深海環(huán)境視頻圖像自適應(yīng)增強(qiáng)技術(shù)研究.pdf

1、近年來，隨著科學(xué)家們對海洋探索興趣的增加，海底探測技術(shù)迅速發(fā)展起來。水下作業(yè)機(jī)器將收集到的視頻信息發(fā)送給上位機(jī)，這些視頻圖像在監(jiān)測海洋生命、地質(zhì)評估、生物環(huán)境監(jiān)測以及海底資源勘探等方面扮演著重要角色。
　　水下拍攝設(shè)備在淺海成像的光源有兩部分：一部分是直接傳輸?shù)綌z像機(jī)的由目標(biāo)物體表面反射的光，另一部分是經(jīng)過懸浮顆粒多次散射形成的背景光。懸浮顆粒由沙子、礦物質(zhì)顆粒、浮游生物等組成，這些懸浮顆粒分散了到達(dá)攝像機(jī)的光束，造成拍攝到的圖像

2、畫質(zhì)模糊不清。淺海成像存在的另一個(gè)問題是圖像顏色變化，光線在海底傳輸?shù)倪^程中不斷衰減，隨著深度的增加衰減幅度加劇，同時(shí)波長越長衰減越快。藍(lán)色光的波長最短，所以衰減最慢，因此海底視頻圖像也多呈現(xiàn)藍(lán)色。深海視頻成像除了上述問題外，還存在曝光過度和曝光不足現(xiàn)像，究其原因是深海環(huán)境黑暗，自然光已然衰減殆盡，必須采用人工光源照明，這就造成圖像出現(xiàn)光照不均的問題。當(dāng)前圖像處理的研究主要致力于陸上圖像處理的層面，本課題主要針對深海視頻圖像畫質(zhì)模糊，顏

3、色變異以及因光照不均而同時(shí)存在曝光過度和曝光不足現(xiàn)象的特點(diǎn)進(jìn)行算法研究，在保證圖像質(zhì)量的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種圖像增強(qiáng)算法。
　　本文完成的主要工作是首先將輸入視頻分解成圖像，采用基于 JPEG壓縮圖像的無參考質(zhì)量評價(jià)算法進(jìn)行圖像質(zhì)量評價(jià)，如果圖像通過質(zhì)量評價(jià)，說明圖像畫質(zhì)清楚，滿足后續(xù)研究的需要可以直接輸出，若未通過質(zhì)量評估則必須采用后續(xù)方法進(jìn)行增強(qiáng)。
　　圖像質(zhì)量評價(jià)之后首先對圖像進(jìn)行去霧處理，因?yàn)楹５坠庹詹蛔?，所以畫質(zhì)模糊是

4、海底圖像常見的問題之一，本文采用基于暗原色先驗(yàn)的單幅圖像去霧算法進(jìn)行畫質(zhì)復(fù)原。經(jīng)過這一步的處理，圖像模糊現(xiàn)像基本消除。然而由于海底成像時(shí)的光照不均問題，圖像中普遍存在曝光過度和曝光不足區(qū)域，仍需采取相應(yīng)的圖像增強(qiáng)算法進(jìn)行處理。
　　本文中針對海底圖像普遍存在曝光過度和曝光不足區(qū)域這一現(xiàn)像，提出了一種圖像增強(qiáng)算法，該算法首先提取圖像曝光過度和曝光不足區(qū)域，分別求出這兩個(gè)區(qū)域的上下限；其次，計(jì)算圖像的動(dòng)態(tài)范圍，判斷其是否存在“閑置動(dòng)態(tài)