[發明專利]一種結合天空光偏振模型的多光譜偏振圖像去霧方法

在審

• 申請號: 202010041876.6
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111210396A
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 張穎;趙慧潔;羅立一;仇汝冬;凌子盟
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出一種結合天空光偏振模型的多光譜偏振圖像去霧方法，包括以下步驟：在霧天氣條件下，首先，利用多光譜偏振成像探測系統獲取不同光譜通道下的偏振圖像，同時利用太陽光度計測量相應譜段的氣溶膠光學厚度。其次，將探測波段、太陽天頂角、氣溶膠光學厚度、氣溶膠粒子散射信息等輸入到天空光偏振模型中，仿真求得天空光偏振態分布圖，選取探測方位角上水平視場角內的天空區域,求取其中光強和偏振度的平均值分別作為無窮遠處的大氣光強值和大氣光偏振度值。最后，利用基于偏振差分的去霧方法對不同光譜通道的偏振圖像進行去霧。本發明解決了多光譜偏振圖像場景中沒有天空區域或者場景中存在某些高亮物體時偏振度大氣光信息估計錯誤的問題。

技術領域

本發明屬于近地面遙感圖像處理領域，涉及一種結合天空光偏振模型的多光譜偏振圖像去霧方法，用于提高霧天等惡劣環境條件下光學探測系統成像的圖像質量。

背景技術

在霧天氣條件下，由于大氣氣溶膠顆粒的散射現象，導致戶外成像系統獲得的圖像質量嚴重退化。因此，如何有效去除霧的影響，改善圖像質量，獲得用戶感興趣的有用信息，近年來已成為遙感領域和圖像處理領域研究的熱點問題。

目前絕大多數的圖像去霧方法主要分為基于計算機視覺和基于物理退化模型的兩大類。其中基于計算機視覺的方法主要用于增強圖像的對比度，不考慮霧具體的形成過程；基于物理退化模型的方法是通過對大氣參數和透射率的估計，然后根據大氣物理退化模型來恢復原始圖像。基于大氣物理退化模型，Schechner等在APPLIED OPTICS上發表的“Polarization-based vision through haze”中提出了一種基于偏振差分的圖像去霧方法，該方法假設在霧天氣條件下，大氣光分布是均勻的，并利用兩幅正交偏振圖像來進行圖像去霧。在去霧過程中無窮遠處的大氣光強和大氣偏振度的估計取決于天空區域的選擇。該方法的模型簡單易實現，可以有效的恢復場景的可見性，但是仍存在一定的問題：當圖像中沒有天空區域或圖像中存在某些高亮度物體或強光源時，不能正確的選擇天空區域，進而錯誤地估計無窮遠處的大氣光強和大氣偏振度，影響最后的去霧結果。該方法基于天空光的部分偏振，但是在濃密的霧天條件下，天空光的偏振度接近于零，這種方法將會失效。

天空光偏振模型能夠仿真天空光偏振態的分布規律，是研究天空光偏振態分布與大氣特性參數之間的定量關系的重要工具。張穎等在紅外與毫米波學報上發表的“多種天氣條件下的天空光偏振模型”建立了一種適用于多種天氣條件下的天空光偏振模型。所建模型是建立在倍加累加法的輻射傳輸模型和T矩陣法計算粒子散射特性的基礎上，能夠比較準確地模擬多種天氣條件下的全天空范圍內天空光偏振態分布規律。

發明內容

本發明所要解決的問題是提供一種結合天空光偏振模型的多光譜偏振圖像去霧方法，它通過簡單的算法能夠相對更準確地估計無窮遠處的大氣光強和大氣偏振度，進而獲得清晰的去霧圖像。

本發明采取的技術解決方案是提供一種結合天空光偏振模型的多光譜偏振圖像去霧方法，包括以下步驟：

(1)利用基于液晶相位可變延遲器的多光譜偏振成像探測系統對場景進行成像，獲得不同光譜通道下的四幅偏振圖像，通過一次探測中獲取的同一光譜通道下的四幅圖像計算得到Stokes矢量(I,Q,U,V)，然后利用Stokes矢量與穆勒矩陣之間的關系，求解得到探測圖像每個像素點光強值最大和光強值最小的兩幅圖(I^⊥,I^||)。

(2)利用手持式MicrotopsⅡ型太陽光度計測量氣溶膠光學厚度作為天空光偏振模型的輸入參數，將探測波段、太陽天頂角、氣溶膠光學厚度、氣溶膠粒子散射信息輸入到天空光偏振模型中，仿真得到天空光偏振態的分布狀態。選取探測方位角上水平視場角內天頂角為0°至90°范圍內的天空區域,求取其中光強值的平均值作為無窮遠處的大氣光強值A_∞，偏振度值的平均值作為大氣光偏振度值p。