关于水下图像颜色补偿校正的研究

摘要

水下光学图像探测技术是海洋开发、探测常用的关键技术，而图像的颜色信息作为反应物体特性的重要信息，对于水下目标物体的识别和分类起到重要的指导作用。然而，由于光在水体中传播时，受到水体吸收和散射的影响，光能随着波长和水深度衰减，水下图像往往出现模糊不清，尤其是颜色出现偏差，这些水下图像就不能用于目标物体的识别和分类。因此，水下图像颜色的补偿校正对于水下物体的探测和观察至关重要。
　　水下光学成像技术主要有传统的成像方法照相和摄像，以及依托于激光的方法，例如激光线扫描法等等。本文在两种水下光学成像方法的基础上，基于色度科学原理，提出了水下图像颜色补偿校正方法。
　　论文第一章以研究背景为开始，介绍了主要的水下光学图像探测方法以及国内外的研究现状。总结了两种主要的水下图像处理技术，包括水下图像复原技术和水下图像增强方法，对国内外的水下图像处理技术研究现状做了综述。第二章对海洋光学理论、颜色科学原理、激光线扫描系统做了原理上的介绍。
　　第三章和第四章是论文的主体部分，在两种水下光学成像方法:传统水下拍照和激光线扫描的基础上，分别对获取的水下图像颜色进行补偿校正。第三章是基于光谱测量的水下图像颜色校正方法，测量白光穿过不同水深的光谱，在CIEXYZ色度系统中计算三刺激值，依据水体物理衰减模型比尔定律得出三刺激值的衰减系数，进而将sRGB颜色空间中的水下图像通过颜色空间转换到CIEXYZ色度系统中，利用衰减系数对图像颜色补偿校正，最后再转换回到sRGB颜色空间显示、保存。最后对色差计算，与颜色补偿校正前相比，校正后的图像色差较小，证实了该方法的可行性。
　　第四章是基于激光线扫描的水下图像颜色补偿校正，选择三个红绿蓝三个线激光作为主动光源，依次扫过目标物体，CCD接受扫描视频，得到目标物体三维信息的同时也带有物体的颜色信息，依据颜色混合原理，三个激光的波长作为三原色，白场为C白，建立激光颜色空间，激光颜色空间与常用的sRGB空间三原色的选择不同颜色混合时出现颜色偏差，需要激光颜色空间向sRGB空间的转换，从而对彩色三维重建图像颜色校正。为了补偿在水体中衰减的光，提出了图像颜色补偿校正的方案，首先利用测出的衰减系数对水下图像衰减补偿，然后进行基于颜色空间变换的图像颜色校正，在水深约20cm的水槽中进行了实验，实验中忽略衰减系数的影响，基于颜色混合、颜色空间变换原理进行颜色校正，通过对色板色差计算，色板灰度色校正较好，并且得到物体三维信息，物体尺寸可以精确到毫米量级。
　　最后是对本论文工作的总结，提出了论文不足以及下一步的工作方向。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究背景

1．2 水下图像探测研究现状

1．3 水下图像颜色处理技术

1．3．1 水下图像颜色补偿校正研究现状

1．3．2 水下图像增强研究现状

1．4 论文结构安排

2 原理

2．1 颜色科学原理

2．1．1 CIE标准色度系统

2．1．2 颜色计算测量

2．1．3 数字颜色管理系统空间变换

2．1．4 色差评价

2．2 海洋光学理论分析

2．2．1 水体光学特性

2．2．2 光在水体中的传播

2．3 激光线扫描系统简介

3 基于光谱测量的水下图像颜色补偿校正方法

3．1 水下图像颜色补偿校正方法

3．2 数据采集

3．2．1 白光光谱数据收集

3．2．2 水下图像的获取

3．3 水下图像颜色补偿校正

3．3．1 实验数据处理

3．3．2 实验结果谈论分析

3．4．本章小结

4 基于激光线扫描水下图像颜色补偿校正

4．1 激光线扫描系统简介

4．2 水下图像颜色补偿校正方法

4．2．1 基于颜色空间变换的水下图像颜色校正

4．2．2 水下图像颜色衰减补偿方法

4．3 水下图像颜色补偿校正实验

4．3．1 浅水水下图像颜色补偿校正

4．3．2 实地海洋探测水下图像颜色补偿校正方案

4．3．3 实验结果谈论分析

4．4 本章小结

5 总结与展望

参考文献

致谢

个人简历

课题工作

参加的学术活动

硕士期间获得的荣誉

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