[發(fā)明專利]一種面向野外水體監(jiān)測的自適應(yīng)多波段-偏振光學(xué)成像系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010722040.2
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111912790B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張振;周曉波;王慧斌;沈潔;陳哲;高紅民;張麗麗
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號: G01N21/21
• 分類號: G01N21/21;G01N21/01;G03B17/14;G03B11/00
• 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: 顏盈靜

1.一種面向野外水體監(jiān)測的自適應(yīng)多波段-偏振光學(xué)成像系統(tǒng)，其特征在于：包括：用于進(jìn)行通道對焦的相機(jī)鏡頭、安裝有不同波段及偏振方向?yàn)V光片的濾光片轉(zhuǎn)輪、圖像傳感器模塊、處理器模塊和電機(jī)系統(tǒng)；一個(gè)濾光片構(gòu)成一個(gè)拍攝通道，所述濾光片轉(zhuǎn)輪設(shè)置在圖像傳感器模塊與相機(jī)鏡頭之間，且該濾光片轉(zhuǎn)輪通過轉(zhuǎn)軸連接電機(jī)系統(tǒng)，所述圖像傳感器模塊受處理器模塊控制進(jìn)行圖像拍攝并將圖像輸出至處理器模塊，所述處理器模塊根據(jù)圖像傳感器拍攝的圖像發(fā)送相應(yīng)的控制信號給電機(jī)系統(tǒng)，所述電機(jī)系統(tǒng)根據(jù)接收到的控制信號控制濾光片轉(zhuǎn)輪調(diào)整拍攝通道；

所述處理器模塊內(nèi)置通道選擇模塊，所述通道選擇模塊對圖像傳感器模塊拍攝的圖像進(jìn)行水面目標(biāo)檢測和場景辨識，并基于該場景確定對應(yīng)的拍攝通道；所述處理器模塊根據(jù)通道選擇模塊輸出的拍攝通道向電機(jī)系統(tǒng)發(fā)送控制信息；

所述通道選擇模塊包括：

目標(biāo)檢測模型，用于對圖像傳感器模塊拍攝的圖像進(jìn)行特征提取和水面目標(biāo)檢測，得到圖像內(nèi)各水面目標(biāo)的類別及各水面目標(biāo)的邊界框；所述水面目標(biāo)的類別包括耀光、波紋、綠植、秸稈、冰雪、泡沫、塑料、木板、油膜、有機(jī)質(zhì)、樹葉；

場景辨識模塊，用于基于目標(biāo)檢測模型輸出的各水面目標(biāo)的類別及各水面目標(biāo)的邊界框進(jìn)行場景辨識，得到場景類別；所述場景類別包括環(huán)境光照不足場景、水面耀光強(qiáng)烈場景、水面波紋監(jiān)測場景、水面波紋監(jiān)測場景、綠植漂浮物監(jiān)測場景、秸稈漂浮物監(jiān)測場景、冰雪漂浮物監(jiān)測場景、水面泡沫監(jiān)測場景、塑料漂浮物監(jiān)測場景、木板漂浮物監(jiān)測場景、油膜漂浮物監(jiān)測場景、有機(jī)質(zhì)漂浮物監(jiān)測場景和樹葉漂浮物監(jiān)測場景；

拍攝通道選擇模塊，用于根據(jù)場景辨識模塊輸出的場景類別從內(nèi)置的通道查找表中獲取相應(yīng)的拍攝通道；

所述通道查找表中包括有場景類別與拍攝通道的對應(yīng)關(guān)系；

所述拍攝通道包括分別由可見光濾光片、藍(lán)光窄帶濾光片、綠光窄帶濾光片、紅光窄帶濾光片、近紅外窄帶濾光片、全光譜濾光片、0°線偏振濾光片、45°線偏振濾光片和90°線偏振濾光片構(gòu)成的拍攝通道。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向野外水體監(jiān)測的自適應(yīng)多波段-偏振光學(xué)成像系統(tǒng)，其特征在于：還包括電源模塊，所述電源模塊為電機(jī)系統(tǒng)和處理器模塊進(jìn)行供電。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向野外水體監(jiān)測的自適應(yīng)多波段-偏振光學(xué)成像系統(tǒng)，其特征在于：所述通道查找表中的場景類別與拍攝通道的對應(yīng)關(guān)系包括：

環(huán)境光照不足場景對應(yīng)拍攝通道為全光譜濾光片；

水面耀光強(qiáng)烈場景對應(yīng)拍攝通道為0°線偏振濾光片；

水面波紋監(jiān)測場景對應(yīng)拍攝通道為90°線偏振濾光片；

綠植漂浮物監(jiān)測場景對應(yīng)拍攝通道為紅光窄帶濾光片；

秸稈漂浮物監(jiān)測場景對應(yīng)拍攝通道為近紅外窄帶濾光片；

冰雪漂浮物監(jiān)測場景對應(yīng)拍攝通道為藍(lán)光窄帶濾光片；

水面泡沫監(jiān)測場景對應(yīng)拍攝通道為綠光窄帶濾光片；

塑料漂浮物監(jiān)測場景對應(yīng)拍攝通道為近紅外窄帶濾光片；

木板漂浮物監(jiān)測場景對應(yīng)拍攝通道為近紅外窄帶濾光片；

油膜漂浮物監(jiān)測場景對應(yīng)拍攝通道為藍(lán)光窄帶濾光片；

有機(jī)質(zhì)漂浮物監(jiān)測場景對應(yīng)拍攝通道為近紅外窄帶濾光片；

樹葉漂浮物監(jiān)測場景對應(yīng)拍攝通道為紅光窄帶濾光片。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向野外水體監(jiān)測的自適應(yīng)多波段-偏振光學(xué)成像系統(tǒng)，其特征在于：所述電機(jī)系統(tǒng)包括步進(jìn)電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出PWM脈沖信號對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器由處理器模塊輸出的控制信號進(jìn)行控制，所述控制信號包括方向控制信號、PWM脈沖信號、步進(jìn)細(xì)分選擇信號。

5.基于權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的一種面向野外水體監(jiān)測的自適應(yīng)多波段-偏振光學(xué)成像系統(tǒng)的方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：在可見光濾光片對應(yīng)的拍攝通道下拍攝得到一幅圖像；

步驟2：判斷步驟1得到的圖像的光照度是否低于設(shè)定閾值，若低于，則該圖像所對應(yīng)的場景為光線不足場景，并轉(zhuǎn)入步驟5，否則，進(jìn)入步驟3；

步驟3：通過目標(biāo)檢測模型對步驟1得到的圖像中的水面目標(biāo)進(jìn)行識別，得到該圖像內(nèi)各水面目標(biāo)的類別和邊界框；

步驟4：對各類別水面目標(biāo)邊界框的面積大小進(jìn)行加權(quán)統(tǒng)計(jì)，比較辨識出場景類別，得到該圖像所對應(yīng)的場景；

步驟5：根據(jù)圖像所對應(yīng)的場景，從通道查找表中獲取對應(yīng)的拍攝通道；

步驟6：根據(jù)得到的拍攝通道，控制濾光片轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)至對應(yīng)通道，進(jìn)行后續(xù)的監(jiān)測任務(wù)。