摘要：水是人类赖以生存的基础，从生活用水到农田灌溉，再到工业生产，都离不开对水资源的利用。对水域的探索和开发，能帮助人们拓展生活和生产的边界，同时也是智能领域的重要蓝海，有着极多的应用场景。
水是人类赖以生存的基础，从生活用水到农田灌溉，再到工业生产，都离不开对水资源的利用。对水域的探索和开发，能帮助人们拓展生活和生产的边界，同时也是智能领域的重要蓝海，有着极多的应用场景。
智能领域的数据主体是视觉、听觉、文字等模态，其中，视觉是核心赛道，也是目前智能应用的主战场。视觉的基础是光学，光在水体及跨介质中的传播机理是涉水成像的本质，也是“涉水视觉”研究的根基。
人类从环境中获取信息的 80% 来自视觉，主要集中于空气和真空中。受限于水体对光的吸收和散射，对各类水体中的成像关注较少。而地球表面约 70% 被水覆盖，包括江河湖海、云雾雨雪各种形态。因此，涉水视觉研究至关重要。
涉水视觉专题
关注涉水光学成像与图像信号处理
涉水视觉技术具有直观的目标检测能力、高成像分辨率及丰富的信息内容等显著优势，在涉水探测、海洋开发、生态监测等领域有广泛应用。然而，由于水体的吸收和散射特性，涉水光学成像常常受到噪声干扰，导致获取清晰图像成为一项具有挑战性的任务。
依托 AI 技术的迅速发展，涉水视觉技术在信号处理、噪声分析与调控、海洋光学装备等方面取得了显著突破。随着涉水光学成像和图像信号处理技术的持续发展，涉水视觉技术将为水域的探索和开发供强有力的技术支撑。
近日，由中国科学院与国家自然科学基金委员会主办的自然科学类综合性学术期刊《中国科学：技术科学（英文版）》邀请中国电信集团CTO、首席科学家、中国电信人工智能研究院（TeleAI）院长李学龙教授为特邀编辑，组织出版了“涉水视觉”专题。
此专题将重点关注涉水光学成像与图像信号处理领域的最新技术进展与成果，深入探讨涉水环境中的噪声分析与调控技术，将噪声分析作为涉水视觉信号高效处理的核心理论与思想，拓展人类对涉水环境噪声的认知。
专题地址：
涉水光学成像
认知和利用涉水环境的重要手段
涉水光学成像是智能光电技术在水下场景中的重要应用和创新方向之一。在涉水环境中，通过光电设备可以对光信号进行探测和传输，同时结合智能技术，还能实现感知、分析、判断，为水下作业提供指导和决策。
TeleAI 通过对智能光电、智能体、智传网（AI Flow）、AI 治理的研究，形成“三智”+“一治”的完整战略布局，目标通过 AI 驱动包括赛博空间、临地空间、广域空间在内的“三大空间经济”发展，不断拓展人类的认知和活动范围。
在《中国科学：技术科学（英文版）》“涉水视觉”专题开篇，李学龙教授撰写并发表长文《涉水光学成像：从算法到硬件》，回顾了人类涉水成像的发展史，并详细介绍各类涉水光学成像的工作机制和最新代表性进展。
文章介绍，涉水光学成像是基于涉水视觉处理和解析算法，利用光与水的物质相互作用机理及光的跨介质传播机理，直观获取涉水环境视觉信息的方法与技术。
它是人类认知、开发、利用涉水环境的重要手段和工具，具有探测目标直观、成像分辨率高、信息容量高等优点。先进的涉水成像装备已成为大国海洋战略的核心。
涉水光学成像环境远比陆地光学成像环境复杂，包含悬浮颗粒物、可溶有机物、浮游动植物等复杂元素，存在严重的吸收和散射作用。
在涉水成像过程中，水对光的吸收具有明显的选择性，涉水图像通常呈现蓝绿色调，存在明显的颜色失真。同时，水分子和水中悬浮颗粒对光具有强烈的散射作用，涉水光学图像通常存在色彩失真、白色雾化、边缘细节模糊等问题。
因此，光在涉水环境中的传播机理比在空气中更为复杂，需要基于光与水及其所含物质的相互作用及光的跨介质传播机理，使用针对性方法，实现涉水图像信息复原和图像增强。
在涉水光学成像技术方面，一类是利用图像处理技术，通过图像处理抑制或消除散射噪声对光学成像的影响。
现有涉水图像处理方法可以分为非物理模型的图像增强方法、基于物理模型的图像重建方法和基于深度学习的图像增强方法。
非物理模型的图像增强方法结合现有的图像增强技术，追求更好的主观视觉观测效果，虽然时间复杂度低，但容易产生过增强或欠增强的现象。
基于物理模型的图像重建方法，需要一定的先验条件和合理假设，计算未知的成像参数，逆向求解恢复未被衰减的目标图像，恢复出的图像更接近真实图像，但是复杂度相对较高。
另一类是利用光学硬件设备抑制散射技术，以减小成像过程中散射对光学系统成像质量的影响。
目前的主流方案包括主动照明成像、偏振成像，距离选通激光成像，同步扫描激光成像，条纹管激光成像、载波调制激光成像、关联成像等。
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涉水光学成像技术在海洋科考、资源勘探、地貌绘制、水下考古等领域具有重要应用前景。随着智能光电成像技术快速发展，应用场景不断拓展深化。作为光电领域与智能领域的交叉技术，智能光电成像打通了从数据获取到数据处理的感算通道，能够有效缓解湍流、散射等复杂多变的场景干扰，为涉水探测等临地安防应用提供了新的技术支撑。
来源：TeleAI