伍兹霍尔海洋研究所的提高了水下成像
挑战
解决方案
结果
- 准确的水下photomosaics
- 高性能、紧凑的MATLAB脚本和函数
- 功能很容易分享
“MathWorks工具使我们能够将限制未来的技术,我们在发展。”
Hanumant辛格,伍兹霍尔海洋研究所
公元前80 - 60的Photomosaic罗马贸易船。
水下光学成像使科学家研究从生物生态系统到古老的沉船,但是水下的环境限制了规模和获得的图像的质量。缺乏环境光让人无法图像宽区域或大型对象,和图像往往扭曲当摄像机视角与违规行为在海底。Photomosaicking,包括收集重叠的图像,然后拉伸和扭曲直到他们组合在一起,有助于解决这些问题,但现有Photomosaicking方法开发地面工程和难以适应水下条件。
深海探测实验室的研究人员在伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)开发photomosaicking软件专门为水下成像。WHOI MathWorks几个产品在整个项目中使用。下载188bet金宝搏
“我们是不可能没有MATLAB和工作图像处理工具箱副科学家Hanumant辛格说:“在WHOI应用海洋物理和工程部门。“试图做同样的事情在C会耗费更多的时间和精力,和复杂得多。”
挑战
水下photomosaicking涉及测量海底的扩展区域,收集重叠的图像,识别他们的共同特性,然后合并图像形成较大的马赛克。
“水下拍照就像在雾开车,”辛格说。“有更多的变量。例如,因为电磁辐射不水下旅行到很远的地方,你必须使用你自己的光源。因为没有直线或墙壁水下,试图在几个图像识别匹配的特征是很困难的。此外,你拍摄的对象有阴影,改变大小你离开。”
辛格和他的团队想开发photomosaicking方法解决水下成像的独特挑战。
解决方案
海底旅行几米以上的潜水器,研究人员花了几个一个水下的照片网站。MathWorks工具使他们能够解决他们遇到的许多成像问题。水下照明是不规则的,这使它捕获的关键数字图像动态范围超过8位/像素。“我们可以这样做是因为MATLAB可以操纵16位图像,”辛格说。
下一步是预处理图像去除照明构件,如影子,通过直方图均衡化。他们写了MATLAB程序,适合水下图像。图像空间变换(图像扭曲)图像处理工具箱的功能使他们能够使用“原位”相机校准对图像进行预处理对径向透镜畸变。最后一个预处理步骤,辛格的团队构建多分辨率金字塔从每个修正图像,利用图像处理工具箱的拉普拉斯算子的过滤。
然后提取功能重叠的图像之间的匹配。辛格解释说,“高质量特征提取需要与大型图像卷积内核。我们完成这非常有效地使用MATLAB中的二维快速傅里叶变换。“然后,使用优化工具箱,他们先后安装更高级的参数集来实现双向图像注册。
朝着全球注册,他们代表了image-to-image马赛克与网络的拓扑矩阵有一个行和列每一个图像采集。这些是稀疏矩阵包含0,除了一双row-column与一双重叠的图像。“能够代表和操纵稀疏矩阵在MATLAB这种方法实用有效,”辛格说。
优化工具箱使研究人员能够执行通过非线性Levenberg-Marquardt拓扑细化算法。“MathWorks工具有惊人的灵活性,”辛格说。“举个例子,当我们在拉伸和扭曲我们的图片,我们可以提出这个作为一个优化问题,接一个函数优化工具箱,并迅速通过运行它。”
WHOI研究者应用MATLAB的例程来解决一系列水下成像问题,图像沉船,飞机失事,水下考古遗址。
结果
准确的水下photomosaics。WHOI研究人员现在可以查看整个水下网站在一个马赛克图像。特性是正确定位,清楚的,有很好的照明。最近的一项调查的350平方米的罗马海难,他们生成的图像精确足以使他们数个人土罐船。
高性能、紧凑的MATLAB脚本和函数。“不需要一个C implementation-MATLAB快,运行良好,并保持代码规模小,”辛格说。“这是一个小几个数量级比与C或c++代码。“当团队开始使用图像处理工具箱,他们进一步减少的数量他们需要编写的代码,测试,和维护。
功能很容易分享。“我们可以发送一个小,很好地评价m文件,和其他组织可以使用它自己的水下勘探,”辛格说。例如,新加坡的大学是使用软件来检测和分类沿着海底煤矿。
