（來源：MIT News）

海洋里生機盎然，色彩豐富，但除非近距離觀察，否則大部分海洋世界都很容易被忽視。這是因為水本身就像一層天然的“隱形斗篷”，當光線穿過海洋時，會發生彎曲、散射并在水體和懸浮顆粒的干擾下迅速衰減。這使得在非近距離拍攝的情況下，幾乎無法準確還原水下物體的真實色彩。

如今，麻省理工學院（MIT）和伍茲霍爾海洋研究所（WHOI）的研究團隊開發了一款名為“SeaSplat”的圖像分析工具，它能夠消除水體光學干擾，生成仿佛“排干海水”般的真實水下場景圖像。該團隊將這種顏色校正工具與一個計算模型相結合，可將二維圖像轉換為三維虛擬水下世界，供科學家自由探索。

“SeaSplat”的名稱源自其水下應用（Sea）和核心技術“3D 高斯潑濺”（3D Gaussian Splatting, 3DGS）。后者通過拼接多角度拍攝的圖像，構建出可從任意視角觀察的完整三維場景。

“借助 SeaSplat，可以明確模擬水體的光學效應，從而在一定程度上‘移除’水的干擾，生成更精確的水下 3D 模型?！甭槭±砉W院研究生 Daniel Yang 表示。

研究團隊在美屬維爾京群島等海域，利用潛水器和水下機器人拍攝的海床圖像測試該工具，生成的 3D 場景在色彩真實性和細節豐富度上均顯著優于傳統方法。

團隊指出，SeaSplat 可幫助海洋生物學家高效監測珊瑚礁等生態系統的健康狀況。例如，當水下機器人探索珊瑚礁并拍攝圖像時，SeaSplat 可同步處理這些圖像，生成真實色彩的三維模型?？茖W家們能夠以自己的節奏和路徑虛擬“飛越”其中，檢查珊瑚白化等跡象。

“近距離觀察時，珊瑚的白化現象呈現白色，但遠看可能因水體散射顯得模糊發藍，難以識別?！?WHOI 副科學家 Yogesh Girdhar 解釋道，“借助 SeaSplat 的真實色彩成像，珊瑚白化和不同珊瑚物種將更容易被識別?！?/p>

還原海洋真實色彩的科技突破

在海洋中，物體的顏色和清晰度會被光線在水中的傳播效應所扭曲。近年來，研究人員開發了多種旨在重現海洋真實色彩的校正工具，部分技術源自陸地環境（如霧天場景的色彩還原）。近期一項研究通過“Sea-Thru”的算法實現了海洋真實色彩的精準還原，但其需要巨大的計算資源，用于生成三維場景模型時面臨挑戰。

與此同時，三維高斯潑濺（3DGS）也取得重大進展：該技術可無縫拼接多角度圖像，并通過智能填補空白以構建完整三維場景。這種“新視角合成”技術允許觀察者從任意角度和距離探索生成的三維世界。

然而，3DGS 迄今僅成功應用于陸地環境。水下三維重建面臨兩大光學挑戰：后向散射：光線在海洋微粒上反射形成的霧狀光暈；衰減效應：特定波長光線隨距離減弱的現象（例如遠距離觀察時紅色物體比藍色物體更易褪色）。

陸地環境中，物體顏色基本不受觀察角度和距離影響；但在水中，顏色會隨視角迅速變化。當 3DGS 嘗試拼接水下圖像時，后向散射和衰減效應會導致不同角度的物體顏色失真，使模型無法準確解析物體。

“我們對水下機器人視覺的愿景是：想象移除海洋中的水后，會看到什么？” MIT 機械工程系教授 John Leonard 說。

SeaSplat 如何重塑水下三維視覺

在新研究中，Yang 及其團隊開發了一種色彩校正算法，能夠精確計算后向散射與衰減效應對圖像中每個像素的扭曲程度，并通過逆向運算還原像素的真實色彩。

隨后，研究人員將該算法整合至 3DGS 模型，最終構建了 SeaSplat 系統。它可快速分析水下場景圖像，生成真實色彩的三維虛擬模型，支持從任意角度和距離進行細節探索。

團隊將 SeaSplat 應用于多個水下場景，包括紅海、庫拉索島加勒比海海域、巴拿馬附近太平洋等不同水況條件的圖像（部分來自現有數據集），并在美國維爾京群島通過遙控水下機器人拍攝的圖像進行測試。

結果顯示：SeaSplat 生成的三維場景中，物體即使從不同角度和距離觀察，色彩均保持真實穩定，完全規避了實際海水中常見的“褪色現象”。

“生成三維模型后，科學家可以像潛水一樣‘暢游’其中，以真實色彩細致觀察細節?！?Yang 表示。

目前該方法需依賴高性能臺式計算機，雖暫無法搭載于水下機器人，但適用于系纜作業——通過纜線將水下設備拍攝的圖像實時傳輸至船載計算機處理。

“這是首個能快速構建高精度彩色水下三維模型的技術，且渲染速度極快，”WHOI 副科學家 Yogesh Girdhar強調，“這將助力生物多樣性量化評估，以及珊瑚礁等海洋生態系統的健康監測?！?/p>

https://news.mit.edu/2025/imaging-technique-removes-water-effect-underwater-scenes-0520