(지질 및 광물 자원부 항공 지구 물리학 연구소)
이 글은 심해 해저 다금속 결핵 사진의 이미지 복원 및 이미지 처리 방법에 대한 연구 결과를 보고했다. 해저 사진의 주요 문제점은 빛이 고르지 않게 분포되어 있고, 초점이 좋지 않고, 철사 영상이 자주 나타나고, 때로는 진흙의 부분적인 방해를 받는다는 것이다. 본 논문에서는 조도 분포의 수학적 모델을 분석하고 경사 카메라 시스템 및 수평 카메라 시스템 조건에서의 조도 분포 및 감광 강도 분포 공식을 유도한다. 이 작업은 이미지 처리 시스템을 활용하여 해저 사진에 적합한 이미지 복원 및 이미지 처리 기술을 성공적으로 연구하고 자세한 흐름도를 제공합니다. 예를 들어, 6 장의 사진을 첨부하면 연구한 방법이 조명 불균형, 철사 간섭 제거, 대비 향상, 해상도 향상, 자동 분류, 과학 통계 커버 등에 큰 영향을 미칠 수 있음을 알 수 있습니다. 부분 확대를 통해 결핵의 구조와 형태를 연구할 가능성도 있습니다. 이 글에서 보도한 방법은 진귀한 해저 사진을 개선하고 연구하는 중요한 도구이다.
I. 머리말
지구의 해양 해저에는 풍부한 망간 결핵, 철 망간 결핵, 다금속 결핵 등의 보물이 매장되어 있다. 그 분포와 매장량을 규명하기 위해 많은 나라들이 공해에서 심해 다금속 결핵을 탐사하고 있는데, 이것은 후손들에게 유익한 의미심장한 일이다. 이 탐사 작업에 사용된 수단 중 하나는 다금속 결핵의 범위와 매장량을 추정하고 결핵의 형태를 연구하는 해저 촬영이다.
심해 다금속 결핵 촬영의 촬영 환경과 장비에 일련의 문제가 있어 이미지 복구 및 처리에 대한 요구가 제기되었다.
심해 해저에서 사진을 찍으려면 외부 조명이 필요합니다. 수천 킬로미터의 바닷물이 거의 모든 햇빛을 흡수했다. 외부 광원과 카메라의 위치는 상대적으로 고정되어 있으며 둘 사이의 거리는 약 20 ~ 30cm 입니다. 카메라 시스템은 케이블 권양기 제어에 의해 해저로 내려갔고, 카메라는 해머가 바닥을 만지는 신호에 따라 일정한 높이 (1.5 ~ 3m) 로 올라가 사진을 찍었다. 이 거리는 해상 상태의 변화에 따라 물에서 한 번 조절된다. 바다 상태는 바닷바람, 해류, 진흙과 모래를 가리킨다. 해류의 존재로 인해 카메라 시스템이 기울어질 수 있으며 촬영 높이도 그에 따라 변한다. 해저 다금속 결핵 사진에는 해상도와 연구에 영향을 미치는 일련의 문제가 있으며, 주로 다음과 같습니다.
(1) 조도 분포가 균일하지 않고, 중심이 사진의 중심에서 벗어나고, 심지어 카메라가 기울어져 조도 분포가 대칭을 잃습니다.
(2) 때로는 초점이 좋지 않습니다.
(3) 종종 와이어 간섭 이미지가 있습니다.
(4) 해머가 해저 퇴적물을 휘저어서 부분적으로 흐려지는 경우도 있다.
디지털 영상 기술로 심해 다금속 결핵 사진을 다루는 목적은 ：
(1) 이미지 처리를 통해 사진 품질 향상, 주로 이미지 복구
(2) 분류 기술을 통해 나체 핵, 얕은 핵, 깊은 핵을 구분하고, 각종 면적을 정확하게 계산하여 덮인 과학 데이터를 얻는다.
(3) 결핵 형태학 연구.
이러한 목표를 달성하기 위해서는 해저 사진을 디지털화하여 이미지 데이터 파일을 만들고 디지털 이미지 처리 시스템으로 처리할 필요가 있다.
컴퓨터 기술과 원격 감지 과학이 발달하면서 최근 20 년 동안 디지털 이미지 처리 기술이 급속히 발전하고 성숙하며 응용되었습니다. 이미지 향상과 마찬가지로 이미지 복구 기술의 주요 목적은 어떤 의미에서 주어진 이미지를 개선하는 것입니다. 복원은 퇴화 현상에 대한 선험적 지식을 이용하여 퇴화된 이미지를 재건하거나 회복하는 과정이다. 따라서 복구 기술은 퇴화를 모델링하고 반대 프로세스를 사용하여 원본 이미지를 복구하는 것입니다.
카논 박사 (1983, "응용 광학") 는 일반 패턴 (예: 직물) 에 대한 지문 처리, 초점 제거 이미지 개선, 위성 필름에 있는 탐지기 간의 소음 제거, 노출 과정 등에 적합한 이미지 복구 기술 또는 패턴 제거 기술을 연구했습니다. Srinivasan( 1986,' 디지털 디자인') 에서도 이 방법을 설명합니다. 이 기술은 세 가지 명확한 단계로 나눌 수 있습니다.
(1) 이미지의 "흐림" 또는 "패턴" 문제, 즉 퇴화 문제의 본질을 추정합니다.
(2) 복원 또는 패턴 제거를 준비하기 위해 대략적인 모델 또는 주파수 영역 필터를 생성합니다.
(3) 위너 필터나 푸리에 필터를 사용하여 이미지를 개선한다.
해저 결핵 이미지의 구체적인 퇴화 문제는 독특하지만, Cannon 이 제시한 방법과 원리는 여전히 중요한 참고가치를 가지고 있다.
심해 다 금속성 결절의 영상 열화 분석
1. 조도 계산
머리말에서 언급한 소음 중 조명이 고르지 않은 문제가 가장 큰 영향을 미치는 문제이다. 이제이 문제에 대한 수학적 분석이 수행됩니다.
우리 모두 알고 있듯이, 광원은 포인트 라이트로 간주될 수 있습니다. 해저가 평면이라고 가정하면, 촬영한 사진은 ABCD 사변형에 해당한다. 카메라 음의 중심 f 와 라이트 중심 f? 카메라와 라이트가 단단하게 고정되어 있기 때문에 라이트는 항상 음의 평면 긴 대칭 축의 연장선에 있습니다. 마이너스 기호 중심에서 ABCD 사변형 대각선 교차 O 까지의 거리는 H 입니다. 카메라 기울기 각도는 α입니다. 광원 강도는 q 입니다 (예: 1).
솔루션: ABCD 사변형의 임의 지점에 대한 조도 함수 F=f(Q, h, a, l, x, ф) 를 작성합니다.
해결책: 점 O 를 X, Y 의 좌표 축으로, 임의의 점 G 에는 X, Y 의 좌표가 있고, 광원으로부터의 거리는 R 이고, R 공식을 쓰면 F 방정식의 표현식을 얻을 수 있습니다.
H? Yu h, gt 에서 h 까지? 수직 gK 를 만들다.
장 yujun 지질 탐사의 새로운 방법에
광도에 대한 표현식은 다음과 같습니다. 필름 평면이 해저 평면에 평행할 때 그래픽 1 은 그림 2 로 단순화되고 공식 (4) 은 공식 (5) 으로 단순화됩니다.
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그림 2 에서 볼 수 있습니다.
그림 1 카메라 시스템 기울기 시 광도 계산 다이어그램
그림 2 카메라 시스템의 수평 상태에서 광도 계산 다이어그램입니다.
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공식 (5) 에서 y=0 인 경우 ，
그리고 나서:
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(6) 방정식은 x 축의 각 점의 광도이다. 분명히, 이것은 Љ 기반 공식입니까? 그림 3 과 같이 점 중심의 대칭 곡선입니다.
그림 3 x 축을 따른 광도 분포 곡선
Abcd 평면에서 라이트 분포는 Mo' 를 축으로 하여 위 그림의 곡선을 회전하는 표면입니다.
방정식 (4) 의 경우, 즉 카메라 시스템이 기울어지면 곡선 표면이 복잡해져 축 대칭성을 잃게 됩니다.
2. 감광성 광 강도 계산
사진을 찍을 때는 기막 각 지점의 조명 강도도 거리와 관련이 있다는 점도 고려해야 한다.
L 을 광도의 함수로, 비슷한 방법으로 기울기와 수평 두 상태에 해당하는 표현식을 얻을 수 있습니다.
기울어진 카메라 시스템의 경우:
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수평 카메라 시스템의 경우 공식이 간단할 수 있습니다.
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이미지 복원의 본질은 이론이나 실험을 통해 심해 결핵 이미지의 광도 분포 배경 이미지를 만들고 원본 이미지에서 빼서 균일하지 않은 조명으로 인한 왜곡을 제거하여 이미지의 기본 개선을 실현하는 것입니다.
등식 (8) 에서 알 수 있듯이, 사실 알파 각도가 가장 큰 난점이다. 네거티브나 사진 자체로 알파 각도를 푸는 것도 매우 어렵다. 따라서 본 연구는 실험 방법을 통해 광도 분포의 배경 이미지를 만들어 복원을 잘 실현하였다.
셋. 심해 다 금속성 결절의 영상 복원 및 처리 방법 및 과정
연구를 통해 그림 4 와 같은 방법 론적 흐름이 수립되었습니다.
그림 4 심해 다 금속성 결핵 영상 복원 및 처리 과정
순서도는 20 단계로 구성됩니다. 여기서 2-8 은 이미지 복구에 속하고 9-20 은 이미지 처리에 속하며 1 은 준비 작업입니다.
디지털은 I2S 에서 생산한 C4500 스캐너를 사용하여 135 네거티브의 짧은 가장자리 방향을 5 12 행으로 스캔하고, 긴 가장자리 방향은 중앙에 두고 양쪽을 잘라냅니다. 스캔한 이미지가 5 12 줄보다 작으면 고속 푸리에 변환에서 경계 효과를 줄이기 위해 적절하게 접합해야 합니다.
보선의 목적은 철사의 간섭을 해결하기 위함이다. 그렇지 않으면 도면이 불완전할 뿐만 아니라 주파수 영역에서 처리할 때 간섭 범위도 확대된다.
주파수 영역에서 저역 통과 필터 매개변수를 적절히 선택하면 지수 필터를 사용하여 광도 배경 분포의 대략적인 이미지를 얻을 수 있으며, 배율 계수를 적절히 선택하여 원본 이미지에서 빼서 기본 이미지를 얻을 수 있습니다.
기본 이미지에 대한 클러스터 분석을 바탕으로 나체 코어, 얕은 암심, 깊은 암심의 세 가지 범주를 추출했습니다. 겹쳐진 후 이웃 필터링을 수행하고 산발적인 간섭을 제거한 다음 분류 통계를 수행할 수 있습니다.
필요한 경우 통계를 내기 전에 진흙이 휘젓는 간섭 영역을 발굴하여 이러한 간섭으로 인한 오류를 줄일 수 있습니다.
넷째, 이미지 복원 및 처리 효과
이 연구를 전개하기 위해 광저우 해양지질조사국은 각각 우수, 중, 불량의 해저 사진 필름 세 장을 제공했다. 실험을 통해 성공적인 결과를 얻었다. 이제 중급 이미지 복구 및 처리 결과를 예로 들어 이 방법의 효과를 보여 줍니다.
사진 1 은 원도이다. 주된 문제는 대비가 작고, 광도가 고르지 않고, 철사 간섭이 있으며, 선 수가 5 12 보다 적다는 것이다.
그림 2 는 모자이크, 패치 및 향상된 이미지입니다. 그림에서 대비가 높아져 철사의 간섭을 없애고 선 수를 보충했지만 광도가 고르지 않은 문제는 여전하다.
그림 3 은 복원된 이미지로, 광도가 고르지 않은 문제를 성공적으로 극복하고 컴퓨터 자동 분류에 대한 전제 조건을 제공합니다.
그림 4 는 분류 후 추출된 노출 핵 (짙은 회색), 얕은 핵 (흰색) 및 깊은 핵 (연한 회색) 의 합성 이미지입니다.
그림 5 는 비교도입니다. 왼쪽 위 모서리에는 세 가지 유형의 핵의 합성이미지가 있고, 오른쪽 위 모서리에는 원시 핵 이미지가 있고, 왼쪽 아래 모서리에는 얕은 핵 이미지가 있으며, 오른쪽 아래 모서리에는 깊은 핵 이미지가 있습니다.
통계와 계산을 통해 픽셀 수, 전체 그림 총 픽셀 수 및 다양한 결절 커버리지를 얻을 수 있습니다. 아래 표를 참조하십시오.
장 yujun 지질 탐사의 새로운 방법에
게다가, 상술한 처리 후에, 고품질의 필름은 이미 부분적으로 확대되었다. 4 배 확대된 이미지 (그림 6) 는 결핵 형태를 연구하는 데 유용합니다. 그림 6 에서 링, 디스크 및 콜리 플라워 모양의 다 금속성 결핵의 모양과 구조를 명확하게 볼 수 있습니다.
그림 1
그림 2
그림 3
그림 4
그림 5
그림 6
동사 (verb 의 약어) 몇 가지 결론
본 연구에서 연구한 심해 다금속 구조 이미지 복원 방법은 광강도 불균형으로 인한 간섭을 성공적으로 제거하여 철사 이미지의 간섭을 제거하고 선명도를 높이며 대비를 높임으로써 효과가 현저하다.
복원된 이미지는 컴퓨터 자동 분류 처리 조건을 갖추고 있다. 클러스터 분석을 통해 노출된 암심, 얕은 암심, 깊은 암심의 정보를 성공적으로 추출하고 픽셀 수를 정확하게 집계하여 각종 암심의 커버율을 산출했다.
국부적인 확대를 통해 다금속 결핵의 구조와 형태를 더 연구할 가능성이 있다.
이 글에서 연구한 성공 방법은 수천 미터 이하의 심해 해저에서 풍부한 광산자원을 찾는 데 큰 의미가 있으며, 반생산적 대량 가공 응용에 투입되기를 희망하고 있다. 물론, 이 방법은 다른 방면에도 사용될 수 있다.
이 일은 광저우 해양지질조사국 왕광우 동지, 진방언 동지, 장국진 동지의 지지를 받았다. 우리 병원의 주월아 동지는 여러 차례 토론을 했고, 양 동지는 사진을 찍어서 감사의 뜻을 표했다.
참고
[1] cannon m., le har a., Preston F.: 파워 스펙트럼 필터를 사용하여 배경 패턴 제거, 광학 적용, 볼륨 22, 6,777-779,/kloc
[2] 스리네바산. : 소프트웨어 이미지 복구 기술, 디지털 디자인, 볼륨 16, 4 호, 29-34, 1986, 3 월.
심해 다금속 결핵 사진의 이미지 재구성 및 이미지 처리 기술 연구
장, 돌
(지질학 및 광물 자원부 항공 지구 물리학 연구소)
요약 이 글은 심해 해저 다금속 결핵 사진의 이미지 재구성 및 이미지 처리 기술 연구 결과를 보고했다. 해저 사진의 주요 문제점으로는 조도 분포 불균형, 초점이 좋지 않음, 철사 영상 자주 존재, 국부 진흙 간섭 등이 있다. 이 문서에서는 조명 분포의 수학적 모델을 분석하고 경사 카메라 시스템 및 수평 카메라 시스템 조건에서 조도 분포 및 감도 분포 공식을 내보냅니다. 이미지 처리 시스템을 통해 해저 사진에 적합한 이미지 재구성 및 이미지 처리 기술을 성공적으로 개발하고 자세한 흐름도를 작성했습니다. 예를 들어, 이 문서에는 균일하지 않은 조명과 철사 간섭을 제거하고 대비와 해상도를 높이며 자동 분류 및 과학 통계 분석 적용 범위 등에 대한 우리의 접근법의 뚜렷한 효과를 보여 주는 네 장의 그림이 첨부되어 있습니다. 국부적으로 확대된 방법으로 결핵 텍스처와 모양을 검사할 가능성을 보여 줍니다. 이 글에서 설명하는 방법은 진귀한 해저 사진을 개선하고 연구하는 중요한 도구이다.
원래' 지구물리학과 지구화학탐사', 1989, 제 6 호에 실려 있다.