激光水下成像的圖像復(fù)原及超分辨率重建算法研究.pdf

1、激光水下目標(biāo)成像被廣泛應(yīng)用于海洋、江河及湖泊探測(cè)等領(lǐng)域,但是由于存在水體對(duì)激光的吸收散射等衰減效應(yīng)、成像系統(tǒng)的衍射極限、像差畸變以及水下湍流等因素,水下圖像存在嚴(yán)重的降質(zhì),主要表現(xiàn)在噪聲、模糊及低分辨率等方面。近年來(lái)已有學(xué)者從圖像增強(qiáng)、復(fù)原入手,改善圖像退化,提高圖像的清晰度,但效果仍需改進(jìn),且分辨率得不到提高,有些算法甚至?xí)档头直媛?。分辨率是評(píng)價(jià)圖像的重要參數(shù),提高水下成像的圖像質(zhì)量,特別是在人眼視覺(jué)方面,很大程度上決定于分辨率的提

2、高。因此本論文從圖像處理的各個(gè)環(huán)節(jié)入手,研究、提出并實(shí)驗(yàn)了大量的圖像復(fù)原及超分辨率重建算法。
　　本論文首先介紹了水下距離選通激光成像實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),給出了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)框圖、設(shè)備和實(shí)驗(yàn)結(jié)果;回顧了經(jīng)典的點(diǎn)擴(kuò)散模型,分析了異同點(diǎn)并確定建模需求;通過(guò)計(jì)算到達(dá)探測(cè)器的三種光分量,考慮距離選通門(mén)、光學(xué)鏡頭衍射極限、傳感器畸變及水體湍流等因素,建立了基于本課題實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的水下成像模型,并計(jì)算得到了成像系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)和點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。
　　為了有

3、效去除噪聲對(duì)水下圖像處理的影響,本論文分析了水下成像過(guò)程中引入噪聲的各種因素,基于噪聲的統(tǒng)計(jì)特性提出了基于邊緣檢測(cè)的分塊混合濾波圖像去噪法,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了去噪預(yù)處理的有效性;分析了使用客觀指標(biāo)評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量的必要性,根據(jù)圖像復(fù)原和超分辨率重建算法的特性,分別給出了相應(yīng)的客觀評(píng)價(jià)參數(shù),并在后面章節(jié)作為圖像處理結(jié)果的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn);建立了圖像處理評(píng)估系統(tǒng)框圖,展示了本論文所有圖像處理方法的關(guān)系樞紐。
　　在改進(jìn)圖像復(fù)原方法的方面,本論文根

4、據(jù)成像系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)和點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù),提出了基于建模及邊界控制約束的半盲圖像復(fù)原方法,以線結(jié)構(gòu)光探測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)作為平臺(tái)驗(yàn)證了將該方法的有效性和可行性;作了大量實(shí)驗(yàn)將水下距離選通成像圖像進(jìn)行了基于調(diào)制傳遞函數(shù)的頻率域圖像復(fù)原以及基于點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的空間域圖像復(fù)原,并以客觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)判復(fù)原結(jié)果;實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了預(yù)處理去噪對(duì)于復(fù)原方法的有效性,基于本論文建立的水下距離選通成像模型得到的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的半盲圖像復(fù)原法取得了較好的復(fù)原效果。
　　為了

5、提高水下成像圖像的分辨率,本論文提出了將超分辨率重建引入水下,從單幀和多幀處理出發(fā),將水下距離選通成像圖像序列進(jìn)行了傳統(tǒng)超分辨率重建實(shí)驗(yàn),使用相應(yīng)的客觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)判重建結(jié)果;實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了預(yù)處理去噪對(duì)于超分辨率重建方法的有效性,及超分辨率重建引入水下的可行性;根據(jù)基于建模的復(fù)原方法,提出了基于建模的超分辨率重建方法并作了大量實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,基于本論文建立模型得到的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的凸集投影超分辨率重建方法取得了較好的復(fù)原效果。
　　由于