面向凝视型光谱成像系统的水下光谱图像重建方法研究
发布时间：2021-08-02 19:05
水下光谱成像技术在海洋生物识别、海洋地质调查、海洋环境监控等领域有着重要的作用。然而使用水下光谱成像技术对水下目标探测时面临诸多困难,如水体强烈的衰减作用造成光线能量的衰减及光谱特征的改变、强烈的散射光线淹没特征信号等。针对以上的问题,本文设计了一套水下光谱成像系统,并设计了水下光谱图像重建算法,确保系统在水下的实用性。在水下光谱成像系统设计方面,本文设计了凝视型光谱成像仪,单次成像即可获得特定波长的光谱图像,在水下有较好的抗震性能。设计了配套的水下光源与水下激光测距系统,实现了清水中10 m以内400-700 nm波段的光谱成像及测距。开展了光谱成像仪在空气中的绝对辐射定标、光谱分辨率定标和光谱灵敏限定标,确保了系统的可靠性。在水下光谱图像重建算法方面,建立了一套包含了光谱图像的预处理算法（图像去噪与光谱图像配准）、水下光谱图像的辐射补偿算法、水下散射光光辐射矫正算法以及图像增强算法在内的完整水下光谱图像处理流程。光谱图像预处理算法中,针对水下弱光环境图像信噪比低的特点,设计了基于中值滤波与基于去噪神经网络的图像去噪算法。针对不同波段间图像错位的问题,基于SURF算子,在黑白相机的辅...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：157 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２波段扫描式光谱成像系统原理图??
明器和激励源，通过发射高能量脉冲激光照射海底目标（如海底生物），激发海底??目标发出荧光。成像系统采用推扫式结构，采用棱镜分光，对海底目标发射的荧光??进行分光，进而实现光谱成像，其原理如图１．７所示。??水下光谱成像方面，Ａｒｅｔｅ?Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ公司所用海底焚光光谱成像仪在密封后，??亦可搭载在水下运载器上用于海底测量；美国专利水下高光谱成像％］中，作者提??出了一种推扫式高光谱成像设备。该设备安装于水下运载器，用于对水中及海底的??物体高光谱成像。设备使用棱镜分光，通过线拼接成像。??挪威科技大学与Ｅｃｏｔｏｎｅ公司合作，研制了一款水下高光谱成像装置，对该系??统做了大量的测试，并对水下高光谱成像的应用做了大量的探索。该团队使用一??款推扫型的水下高光谱成像仪（ＵＨＩ），并用于水下探测。早在２００９年，该团队将??一款高光谱成像仪置于水下
实现了对海南三亚地区珊瑚礁的近距离光谱成像１４１】。刘洪波与德国ＧＥＯＭＡＲ亥??姆霍兹基尔海洋研究中心合作，设计了一款基于多色照明的光谱成像系统，如??图１．７（ｃ）所示，通过改变照明波长切换探测波段，并实现了?１００ｍ大西洋水中生物的??光谱成像探测［４２］。此外，中国科学院安徽光学精密机械研究所与海军装备研究院??亦对水下光谱成像做了相关探究［４３，？，但尚未开展水下原位探测工作。??１．２．３水下光谱成像技术的难点及解决方案??尽管目前已有水下光谱成像技术相关的科学研究，但相对与星载与机载系统，??水下光谱成像相关的研究及应用依旧比较匮乏。其主要原因有：??１．
【参考文献】：
期刊论文
[1]水下环境与目标监测高光谱成像仪光学系统[J]. 于磊,徐明明,陈结祥,薛辉. 光子学报. 2018(11)
[2]深海光学照明与成像系统分析及进展[J]. 全向前,陈祥子,全永前,李晨. 中国光学. 2018(02)
[3]基于多特征融合的卷积神经网络图像去雾算法[J]. 徐岩,孙美双. 激光与光电子学进展. 2018(03)
[4]光谱成像技术在海域目标探测中的应用[J]. 梅风华,李超,张玉鑫. 中国光学. 2017(06)
[5]改进的Retinex雾天视频图像增强算法[J]. 戚娜. 科技通报. 2015(10)
[6]基于暗通道先验和Retinex理论的快速单幅图像去雾方法[J]. 刘海波,杨杰,吴正平,张庆年,邓勇. 自动化学报. 2015(07)
[7]基于多尺度边缘提取的薄雾图像处理方法[J]. 杨玲,甄志明,刘国红,林德洋. 哈尔滨理工大学学报. 2014(05)
[8]改进的直方图均衡化算法在图像增强中的应用[J]. 姜柏军,钟明霞. 激光与红外. 2014(06)
[9]改进的单尺度Retinex雾天图像增强算法[J]. 张赛楠,吴亚东,张红英,王松. 激光与红外. 2013(06)
[10]改进单尺度Retinex算法在图像增强中的应用[J]. 陈超. 计算机应用与软件. 2013(04)
硕士论文
[1]基于图像的水下三点激光测距系统[D]. 张云菲.浙江大学 2019
[2]基于轮转滤光片的水下光谱成像技术研究[D]. 魏贺.浙江大学 2018
[3]用于水下光谱成像的水下宽谱光源的研究[D]. 陈瑶.浙江大学 2017
[4]图像运动模糊机理与恢复技术方法的研究[D]. 刘益民.南京理工大学 2008
[5]水下非均匀光场建立方法研究[D]. 郭松.中国海洋大学 2008
本文编号：3318107
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：157 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２波段扫描式光谱成像系统原理图??
明器和激励源，通过发射高能量脉冲激光照射海底目标（如海底生物），激发海底??目标发出荧光。成像系统采用推扫式结构，采用棱镜分光，对海底目标发射的荧光??进行分光，进而实现光谱成像，其原理如图１．７所示。??水下光谱成像方面，Ａｒｅｔｅ?Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ公司所用海底焚光光谱成像仪在密封后，??亦可搭载在水下运载器上用于海底测量；美国专利水下高光谱成像％］中，作者提??出了一种推扫式高光谱成像设备。该设备安装于水下运载器，用于对水中及海底的??物体高光谱成像。设备使用棱镜分光，通过线拼接成像。??挪威科技大学与Ｅｃｏｔｏｎｅ公司合作，研制了一款水下高光谱成像装置，对该系??统做了大量的测试，并对水下高光谱成像的应用做了大量的探索。该团队使用一??款推扫型的水下高光谱成像仪（ＵＨＩ），并用于水下探测。早在２００９年，该团队将??一款高光谱成像仪置于水下
实现了对海南三亚地区珊瑚礁的近距离光谱成像１４１】。刘洪波与德国ＧＥＯＭＡＲ亥??姆霍兹基尔海洋研究中心合作，设计了一款基于多色照明的光谱成像系统，如??图１．７（ｃ）所示，通过改变照明波长切换探测波段，并实现了?１００ｍ大西洋水中生物的??光谱成像探测［４２］。此外，中国科学院安徽光学精密机械研究所与海军装备研究院??亦对水下光谱成像做了相关探究［４３，？，但尚未开展水下原位探测工作。??１．２．３水下光谱成像技术的难点及解决方案??尽管目前已有水下光谱成像技术相关的科学研究，但相对与星载与机载系统，??水下光谱成像相关的研究及应用依旧比较匮乏。其主要原因有：??１．
【参考文献】：
期刊论文
[1]水下环境与目标监测高光谱成像仪光学系统[J]. 于磊,徐明明,陈结祥,薛辉. 光子学报. 2018(11)
[2]深海光学照明与成像系统分析及进展[J]. 全向前,陈祥子,全永前,李晨. 中国光学. 2018(02)
[3]基于多特征融合的卷积神经网络图像去雾算法[J]. 徐岩,孙美双. 激光与光电子学进展. 2018(03)
[4]光谱成像技术在海域目标探测中的应用[J]. 梅风华,李超,张玉鑫. 中国光学. 2017(06)
[5]改进的Retinex雾天视频图像增强算法[J]. 戚娜. 科技通报. 2015(10)
[6]基于暗通道先验和Retinex理论的快速单幅图像去雾方法[J]. 刘海波,杨杰,吴正平,张庆年,邓勇. 自动化学报. 2015(07)
[7]基于多尺度边缘提取的薄雾图像处理方法[J]. 杨玲,甄志明,刘国红,林德洋. 哈尔滨理工大学学报. 2014(05)
[8]改进的直方图均衡化算法在图像增强中的应用[J]. 姜柏军,钟明霞. 激光与红外. 2014(06)
[9]改进的单尺度Retinex雾天图像增强算法[J]. 张赛楠,吴亚东,张红英,王松. 激光与红外. 2013(06)
[10]改进单尺度Retinex算法在图像增强中的应用[J]. 陈超. 计算机应用与软件. 2013(04)
硕士论文
[1]基于图像的水下三点激光测距系统[D]. 张云菲.浙江大学 2019
[2]基于轮转滤光片的水下光谱成像技术研究[D]. 魏贺.浙江大学 2018
[3]用于水下光谱成像的水下宽谱光源的研究[D]. 陈瑶.浙江大学 2017
[4]图像运动模糊机理与恢复技术方法的研究[D]. 刘益民.南京理工大学 2008
[5]水下非均匀光场建立方法研究[D]. 郭松.中国海洋大学 2008
本文编号：3318107
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