【论文总结】Enhancing Underwater Imagery using Generative Adversarial Networks

该论文通过CycleGAN生成水下图像的低质量版本,然后利用Underwater GAN(UGAN)网络对低质量水下图像进行增强,提高其清晰度和对比度。与WATERGAN相比,UGAN不需要深度信息,且在网络结构和损失函数设计上有独特之处。实验结果显示,UGAN在水下图像增强和实时水下追踪任务中表现出色。

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论文题目:《Enhancing UnderwaterImagery using Generative Adversarial Networks》

论文作者:Cameron Fabbri, Md JahidulIslam, and Junaed Sattar(University of Minnesota, Minneapolis MN)

论文发表期刊:ICRA 2018

论文内容介绍:

 本文的主要内容是使用生成对抗网络增强水下图像。作者首先用CycleGAN网络将质量相对较高的undistorted underwaterimage,也就是畸变较轻的水下图像渲染为质量比较差的畸变较大的水下图像dostortedunderwater image;再通过渲染生成的这些数据训练本文提出的另一种网络UnderwaterGAN,也就是UGAN,最终可以将质量比较差,分辨率较低的模糊水下图像转变为比较清晰,分辨率也较高的高质量图像。

 首先作者提出现在水下机器人发展越来越快,包括ROV和AUV都会代替潜水员在深海执行许多任务。通常这些设备都会携带许多传感器,其中使用视觉传感器,也就是相机来执行任务是一个很流行的方案。但是水下图像会出现许多问题,比如红光在水下吸收较快,这就会导致水下图像发蓝或者发绿。当深度越深时,这种状况就越明显。然后这种情况是比较复杂的,取决于很多种因素,比如光照方向和强度,不同的水质,相机的参数等等,所以没法用固定的算法去改善,或者说效果不理想。这就会影响水下机器人在执行分割,追踪以及分类等直接或间接用到颜色特征的任务的准确性。

 鉴于这些问题,作者提出了使用深度学习的方法来解决。深度学习模型的训练需要大量的数据,但是水下图像作为图像增强训练数据有一

### 实现水下图像和视频增强的融合方法 为了实现水下图像和视频的增强,一种常见的做法是采用基于多尺度特征融合的方法。这种方法能够有效提升水下场景中的对比度、色彩还原以及细节保留。 #### 多尺度特征融合算法概述 该算法主要分为三个阶段:预处理、特征提取与融合、后处理。预处理阶段用于去除噪声并调整亮度;特征提取则利用不同尺度下的图像特性来捕捉更多细节信息[^1]。最后,在后处理部分会对融合后的图像做进一步优化以达到更好的视觉效果。 #### Python代码示例 下面是一个简单的Python脚本,它实现了上述提到的基础框架: ```python import cv2 import numpy as np def preprocess(image): """ 对输入图片进行初步处理 """ gray = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2GRAY) blurred = cv2.GaussianBlur(gray, (5, 5), 0) return blurred def extract_features(image): """ 提取多个尺度上的特征图层 """ scales = [cv2.resize(image, None, fx=i / 4.0, fy=i / 4.0) for i in range(1, 5)] features = [] for scale in scales: laplacian = cv2.Laplacian(scale, cv2.CV_64F) resized_lap = cv2.resize(laplacian, image.shape[:2][::-1]) features.append(resized_lap) stacked_features = np.stack(features, axis=-1) max_feature = np.max(stacked_features, axis=-1) normalized_max = cv2.normalize(max_feature, None, alpha=0, beta=255, norm_type=cv2.NORM_MINMAX, dtype=cv2.CV_8U) return normalized_max def postprocess(fused_image): """ 后期处理步骤 """ enhanced_img = cv2.equalizeHist(fused_image) final_result = cv2.applyColorMap(enhanced_img, colormap=cv2.COLORMAP_JET) return final_result if __name__ == "__main__": input_path = 'path_to_your_underwater_image.jpg' img = cv2.imread(input_path) processed_img = preprocess(img) feature_map = extract_features(processed_img) result = postprocess(feature_map) output_file = './output_enhanced.png' cv2.imwrite(output_file, result) ``` 此段程序展示了如何读入一张水底照片,并对其进行一系列操作最终得到增强版的结果。需要注意的是这只是一个基础版本,在实际应用中可能还需要针对具体情况进行参数调优或是引入更复杂的模型来进行改进[^2]。
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