水中能见度即水中视程，它比大气能见度低得多，一般水平方向水中能见视程为大气能见视程的千分之一。这主要因为光在海水中的衰减比大气快得多。描述水下图像的质量主要利用两个参量：对比度和光学传递函数。对比度是描述水中目标与背景之间辐射差别的参量；光学传递函数用于定义图像分辨率的变化。

　　10.9.1水下目标的对比度

　　辐亮度为L的物体，相对于一个辐亮度为Lb的均匀辐射背景，其对比度为：C=(L—Lb)/Lb。

    在水中，由于水对物体辐射的吸收和多次散射，导致物体的对比度降低。若在零距离处观察到物体与背景的辐亮度分别为L0和Lb，而距离r处所观察到的相应的辐亮度分别为Lr和Lbr，则固有对比度C0和表观对比度Cr分别可表示为

    自身不发光理想黑物体(L0＝0)的固有对比度必定为-1；处于理想背景(Lb0=0)下的目标固有对比度为∞。

    根据现场实验和海洋中辐射传递方程都可证明，水中目标表观对比度Cr随观察距离增加而指数衰减。

    美国斯克里普斯海洋研究所能见度实验室曾用玻璃底壳船进行水中对比度观测，用光度计测量辐亮度。

    测得水体的光学参数为

c=0.594 K＝0.216

    测得水中目标表观对比度与距离的关系为

Cr＝C0exp[-0.810r]

    实验证明，垂直观察时

Cr=C0exp[－(K＋c)r]

    而当沿角倾斜观察时

Cr＝C0exp[-(Kcosθ＋c)r]

    图(10—24)是沿水平方向(θ=90°)测得的随r变化的曲线。图(10—25)是沿θ=58.8°测得的Cr随r变化的曲线。

    对水下目标的辐亮度Lr及背景辐亮度Lbr可以分别写出它们的辐射传递方程

    由以上两式得出对比度传输方程

    Cr=C0exp[-(Kcosθ+c)r] (10-76)

    式中θ为光子流方向与天顶方向夹角；r为离目标的观察距离。

    沿水平方向θ=90°，Cr随r的衰减与K无关，可表示为

    称为对比度衰减长度(m)。

    清洁大洋水的对比度衰减长度约为20m左右；沿岸带水的对比度衰减长度约为5m左右；混浊水的对比度衰减长度仅为几厘米。

    可以利用目视测定海水体积衰减系数，方法如下：

    沿水平方向，对比度衰减为Cr=C0。若水中目标为一黑匣子，则Cr=-1。

    得

    透明度盘是一种测定水质透明度的简单方法，直径30cm的白色圆盘下沉到恰恰看不到的深度，称为透明度盘深度。它表示表观对比度已下降到人眼灵敏阈0.02，即

    Cr=C0exp[-(Kcosθ+c)r]=0.02 (10-80)

    透明度盘固有对比度

    一般取为0.3，R一般为0.02，故C0=15。

    上面介绍了用于区别目标与背景辐射的对比度。当描述图象在水中图象分辨率变化时，则用点扩展函数或水体光学传递函数来描述。水中点扩展函数或脉冲响应(PSF)是指在水中准直光接收器距离点光源R处所接收到的各个方向的归一化辐亮度分布(见图10—26)。水体光学传递函数是水中点扩展函数的傅立叶变换。

    海洋光学中用海水的光学传递函数(OTF)来表征图象通过海水后图象的模糊程度。若目标为理想点源S(x,y)，通过海洋水体传输后，在理想成象系统所成的象为h(θMr)，则h(θ,r)成为海洋水体的点扩展函数，h(θ，r)

    图象的空间角频率，单位为周/弧度(c/rad)，光学传递函数的模|H(ψ，r)|称为调制传递函数(MTF)。显然，海水的散射越强，h(θ，r)的有效半径越大，图象分辨率的损失越大，从而使图象的高频成分或图象的细微结构发生模糊。海水的点扩散函数或海水的光学传递函数，是衡量水中图象传输质量的最佳的客观标准。光学传递函数随着距离r的增加而按指数率衰减，一般表示为H(ψ，r)=exp[-D(ψ)·r]，D(ψ)为空间角频率衰减函数，其值随ψ的增大而增大。点扩散函数为H(ψ，r)的傅立叶逆变换。显然，测定通过路径r的海水小角度光散射，即可测得h(θ，r)，由此可推出海洋水体的光学传递函数H(ψ，r)。还有一种用光学传递函数仪测定H(ψ，r)的方法，其原理是用空间角频率调制模板来接收空间角频率信号，以确定通过水中路径之后图象空间角频率的衰减程度。在典型的沿岸清洁海水中，高频的衰减长度为7m，而低频的衰减长度为30m。