[發(fā)明專利]智能水下偏振目標(biāo)深度圖獲取系統(tǒng)及其方法

有效

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• 申請日: 2014-06-04
• 公開（公告）號: CN104052967B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王慧斌;韋佳明;沈潔;李臣明;陳哲
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號: H04N7/18
• 分類號: H04N7/18;G01B11/22
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)儀器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于偏振識別的智能水下偏振目標(biāo)深度圖獲取系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的機器視覺是將立體的三維景物投影成平面的二維圖像，在這個成像的過程中損失了深度信息，使得重構(gòu)的三維景物不是唯一的，從而使機器視覺的發(fā)展受到了限制。因此，基于圖像的深度信息獲取具有重要的現(xiàn)實意義，將會大大推動機器視覺的發(fā)展。

目前深度信息獲取大致分為兩種：

一種是通過三維成像獲得深度信息：例如激光雷達深度成像、立體視覺技術(shù)法。立體視覺中的雙目立體視覺由于直接模仿了人和許多動物通過雙眼獲得景物的深度信息的方式，得到了更為深入的研究，但這類方法存在嚴(yán)格的匹配要求。

另一種是基于二維圖像的深度信息獲取技術(shù)。例如基于多幅圖像的去霧方法，借助晴天和霧天場景的兩幅圖像作為參考圖像來計算場景各點的深度比關(guān)系。這種方法需要涉及不同天氣條件下獲得的多幅場景圖像，因此時效性比較差。He等人提出基于暗原色先驗的去霧方法，獲取場景信息。上述方法能實現(xiàn)單幅圖像獲取深度信息，但是求解過程相對復(fù)雜，因此實時性相對較差。

在水下場景中，深度信息對于水下目標(biāo)檢測和跟蹤有著重要的作用，然而上述方法應(yīng)用在水下時，存在著嚴(yán)重的不足，光在水體中傳播時存在著嚴(yán)重的吸收和散射，目標(biāo)信息無法到達采集設(shè)備，但是水下后向散射偏振光卻包含目標(biāo)的距離信息。

在此背景下，本發(fā)明針對水下場景應(yīng)用需求，提供一種智能水下偏振目標(biāo)深度圖獲取系統(tǒng)，通過偏振圖像采集裝置獲得目標(biāo)圖像，基于后向散射光強方法，快捷的計算得到深度圖。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述或其他缺陷，提供一種智能水下偏振目標(biāo)深度圖獲取系統(tǒng)，可對水下目標(biāo)的偏振圖像、非偏振圖像進行采集、計算、處理，從而能夠得到目標(biāo)的深度圖。

本發(fā)明提供了一種針對水下環(huán)境的智能水下偏振成像與目標(biāo)深度圖獲取系統(tǒng)，其特征在于：系統(tǒng)由圖像采集模塊、圖像處理模塊、控制模塊、存儲模塊、顯示模塊、電源模塊構(gòu)成。所述的采集模塊包括旋轉(zhuǎn)鏡頭、相機、激光發(fā)射/接受裝置、步進電機，相機前部安裝旋轉(zhuǎn)鏡頭，與激光發(fā)射/接收裝置組成聯(lián)動裝置，通過控制模塊觸發(fā)步進電機控制偏振片角度，保證當(dāng)激光發(fā)射/接收裝置的激光發(fā)射端與接收端、鏡面貼片處于同一垂直面時，精確得到所需偏振角度圖像。所述的控制模塊通過發(fā)送脈沖控制步進電機的旋轉(zhuǎn)、圖像處理模塊的圖像處理、存儲模塊的信息存儲，顯示模塊的信息傳輸與顯示。所述的圖像處理模塊內(nèi)置有圖像處理算法，對輸入的采集圖像進行處理，得到目標(biāo)深度圖。所述的存儲模塊是用來存放采集模塊采集的圖像信息和處理模塊處理后的圖像信息。所述的顯示模塊包含數(shù)-模轉(zhuǎn)換器、顯示屏，在控制模塊的控制信號作用下將處理模塊處理后得到的深度信息進行顯示所述的電源模塊對系統(tǒng)內(nèi)的各個模塊提供供電服務(wù)。

本發(fā)明的核心處理部分是：所述采集模塊中旋轉(zhuǎn)鏡頭與激光發(fā)射/接收裝置相結(jié)合成聯(lián)動裝置，通過控制模塊觸發(fā)步進電機控制偏振片角度，保證當(dāng)激光發(fā)射/接收裝置的激光發(fā)射端與接收端、鏡面貼片處于同一垂直面時，精確得到所需偏振角度圖像并存儲。所述圖像處理模塊是基于后向散射光強計算方法，得到水下目標(biāo)的深度圖。

所述旋轉(zhuǎn)鏡頭包括以下部分：帶有軸承的黑色旋轉(zhuǎn)輪、非偏振片、0度偏振片、90度偏振片、鏡面貼片。鏡片固定在旋轉(zhuǎn)輪的外邊緣與旋轉(zhuǎn)輪相互外切，且鏡片中心線過旋轉(zhuǎn)輪中心，三個鏡片的中心線夾角為120度。鏡面貼片貼在三條中心線上與旋轉(zhuǎn)輪外邊相內(nèi)切。

所述圖像處理模塊中算法是基于后向散射光強可表述為：

步驟1、基于暗原色先驗知識處理非偏振圖像，選取其中暗原色值最大的10％像素區(qū)域作為背景區(qū)域。

步驟2、依據(jù)步驟1中的背景區(qū)域，做為0度偏振圖像、90度偏振圖像的背景區(qū)域，依據(jù)(4)式計算出后向散射光的偏振度：