可在浑浊水中清晰成像的新技术

来自天津大学的研究人员开发了一种新方法，可以在浑浊的水中自动生成清晰的图像。这项新技术可以用于寻找溺水受害者、记录水下考古文物和监测水下农场。

在水下清晰地成像是极具挑战性的，因为水和水中的粒子往往会散射光。但由于散射光是部分偏振光，使用对偏振敏感的相机成像可以用来抑制水下图像中的散射光。 研究小组负责人表示，他们的新方法克服了传统偏振水下成像的局限性，为这种方法走出实验室进入实际应用奠定了基础，与以前的方法不同，这种方法不需要图像包含背景区域来估计后向散射光。

在OSA的《Optics Express》上，研究人员展示了他们的方法在不引入大量噪声的情况下增强图像对比度的能力。这种新方法甚至可以在浑浊的水中工作，因为浑浊的水几乎不可能被看穿。 研究人员说：“我们的偏振成像方法可以改善在各种散射介质中的图像质量，不仅仅是浑浊的水，我们认为，我们使用的原理可扩展到其他散射介质，如雾、霾和烟雾的成像。”

传统的水下成像方法要么利用预先得知的成像区域的信息，要么利用图像背景来计算和去除散射光。这些方法在实际应用中效用有限，因为它们通常需要手动处理，图像并不总是有可见的背景，而且预先得到的信息并不总是可用的。

为了克服这些挑战，研究人员将传统的偏振光成像装置与一种新的算法相结合，该算法可以自动找到抑制散射光的最佳参数。这不仅显著提高了图像对比度，实现了清晰的成像，而且可以在不了解成像区域的情况下使用，也可以用于有无背景区域的图像。

研究人员通过在实验室中获取浑浊液体混合物中的图像来测试他们的新技术。他们先用一个装满水的透明水箱，然后加入不同数量的牛奶，以模拟不同浑浊度的水下环境。他们将各种材料制成的各种物体成像，如木材、塑料和陶瓷。 实验结果表明，他们的方法在抑制散射、恢复细节和降低噪声方面有明显的优势，当在不同浑浊的水中成像不同的物体时。虽然背景区域在稠密的浑浊水中通常是不可见的，但他们的方法能够在这种环境下实现清晰的成像。

目前该方法已经在实验室中得到了验证，研究人员计划在实际的水下环境，如海洋中进行测试。他们还计划提高成像距离，使其在真实的水下环境中更有用。

图：研究人员展示了他们的技术，在一片浸入各种浑浊液体的木板上成像。左边的图像是用传统相机拍摄的，右边的图像是新方法生成的清晰图像。