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基于紫外图像的水上油膜识别与提取研究
| 论文题名： | 基于紫外图像的水上油膜识别与提取研究 |
| 关键词： | 溢油监测;紫外图像;油膜识别;全局背景抑制;边缘分割 |
| 摘要： | 随着全球经济的不断发展以及我国“海上丝绸之路”战略方针的不断推进，石油资源的开发和利用也在逐年递增，由此带来的溢油风险事故的也在不断增加。选取一种快速、灵敏的探测技术手段，在溢油事故前期能够较好的油膜进行识别和提取，提高海上应急指挥和溢油污染防控能力，减少溢油事故所带来的经济损失。研究人员发现，油膜在紫外波段具有较高的紫外反射率，特别是对薄油膜乃至甚薄油膜。当水面发生溢油时，利用紫外传感器可以快速监测到水面背景下的油膜目标。本文利用油膜这一紫外特性，搭建了一套快速、便捷的紫外成像探测设备，为水上溢油监测部门提供了一种针对海洋溢油初期形成的薄油膜进行识别与提取的水面油膜紫外成像探测系统。本文具体的研究内容如下： （1）介绍了油膜的光谱探测方法，研究人员分析得出油膜在紫外波段具有较高反射率的特点。CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor)图像传感器具有工艺成熟、可扩展性强等特点，搭配传感器选择了具有大光圈、可变焦的紫外光学镜头以及拥有高透过率的窄波段滤光片组成设计了一套体积小巧、便于携带、易于组装的紫外CMOS成像相机，为溢油遥感监测体系增加了一种可行的油膜监测设备。 （2）为了选择最佳的紫外波段进行油膜成像探测，本文开展了紫外波段下油膜光学成像实验，来探究300nm、310nm、330nm三个紫外波段下的油膜成像效果。利用图像纹理特征参数（平均灰度值、灰度值标准差、平均梯度、信息熵）进行油膜成像质量量化分析，得出330nm波段下的成像质量在四种参数结果中都具有良好的数值，可以作为紫外CMOS成像相机的主要工作波段。 （3）为了更好地识别与提取紫外图像中的油膜，对图像进行自适应中值滤波预处理以消除椒盐噪声带来的影响。针对紫外图像易受光照影响，导致油膜分割准确度降低的问题。本文首先对图像进行形态学顶帽变换；计算图像灰度均值Imean以及直方图峰值kmax，与恒定阈值constth=135进行排序，选择中值对图像进行背景抑制；最后利用自适应阈值法进行分割。结果表明，该方法拥有良好的油膜分割效果。除此之外还对油膜图像进行了Canny算子边缘检测，得到了较好的监测结果。 本文根据油膜紫特性搭建了水面油膜紫外成像探测系统，对采集到的油膜图像利用顶帽变换和全局背景一直相结合的方法进行自适应阈值分割，得到了良好的油膜提取效果，可以为海洋监测管理部门提供了良好的数据支撑和执法依据。 |
| 作者： | 赵术林 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 李颖 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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