弱光水下环境目标图像增强算法研究开题报告
2020-04-13 15:52:40
1. 研究目的与意义（文献综述）
1.1研究目的及意义
近年来，图像处理技术伴随着计算机科学技术的不断发展而发生极大的飞跃，进步非常之大，凡是与成像相关的方面几乎都会用到图像处理技术，而且其发挥的作用不容小觑。图像増强技术是图像处理技术的一种，选用适当的图像增强技术，不仅能起到清晰图像、提高图像质量的作用，还可以有目的、有针对性的增强感兴趣区域、提取出图像中重要有用的信息，去掉无用、兀余乃至噪声信息。清晰高质、细节突出的图像既提高了图像自身的易读性，又能有力保证后期实施目标提取与检测操作的准确性和快速性。
众所周知，由于水体对光线的特殊作用（吸收和散射），使得水下机器人搭载摄像机获取到的水下图像会发生严重的降质现象，无法达到人们预期的目标，这难免会对后期的图像前景分割、目标识别、目标追踪以及预测分析等产生影响。光在水中的衰减将可视距离限制在干净的水中约20米和浑浊水中不到5米。衰减效应主要由两个过程产生：（1）吸收和（2）散射。在吸收过程中，由于光与物质的相互作用，光能沿着光传播的路径转化为其他能量。这个过程会使物体在亮度上产生很大的损耗。另一方面，散射指的是与直线传播路径有关的任何偏转，这是由于光子与介质中悬浮粒子的碰撞引起的。在这种情况下，有两种类型的散射：（1）反向散射，其中来自光源的光线从镜头视场中的粒子反射回来，导致图像中出现斑点光斑并且对比度较低;（2）前向散射，光线在从物体到相机的途中随机偏离，造成模糊。而且现有的水下图像增强技术，大多是解决某一类问题，所以研究一套组合式方法，有效的解决或改善水下图像各类典型问题（如：模糊、对比度低、光照不均匀和噪声等）是非常有必要的。这样不仅可提高水下观测性能，而且其在海洋勘测、海洋科学等领域中的应用具有非常广阔的前景。
2. 研究的基本内容与方案
研究内容：
1. 详细阐述基于色调不变的水下图像增强方法，工作原理、相对简单的图像增强方法的优化及优缺点对比，该方法首先通过在hsi空间中s和i分量进行同态滤波增强，h分量保持不变，来改善光照不均匀问题；然后在hsv空间对s和v分量进行直方图拉伸，h分量仍保持不变，来增强图像对比度；接下来使用小波阀值降噪方法对前两步过程中加强的噪声进行降噪处理并得到最终增强图像。该方法在提高对比度，改善光照不均匀，平衡色彩保真度和降噪方面均有良好表现。
2. 详细阐述基于小波变换的图像增强方法，小波变换具有时域(空域)和频域“变焦距”特性。信号经过一维小波分解后,其各个层次分别对应于不同的频率和分辨率,形成了多分辨率的塔式结构,而相应的小波逆变换可完成信号逆变换。一维小波变换可以通过张量积推广到二维图像,即分别对图像的水平垂直方向进行小波变换,得到3个有方向选择性高频带hl,lh,hh,和1个低频带ll。对低频带ll继续分解,可得多级分解层次，从频谱分析的角度讲，小波变换的结果是原始信号在一系列倍频程划分的频带上的多个高频带数据和一个低频带数据，其中lln反映了图像各主要空域范围的亮度分布和基本面貌，对不同分辨率下的小波分解系数进行类似的高通滤波处理，可以衰减低频信息，增强高频信息，而且小波变换的空频特性在一定程度上保证了图像整体面貌，较好的保留了图像的轮廓和细节。
3. 研究计划与安排
| 2018年3月至2018年3月上旬 | 检索阅读水下图像增强相关的参考文献，包括期刊、学位论文，对所研究内容的背景和研究现状有大体的了解，并作简要的总结分析。另外，翻译相关英文文献一篇。 |
| 2018年3月上旬至3月中旬 | 对研究的内容和方向有了大致的了解，初步确定研究方案，完成开题报告。 |
| 2018年3月中旬至2018年4月 | 基于背景光模型，分析水下环境图像颜色和对比度特点，分析不同水下图像增强和基于颜色特征水下目标识别应用中的表现； |
| 2018年4月至2018年5月 | 基于色调不变的目标，结合小波变换实现水下图像増强方法，完成实例分析，探索目标提取、边缘检测及目标识别方法； |
| 2018年5月 | 撰写论文，并完成论文答辩工作。 |
4. 参考文献（12篇以上）
[1]谢昊伶,彭国华,王凡,杨成.基于背景光估计与暗通道先验的水下图像复原[j].光学学报，2017：1-19.
[2]陈超. 水下图像增强算法研究及其应用[d].大连理工大学,2016.
[3]侯国家. 水下图像增强与目标识别算法研究[d].中国海洋大学,2015.
