本文關(guān)鍵詞：水下成像與圖像增強(qiáng)及相關(guān)應(yīng)用研究

  更多相關(guān)文章： 海洋光學(xué) 水下成像 水下圖像增強(qiáng) 潛艇光尾流 微弱目標(biāo)檢測(cè)

【摘要】：近年來(lái),隨著國(guó)際形勢(shì)的不斷發(fā)展,海洋逐漸成為世界各國(guó)新的戰(zhàn)略重心。海洋相關(guān)領(lǐng)域的研究對(duì)于海洋資源探測(cè)與開發(fā)、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)和海洋軍事應(yīng)用等都具有重要的意義。在此背景下,本文開展了對(duì)水下成像、水下圖像增強(qiáng)、海洋生物發(fā)光、艦船光尾流和水下目標(biāo)檢測(cè)與識(shí)別等方面的研究。 由于光在水中傳輸時(shí)的衰減和散射效應(yīng),水下成像系統(tǒng)通常很難達(dá)到令人滿意的成像效果,而成像過(guò)程中由于光散射產(chǎn)生的背景光則是造成水下圖像退化的主要原因。本文通過(guò)對(duì)水下成像中光散射和光衰減的分析,對(duì)自然光照和人工光照兩種不同光照條件下的水下成像進(jìn)行了建模和仿真分析。結(jié)果顯示,自然光照下的無(wú)窮遠(yuǎn)處背景光與衰減系數(shù)成反比,與散射系數(shù)成正比；人工光照下的無(wú)窮遠(yuǎn)處背景光則與衰減系數(shù)、散射系數(shù)和相機(jī)-光源距離有關(guān)。兩種光照條件下的背景光都可以用為無(wú)窮遠(yuǎn)處背景光的指數(shù)衰減表達(dá)式來(lái)表示。背景光的強(qiáng)度主要與水體光學(xué)參數(shù)、相機(jī)-景物的距離、相機(jī)-光源的距離及相機(jī)成像角等因素有關(guān)。背景光的研究結(jié)論不僅可用于水下成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化,也可用于從水下圖像背景顏色中估計(jì)水體光學(xué)參數(shù)、相機(jī)-景物距離等信息。對(duì)水下圖像的仿真結(jié)果顯示,直接衰減、前向散射和后向散射對(duì)水下圖像的退化程度都與水體光學(xué)參數(shù)和景物距相機(jī)的距離密切相關(guān)。 針對(duì)光在水下傳輸時(shí)的衰減與其波長(zhǎng)相關(guān)這一特性,本文提出了一種基于不同光波長(zhǎng)衰減的水下圖像增強(qiáng)算法。該算法使用RGB顏色通道的不同傳輸圖分別對(duì)不同波長(zhǎng)光的衰減進(jìn)行補(bǔ)償,三個(gè)顏色通道的傳輸圖可基于暗原色先驗(yàn)原理和無(wú)窮遠(yuǎn)處背景光與水體固有光學(xué)參數(shù)的關(guān)系估計(jì)出來(lái)。最終,對(duì)水下成像模型進(jìn)行逆求解就可以獲得有效場(chǎng)景輻射,達(dá)到圖像增強(qiáng)的目的。該算法不需要預(yù)先知道成像時(shí)的水體光學(xué)參數(shù)、相機(jī)參數(shù)等信息,而是從水下退化圖像背景顏色中估計(jì)出水體光學(xué)參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和仿真對(duì)比結(jié)果表明,該算法可有效提高水下圖像的對(duì)比度并糾正失真的顏色。 基于對(duì)海洋發(fā)光生物的發(fā)光特性和潛艇螺旋槳應(yīng)力場(chǎng)CFD仿真分析,研究了艦船光尾流的形成機(jī)制與特點(diǎn)。將發(fā)光生物對(duì)水流剪切應(yīng)力的響應(yīng)與螺旋槳應(yīng)力場(chǎng)應(yīng)力分布結(jié)合起來(lái),可以大致估計(jì)出潛艇光尾流的形狀和大小。仿真結(jié)果顯示,潛艇光尾流長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)百米,可在空中或水下通過(guò)觀測(cè)光尾流來(lái)探測(cè)與跟蹤潛艇。最后,本文提出了�？找惑w對(duì)潛艇光尾流進(jìn)行探測(cè)與跟蹤的系統(tǒng)架構(gòu),并簡(jiǎn)單介紹了其工作流程。
【關(guān)鍵詞】：海洋光學(xué) 水下成像 水下圖像增強(qiáng) 潛艇光尾流 微弱目標(biāo)檢測(cè)
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P715.5
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第一章 緒論12-32
• 1.1 海洋光學(xué)的研究和應(yīng)用背景12-13
• 1.2 水下光輻射的研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 水下成像與水下圖像處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀15-23
• 1.3.1 水下成像技術(shù)研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3.2 水下圖像增強(qiáng)技術(shù)研究現(xiàn)狀17-20
• 1.3.3 水下圖像復(fù)原技術(shù)研究現(xiàn)狀20-23
• 1.4 海洋發(fā)光生物和潛艇光尾流的研究現(xiàn)狀23-24
• 1.5 水下目標(biāo)探測(cè)與識(shí)別技術(shù)的研究現(xiàn)狀24-28
• 1.6 選題意義、研究?jī)?nèi)容及主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)28-32
• 1.6.1 選題意義28
• 1.6.2 研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排28-30
• 1.6.3 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)30-32
• 第二章 海洋光學(xué)與水下圖像增強(qiáng)理論分析32-60
• 2.1 海洋光學(xué)32-46
• 2.1.1 水體光學(xué)特征33-36
• 2.1.2 光在水中的傳輸36-37
• 2.1.3 光在水中的吸收37-40
• 2.1.4 光在水中的散射40-44
• 2.1.5 水下光輻射場(chǎng)44-46
• 2.2 水下圖像處理理論46-55
• 2.2.1 直方圖處理方法46-50
• 2.2.2 濾波方法50-52
• 2.2.3 Retinex理論52-55
• 2.3 水下目標(biāo)識(shí)別技術(shù)55-58
• 2.4 本章小結(jié)58-60
• 第三章 水下成像建模與仿真分析60-84
• 3.1 水下成像的照明61-66
• 3.1.1 海水中的太陽(yáng)光輻射62-64
• 3.1.2 人工光源64-66
• 3.2 自然光照下的水下成像建模66-70
• 3.2.1 自然光照下的水下成像背景光66-69
• 3.2.2 自然光照下的水下成像模型69-70
• 3.3 人工光照下的水下成像建模70-72
• 3.3.1 人工光照下的水下成像背景光70-72
• 3.3.2 人工光照下的水下成像模型72
• 3.4 水下成像的仿真分析72-82
• 3.4.1 自然光照下的水下成像仿真分析74-77
• 3.4.2 人工光照下的水下成像仿真分析77-82
• 3.5 兩種光照條件下成像模型的比較82-84
• 第四章 基于物理模型的水下圖像增強(qiáng)算法84-104
• 4.1 算法概述84-85
• 4.2 暗原色先驗(yàn)(Dark Channel Prior)85-87
• 4.3 傳輸圖估計(jì)87-93
• 4.3.1 R通道傳輸圖估計(jì)87-90
• 4.3.2 G和B通道傳輸圖估計(jì)90-93
• 4.4 場(chǎng)景輻射恢復(fù)93-94
• 4.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與對(duì)比分析94-103
• 4.5.1 真實(shí)圖像對(duì)比95-98
• 4.5.2 定量比較98-101
• 4.5.3 視覺(jué)比較101-103
• 4.6 本章小結(jié)103-104
• 第五章 潛艇光尾流探測(cè)與微弱目標(biāo)檢測(cè)104-125
• 5.1 海洋發(fā)光生物104-108
• 5.1.1 海洋發(fā)光生物104-107
• 5.1.2 外界因素對(duì)生物發(fā)光的影響107-108
• 5.2 潛艇螺旋槳水流應(yīng)力分析108-117
• 5.2.1 粘性流體中的應(yīng)力109-110
• 5.2.2 潛艇螺旋槳建模110-112
• 5.2.3 潛艇螺旋槳水流應(yīng)力仿真與分析112-117
• 5.3 潛艇光尾流的探測(cè)117-122
• 5.4 本章小結(jié)122-125
• 第六章 總結(jié)與展望125-128
• 6.1 本文的主要工作與結(jié)論125-126
• 6.2 未來(lái)展望126-128
• 參考文獻(xiàn)128-140
• 攻讀博士學(xué)位期間主要的研究成果140-141
• 致謝141-142

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本文編號(hào)：965951