水下影像強化

內容簡介

如何於水下環境擷取清晰影像為海洋工程學之重要議題，水下航行監控、環境評估與礦物探勘等應用之有效性，均端視水下攝影畫質優劣，然而擷取清晰水下影像面臨眾多挑戰。例如:氣候、環境與人為因素…等，許多不確定的變因導致無法取得清晰的水下影像，但其中最主要原因需歸咎於色散導 致之霧化效應以及光線於水中傳播時其各波長能量衰減不一致所造成之色偏現象。霧化現象於視覺上之 呈現結果如同於一張清晰的影像上覆蓋一層薄霧，導致影像模糊不清，而色偏現象則因為藍色光線於水 中之穿透力遠比其他色光強，進而造成水下影像大多呈現偏藍現象，所以於水下環境拍攝之色散及色偏現象會 造成水下影像主題模糊、對比降低及色彩偏移等影響。本研究針對水下影像之色散與色偏失真提出結合除霧演算法及波長能量補償之影像強化演算法，首先以Dark Channel Prior估 測物體至相機距離並產生物體至相機距離深度圖(depth map)， 接著以影像前景與背景之亮度差值來判斷影像拍攝時是否存在人造光源照射；於移除人造光源的影響 後，使用除霧演算法移除色散造成之霧化效應，再以水下背景光之各波長能量剩餘比率估測拍攝場景之 水下深度，最後根據各波長能量衰減進行逆向補償，以還原影像之色偏失真。將自Youtube網 站下載之水下影片分別以WCID、直方圖等化及傳統除霧演算法處理，比較後發現WCID演 算法具有同時解決色散與色偏之能力且可有效提高影像能見度與色彩保真度，使得水下拍攝影像及影片 均獲得良好視覺效果。

圖(一)、Youtube下載之水下影片。

圖(二)、不同波長的光束在水中具有不同穿透力。

系統流程圖