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1、水下圖像增強和復(fù)原方法研究ResearchofUnderwaterImageEnhancementandRestorationMethods工程領(lǐng)域：電子與通信工程作者姓名：孫美雙指導(dǎo)教師：徐巖副教授企業(yè)導(dǎo)師：吳蔚華天津大學(xué)電氣自動化與信息工程學(xué)院二零一七年十一月摘要近年來，隨著陸地資源的減少，海洋成為人類獲取資源的重心。海洋圖像可以直觀地反映水下環(huán)境信息，因此對水下圖像的分析處理有利于海洋勘探、海洋環(huán)境監(jiān)測、海洋軍事應(yīng)用等方面的研究。為了高效獲取海洋信息，采用圖像處理技術(shù)清晰化水下圖像具有重要意義。在此背景下，本文的主要工作內(nèi)容有以下幾點：第一，通過分析光在水下傳
2、輸過程中所產(chǎn)生的吸收和散射作用，分別對水下圖像基于非物理模型和基于物理模型進行分析，為后續(xù)水下圖像增強和復(fù)原提供了依據(jù)。第二，提出一種分層加權(quán)融合的水下圖像增強算法。該算法通過引導(dǎo)圖像濾波有效去除噪聲并保留邊緣信息；然后利用拉普拉斯金字塔分解濾波圖像，以便為后續(xù)圖像融合減少時間復(fù)雜度，通過引入權(quán)重影響因子修正權(quán)重圖來進一步突出細(xì)節(jié)；最后采用拉普拉斯金字塔重建得到增強的水下圖像。該方法提高了圖像對比度，顏色得到了校正，并且提高了效率。第三，提出一種基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)原水下圖像的方法。首先根據(jù)清晰圖像，通過水下圖像退化模型模擬水下圖像的形成過程，建立水下圖像的圖像庫；然
3、后提出一種用于水下圖像增強的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，該模型可以直接在清晰圖像和水下圖像之間建立映射關(guān)系得到水下圖像的特征；最后，通過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提取的圖像特征，對水下圖像進行復(fù)原。經(jīng)過該算法得到的圖像提高了清晰度且顏色校正效果較好，為水下圖像復(fù)原方法提供了一種思路。關(guān)鍵詞：水下圖像，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，圖像增強，圖像復(fù)原，對比度，顏色校正IABSTRACTInrecentyears,withthereductionoflandresources,marineresourceshavebecomethefocusofcontinuousstruggle.Marineimagesc
4、andirectlyreflectunderwaterenvironmentinformation,sounderwaterimageanalysisandprocessingisconducivetotheresearchofmarineexploration,marineenvironmentalmonitoring,marinemilitaryapplications.Inordertoefficientlyobtainmarineinformation,itisimportanttouseimageprocessingtechnologytoclarifyu
5、nderwaterimages.Inthiscontext,themainworkofthispaperhasthefollowingpoints:Firstly,underwaterimagesareanalyzedbasedonnon-physicalmodelandphysicalmodelrespectivelybyanalyzingtheabsorptionandscatteringoflightduringunderwatertransmission,whichprovidesthebasisforsubsequentunderwaterimageenh
6、ancementandrestoration.Secondly,anunderwaterimageenhancementalgorithmbasedonhierarchicalweightedfusionisproposed.Guidedimagefilteringistakenintoconsiderationwhichcaneffectivelyremovenoiseandretainedgeinformation.ThenLaplacianPyramidisusedtodecomposethefilteredimageforsubsequentimagefus
7、ion.Inaddition,theproposedmethodintroducesweightinfluencefactortomodifyweightmapswhichaimstofurtherenhanceedge.Finally,theenhancedimagesareobtainedbyreconstructedfunctionofLaplacianPyramid.Theproposedalgorithmimprovescontrastandthecoloriscorrected.Thirdly,amethodofrestoringunderwater
