摘要
海洋中蕴含丰富的矿产资源，开发和利用海洋资源是解决人类资源短缺的重要途径。光学图像为大洋海底科考探测提供更丰富的信息，具有重要的意义。然而由于深海中太阳入射光衰减殆尽，大洋海底表面光学探测需要依靠主动光源进行照明。水体对光的衰减主要由散射和吸收造成，衰减程度与光程呈指数变化，且不同波长衰减程度不同。水下光传输的这种特性，导致光学探测图像亮度和色彩畸变，出现对比度低、偏色等质量退化问题。因此，水下光学图像的增强和质量改善，对提升探测图像的可用性和信息解译具有重要意义。 本文针对水下图像质量改善问题展开研究，从海底表面光学探测的特殊环境、主动光源成像特点、水下光传输特性等入手，建立海底主动光学探测图像增强方法。本文的主要研究内容和贡献概括如下： （1）针对水下辐射传输因光程不同导致的照度不均问题，依据水下点光源成像特点及光辐射衰减机理，建立了基于相对辐射校正的亮度校正方法。该方法以海底表面较为均一且平整的图像作为参考，依据相对辐射校正原理拟合海底光的相对辐射衰减量，，分通道计算图像不同位置上的亮度相对衰减量和补偿量，消除各通道内部因光源不均、光程不同等因素造成的辐射畸变，使得图像中心和边缘具有相对一致的亮度。该方法得到的拟合参数可以对其它同批次海底图像分通道进行亮度均匀性校正。 （2）针对水体对光吸收特性具有一定选择性导致的偏色问题，建立了基于Retinex理论的色彩恢复方法。在遵循水下图像红通道衰减高于绿蓝通道的特征事实下，对通道图像以绿通道为参考进行自适应补偿，之后以灰度世界假设对各通道色彩粗平衡调整。在此基础上进一步依据Retinex理论，并引入引导滤波精细化估计照射分量进行多尺度Retinex色彩恢复，还原了海底图像的自然色调，从而达到像质改善和增强的目的。 为进一步验证本文方法的有效性，利用大洋海底探测获得的实际图像对本文算法进行实验验证。本文以五种对比方法进行主客观比较分析，结果表明本文方法整体上具有更好的效果，无论是图像亮度均一性校正还是色彩平衡方面，都表现出良好的性能。此外，本文提出的方法仅利用实际采集到的图像进行模型参数自动计算，无需光源、环境特性等先验知识，具有更好的适应性和实用性，为海底主动光学探测图像处理提供了一种实用且有效的方法。
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