水下圖像的清晰化方法研究.pdf

1、豐富的海洋資源對(duì)于我國的可持續(xù)發(fā)展有重要的作用,充分了解海洋,掌握足夠的海洋信息是開發(fā)海洋的前提條件。水下成像是獲取海洋信息的重要手段之一,相比于水下激光與聲納成像,集束光成像具有可實(shí)現(xiàn)高速成像、設(shè)備簡易便攜適合小型潛器裝備等優(yōu)點(diǎn)。但是水下成像環(huán)境復(fù)雜,水體對(duì)光能量有較強(qiáng)的吸收作用,光線在水下傳輸時(shí)也會(huì)發(fā)生前向散射和后向散射,使得圖像細(xì)節(jié)模糊,對(duì)比度下降,尤其是強(qiáng)烈的后向散射使整個(gè)圖像呈霧化效果。水下圖像清晰化處理的目的就是消除以上不良

2、影響,提高圖像質(zhì)量。
　　水下圖像的清晰化方法有增強(qiáng)與復(fù)原兩類,本文分別從這兩個(gè)角度對(duì)水下圖像進(jìn)行處理。在圖像增強(qiáng)方面,針對(duì)水下圖像中后向散射噪聲主要集中于低頻的特點(diǎn),選用了直方圖均衡化、加強(qiáng)型巴特沃斯高通、拉普拉斯銳化的方法予以增強(qiáng)。從Retinex增強(qiáng)方法用于霧天圖像增強(qiáng)取得的良好效果得到啟發(fā),將其應(yīng)用于水下圖像的增強(qiáng),并借助小波變換可實(shí)現(xiàn)多分辨率分析的特點(diǎn),將水下圖像的低頻部分和高頻部分分離,對(duì)低頻使用Retinex增強(qiáng)方法

3、去除霧化效應(yīng),調(diào)節(jié)整體亮度,并對(duì)高頻進(jìn)行加強(qiáng)以增強(qiáng)細(xì)節(jié)。實(shí)驗(yàn)表明該方法對(duì)提高水下圖像對(duì)比度,消除模糊有較好效果。
　　在水下圖像復(fù)原方面,本文的重點(diǎn)是對(duì)退化模型的估計(jì)描述。首先介紹了維納濾波、約束最小二乘方濾波、等功率譜濾波等常用復(fù)原濾波器的原理及濾波器函數(shù)。由于受湍流干擾退化圖像和散焦模糊圖像在退化形式上與水下圖像有相似之處,所以本文引入這兩個(gè)模型,并采用等功率譜濾波方法實(shí)驗(yàn)了湍流模型和散焦模型用于水下圖像復(fù)原的效果。以往的復(fù)原

4、模型參數(shù)和許多增強(qiáng)算法的參數(shù)都需要通過實(shí)驗(yàn)方法獲得。在對(duì)前向散射和后向散射形成機(jī)理深入分析的基礎(chǔ)上,本文引入了一種分層散射模型,并以此模型為基礎(chǔ)描述了前向散射的水下傳遞函數(shù)和后向散射的統(tǒng)計(jì)估計(jì)式。對(duì)無目標(biāo)純后向散射噪聲圖像求功率譜,擬合得前向散射傳遞函數(shù)和后向散射功率譜估計(jì)式中的參數(shù),將前向散射和后向散射的內(nèi)在關(guān)聯(lián),通過IOP(光學(xué)固有性質(zhì))參數(shù)的顯式形式進(jìn)行了定量描述,將這一模型與等功率譜圖像復(fù)原方法結(jié)合復(fù)原水下圖像,取得了較好的效果