基于散射模型的水下图像复原

水下图像的衰减度与成像距离有直接关系．为了在没有精确深度图情况下有效恢复水下图像,提出基 于散射模型的分段映射方法．研究了水下光线的散射模型,探讨了水下图像的衰减规律;利用水池试验数据采用直 线拟合法建立散射模型;提出基于散射模型的分段映射法．为避免求解精确深度图,利用映射约束条件及少量先验 信息导出多级离散深度值,从而构建出从退化图像到真实图像的分段映射函数．恢复结果表明,所提方法增加了图 像整体对比度,突出了图像细节,明显提高了图像质量．     

水下图像复原中背景光求解方法研究最新进展

水下特殊的成像环境,使得图像存在模糊、色偏等问题,给水下图像复原带来了新的挑战。基于成像模型的图像复原是提高水下图像质量的典型方法之一。背景光作为逆向复原的重要参数直接影响到水下图像复原的效果。目前对水下图像复原中背景光求解方法的综述文献较少,为了深入了解水下图像复原的研究现状和发展趋势,对水下图像复原中背景光求解方法进行综述。首先简述水下模型,然后归纳背景光的特征及背景光求解方法分类,接下来详细分析各种典型的背景光求解方法的原理和特点,之后总结归纳各种典型方法的优缺点,最后提出研究展望。     

基于颜色衰减先验和白平衡的水下图像复原

由于水体中悬浮颗粒对光线的吸收及散射作用,以及不同波长的光在水下的衰减程度不同,水下图像通常存在细节模糊、对比度低、颜色失真等问题。为改善水下图像质量,提出一种基于颜色衰减先验和白平衡的水下图像复原方法。首先,根据图像在HSV颜色空间中的颜色衰减先验获得场景深度图;其次,利用水下光学衰减特性估计RGB三通道对应的背景光强度与水下透射率,以实现水下图像的清晰化;最后,采用改进的白平衡方法对清晰化后的水下图像进行颜色校正。实验结果表明,该方法可以显著提升水下图像的细节清晰度与颜色保真度,视觉效果更接近自然场景下的图像。     

融合暗通道与Retinex算法的水下图像复原研究

针对水下图像存在细节模糊和色彩失真等问题,基于水下光学成像模型,提出了一种融合暗通道先验和Retinex的方法。首先为避免场景中亮白区域影响,提出一种基于四叉树分解方法改进对背景光的估计,进一步分通道对透射率进行估计,引入自适应容差补偿机制,根据图像区域的明亮程度自适应修正透射率,并利用改进的导向滤波细化透射率,消除了图像块效应,利用优化的暗通道先验算法对图像进行清晰化处理得到复原图像;其次用Retinex算法提高水下图像对比度以及校正颜色畸变;然后依据复原图像与Retinex算法增强图像的特点进行像素级融合,最终得到复原后的水下图像。为定量评价复原算法,选取了信息熵、平均梯度和UIQM定量化评价因子。实验结果表明,所提算法在主观及客观评价方面均优于对比算法,为后续水下目标探测提供了研究基础。     

结构相似性的水下偏振图像复原

目的 针对水下偏振图像存在雾状模糊和场景细节不明显的问题,以水体透射率图与目标反射光图像存在的相互独立性为基础,提出一种基于结构相似性的水下偏振图像复原方法,旨在提高水下偏振图像的清晰度、对比度和色彩真实度。方法 首先,获取同一水下场景下具有正交偏振方向且分别具有最大和最小光强的两幅偏振图像;然后根据透射率图与目标反射光之间的统计无关性,使用结构相似性推导求解透射率的关系式,并通过偏振差分图像计算透射率的初始值,利用该关系式进行水体透射率的迭代求解;最后将透射率代入偏振成像模型得到目标反射光图像,进而进行颜色校正得到复原图像。结果 选取多组正交的水下偏振图像作为研究对象,采用本文提出的方法与另两种偏振复原算法对其进行复原处理,使用对比度、信息熵、灰度平均梯度、峰值信噪比、增强量以及时间等量化指标进行评估。对比实验结果表明,本文算法在对比度、信息熵、灰度平均梯度、增强量以及颜色恢复上都优于另两种偏振图像复原方法,并有较大幅度的提高;灰度平均梯度和对比度较YY算法提高了一倍左右;本文复原图像的色彩分布较均匀使得图像的信息含量大,信息熵高;而突出的EME也证明本文算法的结果纹理清晰、对比度高以及图像复原程度好;提出算法的复原效果有显著的改善,但算法运行时间较长,实时性有待提高。结论 本文基于水下偏振成像模型的分析以及透射率图与目标反射光图像之间的统计无关性,从水体透射率的估计出发进行图像复原,有效地解决了水下偏振图像细节模糊、对比度低的问题。通过对算法实验效果的主客观分析表明,本文算法能有效地复原水下偏振图像,得到对比度高、细节明显和色彩丰富的恢复图像。     

水下图像增强和修复算法综述

因受到光线散射和吸收、水体杂质、人工光源等因素影响,水下成像质量较低,很难满足生产作业的需求,而水下图像的增强和复原技术有助于提升水下机器视觉的能力.为帮助研究者掌握水下图像处理领域的研究方法和现有技术,对水下图像增强和复原方法进行综述.首先对水下图像存在的主要退化类型进行分析;分别对水下图像增强、复原的经典方法和最新进展进行总结,系统梳理了水下图像质量评测体系和公开数据集;最后对水下图像处理未来的研究趋势进行了展望.     

基于场景深度估计的自然光照水下图像增强方法

针对水下图像模糊、对比度低且色彩失真的问题,结合修正的水下成像模型,提出一种基于场景深度估计的自然光照水下图像增强方法.首先,依据自然光照条件下水下图像场景亮度与场景深度总体成正比的先验理论,对图像的亮度信息进行最小值滤波和软抠图处理以实现场景深度估计;然后,结合暗通道先验知识和场景深度信息进行离散像素点的后向散射分量估计,根据修正的水下成像模型来拟合和去除后向散射;最后,采用基于色适应的颜色校正方法对直接分量进行色偏校正,利用线性拉伸方法来提升图像的亮度和对比度.水下多场景条件下的实验结果表明,本文方法可有效地去除后向散射引起的雾样模糊,提高图像对比度并校正颜色偏差.     

水下光学图像重建方法研究进展

水下光学图像可以提供直观丰富的海洋信息,近年来在海洋资源开发、环境保护和海洋工程等诸多领域发挥越来越重要的作用。但是受恶劣复杂的水下成像环境影响,水下光学图像普遍存在对比度低、图像模糊以及颜色失真等质量退化问题,严重制约水下智能处理系统的性能和应用。如何清晰地重建水下光学图像是国内外广泛关注的、具有挑战性的难点问题。随着深度学习技术的蓬勃发展,利用深度学习来提升水下图像质量成为当前的研究热点。鉴于目前国内在水下光学图像重建方面的研究综述较少,本文全面综述其研究进展。分析了水下图像退化机理,总结了现有水下成像模型以及水下图像重建的挑战;梳理了水下光学图像重建方法的发展历程,根据是否采用深度学习以及是否基于成像模型,将现有方法分为4大类,并按照研究发展顺序,依次介绍4类方法的基本思想,分析其优缺点;归纳了目前公开的水下图像数据集以及常用的水下图像质量评价方法,并对8种典型的水下图像重建方法进行了性能评测和对比分析;总结了该领域目前仍存在的问题,展望了后续研究方向,以便于相关研究人员了解该领域的研究现状,促进该领域的技术发展。     

多聚焦散焦图像复原算法

提出一种多聚焦散焦图像复原算法。基于物体成像的点扩散函数退化模型,通过同一场景(包括前景和后景)中任意2幅对焦不同的模糊图像,得到该场景比较清晰的图像。同时,利用点扩散函数的模糊半径与物体深度信息之间的对应关系,估计物体的深度信息。实验结果证明了该算法的有效性。     

基于修正模型与暗通道先验信息的水下图像复原

受到复杂成像环境影响,光学视觉系统获取到的水下图像普遍存在对比度低、模糊和颜色失真等问题．为此,本文提出一种基于修正散射模型的水下图像复原算法．首先,深入分析光在水下的吸收衰减特性,在简化大气散射模型的基础上,将水体背景光融入到模型的直接衰减项;其次,考虑到水下红光迅速衰减,采用红通道的逆通道对其进行补偿;然后,使用基于四叉树的分级搜索算法估计水体背景光值;最后,在修正的成像模型基础上,结合水下暗通道先验信息估计介质透射率进而复原水下图像．实验结果表明,本文算法水下复原后的图像色彩自然,能有效恢复出远景区域的细节信息,图像对比度、色度和饱和度的综合评价指标整体优于对比算法,适用于不同类型的水下退化图像．     

基于衰减补偿与直方图拉伸的水下图像增强算法

水下物理环境复杂多变,导致获取的水下图像颜色失真、对比度低且细节模糊,影响了水下场景探测的准确性。结合衰减补偿和直方图拉伸技术,提出水下图像增强算法ACHS。根据不同颜色通道的衰减特性,设计基于衰减补偿的颜色校正方法解决水下图像颜色失真问题。将需要颜色校正的水下图像从RGB颜色模型转换到LAB颜色模型,使用引导滤波将亮度通道L分解为基础层和细节层,同时提出基于K-means聚类的双直方图增强算法用于增强基础层的对比度,通过Gamma校正突显细节层的纹理结构。在此基础上,累加亮度通道L的基础层和细节层,并将其从LAB颜色模型转换到RGB颜色模型以获取最终的增强图像。实验结果表明,与GDCP、REBE、WaterNet等算法相比,经该算法增强的水下图像可视度较高,并且具有自然的颜色和清晰的细节。     

基于小波变换的水下降质图像复原算法

根据水下成像的物理模型,提出一种基于小波变换的水下降质图像清晰化处理算法。该算法将RGB图像转换为YUV图像,根据图像的对比度,对亮度Y图像利用小波变换自适应估计介质散射光的大小,增强水下降质图像的对比度,并在小波变换的低频子带上进行非线性亮度调节,消除水下图像的光照不均问题,将亮度Y图像的处理结果与颜色分量U、V合成得到清晰的水下彩色图像。实验结果表明,该算法可以自适应实现水下观测图像的清晰化处理。     

自适应直方图均衡化改进的全变分图像修复

为了解决全变分(TV)模型修复窄带图像缺陷时产生的视觉不连通的问题, 改善图像修复的效果. 采用可以强化细节的自适应直方图均衡化(CLAHE)操作来扩大图像的动态范围; 在全变分变换后对图像不连通区域做形态学运算来平滑并消除图像中的孤立点. 文章给出了算法原理和实现步骤, 实验结果表明修复之后的图像峰值信噪比提高, 视觉连通效果较好.     

基于鲁棒性的图像修复

研究了一类具有"突出"部分,如十字交叉,且带有椒盐噪声的模糊降质图像。在吸取了鲁棒性去椒盐噪声及p(x)-调和映照保持边界轮廓的优势上,建立了一个变分模型,然后利用负梯度流方法进行迭代。实验结果表明,该方法较好地保持了原图像的轮廓。     

基于低分辨率图像融合的超分辨率恢复方法

提出一种基于多帧低分辨图像融合的超分辨率图像恢复算法。将多帧低分辨图像融合成一帧与高分辨图像分辨率一致的图像,并对其中一幅低分辨图像插值,形成迭代恢复算法的初始值,在此基础上以Tikhonov正则化方法求解原始高分辨图像。分析和实验结果表明,该算法具有良好的鲁棒性,并且计算速度较快。     

基于小波的泳池水下图像去噪算法研究

本文以泳池智能救生系统为背景,研究基于小波的泳池水下图像去噪算法.首先对阈值的选取进行讨论,然后分析了阈值函数的选择对去噪效果的影响,并提出采用改进的非线性阈值函数.最后通过仿真实验验证算法的有效性,仿真结果表明,基于非线性阈值函数的小波去噪算法能够获得较高的PSNR值,实时性满足救生需求,能够较好地应用于泳池水下图像的处理.     

水下图像处理技术研究综述

随着自主式水下机器人的发展,水下探测技术成为新的研究热点。然而,吸收效应和散射效应导致水下获取的图像存在雾化和色彩偏差等缺陷。降质的水下图像在一定程度上降低了水下目标识别的准确性。为了改善水下图像质量,国内外学者对水下图像处理方法进行了深入研究。因水下图像处理方法对提升水下目标识别准确性具有良好的促进作用,故其具有重要的研究与分析价值。介绍了水下成像模型,分析了水下图像视觉质量下降的原理;根据水下物理成像模型将水下图像处理方法分为水下图像增强与水下图像复原,并分别对两类方法的研究现状进行分析与归纳;最后,总结与讨论了各类方法的优缺点,并展望了未来的发展方向。