基于暗原色方法的水下圖像增強(qiáng).pdf

1、海洋科技日益成為世界各國經(jīng)濟(jì)與科技競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)之一。海洋開發(fā),需要獲取大范圍、精確的海洋環(huán)境數(shù)據(jù),以便進(jìn)行海底勘探、取樣、水下施工等。要完成上述任務(wù),需要一系列的海洋開發(fā)支撐技術(shù),包括深海探測(cè)、深潛、海洋遙感、海洋導(dǎo)航等。作為水下探測(cè)的重要手段,數(shù)字圖像能夠較為直觀的反映水下真實(shí)場(chǎng)景,故而應(yīng)用愈加廣泛。然而由于水下成像過程中水體吸收和散射的影響,原始水下圖像質(zhì)量往往遠(yuǎn)不如陸上所獲取的圖像清晰。水下圖像多呈現(xiàn)畫質(zhì)模糊,噪聲嚴(yán)重,對(duì)比度低,顏

2、色失真等問題。
　　暗原色圖像處理方法能夠有效的改善霧天退化圖像的質(zhì)量,降低霧霾等氣象條件對(duì)戶外成像系統(tǒng)的影響。本文在分析了水下成像模型和霧天成像模型的區(qū)別和聯(lián)系后,提出將霧天暗原色圖像增強(qiáng)算法移植到水下的構(gòu)想。為了實(shí)現(xiàn)此構(gòu)想本文具體研究內(nèi)容如下:
　　1、分析了水下圖像成像過程以及國際上現(xiàn)有的水下圖像處理方法。
　　2、詳細(xì)的介紹了暗原色去霧算法,并提出將暗原色去霧算法應(yīng)用于水下。通過實(shí)驗(yàn)證明未加改進(jìn)的原始暗原色去霧

3、算法不能直接移植到水下。通過系統(tǒng)的分析和對(duì)比計(jì)算提出影響圖像增強(qiáng)質(zhì)量的主要因素是水下圖像顏色的失真以及水下光照明的不均勻。
　　3、由于暗原色去霧算法依賴于RGB顏色通道中的值,而水下圖像又普遍存在顏色退化的問題。針對(duì)水下顏色失真的問題,本文提出使用基于動(dòng)態(tài)閥值的白平衡算法恢復(fù)水下圖像顏色。該算法是通過對(duì)圖片的 YCbCr色空間的分析來確定參考白點(diǎn),選擇參考白點(diǎn)的閥值是動(dòng)態(tài)變化。通過對(duì)圖片的 Cb Cr坐標(biāo)空間的分析,得到一個(gè)接近

4、白色的包含參考白點(diǎn)的區(qū)域(near-white region)。從而對(duì)圖片進(jìn)行分區(qū),并找出參考白點(diǎn),通過 von kvies model來調(diào)整圖片實(shí)現(xiàn)白平衡。并通過對(duì)水下二十四色標(biāo)準(zhǔn)色板和水下實(shí)物圖片進(jìn)行處理,證明基于動(dòng)態(tài)閥值的自動(dòng)白平衡算法的有效性。
　　4、本文首次提出利用水下光成像后向散射模型解決過度曝光的問題。通過實(shí)際測(cè)量值和圖像本身灰度分布,利用水下圖像成像模型計(jì)算背景光,并將計(jì)算值應(yīng)用到水下暗原色圖像增強(qiáng)算法中。通過對(duì)

5、原始暗原色去霧算法和水下暗原色圖像增強(qiáng)算法處理相同圖片的結(jié)果對(duì)比,證明水下暗原色算法的優(yōu)越性。
　　5、水槽實(shí)驗(yàn):為客觀的評(píng)價(jià)圖像,本文引入了對(duì)比度,信息熵,平均梯度等圖像處理評(píng)價(jià)方法。利用水槽實(shí)驗(yàn),在人為的環(huán)境中,提取清水、中等水質(zhì)、渾濁水質(zhì)下的圖片。使用水下暗原色圖像增強(qiáng)算法處理這三種水質(zhì)下所獲取的圖片,在主觀評(píng)價(jià)上經(jīng)過水下暗原色圖像增強(qiáng)算法處理的圖片顯然更為清晰。通過比較處理后的圖像和原始圖像的對(duì)比度,信息熵,平均梯度證明水