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水下光电对空成像失真现象，主要包括位置畸变和灰度衰减两部分，在分析成像过程的基础上，分别推导出了畸变校正数学模型和灰度校正数学模型。采用双线性插值法来处理空间变换后的灰度插值问题，最终实现了灰度校正和畸变校正的同步。设计了以标准网格为目标靶面的实验来采集匹配点的信息以获取校正模型的相关参数。实验表明本方法能较好地还原出图像的真实信息，对图像失真校正具有较好的实用性。