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,通過改變它們的比例來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)處理方法來提高處理速度和節(jié)約系統(tǒng)資源。實(shí)現(xiàn)了視頻