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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。
中图分类号:TN911.73;TP317.4
文献标识码:A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.200398
中文引用格式:于亦飞,李煊,贺榆珊,等. 基于对比实验的水下图像质量提升方法研究[J].电子技术应用,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

海洋是生命的摇篮、资源的宝库、交通的命脉、战略的要地,合理开发和利用海洋资源与国家的兴衰紧密相连[1]。海洋开发离不开各种视觉传感器,常见的水下成像传感器包括声成像、激光成像和可见光成像(全文简称“光成像”)。相对于声成像和激光成像,光成像传感器具有分辨率高、信息获取全面且不易受干扰等特点,尤其在近距离水下目标和环境信息获取中,具有不可比拟的优势。

然而,不同于陆上光成像,水下光成像过程中,受水介质对光线散折射及吸收作用、光照条件变化和成像距离等因素影响,水下图像往往存在模糊严重、对比度低等问题[2]

针对这些问题,学者们研究了一系列的水下图像质量提升方法,如王马华等人[3]考虑内外尺度对波结构函数影响,结合折射率谱,改进水下湍流退化模型以提高复原方法先验知识的完备性,并采用约束最小二乘滤波法进行退化图像复原;张赫等人[4]提出了基于大气湍流模型获取水下图像退化函数的方法,通过反复实验对比图像的复原效果,获得模型参数;TRUCCO E等人[5]基于简化的Jaffe-McGlamery模型提出了自校准恢复滤波器,该滤波器基于两个假设,一是假设均匀照明(浅水中的直射阳光),另一个是前向散射作为主要的衰减成分而忽略后向散射和直接成分,对每一幅图像,其中的光学参数由优化一个基于全局对比度评价函数估计得到。这些方法都是通过降低模糊、提高对比度来实现水下图像质量的提升。

本文选用不同的图像质量提升方法,通过水下对比实验分析不同方法对水下图像质量提升的效果优劣,以确定效果较好的方法,作为进一步研究的方向。另外,为便于开展方法研究,设计并编写完成软件界面。




本文详细内容请下载:http://www.chinaaet.com/resource/share/2000003579




作者信息:

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)




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