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不同颜色照明下的水下成像差异研究

孙杰 王红萍 张丹 余义德

孙杰, 王红萍, 张丹, 等. 不同颜色照明下的水下成像差异研究[J]. 水下无人系统学报, 2023, 31(4): 648-653 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0046
引用本文: 孙杰, 王红萍, 张丹, 等. 不同颜色照明下的水下成像差异研究[J]. 水下无人系统学报, 2023, 31(4): 648-653 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0046
SUN Jie, WANG Hongping, ZHANG Dan, YU Yide. Difference between Underwater Imaging with Illumination Sources with Different Colors[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2023, 31(4): 648-653. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0046
Citation: SUN Jie, WANG Hongping, ZHANG Dan, YU Yide. Difference between Underwater Imaging with Illumination Sources with Different Colors[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2023, 31(4): 648-653. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0046

不同颜色照明下的水下成像差异研究

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0046
详细信息
    作者简介:

    孙杰:孙 杰(1985-), 女, 硕士, 高级工程师, 主要研究方向为水下测量

  • 中图分类号: TJ630.34; U674

Difference between Underwater Imaging with Illumination Sources with Different Colors

  • 摘要: 针对低照度、浑浊水质环境中水下成像系统观测能力受限的问题, 从辅助照明光源的角度, 设计了水池实验方案, 分析不同浑浊程度的水质条件下光源光谱特性对水介质散射特性的影响。实测数据分析表明, 不同颜色的辅助光照明下, 水体的散射系数存在差异, 低浓度的水体对蓝光的散射系数较大, 蓝光照明的成像效果并不理想, 而随着浓度增加, 红光的散射系数逐渐接近甚至大于蓝光。研究结果不仅有助于优化水下成像系统中照明光源的参数设置, 而且能够为去散射方法的应用, 以及获取高质量的水下观测视频提供强有力的技术理论支撑。

     

  • 图  1  光在水下传播导致颜色失真示意图

    Figure  1.  Color distortion caused by underwater light pro- pagation

    图  2  光在海水中的衰减系数随波长变化曲线

    Figure  2.  Attenuation coefficient change of light in seawater with wavelength

    图  3  干净海水光谱吸收和散射特性

    Figure  3.  Spectral absorption and scattering characteristics of clean seawater

    图  4  光的前向散射和后向散射

    Figure  4.  Forward scattering and backscattering of light

    图  5  水下成像示意图

    Figure  5.  Underwater imaging

    图  6  辅助照明实验系统示意图

    Figure  6.  Auxiliary illumination experiment system

    图  7  3种不同浑浊程度水体中的采集图像

    Figure  7.  Images acquired in water bodies with three di- fferent levels of turbidity

    图  8  不同颜色光源照明下的采集图像

    Figure  8.  Images acquired by illumination sources with different colors

    图  9  EME值随水体颗粒物浓度变化曲线

    Figure  9.  EME values with concentration of particulate matter in water

    图  10  散射系数随水体颗粒物浓度变化曲线

    Figure  10.  Scattering coefficient with concentration of par- ticulate matter in water

    表  1  不同颜色光源照明条件下散射系数测试结果

    Table  1.   Test results of scattering coefficient under illu- mination sources with different colors

    颗粒物浓度/(g/m3)红光绿光蓝光无光白光
    0.000 00.018 60.034 80.048 60.003 00.032 5
    2.116 10.026 90.039 00.054 30.010 20.037 5
    3.526 80.045 40.038 40.060 80.027 70.043 0
    4.232 20.054 30.056 90.082 60.039 00.057 6
    4.937 50.063 10.056 70.086 90.046 80.062 7
    5.642 90.071 50.065 80.091 70.055 60.071 1
    6.348 20.089 80.072 20.098 10.061 10.075 7
    7.053 60.108 80.088 30.113 30.067 00.095 6
    7.758 90.123 50.101 40.132 70.070 60.111 4
    8.464 30.142 90.113 60.136 50.073 60.124 0
    9.169 70.151 80.125 60.164 80.076 10.137 5
    9.875 00.168 90.137 40.174 60.078 30.154 8
    10.580 40.175 70.143 10.180 50.081 00.164 5
    11.285 70.187 20.152 30.179 70.083 40.170 5
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-05-19
  • 修回日期:  2023-06-16
  • 录用日期:  2023-06-27

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