本文關(guān)鍵詞：水下成像與圖像增強及相關(guān)應(yīng)用研究

  更多相關(guān)文章： 海洋光學(xué) 水下成像 水下圖像增強 潛艇光尾流 微弱目標(biāo)檢測

【摘要】：近年來,隨著國際形勢的不斷發(fā)展,海洋逐漸成為世界各國新的戰(zhàn)略重心。海洋相關(guān)領(lǐng)域的研究對于海洋資源探測與開發(fā)、海洋環(huán)境監(jiān)測和海洋軍事應(yīng)用等都具有重要的意義。在此背景下,本文開展了對水下成像、水下圖像增強、海洋生物發(fā)光、艦船光尾流和水下目標(biāo)檢測與識別等方面的研究。 由于光在水中傳輸時的衰減和散射效應(yīng),水下成像系統(tǒng)通常很難達到令人滿意的成像效果,而成像過程中由于光散射產(chǎn)生的背景光則是造成水下圖像退化的主要原因。本文通過對水下成像中光散射和光衰減的分析,對自然光照和人工光照兩種不同光照條件下的水下成像進行了建模和仿真分析。結(jié)果顯示,自然光照下的無窮遠處背景光與衰減系數(shù)成反比,與散射系數(shù)成正比；人工光照下的無窮遠處背景光則與衰減系數(shù)、散射系數(shù)和相機-光源距離有關(guān)。兩種光照條件下的背景光都可以用為無窮遠處背景光的指數(shù)衰減表達式來表示。背景光的強度主要與水體光學(xué)參數(shù)、相機-景物的距離、相機-光源的距離及相機成像角等因素有關(guān)。背景光的研究結(jié)論不僅可用于水下成像系統(tǒng)的設(shè)計與優(yōu)化,也可用于從水下圖像背景顏色中估計水體光學(xué)參數(shù)、相機-景物距離等信息。對水下圖像的仿真結(jié)果顯示,直接衰減、前向散射和后向散射對水下圖像的退化程度都與水體光學(xué)參數(shù)和景物距相機的距離密切相關(guān)。 針對光在水下傳輸時的衰減與其波長相關(guān)這一特性,本文提出了一種基于不同光波長衰減的水下圖像增強算法。該算法使用RGB顏色通道的不同傳輸圖分別對不同波長光的衰減進行補償,三個顏色通道的傳輸圖可基于暗原色先驗原理和無窮遠處背景光與水體固有光學(xué)參數(shù)的關(guān)系估計出來。最終,對水下成像模型進行逆求解就可以獲得有效場景輻射,達到圖像增強的目的。該算法不需要預(yù)先知道成像時的水體光學(xué)參數(shù)、相機參數(shù)等信息,而是從水下退化圖像背景顏色中估計出水體光學(xué)參數(shù)。實驗結(jié)果和仿真對比結(jié)果表明,該算法可有效提高水下圖像的對比度并糾正失真的顏色。 基于對海洋發(fā)光生物的發(fā)光特性和潛艇螺旋槳應(yīng)力場CFD仿真分析,研究了艦船光尾流的形成機制與特點。將發(fā)光生物對水流剪切應(yīng)力的響應(yīng)與螺旋槳應(yīng)力場應(yīng)力分布結(jié)合起來,可以大致估計出潛艇光尾流的形狀和大小。仿真結(jié)果顯示,潛艇光尾流長度可達數(shù)百米,可在空中或水下通過觀測光尾流來探測與跟蹤潛艇。最后,本文提出了�？找惑w對潛艇光尾流進行探測與跟蹤的系統(tǒng)架構(gòu),并簡單介紹了其工作流程。
【關(guān)鍵詞】：海洋光學(xué) 水下成像 水下圖像增強 潛艇光尾流 微弱目標(biāo)檢測
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P715.5
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第一章 緒論12-32
• 1.1 海洋光學(xué)的研究和應(yīng)用背景12-13
• 1.2 水下光輻射的研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 水下成像與水下圖像處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀15-23
• 1.3.1 水下成像技術(shù)研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3.2 水下圖像增強技術(shù)研究現(xiàn)狀17-20
• 1.3.3 水下圖像復(fù)原技術(shù)研究現(xiàn)狀20-23
• 1.4 海洋發(fā)光生物和潛艇光尾流的研究現(xiàn)狀23-24
• 1.5 水下目標(biāo)探測與識別技術(shù)的研究現(xiàn)狀24-28
• 1.6 選題意義、研究內(nèi)容及主要創(chuàng)新點28-32
• 1.6.1 選題意義28
• 1.6.2 研究內(nèi)容及章節(jié)安排28-30
• 1.6.3 主要創(chuàng)新點30-32
• 第二章 海洋光學(xué)與水下圖像增強理論分析32-60
• 2.1 海洋光學(xué)32-46
• 2.1.1 水體光學(xué)特征33-36
• 2.1.2 光在水中的傳輸36-37
• 2.1.3 光在水中的吸收37-40
• 2.1.4 光在水中的散射40-44
• 2.1.5 水下光輻射場44-46
• 2.2 水下圖像處理理論46-55
• 2.2.1 直方圖處理方法46-50
• 2.2.2 濾波方法50-52
• 2.2.3 Retinex理論52-55
• 2.3 水下目標(biāo)識別技術(shù)55-58
• 2.4 本章小結(jié)58-60
• 第三章 水下成像建模與仿真分析60-84
• 3.1 水下成像的照明61-66
• 3.1.1 海水中的太陽光輻射62-64
• 3.1.2 人工光源64-66
• 3.2 自然光照下的水下成像建模66-70
• 3.2.1 自然光照下的水下成像背景光66-69
• 3.2.2 自然光照下的水下成像模型69-70
• 3.3 人工光照下的水下成像建模70-72
• 3.3.1 人工光照下的水下成像背景光70-72
• 3.3.2 人工光照下的水下成像模型72
• 3.4 水下成像的仿真分析72-82
• 3.4.1 自然光照下的水下成像仿真分析74-77
• 3.4.2 人工光照下的水下成像仿真分析77-82
• 3.5 兩種光照條件下成像模型的比較82-84
• 第四章 基于物理模型的水下圖像增強算法84-104
• 4.1 算法概述84-85
• 4.2 暗原色先驗(Dark Channel Prior)85-87
• 4.3 傳輸圖估計87-93
• 4.3.1 R通道傳輸圖估計87-90
• 4.3.2 G和B通道傳輸圖估計90-93
• 4.4 場景輻射恢復(fù)93-94
• 4.5 實驗結(jié)果與對比分析94-103
• 4.5.1 真實圖像對比95-98
• 4.5.2 定量比較98-101
• 4.5.3 視覺比較101-103
• 4.6 本章小結(jié)103-104
• 第五章 潛艇光尾流探測與微弱目標(biāo)檢測104-125
• 5.1 海洋發(fā)光生物104-108
• 5.1.1 海洋發(fā)光生物104-107
• 5.1.2 外界因素對生物發(fā)光的影響107-108
• 5.2 潛艇螺旋槳水流應(yīng)力分析108-117
• 5.2.1 粘性流體中的應(yīng)力109-110
• 5.2.2 潛艇螺旋槳建模110-112
• 5.2.3 潛艇螺旋槳水流應(yīng)力仿真與分析112-117
• 5.3 潛艇光尾流的探測117-122
• 5.4 本章小結(jié)122-125
• 第六章 總結(jié)與展望125-128
• 6.1 本文的主要工作與結(jié)論125-126
• 6.2 未來展望126-128
• 參考文獻128-140
• 攻讀博士學(xué)位期間主要的研究成果140-141
• 致謝141-142

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本文編號：965951