《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于对比实验的水下图像质量提升方法研究
2021年电子技术应用第6期
于亦飞,李 煊,贺榆珊,谢金城,朱萧伟,杨如白
中国计量大学 质量与安全工程学院,浙江 杭州310018
摘要: 受水介质对光线的散折射及吸收作用、光照条件变化和成像距离等因素影响,水下图像中往往存在对比度低、模糊严重等问题。针对上述问题,结合学者们在水下图像质量提升方面的研究,以3个水下图像集为对象,选取了9种不同的图像质量提升方法(包括增强和复原方法)进行水下图像对比实验,并从耗时、峰值信噪比、结构相似度、平均梯度、熵值和标准差6方面对实验结果进行分析,得到不同方法之间的优劣情况。其中直方图均衡化和引导滤波的实验结果图像效果最佳,且获得了整体较好的数据结果,这为后续研究提供了方向。
中圖分類號(hào): TN911.73;TP317.4
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(duì)比實(shí)驗(yàn)的水下圖像質(zhì)量提升方法研究[J].電子技術(shù)應(yīng)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(kù)、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(guó)家的興衰緊密相連[1]。海洋開發(fā)離不開各種視覺(jué)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(jiǎn)稱“光成像”)。相對(duì)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(diǎn),尤其在近距離水下目標(biāo)和環(huán)境信息獲取中,具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

    然而,不同于陸上光成像,水下光成像過(guò)程中,受水介質(zhì)對(duì)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(yán)重、對(duì)比度低等問(wèn)題[2]。

    針對(duì)這些問(wèn)題,學(xué)者們研究了一系列的水下圖像質(zhì)量提升方法,如王馬華等人[3]考慮內(nèi)外尺度對(duì)波結(jié)構(gòu)函數(shù)影響,結(jié)合折射率譜,改進(jìn)水下湍流退化模型以提高復(fù)原方法先驗(yàn)知識(shí)的完備性,并采用約束最小二乘濾波法進(jìn)行退化圖像復(fù)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(shù)的方法,通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)對(duì)比圖像的復(fù)原效果,獲得模型參數(shù);TRUCCO E等人[5]基于簡(jiǎn)化的Jaffe-McGlamery模型提出了自校準(zhǔn)恢復(fù)濾波器,該濾波器基于兩個(gè)假設(shè),一是假設(shè)均勻照明(淺水中的直射陽(yáng)光),另一個(gè)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(duì)每一幅圖像,其中的光學(xué)參數(shù)由優(yōu)化一個(gè)基于全局對(duì)比度評(píng)價(jià)函數(shù)估計(jì)得到。這些方法都是通過(guò)降低模糊、提高對(duì)比度來(lái)實(shí)現(xiàn)水下圖像質(zhì)量的提升。

    本文選用不同的圖像質(zhì)量提升方法,通過(guò)水下對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析不同方法對(duì)水下圖像質(zhì)量提升的效果優(yōu)劣,以確定效果較好的方法,作為進(jìn)一步研究的方向。另外,為便于開展方法研究,設(shè)計(jì)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(guó)計(jì)量大學(xué) 質(zhì)量與安全工程學(xué)院,浙江 杭州310018)




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