由于水及其懸浮粒子對光的吸收和散射,水下觀測到的圖像呈現(xiàn)出模糊、對比度低、噪聲嚴(yán)重等問題,加大了水下圖像分析與理解的難度。因此,提升退化圖像質(zhì)量,恢復(fù)出清晰圖像,對圖像理解和識別具有重要意義。然而,現(xiàn)存的復(fù)原方法對退化過程中噪聲的影響考慮不全面,導(dǎo)致復(fù)原效果不理想。針對水下圖像的去霧、去噪等問題,本文對水下圖像復(fù)原的研究如下:首先,針對水下圖像的霧化和模糊等問題,提出了一種基于曲率項的水下圖像復(fù)原變分方法,根據(jù)水下光學(xué)成像模型設(shè)計變分模型的數(shù)據(jù)項和規(guī)則項,對擬恢復(fù)圖像采用曲率項作為變分能量方程的規(guī)則項。然后,采用水下暗通道先驗估計得到全局背景光,結(jié)合背景光估計得到透射率圖。為進一步提高計算效率,引入交替方向乘子法（ADMM）對所提出的模型進行交替優(yōu)化迭代求解。實驗結(jié)果表明,該算法能更有效的去除水霧,抑制水下圖像的噪聲,提高圖像的對比度和清晰度。其次,針對大部分水下圖像藍、綠色偏嚴(yán)重,提出了一種基于拉普拉斯算子先驗的水下圖像復(fù)原變分算法。在水下圖像復(fù)原變分模型的基礎(chǔ)上,使用拉普拉斯算子作為能量方程的規(guī)則項,通過添加色彩約束項對原始圖像進行拉伸,從而改善復(fù)原圖像色彩偏移問題�？紤]人工光照和... 

【文章來源】：青島大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：56 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

水中光線吸收示意圖

青島大學(xué)碩士學(xué)位論文8式中，吸收系數(shù)wa為純凈海水對光的吸收程度系數(shù)，ya為黃色物質(zhì)對光的吸收程度系數(shù)，pa為浮游植物的吸收程度系數(shù)，napa為顆粒的吸收程度系數(shù)，散射系數(shù)wb，spmb分別表示純凈海水的散射系數(shù)和懸浮顆粒散射系數(shù)。但水在不同波段的吸收系數(shù)相差巨大，并且極易受到散射的干擾，對自然水體吸收系數(shù)的直接估計十分困難，因此，Smith和Baker[69]首先對純凈自然水的吸收系數(shù)進行測量，以此對純凈海水吸收系數(shù)進行估計。然后將估計得到的純凈海水吸收系數(shù)與水中其他介質(zhì)的吸收系數(shù)相加，得到總體的吸收系數(shù)。Morel運用起伏理論對水下散射進行分析，得到了純海水的體積散射函數(shù)，而懸浮粒子的散射系數(shù)存在多種模型，比如：生物-光學(xué)模型、散射系數(shù)物理模型等[70]。2.2水下光成像模型2.2.1經(jīng)典水下成像模型水下環(huán)境的成像是水中的光、介質(zhì)和場景之間相互作用的過程，相機捕捉到信息可以表示為被懸浮粒子直接反射的光和向前、向后散射的光。直接反射光是相機獲取到光的比例，由于光在水中傳播過程中水中介質(zhì)對其有吸收和散射效應(yīng)，降低了光的能量，因此，只有一定比例的光能夠到達相機。向后散射是在拍攝點以外物體發(fā)生的大角度的散射現(xiàn)象，是導(dǎo)致水下圖像質(zhì)量退化的主要因素。而向前散射是成像過程中光被很小角度反射的光，Schechner和Karpel[71]的研究表明向前散射在成像過程中體現(xiàn)的作用很小，在對水下成像過程進行描述時可以使用極小量進行代替。水下場景中光的吸收分量和散射分量到達相機的過程如圖2.2所示。圖2.2水下成像系統(tǒng)經(jīng)典的Jaff-McGlamery模型[32]將光的總輻照度與相機獲取到的三部分光信息關(guān)

青島大學(xué)碩士學(xué)位論文9系表示為：TdfbEEEE2-(4)式中，TE為總輻照度，dE為相機獲取的光的直接分量，fE、bE分別為光傳播過程中的向前散射分量和向后散射分量。在光以幾何球形的方式在水下傳播的假設(shè)下，Jaffe理論對直接分量和散射分量的表示方法進行了描述，該模型建立的坐標(biāo)系如圖2.3所示：圖2.3Jaffe理論坐標(biāo)系假設(shè)光在水下環(huán)境中以幾何球形的方式進行衰減，將反射光用入射光與反射函數(shù)的乘積來表示并用幾何光學(xué)原理進行推導(dǎo)，直接分量可以表示為：24",",","expcos4ctdtctcMxyRFExyExycRTFR2-(5)2",",cosccRtSSSeExyBPR2-(6)式中，tE為成像場景中x",y"點的光強度值，cR為場景中點x",y"與相機之間的距離長度，Mx",y"為拍攝物體對光的反射系數(shù)，并且反射系數(shù)的值Mx",y"1，通常水下場景反射系數(shù)的取值為0.02Mx",y"0.1。F為水下場景中相機的光圈大小，Tl為拍攝選用相機鏡頭的透射系數(shù)，F(xiàn)l為相機焦距，為水下場景中點x",y"做連線到相機與場景中該點反射面所形成的夾角。通常用,dExy與點擴散函數(shù)卷


本文編號：2957978