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随着社会的发展和人们生活水平的提高,游泳已经成为人们最喜爱的运动项目之一。然而,由于泳池内报警系统的不完善,游泳者游泳过程中溺水的现象也普遍发生。本文主要研究水下视频中序列图像的预处理技术,由于泳池内水下图像对比度低,边缘模糊,以及水中各种微粒、浮尘、水波晃动、光斑、游泳者运动所产生的气泡等复杂因素影响,使得在大多情况下图像的信噪比极低。直接采用传统的计算机图像预处理技术,往往达不到理想的效果。
针对泳池图像的特征,本文采用了基于小波的图像滤波及增强技术:首先是在图像平滑滤波方面,为了减少气泡、水波纹等杂波对游泳者目标的影响,采用了具有多分辨率非采样的平稳小波变换对图像进行分解运算,通过改进阈值函数对高频系数进行处理,有效的对杂波进行消除；在图像增强方面,由于水对光的吸收和散射效应,图像对比度一般比较低,文中在平滑滤波的基础上,采用改进的模糊增强技术与平稳小波相结合的方式对泳池图像进行处理,不仅去除了大量杂波,而且对比度增强明显。经总结,本文的主要研究工作如下:
1)首先对水下光学成像的特性进行了具体分析:水对光的吸收与散射作用对水下成像造成很大的困难,当距离大于两米时,图像的色度便会产生变化,实际情况下对泳池图像进行处理分析时一般先转换成灰度图像处理。之后对常用的各种图像滤波平滑和增强算法进行了讨论,并且对泳池采集图像进行仿真处理,指出其中的不足和需要改进的地方。
2)为了寻找一种有效的泳池图像预处理方法,本文在分析传统傅里叶变换和窗口傅里叶变换的基础上,引入小波变换理论。通过对小波分析独有的多分辨特性和Mallat快速算法的研究表明将小波分析工具应用到图像处理中是非常可行的,而且具有很大优势。
3)在图像平滑滤波方面,针对泳池图像的特殊性,提出利用非采样平稳小波变换对泳池图像进行平滑滤波,首先对图像进行平稳小波多尺度分解,根据泳池图像中干扰与有效信息在不同尺度上传递的差异,运用一种改进的阈值函数进行平滑处理。实验结果证明,此算法对游泳者边缘信息保持良好,并且滤除了大量干扰信息,视觉效果性能指标都大大提高。
4)在图像增强方面,针对泳池图像采集时游泳者目标对比度低,采用一种模糊增强与平稳小波变换相结合的方式,在平滑滤波的基础上对泳池图像进行增强处理,并对模糊隶属度函数进行了改进。仿真结果验证了此方法的有效性,满足了泳池报警系统的要求。