,在色彩还原、细节纹理恢复和噪声抑制方面均具有明显优势。代码已共享在Github上：https://github.com/shuanglidu/LLIE_CEIST.git。     

基于自适应分割的多曝光图像融合算法

针对传统多曝光图像融合存在颜色和细节信息保留不完整的问题,提出了一种新的基于自适应分割的多曝光图像融合算法。首先,采用超像素分割将输入图像分割为颜色一致的图像块,再利用结构分解将图像块分解为三个独立分量。根据各分量特点设计不同融合规则,以保留源图像中的颜色和细节信息。然后,采用引导滤波平滑各分量的权重图以及信号强度分量和亮度分量,有效地克服块效应缺陷,保留源图像中的边缘信息,减少伪影。最后,重构融合后的三个分量,得到最终的融合图像。实验结果表明,与传统的融合算法相比,所提算法在互信息（MI）上平均提升了53.6%、标准差（SD）上平均提升了24.0%。该算法能够有效地保留输入图像的颜色和细节纹理信息。     

融合区域和边缘特征的水平集水下图像分割

目的 水平集模型是图像分割中的一种先进方法,在陆地环境图像分割中展现出较好效果。特征融合策略被广泛引入到该模型框架,以拉伸目标-背景对比度,进而提高对高噪声、杂乱纹理等多类复杂图像的处理性能。然而,在水下环境中,由于水体高散射、强衰减等多因素的共同作用,使得现有图像特征及水平集模型难以适用于对水下图像的分割任务,分割结果与目标形态间存在较大差异。鉴于此,提出一种适用于水下图像分割的区域-边缘水平集模型,以提高水下图像目标分割的准确性。方法 综合应用图像的区域特征及边缘特征对水下目标进行辨识。对于区域特征,引入水下图像显著性特征;对于边缘特征,创新性地提出了一种基于深度信息的边缘特征提取方法。所提方法在融合区域级和边缘级特征的基础上,引入距离正则项对水平集函数进行规范,以增强水平集函数演化的稳定性。结果 基于YouTube和Bubblevision的水下数据集的实验结果表明,所提方法不仅对高散射强衰减的低对比度水下图像实现较好的分割效果,同时对处理强背景噪声图像也有较好的鲁棒性,与水平集分割方法（local pre-fitting,LPF）相比,分割精确度至少提高11.5%,与显著性检测方法（hierarchical co-salient detection via color names,HCN）相比,精确度提高6.7%左右。结论 实验表明区域-边缘特征融合以及其基础上的水平集模型能够较好地克服水下图像分割中的部分难点,所提方法能够较好分割水下目标区域并拟合目标轮廓,与现有方法对比获得了较好的分割结果。     

基于模拟多曝光融合的低照度图像增强方法

针对部分低照度图像整体亮度偏暗、对比度差和视觉信息偏弱等问题，提出一种基于模拟多曝光融合的低照度图像增强方法。首先，利用改进的变分Retinex模型和形态学的结合产生基准图来保证曝光图像集中的主体信息；其次，结合Sigmoid函数和伽马矫正构造新的光照补偿归一化函数，同时提出了一种基于高斯引导滤波的反锐化掩模算法，用于调整基准图的细节；最后，分别从亮度、色调和曝光率设计曝光图集的加权值，通过多尺度融合得到最终增强结果，有效地避免了增强结果中的光晕和颜色失真。在不同的公开数据集上的实验结果表明，与传统的低照度图像增强方法进行相比，所提方法降低了亮度失真率，提升了视觉信息保真度。该方法能够有效地保留视觉信息，有利于实现低照度图像增强的实时性应用。