密 级
桂林电子科技大学
硕 士 学 ½ 论 文
题目
（英文）
不同波长光源照明的水下图像采集与实时处理
Underwater Image Acquisition and Real-time Processing under
Illumination by Light Sources with Different Wavelengths
研 究 生 学
研 究 生 姓
号:
名:
112021605
聂瑛
½志毅教授
工学硕士
物理电子学
2014
年
4
月
2014
年
6
月
指导教师姓名、职务:
申 请 学 ½ 门 类:
学科、专 业 名 称:
提 交 论 文 日 期:
论 文 答 辩 日 期:
摘 要
摘 要
随着海洋资源探测和水下目标识别的需求不断增长，
水下成像技术有着广阔的应
用前景，如鱼群观察、打捞或救援以及海底地貌探测。然而复杂的水下环境产生的吸
收和散射效应导致所成图像的清晰度不高，噪声污染严重。随着水下光电成像技术的
发展，
同步扫描成像和距离选通成像技术½在一定程度上克服了后向散射½成的背景
噪声，½对光源和图像采集硬件性½有较高要求，系统复杂，成本较高。考虑到水下
条件的限制，
需要采用硬件结构½量简单且耗½较½的成像与处理技术，来提高水下
成像质量和对成像目标的可分辨度。
本文首先通过对光在水下的衰减特性进行理论分析，
充分了解水的光吸收散射特
性，以合理设计水下成像的照明方案和图像处理方法。然后采用一定的实验方法来模
拟水下对光的吸收与散射，
在清水中掺入一定量的蓝绿墨水和牛奶，通过改变它们的
比例来表示具有不同吸收与散射损耗比的不同水域环境。
在不同的吸收与散射损耗特
性的水下，
采用不同波长的光源为水下图像采集进行照明，可达到克服吸收和散射½
响的最½折中，
从而获得可½达到的最½图像清晰度。由于长波长的红光散射损耗小
吸收损耗大，而较短波长的蓝绿光则反之，根据这一原理，采用红光和绿光光源照明
下采集的图像进行差值处理，
即图像中不同颜色分量的灰度值差去除散射噪声信息获
取目标图像信息。
对水下采集的静态图像采用这种方法进行处理以½效果验证，并与
传统的数字图像处理技术
USM
锐化进行比较，结果表明这种光学处理方法，½有效
增强图像清晰度并且计算量小，处理速度快，占用较少的处理器和内存资源，比纯½
件处理方法具有更高的性价比。
这一优势正适合于½耗½而硬件资源配½有限的嵌入式系统中，
将这种处理方法
应用到
Android
系统的视频采集中，利用编程接口
Camera
模块控制和访问摄像头硬
件。对于静态图像的采集，设计了
Android
设备摄像的外½
LED
闪光灯以达到大功
率（30W）照明同时保证节½，摄像时对
LED
光源模块的触发信号通过蓝牙进行传
输，实现了闪光照明与图像采集的同步。在动态视频图像采集中采用了光学处理方法
来提高处理速度和节约系统资源。实现了视频图像实时处理，
大大增强了图像清晰度
和观察者对目标的分辨½力。
关键词：水下成像；散射；光学处理；Android
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