丰富的海洋资源对于我国的可持续发展有重要的作用，充分了解海洋，掌握足够的海洋信息是开发海洋的前提条件。水下成像是获取海洋信息的重要手段之一，相比于水下激光与声纳成像，集束光成像具有可实现高速成像、设备简易便携适合小型潜器装备等优点。但是水下成像环境复杂，水体对光能量有较强的吸收作用，光线在水下传输时也会发生前向散射和后向散射，使得图像细节模糊，对比度下降，尤其是强烈的后向散射使整个图像呈雾化效果。水下图像清晰化处理的目的就是消除以上不良影响，提高图像质量。水下图像的清晰化方法有增强与复原两类，本文分别从这两个角度对水下图像进行处理。在图像增强方面，针对水下图像中后向散射噪声主要集中于低频的特点，选用了直方图均衡化、加强型巴特沃斯高通、拉普拉斯锐化的方法予以增强。从Retinex增强方法用于雾天图像增强取得的良好效果得到启发，将其应用于水下图像的增强，并借助小波变换可实现多分辨率分析的特点，将水下图像的低频部分和高频部分分离，对低频使用Retinex增强方法去除雾化效应，调节整体亮度，并对高频进行加强以增强细节。实验表明该方法对提高水下图像对比度，消除模糊有较好效果。在水下图像复原方面，本文的重点是对退化模型的估计描述。首先介绍了维纳滤波、约束最小二乘方滤波、等功率谱滤波等常用复原滤波器的原理及滤波器函数。由于受湍流干扰退化图像和散焦模糊图像在退化形式上与水下图像有相似之处，所以本文引入这两个模型,并采用等功率谱滤波方法实验了湍流模型和散焦模型用于水下图像复原的效果。以往的复原模型参数和许多增强算法的参数都需要通过实验方法获得。在对前向散射和后向散射形成机理深入分析的基础上，本文引入了一种分层散射模型，并以此模型为基础描述了前向散射的水下传递函数和后向散射的统计估计式。对无目标纯后向散射噪声图像求功率谱，拟合得前向散射传递函数和后向散射功率谱估计式中的参数，将前向散射和后向散射的内在关联，通过IOP（光学固有性质）参数的显式形式进行了定量描述，将这一模型与等功率谱图像复原方法结合复原水下图像，取得了较好的效果。