基于结构光的水下对空成像图像恢复

水的无规则波动和折射会导致经过水-空气界面的图像产生扭曲和变形,从而不可辨认。水下对空成像图像恢复的工作就是在不暴露己身的情况下,不间断地观察水面上或者空中的对象。提出了一种基于结构光的主被动相结合的水下对空成像图像处理方法,将标准的结构光图像作为参考图像,将扭曲的图像向参考图像配准,从而恢复扭曲的图像。实验结果表明,与传统迭代算法相比,上述算法能够在保证恢复图像质量的情况下,大幅缩短处理时间。

水下对空成像Snell窗口的光学问题

Snell窗口是水下对空成像时由于光线的折射现象形成的一个特殊的水面圆形区域,对研究水下对空成像的规律具有重要作用。研究了与Snell窗口有关的三个光学成像现象,即水面等效入瞳、波面曲率的影响以及天空亮度分布,分别建立了目标的水面等效入瞳模型、水下对空成像光学系统简化模型,以及天空亮度分布模型,并给出了部分数值计算结果,对水下对空成像光学系统的设计具有借鉴意义。

反向追迹法获取水下对空全景图像

在水下透过波浪对海面及空中目标成像,所获取的目标图像会发生畸变。为定量分析波浪对图像畸变的影响,建立一种理想的水下对空成像模型,得到透过波浪的全景图像。首先,在给定的成像模型下,运用主光线反向追迹法,由斯涅耳定律计算出与水下入射光线对应的水上折射光线的方向矢量,从而得到天球上目标点与成像靶面上单像素点的物像对应关系。然后,对整个成像靶面上的像素点进行遍历,形成水下对空全景图像。最后,在4种特殊的海面波浪波形下,利用MATLAB环境计算出天空圆形目标及背景的水下对空全景图像。计算结果表明:运用反向追迹法能够有效地计算出水下对空全景图像,通过调整波浪参数,可以定量分析图像的畸变程度。主光线反向追迹法适用于分析透过具有一阶可导波浪的水下对空全景图像的畸变特征,为研究更复杂波浪下的水下对空图像畸变特征奠定了基础。

水下对太阳成像估算海况的新方法

水下对空光电成像探测技术即虚拟潜望镜技术为潜艇在安全深度下实现对海空目标的警戒探测提供了一种新的手段,对提高潜艇的隐蔽性具有重要作用。通过虚拟潜望镜技术获取的水下对空图像,可以解算出海况信息。在此基础上,提出了一种以太阳为观察目标,利用水下相机透过海水及波浪界面对其成像,从而解算海况的方法。在假定波浪为一维正弦波的情况下,仿真计算出在不同成像参数下的一维图像亮度分布,通过比对正弦波参数与图像亮度分布之间的关系,表明该方法可以发展成为一种有效的海况估算方法。

一种补偿水波扰动带来的随机图像畸变算法

透过水空介面成像是透过扰动介质成像领域的一个新方向,与透过单一湍流介质成像相比,这种成像方式的图像退化主要表现为更严重的随机畸变。提出了一种补偿水波扰动带来的随机图像畸变的算法。该方法可以从畸变图像序列中恢复出一帧无畸变的图像。首先对图像序列进行筛选,从图像序列中选出最清晰的一帧作为基准帧。使用非刚性配准结合一些后续处理,估计出基准帧到图像序列几何中心的非刚性变形向量场。然后,用这个非刚性变形向量场对基准帧坐标映射并插值得到无畸变的图像。最后,分析讨论了该算法的优势和局限性。通过实验验证了该算法的有效性。