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随着陆地资源的逐渐减少，海洋资源开发利用和海洋环境保护已经越来越令人关注，水下探测技术成为其中重要的支撑技术和研究领域。相比之下，水下光学图像因具有快速成像、高分辨率、丰富的纹理和细节信息以及颜色信息而成为水下近距离探测最为有效的手段。然而，水下环境与陆地环境的差异造成水下光学图像在成像过程中极易受到如下因素的影响:一是成像过程中电子元器件以及光子的不规则运动引起的随机噪声;二是水体对照射光线的吸收和散射引起的画面模糊和雾化效果;三是水体对光的不同光谱区域具有不同的吸收性，导致水下图像颜色失真。这些因素通常使水下光学图像存在模糊不清、对比度低、噪声明显、颜色失真等问题。因此，有必要对水下光学图像进行清晰化处理，提高水下图像的成像质量。
水下光学图像清晰化的目的是增强图像的细节信息、提升对比度和可视化效果。水下光学图像清晰化需要重点解决以下三个问题:如何有效地抑制由水中悬浮粒子及光子的不规则运动所引起的信号噪声;如何有效复原不同光波长造成的光信号衰减及保持图像颜色不失真;如何进一步增强水下光学图像的视觉对比度，提高水下光学图像的图像质量。以上三个问题是迄今为止水下光学图像清晰化面临的重点与难点问题。为此，本文围绕水下光学图像去噪、复原和增强三个关键环节，对水下光学图像清晰化方法进行了理论与实验研究，主要工作包括以下几个方面:
1.针对水下光学图像因噪声引起的视觉模糊和对比度低的问题，提出了一种基于同态子块的最小二乘估计水下图像去噪方法。该方法根据水下图像特点采用比尔-朗伯定律构建一个水下图像退化模型;将退化图像转换为其亮度图像和饱和度，根据亮度图像及其同态子块噪声方差通过最小二乘估计得到原始亮度图像，再依据饱和度恒定模型可得到消除了噪声的水下彩色图像。
2.针对水体中不同波长光信号衰减不一致而导致水下光学图像清晰度低和色彩失真的问题，提出了一种基于同态滤波的水下图像亮度复原与色彩校正方法。采用标准剩余能量比替换透射比构建一个去噪后的水下退化图像模型，再通过一阶麦克劳林级数展开建立一个色彩恒定模型;将退化图像转换为亮度图像及其背景光亮度图像，然后根据退化图像模型通过同态滤波得到复原亮度图像，再根据色彩恒定模型得到复原的水下彩色图像。
3.针对水下光衰减和散射导致的水下图像对比度低和细节模糊的问题，提出了一种基于迭代直方图的水下图像增强方法。在HSV空间采用Retinex模型从复原图像V通道提取出光照层图像和细节层图像，通过S函数变换增强细节层图像、通过迭代直方图增强光照层图像，将细节层和光照层的增强图像合并后再转换到RGB空间得到增强后的水下彩色图像。
针对本文水下图像清晰化方法，通过理论分析给出数学表达式，构建出算法结构，设计并实现算法，完成验证实验。水下退化图像去噪、复原、增强以及综合清晰化的模拟仿真实验结果，验证了本文方法的可行性和有效性。
水下光学图像清晰化的目的是增强图像的细节信息、提升对比度和可视化效果。水下光学图像清晰化需要重点解决以下三个问题:如何有效地抑制由水中悬浮粒子及光子的不规则运动所引起的信号噪声;如何有效复原不同光波长造成的光信号衰减及保持图像颜色不失真;如何进一步增强水下光学图像的视觉对比度，提高水下光学图像的图像质量。以上三个问题是迄今为止水下光学图像清晰化面临的重点与难点问题。为此，本文围绕水下光学图像去噪、复原和增强三个关键环节，对水下光学图像清晰化方法进行了理论与实验研究，主要工作包括以下几个方面:
1.针对水下光学图像因噪声引起的视觉模糊和对比度低的问题，提出了一种基于同态子块的最小二乘估计水下图像去噪方法。该方法根据水下图像特点采用比尔-朗伯定律构建一个水下图像退化模型;将退化图像转换为其亮度图像和饱和度，根据亮度图像及其同态子块噪声方差通过最小二乘估计得到原始亮度图像，再依据饱和度恒定模型可得到消除了噪声的水下彩色图像。
2.针对水体中不同波长光信号衰减不一致而导致水下光学图像清晰度低和色彩失真的问题，提出了一种基于同态滤波的水下图像亮度复原与色彩校正方法。采用标准剩余能量比替换透射比构建一个去噪后的水下退化图像模型，再通过一阶麦克劳林级数展开建立一个色彩恒定模型;将退化图像转换为亮度图像及其背景光亮度图像，然后根据退化图像模型通过同态滤波得到复原亮度图像，再根据色彩恒定模型得到复原的水下彩色图像。
3.针对水下光衰减和散射导致的水下图像对比度低和细节模糊的问题，提出了一种基于迭代直方图的水下图像增强方法。在HSV空间采用Retinex模型从复原图像V通道提取出光照层图像和细节层图像，通过S函数变换增强细节层图像、通过迭代直方图增强光照层图像，将细节层和光照层的增强图像合并后再转换到RGB空间得到增强后的水下彩色图像。
针对本文水下图像清晰化方法，通过理论分析给出数学表达式，构建出算法结构，设计并实现算法，完成验证实验。水下退化图像去噪、复原、增强以及综合清晰化的模拟仿真实验结果，验证了本文方法的可行性和有效性。