基于多尺度融合的水下图像增强方法研究

发布时间：2020-11-22 09:30

　　水下图像作为人们获得水下信息的重要途径,已经广泛应用于水下机器人、海洋考古、海洋能源勘探等诸多领域。水下成像环境的特殊物理性质导致获取的图像存在细节模糊、颜色失真、对比度低等降质问题,严重影响了图像信息的读取。本文综合考虑图像的视觉效果、信息保留以及算法的复杂程度等因素,提出一种基于多尺度融合的水下图像增强方法。本文主要工作如下:首先,分析光在水下的传播特性,建立水下成像衰减模型和散射模型,简述水下图像成像特点。对当前主要的水下图像增强方法进行研究和实现,包括直方图均衡化方法、白平衡方法、Retinex增强方法、暗通道先验方法和图像滤波降噪方法等。其次,针对水下图像颜色失真和对比度下降两个主要的退化问题,本文提出一种有效的基于多尺度融合的水下图像增强方法。其采用改进的白平衡方法、Lab颜色空间直方图均衡化方法和梯度域引导滤波方法获得颜色校正版本和对比度增强版本作为图像融合输入;选取显著图、色度图等四项权重特征计算归一化权重图。考虑到计算的高效性,采用拉普拉斯金字塔和高斯金字塔对输入图像和权重图像进行多尺度分解与融合,得到最终的增强结果。最后,本课题建立了多种退化类型的水下图像数据集,对多尺度图像融合方法进行检验,利用当前比较优秀的两种无参考水下图像评价方法对图像质量进行评测。从视觉效果和图像质量评价标准两方面对本文算法的有效性、适应性和稳定性进行说明。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP391.41;P714
【部分图文】：

情况,传输距离,距离方程,颜色失真

图 2.1 光在水中的衰减情况[43]，在水下传播时，红光的传输距离最到 30 米左右，绿光传输距离到 20 米过百分之八十的光在水深为两到三米，在水深为十米的深度时，就只剩下普遍存在颜色失真问题，通常呈现为题。理论和试验结果表明，当光在水都呈现指数分布，用公式表示为0-αrrP = P e率，Pr表示光经过 r 距离传播后剩余不仅与光的波长相关，还与水介质相数变换，得到光脉冲的作用距离方程001 1ln( ) ln( )rrPPLα P αP= =

示意图,水下成像,模型,示意图

哈尔滨工程大学硕士学位论文数，a 表示吸收系数，b 表示散射系数。物质对光的吸收和散射作用造成的[45]。接，进一步分析水下图像的降质原因。从而。模型体和悬浮物质对光的作用主要分为吸收和成像平面接收到的光强分为两部分：一部标辐射光，符号表示为AI ；另一部分为为SI 。成像平面接收到的总光强可以表示A SI = I + I

示意图,水下图像,衰减模型,水下成像

成像平面接收到的光强分为两部分：一部分是目标辐射光，符号表示为AI ；另一部分为由于为SI 。成像平面接收到的总光强可以表示成A SI = I + I图 2.2 水下成像模型示意图的反射光分成了三部分：直接衰减部分、前指目标辐射光被水体吸收后，没有经过散射作个过程建立水下成像衰减模型，如图 2.3 所示
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