利用0度45度90度135度 偏振图片进行水下图像增强

一种利用0度、45度、90度、135度偏振图片进行水下图像增强的方法是通过Retinex算法实现。具体步骤如下：

1. 读取水下图像和4个偏振图片（0度、45度、90度、135度）。

2. 对每个偏振图片进行Retinex增强，得到4个增强后的偏振图片。

3. 计算4个偏振图片的Stokes参数，得到S0、S1、S2。

4. 根据Stokes参数，计算DoLP和AoLP。

5. 将DoLP和AoLP转换为权重图像，用于融合4个增强后的偏振图片。

6. 对4个增强后的偏振图片进行加权融合，得到最终的水下图像增强结果。

下面是一个简单的Python程序示例，演示了如何利用Retinex算法和偏振图片进行水下图像增强：

import cv2
import numpy as np

# 定义Retinex增强函数
def retinex_enhancement(image, sigma_list=[15, 80, 250]):
    # 定义高斯核函数
    def gaussian_kernel(size, sigma):
        kernel1D = cv2.getGaussianKernel(size, sigma)
        kernel2D = np.outer(kernel1D, kernel1D.transpose())
        return kernel2D

    # 定义多尺度Retinex算法
    def MSR(image, sigma_list):
        weight = np.zeros_like(image)
        for sigma in sigma_list:
            kernel = gaussian_kernel(101, sigma)
            lnh = cv2.filter2D(np.log(image), -1, kernel)
            weight += np.exp(lnh - np.max(lnh))
        weight /= len(sigma_list)
        output = np.exp(np.mean(lnh, axis=2))
        return output.astype(np.uint8), weight

    # 进行多尺度Retinex增强
    enhanced, weight = MSR(image, sigma_list)

    # 对增强结果进行均衡化
    enhanced_eq = cv2.equalizeHist(enhanced)

    # 计算亮度权重
    weight_sum = np.sum(weight, axis=2) + 1e-6
    weight_sum_norm = weight_sum / np.max(weight_sum)
    weight_sum_norm = weight_sum_norm[..., np.newaxis]

    # 进行颜色恢复
    restored = enhanced_eq / weight_sum_norm

    # 对恢复结果进行均衡化
    restored_eq = cv2.equalizeHist(restored)

    return restored_eq

# 读取水下图像和4个偏振图片
underwater = cv2.imread('underwater.png')
pola0 = cv2.imread('pola0.png', cv2.IMREAD_GRAYSCALE)
pola45 = cv2.imread('pola45.png', cv2.IMREAD_GRAYSCALE)
pola90 = cv2.imread('pola90.png', cv2.IMREAD_GRAYSCALE)
pola135 = cv2.imread('pola135.png', cv2.IMREAD_GRAYSCALE)

# 对4个偏振图片进行Retinex增强
enhanced0 = retinex_enhancement(pola0)
enhanced45 = retinex_enhancement(pola45)
enhanced90 = retinex_enhancement(pola90)
enhanced135 = retinex_enhancement(pola135)

# 计算Stokes参数
S0 = enhanced0.astype(np.float32) + enhanced45.astype(np.float32) + enhanced90.astype(np.float32) + enhanced135.astype(np.float32)
S1 = enhanced0.astype(np.float32) - enhanced90.astype(np.float32)
S2 = enhanced45.astype(np.float32) - enhanced135.astype(np.float32)

# 计算DoLP和AoLP
DoLP = np.sqrt(np.power(S1, 2) + np.power(S2, 2)) / S0
AoLP = 0.5 * np.arctan2(S2, S1)

# 将DoLP和AoLP转换为权重图像
DoLP_weight = (DoLP * 255).astype(np.uint8)
AoLP_weight = ((AoLP + np.pi / 2) / np.pi * 255).astype(np.uint8)

# 对4个增强后的偏振图片进行加权融合
enhanced_weighted = DoLP_weight[..., np.newaxis] * enhanced0.astype(np.float32) + \
                    (255 - DoLP_weight[..., np.newaxis]) * enhanced90.astype(np.float32) + \
                    AoLP_weight[..., np.newaxis] * enhanced45.astype(np.float32) + \
                    (255 - AoLP_weight[..., np.newaxis]) * enhanced135.astype(np.float32)
enhanced_weighted = (enhanced_weighted / 1020 * 255).astype(np.uint8)

# 将融合结果与原图进行加权融合，得到最终的水下图像增强结果
underwater_enhanced = underwater.astype(np.float32) * 0.3 + enhanced_weighted.astype(np.float32) * 0.7
underwater_enhanced = underwater_enhanced.astype(np.uint8)

# 显示结果
cv2.imshow('Underwater', underwater)
cv2.imshow('Enhanced', underwater_enhanced)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

这个程序演示了如何利用Retinex算法和偏振图片进行水下图像增强。需要注意的是，这只是一个简单的示例程序，实际应用中可能需要根据具体情况进行调整和优化。