水下視頻觀測圖像清晰化方法研究.pdf

1、深海探測與作業(yè)技術是海洋技術研究的重要領域之一。目前常用的水下觀測方法主要有兩種:一是基于聲納圖像的遠距離觀測;二是基于視頻成像的近距離觀測。前者因為分辨率較低,主要適合于大范圍內水下目標的搜索。后者的優(yōu)點是圖像分辨率高、且具有豐富的紋理細節(jié)和顏色信息,有利于對水下目標的識別和理解,因此視頻成像技術是水下近距離觀測與作業(yè)的關鍵技術。但是,水下視頻圖像存在兩個問題:一是由于水下光線存在衰減和散射效應,使得水下圖像對比度下降且紋理細節(jié)呈模糊

2、狀態(tài);二是由于采用人工光源以及觀測平臺的運動特征,使得視頻圖像出現光照不均問題,如出現亮斑和暗區(qū)。這些問題不但影響了水下視頻觀測的清晰度,還為后續(xù)的圖像自動處理與識別帶來了困難。為此,本文對水下視頻觀測圖像的清晰化方法進行了研究,完成的主要工作如下:
　　 (1)基于成像模型的水下視頻圖像復原算法研究。根據水下成像物理模型,提出了一種基于小波變換的水下降質圖像清晰化復原算法。該算法首先將RGB圖像轉換為YUV圖像,然后根據圖像的

3、對比度,對亮度Y圖像利用小波變換自適應估計介質散射光的大小,從而實現了水下降質圖像對比度的增強;并在小波變換的低頻子帶上進行非線性亮度調節(jié),消除水下圖像的光照不均問題;最后將亮度Y圖像的處理結果與顏色分量U、V合成得到清晰化的水下彩色圖像。實驗結果表明:提出的算法可以自適應實現水下觀測圖像的清晰化復原處理。
　　 (2)基于光照反射模型和圖像鄰域特征的水下視頻圖像增強算法研究。針對水下圖像亮度不均和對比度低的問題,根據光照反射模

4、型和圖像的鄰域特征,對水下圖像的增強算法進行了研究。首先,對于亮度圖像Y,利用小波變換的低頻子帶信息估計原始圖像的照射分量,并對原始光照不均勻的亮度圖像進行了光照補償處理;然后利用像素的鄰域相關性實現了圖像對比度的增強處理。實驗結果表明:提出的算法在提高圖像對比度的同時,能有效消除水下圖像的亮度不均問題。
　　 (3)基于DSP的水下視頻圖像清晰化算法移植與優(yōu)化。為滿足水下DSP嵌入式處理系統的實際需求,根據TMS320DM64