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基于后向散射噪声模型的水下图像复原算法研究

作　者: 马田
导　师: 王国宇
学　校: 中国海洋大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 图像复原 点扩散函数 后向散射噪声 维纳滤波
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


原始图像在其获取、储存和传输过程中,由于受到种种因素影响,使得最终获取的图像不可避免地存在图像退化问题,如果不进行适当的检测评定和复原处理,将会直接影响到后续的图像处理环节。海洋是人类生存和发展的重要领域,所以水下图像也日渐成为人们研究的重要领域和方向。对水下降质图像进行复原处理,最大限度地还原出原图像,可获取大量重要信息。但由于水下成像过程复杂,所以如何能尽量精确地复原图像就成为一个重要的研究课题。由于水下成像系统复杂的成像特性,水下图像往往失真严重,水的吸收作用将导致到达目标物的光线衰减,水的散射作用又会使整个成像呈现雾化效果。其中,水的散射作用包括前向散射和后向散射,具体表现在成像系统中分别为系统点扩散函数和加性噪声。水的散射作用是造成图像退化的最主要的因素。而且随着拍摄距离的增大,画面反差降低,也使水下光学成像变得十分困难。因此,水下数字图像复原技术就是要解决此类问题,通过运用不同的复原方法,使水下降质图像获得最大程度的复原效果。本文本着通用性和实时性的原则,对数字图像复原问题做了详细的分析研究,对比研究了几种图像复原的方法,确定维纳滤波是适合对水下图像进行复原的方法之一。重点分析了水下图像的成像原理及光散射作用对图像退化的影响,并针对水下图像特殊的成像机理,提出了一套与之相适用的水下图像退化系统的物理模型,通过此模型,系统而详细的分析研究系统传递函数与后向散射噪声的特性,推导出相应的公式,并根据维纳滤波器的原理,确定滤波器参数,以此对退化图像进行复原处理。实验证明,该方法能够较好地恢复出图像细节,因此具有一定创新性和可行性。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
0 前言  10-15
  0.1 引言  10
  0.2 图像复原技术概述及应用  10-11
  0.3 水的光学特性及对水下成像的影响  11-12
  0.4 本文所做的工作和内容安排  12-15
1 数字图像处理理论及图像复原概论  15-27
  1.1 数字图像处理概述  15-20
    1.1.1 图像的概念  15-16
    1.1.2 图像信号的数字化  16-17
    1.1.3 数字图像的表示  17-18
    1.1.4 数字图像处理概述  18-20
  1.2 数字图像复原  20-27
    1.2.1 图像复原概述  20-21
    1.2.2 退化的数字模型  21-25
      1.2.2.1 点扩散函数  21
      1.2.2.2 图像退化的数学模型  21-25
    1.2.3 图像质量的评价方法  25-27
      1.2.3.1 图像的主观评价  25
      1.2.3.2 图像的客观评价  25-27
2 水下成像系统及几种图像复原方法  27-41
  2.1 水的光学特性  27-28
  2.2 水的光学特性对水下成像的影响  28-32
    2.2.1 水下照明对目标的光辐射  29-30
    2.2.2 成像系统像面上的光线组成  30-31
    2.2.3 像面上各路光线的表示  31-32
    2.2.4 各成像光束对水下成像的影响  32
  2.3 几种图像滤波复原方法  32-41
    2.3.1 约束最小二乘算法  32-34
    2.3.2 Lucy-Richardson算法  34-36
    2.3.3 盲卷积算法  36-37
    2.3.4 维纳滤波  37-41
3 一种基于后向散射噪声物理模型的水下成像退化系统  41-50
  3.1 理想状态下的图像退化物理散射模型  41-45
    3.1.1 退化过程推导  41-43
    3.1.2 实验情况  43-45
  3.2 水下图像退化物理模型光散射特性分析  45-50
    3.2.1 基于物理模型的水体的前向散射效应分析  46-48
    3.2.2 水体的后向散射特性分析  48-50
4 基于后向散射噪声模型的水下图像复原研究  50-59
  4.1 水体后向散射光能量分析  50-51
  4.2 关于后向散射噪声参数的实验估计  51-53
  4.3 水下图像复原实验过程  53-59
    4.3.1 较远距离拍摄的水下模糊图像复原  53-56
    4.3.2 较近距离拍摄的水下模糊图像复原  56-59
5 总结及展望  59-61
  5.1 研究工作总结  59
  5.2 今后工作展望  59-61
参考文献  61-64
致谢  64-65
个人简历  65
攻读硕士学位期间发表的论文  65

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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