清晰水下图像对于人类水下活动的开展十分重要,然而光在水中传输时会受到水体和水中微粒的吸收和散射作用,造成成像模糊和色差,为提高水下图像质量,本文开展了基于水下成像模型的图像复原方法研究。本文系统总结了自然水体的光传输模型,并拓展得到传统水下成像模型表达。为复原水下图像,首先提出了基于传统水下成像模型的图像复原方法,通过反演水体衰减系数完成图像复原;之后构建相机空间下的宽波段水下成像模型,针对现有研究指出的该模型直接光分量和后向散射光分量衰减系数不相同的问题,建立起水下图像局部线性成像模型,并提出局部线性模型的拟合求解方法,完成图像复原。本文主要研究内容如下:（1）传统水下成像模型的分通道表达在每个通道选取一个标准波长来描述图像衰减特性,直接光分量和后向散射光分量的衰减系数视为相同。根据该模型,通过求解背景光、场景深度和衰减系数完成水下图像复原。首先根据背景区域光强特点估计出全局背景光;接着基于水下光传输特性完成场景深度融合估计;利用场景深度,使用非线性拟合从图像反演出衰减系数的初步结果,并结合灰度世界假设进行衰减系数优化,完成图像复原。（2）构建了相机空间下的宽波段水下成像模型并得到分通道表达形式,该模型更准确地描述了捕获图像强度。针对现有研究指出的该分通道模型直接光分量和后向散射光分量衰减系数不相同的问题,建立了水下图像局部线性成像模型。局部线性模型反映了局部区域内水下图像强度和目标光强度间的线性正比关系,模型斜率和截距分别表征局部区域的传输率和后向散射光。通过求解线性模型可同时获得局部区域传输率和后向散射光,降低参数求解复杂度。为求解线性模型,提出基于图像局部特殊值获取拟合点的方法,完成模型拟合求解。由局部区域拓展到全局区域,得到全局传输率和后向散射光,实现目标信息反演。相比传统水下成像模型,局部线性模型包含了更详细的水下成像机理描述,将整个后向散射光看作整体,只需求解直接光分量传输率,提供了两个衰减系数不相同情况下复原图像的方法,为水下图像复原提供了一个新角度。（3）对两个水下图像复原方法进行了大量实验,从定性和定量两个角度证明方法有效性,这两个基于水下成像模型的复原方法均能提升图像清晰度,去除颜色色差,恢复图像质量。相比于直接基于传统水下成像模型的方法,基于局部线性模型的复原方法结果更好。