De-scattering method of underwater image based on imaging of specific polarization state

Jin-kui CHU; Pei-qi ZHANG; Hao-yuan CHENG; Ran ZHANG

doi:10.37188/OPE.20212905.1207

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De-scattering method of underwater image based on imaging of specific polarization state

Information Sciences | 更新时间：2021-07-08

- De-scattering method of underwater image based on imaging of specific polarization state
- Optics and Precision Engineering Vol. 29, Issue 5, Pages: 1207-1215(2021)
- 作者机构：
  
  大连理工大学辽宁省微/纳米技术与系统重点实验室精密与特种加工教育部重点实验室，辽宁大连 116024
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20212905.1207
  CLC： TP394.1;TH691.9
- Received：10 September 2020，
  
  Revised：05 November 2020，
  
  Published：15 May 2021
- 稿件说明：
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褚金奎,张培奇,成昊远等.基于特定偏振态成像的水下图像去散射方法[J].光学精密工程,2021,29(05):1207-1215.

CHU Jin-kui,ZHANG Pei-qi,CHENG Hao-yuan,et al.De-scattering method of underwater image based on imaging of specific polarization state[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(05):1207-1215.
褚金奎,张培奇,成昊远等.基于特定偏振态成像的水下图像去散射方法[J].光学精密工程,2021,29(05):1207-1215. DOI： 10.37188/OPE.20212905.1207.

CHU Jin-kui,ZHANG Pei-qi,CHENG Hao-yuan,et al.De-scattering method of underwater image based on imaging of specific polarization state[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(05):1207-1215. DOI： 10.37188/OPE.20212905.1207.

摘要

为了实现对浑浊水下模糊图像的去散射处理，建立了水下偏振成像的物理模型，研究了水下散射对偏振光传输的影响，提出了一种基于特定偏振态的水下图像去散射方法。首先，使用偏振相机进行了浑浊水下的成像对比实验。然后，通过优化算法选定了特定的偏振度和偏振角的最优成像区间，从而获得了去散射后的目标图像。最后，对不同情况下目标图像进行主观视觉和客观指标的评价和分析。实验结果表明：目标图像的主观视觉质量显著提升，客观评价指标的EME值提升幅度达455%，方差提升了124%和38%，平均梯度则提升19%和6%。本文的方法能简单有效抑地制浑浊水体的散射，增加图像对比度，改善图像质量。

Abstract

To perform de-scattering of blurred turbid underwater images， we herein develop a physical model of the underwater polarization imaging process， study the effect of underwater scattering on the transmission of polarized light， and then propose a method for de-scattering such turbid underwater images on the basis of a specific polarization state. First， a polarization camera is used to conduct imaging contrast experiments in turbid water. Next， the optimal imaging interval for a specific degree and angle of polarization is selected using the optimization algorithm， following which the target image after de-scattering is obtained. Finally， subjective vision and the objective indicators are evaluated and used as bases for analyzing the target image in different situations. The experimental results indicate that the subjective visual quality of the target image significantly improved， the enhancement measure by entropy （EME） value of the objective evaluation index is increased by 455%， the variance is increased by 124% and 38%， and the average gradient is increased by 19% and 6%. Therefore， the method proposed in this paper can facilitate simple and effective suppression of the scattering of turbid underwater images， increase in the image contrast， and improvement in the image quality.

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Keywords

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