[發明專利]一種水下拍攝及圖像處理裝置及方法

在審

• 申請號: 202010102371.6
• 申請日: 2020-02-19
• 公開（公告）號: CN111263044A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 明梅;劉卿卿;馬信源;居彩華
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: H04N5/225
• 分類號: H04N5/225;H04N5/217;H04N5/232;H04N9/73
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種水下拍攝及圖像處理裝置及方法，包括鏡頭、與鏡頭相連的CMOS傳感器模塊、圖像處理系統、防水罩以及與鏡頭連接的電源；所述圖像處理系統包括圖像壓縮處理模塊、主控模塊和圖像傳輸模塊，所述圖像處理模塊在主控模塊的控制下將鏡頭采集的圖像或視頻進行壓縮和預處理，通過圖像傳輸模塊將圖像傳輸至上位機。本發明具有防水功能，可以直接進行水下圖像的獲取，能對拍攝到的水下圖像進行實時處理，將具有較多細節信息的清晰圖像傳輸到電腦端，提高目標探測的準確性和實時性。

技術領域

本發明涉及一種水下拍攝及圖像處理裝置及方法。

背景技術

作為占地球面積百分之七十一的海洋，漢語分豐富的自然資源，包括礦產、石油和天然氣等。因此，對海洋的合理開發和利用是非常重要的，也促進了水下信息獲取、傳輸和處理等技術手段的進步。水下探測的技術一般分為聲探測和光電探測兩類，本發明采用光電探測方法，即使用視覺采集設備對水下目標進行拍攝，通過對圖像或者視頻信息進行處理，實現目標識別與探測。本發明能夠對近距離、高精度的場景獲取較為清晰的圖像，可使用的圖像信息更加豐富，細節信息更加精細。

在對水下目標進行拍攝時，由于海水中富有生物，泥沙等各種懸浮顆粒的影響，導致水下成像的散射現象尤為嚴重，透射光線發生嚴重的光強度衰減，從而導致水下成像過程中圖像降質，降低圖像的對比度，同時難以提取水下目標的特征信息。同時，背景環境光在水體顆粒對成像的后向散射都會使得目標物輻射減弱，成像模糊，對比度低等。這些因素嚴重影響水下目標的識別、探測，對水下環境偵察、水下救援、沉船打撈等增加了實施難度。因此，研究水下圖像復原技術，獲取清晰的水下場景信息對國家的國民經濟、科技乃至軍事發展都具有一定的實際應用極值。

水下圖像去霧是近年來的研究熱點，它能夠幫助我們在可見度低，渾濁的復雜水下環境中，快速有效的從圖片信息中挑選出我們想要的細節信息，以有限的計算資源完成快速的水下探測。現如今的水下機器人或其他的探測裝置，多是將采集到的圖片傳輸到電腦端后再進行處理，實時性較差，對水下目標的探測過程較長，對人力，物力消耗極大。

發明內容

發明目的：本發明旨在提供一種實時、快速、高效的水下拍攝及圖像處理裝置及方法，以解決上述問題。

技術方案：本發明的一種水下拍攝及圖像處理裝置，包括：鏡頭、與鏡頭相連的CMOS傳感器模塊、圖像處理系統、防水罩以及與鏡頭連接的電源；所述圖像處理系統包括圖像壓縮處理模塊、主控模塊和圖像傳輸模塊，所述圖像處理模塊在主控模塊的控制下將鏡頭采集的圖像或視頻進行壓縮和預處理，通過圖像傳輸模塊將圖像傳輸至上位機；所述防水罩為封閉且透明的箱體，鏡頭、CMOS傳感器模塊設于防水罩內部，并通過固定板與箱體連接并固定。

所述預處理包括圖像去霧和圖像增強。

所述所述圖像傳輸模塊通過水密線纜與上位機連接。

所述主控模塊與圖像處理模塊之間采用TCP/IP全雙工通信模式進行數據傳輸。

所述防水罩內部頂端設有照明燈。

一種水下拍攝及圖像處理方法，采用上述的水下拍攝及圖像處理裝置，包括以下步驟：

(1)將水下拍攝及圖像處理裝置放入水中，此時主控模塊關閉；

(2)待裝置下降到一定深度后，通過鏡頭拍攝圖像或視頻，將原始圖像傳輸至上位機；

(3)啟動主控模塊，控制圖像處理模塊對采集的圖像或視頻進行預處理，壓縮后傳輸至上位機；

(4)移動裝置，拍攝圖像或視頻，再次進行預處理和傳輸步驟。

所述步驟(3)中的預處理包括以下步驟：

(31)建立水下成像的數學模型：