附件1
国家级大学生创新创业训练计划
项目申报表
LED水下成像探测系统的图像恢复
项目名称： 技术研究 项目类型：
√□创新训练项目 □创业训练项目 □创业实践项目 所属一级学科名称： 电子与通信技术 项目负责人： 联系电话： 指导教师： 联系电话：
申报日期： 2014年6月25日
二○一四年六月
项目名称 项目所属 一级学科 项目类型 项目实施时间 姓名 LED水下成像探测系统的图像恢复技术研究 510电子与通信技术 （√ ）创新训练项目 （ ）创业训练项目 （ ）创业实践项目 起始时间： 2014年 9月 完成时间： 2015年 12月 年级 学号 所在院系 /专业 联系电话 E-mail 申请人或申请团队主 持 人 成 员 第一指导教师 姓名 年龄 29 单位 专业技术职务 计信学院 讲师 指导教师主要成果 第一作者发表SCI论文7篇，EI 1 篇，中文核心1篇： 列出其中4篇如下 [1] Yuzhang Chen, Wei Li*, Min Xia, Kecheng Yang, Super-resolution reconstruction for underwater imaging, Optica Applicata, 41(4), pp841~853, 2011 SCI收录 [2] Yuzhang Chen*, Kecheng Yang, Edge Regularized Restoration for Laser Bubble Detection, Journal of Russian Laser Research, 33(5), pp475-482, 2012 SCI收录 [3]Yuzhang Chen*,Kecheng Yang, MAP-regularized robust reconstruction for underwater imaging detection, OPTIK, 124 (2013) 4514– 4518, 2013 SCI收录 [4] Yuzhang Chen*, Kecheng Yang, Spatial adaptive regularized MAP reconstruction for LD-based night vision, OPTIK, 10.1016/j.ijleo.2014.01.033, 2014 SCI收录
一、申请理由 随着海洋信息处理的理论与技术的研究备受人们关注，水下成像技术被广泛应用于水下目标检测、海洋地理工程勘察及海洋军事等领域，同时水下成像技术的应用也不断深化。近年来，由于LED具有光通量大、低功耗、长寿命、低电压、抗震动、安全环保、体积小、重量轻、方向性好等特点，并可耐各种恶劣条件，其应用也越来越广泛，目前已有LED水下成像探测系统。但由于水下成像环境十分复杂,在成像过程中受到多种因素的影响,如光照的非均匀性,水对光的后向散射,成像器件的光学噪声,导致图像对比度低,细节模糊。因此，基于LED水下成像探测系统的图像恢复研究也是非常必要的。针对水下图像的特点, 基于包括点扩散函数、衍射极限等水下成像系统模型的图像超分辨率重建技术，能够在提高图像分辨率的同时增强图像质量。为了尽可能提高图像分辨率，建立了基于光束传播理论的超分辨率成像模型，并将其应用于水下LED成像探测结果图像的恢复。 本项目将尝试基于LED水下成像探测的图像恢复系统。为了实现对水下探测成像结果图像的超分辨率复原重建，我们首先建立了基于水下光束传播理论，考虑水下湍流特性和传感器衍射极限等系统参数的水下成像模型。随后将基于该模型计算得到的调制传递函数（MTF）和PSF引入到包含图像盲复原、迭代背向投影法（IBP）和凸集投影法（POCS）的SRR图像处理基本算法中，构造了基于模型的恢复算法。最后通过对水下探测成像进行图像的超分辨率重建，并对重建后结果图像进行像质分析。 本人在大二上学期接触了VC平台，接着学习了C++和MATLAB编程方法。目前已基本具备在VC和MATLAB平台上开发简单应用程序的能力，为本创新项目打下了良好的基础。通过近两年的学习，也对软件系统的开发设计产生了浓厚的兴趣，希望能将专业知识应用于实践，学到更多的东西。 本人作为中国共产党的入党积极分子，学习态度端正，成绩优异，有克服一切挫折和困难的决心，爱探索钻研，相信自己能将这次的创新项目设计尽全力做好。同时，本项目是C++老师的重点研究内容，能带领自己一起研究，此项目也具有广泛的应用前景，会对本人今后的发展有很大的促进和指导作用。
二、项目方案 1、项目研究背景 在水下成像应用中，经常需要用到高分辨率的图像，然而水下图像的形成不仅受水体散射和衰减特性的影响，还受光学系统中镜头和传感器的影响，其成像质量和分辨率往往不高。图像增强和复原等应用技术可以有效地去除由于介质产生的图像退化和模糊，但无法直接提高图像的分辨率。增强空间分辨率最直接的方法就是提高传感器的制造工艺，然而在许多应用中，高精度光学图像传感器的高成本使得直接提高图像分辨率的方法无法实现。超分辨率重建（Super Resolution Reconstruction，SRR）是一种从低分辨率图像或图像序列得到高分辨率的图像的技术。超分辨率重建的思想早在上世纪60年代已经出现，但是正式提出和开始研究始于80年代。目前为止，很少有文献提到过超分辨率重建技术的水下应用。WeilinHou，Yifan Yu，Fan Fan等人的工作已经证明基于系统中点扩散函数（PSF）的相关信息可以有效地提高图像恢复的质量。 近年来，已有大量关于激光的水下图像处理的研究，但关于LED水下成像探测系统的图像复原寥寥无几，因此，对LED水下图像复原和超分辨率重建作深入研究并寻找一种模式将其有机结合是很有意义的。
2、项目研究目标及主要内容 研究目标：研究并设计基于LED水下成像探测的图像恢复系统，包括硬件系统简单组装和软件系统的设计。 主要内容如下： （1）LED水下成像探测系统实验及模型建立 （2）研究并设计图像恢复算法，并对采集到的图像进行分析和处理。 （3）基于MTF及PSF的水下图像复原算法研究及超分辨率重建算法研究 （4）用VC6.0或者MATLAB平台，借助OpenCV库编制图像处理、复原和重建算法，实现图像恢复。