Морские информационно-управляющие системы Декабрь 2014, № 6 | Page 51

Рис. 5. Схема формирования подводных изображений

Известны [ 14, 16 ] негативные факторы, характерные для подводной видеосъемки:

1) быстрое затухание света, которое требует применения специальных аппаратных источников освещения; при этом искусственное освещение сцены неоднородно и приводит к яркому пятну в центре изображения, в свою очередь окрестность остается плохо освещенной;

2) преобладание синей и зеленой цветовых компонент в необработанных подводных видеоизображениях, которое происходит из-за того, что красная компонента сильно поглощается средой и фиксируется только на расстоянии менее одного метра;

3) усиление эффектов затухания и поглощения, которые происходят из-за неоднородности типа и концентрации взвешенных частиц, что приводит к размытию изображения( прямое рассеивание), искажению цвета, а также к появлению ярких артефактов, известных под названием « морской снег »;

4) искажение контраста изображения, которое происходит из-за нестабильности оптических свойств подводной среды.

Особенности подводной видеосъемки, учтенные при разработке алгоритма улучшения качества изображений, представлены на рисунке 5.

Для подводных изображений характерно наличие двух условных источников освещения. Первым источником является подсветка камеры, которая ослабляется поглощением и рассеиванием в воде. Сигнал, приходящий на фоторегистрирующее устройство от данного источника, формирует исходное( искаженное) изображение. Этот сигнал состоит из двух частей: компоненты прямой передачи и компоненты прямого рассеивания [ 14 ].

Вторым источником является свет, отраженный от различных элементов, находящихся вне снимаемой сцены, и характеризуемый величиной обратного рассеивания.

Метод программной предобработки подводных изображений, проводимой с целью улучшения качества, основан на неоднородной коррекции цвета и освещения [ 17 ].

Рис. 6. Примеры полученных в ходе исследования видеоизображений с применением разработанного алгоритма: А – исходное изображение, Б – изображение после обработки, В – увеличенный фрагмент исходного изображения, Г – увеличенный фрагмент изображения после обработки

В работах [ 14, 16, 18 ] описано довольно много способов борьбы с вышеописанными эффектами в подводных изображениях, но почти все они целиком или частично являются аппаратными.

Представлен полностью программный алгоритм устранения подводных искажений и улучшения качества изображений. Такой подход не требует предварительной калибровки и одинаково эффективен при работе с изображениями, полученными на глубинах от 30 до 100 метров. Предложенная модель искажений подводных изображений предполагает проводить обработку в следующем порядке. Вначале необходимо удалить аддитивную компоненту муарового эффекта, который проявляется в виде узора, возникающего при наложении двух периодических сетчатых рисунков. Данный этап является очень важной частью алгоритма, так как его отсутствие приводит к неэффективности дальнейшей фильтрации. После этого производится удаление мультипликативной компоненты прямого рассеивания, которая описывает фактор неравномерности освещения в полученном изображении. Данная компонента изменяется сравнительно медленно, следовательно, для ее устранения целесообразно проводить гомоморфную фильтрацию в частотной области. В работах [ 19, 20 ] показано, что для полного устранения мультипликативных искажений частотной области необходимо дополнительно осуществлять вейвлет и анизотропную фильтрацию подводных видеоданных, после чего требуется проводить коррекцию цвета для уменьшения влияния искажения. В целом разработанный алгоритм включает 9 этапов. Экспериментальные исследования предложенного алгоритма улучшения качества подводных видеоданных

No. 3( 6) / 2014, Морские информационно-управляющие системы 49