Новые технологии позволяют чётко видеть сквозь непрозрачную воду

Руководитель исследовательской группы Хаофен Ху из Тяньцзиньского университета в Китае рассказал:

«Наш новый метод преодолевает ограничения традиционной поляриметрической подводной съёмки, закладывая основу для переноса этого метода из лаборатории в полевые условия. В отличие от предыдущих методов, здесь нет необходимости включать в изображение фоновую область для оценки обратнорассеянного света».

В журнале Оптического общества (OSA) Optics Express исследователи доказывают способность своего метода повышать контрастность изображения, сохраняя при этом детали изображения без значительных помех. Новый метод работает даже в плотной сильнозагрязнённой воде, которая настолько мутная, что сквозь неё практически невозможно ничего рассмотреть.

Хаофен Ху продолжил:

«Наш метод поляриметрической визуализации может улучшить качество изображения в различных рассеивающих средах, а не только в мутной воде. Предложенный способ визуализации будет корректным и в таких средах, как туман, смог и дым».

Практическая подводная съёмка

Традиционные подходы к подводной съёмке, позволяющие видеть сквозь мутную воду, используют либо предварительные знания о зоне съёмки, либо фон изображения для расчёта и удаления рассеянного света. Эти методы имеют ограниченное применение в полевых условиях, поскольку обычно требуют ручной обработки. Изображения не всегда имеют видимый фон, а предварительная информация не всегда доступна.

Исследователи использовали традиционную поляризационную установку для получения изображений различных объектов, погружённых в мутную воду. Сочетание этой простой установки с новым алгоритмом позволило получить чёткие подводные изображения без предварительных знаний или фонового пространства. (Изображение: Haofeng Hu, Tianjin University).

Чтобы преодолеть эти трудности, исследователи объединили традиционную установку для получения поляризованных изображений с новым алгоритмом, который автоматически находит оптимальные параметры для подавления рассеянного света. Это не только значительно улучшает контрастность изображения для достижения чёткой визуализации, но и может использоваться без каких-либо предварительных знаний об области визуализации и для изображений с фоновыми областями или без них.

Хаофен Ху добавил:

«Наш подход предоставляет большие возможности, которые могут обеспечить практическое применение подводных поляриметрических изображений за пределами «идеальной» подводной среды, которая существует в лаборатории. Метод может быть адаптирован к различным приложениям, в которых чёткое изображение является критически важным, но качество съёмки обычно низкое из-за непрозрачности воды».

Видеть сквозь непрозрачную воду

Исследователи проверили свою новую методику, получив изображения в мутных жидких смесях в лаборатории. Они начали с прозрачного резервуара, наполненного водой, а затем добавили в него разное количество молока, чтобы имитировать подводную среду с различной степенью непрозрачности. Они получали изображения различных объектов, изготовленных из разнообразных материалов, таких как дерево, пластик и керамика.

Хаофен Ху сказал в заключение:

«Результаты наших экспериментов показывают, что наш метод имеет явные преимущества, с точки зрения подавления рассеивания, восстановления деталей и снижения помех при отображении разнообразных объектов в воде с различной степенью прозрачности. Хотя фоновые области часто не видны в плотной мутной воде, наш метод смог обеспечить чёткое изображение предметов и в этой среде».

Теперь, когда метод доказал свою эффективность в изображении предметов сквозь мутную воду в лаборатории, исследователи планируют испытать его на практике в реальной природной подводной среде, например, в океане. Они также планируют увеличить дистанцию до предмета изображения, чтобы сделать метод более полезным в практическом применении.

Трой Оукс родился и вырос в Австралии и всегда хотел знать, почему и как всё работает, что привело его к любви к науке. Он профессиональный фотограф и с удовольствием фотографирует прекрасные австралийские пейзажи. Он также является профессиональным охотником за штормами и в настоящее время живёт в Херви-Бей, Австралия.