小型水下成像系统设计与图像处理算法

"一种小型水下连续光成像系统设计 (2014年)" 这篇论文主要探讨了如何设计一种小型水下连续光成像系统，旨在提升小型水下载具和潜水员的水下视觉能力。系统的核心是采用多片大功率LED作为光源，通过CCD（电荷耦合器件）来捕获图像。为了改善图像质量，研究团队基于对连续光照明下水下图像特性的分析，开发了一种基于模型法的图像处理算法。 系统采用了TI公司的DM642嵌入式图像处理平台，这是一个基于C64x DSP内核的芯片，具备高性能的视频/音频处理能力。图像处理电路包括DSP芯片、视频编解码器、SDRAM、FLASH存储芯片和CPLD控制芯片。CCD捕获的模拟电视信号经过TVP5150PBS转换为数字视频，由DM642进行处理，然后通过SAA7121H编码为PAL制式的模拟视频输出。 在图像处理算法方面，首先进行了去噪处理，采用了自适应中值滤波器，考虑到相邻帧之间的相关性，扩展了传统的自适应中值滤波，包含前后两帧的像素信息，以减少目标与成像系统相对运动的影响。接下来是细节增强阶段，论文采用了模型法，基于光照物理模型恢复图像的质感，公式(1)展示了这一过程，其中输入图像的亮度被分离为散射光成分和光源非均匀变化成分，以增强图像的清晰度和对比度。 在实验阶段，系统在室内水池和外场环境下进行了测试。针对黑白条纹靶板，系统达到了2.3倍衰减长度以上的极限探测距离，证明了其在水下成像的远距离能力。图像处理算法表现出了良好的适应性，能够应对多种背景和系统结构的变化，有效地提高了图像对比度，突显了目标细节。 这项工作为水下视觉技术提供了一种高效且适应性强的解决方案，对水下探索、海洋科学研究等领域有着重要的实用价值。通过优化的图像处理算法，即使在复杂的水下环境中，也能获取高质量的图像，提高了水下目标的识别和分析能力。