涉水光学：光学与智能交叉融合

涉水影像增强技术是一类通过改变影像的像素值来改善视觉质量，提高对比度的非物理模型方法。该类方法往往不考虑涉水影像退化的光信号传播作用物理过程，即忽略水体光学成像参数等先验知识，通过图像处理或者机器学习的方式来提升影像质量。

图10.涉水影像增强技术

涉水影像质量评价是针对于水下影像退化机制的综合影像质量评价标准。如何从视觉显著性、认知心理学以及信息量度量的角度出发，需构建出更符合人类主观感受的水下影像质量评价方法是未来值得探索的研究方向。 

图11.多探测模态认知计算

视觉信息认知计算是指利用视觉信息来探测涉水环境，通过对涉水光学影像的处理实现涉水环境探测信息的认知计算。通过机器学习方法，分析水下光学与声学多模态信息特性，从数据获取端与数据处理端协同优化多模态探测任务，采用搜集或者生成的方法不断推进水下多模态信息数据集的扩充，构建水下多模态信息决策体系，提升多模态探测信息的融合及协同处理能力，推动水下探测及导航定位等工作的突破。 

涉水光学应用场景

为了获得真实的海底环境，在水下安防的建设中，深海相机系统必不可少。深海相机可广泛搭载于载人潜水器，水下机器人，着陆器等深海运载器，是深海资源勘测，深海矿产开发，海洋生态观测及深海生物，化学活动观测的必须手段。李学龙团队研制了我国首套全海深高清相机“海瞳”，团队完成的“全海深高清光学成像及影像处理系统”荣获2019年中国光学工程学会科技进步奖一等奖。解决了深海高压环境下高清视觉数据获取的难题，攻破了全海深干舱密封，水下光学像差校正，色彩复原和水下图像增强等关键技术。相机适用水深0至11000米，相关技术指标达到国际先进水平。2017年3月，“海瞳"全海深高清相机于跟随“探索一号”完成了马里亚纳海沟科考任务，作为主相机曾4次下潜至七千米深度，3次下潜至万米深度,最大潜深达10909米，完成我国深海科考史上首次完成全海深的高清视频获取，并首次记录了位于8152米深处的狮子鱼，是当时观测到鱼类生存的最大深度，为马里亚纳海沟深渊的海洋生物，物理海洋等多学科研究提供了重要的原始数据。随后研制的“海瞳Ⅱ”全海深高清相机，于2018年9月随“探索一号”TS09航次再次进行了马里亚纳海沟科考任务，期间多次下潜，获得诸多珍贵资料，填补海洋科研领域空白。

图12.全海深高清相机及摄影直播系统