水下图像复原方法的研究

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1、水下图像复原方法的研究ResearchontheRestorationMethodsofUnderwaterImages工程领域：电子与通信工程作者姓名：吴琼指导教师：周圆副教授企业导师：王慜高级工程师天津大学国际工程师学院二零一七年十一月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用

2、授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要海洋水体数据的获得对于人类对海洋资源的开发利用有重要意义。在多种海洋数据信息中，水下图像是人类探测海底的必要手段之一，借助计算机视觉，能够较为直观地反映水下真实场景。水下图像具体可应用于海底生物环境检测、能源勘探、水质取样、水下施工。然而，获取的图像

3、普遍存在着对比度低、蓝绿色偏严重的问题，这不仅不利于图像观测，还会对后续的特征提取、图像识别等科学任务造成影响。水下图像复原是指从一幅输入的降质的水下图像中，根据水下成像先验知识和光学物理模型，利用图像处理技术，复原出对比度提升、色偏纠正、信噪比更高的图像数据的过程。水下图像复原技术突破低成本的成像设备和复杂成像环境的限制，降低了技术成本，扩大了应用范围。本文对现有的水下图像复原方法进行研究，创新性地提出基于Color-line的水下图像复原方法。创新点有三：一是引入Color-line颜色空间先验模型，通过分析输入图像中一些图像块中像素点在RGB颜色空间中的分布得到背景光信息，再结合图像中

4、各个像块的Color-line得到局部透射率；二是将对透射率矢量的求解，转化为一个求解景深的非线性最小二乘问题，采用拟牛顿法对透射率和像块Color-line参数进行交替迭代求解；三是基于色彩恒常性假设，通过计算场景中各通道的衰减情况估计场景水深，进而补偿场景中的亮度值在不同波长范围的衰减。实验表明，基于Color-line的水下图像复原方法能够准确估计水下图像透射率和背景光矢量，复原图像在细节、色彩、对比度、自然的观感等方面都有很好的表现。关键词：水下图像复原，图像去雾，海洋光学IABSTRACTMarineinformationplaysanimportantroleintheexplo

5、itationofoceanicresources.Amongvariouskindsofinformation,underwaterimageinformationisoneofthemostessentialwaysofexploringtheoceanbyusingcomputervision.Underwaterimagespresentthetrueunderwatersceneintuitively,andcanbeappliedtounderwaterenvironmentmonitoring,resourceprobing,autonomousunderwatervehicl

6、e,etc.However,underwaterimagestypicallysufferfromlowcontrastandseverecolorcast.Thedegradationproblemcausesnotonlyunpleasingvisibility,butalsodifficultyinsubsequentscientificmissions,suchasfeatureextractionandimageclassification.Underwaterimagerestorationmethodrestorestheimagefromtheinputimagebyimag

7、epriorandopticalformationmodel.Overcomingthephysicallimitationoflow-costimagingdevicesandcomplexenvironment,thetechnologyofunderwaterimagerestorationimprovesthecontrast,colorfidelity,andsignaltonoiseratioof