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(shù)是海洋技術(shù)研究的重要領(lǐng)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(yuǎn)距離觀測;二是基于視頻成像的近距離觀測。前者因?yàn)榉直媛瘦^低,主要適合于大范圍內(nèi)水下目標(biāo)的搜索。后者的優(yōu)點(diǎn)是圖像分辨率高、且具有豐富的紋理細(xì)節(jié)和顏色信息,有利于對(duì)水下目標(biāo)的識(shí)別和理解,因此視頻成像技術(shù)是水下近距離觀測與作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)。但是,水下視頻圖像存在兩個(gè)問題:一是由于水下光線存在衰減和散射效應(yīng),使得水下圖像對(duì)比度下降且紋理細(xì)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(tái)的運(yùn)動(dòng)特征,使得視頻圖像出現(xiàn)光照不均問題,如出現(xiàn)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(dòng)處理與識(shí)別帶來了困難。為此,本文對(duì)水下視頻觀測圖像的清晰化方法進(jìn)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(fù)原算法研究。根據(jù)水下成像物理模型,提出了一種基于小波變換的水下降質(zhì)圖像清晰化復(fù)原算法。該算法首先將RGB圖像轉(zhuǎn)換為YUV圖像,然后根據(jù)圖像的

3、對(duì)比度,對(duì)亮度Y圖像利用小波變換自適應(yīng)估計(jì)介質(zhì)散射光的大小,從而實(shí)現(xiàn)了水下降質(zhì)圖像對(duì)比度的增強(qiáng);并在小波變換的低頻子帶上進(jìn)行非線性亮度調(diào)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(jié)果與顏色分量U、V合成得到清晰化的水下彩色圖像。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:提出的算法可以自適應(yīng)實(shí)現(xiàn)水下觀測圖像的清晰化復(fù)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(qiáng)算法研究。針對(duì)水下圖像亮度不均和對(duì)比度低的問題,根據(jù)光照反射模

4、型和圖像的鄰域特征,對(duì)水下圖像的增強(qiáng)算法進(jìn)行了研究。首先,對(duì)于亮度圖像Y,利用小波變換的低頻子帶信息估計(jì)原始圖像的照射分量,并對(duì)原始光照不均勻的亮度圖像進(jìn)行了光照補(bǔ)償處理;然后利用像素的鄰域相關(guān)性實(shí)現(xiàn)了圖像對(duì)比度的增強(qiáng)處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:提出的算法在提高圖像對(duì)比度的同時(shí),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(tǒng)的實(shí)際需求,根據(jù)TMS320DM64