不同波長(zhǎng)光源照明的水下圖像采集與實(shí)時(shí)處理.pdf

1、隨著海洋資源探測(cè)和水下目標(biāo)識(shí)別的需求不斷增長(zhǎng),水下成像技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景,如魚(yú)群觀察、打撈或救援以及海底地貌探測(cè)。然而復(fù)雜的水下環(huán)境產(chǎn)生的吸收和散射效應(yīng)導(dǎo)致所成圖像的清晰度不高,噪聲污染嚴(yán)重。隨著水下光電成像技術(shù)的發(fā)展,同步掃描成像和距離選通成像技術(shù)都在一定程度上克服了后向散射形成的背景噪聲,但對(duì)光源和圖像采集硬件性能有較高要求,系統(tǒng)復(fù)雜,成本較高?？紤]到水下條件的限制,需要采用硬件結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單且耗能較低的成像與處理技術(shù),來(lái)提高水下

2、成像質(zhì)量和對(duì)成像目標(biāo)的可分辨度。
　　本文首先通過(guò)對(duì)光在水下的衰減特性進(jìn)行理論分析,充分了解水的光吸收散射特性,以合理設(shè)計(jì)水下成像的照明方案和圖像處理方法。然后采用一定的實(shí)驗(yàn)方法來(lái)模擬水下對(duì)光的吸收與散射,在清水中摻入一定量的藍(lán)綠墨水和牛奶,通過(guò)改變它們的比例來(lái)表示具有不同吸收與散射損耗比的不同水域環(huán)境。在不同的吸收與散射損耗特性的水下,采用不同波長(zhǎng)的光源為水下圖像采集進(jìn)行照明,可達(dá)到克服吸收和散射影響的最佳折中,從而獲得可能達(dá)到

3、的最佳圖像清晰度。由于長(zhǎng)波長(zhǎng)的紅光散射損耗小吸收損耗大,而較短波長(zhǎng)的藍(lán)綠光則反之,根據(jù)這一原理,采用紅光和綠光光源照明下采集的圖像進(jìn)行差值處理,即圖像中不同顏色分量的灰度值差去除散射噪聲信息獲取目標(biāo)圖像信息。對(duì)水下采集的靜態(tài)圖像采用這種方法進(jìn)行處理以作效果驗(yàn)證,并與傳統(tǒng)的數(shù)字圖像處理技術(shù)USM銳化進(jìn)行比較,結(jié)果表明這種光學(xué)處理方法,能有效增強(qiáng)圖像清晰度并且計(jì)算量小,處理速度快,占用較少的處理器和內(nèi)存資源,比純軟件處理方法具有更高的性價(jià)比

4、。
　　這一優(yōu)勢(shì)正適合于能耗低而硬件資源配置有限的嵌入式系統(tǒng)中,將這種處理方法應(yīng)用到Android系統(tǒng)的視頻采集中,利用編程接口Camera模塊控制和訪問(wèn)攝像頭硬件。對(duì)于靜態(tài)圖像的采集,設(shè)計(jì)了Android設(shè)備攝像的外置LED閃光燈以達(dá)到大功率(30W)照明同時(shí)保證節(jié)能,攝像時(shí)對(duì) LED光源模塊的觸發(fā)信號(hào)通過(guò)藍(lán)牙進(jìn)行傳輸,實(shí)現(xiàn)了閃光照明與圖像采集的同步。在動(dòng)態(tài)視頻圖像采集中采用了光學(xué)處理方法來(lái)提高處理速度和節(jié)約系統(tǒng)資源。實(shí)現(xiàn)了視頻