海洋水下光學(xué)和聲學(xué)成像在海洋目標(biāo)識別和探測中發(fā)揮著重要的作用。本書主要內(nèi)容包括:海洋水下成像與壓縮傳輸系統(tǒng)的組成、基于光學(xué)/聲學(xué)的水下場景獲取、海洋水下圖像質(zhì)量評價、海洋水下圖像質(zhì)量增強、海洋水下圖像壓縮、海洋水下目標(biāo)識別與跟蹤和海洋水下系統(tǒng)搭建等組成。對其中關(guān)鍵技術(shù)包括大型海洋水下圖像數(shù)據(jù)集、基于生成與亮度聯(lián)合學(xué)習(xí)的海洋水下圖像質(zhì)量評價、基于衰減系數(shù)引導(dǎo)的海洋水下圖像增強、帶有人工光源的水下圖像增強、面向機器視覺任務(wù)的海洋水下圖像質(zhì)量增強、基于物理先驗引導(dǎo)的水下圖像自適應(yīng)壓縮感知、極低碼率的水下圖像壓縮和基于位置引導(dǎo)的海洋水下聲吶圖像檢測等方法進行了較深入的分析和闡述。
1. 海洋水下光聲成像是意義重大的領(lǐng)域,本書系統(tǒng)闡述相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)。
2. 作者單位在該領(lǐng)域有領(lǐng)先優(yōu)勢,作者團隊從事相關(guān)研究多年,有成體系的深厚積累可以向?qū)W界和業(yè)界分享。
3. 本書是海洋水下成像與壓縮傳輸領(lǐng)域的系統(tǒng)性著作,將為領(lǐng)域的發(fā)展起到推動作用。
沈禮權(quán),上海大學(xué)研究員。2008 年博士畢業(yè)后留上海大學(xué)通信與信息工程學(xué)院工作至今,研究方向是圖像與視頻處理。獲國家自然科學(xué)基金委員會優(yōu)秀青年科學(xué)基金支持,入選上海市東方英才計劃(領(lǐng)軍項目)、上海市優(yōu)秀學(xué)術(shù)/ 技術(shù)帶頭人計劃、上海市曙光計劃、上海市青年科技啟明星計劃以及上海市浦江人才計劃等,并入選愛思唯爾“中國高被引學(xué)者”榜單(2021—2024 年)。曾作為項目主持人獲得2016 年教育部高等學(xué)校科學(xué)研究優(yōu)秀成果獎(自然科學(xué))二等獎、2018 年中國電子學(xué)會科學(xué)技術(shù)獎(自然科學(xué))二等獎,并作為主要完成人獲得2020年上海市科技進步獎一等獎、2021 年國家科學(xué)技術(shù)進步獎二等獎、2023 年上海市自然科學(xué)獎一等獎等獎項,擔(dān)任國際期刊Neurocomputing 的副編輯。
張曦,上海大學(xué)機電工程與自動化學(xué)院副教授。2006 年于北京航空航天大學(xué)獲得博士學(xué)位,2007 年赴美國加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校從事博士后研究工作,2010 年歸國后在上海大學(xué)任教。主要研究方向是視覺檢測技術(shù),主持了“十三五”國家重點研發(fā)計劃“深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備”重點專項課題、國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項目等縱向項目,作為骨干參與了國家自然科學(xué)基金重點項目和面上項目。發(fā)表學(xué)術(shù)論文80 余篇,參與制定國家標(biāo)準(zhǔn)1 項,獲發(fā)明專利授權(quán)9 項。
第1 章 海洋水下成像與壓縮傳輸概述1
11 海洋水下成像與壓縮傳輸?shù)难芯勘尘芭c意義1
12 國內(nèi)外研究動態(tài)與現(xiàn)狀3
121 海洋水下成像4
122 海洋水下光學(xué)圖像質(zhì)量增強5
123 海洋水下圖像壓縮 11
124 海洋水下圖像質(zhì)量評價15
125 海洋水下多類機器視覺任務(wù)18
13 本章小結(jié)22
參考文獻22
第2 章 基于光學(xué)/聲學(xué)的海洋水下成像26
21 海洋水下光學(xué)成像26
211 水下物理成像模型26
212 人工光源輔助的海洋水下光學(xué)成像29
213 深海浮游生物自發(fā)光成像30
22 海洋水下聲學(xué)成像34
221 水下聲吶成像原理34
222 常用成像聲吶35
23 本章小結(jié)41
參考文獻41
第3 章 海洋水下圖像質(zhì)量評價 43
31 海洋水下圖像質(zhì)量評價的基礎(chǔ)理論與相關(guān)算法 43
311 圖像質(zhì)量評價的基礎(chǔ)理論 43
312 水下圖像質(zhì)量評價相關(guān)算法 45
313 小結(jié) 46
32 大型海洋水下圖像質(zhì)量評價數(shù)據(jù)集 46
321 設(shè)計動機與主要貢獻 47
322 海洋水下增強圖像的失真類型歸納 47
323 SOTA 數(shù)據(jù)集的圖像收集與算法整理 51
324 SOTA 數(shù)據(jù)集中圖像質(zhì)量標(biāo)簽的獲取 54
325 SOTA 數(shù)據(jù)集的分析與驗證 57
326 小結(jié) 59
33 基于生成與亮色度聯(lián)合學(xué)習(xí)的水下增強圖像質(zhì)量評價算法 59
331 設(shè)計動機與主要貢獻 60
332 算法結(jié)構(gòu)設(shè)計 62
333 實驗配置與結(jié)果分析 69
334 小結(jié) 79
34 基于先驗估計的水下增強圖像質(zhì)量評價算法 80
341 設(shè)計動機與主要貢獻 80
342 算法結(jié)構(gòu)設(shè)計 82
343 實驗配置與結(jié)果分析 85
344 小結(jié) 92
35 本章小結(jié) 93
參考文獻 93
第4 章 海洋水下圖像質(zhì)量增強 96
41 海洋水下圖像質(zhì)量增強的基礎(chǔ)理論與相關(guān)算法 96
411 常用的顏色空間 96
412 水下圖像質(zhì)量增強相關(guān)算法 97
413 小結(jié) 101
42 衰減系數(shù)引導(dǎo)的兩階段水下圖像增強算法101
421 設(shè)計動機與主要貢獻101
422 算法結(jié)構(gòu)設(shè)計102
423 實驗配置與結(jié)果分析107
424 小結(jié) 111
43 視覺感知質(zhì)量驅(qū)動的水下圖像增強算法 111
431 設(shè)計動機與主要貢獻 111
432 算法結(jié)構(gòu)設(shè)計 115
433 實驗配置與結(jié)果分析122
434 小結(jié)130
44 基于聯(lián)合顏色矯正與去霧迭代的水下圖像增強算法131
441 設(shè)計動機與主要貢獻131
442 算法結(jié)構(gòu)設(shè)計132
443 實驗配置與結(jié)果分析138
444 小結(jié)147
45 亮度均衡與人工光區(qū)域顏色引導(dǎo)的水下圖像增強算法147
451 設(shè)計動機與主要貢獻147
452 合成帶有人工光的水下圖像數(shù)據(jù)集149
453 算法結(jié)構(gòu)設(shè)計150
454 實驗配置與結(jié)果分析157
455 小結(jié)163
46 面向機器視覺任務(wù)的水下圖像增強算法164
461 設(shè)計動機與主要貢獻164
462 算法結(jié)構(gòu)設(shè)計166
463 實驗配置與結(jié)果分析170
464 小結(jié)177
47 本章小結(jié)177
參考文獻178
第5 章 海洋水下圖像壓縮182
51 海洋水下圖像壓縮的基礎(chǔ)理論與相關(guān)算法182
511 圖像壓縮的基礎(chǔ)理論 182
512 水下圖像壓縮的相關(guān)算法 183
52 先驗引導(dǎo)的自適應(yīng)水下圖像壓縮感知算法 184
521 設(shè)計動機與主要貢獻 185
522 算法結(jié)構(gòu)設(shè)計 186
523 實驗配置與結(jié)果分析 193
524 小結(jié) 198
53 基于水下物理先驗的極低碼率壓縮網(wǎng)絡(luò) 199
531 設(shè)計動機與主要貢獻 199
532 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計 201
533 實驗配置與結(jié)果分析 206
534 小結(jié)211
54 物理先驗引導(dǎo)的水下圖像分級壓縮算法 212
541 設(shè)計動機與主要貢獻 212
542 算法結(jié)構(gòu)設(shè)計 213
543 實驗配置與結(jié)果分析 220
544 小結(jié) 226
55 面向機器視覺的先驗引導(dǎo)水下圖像壓縮算法 227
551 設(shè)計動機與主要貢獻 227
552 對比學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)集 229
553 算法結(jié)構(gòu)設(shè)計 232
554 實驗配置與結(jié)果分析 236
555 小結(jié) 241
56 面向多類機器視覺任務(wù)的特征分級壓縮算法 242
561 設(shè)計動機與主要貢獻 242
562 算法結(jié)構(gòu)設(shè)計 243
563 實驗配置與結(jié)果分析 245
564 小結(jié) 248
57 本章小結(jié) 249
參考文獻 249
第6 章 海洋水下目標(biāo)檢測與跟蹤255
61 海洋水下目標(biāo)檢測與跟蹤的基礎(chǔ)理論與相關(guān)算法255
611 基于深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)檢測算法256
612 水下聲吶圖像目標(biāo)檢測算法258
62 海洋水下光學(xué)目標(biāo)檢測260
621 水下光學(xué)目標(biāo)檢測的難點260
622 水下目標(biāo)檢測數(shù)據(jù)集261
623 基于水下圖像針對性增強的水下目標(biāo)檢測算法262
624 水下目標(biāo)檢測的高泛化性訓(xùn)練策略267
625 實驗配置與結(jié)果分析267
626 小結(jié)269
63 基于散斑抑制和場景先驗的水下前視聲吶圖像目標(biāo)檢測網(wǎng)絡(luò)269
631 設(shè)計動機與主要貢獻269
632 水下聲吶圖像的噪聲分析271
633 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計272
634 實驗配置與結(jié)果分析280
635 小結(jié)288
64 基于位置引導(dǎo)圖的水下聲吶圖像目標(biāo)檢測算法288
641 設(shè)計動機與主要貢獻288
642 算法結(jié)構(gòu)設(shè)計290
643 實驗配置與結(jié)果分析297
644 小結(jié)302
65 本章小結(jié)303
參考文獻303
第7 章 海洋水下成像系統(tǒng)306
71 基于ROV 的海洋水下成像與壓縮傳輸系統(tǒng)306
711 水上控制與顯示系統(tǒng)307
712 ROV 308
713 嵌入式水下圖像處理模型的部署310
714 小結(jié) 312
72 發(fā)光浮游生物檢測分析儀 312
721 總體方案設(shè)計 312
722 核心器件選型 316
723 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計 321
724 運動目標(biāo)檢測與跟蹤算法 324
725 圖像采集與分析軟件開發(fā) 341
726 小結(jié) 347
73 發(fā)光浮游生物檢測分析儀的海上試驗 347
731 海試方案 347
732 海試結(jié)果 350
733 深海潛水器可搭載性測試 352
734 小結(jié) 353
74 本章小結(jié) 353
參考文獻 354