激光水下成像噪声分析及图像处理方法研究

摘要

水下激光成像技术在水下探测等海洋开发中具有重要的实用价值，但由于水介质的特殊性，使其所成图像易受到噪声污染而造成分辨率下降。即使采用了同步扫描和距离选通等技术，获得的成像质量仍然不好，图像存在由后向散射形成的散斑噪声和其他一些高斯噪声的影响。为了进一步改善成像效果，就需要利用数字图像处理技术对水下成像进行后续加工，水下图像处理结果的好坏直接影响到后面的特征提取和目标识别等技术的成败。
　　本文首先介绍了近年发展起来的几种蓝绿激光水下目标探测技术，即距离选通、同步扫描、条纹管3D成像技术和偏振激光成像等，并介绍了相关的探测器件性能参数。
　　其次，研究激光在水中传输的衰减特性中，分析了水体对光的“吸收”和“散射”效应，特别是后向散射的影响，给水下激光成像带来大量的背景噪声，是水下成像高噪声和低对比度的主要成因。特别针对后向散射进行研究，建立重叠系数分析模型，根据典型系统参数计算并绘制了系统的重叠系数和后向散射光随时间的变化曲线。为了验证图像诸多噪声类型中，哪种噪声占主要因素，通过分析分别受到散斑噪声和高斯噪声污染图像的概率曲线及灰度均值方差比等统计特性，找出两种噪声分别作用下的差别，以此作为判断标准，对激光水下图像进行分析比对，可知图像所受噪声的主要成分为散斑噪声，从而为后续图像处理技术提供了依据。
　　最后，在对水下图像进行滤波处理过程中，应用 MATLAB软件分析比较了几种常用滤波方法的图像增强效果，验证了中值滤波在图像处理中的优势所在。通过比较各种算法处理图像的散斑指数、峰值信噪比(PSNR)和归一化均方误差(NMSE)，比较了它们的散斑抑制能力。

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第1章 绪 论

1.1 国内外研究现状

1.2 课题研究背景及意义

1.3 本文的主要工作

第2章 激光水下成像及图像处理

2.1 激光扫描水下成像技术

2.2 距离选通激光水下成像

2.3 高分辨率三维水下成像系统

2.4 偏振成像识别技术

2.5 相关器件发展

2.6 水下图像处理技术

2.7 本章小结

第3章 后向散射模型及性能参数分析

3.1 光在水中的传输特性

3.2 激光信号在水中的衰减

3.3 水介质对光的散射

3.4 后向散射模型

3.5 成像分辨率分析

3.6 本章小结

第4章 实验图像分析处理

4.1 水下图像噪声分析

4.2 预处理技术

4.3 中值滤波的改进

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢

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