图1.1 无人水下航行器(UUV)

1.2 国内外发展现状

1.3 论文结构和内容安排

    论文主要分为四个章节对课题进行介绍，相关工作和论文内容安排如下：

    第一章为绪论部分，首先说明了水下图像处理的研究背景和意义，从图像处理技术和水下图像特点方面重点讨论了目前国内外水下图像预处理的研究成果和发展现状，引出全文的思路。

第二章介绍了常用的水的光学特性和水下图像的特点，并讨论了图像预处理方法，包括空间域和时域图像处理的基本概念，对应方法和相应特点，并概述了目前常用的主观和客观图像质量的评价方法。

    第三章是直方图均衡化方法的研究，首先介绍了直方图的概念，然后分别讨论了全局和局部直方图均衡化方法以及改进方法，并对水下图像的处理结果进行了具体剖析。

    第四章重点展示了基于OPENCV和VC的具体程序，对全局和局部直方图均衡化方法进行了仿真，根据结果进行了对比和分析，讨论了各种方法的优缺点。

    最后为总结，并做出展望，对全文的工作内容进行了总结归纳，并对进一步的研究方向进行讨论。

2 水下图像处理技术

由于水体自身的特性和水中杂质的存在，使得水体对光线的吸收和散射作用十分突出，光线衰弱十分明显，因此对水下成像造成了严重干扰，水下图像通常呈现出对比度低、细节模糊、噪声突出等缺陷，影响了图像获取信息的准度和精度，不利于图像的后续处理，先进的图像获取方式和处理技术正在不断发展之中。

    为了使得水下图像便于分析，首先需要对其进行图像预处理，主要即是图像的纠正和重建，其目的是为了削弱或去除图像中不需要的噪声或其他信息，并按照需要突出感兴趣的区域，并对图像进行整体优化。图像预处理的过程也是提高图像质量的过程，使经过处理的图像更能符合人类的视觉特性或更适合机器的识别[12]。传统的图像处理方法主要分为空域处理和频域处理，空域处理是直接对图像中的像素进行处理，频域处理是运用变换技术处理图像。针对不同的特定要求和图像的具体性质，我们可以采用不同的方法进行增强，以达到预期的效果。

2.1 水的光学特性

进入海水的自然光由直射的太阳光与大气散射所产生的光组成。入射到海水表面的光，一部分反射到空气中，一部分折射到水中。进入水中的光和人工光源都受到吸收和散射的作用，并将产生衰减。实验表明，水的衰减是光波长的复函数，由两个互不相关的物理过程组成，即吸收和散射，因此光在水中传输时的能量按指数规律迅速衰减。单色平行光束的照度可用简单的指数方程来描述，即设 是某水层的光量，经过 路程后的光量 为：

    上式中， 为体积衰减系数，表示光传输1m距离后光能量衰减的自然对数值，单位是 。如 c 为 0.05/m，则每行进1m，近似衰减 5%。

    由于光在水中的衰减是由水对光的吸收和水中粒子对光的散射所造成的，因此 由两部分组成：