水下成像技术作为人类探索海洋世界的重要手段之一,已广泛应用于海洋地质勘查、水下目标识别及海洋军事等领域。然而水面的随机波动和水下环境的复杂性,会使被观测图像产生几何失真、色偏、对比度低等问题。因此开展水下成像校正技术研究具有重要意义。目前,针对水下图像的低对比度和颜色失真问题,其增强校正的研究方法主要分为两类:基于物理模型与非物理模型。基于物理模型的图像增强研究方法是依据水下光学成像原理,对光照强度及透射率图像进行盲估计,进而求解出对比度高、色彩均衡的复原图像;基于非物理模型的图像增强方法主要是对退化图像的像素点进行直接操作,通过对灰度值的全局调整以达到提高图像质量的目的。针对几何失真的水下图像,校正方法为对图像序列进行迭代配准处理,以均值图像作为参考图像,经过多次循环插值处理后可以有效解决图像畸变失真的问题。本文针对上述水下图像退化失真问题进行了相关研究,主要工作如下:(1)设计了一种基于光照分量的多尺度水下图像增强方案。该方法基于Retinex理论与水下光学成像模型,近似地把光照分量等价于透射率图像;并结合图像构成原理,提出了比例融合方法,使透射率图像更加接近于实际;最后采用高斯金字塔,对透射率图像进行多尺度优化。(2)设计了一种基于水下彩色图像质量评估(UCIQE)函数的水下图像增强方案。该方法通过四叉树搜索算法估测环境光照强度;采用局部区域透射率恒定的假设对图像进行分块处理,在每一图像块内通过UCIQE与信息损失函数构造以透射率为变量的目标函数,并进行最优求解;利用引导滤波对透射率图像进行边缘清晰化处理。实验结果表明,上述两种方案都可以有效地解决水下退化图像的色偏和低对比度问题。(3)研究了以像素点为特征空间的图像迭代配准技术。首先详细介绍了其主要组成部分:插值函数、测度函数及优化函数;然后深入分析了该算法的处理流程;最后自主设计并开发了一款水下扭曲视频校正软件。经过实验测试,该软件能够较好地解决图像几何失真的问题,达到预定效果。