Исследователи разработали новый метод, который может автоматически создавать четкие изображения через мутную воду. Новая технология может быть полезна для поиска жертв утопления, документирования затопленных археологических артефактов и мониторинга подводных ферм.
Четкое изображение под водой чрезвычайно сложно, потому что вода и частицы в ней, как правило, рассеивают свет. Но, поскольку рассеянный свет частично поляризован, изображение с помощью камеры, чувствительной к поляризации, может быть использовано для подавления рассеянного света на подводных изображениях.
"Наш новый метод преодолевает ограничения традиционной поляриметрической подводной съемки, закладывая основу для применения этого метода за пределами лаборатории и в полевых условиях", - сказал руководитель исследовательской группы Хаофэн Ху из Тяньцзиньского университета в Китае. "В отличие от предыдущих методов, для изображения не требуется включать фоновую область для оценки обратного рассеяния света".
В журнале Optics Express, опубликованном Оптическим обществом (OSA), исследователи демонстрируют способность своего метода повышать контрастность изображения при сохранении деталей изображения без внесения значительного шума. Новый метод работает даже в густой мутной воде, которая настолько мутная, что ее почти невозможно разглядеть насквозь.
"Наш метод поляриметрической визуализации может улучшить качество изображения в различных рассеивающих средах, а не только в мутной воде", - сказал Ху. "Мы думаем, что принцип, который мы использовали, может быть расширен для визуализации с помощью других рассеивающих сред, таких как туман, дымка и дым".
Практическое подводное изображение
Традиционные подходы к получению изображений под водой используют либо предварительное знание области изображения, либо фона изображения для расчета и удаления рассеянного света. Эти методы имеют ограниченную полезность в полевых условиях, поскольку они обычно требуют ручной обработки, изображения не всегда имеют видимый фон, а предварительная информация не всегда доступна.
Чтобы преодолеть эти проблемы, исследователи объединили традиционную установку поляризованного изображения с новым алгоритмом, который автоматически находит оптимальные параметры для подавления рассеивающего света. Это не только значительно улучшает контрастность изображения для достижения четкого изображения, но и может использоваться без каких-либо предварительных знаний о области изображения, а также для изображений с фоновыми областями или без них.
"Наш подход представляет собой явное улучшение, которое может позволить на практике применять подводную поляриметрическую визуализацию за пределами" идеальной "подводной среды, обнаруженной в лаборатории", - сказал Ху. "Он может быть адаптирован для различных приложений, в которых четкое зрение имеет решающее значение, но качество изображения обычно низкое из-за мутной воды".
Видеть сквозь мутную воду
Исследователи протестировали свою новую методику, получив изображения в мутных жидких смесях в лаборатории. Они начали с прозрачного резервуара, наполненного водой, а затем смешали разное количество молока, чтобы имитировать подводную среду с разной степенью мутности. Они изображали различные объекты, изготовленные из различных материалов, таких как дерево, пластик и керамика.
"Наши экспериментальные результаты показывают, что наш метод имеет явные преимущества с точки зрения подавления рассеяния, восстановления деталей и снижения шума при отображении различных объектов в воде с различной мутностью", - сказал Ху. "В то время как фоновые области часто не видны в густой мутной воде, наш метод смог обеспечить четкое зрение в этой среде".
Теперь, когда метод был продемонстрирован в лаборатории, исследователи планируют протестировать его в практической подводной среде, например, в океане. Они также планируют улучшить дальность съемки, чтобы сделать ее более полезной в реальной подводной среде.
#физика #исследование #наука и образование #техника #образование #будущее