水下成像與圖像增強及相關應用研究.pdf

1、近年來，隨著國際形勢的不斷發(fā)展，海洋逐漸成為世界各國新的戰(zhàn)略重心。海洋相關領域的研究對于海洋資源探測與開發(fā)、海洋環(huán)境監(jiān)測和海洋軍事應用等都具有重要的意義。在此背景下，本文開展了對水下成像、水下圖像增強、海洋生物發(fā)光、艦船光尾流和水下目標檢測與識別等方面的研究。
　　由于光在水中傳輸時的衰減和散射效應，水下成像系統(tǒng)通常很難達到令人滿意的成像效果，而成像過程中由于光散射產生的背景光則是造成水下圖像退化的主要原因。本文通過對水下成像中光

2、散射和光衰減的分析，對自然光照和人工光照兩種不同光照條件下的水下成像進行了建模和仿真分析。結果顯示，自然光照下的無窮遠處背景光與衰減系數成反比，與散射系數成正比;人工光照下的無窮遠處背景光則與衰減系數、散射系數和相機-光源距離有關。兩種光照條件下的背景光都可以用為無窮遠處背景光的指數衰減表達式來表示。背景光的強度主要與水體光學參數、相機-景物的距離、相機-光源的距離及相機成像角等因素有關。背景光的研究結論不僅可用于水下成像系統(tǒng)的設計與優(yōu)

3、化，也可用于從水下圖像背景顏色中估計水體光學參數、相機-景物距離等信息。對水下圖像的仿真結果顯示，直接衰減、前向散射和后向散射對水下圖像的退化程度都與水體光學參數和景物距相機的距離密切相關。
　　針對光在水下傳輸時的衰減與其波長相關這一特性，本文提出了一種基于不同光波長衰減的水下圖像增強算法。該算法使用RGB顏色通道的不同傳輸圖分別對不同波長光的衰減進行補償，三個顏色通道的傳輸圖可基于暗原色先驗原理和無窮遠處背景光與水體固有光學參

4、數的關系估計出來。最終，對水下成像模型進行逆求解就可以獲得有效場景輻射，達到圖像增強的目的。該算法不需要預先知道成像時的水體光學參數、相機參數等信息，而是從水下退化圖像背景顏色中估計出水體光學參數。實驗結果和仿真對比結果表明，該算法可有效提高水下圖像的對比度并糾正失真的顏色。
　　基于對海洋發(fā)光生物的發(fā)光特性和潛艇螺旋槳應力場CFD仿真分析，研究了艦船光尾流的形成機制與特點。將發(fā)光生物對水流剪切應力的響應與螺旋槳應力場應力分布結合