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现代图像处理技术在深海高清图像分析中的研究

王昌诚  
【摘要】:由于深海探索所具备的广阔发展前景和较高的投资回报率,近几年来国家不断加大对深海科研考察的投资力度。在深海获取信息多数依靠图像处理手段,高级的视觉处理系统能够为深海科考提供很大便利。本文研究了适于深海环境下的图像预处理和深海双目视觉系统的前期主要环节,得到了以下几个方面的成果。(1)研究了基于视差原理的双目系统模型,对双目摄像机进行标定并获取了相机参数。分析了主流摄像机标定模型。采用Zhang标定法,通过棋盘图角点提取求解了相机参数,并对标定结果进行了优化求精。(2)在分析水的光学特性和海水中成像特点的基础上,设计了一套适于深海环境下的预处理流程。首先对图像进行直方图分析,获得了像素的统计分布信息。再进行线性变换不仅增强了海绵主体信息的对比度,同时去除了绝大多数海山背景。最后针对剩余较多的由悬浮物引入的噪声,通过非线性中值滤波进行平滑,获得了良好的效果。(3)对深海图像进行特征点提取。研究并分析了Harris算子、Susan算子、Moravec算子、Trajkovic算子和CSS算子。并通过大量实验,对Harris算子、Susan算子和CSS算子进行提取效果比较,总结并分析了各类算法检测的优缺点。(4)以实验为基础,对深海图像进行了不同视角下的匹配分析。研究了图像匹配原理以及所要具备的要素。分析了适用于图像匹配的算法,如ABS算法、SSDA算法、NCC算法。对以上算法进行理论分析以及数学表达的同时,也对部分算法以海绵图像为基础进行了实验比较。在参考其它算法不乐观的情况下,引入了SIFT算法。并进行了无视差、有视差、不同尺度、不同图像的仿真比较,证实了该算法匹配效果最好,特征点提取准确率高,极具代表性,十分适合处理深海图像,达到了课题研究的目的。(5)研究了三维重建的理论方法,分析了对极几何、基础矩阵、本质矩阵以及它们之间的相互推导关系。对三维重建的流程进行了概括,为后期研究提供理论依据。


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