基于光束空间展宽的水下前向散射成像模型

基于主动照明的水下成像技术一直是人们感兴趣的方向之一.水对光的强烈散射和衰减,尤其是多次散射效应,使水下光束传输过程变得十分复杂.为分析和仿真水下成像过程,提出了一种基于空间展宽的水下前向散射成像模型,其空间展宽采用Wells提出的调制传递函数(MTF),并考虑了介于目标与接收器之间的水体散射光对像面照度的贡献.模型弥补了Wells模型与实测结果的偏差,仿真图像与实测图像具有较好的一致性,表明了模型在水下前向散射成像仿真方面的有效性.     

布里渊散射在水下激光成像探测中的应用

水下光电成像探测是声纳技术的一种有效补充,然而水下激光成像的后向散射效应严重影响了水下光电成像探测的分辨能力与探测距离.基于激光水下传输的布里渊散射理论,分析了蓝绿激光及其布里渊散射水下传输特性,研究了基于光子晶体滤波器的布里渊散射频移检出技术,设计了同步扫描布里渊散射水下成像装置以及距离选通布里渊散射水下成像装置,以布里渊散射频移的空间分布替代场景反射光强度的空间分布进行水下成像探测,高效抑制水下激光成像后向散射噪声,提高成像探测的作用距离.布里渊散射水下激光成像探测机理的探索将为水下目标光电成像探测技术的发展开辟新的途径.     

基于距离选通的水下偏振光成像系统的研究

光在水下传输受到吸收和散射的影响,限制了水下成像的成像距离和成像清晰度。为能抑制后向散射光的干扰,结合距离选通技术和偏振成像技术的各自的特点,提出了基于距离选通的偏振成像方式。基于距离选通的偏振成像一方面利用同步控制装置,时间上分离目标反射光,另一方面通过水体散射光和物体散射光解偏振度的差异来实现成像。本文分析了基于距离选通的偏振成像原理,具体给出了实验装置和实验过程。通过实验分析,得出基于距离选通的偏振成像技术运用于水下成像的可行性,且能大大提高图像的对比度,使其成像质量优于距离选通方式。     

基于背景光修正成像模型的水下图像复原

光在水下传播时由于受到水体吸收和散射作用的影响,导致水下图像质量严重退化。为了有效去除色偏和模糊,改善水下图像质量,该文提出一种基于背景光修正成像模型的水下图像复原方法。该方法基于对雾天图像的观察,提出了水下图像背景光偏移假设,并基于此建立背景光修正成像模型;随后使用单目深度估计网络获得场景深度的估计,并结合背景光修正的水下成像模型,利用非线性最小二乘拟合获得水下偏移分量的估计值从而实现水下图像去水;最后优化去水后的含雾图像的透射率,并结合修正后的背景光实现图像复原。实验结果表明,该文方法在恢复水下图像颜色和去除散射光方面效果良好。     

距离选通水下激光成像系统信噪比分析与计算

距离选通水下激光成像系统是一种基于时间标记原理的水下光电成像系统,它能够有效抑制水体后向散射光的干扰,提高目标探测距离,具有较高的军事和民用价值。在距离选通水下激光成像系统中,ICCD可能接收到的光信号包括水体后向散射光、目标反射直射光、以及目标反射光的前向散射光。建立了ICCD接收信号光能量的几何模型,在给定开门时刻和选通门宽参数条件下,给出了通过点扩散函数计算ICCD像元上所能接收到的目标反射光的直射光及其所引起的水体前向散射光能量的方法,以及通过水体分层计算水体后向散射光的方法,定义了距离选通水下激光成像系统信噪比,分析了目标距离对信噪比的影响并给出了仿真结果。     

雾的前向散射对距离选通成像系统的影响

根据辐射传输和Mie散射理论，给出了分析雾的前向散射对距离选通成像系统影响的计算方法。首先，采用雾的含水量和能见度的经验公式估计雾滴谱。其次，已知雾滴谱计算Mie散射相函数；进而获得视消光系数。最后，给出了考虑前向散射光的影响时，前向散射光、后向散射光和信号光在距离选通成像系统光电阴极面上的照度随时间的变化规律，以及光电阴极面上目标与背景图像的对比度。结果是目标上的照度、后向散射光和信号光在光电阴极面上的照度增加，目标与背景图像的对比度降低；前向散射光在光电阴极面上的照度远小于后向散射光。     

基于数学形态学的水下激光成像消噪法

水体对光的“吸收”和“散射”效应给水下激光成像带来大量的背景噪声。运用数学形态学运算方法对成像结果进行处理，能够消除背景光噪声，提取出目标信息。实验结果表明，该方法能够提高图像的分辨率和信噪比，改善图像质量。     

水下偏振清晰成像方法综述

水下成像环境复杂多变,在水下视觉的研究中会遇到许多典型的问题:在复杂的光学环境中,水下成像质量急剧下降,传统成像方法中常用的诸如颜色、亮度等特征衰减严重,难以有效地提高水下成像的质量。偏振成像可以对水下散射进行有效抑制,在水下成像环境中,分析目标信息光、后向散射光和前向散射光相应的偏振特性,针对性地解决不同分量对图像的影响进而实现图像质量的提高。基于水下成像物理模型、偏振成像原理详细阐述了水下偏振成像原理,着重论述了几种经典的水下偏振成像方法,总结了当前基于偏振特性的水下成像技术,并对其实际效果进行评价分析,依据现有的水下偏振成像技术的优缺点和实际成像效果对水下偏振成像技术的未来发展进行总结展望。     

水下二维及三维距离选通成像去噪技术研究

相比传统水下摄像机,水下距离选通成像的作用距离可提高两三倍,同时基于该技术可实现快速高分辨率三维成像,在水底详查、避障导航、海洋科学研究、矿藏开发等方面具有广泛应用前景。虽然距离选通成像可通过空间切片的方式抑制水体的后向散射噪声,实现感兴趣区较高质量的成像,但是,在选通图像中仍不可避免地存在空间切片水体的后向散射噪声,导致图像信噪比和对比度降低,尤其是对于远距离目标或低反射率目标。介绍了针对水下距离选通二维成像及三维成像去噪方面的技术研究。在二维成像方面,一是采用双平台自适应增强算法提高图像对比度,更好地满足人眼视觉要求;二是采用参考水体去噪算法实现含目标图像的水体去噪,提高信噪比。在三维成像方面,针对距离能量相关三维成像,一是利用参考水体去噪算法实现去噪三维重建,二是采用双边滤波法对三维图像中数据空洞进行修复,提高三维图像质量。所述四种方法可独立或联合用于水下距离选通成像的去噪增强,提高水下距离选通成像技术的性能。     

基于MSRCR的水下图像清晰化算法

针对水体、悬浮颗粒对光线极强的散射效应导致水下图像细节模糊、对比度下降及颜色失真的问题,在水下光学成像模型的基础上,利用改进的暗通道先验算法对图像进行清晰化处理,并结合MSRCR算法对图像进行颜色恢复,实验结果图像和客观质量评价指标显示,该算法提高了图像清晰度和对比度,并且达到了修正色彩不平衡的效果。