《電子技術應用》
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基于對比實驗的水下圖像質量提升方法研究
2021年電子技術應用第6期
于亦飛,李 煊,,賀榆珊,,謝金城,朱蕭偉,,楊如白
中國計量大學 質量與安全工程學院,,浙江 杭州310018
摘要: 受水介質對光線的散折射及吸收作用、光照條件變化和成像距離等因素影響,,水下圖像中往往存在對比度低,、模糊嚴重等問題。針對上述問題,,結合學者們在水下圖像質量提升方面的研究,,以3個水下圖像集為對象,選取了9種不同的圖像質量提升方法(包括增強和復原方法)進行水下圖像對比實驗,并從耗時,、峰值信噪比,、結構相似度、平均梯度,、熵值和標準差6方面對實驗結果進行分析,,得到不同方法之間的優(yōu)劣情況。其中直方圖均衡化和引導濾波的實驗結果圖像效果最佳,,且獲得了整體較好的數據結果,,這為后續(xù)研究提供了方向。
中圖分類號: TN911.73,;TP317.4
文獻標識碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.200398
中文引用格式: 于亦飛,,李煊,賀榆珊,,等. 基于對比實驗的水下圖像質量提升方法研究[J].電子技術應用,,2021,47(6):82-86,,91.
英文引用格式: Yu Yifei,,Li Xuan,,He Yushan,et al. Research on underwater image quality improvement methods based on comparative experiments[J]. Application of Electronic Technique,,2021,,47(6):82-86,91.
Research on underwater image quality improvement methods based on comparative experiments
Yu Yifei,,Li Xuan,,He Yushan,Xie Jincheng,,Zhu Xiaowei,,Yang Rubai
School of Quality and Safety Engineering,China Jiliang University,,Hangzhou 310018,,China
Abstract: Under the influence of dispersive refraction and absorption of light caused by water medium, variation of illumination condition, and imaging distance, there are always some problems such as low contrast and serious blur devaluing the underwater image. Aiming at above problems, based on some researches which improving image quality, this paper chooses three different of underwater image datasets as targets and nine image quality improvement methods (which contains image enhancement and image restoration methods) to carry out the underwater comparative experiments, while analyzing the experimental results from six separate aspects such as time-consuming, peak signal to noise ratio, structural similarity measure, average gradient, entropy, and standard deviation. Experimental results shows that Histogram Equalization and Guided Filter performed the best according to the processed images, and achieved relatively satisfactory data results on the whole, which was believed to laid a basic foundation for further study.
Key words : underwater image processing;image quality,;histogram equalization,;guided filter

0 引言

    海洋是生命的搖籃、資源的寶庫,、交通的命脈,、戰(zhàn)略的要地,合理開發(fā)和利用海洋資源與國家的興衰緊密相連[1],。海洋開發(fā)離不開各種視覺傳感器,,常見的水下成像傳感器包括聲成像、激光成像和可見光成像(全文簡稱“光成像”),。相對于聲成像和激光成像,,光成像傳感器具有分辨率高、信息獲取全面且不易受干擾等特點,,尤其在近距離水下目標和環(huán)境信息獲取中,,具有不可比擬的優(yōu)勢。

    然而,,不同于陸上光成像,,水下光成像過程中,受水介質對光線散折射及吸收作用,、光照條件變化和成像距離等因素影響,,水下圖像往往存在模糊嚴重、對比度低等問題[2],。

    針對這些問題,學者們研究了一系列的水下圖像質量提升方法,,如王馬華等人[3]考慮內外尺度對波結構函數影響,,結合折射率譜,改進水下湍流退化模型以提高復原方法先驗知識的完備性,并采用約束最小二乘濾波法進行退化圖像復原,;張赫等人[4]提出了基于大氣湍流模型獲取水下圖像退化函數的方法,,通過反復實驗對比圖像的復原效果,獲得模型參數,;TRUCCO E等人[5]基于簡化的Jaffe-McGlamery模型提出了自校準恢復濾波器,,該濾波器基于兩個假設,一是假設均勻照明(淺水中的直射陽光),,另一個是前向散射作為主要的衰減成分而忽略后向散射和直接成分,,對每一幅圖像,其中的光學參數由優(yōu)化一個基于全局對比度評價函數估計得到,。這些方法都是通過降低模糊,、提高對比度來實現水下圖像質量的提升。

    本文選用不同的圖像質量提升方法,,通過水下對比實驗分析不同方法對水下圖像質量提升的效果優(yōu)劣,,以確定效果較好的方法,作為進一步研究的方向,。另外,,為便于開展方法研究,設計并編寫完成軟件界面,。




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作者信息:

于亦飛,李  煊,,賀榆珊,,謝金城,朱蕭偉,,楊如白

(中國計量大學 質量與安全工程學院,,浙江 杭州310018)




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