光在水下传播时,受水体吸收的影响,不同波长的光衰减速度不一样。以红色光衰减得最快,绿色光次之,蓝色光衰减得最慢,导致水下图像整体偏蓝绿色调而存在严重的颜色失真。另外,受水中微粒的散射效应影响,使得水下图像对比度较低、模糊。水下图像增强技术的目的是将颜色失真、对比度低、模糊的水下图像通过一定的处理,得到一幅色彩自然、对比度高、清晰的图像,便于人眼感知以及计算机进行分析处理。目前,水下图像增强技术被广泛地应用于监测水下环境、勘探水下资源以及军事作战等众多领域。本文通过大量地研读国内外参考文献,充分理解了水下光学成像的原理,并着重分析了水下图像增强技术的难点,结合多种不同领域的数字图像处理技术,利用颜色校正技术和基于暗通道先验理论的图像去雾技术实现水下图像增强。本文的主要工作如下所述:(1)阐述了水下图像增强技术的研究背景与意义,分析了该技术的研究思路,并对该领域的国内外的研究现状进行了简介,讨论了已有的一些算法存在的不足。对水下图像增强的基础理论作了阐述:先从水下光学成像模型出发,通过详细地分析水下图像的特点,推断出水下图像增强技术的关键----如何有效地校正颜色失真以及去模糊;然后分析了该领域的一些经典的算法,简述其实现过程,并从理论角度对比不同算法的优点和不足。(2)介绍了暗通道先验理论以及使用该理论进行去雾的图像增强算法,详细地论述了这种算法的实现步骤并简要地展示了其增强效果。然后根据水下光学成像特性与大气光散射模型相类似的特点,论述了把暗通道先验理论应用于水下图像增强的可行性,通过相应的仿真实验,分析、总结出如何有效地校正水下图像的颜色失真是影响将该理论应用于水下图像增强处理效果的关键。(3)简述了水下图像颜色校正的研究现状以及相关理论,并介绍了几种现有的颜色校正算法,简要地总结了其实现过程,并展示它的处理效果,然后结合暗通道先验理论,作为本文算法的理论基础。(4)基于颜色校正与暗通道先验理论的水下图像增强算法的实现。本文首先联合灰度世界假设与完美反射各自的优点,提出一种颜色校正方法作为预处理步骤用于校正水下图像的颜色失真;接着为了使暗通道先验理论更适用于水下图像增强,改进了该算法的相关步骤:采用引导滤波代替原始的软抠图算法来细化估计的透射率,结合四叉树分层搜索和暗通道先验理论提高估计的背景光强的准确性;最后对初步增强的水下图像采用瑞利拉伸提高对比度得到最终输出。(5)选取了多组水下图像做了相应的仿真实验,并与现有的几种算法在主观效果和客观指标方面进行了对比。根据实验仿真结果,相较于传统算法,本文改进的算法能取得更佳的视觉效果和更高的客观指标,是一种有效的水下图像增强算法。