[發明專利]一種水下偏振成像方法及其裝置

有效

• 申請號: 202011065044.4
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112379391B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 韓平麗;衛毅;邵曉鵬;劉飛;孫少杰;范穎穎
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89;G01N21/21
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長春

本發明公開了一種水下偏振成像方法及其裝置，包括：通過光源發射的目標光束通過第一偏振片照射目標和懸浮粒子；目標進行反射得到目標反射光，懸浮粒子進行散射得到后向散射光；目標反射光和后向散射光通過第二偏振片照射到探測器上；在有目標區域，旋轉第二偏振片獲取第一偏振子圖像集，進而得到第一總光強矢量；在無目標區域，旋轉第二偏振片獲取第二偏振子圖像集，進而得到第二總光強矢量；根據第二總光強矢量得到后向散射光的偏振度和偏振角；根據第一總光強矢量、后向散射光的偏振度和其偏振角得到目標偏振角；根據后向散射光的偏振度和其偏振角得到后向散射偏振光光強。本成像方法及其裝置可重建圖像中丟失的目標信息，提高水下成像質量。

技術領域

本發明屬于光學成像領域，具體涉及一種水下偏振成像方法及其裝置。

背景技術

水下光學成像具有分辨率高、成像設備簡單和能提供豐富的信息等優點，被廣泛應用于海水養殖、水下考古或水雷探測等領域。在水下場景中，影響成像質量的主要因素為水分子以及水中懸浮粒子對光波的散射而產生的散射光，其中，部分散射光會朝著探測器的方向傳播，形成后向散射光。后向散射光會疊加在目標信息光上，使探測器獲取的圖像的對比度降低，影響水下光學成像的探測距離。

為了解決水下光學成像中后向散射光限制成像距離以及降低圖像對比度的問題，國內外學者做了大量的研究，設計出多種水下成像的方法，例如距離選通成像、壓縮感知成像、偏振成像以及多種圖像增強方法，其中偏振成像方法因設備簡單，且具有能高效地移除背景散射光、成像效果好和性價比高等優點而備受關注。水下偏振成像通過研究光波經水體散射后偏振信息的變化建立偏振水下成像模型，然后通過獲取兩幅或者多幅水下偏振圖像計算后向散射光的偏振度，最后利用后向散射光與目標反射光偏振度的差異將兩者分離，從而有效獲取清晰場景圖像。

傳統偏振成像方法雖然能夠有效去除后向散射光，但是使用的成像模型過于簡單，未充分考慮水下場景中光波信息的全偏振特性。傳統水下偏振成像模型假設目標反射光與后向散射光的偏振角相同且為一個常數，即通過旋轉偏振片觀測到的目標反射光和后向散射光光強最大方向相同，但在實際場景中，不同目標表面的目標反射光偏振角不同，其隨著目標的材料以及表面形狀的起伏而變化；傳統水下偏振成像模型假設目標反射光的偏振度是一個常數或者為零，但在實際場景中，目標反射光的偏振度同樣隨著目標的材料以及表面形狀的起伏而變化。

以上傳統的偏振成像方法不能完整地恢復出目標信息，造成重建圖像中的目標信息丟失。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種水下偏振成像方法及其裝置。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

一種水下偏振成像方法，包括：

通過光源發射目標光束，所述目標光束通過第一偏振片照射到目標和懸浮粒子上；

所述目標對所述目標光束進行反射得到目標反射光，所述懸浮粒子對所述目標光束進行散射得到后向散射光；

所述目標反射光和所述后向散射光通過第二偏振片照射到探測器上；

在有目標區域，通過旋轉第二偏振片獲取第一偏振子圖像集，根據所述第一偏振子圖像集得到第一總光強矢量；

在無目標區域，通過旋轉第二偏振片獲取第二偏振子圖像集，根據所述第二偏振子圖像集得到第二總光強矢量；

根據所述第二總光強矢量得到后向散射光的偏振度和后向散射光的偏振角；

基于互信息求解方法，根據所述第一總光強矢量、所述后向散射光的偏振度和所述后向散射光的偏振角得到目標偏振角；

基于獨立成分分析方法，根據所述后向散射光的偏振度和所述后向散射光的偏振角得到后向散射偏振光光強。