基于张量子空间锚定与退化方向解耦的贝类图像增强方法

本发明属于水下图像处理与张量分析，特别涉及一种基于张量子空间锚定与退化方向解耦的贝类图像增强方法，所述贝类为浅海贝类。

背景技术：

1、浅海贝类图像通常由水下相机在近岸养殖区、潮下带或浅海底栖环境中采集。受水体对不同波长光的选择性吸收、悬浮颗粒散射、自然光照方向变化以及海床反射等因素影响，所采集图像容易出现整体泛蓝或泛绿、局部色度偏移、对比度降低以及壳缘和表面纹理模糊等退化。尤其是在同一幅图像中，不同位置的水体厚度、颗粒密度和光照条件并不一致，使贝壳区域与周围背景呈现非均匀的颜色衰减和结构退化。

2、现有水下图像增强方法主要包括基于成像物理模型的方法、基于颜色与对比度调整的传统方法以及基于深度网络的端到端方法。物理模型方法需要估计透射率、背景光或水体参数，在真实浅海环境中容易因参数不准确产生颜色残留或过补偿；传统方法通常对整幅图像实施统一的颜色校正和锐化，难以同时处理组内共有偏色与区域非均匀偏色；深度网络能够学习复杂映射，但其颜色校正和结构保持过程通常隐含于网络参数中，难以明确限定哪些颜色分量应当校准以及哪些贝壳纹理应当保持。

3、非局部相似区域建模和张量低秩分解能够利用图像中的重复结构，但现有方法通常按照灰度、颜色或综合特征直接检索相似区域，水下偏色可能干扰同类贝壳结构的匹配；同时，普通tucker分解的潜在子空间存在基选择自由度，因子列还具有符号与排列非唯一性，在模态相关矩阵出现相同或接近特征值时，所对应子空间内部还可能存在旋转自由度，因此核心张量中的索引并不天然稳定对应亮度或色度、低频或高频以及组共享或区域差异成分。若直接对整个核心张量实施收缩、阈值或增益操作，容易在削弱偏色的同时改变贝壳本身的真实色彩，并损伤壳缘及表面高频纹理。

4、因此，如何在不依赖显式水体参数的条件下，依据相较于低频色度偏移更稳定的亮度高频结构信息确定区域之间的结构同源关系，并使所述结构同源关系不仅用于区域筛选，还进一步参与区域组张量子空间中共享方向和区域差异方向的定义，从而在具有确定索引含义的核心空间中稳定分离组共享偏色、区域差异偏色与贝壳高频结构，仅对与水体综合色度退化趋势一致的色度成分实施校准，成为浅海贝类图像增强需要解决的关键技术问题。

技术实现思路

1、本发明公开一种基于张量子空间锚定与退化方向解耦的浅海贝类图像增强方法。将水下图像转换为亮度-色度表示并进行多频带分解，依据亮度高频结构检索相似区域，构建包含局部纵向、局部横向、颜色、频带及区域组模态的五阶张量；分别对颜色模态锚定亮度-色度子空间，对频带模态锚定低频-高频子空间，并根据组内亮度高频结构距离确定结构相似性权重，据此构建区域组模态的加权组共享锚点及区域差异子空间，经多模投影获得核心张量；从核心张量中确定色度-低频-组共享块、色度-低频-区域差异块及亮度-高频-区域差异块，并建立三类核心交互块之间的协同校准关系：由色度-低频-组共享块确定结构同源区域组的综合色度退化方向，由色度-低频-区域差异块表征各空间潜在位置沿所述退化方向的局部色度退化程度，由亮度-高频-区域差异块表征相同空间潜在位置的局部结构强度并对局部色度校准实施单向约束；仅校准两个低频色度块中沿所述退化方向的投影分量，保持正交色度分量及其余核心块不变，经tucker重构获得增强图像。

2、本发明所采用的技术方案是：本发明提出一种基于张量子空间锚定与退化方向解耦的浅海贝类图像增强方法，该方法包括但不限于以下步骤：

3、步骤1：对输入的浅海贝类水下图像进行归一化处理，将其转换为亮度-色度表示，并对亮度分量和色度分量执行多频带分解，获得对应的低频特征和高频特征。

4、步骤2：将所述水下图像划分为多个参考区域，提取各参考区域的亮度高频结构特征，并仅依据所述亮度高频结构特征从水下图像中检索结构相似区域，将参考区域及其结构相似区域组成结构同源区域组。根据参考区域与各组成员之间的亮度高频结构距离确定结构相似性权重，使与参考区域结构越相似的成员具有越大的组共享贡献权重。

5、步骤3：将各结构同源区域组对应的亮度-色度多频带特征，按照局部纵向位置、局部横向位置、颜色分量、频带及区域组成员索引进行排列，构建五阶特征张量。

6、步骤4：对所述五阶特征张量实施三重锚定tucker分解；其中，在颜色模态中固定亮度锚点并构建与其正交的色度子空间，在频带模态中固定低频锚点并构建与其正交的高频子空间，在区域组模态中根据步骤2确定的组内结构相似性权重构建结构相似性加权组共享锚点，并在所述加权组共享锚点的正交补空间中构建区域差异子空间；利用空间因子矩阵及上述三类锚定因子矩阵对五阶特征张量执行多模投影，确定性地获得核心张量。

7、步骤5：依据颜色模态、频带模态及区域组模态中各锚点与正交子空间对应的核心索引，从所述核心张量中确定色度-低频-组共享核心块、色度-低频-区域差异核心块及亮度-高频-区域差异核心块；其中，色度-低频-组共享核心块用于提取结构同源区域组的共享低频色度偏移，色度-低频-区域差异核心块用于表征各空间潜在位置的局部低频色度差异，亮度-高频-区域差异核心块用于表征与所述局部色度差异处于相同空间潜在索引位置的局部高频结构；对色度-低频-组共享核心块进行统计汇聚，获得组共享低频色度向量，并根据所述组共享低频色度向量确定色度退化方向及其方向投影矩阵和正交投影矩阵。

8、步骤6：以步骤5确定的色度退化方向作为两个低频色度核心块的共同校准方向，分别将色度-低频-组共享核心块和色度-低频-区域差异核心块分解为沿所述色度退化方向的投影分量及与所述方向正交的色度分量；利用色度-低频-区域差异核心块沿所述退化方向的投影能量表征各空间潜在位置的局部色度退化程度，并利用相同空间潜在索引处亮度-高频-区域差异核心块的结构能量对局部校准强度实施单向抑制，使局部色度退化程度增大时校准增强，而局部高频结构能量增大时校准减弱；仅修改两个低频色度核心块中沿色度退化方向的投影分量，保持正交色度分量、全部亮度核心块、全部高频结构核心块及其他未校准核心块不变。

9、步骤7：利用校准后的核心张量以及步骤4获得的空间、颜色、频带和区域组因子矩阵执行tucker多模乘积重构，得到各结构同源区域组对应的增强特征；将所述增强特征恢复至原图空间位置并对重叠区域进行窗口加权聚合，经多频带逆变换和颜色空间逆转换，获得浅海贝类水下增强图像。

10、所述步骤1对输入的浅海贝类水下图像进行归一化处理，将其转换为亮度-色度表示，并执行多频带分解，具体如下：

11、首先，从水下成像设备获取待增强的浅海贝类彩色图像，将其表示为，其中，和分别表示图像高度和宽度，三个通道分别对应红、绿、蓝颜色分量。将各像素值线性映射至[0,1]区间，即对任意空间位置和rgb通道索引，得到归一化图像，其计算表示为：

12、；

13、其中，和输入图像的最小像素值和最大像素值，为防止分母为零的稳定常数。

14、随后，将归一化图像转换为由一个亮度分量和两个中心化色度分量构成的亮度-色度表示。作为一种实施方式，按照下式计算：

15、；

16、；

17、对 、 和 分别执行非下采样多频带分解，优选采用单层非下采样 haar 小波滤波器组，获得一个低频子带以及水平、垂直和对角三个高频子带，其计算表示为：

18、；

19、其中， 表示表示亮度-色度分量 经频带 对应滤波核处理后得到的多频带特征； 表示亮度-色度分量索引，且 ，其中 表示亮度分量， 和表示两个中心化色度分量； 表示频带索引，且 ，其中 表示低频子带，、 和 分别表示水平、垂直和对角高频子带； 表示亮度-色度分量索引 对应的分量； 表示频带 对应的二维滤波核；符号“”表示二维卷积运算。

20、由此获得亮度-色度分量数、频带数的亮度-色度多频带特征，作为结构检索和五阶张量构建的基础。

21、所述步骤2将水下图像划分为多个参考区域，依据亮度高频结构检索相似区域并构建结构同源区域组，具体如下：

22、在亮度分量的三个高频子带上，以的窗口和步长s提取重叠参考区域。将每个参考区域对应的水平、垂直和对角高频块向量化并进行二范数归一化，得到亮度高频结构描述向量。

23、在亮度分量的水平、垂直和对角高频子带上，按照预设区域尺寸及滑动步长提取多个重叠参考区域，其中，和分别表示参考区域的纵向尺寸和横向尺寸，表示相邻参考区域之间的滑动步长。对于第个参考区域，将三个亮度高频子带在对应位置的局部块进行向量化和归一化，构造亮度高频结构描述向量：

24、；

25、；

26、其中， 表示第 个参考区域对应的亮度高频结构描述向量， 表示参考区域索引；、 和 分别表示第 个参考区域在亮度分量 的水平高频子带、垂直高频子带 和对角高频子带 上截取得到的局部高频特征块； 表示将所述三个局部高频特征块按照预设顺序展开并拼接为一维向量； 表示用于判定有效高频结构描述向量的稳定阈值。

27、对第个参考区域与候选区域计算结构距离：

28、；

29、在预设搜索范围内按照结构距离由小到大选择 个候选区域，并与参考区域共同组成包含 个成员的结构同源区域组；其中，第1个成员为参考区域，第2至第 个成员为按照结构距离由小到大选择的结构相似区域。

30、对于第 个结构同源区域组，将第 个成员相对于参考区域的亮度高频结构距离记为 ，并令参考区域自身的结构距离为：

31、；

32、根据所述亮度高频结构距离确定第 个组成员的结构相似性权重：

33、；

34、其中， 表示第 个结构同源区域组中第 个成员对应的结构相似性权重， 表示组内结构距离尺度参数，用于控制亮度高频结构距离对组成员权重的衰减速度；由于 ，参考区域对应的结构相似性权重满足：

35、；

36、随着 增大， 单调减小，从而使与参考区域亮度高频结构越相似的成员在后续区域组共享方向构建中具有越大的贡献。

37、所述步骤3将结构同源区域组的亮度-色度多频带特征排列为五阶特征张量，具体如下：

38、对于第个结构同源区域组中的第个成员，按照其空间位置，从每个亮度-色度分量和每个频带中截取尺寸为的局部频带块。按照区域组成员的固定顺序进行堆叠，定义五阶特征张量的元素为：

39、；

40、其中，和分别表示局部纵向位置和局部横向位置，表示亮度-色度分量索引，表示频带索引，表示结构同源区域组成员索引。由此得到：

41、；

42、其中，和分别表示局部纵向位置数和局部横向位置数，表示亮度-色度分量数，表示频带数，表示结构同源区域组中的成员数；

43、在构建所述五阶特征张量时，保留各区域低频色度分量的实际偏移，不对组内低频色度执行均值消除，以使后续核心张量中的组共享低频色度成分能够表征同组区域共同存在的水体偏色。

44、所述步骤4对所述五阶特征张量实施三重锚定tucker分解，并利用锚定因子矩阵执行多模投影以获得核心张量，具体如下：

45、对第i个结构同源区域组对应的五阶特征张量为实施tucker分解，其表示为：

46、；

47、其中，为第个结构同源区域组对应的核心张量，和分别为空间纵向因子矩阵和空间横向因子矩阵，、和分别为颜色因子矩阵、频带因子矩阵和区域组因子矩阵。

48、（1）空间因子矩阵求取，将沿局部纵向模态和局部横向模态分别展开为和，构造空间模态相关矩阵：

49、；

50、分别取和的前个、前个特征向量，并进行正交归一化，得到和。

51、（2）颜色模态的亮度-色度锚定，对颜色因子矩阵设置亮度-色度锚定结构：

52、；

53、令，并根据颜色模态展开矩阵构造；在投影相关矩阵的正交特征向量中选取个向量构成，使其满足：

54、；

55、（3）频带模态的低频-高频锚定，按照低频子带在前、高频子带在后的顺序排列频带模态，设置：

56、；

57、令，并根据频带模态相关矩阵，在的正交特征向量中选取个向量构成，使其满足：

58、；

59、（4）区域组模态的结构相似性加权组共享-区域差异锚定：

60、根据得到的第 个结构同源区域组各成员对应的结构相似性权重，构造结构相似性权重向量：

61、；

62、对所述结构相似性权重向量进行二范数归一化，构造区域组模态的结构相似性加权组共享锚点：

63、；

64、其中， 表示第 个结构同源区域组对应的结构相似性加权组共享锚点，并满足：

65、；

66、由所述结构相似性加权组共享锚点构造区域差异子空间投影矩阵：

67、；

68、其中， 表示 单位矩阵， 表示与所述加权组共享锚点正交的区域差异子空间投影矩阵。

69、将第 个五阶特征张量沿区域组模态展开为：

70、；

71、并构造区域组模态相关矩阵：

72、；

73、将所述区域组模态相关矩阵投影至加权组共享锚点的正交补空间：

74、；

75、按照对应特征值由大到小，从 的正交特征向量中选取 个方向，构成区域差异子空间因子矩阵：

76、；

77、使其满足：

78、；

79、以及：

80、；

81、由此构建第 个结构同源区域组的区域组因子矩阵：

82、；

83、其中， 表示区域组模态的tucker分解秩；区域组因子矩阵的第一列为结构相似性加权组共享锚点，其余列位于该锚点的正交补空间，用于表征相对于所述共享方向的区域差异成分。

84、所述结构相似性加权组共享锚点并非对结构同源区域组中的全部成员进行等权表示，而是使与参考区域亮度高频结构越相似的成员对组共享方向贡献越大，使结构相似程度相对较低的成员对组共享方向的贡献减小，并将其未被共享方向解释的成分更多保留于区域差异子空间。由此，步骤2获得的亮度高频结构关系不仅用于筛选结构同源区域，而且进一步用于定义区域组模态中的共享方向与差异方向。

85、作为一种特殊实施情形，当第 个结构同源区域组中的各成员具有相同的结构相似性权重，即；

86、时，所述结构相似性加权组共享锚点退化为均匀组共享锚点：；

87、因此，均匀组共享锚点属于所述结构相似性加权组共享锚点的一种特殊情形。

88、当对应模态采用满秩表示时，、或也可以由相应锚点正交补空间的一组固定正交基构成。

89、为提高不同结构同源区域组之间核心索引的复现稳定性，优选将由特征分解获得的非锚定因子列按照对应特征值由大到小排列，并对每列执行固定符号规范：将该列绝对值最大的元素调整为非负。对于相同或近似相同特征值对应的子空间，可使用锚点正交补空间中预先确定的参考正交基进行正交对齐。上述排序、符号规范及正交对齐不改变相应因子所张成的子空间，仅用于降低符号、排列及子空间基选择差异对核心块索引对应关系的影响。

90、（5）核心张量的多模投影构建，利用空间因子矩阵及上述三类锚定因子矩阵对五阶特征张量执行多模投影，确定性地获得核心张量：

91、；

92、所述核心张量由五阶特征张量与因子矩阵之间的多模投影计算获得，不通过独立的核心张量预测网络生成。

93、所述步骤5根据颜色模态、频带模态及区域组模态的锚定顺序确定核心交互块，并根据组共享低频色度信息计算色度退化方向，具体如下：

94、分别定义亮度索引集合、色度索引集合、低频索引集合、高频索引集合、组共享索引集合以及区域差异索引集合：

95、；

96、；

97、；

98、其中， 和 分别表示核心张量颜色模态中的亮度索引集合和色度索引集合； 和 分别表示频带模态中的低频索引集合和高频索引集合； 和 分别表示区域组模态中的组共享索引集合和区域差异索引集合；、 和 分别表示颜色模态、频带模态和区域组模态的 tucker 分解秩。

99、由于步骤4中分别将亮度锚点、低频锚点和结构相似性加权组共享锚点设置为相应因子矩阵的第一列，因此索引一分别对应亮度方向、低频方向和结构相似性加权组共享方向，其余索引分别对应色度正交子空间、高频正交子空间和区域差异正交子空间。

100、按照上述索引，从第 个结构同源区域组对应的核心张量 中确定色度-低频-组共享核心块：

101、；

102、其中， 表示第 个结构同源区域组对应的色度-低频-组共享核心块；上标中， 表示色度子空间， 表示低频方向， 表示组共享方向；符号“:”表示在对应空间潜在模态上保留全部索引。所述组共享核心块中的区域组共享索引对应结构相似性加权组共享锚点，因此该核心块表征的是由组内亮度高频结构相似关系共同支持的低频色度共享成分，而非各组成员的简单等权平均成分。

103、进一步确定色度-低频-区域差异核心块：；

104、其中， 表示第 个结构同源区域组对应的色度-低频-区域差异核心块；上标中的 表示区域差异子空间。

105、进一步确定亮度-高频-区域差异核心块：；

106、其中， 表示第 个结构同源区域组对应的亮度-高频-区域差异核心块；上标 表示亮度分量， 表示高频（high-frequency）， 表示区域差异子空间。

107、上述三个核心交互块并非相互独立地进行后续处理，而是在同一锚定核心坐标系中承担不同且相互关联的功能。其中， 用于确定第 个结构同源区域组的综合色度退化方向； 用于表征不同空间潜在位置沿所述退化方向的局部色度差异； 用于表征与上述局部色度差异处于相同空间潜在索引位置的亮度高频结构。

108、由于上述核心交互块均保留前两个空间潜在模态，因此，在固定低频锚点索引和组共享锚点索引的条件下，对色度-低频-组共享核心块沿两个空间潜在模态执行统计汇聚，得到第 个结构同源区域组对应的组共享低频色度向量：；

109、其中， 表示组共享低频色度向量； 表示沿核心张量的两个空间潜在模态执行统计汇聚操作。优选地，采用算术平均汇聚。当两个空间潜在模态的tucker分解秩分别为 和 时，对于色度索引集合 中的第 个色度潜在分量，所述统计汇聚表示为：

110、；

111、其中， 和 分别表示两个空间潜在模态的索引， 和 分别表示局部纵向模态和局部横向模态的 tucker 分解秩， 表示色度潜在分量索引；由于低频锚点和组共享锚点均对应相应因子矩阵的第一列，因此第四模态索引和第五模态索引均取1。

112、设 为组共享低频色度能量有效性阈值。当时，认为第 个结构同源区域组具有足够显著的组共享低频色度偏移，将所述组共享低频色度向量归一化，得到单位色度退化方向：；

113、由此构造沿色度退化方向的正交投影矩阵：；

114、以及与所述色度退化方向正交的补空间投影矩阵：中， 表示单位色度退化方向向量，满足；表示沿所述色度退化方向的正交投影矩阵；表示与所述色度退化方向正交的补空间投影矩阵； 表示维数为的单位矩阵；上标 表示向量转置；  表示组共享低频色度能量有效性阈值，用于判断结构同源区域组是否具有足够显著的综合色度偏移以形成有效色度退化方向。

115、当时，认为第 个结构同源区域组不存在幅值足够显著的综合色度退化方向，设置，，；并关闭该结构同源区域组对应的组共享校准和局部差异校准。

116、进一步地，为降低贝壳固有色在局部结构重复区域中被误识别为共同水体偏色的风险，在一种优选实施方式中，对所述色度退化方向执行跨组一致性判定。设为第个参考区域搜索邻域内、且亮度高频结构距离不大于预设阈值的相邻结构同源区域组集合；先将组共享低频色度向量通过对应色度因子映射回固定亮度-色度坐标，得到综合色度方向向量：

117、；

118、其中， 表示第 个结构同源区域组对应的色度子空间因子矩阵， 表示第 个结构同源区域组对应的组共享低频色度向量， 表示第 个结构同源区域组在固定亮度-色度坐标系中的综合色度方向向量；

119、根据各相邻结构同源区域组的亮度高频结构距离设置非负权重，并在固定亮度-色度坐标中计算邻域综合色度向量：；其中，； 表示相邻结构同源区域组索引； 表示满足所述亮度高频结构相似条件的相邻结构同源区域组集合； 表示第 个结构同源区域组与第 个相邻结构同源区域组对应参考区域之间的亮度高频结构距离； 表示由所述亮度高频结构距离确定的非负邻域权重； 表示结构距离尺度参数； 表示第 个相邻结构同源区域组在固定亮度-色度坐标系中的综合色度方向向量； 表示第 个结构同源区域组对应的邻域综合色度方向向量； 表示用于防止归一化分母为零的稳定常数；

120、需要说明的是， 与 分别对应不同层级的结构关系。其中， 表示第 个结构同源区域组内部第 个成员相对于参考区域的结构相似性权重，用于构建区域组模态的结构相似性加权组共享锚点； 表示第 个相邻结构同源区域组相对于第 个结构同源区域组的邻域权重，用于计算跨组综合色度方向一致性。前者作用于组内共享方向构建，后者作用于组间退化方向一致性判定。

121、根据当前综合色度方向向量 与邻域综合色度方向向量 之间的夹角关系，计算跨组综合色度方向一致性系数：

122、；

123、其中， 表示第 个结构同源区域组的综合色度方向与其结构相似邻域综合色度方向之间的一致性系数， 越大表示当前综合色度偏移方向与邻域结构相似区域的综合色度偏移方向越一致；上标 表示向量转置；

124、其中， 沿用组共享低频色度能量有效性阈值， 表示用于筛选结构相似邻域组的结构距离阈值， 表示跨组综合色度方向一致性阈值；

125、或者；

126、其中， 表示第 个结构同源区域组对应的组共享低频色度校准系数， 表示第 个结构同源区域组在空间潜在索引 处对应的局部区域差异校准系数；

127、认为第 个结构同源区域组不存在稳定且具有跨组一致性的综合色度退化方向，关闭该区域组的组共享低频色度校准和区域差异低频色度校准，并设置：

128、；

129、其中， 表示第 个结构同源区域组对应的组共享低频色度校准系数， 表示第 个结构同源区域组在空间潜在索引 处对应的局部区域差异校准系数；

130、当同时满足和时，认为第 个结构同源区域组具有稳定且具有跨组一致性的综合色度退化方向，并利用所述方向一致性系数 对后续组共享低频色度校准系数和局部区域差异校准系数进行缩放，分别采用和执行对应的退化方向投影校准。

131、所述步骤6仅对两个低频色度核心块中沿色度退化方向的投影分量进行校准，并利用相同空间潜在索引处的亮度高频结构能量约束局部校准强度，具体如下：

132、首先，对色度-低频-组共享核心块的颜色潜在模态执行退化方向投影校准：

133、；

134、其中，按照组共享低频色度偏移能量的单调有界函数确定：

135、；

136、色度-低频-区域差异核心块，在相同空间潜在索引处分别计算退化方向能量和亮度高频结构能量：

137、；

138、；

139、其中，所述退化方向能量用于表征当前空间潜在位置的局部色度退化程度，所述亮度高频结构能量用于对所述局部色度退化程度实施单向结构约束；根据两类能量确定局部校准系数：

140、；

141、仅校准色度-低频-区域差异核心块中沿退化方向的投影分量：

142、；

143、当对应位置的亮度高频结构能量增大时，局部校准系数减小，以降低贝壳轮廓、壳缘及表面纹理区域的颜色校准幅度；当退化方向能量增大且结构能量较小时，局部校准系数增大，以加强平坦区域或缓慢变化区域中的非均匀偏色校准。

144、在所述校准过程中，保持与色度退化方向正交的色度分量不变：

145、；

146、；

147、除两个低频色度核心块中沿退化方向的投影分量外，其余核心块保持不变，包括全部亮度核心块、全部高频结构核心块以及色度高频核心块。

148、所述步骤7利用校准后的核心张量及步骤4获得的因子矩阵执行tucker重构，并将增强区域恢复至原图空间位置，具体如下：

149、将步骤6得到的两个校准核心块写回核心张量的对应索引位置，同时保留其余核心块的原始取值，得到校准后的完整核心张量。利用所述核心张量及空间、颜色、频带和区域组因子矩阵执行：

150、；

151、根据各结构同源区域组的成员索引，将重构获得的增强特征恢复至对应的原图空间位置。对于同一空间区域由多个结构同源区域组产生多个重构结果的情况，采用预设窗口函数进行加权累积，并以对应位置的权重和进行归一化，获得连续的整图多频带特征。

152、最后，对整图多频带特征执行多频带逆变换，并将亮度-色度表示转换回rgb颜色空间，获得浅海贝类水下增强图像。

153、进一步地，所述参考区域尺寸、滑动步长、结构同源区域组成员数、各模态秩以及校准阈值可根据图像分辨率和浅海场景进行预设。优选地，颜色模态与频带模态采用满秩锚定，以保持亮度/色度及低频/高频索引的固定含义；区域组模态至少保留结构相似性加权组共享锚点和一个区域差异方向。具体参数设置、退化方向有效性判定及边界处理方式参见具体实施方式。

154、本发明的有益效果：本发明将亮度高频结构信息同时用于结构同源区域筛选和区域组模态共享方向构建。首先依据亮度高频结构距离形成结构同源区域组，再将同一结构距离转换为组成员结构相似性权重，据此构建结构相似性加权组共享锚点，使结构匹配可靠性较高的区域对组共享成分贡献更大，降低弱相似或误匹配区域对组共享低频色度成分的影响。同时，本发明对颜色、频带及区域组三个模态实施锚定约束，使tucker核心张量中的色度、低频、组共享、区域差异及高频结构成分具有稳定且可确定的索引含义；通过固定锚点、正交补空间以及可选的因子排序与符号规范，降低普通tucker分解中基选择、符号、排列及近重复谱条件下子空间旋转自由度对核心语义的影响，从而使目标核心块能够被重复定位和选择性处理。

155、本发明进一步建立三个目标核心交互块之间的协同校准关系，而非分别独立增强不同核心块。色度-低频-组共享核心块提供跨结构同源区域稳定存在的综合色度退化方向；色度-低频-区域差异核心块提供各空间潜在位置沿该方向的局部退化程度；亮度-高频-区域差异核心块则以相同空间潜在索引处的高频结构能量限制局部色度校准强度。上述三类信息分别回答“沿何种方向校准”“当前位置需要校准多少”以及“当前位置允许校准到何种程度”，从而形成共享退化方向确定、局部退化量计算和同坐标结构保护相互衔接的核心空间协同校准过程。

156、通过色度-低频-组共享核心块确定组内共同色度退化方向，本发明能够从结构相似区域共有的低频颜色偏移中提取水体偏色趋势；通过进一步校准色度-低频-区域差异核心块，可同时处理同组区域之间的非均匀颜色衰减。由于校准仅作用于沿色度退化方向的投影分量，与该方向正交的色度成分保持不变，从而降低真实贝壳颜色被整体中和或过度补偿的风险。

157、本发明还在相同空间潜在索引处利用亮度-高频-区域差异核心块的结构能量限制低频色度差异块的局部校准强度，使壳缘、轮廓和表面纹理越明显的位置获得越强的结构保护，而平坦区域和缓慢变化区域能够获得更充分的偏色校准。通过所述定向校准与硬保持关系，可在改善浅海贝类图像颜色一致性和可见度的同时，维持贝类目标的形状、边缘和纹理信息。

158、综上，本发明能够在不显式估计水体透射率和背景光参数的情况下，提高浅海贝类图像的颜色自然度、区域一致性及结构清晰度，适用于贝类检测、分类、计数、水产养殖监测和浅海生态调查等应用场景。