水下原位图像复原系统及其方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107220944A(43)申请公布日2017.09.29(21)申请号201710232853.1(22)申请日2017.04.11(71)申请人中国海洋大学地址266100山东省青岛市崂山区松岭路238号(72)发明人王楠王晓宇宋晓辉徐建康杜辉(74)专利代理机构常州佰业腾飞专利代理事务所(普通合伙)32231代理人王玉平(51)Int.Cl.G06T5/00(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称水下原位图像复原系统及其方法(57)摘要本发明提供了一种水下原位图像复原系统及其方法,包括水下机器人框架、激光手电筒、CCD相机以及支架，所述水下机器人框架有N条处于同一水平面的横杆，N为大于等于3的整数，在每条横杆的一端均设置所述激光手电筒，在横杆的另一端设置所述支架，所述CCD相机安装在所述支架上，所述激光手电筒正对所述CCD相机，且所述激光手电筒发出的光束与所述CCD相机的镜头处于同一水平线上，本发明采用非盲复原方法，在已知点扩散函数(PSF)的情况下，能够更准确地提取图像信息，获取清晰的图像，解决了水下拍摄图像的降质问题，提高了图像复原质量且适用于不同水质下的降质图像复原。CN107220944ACN107220944A权利要求书1/1页1.一种水下原位图像复原系统，其特征在于，包括水下机器人框架(1)、激光手电筒(2)、CCD相机(3)以及支架(4)，所述水下机器人框架(1)有N条处于同一水平面的横杆，N为大于等于3的整数，在每条横杆的一端均设置所述激光手电筒(2)，在横杆的另一端设置所述支架(4)，所述CCD相机安装在所述支架(4)上，所述激光手电筒(2)正对所述CCD相机(3)，且所述激光手电筒(2)发出的光束与所述CCD相机(3)的镜头处于同一水平线上。2.根据权利要求1所述的水下原位图像复原系统，其特征在于，在所述激光手电筒(2)与所述水下机器人框架(1)之间还设置有一定高度的方块(5)，所述激光手电筒(2)放置在所述方块(5)上，用钢箍(6)将所述方块(5)与所述激光手电筒(2)一起固定在所述水下机器人框架(1)的横杆上。3.如权利要求1所述的水下原位图像复原系统的复原方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：构建水下原位图像复原系统，将所述CCD相机(3)设置在所述水下机器人框架(1)横杆的一端的不同位置处，在横杆的另一端设置有激光手电筒(2)，同时测得所述CCD相机(3)在距激光手电筒(2)N个不同距离处的点扩散函数，N为大于等于3的整数；S2：根据步骤S1中测得的点扩散函数以及体散射函数公式，确定该水下原位图像复原系统的点扩散函数；S3：根据图像退化模型，得到水下降质图像的复原图像。4.根据权利要求3所述的水下原位图像复原系统的复原方法，其特征在于，步骤S2中根据以下公式来确定该水下原位图像复原系统的点扩散函数PSF(θ)：体散射函数：空间频率：式中，θ为角分量，K为常数，c为光束衰减因子，ω为散射反照率，cω为总衰减系数，τ＝kl为光学长度，k为总衰减系数，l为成像距离，θ0为多次散射的平均散射角，φ为方位角。5.根据权利要求3所述的水下原位图像复原系统的复原方法，其特征在于，步骤S3中图像退化模型为：设水下拍摄单元要拍摄的场景为f(x,y)，经过光学成像系统后获得的图像g(x,y)＝f(x,y)*h(x,y)+n(x,y)，其中，(x,y)为坐标变量，h(x,y)为光学成像系统的点扩散函数，n(x,y)为加性噪声，*表示卷积。6.根据权利要求3所述的水下原位图像复原系统的复原方法，其特征在于，步骤S1中，同时测得所述CCD相机在距激光手电筒10cm、15cm、20cm处的点扩散函数。2CN107220944A说明书1/4页水下原位图像复原系统及其方法技术领域[0001]本发明涉及图像复原技术领域，具体涉及一种水下原位图像复原系统及其方法。背景技术[0002]地球百分之七十以上的面积是海洋，广袤的大洋中蕴藏着丰富的渔业、矿业资源，这对于缓解人类所面临的越来越大的人口、资源、环境压力有着至关重要的作用，因此海洋信息的获取、传输和处理等理论与技术的重要性也更加凸显。[0003]水下机器人作为探索海洋的重要手段之一，能够在水中长时间工作，执行水下观察、摄影、打捞和施工等任务，同时在军事上也有用武之地，用于侦察、布雷等。这些任务的成功都离不开对水中信息的获取，因此，现在的水下机器人大都配备了图像处理识别系统，水下信息获取的准确性也就具有了现实意义。[0004]水下图像的典型特点表现如下：(1)水下成像最本质直接的物理特性即水体对光线的吸收导致光能量的衰减以及水分子和水中杂质引起的散射现象对光线的偏移，这些情况导