渾濁水體中多照明模式下成像最佳化處理方法研究

《渾濁水體中多照明模式下成像最佳化處理方法研究》是依託中國海洋大學，由王國宇擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：渾濁水體中多照明模式下成像最佳化處理方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王國宇
• 依託單位：中國海洋大學

中文摘要

由CCD和照明光源構成的水下視覺系統正在逐漸成為水下小型潛器的通用感測裝備，目前在套用中面臨的關鍵問題是在未知的渾濁水體中的二維成像處理和三維測量可能失效。本課題在前期對水下成像的散射傳輸基本特性研究的基礎上，將系統研究水下視覺系統在渾濁水體中的二維和三維感測信息的綜合處理方法。首先深入研究渾濁水體中的前向散射和後向散射特性及其描述方法，提出在未知的強散射環境中水下目標成像的最佳化復原方案。其次根據水下視覺系統多照明模式的特點，提出利用結構化的束照明成像同時實現渾濁水體中目標的二維成像和三維測量的新思路。研究內容包括基礎性實驗研究、強散射介質中成像的最佳化復原算法研究以及水下多照明模式下成像處理研究。課題研究對於克服水下視覺系統在複雜環境套用中的主要障礙，提高水下小型潛器二維和三維視覺信息的感知能力有重要的套用價值，對於強散射條件下的視覺信息處理也有重要的科學意義。

結題摘要

本項目以實現渾濁水體中目標圖像清晰化復原和目標三維重建為套用目的，對水下結構光掃描成像計算方法和基於單幅圖像的去霧復原和三維重建方法進行了系統研究。在水下結構光掃描成像計算方法的研究中，提出了基於線性系統復原的新的成像模型。提出一種虛擬接收孔徑方法以抑制後向散射以及編碼結構光成像以解決成像復原的病態問題。提出一種結構光成像結合泛照明成像的去後向散射方法，通過構造聯合成像模型實現目標圖像復原。在此基礎上改進了結構光三維測量的光條中心提取算法。 在基於單幅圖像的去霧和三維重建方法研究中，提出一種套用光度立體學技術實現單幅水下圖像三維形狀估計的方法，通過對目標表面形狀進行多面體近似，將基於單幅圖像的光度立體學三維重建的欠定問題轉化為超定問題，以犧牲空間解析度為代價獲得動態條件下目標的三維形狀近似估計。 針對散射介質中單幅圖像去霧復原問題，提出一種對局部模糊核和透射率同時進行估計的方法，實現了對模糊核和透射率的數值化估計和圖像去霧與去模糊的聯合復原。針對單幅圖像去霧復原中先驗信息缺乏的問題，提出一種基於MRF模型的去霧復原方法，通過MRF建模對不滿足暗通道先驗的局部透射率進行矯正，同時利用MRF模型中的平滑項對透射率圖進行有效的平滑以替代傳統算法中的濾波細化步驟。同時提出了一種結合介質傳輸特性和MRF模型的水下圖像顏色修複方法。 對深度學習方法在水下圖像處理領域的套用進行了研究。提出一種弱監督學習和強監督學習配合使用的方案以解決水下圖像缺乏“真值”圖像的難題，提出了一個用於水下圖像增強的深度殘差學習模型。 此外，為了充分利用水下光學感測所具備的顏色屬性以提取目標特徵，本項目延伸進行了關於顏色信息特徵表示方法的基礎性研究。套用微分幾何與李群論的方法，對彩色圖像光度變換下的微分不變結構以及幾何-光度聯合變換下的微分不變結構進行了相關研究。